干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 豆科/禾本科间作促进豆科作物结瘤固氮机制研究

Arid

	豆科/禾本科间作促进豆科作物结瘤固氮机制研究
	孙建好; 吴科生; 李伟绮; 李娟; 赵建华
完成单位	甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所
登记(发布)日期	2015
中文摘要	①课题来源与背景：本课题为国家自然科学基金委员会资助的地区基金项目“豆科/禾本科间作促进豆科作物结瘤固氮机制研究”(31160102),项目时间为2012年1月-2015年12月。 ②研究目的与意义：在间作系统中,作物种间不仅存在这资源的竞争更重要地是存在着对资源利用的促进作用,正是这种促进作用,使得间作套种这种传统的种植方式得以久经不衰,并将在未来农业持续发展中占有越来越重要的地位。氮素是农业生产中最重要的养分资源之一,其在作物增产中的决定性作用已被人们所共认,然而,大面积过量施用氮肥不仅造成氮肥利用率下降,尤其是氮肥施用抑制了豆科作物生物固氮的潜力,人为造成根瘤菌联合固氮的“氮阻遏”现象。众多研究表明,豆科/禾本科间作能促进豆科作物结瘤固氮,尤其是在高施氮肥条件下豆科作物还能发挥明显的结瘤固氮的潜力,有效缓解或打破“氮阻遏”现象。因此阐明间套作增加豆科植物结瘤固氮的机理,对挖掘在高氮素累计土壤环境中豆科作物固氮潜力的生物学途径,对新的高效间作体系的建立、间作系统中养分高效利用的深层次认识、以及间作套种这种具有中国特色的高效种植制度的进一步发展等均具有重要的指导意义。 ③主要论点与论据：以豌豆、玉米为研究对象,从根瘤菌-豆科联合固氮的外部条件入手,系统研究豆科作物与玉米间作的种间氮素竞争能力、根际微生物群落改变、根际分泌物相互作用、种间根系形态变化和空间重叠交叉对豆科-根瘤菌联合固氮的影响。获得的主要结论如下：(1)施用氮肥对豌豆产量影响不显著,对玉米的增产效果显著。豌豆/玉米间作体系,无论施氮还是不施氮土地当量比(LER)都大于1。豌豆水分利用效率随施氮量增加而减小,玉米水分利用效率随施氮量增加先增大后减小,在豌豆/玉米间作体系中,玉米高产高水分利用效率的施氮量为300 kg(N)/ha,豌豆高产高效的施氮量为75kg(N)/ha。(2)间作豌豆全生育期的生物量比单作豌豆增加44.6%。间作后豌豆地上部氮磷钾养分累积量比单作增加40%以上。施氮量为75 kg/ha时,豌豆地上部氮、磷素收获指数最大,分别为79%、91%,钾素收获指数最小为47%。间作玉米产量收获指数显著高于单作,最大增幅达89.0%,玉米氮磷钾收获指数在300kg/ha施氮量时都达最大值,分别为57%、77%、16%。(3)间作豌豆和间作玉米分别比对应的单作在0～120cm土层硝态氮含量降低6.1%和5.1%。豌豆收获后,0～60cm土层土壤无机氮累积量间作豌豆和间作玉米分别比相应单作降低4.9%和1.9%,60～120 cm土层降低10.8%和9.2%;玉米收获后0～60cm土层平均降低28.2%和9.4%,60～120cm土层平均降低23.5%和12.5%。因此,施用氮肥显著增加了土壤无机氮含量和累积量。间作能显著降低土壤无机氮浓度和累积量,特别在作物生长后期对土壤无机氮累积的降低作用更加明显。结果系统地阐述了豌豆/玉米间作体系中种间相互作用对于提高生态系统氮素利用效率、接种外源根瘤菌的增产作用。 ④创见与创新：本项目揭示了豌豆/玉米间作氮营养补偿生产的机制,得出甘肃省河西绿洲灌区豌豆/玉米间作体系不同生育期0～120cm土层土壤无机氮时空分布的现状特征,其结果可为科学研究和生产上适期、适量科学施肥提供理论依据。提出了大田生产中采用豌豆玉米控制氮肥总量、适期适量追肥,减少硝酸盐淋洗导致土壤氮素损失和农田土壤环境污染的最佳施氮量。 ⑤社会经济效益,存在的问题：本项目紧密结合我国农业生产中的重要高措施—间作套种进行其高效利用氮资源的问题进行研究,有较高的学术价值和实践意义。提出了豌豆和玉米的最佳施氮量分别为75 kg/ha和300kg/ha,单作豌豆 75kg(N)/ha施氮量接菌处理比不接菌两年平均增产达 22.8%,玉米施氮量300kg/ha时产量最高,单作 14394kg/ha,间作比单作两年平均增产 61.8%。间作豌豆在0～60cm土层比单作豌豆土壤无机氮残留量降低4.9%,60～120cm降低10.9%,合理施氮量和减少硝酸盐淋洗导致土壤氮素损失和农田土壤环境污染的有效措施,对间作套种这种具有中国特色的高效种植方式的进一步发展以及氮养分的高效利用具有重要的指导意义。间作提高氮素利用,不仅在理论上具有创新,而且对在生产上如何通过栽培措施最大限度的发挥节肥高产作用,减少养分损失降低污染,使间作优势发挥到最大具有重要意义。目前仍然存在的问题是“豆科/禾本科间作促进豆科作物结瘤固氮机制研究”项目中所测得的根瘤数和根瘤重对豌豆生物固氮的方法存在误差,需要进一步精细化的试验论证。
中文关键词	豌豆/玉米间作 ; 养分吸收 ; 作物产量
成果类型	基础理论
中图法分类号	S52
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001718704
来源机构	甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243597
推荐引用方式 GB/T 7714	孙建好,吴科生,李伟绮,等. 豆科/禾本科间作促进豆科作物结瘤固氮机制研究[Z]. 基础理论,2015.