【摘要】：糧食安全問題一直是人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨的首要挑戰(zhàn)和亟待解決的問題之一。黃土塬區(qū)降水量少,時空分布不均,且土壤肥力較低,極大地限制了作物水分利用效率和生產(chǎn)力的提高。如何提高水分利用效率成為該地區(qū)農(nóng)業(yè)研究的一個重要方向。玉米大豆間作可利用大豆的固氮作用為玉米提供氮肥,提高產(chǎn)量和水分利用效率的同時減少化肥使用量。因此,玉米大豆間作具有改善黃土塬區(qū)缺水又缺肥現(xiàn)狀的潛力,從而為黃土塬區(qū)的農(nóng)作物種植提供理論基礎(chǔ)和實踐指導(dǎo)。本研究通過田間試驗,系統(tǒng)研究了不同作物品種(玉米:鄭單958和豫玉22;大豆:中黃24和中黃13),密度梯度(低、中、高)、種植比例(單作玉米,玉米:大豆=2:2;玉米:大豆=2:4;玉米:大豆=4:2;單作大豆)對玉米-大豆生長發(fā)育、生理特征、產(chǎn)量、經(jīng)濟效益、養(yǎng)分和水分利用等的影響,為該區(qū)域作物合理種植方式的選擇以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。主要結(jié)論如下:(1)相比單作,不同品種、密度和種植比例下玉米-大豆間作的土地當量比介于0.90-1.29。除2014年玉米與大豆以2:2間作外,其他間作的土地當量比大于1,表明黃土塬區(qū)合理的玉米-大豆間作能夠提高間作產(chǎn)量和土地使用效率,具有間作優(yōu)勢。(2)玉米的競爭指數(shù)(侵占力和競爭比率)均高于大豆,表明玉米-大豆間作系統(tǒng)中玉米為優(yōu)勢種。玉米的實際產(chǎn)量損失(AYL)均為正值,表明間作系統(tǒng)中玉米表現(xiàn)為產(chǎn)量增加;而大多數(shù)間作方式下大豆AYL均為負值,表明間作系統(tǒng)中大豆產(chǎn)量表現(xiàn)為不同程度損失;間作系統(tǒng)AYL均為正值,表明玉米-大豆間作在產(chǎn)量上具有間作優(yōu)勢。系統(tǒng)生產(chǎn)力指數(shù)(SPI)是表征間作系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性的一種指標,其結(jié)果表明所考慮的間作系統(tǒng)均具有較高的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性。玉米-大豆間作系統(tǒng)中玉米在經(jīng)濟上表現(xiàn)為收益增加(玉米的間作優(yōu)勢IA0),而大豆表現(xiàn)為收益減少(大豆IA0),綜合作用下形成間作系統(tǒng)在經(jīng)濟上的收益優(yōu)勢(間作系統(tǒng)IA0)。貨幣優(yōu)勢指數(shù)為正值,表明玉米大豆間作系統(tǒng)具有經(jīng)濟優(yōu)勢。因此,玉米-大豆間作具有間作優(yōu)勢主要歸因于玉米產(chǎn)量的提高和經(jīng)濟收益的增加。(3)相對于豫玉22與大豆間作,玉米品種鄭單958與大豆品種(中黃24和中黃13)在產(chǎn)量和經(jīng)濟收益上具有更好的間作優(yōu)勢。間作中,鄭單958的AYL、SPI和IA均高于豫玉22,表明在黃土塬區(qū),抗旱品種——鄭單958有利于提高間作優(yōu)勢。(4)玉米和大豆的產(chǎn)量構(gòu)成要素隨著種植密度的增加而減小。間作提高了玉米的穗重、穗長、穗粗、穗粒重、行粒數(shù)和千粒重,從而顯著的提高了玉米的單株產(chǎn)量乃至群體產(chǎn)量。間作對大多數(shù)大豆的單株莢數(shù)和粒數(shù)、百粒重沒有變化或者降低,導(dǎo)致大豆的單株產(chǎn)量乃至群體產(chǎn)量有所降低。所有種植比例下玉米AYL為正值,表明相對單作所有間作方式玉米產(chǎn)量均有所增加。大多數(shù)2:4種植比例的大豆AYL為正值,而2:2種植比例下大豆AYL為負值,表明2:4種植比例較2:2增加了大豆產(chǎn)量。(5)從地上部對光資源的相互競爭作用來看,間作對玉米和大豆的光合速率沒有顯著影響。從地下部對養(yǎng)分和水分相互競爭作用來看,間作增加了玉米作物對氮和磷的吸收量,降低了大豆作物對氮和磷的吸收量;間作通過影響根系輸水能力而影響玉米和大豆的耗水量,從而提高作物的水分利用效率。(6)相比單作大豆和2個作物的平均水分利用效率(WUE),玉米與大豆間作提高WUE,玉米和大豆以4:2種植比例的WUE高于其他種植比例的間作方式。與單作相比,間作系統(tǒng)擴大了兩種作物根系橫向和縱向的空間分布(根長密度),改變了作物根系形態(tài)特性,增加了玉米和大豆根系吸收水分的生態(tài)位,從而提高了作物對水分的吸收和利用。(7)玉米-大豆間作的根長密度和土地當量比之間存在負相關(guān)關(guān)系。與其他種植比例的間作相比,玉米-大豆以2:2間作時產(chǎn)生了較多根系是以犧牲生殖生長中產(chǎn)量的積累為代價,這表明產(chǎn)量和WUE提高的主要原因是玉米與大豆間作時根系發(fā)育和產(chǎn)量形成之間存在合理的生長權(quán)衡。
[Abstract]:The issue of food security has been one of the main challenges and problems to be solved in the sustainable development of human society. The precipitation is small, the time-space distribution is not uniform, and the soil fertility is low, and the water use efficiency and the productivity of the crops are greatly limited. How to improve the water use efficiency becomes an important direction of agricultural research in the region. The corn-soybean intercropping can utilize the nitrogen fixation of the soybean to provide the nitrogen fertilizer for the corn, improve the yield and the water use efficiency, and simultaneously reduce the use amount of the fertilizer. Therefore, the corn-soybean intercropping has the potential to improve the water-deficient and fertilizer-free status of the crop region, so as to provide theoretical basis and practical guidance for crop cultivation in the region. In this study, field experiments were conducted to study different crop varieties (maize: Zhengdan 958 and Yuyu 22; soybean: medium yellow 24 and medium yellow 13), density gradient (low, medium and high), planting ratio (single cropping of corn, corn: soybean = 2:2; corn: soybean = 2:4; corn: The effects of soybean = 4:2; single-cropping soybean) on the growth and development, physiological characteristics, yield, economic benefit, nutrient and water utilization of maize-soybean, and provide the basis for the selection of reasonable planting methods of the crops and the sustainable development of agriculture. The main conclusions are as follows: (1) The land equivalent ratio of maize-soybean intercropping under different varieties, density and planting ratio is between 0.90 and 1.29. In addition to the 2:2 intercropping of the maize and the soybean in 2014, the land equivalent ratio of the other intercropping is greater than 1, indicating that the reasonable corn-soybean intercropping can improve the intercropping yield and the efficiency of the land use, and has the intercropping advantage. (2) The competition index (the occupation force and the competition ratio) of the corn were higher than that of the soybean, indicating that the corn-soybean intercropping system was the dominant species. The actual yield loss (AYL) in the intercropping system was positive, indicating that the yield of the maize in the intercropping system was increased, while the soybean AYL was negative in most intercropping systems, indicating that the yield of the soybean in the intercropping system was different and the intercropping system AYL was positive, It is shown that maize-soybean intercropping has intercropping advantage in yield. The system productivity index (SPI) is an index to characterize the productivity and stability of intercropping systems. The results show that the intercropping system considered has higher productivity and stability. In the maize-soybean intercropping system, the economic performance of the corn is increased (the intercropping advantage of the corn is IA0), and the soybean performance is the yield reduction (the soybean I0), and the economic benefit advantage of the intercropping system under the comprehensive action (the intercropping system IA0) is formed. The monetary advantage index is positive, indicating that the corn-soybean intercropping system has the economic advantage. Therefore, the intercropping advantage of maize-soybean intercropping is mainly due to the increase of corn yield and the increase of economic benefit. (3) With respect to Yuyu 22 and soybean intercropping, the corn variety Zheng single 958 and soybean variety (middle yellow 24 and medium yellow 13) have better intercropping advantage in the yield and economic benefit. In the intercropping, the AYL, SPI and IA of Zhengdan 958 were higher than that of Yuyu 22, indicating that the drought-resistant variety, Zhengdan 958, was beneficial to the improvement of intercropping. (4) The composition of the yield of corn and soybean decreased with the increase of planting density. The intercropping increased the ear weight, the ear length, the ear length, the ear weight, the number of grains and the 1000-grain weight of the corn, thereby obviously improving the yield of the single plant and the yield of the group of the corn. The number and the number of grains per plant of most of the soybean were not changed or decreased by intercropping, and the yield of single plant and the yield of the population decreased. The corn AYL was positive at all planting rates, indicating an increase in the yield of maize in all intercropping patterns. The majority of the 2:4 ratio of the soybean AYL was positive, while the 2:2 ratio of the soybean AYL was negative, indicating that the 2:4 planting ratio was 2:2 and the yield of the soybean was increased. (5) The intercropping of intercropping has no significant effect on the photosynthetic rate of maize and soybean. the intercropping increases the absorption of the nitrogen and the phosphorus by the corn crops, and the water consumption of the corn and the soybean is influenced by the intercropping through the influence of the water transport capacity of the root system, So as to improve the water use efficiency of the crops. (6) Compared with the average water use efficiency (WUE) of single-cropping soybean and 2 crops, the intercropping of maize and soybean increased the intercropping of WUE, maize and soybean at the ratio of 4:2. Compared with the single cropping system, the intercropping system enlarges the spatial distribution (root length density) of the lateral and longitudinal directions of the root systems of the two crops, changes the morphological characteristics of the root system of the crops, and increases the ecological position of the corn and the soybean root system to absorb water, thereby improving the absorption and utilization of the water by the crops. (7) There was a negative correlation between the root length density and the land equivalence ratio of maize-soybean intercropping. when intercropping with other planting ratios, the corn-soybean produced more roots when intercropping with 2:2, at the expense of the accumulation of the yield in the sacrifice of reproductive growth, This indicates that the main reason for the increase in yield and WUE is that there is a reasonable trade-off between the development of the root system and the formation of the yield between the corn and the soybean.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S513;S565.1

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本文編號：2499217