不同間套作系統(tǒng)種間營養(yǎng)競爭的差異性及其機理研究.pdf

1、本研究以西北一熟制灌區(qū)當前生產(chǎn)中廣泛種植、且間套優(yōu)勢明顯的春大麥/春玉米、春小麥/春玉米等禾本科/禾本科間套作方式為研究對象，通過大量的田間小區(qū)試驗、根系分隔微區(qū)試驗和根系分布測定，從間套作作物地上部生長和養(yǎng)分吸收積累動態(tài)、地下部根系時空分布動態(tài)等角度，研究了春大麥/春玉米和春小麥/春玉米間套作、春小麥/不同品種春玉米間套作中不同種類作物和不同品種作物營養(yǎng)競爭能力和恢復能力的差異，特別是氮、磷、鉀營養(yǎng)競爭和恢復能力的差異。系統(tǒng)地闡明了不

2、同間套作系統(tǒng)種間營養(yǎng)競爭、恢復作用的差異性及其機理，獲得的主要結(jié)果為： 1)間套優(yōu)勢不僅可以通過作物組合來獲得，也可通過施肥和覆蓋地膜等措施調(diào)控。在大麥/玉米和小麥/玉米間套作生態(tài)系統(tǒng)中，以籽粒產(chǎn)量計算的土地當量比(LER)分別為0.99-1.32和1.08-1.41；以生物學產(chǎn)量計算的土地當量比分別為0.98-1.31和1.06-1.42。大麥/玉米間套作產(chǎn)量優(yōu)勢只有在施氮并且玉米覆膜時較明顯；而小麥/玉米間套作在施氮、玉米不

3、覆膜條件下就有明顯的間套作產(chǎn)量優(yōu)勢，在施氮、玉米覆膜條件下間套作產(chǎn)量優(yōu)勢更加顯著。大麥/玉米和小麥/玉米兩種間套作在相同條件下的間套作養(yǎng)分吸收優(yōu)勢與產(chǎn)量優(yōu)勢的趨勢類似。 2)玉米品種對小麥/玉米間套作產(chǎn)量優(yōu)勢具有重要影響。在小麥與不同品種玉米間套作中，以籽粒產(chǎn)量和生物學產(chǎn)量計算的LER分別為1.09-1.35和1.10-1.35，LER隨玉米品種的變化順序為沈單16號＞豫玉22號＞中單2號＞酒單2號和新玉4號，這些品種特性也相應

4、為中晚熟、晚熟、中熟、早熟，表明間套優(yōu)勢也與玉米的生物學特性密切相關(guān)。小麥/不同品種玉米間套作在相同條件下的間套作養(yǎng)分吸收優(yōu)勢與產(chǎn)量優(yōu)勢的趨勢類似。 3)間套大麥的邊行產(chǎn)量優(yōu)勢明顯的高于間套小麥，間套大麥的邊行養(yǎng)分吸收量優(yōu)勢也明顯大于間套小麥。間套大麥邊行籽粒產(chǎn)量和生物學產(chǎn)量分別比內(nèi)行增加95.5﹪-116.9﹪和114.5﹪-128.8﹪；相應地，間套小麥分別為57.6﹪-81.6﹪和66.0﹪-106.5﹪，間套小麥邊行產(chǎn)量

5、優(yōu)勢隨玉米品種特性由晚熟到早熟呈降低趨勢。間套大麥邊行氮、磷和鉀養(yǎng)分的吸收量分別比相應內(nèi)行高出124.1﹪-149.3﹪、133.5﹪-149.1﹪和147.2﹪-157.9﹪；而間套小麥相應分別為74.5﹪-115.5﹪、76.7﹪-115.1﹪和80.4﹪-137.4﹪，與中晚熟玉米種間套的小麥邊行氮、磷和鉀養(yǎng)分吸收優(yōu)勢明顯地高于與早熟玉米種間套的小麥。 4)當養(yǎng)分充分滿足且玉米覆膜條件下，大麥/玉米間套作產(chǎn)量間套優(yōu)勢主要來

6、自地上部貢獻，其相對貢獻均以地上部占80﹪、地下部占20﹪。養(yǎng)分充分滿足條件下，小麥/玉米間套作在玉米不覆膜條件下，地上部和地下部對產(chǎn)量間套優(yōu)勢的相對貢獻為地上部75﹪、地下部占25﹪；在玉米覆膜條件下，產(chǎn)量間套優(yōu)勢的相對貢獻地上部為2/3、地下部為1/3。 5)大麥和小麥的營養(yǎng)競爭力均明顯強于玉米，大麥的營養(yǎng)競爭能力也明顯比比小麥強，其主要機理表現(xiàn)在以下兩個方面：第一，與大麥間套的玉米在地下部養(yǎng)分競爭中所處的劣勢明顯比與小麥間

7、套玉米大，也就是間套大麥從間套玉米中競爭到的養(yǎng)分比間套小麥多。在同一生態(tài)系統(tǒng)相同條件下，共同生長期與大麥間套的玉米植株氮、磷、鉀濃度明顯低于與小麥間套玉米植株氮、磷、鉀養(yǎng)分濃度，在共同生長前期這種差異更加明顯；大麥相對于玉米的氮、磷、鉀營養(yǎng)競爭比率明顯大于小麥相對于玉米的氮、磷、鉀營養(yǎng)競爭比率，特別在不施氮、玉米不覆膜條件下這種差異更顯著；與大麥間套的玉米氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量和生長量的降低程度明顯比與小麥間套的玉米大。第二，大麥相對于小

8、麥更強的根系縱向和側(cè)向生長能力。相同條件下，間套大麥根系無論縱向和側(cè)向生長均大于間套小麥；與大麥和小麥間作均抑制了玉米根系縱向和側(cè)向生長，且大麥的這種抑制作用明顯強于小麥。 6)早熟玉米品種氮、磷、鉀營養(yǎng)競爭能力比晚熟玉米品種強，其主要機理表現(xiàn)在以下兩個方面：第一，共同生長期，小麥相對于晚熟玉米種的氮、磷、鉀營養(yǎng)競爭比率大于早熟玉米種；共同生長結(jié)束時，從早熟到晚熟間套玉米氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量相對單作的吸收率依次呈降低趨勢，表明晚

9、熟玉米的營養(yǎng)競爭能力小于早熟玉米種。第二，共同生長期，在縱向間套晚熟玉米種根系相對單作根量的下降程度比早熟玉米種更大，即間套晚熟玉米種在競爭中所受抑制程度比早熟玉米種更大；在橫向間套晚熟玉米種根系進入小麥根區(qū)的根量比間套早熟玉米種少，即此時早熟玉米種根系競爭地下部空間的能力比晚熟玉米種更強。 7)弱競爭能力作物生長和養(yǎng)分吸收恢復作用的主要機理表現(xiàn)在以下兩個方面：第一，弱競爭能力作物生長和養(yǎng)分吸收的恢復能力可以通過資源的有效配置、

10、作物種類的科學組合及品種的合理搭配來調(diào)控。在資源非常有限的條件下弱競爭作物的恢復能力也很有限，其生長和養(yǎng)分吸收無法恢復達到單作水平；水分充分滿足條件下及時的施肥、地膜覆蓋等調(diào)控措施不但可以明顯提高弱競爭能力作物玉米的恢復能力，而且使弱競爭作物生長和養(yǎng)分吸收可以達到超補償，即顯著超過相應單作。弱競爭能力作物玉米在單獨生長期的恢復能力也因與之相間作的作物種類、弱競爭作物的品種特性的不同而有明顯差異。表明，在間套作中資源的合理配置、作物種類的

11、組合及品種搭配是十分重要的。第二，弱競爭能力作物的恢復作用也與其后期的根系分布密切相關(guān)。與大麥間套的玉米根系縱向深度明顯比單作玉米根系淺，在橫向進入兩間作作物根區(qū)的根量較少，未恢復生長到單作玉米根系的水平；而與小麥間套的玉米根系縱向深度恢復到了單作玉米的水平，橫向占據(jù)了間套小麥地下部的大部分空間分布，因此，與大麥間套的玉米恢復不如與小麥間套的玉米。不同品種玉米在間套作中后期的恢復能力也與根系分布密切相關(guān)，中晚熟玉米品種的恢復能力強于早熟

12、玉米品種，是由于晚熟品種后期的根系占據(jù)更大的土壤空間。 8)間套作中兩作物根系在空間生態(tài)位上的互補擴大、在時間生態(tài)位上的前后分離，從而使得營養(yǎng)生態(tài)位在空間上的互補擴大、在時間上的前后分離，這是禾本科/禾本科間套作優(yōu)勢形成的根系-營養(yǎng)生態(tài)位的主要機制。共同生長期與玉米間套的大麥或小麥根系縱向深度均明顯比相應單作增加、橫向分布占據(jù)并利用兩間作作物地下部的大部分空間，而間套玉米根系只利用其根系范圍較小的空間；當玉米進入灌漿期(小麥收獲