施氮對胡麻/大豆間作體系作物間作優(yōu)勢及種間關(guān)系的影響

楊萍，李杰，張中凱，崔政軍，楊天慶，?？×x*

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州730070; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州730070)

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施氮對胡麻/大豆間作體系作物間作優(yōu)勢及種間關(guān)系的影響

楊萍1，李杰2，張中凱1，崔政軍1，楊天慶1，?？×x1*

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州730070; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州730070)

摘要：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮是最大的土壤養(yǎng)分資源，影響間作體系的生產(chǎn)力優(yōu)勢，然而，氮對作為北方旱作農(nóng)業(yè)的新型間作模式的胡麻/大豆間作體系的影響機(jī)理并不清楚。本研究通過田間試驗(yàn)，探討了不同施氮水平(0，75，150 kg/hm2)對胡麻/大豆間作體系的間作優(yōu)勢特征、種間關(guān)系和間作產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，胡麻/大豆間作體系表現(xiàn)出明顯的種間優(yōu)勢，胡麻/大豆間作的生物量和產(chǎn)量的土地當(dāng)量比(LER)值均大于1，且隨施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢，在N1(75 kg/hm2)下均達(dá)到最大，分別為1.25和1.30。胡麻的種間競爭能力在N0(0 kg/hm2)和N1(75 kg/hm2)下強(qiáng)于大豆(Ao>0，CRo>1)，在N2(150 kg/hm2)下弱于大豆(Ao<0，CRo<1)。胡麻/大豆間作體系的籽粒產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量在N1下均達(dá)到最大，分別為2440.5 kg/hm2和7594.3 kg/hm2。說明胡麻/大豆間作體系在N1(75 kg/hm2)下最利于胡麻大豆協(xié)調(diào)增產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：施氮量；胡麻大豆間作；間作優(yōu)勢；種間關(guān)系；產(chǎn)量

氮是植物生長發(fā)育中最重要的營養(yǎng)元素之一[1]，氮素在作物的光合作用、新陳代謝、酶促反應(yīng)中起著重要作用[2]。間作能使氮素利用效率得到提高[3-7]，說明間作比單作可能會(huì)需要更多的氮肥用量。而實(shí)際生產(chǎn)中，為了獲得最大程度的土地產(chǎn)出，會(huì)在間作農(nóng)田中施入過量的氮[8]，致使氮肥利用率降低、環(huán)境污染問題嚴(yán)重，因此合理施用氮肥是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和高產(chǎn)高效的必要途徑[9]。研究認(rèn)為，適當(dāng)減量施氮不但對作物產(chǎn)量不會(huì)造成顯著影響，而且能使氮肥利用率顯著提高[10]。在玉米(Zeamays)產(chǎn)量的研究中，鄒曉錦等[11]發(fā)現(xiàn)，減少10%和20%氮肥用量的處理與習(xí)慣施肥的處理相比，玉米產(chǎn)量不但沒有降低，而且顯著提高了氮肥利用率；Ruan等[12]在減量施用氮肥對作物產(chǎn)量和蔬菜土壤線蟲群體的影響中研究發(fā)現(xiàn)，減量施氮與習(xí)慣施氮相比，番茄(Lycopersiconesculentum)產(chǎn)量并沒有降低，而且提高了土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)。李杰等[13]在減量施肥對花椰菜(Brassicaoleraceavar.botrytis)的研究中認(rèn)為，減量施肥處理與習(xí)慣施肥處理相比，花椰菜花球產(chǎn)量不但沒有降低，而且對花球品質(zhì)有了明顯改善。前人關(guān)于減量施氮的研究大多集中在單一作物[11-15]，而對于胡麻(Linumusitatissimum)這種耐貧瘠、需肥量少[16-17]的作物與具有固氮能力的大豆(Glycinemax)間作模式的研究尚未見報(bào)道。

Li等[8]在關(guān)于氮肥對玉米套作小麥(Triticumaestivum)產(chǎn)量優(yōu)勢的影響中研究發(fā)現(xiàn)，氮肥用量從150 增加到225 kg/hm2時(shí)，間作土地當(dāng)量比(LER)會(huì)從1.06增至1.38。但是還有研究表明，增加氮肥用量會(huì)使土地當(dāng)量比降低，比如豌豆(Pisumsativum)和春小麥(Triticumaestivum)間作[18]，甘藍(lán)(Brassicaoleracea)和洋蔥(Alliumcepa)間作[19]，大麥(Hordeumvulgare)和紫云英(Astragalussinicus)間作[20]，因此，氮對不同間作模式的間作優(yōu)勢影響不同。那么，胡麻與大豆間作模式中，在單作胡麻習(xí)慣施氮的基礎(chǔ)上減量施氮是否可以滿足作物的生長，間作作物在生長資源的需求上是否具有互補(bǔ)性，種間作用關(guān)系是競爭還是互補(bǔ)，是亟待解決的問題。生物量的分配在農(nóng)田間作體系中，不僅能夠表明間作作物對資源的獲取能力和競爭措施，而且能夠反映作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)的高低[21]。因此，本研究結(jié)合個(gè)體和群體水平，采用大田試驗(yàn)，探討氮肥對胡麻/大豆間作體系的作物間作優(yōu)勢的影響，說明胡麻和大豆兩種作物的種間關(guān)系，明確兩種作物的生物量分配和生長表現(xiàn)，為我國西北地區(qū)在合理施氮的基礎(chǔ)上發(fā)展胡麻/大豆間作體系提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)點(diǎn)及供試材料

試驗(yàn)于2014年3月至10月在甘肅省榆中縣良種繁育場(92°13′ N，108°46′ E)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)地處黃土高原丘陵溝壑區(qū)，屬于溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，平均海拔 1876 m，年均氣溫 6.7℃，年均降水量382 mm，年蒸發(fā)量1450 mm，無霜期146 d左右，日照時(shí)數(shù)2563 h。試驗(yàn)地前茬為黃芪(Astragalusmembranaceus)，常年精耕細(xì)作，土質(zhì)較好，肥力中等均一。

土壤質(zhì)地為黃綿土，0～30 cm土壤的理化性狀：有機(jī)質(zhì)15. 56 g/kg，全氮1.20 g/kg，全磷1.2 g/kg，全鉀30.98 g/kg，堿解氮59.01 mg/kg，速效磷23.83 mg/kg，速效鉀177.67 mg/kg，土壤容重1.13 g/cm3。

供試胡麻品種為隴亞雜1號，大豆品種為銀豆2號。供試肥料為尿素(N：46%)、過磷酸鈣(P2O5：20%)、硫酸鉀(K2O：52%)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，分別為胡麻單作、大豆單作及胡麻/大豆間作下不施氮、習(xí)慣施氮(N，150 kg/hm2，根據(jù)當(dāng)?shù)睾榭偸┑看_定)和減量施氮(N，75 kg/hm2)，共設(shè)置9個(gè)處理(表1)，每處理3次重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)，小區(qū)四周打50 cm埂間隔。磷肥、鉀肥和2/3氮肥均作為基肥一次性施入，1/3氮肥在胡麻現(xiàn)蕾期前追施。磷、鉀肥的施用量分別為90.0 kg/hm2(P2O5)、52.5 kg/hm2(K2O)。間作與單作種植密度一致，灌溉制度和其他管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理。

1.3不同種植模式的田間結(jié)構(gòu)

單作胡麻：平作，播種密度為750萬株/hm2，行距20 cm，小區(qū)面積為20 m2(4.0 m×5.0 m)；單作大豆：平作，播種密度19.8萬株/hm2，分行種植，行距30 cm、株距15 cm，小區(qū)面積為20 m2(4.0 m×5.0 m)；胡麻間作大豆：胡麻帶寬70 cm，種4行，行距20 cm；大豆帶寬70 cm，種2行、行距30 cm、株距15 cm，小區(qū)面積為21 m2(4.2 m×5.0 m)，一個(gè)間作帶寬1.4 m，每小區(qū)共3個(gè)間作帶(圖1)。胡麻和大豆播種日期分別為2014年3月28日和4月23日，收獲日期分別為 8 月5日和10月12日。

1.4測定項(xiàng)目與方法

1.4.1干物質(zhì)和產(chǎn)量的測定在作物初花期和收獲期采集樣品并測定。各作物初花期和收獲期時(shí)在每小區(qū)選取具有代表性且長勢基本一致的胡麻植株30株，大豆植株5株，測定自然株高后，齊地面取樣，將植株的葉片、莖稈、籽粒、根系等器官分開，于105℃恒溫箱中殺青30 min，而后80℃烘干至恒重，測定其干物質(zhì)重，計(jì)算干物質(zhì)積累量。初花期測定各作物的葉綠素含量，收獲期分別測定胡麻的單株分莖數(shù)、有效分枝數(shù)、單株有效果數(shù)、果粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量以及大豆的單株結(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)、百粒重和單株產(chǎn)量。收獲時(shí)按小區(qū)單打單收，曬干后稱取籽粒重量，測得小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量。

表1　不同種植模式的氮肥施用量

圖1　胡麻/大豆間作中作物分布Fig.1　Schematic diagram of oil flax/soybean intercropping system

1.4.2葉綠素的測定參照鄒琦[22]的方法略有改進(jìn)，稱取地上部1/3～2/3之間的葉片0.50 g，剪碎混勻后放入盛有10 mL 80%丙酮浸提液的試管中，室溫下黑暗浸提48 h，待材料完全變白后搖勻，用分光光度法分別測定663和646 nm下的光密度值，計(jì)算單位質(zhì)量葉片中葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素。

1.4.3間作優(yōu)勢的計(jì)算土地當(dāng)量比(LER) 用于衡量相同面積下的間作優(yōu)勢[23]，公式如下:

LER=(Yai/Yas)+(Ybi/Ybs)

式中，Yai和Ybi分別代表間作總面積上a和b作物收獲期的單株生物量或產(chǎn)量，Yas和Ybs分別代表單作時(shí)a和b作物收獲期的單株生物量或產(chǎn)量。當(dāng)LER>1，表明間作有優(yōu)勢；當(dāng)LER<1為間作劣勢。為分析生物量當(dāng)量比和產(chǎn)量當(dāng)量比的差異，進(jìn)一步比較兩作物的收獲系數(shù)，即作物產(chǎn)量與總生物量的比值。

1.4.4種間相對競爭能力的計(jì)算該指標(biāo)表示一種作物相對于另一種作物的資源競爭能力大小[24]，計(jì)算公式為：

Aa= (Yai/Yas)-(Ybi/Ybs)，Ab=(Ybi/Ybs)-(Yai/Yas)

式中，Yai和Ybi分別代表間作總面積上a和b作物收獲期產(chǎn)量，Yas和Ybs分別代表單作時(shí)a和b作物收獲期的產(chǎn)量。當(dāng)Aa=0，表明這兩種作物的競爭力相同；當(dāng)Aa>0，表明作物a占據(jù)優(yōu)勢，相反，作物b占據(jù)優(yōu)勢。

1.4.5競爭比率的計(jì)算該指標(biāo)是評價(jià)物種之間競爭的一種指標(biāo)[25]，計(jì)算公式為：

CRa=LERa/LERb，CRb=LERb/LERa

式中，CRa>1，表明物種a比物種b競爭能力強(qiáng)；CRa<1，表明物種a比物種b競爭能力弱。

1.5數(shù)據(jù)處理

用 Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，用SPSS 16.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，并運(yùn)用 Duncan’s 檢驗(yàn)法對顯著性差異(P<0.05)進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1施氮和間作對作物生產(chǎn)力性狀的影響

由表2可知，與胡麻單作相比，胡麻間作在各施氮處理下的產(chǎn)量和生物量顯著增加，收獲系數(shù)亦增加，但不顯著。間作處理的產(chǎn)量和生物量分別比平均單作處理高17.74%,12.86%。單作胡麻的產(chǎn)量、生物量和收獲系數(shù)隨施氮量的增加而增加，但在間作下隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，以施氮75 kg/hm2(N1)最大。與大豆單作相比，大豆間作在各施氮處理下的產(chǎn)量和收獲指數(shù)顯著增加，而生物量顯著降低，這可能與“庫源”關(guān)系不平衡有關(guān)，也可能與大豆和胡麻的競爭作用有關(guān)。不論是單作還是間作，大豆的產(chǎn)量和生物量均隨施氮量的增加而增加，以施氮150 kg/hm2(N2)最大。單作處理下N2的產(chǎn)量和生物量分別比N0高12.41%，3.82%，間作處理下N2的產(chǎn)量和生物量分別比N0高13.54%，9.04%。大豆的收獲指數(shù)，在單作種植模式下，隨施氮量的增加而增加，在間作種植模式下，隨施氮量的增加表現(xiàn)為先增加后降低，以N1最大，達(dá)0.27。

表2　施氮量和種植模式對胡麻和大豆生產(chǎn)力性狀的影響

注：N0、N1和N2分別表示施氮0，75 和150 kg/hm2。同行中不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note:N0, N1and N2presented the nitrogen amount by 0, 75 and 150 kg/hm2, respectively. Means followed by different letters within each row are significantly different among treatments atP<0.05. The same below.

2.2施氮和種植模式對初花期作物生物學(xué)特征與生物量分配的影響

由表3可知，施氮量和種植模式均改變了胡麻和大豆地上部生物學(xué)特征和生物量的分配。間作胡麻在各施氮處理下的株高、葉生物量、莖生物量和總生物量顯著高于單作，比平均單作處理分別高8.60%,35.71%,31.46%和31.25%，間作處理的莖葉比比平均單作處理高0.18，但不顯著，說明間作處理下更有利于胡麻生長后期的抗倒伏。單作胡麻的株高、葉生物量、總生物量隨施氮量的增加而增加，間作胡麻的葉生物量、莖生物量隨施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢，以N1表現(xiàn)最高。大豆間作下的株高顯著高于單作，但單作大豆的葉生物量、莖生物量和總生物量均顯著高于間作各施氮處理；不論是單作還是間作，大豆的株高、葉生物量、莖生物量和總生物量均隨施氮量的增加而增加，莖葉比在單作種植模式下隨施氮量的增加而增加，在間作種植模式下隨施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢。

2.3施氮和種植模式對初花期大豆和胡麻葉片的葉綠素含量的影響

由表4可知，間作胡麻葉片在各施氮處理下的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素均高于單作，分別比平均單作高 2.50%,6.00%和3.51%，其中間作胡麻葉片的葉綠素b顯著高于單作，胡麻葉片葉綠素a/b表現(xiàn)為單作大于間作。在單作種植模式下，胡麻葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素隨施氮量的增加而增加，而在間作種植模式下，則隨施氮量的增加表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。間作大豆葉片在各施氮處理下的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素均低于單作，分別比平均單作低8.00%,31.57%和16.80%，且葉綠素b和總?cè)~綠素達(dá)到顯著水平，大豆葉片葉綠素a/b表現(xiàn)為間作顯著大于單作。不論是單作種植模式下還是間作種植模式下，大豆葉片的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素均隨施氮量的增加而增加。

表3　施氮量和種植模式對胡麻和大豆初花期的生長性能和生物量分配的影響

注：同列中不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Means followed by different letters within each column are significantly different among treatments atP<0.05. The same below.

表4　施氮量和種植模式對胡麻和大豆初花期葉片葉綠素含量的影響

2.4施氮和種植模式對作物產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表5可知，間作種植模式下胡麻單株有效果數(shù)、果粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量高于單作處理，其中單株產(chǎn)量達(dá)到顯著水平；單作種植模式下，單株有效果數(shù)、果粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加；間作種植模式下，隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，N1顯著高于N0和N2，進(jìn)一步分析單株產(chǎn)量，N1比N0和N2分別高41.56%和15.58%。大豆間作處理的每莢粒數(shù)、百粒重和單株產(chǎn)量均顯著高于單作處理，其中間作單株產(chǎn)量比平均單作高3.29%；不論是單作種植模式下還是間作種植模式下，單株結(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)、百粒重和單株產(chǎn)量均隨施氮量的增加而增加，以N2最大。

表5　施氮量和種植模式對胡麻和大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.5施氮對作物產(chǎn)量優(yōu)勢形成及種間競爭力的影響

由表6可知，胡麻/大豆間作體系的籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，以N1最大，為2440.5 kg/hm2，比N0和N2分別高12.28%和0.51%；生物學(xué)產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢，以N1最大，為7594.3 kg/hm2，比N0和N2分別高7.47%和4.84%，說明胡麻/大豆間作下施氮75 kg/hm2的N1最利于胡麻大豆協(xié)調(diào)增產(chǎn)。以籽粒產(chǎn)量為基礎(chǔ)計(jì)算的胡麻土地當(dāng)量比和籽粒土地當(dāng)量比均隨施氮量的增加先增大后減小，以N1最大，分別為0.64和1.25，以籽粒產(chǎn)量為基礎(chǔ)計(jì)算的大豆土地當(dāng)量比隨施氮量的增加而增加。以生物學(xué)產(chǎn)量為基礎(chǔ)計(jì)算的胡麻土地當(dāng)量比和生物學(xué)產(chǎn)量的土地當(dāng)量比均隨施氮量的增加先增大后減小，以N1最大，分別為0.85和1.30，以生物學(xué)產(chǎn)量為基礎(chǔ)計(jì)算的大豆土地當(dāng)量比隨施氮量的增加而增大。

表6　施氮對胡麻/大豆間作產(chǎn)量優(yōu)勢形成及種間競爭力的影響

2.6施氮對胡麻/大豆間作作物種間關(guān)系的影響

由表6可知，胡麻/大豆間作體系表現(xiàn)出明顯的種間產(chǎn)量優(yōu)勢(LER>1)，土地當(dāng)量比(LER)隨施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢，由于間作胡麻產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢，致使LER在N1下最大，表現(xiàn)為1.25；由表7可知，胡麻的種間競爭能力在N0和N1下強(qiáng)于大豆(Ao>0，CRo>1)，在N2下弱于大豆(Ao<0，CRo<1)，大豆的恰好相反，說明胡麻對大豆的競爭力隨施氮量的增加呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢，這可能與胡麻是耐貧瘠作物有關(guān)。

表7　不同施氮量對胡麻/大豆間作作物種間關(guān)系的影響

注：Ao、As分別表示胡麻和大豆的種間競爭力；CRo、CRs分別表示胡麻和大豆的競爭比率。

Note: Ao，Aspresented the interspecies competition of oil flax and soybean in oil flax/soybean intercropping system, respectively. CRo，CRspresented the interspecies competition ratio of oil flax and soybean in oil flax/soybean intercropping system.

3討論與結(jié)論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理的間作套種是提高作物產(chǎn)量的有效措施之一，對于禾本科和豆科作物來說，間作套種具有顯著的間套優(yōu)勢[10]。在小麥-玉米-大豆套作體系中，雍太文等[26]研究認(rèn)為，玉米在此體系中始終占據(jù)最優(yōu)生態(tài)位，而大豆在競爭中處于劣勢地位，玉米在套作體系下產(chǎn)量顯著高于單作，大豆產(chǎn)量則低于單作，因此不利于套作體系玉米和大豆的雙高產(chǎn)。王秋杰等[27]研究結(jié)果顯示，相對于持續(xù)種植小麥和花生(Arachishypogaea)，小麥套作花生具有明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢，小麥和花生在4年的種植中分別平均增產(chǎn)為27.7%和14.3%；Li等[28]研究表明，小麥和大豆間作可增產(chǎn)28%～30%；作為衡量間作優(yōu)勢的指標(biāo)，LER值不僅能夠反映出間作體系對農(nóng)田土壤的利用效率和單位土地產(chǎn)出率，而且還與體系下作物之間的競爭和互利有緊密的聯(lián)系[29]。若LER>1，說明間作較單作能更好的運(yùn)用植物生長的因素，表現(xiàn)出間套作優(yōu)勢。這種間套作優(yōu)勢的出現(xiàn)原因可能是間套作組分在地上和地下的生長狀態(tài)以及形態(tài)特征不同造成的，使得間套作組分高效的利用了植物生長需要的自然資源，譬如水分、營養(yǎng)和光熱等[30]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，胡麻/大豆間作體系表現(xiàn)出明顯的間作產(chǎn)量優(yōu)勢，以生物學(xué)產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量為變量計(jì)算得到的LER均大于1，同時(shí)與單作相比，間作胡麻的生物學(xué)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量顯著提高，說明在胡麻/大豆間作體系下適宜胡麻的高產(chǎn)，另一方面，間作顯著提高了大豆籽粒產(chǎn)量，但是顯著降低了大豆生物學(xué)產(chǎn)量，說明間作以較高的籽粒產(chǎn)量彌補(bǔ)了生物學(xué)產(chǎn)量下降帶來的損失，大豆干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)可能與此有關(guān)。通常以作物收獲指數(shù)來反映作物在生長后期作物群體光合同化物轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品的能力。在本研究中，與單作相比，間作胡麻和大豆收獲指數(shù)顯著提高，說明間作能夠改善作物生長后期的光合同化物的轉(zhuǎn)移，原因可能是間作改善了通氣透光條件，使得莖葉有利于向籽粒轉(zhuǎn)移。總之，與單作相比，間作中兩種作物收獲指數(shù)增加，使胡麻/大豆間作體系具有更明顯的間作優(yōu)勢。

生態(tài)位理論認(rèn)為，在間套作體系中但凡出現(xiàn)對不同限制因子的資源進(jìn)行吸收利用和對同一競爭資源在時(shí)間上錯(cuò)位吸收利用時(shí)，就能減緩種間的資源競爭作用，因而體現(xiàn)出“促進(jìn)作用”或“恢復(fù)作用”[26]。Li等[8]研究表明，相對禾本科和豆科間作模式，禾本科和禾本科間作模式需要投入更多氮，原因可能與豆科作物具有固氮能力有關(guān)。理論上認(rèn)為，胡麻和大豆間作模式屬于非豆科與豆科作物的物種結(jié)合，因此對氮的需求量相對較少，對投入高氮不耐受。在一定程度上，本研究證實(shí)了這一點(diǎn)，因?yàn)樵诤楹痛蠖归g作模式中，土地當(dāng)量比隨施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢，原因可能是，高氮的投入增強(qiáng)了某些資源的限制性作用，因而需要判定氮是否是該系統(tǒng)的限制因子。本研究中，胡麻/大豆間作體系通過引入具有固氮作用的大豆作物，以改變該體系下各作物的生態(tài)位，改變了各個(gè)作物的氮素吸收特性。間作作物的產(chǎn)量均隨施氮量的變化而變化，即隨施氮量的增加，間作胡麻的生物學(xué)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量均呈現(xiàn)出先增大后降低趨勢，表現(xiàn)為施氮量75 kg/hm2的處理產(chǎn)量最高，而隨施氮量的增加，間作大豆的生物學(xué)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量均增加，以施氮量150 kg/hm2最高，且胡麻/大豆間作體系的產(chǎn)量，表現(xiàn)為施氮處理顯著高于不施氮處理，以施氮量為75 kg/hm2產(chǎn)量最高，同時(shí)胡麻和大豆的收獲指數(shù)隨施氮量的增加先增大后減小，均以施氮量為75 kg/hm2最高。說明施氮量為75 kg/hm2有利于提高胡麻產(chǎn)量，促進(jìn)胡麻、大豆雙高產(chǎn)，提高了胡麻/大豆間作體系的產(chǎn)量，胡麻/大豆的間作優(yōu)勢在施氮量為75 kg/hm2最強(qiáng)。Yang等[31]研究發(fā)現(xiàn)，大豆/甘蔗(Saccharumofficinarum)間作體系中，大豆比甘蔗有更強(qiáng)的營養(yǎng)競爭比率和種間競爭力，而間作甘蔗和單作在產(chǎn)量上無顯著變化，因而大豆是影響間套優(yōu)勢的作物。本研究認(rèn)為，胡麻的種間競爭力與競爭比率在施氮量為0和75 kg/hm2時(shí)強(qiáng)于大豆(Ao>0，CRo>1)，在施氮量為150 kg/hm2時(shí)弱于大豆(Ao<0，CRo<1)，說明胡麻/大豆間作體系在施氮量為75 kg/hm2時(shí)，能夠促進(jìn)該間作體系下胡麻與大豆的和諧共生，進(jìn)而提高該間作系統(tǒng)的產(chǎn)量。

作物的個(gè)體生長和生物量分配能夠?yàn)殚g作優(yōu)勢的形成機(jī)制在一定程度上提供生物學(xué)基礎(chǔ)解釋[21]，對解釋施氮對間作作物的生產(chǎn)力響應(yīng)有一定幫助。初花期能夠反映出作物苗期和代謝高峰期的生長狀況，而收獲期則反映整個(gè)生育期與初花期后的生長狀況。本文研究表明，施氮量和種植模式均改變胡麻和大豆地上部分的生物學(xué)特征和地上部生物量的分配。與單作相比，間作胡麻初花期在各施氮處理下的株高、葉生物量、莖生物量和地上生物量顯著高于單作，而間作大豆的葉生物量、莖生物量、莖葉比和地上生物量顯著低于單作，株高顯著高于單作。葉綠素在光合作用中參與吸收和傳遞光能，并引起原初光化學(xué)反應(yīng)，其含量的高低在一定程度上反應(yīng)了光合能力的大小。間作胡麻葉片在各施氮處理下的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素均高于單作，間作大豆葉片在各施氮處理下的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素均顯著低于單作，說明間作模式下胡麻和大豆葉片光吸收和轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)，有助于增強(qiáng)光合能力，提高作物干物質(zhì)的積累，從而說明兩作物在初花期前胡麻占據(jù)競爭優(yōu)勢。隨施氮量的增加，間作胡麻的葉生物量、莖生物量、莖葉比、葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素呈先增大后減小的趨勢，施氮75 kg/hm2最高，間作大豆的株高、葉生物量、莖生物量、地上生物量、葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素均隨施氮量的增加而增加。在施氮量為150 kg/hm2下表現(xiàn)最高，原因可能是胡麻先播種先出苗，苗期會(huì)消耗一定的氮，具有提前占據(jù)生態(tài)位的競爭優(yōu)勢，而胡麻又是耐貧瘠的作物[16-17]，所以施氮量為150 kg/hm2時(shí)，胡麻對大豆的相對競爭力有所降低。綜合以上，胡麻/大豆間作體系在施氮量為75 kg/hm2下具有明顯的間作優(yōu)勢，且胡麻和大豆的互利效應(yīng)最強(qiáng)。

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Effect of nitrogen application on intercropping advantages and crop interactions under an oil flax and soybean intercrop system

YANG Ping1, LI Jie2, ZHANG Zhong-Kai1, CUI Zheng-Jun1, YANG Tian-Qing1, NIU Jun-Yi1*

1.CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.CollegeofHorticulture,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China

Abstract:Nitrogen is one of the greatest nutritional resources in agriculture, affecting the yield advantage of many intercrop systems. However, it is unclear how nitrogen application affects oil flax and soybean intercrop systems in northern dry farming land. A field experiment was conducted to explore productivity, interaction and yield under intercropping supplemented with different nitrogen rates (0, 75 and 150 kg N/ha). Oil flax/soybean intercropping systems exhibited interspecific advantages. The land equivalent ratio (LER) based on biomass and yield were greater than 1. With increased nitrogen application, the LER initially increased before peaking at 75 kg N/ha, 1.25 and 1.30 respectively for biomass and yield, and subsequently declining. The interspecific competition ability of oil flax was better than soybean under 0 and 75 kg N/ha, and weaker under 150 kg N/ha. The yield and biomass of oil flax/soybean intercrop systems were maximized at 75 kg N/ha, achieving 2440.5 and 7594.3 kg/ha respectively.

Key words:nitrogen application; oil flax (Linum usitatissimum)/soybean (Glycine max); intercropping advantage; interspecific relationship; yield

*通信作者

Corresponding author. E-mail: niujy@gsau.edu.cn

作者簡介：楊萍(1986-)，女，甘肅臨洮人，在讀博士。E-mail: gsau123@163.com

基金項(xiàng)目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-17-GW-9)和國家自然科學(xué)基金(31360315)資助。

收稿日期：2015-05-12；改回日期：2015-06-29

DOI：10.11686/cyxb2015235

http://cyxb.lzu.edu.cn

楊萍，李杰，張中凱，崔政軍，楊天慶，牛俊義. 施氮對胡麻/大豆間作體系作物間作優(yōu)勢及種間關(guān)系的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(3): 181-190.

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