【摘要】：間作是一種提高復種指數(shù)、保證作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的一項主要農(nóng)業(yè)措施。玉米∥花生是禾本科作物與豆科作物間作的一種重要模式,具有高產(chǎn)高效、共生固氮、資源高效利用、優(yōu)化土壤環(huán)境等優(yōu)點。本研究于2015 2016年在山東省玉米科技示范園和山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室進行,選用緊湊密植夏玉米品種登海618及早熟高產(chǎn)花生品種花育22號為供試材料,玉米和花生密度分別為105 000株hm~(-2)、180 000穴hm~(-2),2015年設置3種種植方式(單作玉米、單作花生、間作玉米花生(行比4:6))和2個氮素處理(N240:控釋尿素240 kg N hm~(-2),N0:不施肥),2016年進行玉米花生輪作種植(單作玉米輪種、單作花生輪種、間作玉米輪種、間作花生輪種),肥料處理同2015年。在高產(chǎn)高密度條件下,系統(tǒng)分析單作、間作及輪作的產(chǎn)量效應,從群體產(chǎn)量與經(jīng)濟效益、植株性狀、光合特性及衰老、氮素吸收利用及根際土壤特性等方面,深入探討間作系統(tǒng)產(chǎn)量效應的生理生態(tài)基礎和輪作對作物的調(diào)控作用,以期為間作種植模式高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術指導。主要研究結果如下:1.玉米花生間作對作物產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響間作對玉米花生兩作物產(chǎn)量性狀的影響不同,間作顯著提高了夏玉米的產(chǎn)量、降低了花生的產(chǎn)量,從整個體系看本試驗的玉米花生系統(tǒng)有產(chǎn)量間作優(yōu)勢2.42 3.40 t hm~(-2),且LER達到1.17 1.20。此外,間作亦顯著增加了玉米成熟期的收獲穗數(shù)和行粒數(shù),降低了空桿率。對于花生,間作顯著降低了成熟收獲期的飽果率。間作顯著提高了玉米凈面積的生物產(chǎn)量,降低了花生生物產(chǎn)量。同時,間作提高了玉米成熟期各器官的干物質(zhì)重量并顯著增加了玉米單株籽粒干物質(zhì)重量及群體吐絲后干物質(zhì)積累量,間作玉米植株干物質(zhì)積累量高,且光合產(chǎn)物向籽粒運轉(zhuǎn)和分配增多,產(chǎn)量升高。對于花生,間作降低了其總干物質(zhì)重量,提高了根干重及根冠比,表明間作促進了光合產(chǎn)物向花生地下部分運輸和積累。間作系統(tǒng)不僅有籽粒產(chǎn)量優(yōu)勢、生物產(chǎn)量優(yōu)勢,還有較高的經(jīng)濟效益。間作系統(tǒng)兩年凈產(chǎn)值分別較單作玉米和單作花生高2507￥hm~(-2)和5046￥hm~(-2)。施氮和輪作對玉米和花生的產(chǎn)量、產(chǎn)量構成、生物產(chǎn)量及干物質(zhì)積累與分配均有促進作用,且能有效緩解花生處于間作劣勢地位的不利影響。但兩因素對作物的影響不同,如對兩作物產(chǎn)量的影響,施氮提高玉米和花生產(chǎn)量兩年平均分別為13.6%、9.6%,而輪作對玉米和花生產(chǎn)量提高6.6%和4.3%。2.玉米花生間作對作物光合性能的影響間作顯著改善了夏玉米受光條件,提高了玉米穗位葉各生育時期葉綠素含量、冠層透光率和葉片最大光化學效率、實際光化學效率、光化學猝滅系數(shù)、降低了非光化學猝滅系數(shù),葉片RuBP羧化酶及PEP羧化酶活性提高,同時降低~(13)C同化物在莖稈和其他葉片中的分配比例,促進了其向籽粒的分配。而對于花生,間作降低了花生倒三葉的凈光合速率、葉綠素a和葉綠素總含量,提高了葉綠素b含量,對葉綠素熒光動力學的影響與對玉米的影響一致,降低了RuBP羧化酶及PEP羧化酶活性。施氮及輪作改善了作物的光合性能,但兩者對作物的改善效果不同,前者的提高幅度大于后者。間作玉米生育后期較高的光合性能,為籽粒產(chǎn)量的形成奠定了基礎。3.玉米花生間作對作物衰老特性的影響間作顯著提高夏玉米生育后期葉片SOD、POD和CAT活性,三種酶活性分別提高13.8%、19.8%和15.6%,顯著提高開花期葉片可溶性蛋白含量,提高12.1%,降低了MDA含量,自開花期至蠟熟期,間作玉米穗位葉MDA含量下降5.3% 12.8%,表明間作降低了穗位葉膜脂過氧化程度,利于延緩葉片的衰老。而對于花生,間作顯著降低了花生結莢期和飽果期葉片的SOD、POD、CAT活性和可溶性蛋白含量,提高了葉片MDA含量。施氮和輪作對作物衰老特性的調(diào)控效應不同,施氮顯著提高玉米蠟熟期葉片中的SOD、POD、CAT活性和開花期葉片可溶性蛋白含量,提高花生結莢期和飽果期葉片的SOD、POD、CAT活性和可溶性蛋白含量,降低了玉米穗位葉和花生倒三葉MDA含量;輪作延緩了兩作物生育后期葉片的衰老,有利于光合產(chǎn)物的積累,但對抗氧化酶活性的調(diào)控作用各處理間差異不顯著。4.玉米花生間作對作物氮素吸收、轉(zhuǎn)運及利用效率的影響間作顯著提高玉米單株氮素積累量、群體吸氮量及花后氮素積累量,同時提高了穗位葉氮代謝酶活性、氮收獲指數(shù)、氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮肥生理效率,極顯著提高了夏玉米氮肥農(nóng)學效率,降低了氮轉(zhuǎn)運量,使玉米營養(yǎng)器官中保持較高的氮素積累,延長葉片的功能防止早衰,有利于植株生育后期合成更多的光合產(chǎn)物。對于花生,間作降低了花生的吸氮量、氮收獲指數(shù)、氮肥農(nóng)學效率和氮肥生理效率,同時降低了葉片氮代謝酶活性,不利于花生氮素的吸收和運轉(zhuǎn)。從整個間作系統(tǒng)看有氮吸收間作優(yōu)勢,且氮吸收當量比大于1。施氮和輪作均提高夏玉米、花生氮素積累量和GS、GDH、GOGAT活性,施氮降低玉米和花生氮收獲指數(shù)和氮利用效率,輪作提高了玉米花生間作氮優(yōu)勢及氮吸收當量比,施氮對作物的調(diào)控效應較輪作的大。夏玉米功能葉片氮代謝酶活性和氮素積累量的提高、氮轉(zhuǎn)運量的降低可能是產(chǎn)量優(yōu)勢的原因之一。5.玉米花生間作對作物根際土壤特性的影響間作提高了土壤中的速效氮、速效鉀含量,同時間作系統(tǒng)土壤有較高的土壤酶活性,土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性均提高,對過氧化氫酶活性的影響各處理間無顯著差異。同時,間作對土壤微生物亦有顯著影響,單作花生土壤中細菌、放線菌和共生固氮菌含量最多,其次是間作系統(tǒng),單作玉米中最少,且間作土壤中細菌和共生固氮菌較單作玉米中顯著提高,分別提高34.5%和251.0%,間作土壤中真菌含量較單作花生顯著提高168.6%。表明,間作系統(tǒng)中花生生物固氮作用增加了間作土壤共生固氮菌含量。施氮、輪作對玉米和花生土壤均有改善作用,但兩者對土壤調(diào)控的效應不同,施氮對土壤理化性狀和土壤酶活性的影響顯著,而輪作對土壤中微生物含量的影響顯著。
【圖文】：

+花生89 100 穴 hm-2。條帶寬4.55 m，每個間作處理有4個條帶（種植圖見圖2），另設2個氮水平，即常規(guī)施氮(N240：240 kg N hm-2)和不施氮(N0：0 kg N hm-2)，共8個處理。各處理均基施P2O5120 kg hm-2、K2O 100 kg hm-2，氮素采用山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院研制的包膜控釋尿素( 氮素含量42%，控釋周期為3個月) ，所有氮肥、磷肥和鉀肥均作為底肥在播種前整地時一次性施入。2016年，，將1/2單作地塊及間作模式中2個條帶進行玉米花生輪作種植

圖 3 玉米花生間作系統(tǒng)夏玉米單株生物量的動態(tài)變化Fig.3 Dynamics of biomass per plant of summer maize in maize and peanut intercropping system3.1.2.5 花生成熟期單株干物質(zhì)積累與分配由表 6 看出，間作降低了花生地上部、莢果及總的干物質(zhì)重，提高了根冠比；施氮和輪作提高了花生的地上部、根、莢果及總的干物質(zhì)重，對根冠比的影響不顯著。2015年，不施氮條件下，間作花生的莢果干物質(zhì)重和總干物質(zhì)重量顯著降低，較單作降低
【學位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S513;S565.2

【參考文獻】

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本文編號：2676159