根系分隔方式下紫花苜蓿/燕麥間作氮素利用及種間互饋特征研究

汪雪，劉曉靜，趙雅姣，王靜

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅蘭州730070）

間作是通過(guò)不同作物在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)資源的利用差異來(lái)進(jìn)行集約化種植，可實(shí)現(xiàn)光、肥、水、氣、熱等有限農(nóng)業(yè)資源的高效利用［1］，抑制雜草，降低病蟲(chóng)害［2］，防止水土流失［3］等，進(jìn)而提高單位土地面積的生產(chǎn)力，達(dá)到增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的種植技術(shù)［4］。豆/禾間作在眾多間作組合中具有顯著優(yōu)勢(shì)，其很重要的一方面體現(xiàn)在豆/禾間作體系中存在種間氮營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)及互饋機(jī)制［5］，種間氮素的互補(bǔ)利用會(huì)促進(jìn)其間作體系內(nèi)氮素的高效利用［6-7］，而施氮水平是調(diào)控種間關(guān)系的常見(jiàn)措施之一［7］。植物生命活動(dòng)所需的絕大部分氮素來(lái)源于其根系對(duì)土壤氮素的吸收，因此，提高根系吸收利用氮素的能力對(duì)于提高作物產(chǎn)量和氮素利用效率具有重要意義。在豆/禾間作群體內(nèi)，不同作物調(diào)控氮素利用的生理和生態(tài)學(xué)過(guò)程，很大程度上依賴于種間根系互作［8］，目前，關(guān)于根系互作對(duì)間作下氮素吸收利用影響的研究已在紫花苜蓿（Medicago sativa）/玉米（Zea mays）［9］、蠶豆（V icia faba）/玉米［10］等間作組合中進(jìn)行，并認(rèn)為豆/禾間作時(shí)，根系通過(guò)互利競(jìng)爭(zhēng)可增強(qiáng)豆科作物的固氮能力，提高群體的氮素資源利用及減少氮肥的投入等［11］。利用根系分隔法［12-13］可真實(shí)有效地模擬間作中根系互作強(qiáng)度，更好地闡釋種間氮營(yíng)養(yǎng)互補(bǔ)及利用機(jī)制。目前此方法已被應(yīng)用在紫花苜蓿/玉米［9］、大豆（Glycine max）/玉米［14-16］、蠶豆/小麥（Triticum aestivum）［17］等間作體系中來(lái)研究作物的生長(zhǎng)特性，氮、磷養(yǎng)分吸收利用特性和評(píng)價(jià)作物根區(qū)土壤殘留養(yǎng)分差異［18］等，來(lái)不斷揭示間套作模式下種間營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)與促進(jìn)的互作機(jī)理。

紫花苜蓿在我國(guó)具有悠久的種植歷史，是一種優(yōu)質(zhì)的植物性蛋白資源［19］，具有豐富的維生素和礦物質(zhì)，同時(shí)其結(jié)瘤固氮能力會(huì)減少化學(xué)氮肥的使用，促進(jìn)氮素在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的利用效率［20］。燕麥（Avena sativa）屬糧飼兼用型作物，是中國(guó)西北干旱地區(qū)重要的飼草作物。紫花苜蓿與燕麥間作不僅使碳、氮代謝更加活躍［21］，還可促進(jìn)紫花苜蓿對(duì)氮素的固定，進(jìn)而提高間作群體的氮素利用效率［22］，此外，它們皆具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其種植面積在我國(guó)呈逐年增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)［23］。目前，關(guān)于飼草間作組合的研究主要集中在紫花苜蓿/玉米［9］、燕麥/箭筈豌豆（Vicia sativa）［24］等組合，且相關(guān)研究方向主要集中在生產(chǎn)潛力評(píng)定［25］、土壤理化性質(zhì)［26］等方面，而對(duì)紫花苜蓿/燕麥間作根系互作氮素吸收利用及種間互饋機(jī)制的研究很少。為此，本試驗(yàn)擬采用根系分隔法來(lái)模擬紫花苜蓿/燕麥間作下的不同根系互作關(guān)系，以研究豆/禾間套作模式下種間氮素的互補(bǔ)和促進(jìn)作用，為減少氮肥施用量、優(yōu)化間作系統(tǒng)的氮素利用及氮素互饋機(jī)制以及提高豆/禾間作資源利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

紫花苜蓿（LW6010）：由北京猛犸種業(yè)有限公司提供；燕麥（海威）：由克勞沃公司提供；中華根瘤菌（12531）：由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2017年3月5日在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)的防雨網(wǎng)棚內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。采用桶栽土培法，即紫花苜蓿與燕麥種植于塑料桶中（直徑為47 cm，高為40 cm），試驗(yàn)中用的土樣來(lái)自甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草試驗(yàn)基地，土壤pH 8.23，有機(jī)質(zhì)（organic matter）12.23 g·kg-1，全氮（total nitrogen）0.81 g·kg-1，堿解氮（available nitrogen）81.24 mg·kg-1，速效磷（available phosphorous）15.22 mg·kg-1，速效鉀（available potassium）118.12 mg·kg-1。

采用3因素設(shè)計(jì)試驗(yàn)，A因素為2個(gè)氮素水平，即：1）不施氮水平（N21）；2）施氮水平（N210）［0.15 g·kg-1尿素，CO（NH2）2（N≥46%），該氮素是在裝桶種植前一次性加入土壤中］；B因素為5種種植方式，即：1）紫花苜蓿單作（SA）；2）燕麥單作（SO）；3）紫花苜蓿與燕麥間作根系不分隔，簡(jiǎn)稱不分隔（A-O）；4）紫花苜蓿與燕麥間作根系尼龍網(wǎng)分隔，簡(jiǎn)稱尼龍網(wǎng)分隔（NA-O）；5）紫花苜蓿與燕麥間作根系塑料分隔，簡(jiǎn)稱塑料分隔（PA-O）；C因素為不同的取樣時(shí)期，即：1）紫花苜蓿分枝期（Ⅰ）；2）紫花苜?，F(xiàn)蕾期（Ⅱ）；3）紫花苜蓿初花期（Ⅲ）。每個(gè)處理重復(fù)3次，其中根系的分隔方式參考李隆等［27］的方法。先將紫花苜蓿種植于桶中，單作每桶留20株，根系分隔則種植于被分隔后桶的一側(cè)，每桶留10株。紫花苜蓿出苗后，對(duì)燕麥進(jìn)行2~3 d的催苗，隨后將露白的燕麥種子均勻移入相對(duì)應(yīng)的塑料桶內(nèi)，單作每桶留20株，根系分隔則留10株。在紫花苜蓿出苗1周后，接種根瘤菌25 mL·桶-1。待燕麥出苗前每天3次用噴壺進(jìn)行噴水，保持土壤的濕潤(rùn)；待燕麥出苗后，每3 d澆1次水，保持紫花苜蓿和燕麥的正常生長(zhǎng)。分別于2017年6月15日（分枝期）、7月1日（現(xiàn)蕾期）、7月16日（初花期）取樣，將待測(cè)樣品（帶桶）運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，直接從桶栽植株上進(jìn)行莖葉的取樣，后將根系用蒸餾水沖洗干凈，并用吸水紙吸干后迅速取樣并測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

取樣后于105℃烘箱中殺青15 min，再調(diào)至85℃烘干36 h，稱其干重。采用凱氏定氮法測(cè)定植株氮含量并計(jì)算［28］。氮積累量為干物質(zhì)重與氮含量的乘積。采用鄒琦［29］的方法測(cè)定硝酸還原酶（nitrate reductase，NR）活性，單位：μg·g-1FW·h-1以及谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase，GS）活性，單位：μmol·g-1FW·h-1。利用Epson根系掃描儀對(duì)活根進(jìn)行掃描并存入電腦，再用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)軟件獲得根系總長(zhǎng)度、根表面積、根系平均直徑和根體積數(shù)據(jù)，每個(gè)處理重復(fù)3次。根部用蒸餾水清洗干凈后，用吸水紙吸干，然后立刻取出結(jié)節(jié)。每株紫花苜蓿的根瘤數(shù)量為單株根瘤數(shù)、重量為單株根瘤重；每株紫花苜蓿粉色及淺粉色根瘤（主要是豆血紅蛋白的顏色）數(shù)量為單株有效根瘤數(shù)。每株紫花苜蓿的有效/根瘤數(shù)為單株有效根瘤數(shù)與單株根瘤數(shù)的比［9］。采用TTC法測(cè)定根系活力［28］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016軟件整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫花苜蓿/燕麥間作下的氮素吸收

2.1.1 干物質(zhì)重 紫花苜蓿地上干物質(zhì)重在分枝期時(shí)，各分隔方式之間差異不顯著，在現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作及塑料分隔均顯著大于不分隔（圖1）；燕麥地上干物質(zhì)重在分枝期時(shí)，各分隔方式之間差異不顯著，在現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為不分隔顯著大于燕麥單作（P<0.05）。N210下，紫花苜蓿地下干物質(zhì)重表現(xiàn)為紫花苜蓿單作和塑料分隔均顯著大于不分隔，N21下，紫花苜蓿地下干物質(zhì)重在分枝期和初花期時(shí)，均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于其他處理；燕麥地下干物質(zhì)重除N210現(xiàn)蕾期外，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于塑料分隔和尼龍網(wǎng)分隔（P<0.05）。

圖1 不同分隔方式及氮素水平對(duì)紫花苜蓿和燕麥干物質(zhì)重的影響Fig.1 Effect of differ ent r oot partitions and N level on dr y matter of alfalfa and oat

2.1.2 氮含量 N210下，紫花苜蓿地上氮含量在分枝期時(shí)，表現(xiàn)為塑料分隔顯著大于紫花苜蓿單作，在現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)表現(xiàn)為紫花苜蓿單作和塑料分隔均大于不分隔，N21下，除分枝期外，均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于不分隔（圖2）；燕麥地上氮含量在每個(gè)處理下，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于燕麥單作（P<0.05）。紫花苜蓿地下氮含量在現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作及塑料分隔均顯著大于不分隔；燕麥地下氮含量在N21現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為不分隔及尼龍網(wǎng)分隔均顯著大于燕麥單作和塑料分隔（P<0.05）。

圖2 不同分隔方式及氮素水平對(duì)紫花苜蓿和燕麥氮含量的影響Fig.2 Effect of different root partitions and N level on N concentration of alfalfa and oat

2.1.3 氮積累量 紫花苜蓿地上氮積累量在現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作及塑料分隔均顯著大于不分隔；燕麥地上氮積累量均表現(xiàn)為不分隔顯著大于燕麥單作和塑料分隔（P<0.05）。N210下，紫花苜蓿地下氮積累量在現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于不分隔，在N21下，均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于不分隔；燕麥地下氮積累量除N21分枝期外，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于燕麥單作（P<0.05）（表1）。

表1 不同分隔方式及氮素水平對(duì)紫花苜蓿和燕麥氮積累量的影響Table 1 Effect of different root partitions and N level on N accumulating of alfalfa and oat（mg·plant-1）

2.2 紫花苜蓿/燕麥間作下的氮代謝關(guān)鍵酶活性

2.2.1 硝酸還原酶（NR） 紫花苜蓿地上NR活性在每個(gè)處理下，均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于尼龍網(wǎng)分隔（圖3）；燕麥地上NR活性在分枝期和初花期時(shí)，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于塑料分隔和燕麥單作，在現(xiàn)蕾期時(shí)，表現(xiàn)為不分隔及尼龍網(wǎng)分隔均顯著大于燕麥單作和塑料分隔（P<0.05）。紫花苜蓿地下NR活性在每個(gè)處理下，均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于不分隔和尼龍網(wǎng)分隔；燕麥地下NR活性在每個(gè)處理下，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于尼龍網(wǎng)分隔和燕麥單作（P<0.05）。

2.2.2 谷氨酰胺合成酶（GS） N210下，紫花苜蓿地上GS活性在分枝期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作及尼龍網(wǎng)分隔顯著大于塑料分隔，在現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于不分隔，N21下，紫花苜蓿地上GS活性在分枝期時(shí)，表現(xiàn)為尼龍網(wǎng)分隔顯著大于塑料分隔，現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于塑料分隔（圖4）；燕麥地上GS活性除N210分枝期外，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于燕麥單作（P<0.05）。紫花苜蓿地下GS活性除N210分枝期外，均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于尼龍網(wǎng)分隔；燕麥地下GS活性在初花期時(shí)，表現(xiàn)為不分隔顯著大于燕麥單作和尼龍網(wǎng)分隔（P<0.05）。

圖4 不同分隔方式及氮素水平對(duì)紫花苜蓿和燕麥GS活性的影響Fig.4 Effect of differ ent r oot partitions and N level on GSactivity of alfalfa and oat

2.3 紫花苜蓿/燕麥間作下的根系特性

2.3.1 根系形態(tài) 紫花苜?？偢L(zhǎng)均表現(xiàn)為不分隔顯著大于尼龍網(wǎng)分隔和塑料分隔；燕麥總根長(zhǎng)除N21分枝期外，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于塑料分隔（P<0.05），除N21的現(xiàn)蕾期外，燕麥單作與尼龍網(wǎng)分隔之間無(wú)顯著差異。紫花苜蓿根表面積在N210現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于不分隔和尼龍網(wǎng)分隔，在N21分枝期和現(xiàn)蕾期時(shí)，表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于其余分隔方式；燕麥根表面積均表現(xiàn)為不分隔顯著大于塑料分隔（P<0.05）。紫花苜蓿根平均直徑在N210下，均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作及塑料分隔都顯著大于不分隔和尼龍網(wǎng)分隔，在N21下，均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于不分隔；燕麥根平均直徑均表現(xiàn)為不分隔顯著大于塑料分隔（P<0.05）。紫花苜蓿根體積均表現(xiàn)為紫花苜蓿單作顯著大于不分隔；燕麥根體積除N21分枝期外，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于尼龍網(wǎng)分隔和塑料分隔（P<0.05）（表2）。

表2 不同分隔方式及氮素水平對(duì)紫花苜蓿和燕麥根系形態(tài)的影響Table 2 Effect of different root partitions and N level on root morphology of alfalfa and oat

2.3.2 根系活力 N210下，紫花苜蓿根系活力在現(xiàn)蕾期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為不分隔顯著大于尼龍網(wǎng)分隔和塑料分隔，N21下，紫花苜蓿根系活力在分枝期和初花期時(shí)，表現(xiàn)為不分隔顯著大于尼龍網(wǎng)分隔，紫花苜蓿單作和塑料分隔（圖5A）；燕麥除N21分枝期外，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于尼龍網(wǎng)分隔，塑料分隔和燕麥單作（P<0.05）（圖5B）。

圖5 不同分隔方式及氮素水平對(duì)紫花苜蓿和燕麥根系活力的影響Fig.5 Effect of different root partitions and N level on root activity of alfalfa and oat

2.4 紫花苜蓿結(jié)瘤特性

N210下，紫花苜?？偢鰯?shù)在各時(shí)期內(nèi)，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于單作，尼龍網(wǎng)分隔與塑料分隔之間差異不顯著；N21下，除分枝期外，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于單作及塑料分隔（P<0.05）。單株有效根瘤數(shù)均表現(xiàn)為不分隔顯著大于單作及塑料分隔（P<0.05）。有效/總根瘤數(shù)、總根瘤重在N210下均表現(xiàn)為不分隔顯著大于尼龍網(wǎng)分隔，單作及塑料分隔；在N21下，均表現(xiàn)為不分隔顯著大于單作及塑料分隔（P<0.05）（表3）。

表3 不同分隔方式及氮素水平對(duì)紫花苜蓿結(jié)瘤特性的影響Table 3 Effect of different root partitions and N level on nodule

3 討論

氮素代謝受NR和GS等活性的調(diào)節(jié)［30］，NR作為氮代謝途徑中的關(guān)鍵酶與限速酶，是氮同化的最初反應(yīng)催化者［31］，可調(diào)節(jié)NO3--N的還原，從而調(diào)節(jié)氮代謝，GS主要參與NH4+-N同化過(guò)程，可通過(guò)GS/GOGAT循環(huán)轉(zhuǎn)化利用95%左右銨態(tài)氮［32］。本研究發(fā)現(xiàn)，NR和GS活性在不同根系互作強(qiáng)度（3種分隔方式）下表現(xiàn)不同，紫花苜蓿的NR和GS活性均表現(xiàn)為單作>塑料分隔>尼龍網(wǎng)分隔>不分隔，而燕麥相反，這說(shuō)明根系互作越緊密越有利于燕麥NR和GS活性的提 高。在塑料分隔時(shí)，根系和養(yǎng)分被隔開(kāi)，地下無(wú)任何互作，種間氮素競(jìng)爭(zhēng)最弱；尼龍網(wǎng)分隔時(shí)，根系具有半交互作用，根系之間無(wú)交互影響，但水分和養(yǎng)分可以交互流動(dòng)，菌根可以通過(guò)，菌根菌絲能夠間接幫助植物根系吸收其所形成的營(yíng)養(yǎng)匱乏區(qū)，間接提高植物的氮素利用率，燕麥具有較強(qiáng)的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)能力，故燕麥能獲得來(lái)自紫花苜蓿周圍少量的氮素，這與張宇亭等［33］在玉米/油菜（Brassica napus）間作體系中的研究結(jié)果一致；不分隔時(shí)，燕麥與紫花苜蓿根系交互重疊，菌根侵染率升高，從而加強(qiáng)了燕麥從紫花苜蓿一側(cè)競(jìng)爭(zhēng)性地吸收氮素，使得紫花苜蓿根系環(huán)境中的氮素濃度降低，肖焱波等［34］的研究中也有此發(fā)現(xiàn)，這是由于紫花苜蓿根系環(huán)境中氮素的降低刺激并加強(qiáng)了紫花苜蓿結(jié)瘤固氮和向燕麥轉(zhuǎn)移，使得燕麥NR和GS活性均有顯著的提高，且兩者變化趨于一致，唐秀梅等［35］在木薯（Manihot esculenta）/花生（Arachis hypogaea）間作中發(fā)現(xiàn)，間作花生的NR和GS活性均低于單作，郭峰等［36］與宋艷霞等［37］在麥套花生及套作大豆的研究中也有類似發(fā)現(xiàn)。此外，吳雅薇等［38］和趙吉平等［39］在小麥和玉米的研究中發(fā)現(xiàn)，氮代謝酶活性與氮素濃度和生育期呈正相關(guān)，并影響氮代謝積累和生物量，在本研究中，不分隔時(shí)的燕麥和單作時(shí)的紫花苜蓿干物質(zhì)重及氮積累量均高于其余分隔方式，且隨著環(huán)境氮水平的提高和生育期的推進(jìn)而提高，這是由于不分隔時(shí)，根系互作緊密，提高了燕麥的氮代謝酶活性，促進(jìn)其對(duì)氮素的積累和利用，進(jìn)而提高其生物量，且隨著適宜氮素的添加和生育期的推進(jìn)，燕麥的氮代謝水平不斷增強(qiáng)，而紫花苜蓿無(wú)論在何種分隔方式下都處于劣勢(shì)地位。也有研究證明［40］，作物產(chǎn)量的上升完全來(lái)源于地下種間的互惠作用，這種互惠作用主要來(lái)源于根系分泌物所產(chǎn)生的非直接接觸，當(dāng)紫花苜蓿和燕麥間作時(shí)，兩者的根系分泌物會(huì)發(fā)生化感促進(jìn)作用，提高土壤養(yǎng)分的有效性，又因燕麥?zhǔn)莾?yōu)勢(shì)主導(dǎo)作物，進(jìn)而在不分隔時(shí)表現(xiàn)出較高的生物量?？梢?jiàn)，根系互作和氮水平對(duì)NR和GS活性的影響程度較大，不分隔和施氮促進(jìn)了燕麥對(duì)土壤氮素的吸收，提高了燕麥氮代謝酶活性和氮代謝水平，加速了蛋白質(zhì)的合成和氮積累量，提高其生物量，且隨著生育期的推進(jìn)，影響不斷增大。綜上，間作下紫花苜蓿和燕麥的根系互作關(guān)系越緊密，氮素濃度越高，越有利于燕麥對(duì)土壤氮素的競(jìng)爭(zhēng)和吸收，進(jìn)而可降低紫花苜蓿根區(qū)有效氮含量，刺激紫花苜蓿提高結(jié)瘤固氮能力，促進(jìn)間作中氮的互補(bǔ)利用，提高燕麥的氮代謝水平和氮代謝酶活性，增加燕麥氮代謝產(chǎn)物積累，提高其生物量。

不同分隔方式下根系的空間生態(tài)位體現(xiàn)了根系對(duì)水分和養(yǎng)分吸收的有效空間［10］。根系形態(tài)的差異和根系活力的作用是造成間作作物養(yǎng)分吸收不同的主要原因［41］。本研究發(fā)現(xiàn)，在不同根系分隔方式下，紫花苜蓿根表面積、根平均直徑和根體積均表現(xiàn)為單作>塑料分隔>尼龍網(wǎng)分隔>不分隔，而燕麥相反，這是由于紫花苜蓿和燕麥在不分隔時(shí)地下互作最強(qiáng)，燕麥會(huì)侵占紫花苜蓿的根系空間并具有較高的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可競(jìng)爭(zhēng)到紫花苜蓿根系周圍更多的氮素，從而改善其根系特性，而處于空間分布和氮素競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)的紫花苜蓿根體積和根平均直徑會(huì)減小，張義凱等［42］和李玉英等［10，43］在蠶豆/玉米體系的研究中也發(fā)現(xiàn)了相同的規(guī)律，蠶豆與玉米種間互作擴(kuò)展了根系空間生態(tài)位，增加了兩者在橫向和縱向兩個(gè)尺度上的根長(zhǎng)密度、根表面積、根系體積，且根長(zhǎng)密度和根表面積與兩種作物氮素吸收呈正相關(guān)。本研究中，紫花苜蓿和燕麥的根系活力在不分隔時(shí)明顯提高，這是由于間作提高了作物的根系活力，促進(jìn)其釋放根系分泌物，影響根際微生物的群落分布和生長(zhǎng)，活化了根際土壤中難溶性的磷，促進(jìn)根際土壤磷的有效性［44］，加強(qiáng)作物對(duì)土壤氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，這也說(shuō)明，氮素吸收的能力還與根系活力呈正相關(guān)［45-46］，可見(jiàn)，根系互作關(guān)系越緊密，越有利于紫花苜蓿和燕麥根系活力的提高，促進(jìn)其對(duì)氮素的吸收。此外，隨著環(huán)境氮水平的提高和生育期的推進(jìn)，不同分隔方式之間的差距變得明顯，紫花苜蓿與燕麥的根系形態(tài)、根系活力均隨之改善，從而增強(qiáng)種間氮營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)互補(bǔ)利用機(jī)制，本團(tuán)隊(duì)的前期研究中也發(fā)現(xiàn)，間作中種間強(qiáng)烈的氮素競(jìng)爭(zhēng)會(huì)刺激紫花苜蓿增加其根瘤皮層內(nèi)O2的擴(kuò)散，促使根系分泌物中類黃酮物質(zhì)的組分和含量發(fā)生變化，最終促進(jìn)根瘤的生長(zhǎng)發(fā)育，提高其生物固氮能

力來(lái)補(bǔ)充自身所缺的氮素營(yíng)養(yǎng)［9］。另外，在本研究中，紫花苜蓿的總根瘤數(shù)、有效根瘤數(shù)、有效/總根瘤數(shù)、總根瘤重均在不分隔時(shí)顯著大于其余分隔方式，可見(jiàn)根系互作關(guān)系越緊密，越有利于紫花苜蓿增加根瘤的數(shù)目和有效性，提高其結(jié)瘤固氮能力。再者，在本研究中，紫花苜蓿在各時(shí)期的同一分隔方式下結(jié)瘤特性均表現(xiàn)為施氮小于不施氮，這充分證明了根系互作中環(huán)境氮素濃度的降低有利于豆科作物結(jié)瘤與固氮，這一研究結(jié)果與王立波等［47］的研究結(jié)果相同，但與趙雅姣等［9］在紫花苜蓿/玉米間作中發(fā)現(xiàn)有效根瘤數(shù)、有效/總根瘤數(shù)、氮根瘤重在分枝期的各分隔方式下，其隨氮素濃度的增加而變大的結(jié)果不同，造成此結(jié)果的原因可能是作物組合及種植密度的不同造成了對(duì)養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)的不同。本研究中還表明，隨著生育期的推進(jìn)，紫花苜蓿結(jié)瘤特性在2個(gè)氮水平下均表現(xiàn)為各分隔方式之間差距不斷增大，這種表現(xiàn)在初花期最明顯，其趨勢(shì)仍表現(xiàn)為不分隔大于尼龍網(wǎng)分隔和塑料分隔，可見(jiàn)，無(wú)論何種氮素水平和生育時(shí)期，根系互作程度是影響紫花苜蓿/燕麥間作中紫花苜蓿結(jié)瘤固氮的主要因素，且根系互作關(guān)系越緊密、環(huán)境氮素越低越有利于紫花苜蓿結(jié)瘤固氮。綜上所述，間作下紫花苜蓿/燕麥的根系相互作用會(huì)隨著共生期逐漸增強(qiáng)，且根系互作關(guān)系越緊密，越有利于燕麥根系空間生態(tài)位的擴(kuò)展，增強(qiáng)其根系活力以競(jìng)爭(zhēng)到更多氮素，土壤氮素的降低促進(jìn)紫花苜蓿結(jié)瘤固氮，并將部分氮素轉(zhuǎn)移給燕麥，可提高間作群體氮營(yíng)養(yǎng)的互補(bǔ)利用。

4 結(jié)論

在紫花苜蓿/燕麥間作體系中，根系互作越緊密，越有利于燕麥根系的生長(zhǎng)和根系活力的提高，增強(qiáng)燕麥氮代謝酶活性和氮代謝產(chǎn)物積累，提高燕麥氮素吸收和氮代謝能力，促進(jìn)紫花苜蓿結(jié)瘤固氮并將由此產(chǎn)生的部分氮素繼續(xù)轉(zhuǎn)移給燕麥，增強(qiáng)間作系統(tǒng)中種間氮營(yíng)養(yǎng)的互補(bǔ)利用，以達(dá)到紫花苜蓿/燕麥間作體系內(nèi)的種間氮營(yíng) 養(yǎng)高效回饋，從而有效提高了間作體系中氮素的利用效率；且適宜氮素的添加和生育期的推進(jìn)，使得種間根系互作不斷加強(qiáng)，加強(qiáng)了種間氮素的互補(bǔ)利用，促進(jìn)其間作體系內(nèi)氮素的高效利用。

綜上所述，紫花苜蓿/燕麥間作體系中，燕麥和紫花苜蓿根系互作越緊密，其種間氮營(yíng)養(yǎng)互饋就越活躍，間作體系的氮素利用就越高效，因此，紫花苜蓿/燕麥間作是一種氮素高效利用的牧草種植方式，當(dāng)其投入生產(chǎn)時(shí)，適當(dāng)添加氮素，并在兩種作物進(jìn)入生殖生長(zhǎng)前進(jìn)行收割可獲得較高的生產(chǎn)效益。