玉米/大豆间作条件下作物根际养分高效利用机理研究

论文摘要

间套作是我国农民在长期生产实践中逐步认识和掌握的一项耕作措施,具有充分利用资源和大幅度增加产量的特点。选择合适作物种类进行间作,可提高作物对氮磷的利用效率。因此间作在解决人口不断增长,资源日益枯竭和生态环境恶化等问题方面具有重要的现实意义。越来越受到农学家和生态学家的关注。本研究以玉米/大豆间作系统为研究对象,采用大田实验和盆栽模拟实验两部分,对玉米和大豆两种作物的根际土壤矿质养分含量、根际土壤微生物数量和生物化学强度、根系形态及活性、作物生物学产量和经济学产量等进行系统研究。盆栽模拟实验设计5种不同种植模式,分别为玉米/大豆间作系统1(即玉米和大豆根系间用塑料薄膜分隔开,植株只有地上部分对光、热资源的竞争,但地下部分没有水分、养分的相互交换,根系间不能进行相互作用)、玉米/大豆间作系统2(即玉米与大豆根系间用30um的尼龙网分隔,植株不仅有地上部分对光、热资源的竞争,且地下部分有水分和养分的相互交换,但根系间无相互作用)、玉米/大豆间作系统3(即玉米与大豆间无任何分隔处理,植株不仅有地上部分对光、热资源的竞争,而且地下部分也有水分和养分的相互交换和竞争,根系间有相互作用)、单作玉米、单作大豆五种种植方式进行试验;大田设计三种不同种植模式:玉米间作大豆(玉米/大豆)、单作玉米和单作大豆进行系统研究,研究结果表明:1根际土壤微生物数量和酶活性在整个生育期的动态变化是前期低,中期高,后期又降低。呈“倒V”字型。原因是在玉米和大豆间作条件下,根系间存在相互作用时根系形态和活性增强,且在作物生长盛期对养分需求大土壤微生物和酶活性也显著增加。从而使不能被植物直接吸收利用的有机氮磷分解转化为能被植物直接吸收利用的无机氮磷,促进根际土壤中有效养分含量增加,提高作物对根际土壤有效养分的吸收和利用。2在玉米和大豆间作条件下,作物根际土壤养分含量在整个生育期的动态变化是前期高,中期低,后期升高。呈“V”字型,原因是在作物需要养分多的时期,根际土壤养分含量降低,当作物对养分需要逐渐少甚至不再需要养分时土壤养分含量上升。间作玉米和间作大豆根际土壤有机质、碱解氮、有效磷含量高于相应单作作物。从不同处理方式来看,在玉米和大豆根系间完全相互作用时,作物根际土壤养分含量低于相应单作和塑料膜分隔。玉米/大豆间作在土壤养分有效性方面表现出明显的间作优势。3在玉米和大豆间作条件下,间作玉米对氮磷钾养分的吸收也显著高于单作玉米和塑料膜分隔的玉米;间作玉米在整个生育期的根系形态和活性都明显的高于单作玉米和塑料膜分隔的玉米。间作大豆部分根系形态低于单作大豆,对氮磷钾养分吸收也低于单作大豆,但这并不影响大豆的正常生长。整个间作系统对养分吸收、利用表现出优势,养分资源得到高效利用。4在玉米和大豆间作条件下,作物根系间存在相互作用时,间作玉米表现出间作优势,其植株高大、根系发达、根系活性增强,根际微生物数量增加和酶活性增强,地上生物学产量和最后经济产量都高于单作玉米和塑料膜分隔的玉米。而间作大豆则低于单作大豆,从整个玉米/大豆间作系统综合效益来看,间作系统效益高于单作系统,整个间作系统表现出间作优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 间套作体系中矿质营养竞争促进机理
• 1.2.2 根系在植物生长过程中的作用
• 1.2.3 根系微生物和酶的研究
• 1.2.4 豆科/禾本科间作体系中的增产效应
• 1.2.5 豆科作物在间套作体系中的地位和作用
• 2 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 大田试验设计与方法
• 2.2.1 试验地点
• 2.2.2 试验设计方法
• 2.3 盆栽试验设计与方法
• 2.3.1 试验地点
• 2.3.2 种植方式
• 2.3.3 施肥量
• 2.3.4 土壤装箱方法
• 2.3.5 播种及管理
• 2.3.6 取样时间及方法
• 2.4 实验测定方法
• 2.4.1 根际土壤矿质养分含量测定方法
• 2.4.2 植株地上部氮、磷、钾含量测定方法
• 2.4.3 根系活力测定方法
• 2.4.4 株高测定方法
• 2.4.5 生物量的测定方法
• 2.4.6 根际土壤细菌、真菌、放线菌数量测定方法
• 2.4.7 土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶的测定方法
• 2.5 数据处理
• 3 结果与分析
• 3.1 间作作物根际土壤微生物数量及土壤酶活性变化
• 3.1.1 间作作物根际土壤微生物数量的变化
• 3.1.2 间作作物根际土壤酶活性的变化
• 3.2 间作作物根际土壤养分含量变化
• 3.2.1 不同处理间作作物根际土壤有机质含量变化
• 3.2.2 不同处理间作作物根际土壤碱解氮含量变化
• 3.2.3 不同处理间作作物根际土壤有效磷含量变化
• 3.2.4 不同处理间作作物根际土壤有效钾含量变化
• 3.3 间作作物对养分的高效利用分析
• 3.3.1 间作作物根系形态和根系活力的分析
• 3.3.2 间作作物促进养分吸收、转化
• 3.4 间作作物的农艺性状及产质量分析
• 3.4.1 间作作物的农艺性状分析
• 3.4.2 间作作物的生物学产量和经济产量比较分析
• 4 结果与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 致谢
• 参考文献