間套作在西北地區(qū)廣泛應用,具有產量和養(yǎng)分利用的優(yōu)勢。種間相互作用是協(xié)調間套作群體資源利用的內因,如何通過調節(jié)種間競爭與補償關系,充分利用間套作時空生態(tài)位的分離來進一步提高資源的利用效率是間套作可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。據此,本文以典型的馬鈴薯-大豆套作模式為研究對象,在甘肅沿黃灌區(qū)設置了2個大田試驗。在連續(xù)套作(時間尺度)和不同品種搭配(空間尺度)條件下,探討馬鈴薯-大豆套作群體生育期結構變化、作物生長及養(yǎng)分利用規(guī)律,闡明間套作作物干物質積累、養(yǎng)分積累及光合生理的特性與種間競爭補償的相關關系,以期通過優(yōu)化種間關系進一步提高間套作資源利用率提供科學依據。主要結論如下:(1)薯-豆連續(xù)套作和不同大豆套作條件下,套作馬鈴薯生育期結構無顯著變化,而套作大豆生育期結構變化顯著。相對于單作,套作大豆開花期延遲5-7 d,但全生育期無顯著變化,表明系統(tǒng)內作物種間競爭與補償作用導致套作大豆營養(yǎng)生長期延長而生殖生長期相對縮短。大豆品種因熟期不同,營養(yǎng)生長期、開花期及收獲期均差異顯著;從馬鈴薯與大豆的共生期分析,品種間無差異;但從馬鈴薯與大豆的生殖生長共生期分析,各品種間差異顯著,晚熟品種齊黃34最短,為12 d,其次是中熟品種冀豆17,為35.5 d,早熟品種中黃30最長,為41.5 d。(2)連續(xù)種植3年后,連作及套作連作條件下作物干物質積累呈降低的趨勢,而套作輪作系統(tǒng)干物質積累年際間變化不顯著。套作輪作條件下馬鈴薯和大豆干物質積累較套作連作分別高出15.02%和41.57%,且差異均達到顯著水平。不同熟期大豆套作馬鈴薯條件下,套作馬鈴薯干物質積累較單作無顯著變化,而套作大豆LAI、干物質積累及光合生理指標變化顯著。出苗60 d內套作大豆干物質積累量是同期單作的43.74%,不同熟期品種間差異不顯著;出苗后80 d-100 d,晚熟品種干物質積累量相對于中熟和早熟提高的幅度分別為35.54%-59.22%和65.56%-70.81%;出苗100 d后(馬鈴薯已收獲),套作大豆干物質積累進程加快,恢復生長效應顯著,收獲時早、中、晚熟套作大豆較單作分別降低了32.34%、16.61%和8.23%,各品種間差異達到顯著水平。LAI和光合生理指標的變化特點與干物質積累基本一致。(3)連續(xù)種植3年后,連作馬鈴薯和大豆養(yǎng)分積累量顯著下降,而套作輪作模式下馬鈴薯和大豆氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量呈增加的趨勢。套作輪作條件下馬鈴薯和大豆氮素積累較2011年分別增加了12.89%和55.78%;磷素積累分別增加了1.78%和148.63%;鉀素積累分別增加了16.77%和115.07%。不同熟期大豆套作馬鈴薯條件下,在兩作共生期,早、中晚熟大豆N積累量平均值較同期單作分別降低41.44%、38.91%和31.43%,P積累量平均值較同期單作分別降低25.36%、22.02%和21.17%,K積累量平均值較同期單作分別降低35.6%、27.28%和23.23%,且晚熟品種與中熟、早熟品種間差異達到顯著水平。共同生長結束后,套作大豆養(yǎng)分吸收量較單作顯著增加,收獲時早、中、晚熟套作大豆N素積累量平均值較單作分別降低了11.12%、12.16%和5.89%;P素積累量平均值較單作分別降低了4.83%、5.48%和4.87%,K素積累量平均值較單作分別降低了10.44%、7.85%和5.36%,養(yǎng)分補償效應顯著。另外,從養(yǎng)分收支平衡分析,薯-豆套作系統(tǒng)作物吸收的總養(yǎng)分量顯著高于單作。與播前(2011年)土壤肥力性質指標相比,2014年作物收獲后,薯-豆套作種植土壤耕層堿解N、有效P和速效K均呈下降趨勢。說明薯-豆套作系統(tǒng)產量優(yōu)勢還基于養(yǎng)分吸收量的增加,需合理調節(jié)系統(tǒng)種間競爭與互補關系,充分利用時空生態(tài)位的分離來提高養(yǎng)分利用效率。此外,還需合理補充礦質營養(yǎng)才能更好的保持土壤肥力。(4)種間競爭與補償作用對系統(tǒng)產量及產量構成影響顯著。2011-2014年,薯-豆套作連作(IC)和薯-豆套作輪作(IR)系統(tǒng)產量與連作相比,分別提高了28.54%-254.07%和39.39%-283.98%,IC和IR系統(tǒng)產量與輪作相比,分別提高了57.51%和70.81%。2011年和2012年,IC和IR在年際間變化顯著,連續(xù)套作2年后IC產量開始下降,降幅為13.91%-24.17%;IR年際間系統(tǒng)產量無顯著變化。不同熟期大豆品種與馬鈴薯套作,系統(tǒng)內馬鈴薯產量較單作略有下降,降幅為5.24%-7.86%;系統(tǒng)內大豆產量較單作顯著下降,大豆早、中、晚熟品種籽粒產量分別降低了41.49%、17.18%和9.89%,中、晚熟品種降幅低于早熟品種。從產量構成因素分析,連續(xù)種植3年后,連作和套作連作系統(tǒng)馬鈴薯平均單薯重顯著下降,而套作輪作系統(tǒng)年際間差異不顯著;連作和套作連作系統(tǒng)大豆有效莢數顯著下降,而套作輪作大豆有效莢數較2011年升高了9.46%。馬鈴薯-大豆模式下套作馬鈴薯單株結薯數、平均單薯重和商品薯率較單作水平無顯著變化,而不同大豆品種有效莢數、單株粒數及每莢粒數均低于單作模式,早熟品種的有效莢數、單株粒數及每莢粒數差異性達到顯著水平,套作模式較單作模式分別下降了24.15%、22.14%、18.92%,而中晚熟品種下降不顯著,尤其是晚熟品種,套作模式較單作模式僅僅下降了6.34%、8.3%、1.71%。各大豆品種在單作及套作模式下百粒重無顯著差異,但各個品種間差異顯著。(5)不管是早、中、晚熟大豆與馬鈴薯套作,還是薯-豆連續(xù)套作(IC和IR)條件下,系統(tǒng)土地當量比LER均﹥1,表明薯-豆模式可有效提高土地復種指數和土地利用率,具有良好的產出效果。在該群體中,馬鈴薯是核心作物,共生期處于競爭優(yōu)勢(A_(PS)﹥0、CR_(PS)﹥0),而大豆處于競爭弱勢(A_(PS)﹤0、CR_(PS)﹤0)。薯-豆連續(xù)套作3年后,馬鈴薯相對于大豆的種間競爭力(A_(PS))和營養(yǎng)競爭比率(CR_(PS))呈降低的趨勢,主要源于薯-豆套作年際間分帶輪作后,有利于馬鈴薯和大豆的養(yǎng)分互補利用,減弱了種間競爭作用,增加了促進作用。另外,選擇晚熟大豆品種與馬鈴薯組合可弱化種間競爭力和營養(yǎng)競爭比率,還有利于馬鈴薯收獲后恢復補償能力的發(fā)揮。共生期間晚熟品種平均競爭力(A_(PS))較中、早熟品種分別降低了27.17%和30.61%;晚熟品種平均N、P、K營養(yǎng)競爭比率(CR_(PS))較中、早熟降低的幅度分別為9.34%-12.87%、0.45%-3.54%和4.44%-13.94%。共生期結束(馬鈴薯收獲)后,晚熟大豆品種平均生長速率較中、早熟品種分別提高了128.13%和196.28%;晚熟大豆品種平均N、P、K素積累速率較中、早熟品種提高的幅度分別為19.23%-44.19%、2.03%-17.44%和7.62%-9.38%。
【學位單位】：四川農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S532;S565.1
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1. 研究背景與目的
    1.2. 國內外研究綜述
        1.2.1 間套作的產量及養(yǎng)分利用優(yōu)勢
        1.2.2 間套作對土壤肥力的影響
        1.2.3 間套作種間相互作用研究進展
    1.3. 存在的問題
    1.4. 擬解決的關鍵問題
    1.5. 研究目標及內容
        1.5.1 研究目標
        1.5.2 研究內容
    1.6. 研究方法及思路
第二章 材料與方法
    2.1. 試驗地氣候和土壤條件
    2.2. 試驗設計與田間管理
        2.2.1 試驗 1：連續(xù)套作條件下系統(tǒng)產量及養(yǎng)分利用特征與種間相互作用的關系
        2.2.2 試驗 2：不同熟期大豆品種套作馬鈴薯的競爭補償作用
    2.3. 測定項目與方法
        2.3.1 土壤樣品采集方法與測定
        2.3.2 株高
        2.3.3 葉面積指數
        2.3.4 干物質
        2.3.5 籽粒和秸稈養(yǎng)分測定
        2.3.6 光合參數測定
        2.3.7 間套作優(yōu)勢
        2.3.8 種間競爭相關指標
        2.3.9 養(yǎng)分表觀平衡估算
    2.4. 數據處理與統(tǒng)計分析
第三章 結果與分析
    3.1. 生育期結構分析
    3.2. 作物生長對種間競爭與補償的響應
        3.2.1 株高變化特征
        3.2.2 葉面積指數變化特征
        3.2.3 干物質積累的動態(tài)變化
        3.2.4 光合生理對種間競爭與補償作用的響應
    3.3 養(yǎng)分積累動態(tài)及競爭補償作用分析
        3.3.1 作作物養(yǎng)分積累對競爭補償的響應
        3.3.2 套作系統(tǒng)養(yǎng)分競爭比率分析
        3.3.3 套作系統(tǒng)養(yǎng)分補償效應分析
    3.4 套作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分利用特征
        3.4.1 套作模式下養(yǎng)分收支平衡分析
        3.4.2 套作對耕層土壤養(yǎng)分利用的影響
    3.5 系統(tǒng)產量及產量構成對種間競爭與補償作用的響應
        3.5.1 系統(tǒng)產量與土地當量比的變化特征
        3.5.2 套作作物產量構成因素的變化特征
        3.5.3 種間競爭補償與系統(tǒng)產量及產量構成的相關關系
第四章 討論與結論
    4.1 討論
        4.1.1 作物生育期結構對種間競爭與補償作用的影響
        4.1.2 作物干物質及養(yǎng)分積累對種間競爭與補償的響應
        4.1.3 種間競爭補償與系統(tǒng)產量和土壤肥力的相關關系
    4.2 主要結論
    4.3 主要創(chuàng)新點
參考文獻
致謝
作者簡歷

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