不同施氮水平對間作小麥、蠶豆磷吸收的影響

劉英超，鄭 毅，湯 利

(1. 昆明學(xué)院科研處，云南 昆明 650214；2. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201)

【研究意義】間作種植能夠在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)集約化，提高光、熱、水、肥等資源的利用效率，減少作物的病、蟲害，提高土地的生產(chǎn)力[1]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】長期以來，前人對間套作的研究大多集中在作物搭配種植模式、作物產(chǎn)量優(yōu)勢[2]、氮、磷和鉀等養(yǎng)分的吸收利用[3]、光能利用效率[4]、以及作物病、蟲害控制等方面[4]，有關(guān)間作體系磷養(yǎng)分的研究，集中在植株磷吸收量的比較，而對小麥(Triticumaestivum)蠶豆(Viciafaba) 間作系統(tǒng)中，作物對磷養(yǎng)分吸收累積的變化研究尚少有報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】植株缺磷一方面是由于土壤有效磷含量低，造成土壤磷養(yǎng)分虧缺[5]，另一方面，作物對土壤有效磷的吸收和利用能力低[6]。因而，研究間作作物地下部互作對土壤磷養(yǎng)分的吸收利用規(guī)律，對闡明間作體系促進(jìn)磷素活化吸收問題具有重要意義?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以小麥、蠶豆間作體系為研究對象，采用盆栽試驗(yàn)設(shè)置施氮水平和種植方式2種處理方式，研究對小麥、蠶豆作物磷養(yǎng)分吸收規(guī)律的影響，揭示間作作物養(yǎng)分競爭規(guī)律，為間作體系磷養(yǎng)分施入提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種：小麥品種為‘云麥-52’，蠶豆品種為‘玉溪大粒豆’，種子均由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供。試驗(yàn)所用土壤取自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山紅壤，土壤理化形狀：有機(jī)質(zhì)28.07 g/kg、全氮1.09 g/kg、堿解氮68 mg/kg、pH值6.08、速效磷16 mg/kg、速效鉀137 mg/kg。供試肥料：尿素46.4 %、普通過磷酸鈣14 %、硫酸鉀50 %。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分A、B 2組處理，A組為種植方式，B組為氮肥施用水平。A因素設(shè)3種種植方式即單作小麥，單作蠶豆，小麥//蠶豆。B因素設(shè)3種氮素施用水平即B1、B2和B3(N/2、N和N3/2)，B1處理氮肥施用量為75 mg/kg土，B2處理氮肥施用量為150 mg/kg土，B3處理氮肥施用量為225 mg/kg土。氮肥施用方式為基肥比例追肥為1∶1，其中蠶豆氮肥施用量為小麥的1/2。磷肥用量為100 mg/kg 土，鉀肥用量為100 mg/kg 土，磷鉀肥全部作為基肥一次性施用。

1.3 采樣和測定

試驗(yàn)期間，分別在小麥分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期、成熟期(對應(yīng)蠶豆的分枝期、開花期、結(jié)莢期、鼓粒期、成熟期)取樣，將作物連同土壤輕輕轉(zhuǎn)移出來，后慢慢將植株和土壤分開，用自來水沖洗植株，洗干凈后分為根、莖和葉放入烘箱殺青，溫度設(shè)為110 ℃，時(shí)間為30 min，然后將溫度調(diào)至75 ℃烘干至恒重，稱量干重后，將植株樣品磨碎、混勻，參照《土壤農(nóng)化分析》[7]方法，采用釩鉬酸銨比色法測定磷養(yǎng)分吸收量。

1.4 相對競爭強(qiáng)度計(jì)算

采用相對競爭強(qiáng)度(RCI)比較作物的競爭能力，衡量給定組合中的競爭性變化。它可以按生物

量或不同種植方式下作物數(shù)量來計(jì)算。RCI計(jì)算方式[8]見公式(1)：

(1)

式中，Yaa(或Ybb)代表單作體系a或b作物的生物量，Yab代表ab間作體系a的生物量，Zab表示作物a、b在間作體系所占比例。當(dāng)RCI=0時(shí)，表示種間競爭與種內(nèi)競爭效果相當(dāng)；當(dāng)RCI>0時(shí)，表示種間競爭強(qiáng)于種內(nèi)競爭; 當(dāng)RCI<0時(shí)，表示種內(nèi)競爭強(qiáng)于種間競爭。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 SPSS 軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平下小麥蠶豆生物量

由表1可以看出，隨作物生育期推移，小麥和蠶豆生物量明顯增加，小麥灌漿期生物量達(dá)到最大值，蠶豆鼓粒期生物量達(dá)到最大值。同一生育期內(nèi)，小麥生物量并非隨施氮量增加而增加，而是常規(guī)施氮水平下生物量達(dá)到最大值。與低氮和高氮處理相比，常規(guī)施氮水平下，小麥生物量拔節(jié)期分別提高 11.1 %～130.7 %和-50 %～16.6 %，灌漿期分別提高8.0 %～15.6 %和21.6 %～23.7 %。同一生育期，相同氮水平條件下，與單作相比，間作提高了小麥生物量，尤其常規(guī)施氮水平下，拔節(jié)期和孕穗期，間作小麥生物量增加2 %～7 %。相同生育期內(nèi)，中低氮水平下，隨施氮量增加蠶豆生物量增加，結(jié)莢期間作蠶豆和鼓粒期單作蠶豆差異顯著。同一生育期，相同氮水平條件下，與單作相比，間作蠶豆生物量明顯提高，低氮水平下，開花至鼓粒期間作蠶豆生物量分別增加21.7 %～44.9 %。

2.2 氮水平及種植方式對小麥磷養(yǎng)分累積吸收的影響

從圖1～3可以看出，不同氮肥施用水平及種植方式均改變了小麥的磷養(yǎng)分累積吸收。隨施氮量的增加，單作小麥磷養(yǎng)分吸收無明顯影響，間作小麥磷養(yǎng)分累積吸收量明顯增加，說明氮肥施用水平促進(jìn)了小麥磷養(yǎng)分吸收。常規(guī)施氮條件下，小麥磷養(yǎng)分累積吸收最大，說明不是氮肥施用越多小麥磷吸收量越大。與單作相比，隨生育期的推移，間作種植明顯提高了小麥磷養(yǎng)分吸收量，尤其常規(guī)施氮和高氮水平下，間作小麥灌漿期至成熟期磷養(yǎng)分吸收量分別提高了20 %～72.8 %和20 %～28.12 %。

表1 小麥蠶豆生物量

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一生育期同種作物差異顯著，下同。

Note：Different letters in same column meant significant differences of the same plant at the same growth stages, the same as below.

圖1 小麥磷養(yǎng)分積累量(N/2)Fig.1 P accumulation of wheat

圖2 小麥磷養(yǎng)分積累量(N)Fig.2 P accumulation of wheat

圖3 小麥磷養(yǎng)分積累量(3N/2)Fig.3 P accumulation of wheat

2.3 氮水平及種植方式對蠶豆磷養(yǎng)分累積吸收的影響

由圖4～6可以看出，隨施氮量增加，蠶豆磷養(yǎng)分吸收量明顯增加，開花期至成熟期(90～180 d)，蠶豆磷養(yǎng)分累積吸收量常規(guī)施氮處理比低氮處理提高了15.53 %～20.52 %，比高氮處理提高了36.27 %～40.7 %。說明氮肥處理影響蠶豆對磷養(yǎng)分的累積吸收。同時(shí)，與單作相比，除低氮處理外，常規(guī)施氮和高氮條件下，間作種植沒有明顯提高蠶豆對磷養(yǎng)分的累積吸收。說明與種植方式相比，氮素施用水平對蠶豆磷養(yǎng)分吸收量影響更明顯。

2.4 氮水平及種植方式對小麥磷養(yǎng)分速率的影響

由圖7～9表明，隨施氮量增加，單作小麥磷養(yǎng)分吸收速率無明顯影響，間作小麥磷養(yǎng)分吸收速率增加。與低氮處理相比，間作小麥磷養(yǎng)分吸收速率在常規(guī)施氮和高氮條件下分別提高了22 %和56.8 %。小麥磷養(yǎng)分吸收速率在常規(guī)施氮條件下達(dá)到最大值，說明不是施肥量越高，小麥磷養(yǎng)分吸收速率越快。同時(shí)，間作種植方式改變了小麥對磷養(yǎng)分的吸收速率。與單作相比，孕穗期至成熟期(90～180d)，3種施氮水平下，間作小麥磷養(yǎng)分吸收速率分別增加0.1～5.3倍、21.9 %～90 %和2 %～242 %。說明無論氮肥施用水平、還是間作種植方式，對小麥磷養(yǎng)分吸收均有明顯影響。

圖4 蠶豆磷養(yǎng)分積累量(N/2)Fig.4 P accumulation of faba bean

圖5 蠶豆磷養(yǎng)分積累量(N)Fig.5 P accumulation of faba bean

圖6 蠶豆磷養(yǎng)分積累量(3N/2)Fig.6 P accumulation of faba bean

圖7 小麥磷養(yǎng)分吸收速率(N/2)Fig.7 P absorbed rate of wheat

圖8 小麥磷養(yǎng)分吸收速率(N)Fig.8 P absorbed rate of wheat

圖9 小麥磷養(yǎng)分吸收速率(3N/2)Fig.9 P absorbed rate of wheat

2.5 氮水平及種植方式對蠶豆磷養(yǎng)分速率的影響

由圖10～12可以看出，隨施氮量增加，間作蠶豆磷養(yǎng)分吸收速率增加，單作蠶豆吸收速率減少。

圖10 蠶豆磷養(yǎng)分吸收速率(N/2)Fig.10 P absorbed rate of faba bean

圖11 蠶豆磷養(yǎng)分吸收速率(N)Fig.11 P absorbed rate of faba bean

與低氮相比，間作蠶豆磷養(yǎng)分吸收速率常規(guī)施氮處理增加了9.6 %，高氮處理增加了99.5 %；單作蠶豆磷養(yǎng)分吸收速率常規(guī)施氮處理減少了30 %，高氮處理減少了49.1倍。說明氮肥使用量影響蠶豆對磷養(yǎng)分的累積吸收。與單作相比，低氮條件下，間作蠶豆對磷養(yǎng)分吸收速率沒有明顯優(yōu)勢；常規(guī)施氮和高氮處理?xiàng)l件下，間作種植明顯增加了蠶豆對磷養(yǎng)分吸收速率。與單作相比，分枝期至鼓粒期(50～120 d)，常規(guī)施氮條件下，間作蠶豆吸收速率減少了38.4 %～89.8 %；高氮處理?xiàng)l件下，間作蠶豆吸收速率減少了8.7 %～48.6 %?？梢?，氮肥施用水平和間作種植方式同樣會對蠶豆吸收磷養(yǎng)分有明顯影響。

圖12 蠶豆磷養(yǎng)分吸收速率(3N/2)Fig.12 P absorbed rate of faba bean

2.6 氮水平及種植方式對作物相對競爭強(qiáng)度的影響

表2表明，隨生育期推移，小麥種間競爭力較小，種內(nèi)競爭力增強(qiáng)。隨施氮量增加，小麥種間競爭力增強(qiáng)，常規(guī)和高氮水平下，孕穗期至灌漿期，小麥種間競爭力明顯強(qiáng)于種內(nèi)競爭力。類似的，隨生育期變化，蠶豆種內(nèi)競爭力逐漸減弱，與小麥相比，隨施氮量增加，蠶豆種間競爭力減弱，常規(guī)施氮和高氮條件下，結(jié)莢期至鼓粒期，蠶豆種間競爭力明顯弱于種內(nèi)競爭力。

表2 不同氮水平下作物種間競爭強(qiáng)度

3 討 論

與單作相比，豆科與非豆科間作，由于時(shí)間和空間的養(yǎng)分生態(tài)位差異，2種間作作物可以明顯提高生物量、產(chǎn)量，體現(xiàn)間作優(yōu)勢[8]。研究顯示，隨施氮量增加，小麥蠶豆生物量增加，但生物量達(dá)到最大值并不是在高氮處理?xiàng)l件下，相同生育期，常規(guī)施氮水平下作物生物量達(dá)到最大值，可見，與推薦施氮相比，過量增施氮肥并不能提高作物的生物量[9-10]。這一方面是由于間作環(huán)境增強(qiáng)了作物種間競爭力[11]，減少總氮需求量；另一方面是因?yàn)槎箍谱魑锞哂薪Y(jié)瘤固氮能力，與禾本科間作時(shí)，豆科作物對土壤有效氮的吸收量減少，將有效氮養(yǎng)分節(jié)約供給與之共同生長的間作作物[12]。因此，適量增加氮肥可緩解競爭壓力，增加生物量，但當(dāng)作物養(yǎng)分吸收達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，増施氮肥不但不會被作物吸收利用，反而造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[13]。

磷素作為植物營養(yǎng)要素，對植物生命活動、產(chǎn)量增加均有極其重要的作用[14-15]。將小麥與大豆間作，小麥對磷肥施用更敏感，對磷肥的依賴性也更高[16]。研究顯示，與蠶豆相比，氮肥施用對小麥磷養(yǎng)分吸收的影響更顯著。隨施氮量增加，小麥磷養(yǎng)分吸收量和吸收速率均增加，常規(guī)施氮條件下，吸收量和吸收速率達(dá)到最大值，說明氮養(yǎng)分施用量不但影響作物生物量，同時(shí)影響作物對磷的吸收[17]。與單作相比，間作小麥磷累積吸收量和吸收速率均提高，尤其常規(guī)施氮和高氮水平下，間作小麥灌漿期至成熟期磷養(yǎng)分吸收量分別提高了20 %～72.8 %和20 %～28.12 %，吸收速率分別提高了21.9 %～90 %和2 %～242 %。低氮條件下，小麥蠶豆間作體系處于養(yǎng)分競爭狀態(tài)，且種內(nèi)競爭小于種間競爭(RCI<0)。隨施氮量增加，由于小麥對光、熱、空間等資源的競爭處于優(yōu)勢地位，蠶豆通過結(jié)瘤固氮作用為小麥節(jié)約了一定氮養(yǎng)分[18]，從而更加有利于小麥地上部的生長，使得間作體系小麥根系形態(tài)增長、根系活力增加，促進(jìn)了根系與土壤的充分接觸，提高了小麥根系對磷養(yǎng)分吸收利用的機(jī)會[19]。與小麥相比，隨施氮量的增加，蠶豆磷養(yǎng)分吸收量增加，間作蠶豆磷養(yǎng)分吸收速率增加，單作蠶豆吸收速率減少。小麥//蠶豆體系，蠶豆通過生物固氮作用和活化土壤中難溶性磷作用，可以為小麥提供更多的養(yǎng)分，小麥對蠶豆作物生長具有遮光作用，會抑制蠶豆的生長[20]。

綜上，小麥//蠶豆體系中，通過改善作物間的相互作用，可以提高間作作物群體優(yōu)勢，增強(qiáng)作物養(yǎng)分吸收量和吸收速率[21]。研究表明，在小麥、蠶豆生長關(guān)鍵生育期，作物的種間競爭作用會受到氮肥投入量的調(diào)控，因而，優(yōu)化氮肥施用可調(diào)節(jié)小麥、蠶豆的種間競爭作用，改變對磷養(yǎng)分的吸收強(qiáng)度[20]。過量使用氮肥并沒有明顯增加作物生物量，說明小麥蠶豆間作體系，優(yōu)化施氮調(diào)控作物磷養(yǎng)分吸收具有一定時(shí)間和空間的調(diào)節(jié)性。

4 結(jié) 論

氮肥施用和種植方式均改變了間作小麥蠶豆的生物量，在推薦施氮水平下(N)，間作小麥、蠶豆生物量最高。不同氮肥施用水平下，間作對小麥、蠶豆的生物量影響并不相同。

種植方式和氮肥施用水平改變了間作小麥蠶豆的磷素吸收累積量和吸收速率。隨施氮量增加，小麥、蠶豆磷養(yǎng)分吸收量增加，小麥磷吸收速率增加，蠶豆吸收速率減少。與單作相比，小麥蠶豆磷素吸收速率均增加。