不同种植密度下玉米与豌豆间作对土壤水分、养分和产量的影响

摘要

黄土高原半干旱区年降水量少、变化大且分布不均匀，加之地势高，有效积温低，限制了黄土高原半干旱区作物产量。为提高当地作物产量，采用双垄沟覆膜技术改善田间土壤水分和温度是有效措施，改善作物的种植结构充分利用土地和空间资源是关键。豆科与禾本科作物间作是传统间作中最成功的组合。在不同的种植结构中合理密植是增加单位面积产量的有效途径。采用控制玉米播种密度(株间距)与行内间作豌豆的实验方法，利用全膜双垄集雨沟播技术，研究了玉米播种密度与行内间作对土地利用、作物籽实产量、土壤贮水量和肥力的影响，旨在寻找一种最优的种植结构。
　　实验于2014年与2015年在兰州大学黄土高原半干旱生态系统试验站进行。在保持行距不变的情况下，控制玉米播种密度的株距分别设定为40 cm、50 c m与60 c m；在同一玉米行内相邻玉米之间分别不插播(作为对照)、插播1株和2株豌豆，由此形成9种处理组合，同时，对豌豆进行单播，株距分别为13.33、16.67、20、25及30cm。
　　结果表明，两年内行内间作的土地当量比(LER)均大于1，且插播2株豌豆行内间作的土地当量比均大于插播1株豌豆的行内间作。地上生物量和籽粒产量受玉米播种密度即株距的影响较大，随玉米株距的增大，地上总生物量、籽粒总产量，玉米地上生物量和玉米籽粒产量均呈下降趋势，并表现出玉米株距为40cm和50cm处理的籽粒总产量和玉米籽粒产量显著大于株距为60cm的处理，在玉米单播中M40比M60的总籽粒产量在2014年增产27.8％，在2015年增产36.4%；在插播1株豌豆的的行内间作中M40P1比M60P1的总籽粒产量在2014年增产26.9%，在2015年增产55.5%，比M50P1增产25.6%；在插播2株豌豆的的行内间作中M40P2比M60P2的总籽粒产量在2014年增产33.2%，在2015年增产26.6%，比M50P2增产19.7%。
　　2014年，玉米株距40cm和50cm株间插播2株豌豆的行内间作较对应株距的单作能显著提高（P<0.05）籽粒总产量，而株距60cm的处理无显著差异（P>0.05）；2015年，玉米株距40cm和50cm株间插播2株豌豆的行内间作较对应株距的单作籽粒总产量无显著差异（P>0.05），但有大于单作的趋势，株距60cm株间插播2株豌豆行内间作的籽粒总产量显著大于单作（P<0.05）。
　　单株玉米的地上生物量随玉米株距的增大呈上升趋势，在玉米单播和行内插播1株豌豆的行内间作中玉米株距60cm处理的单株玉米籽粒产量大于40cm的处理，而在插播2株豌豆的行内间作中玉米株距对单株玉米籽粒产量影响较小。豌豆单播的地上生物量和籽粒产量随豌豆株距的增大呈上升趋势；单株豌豆的籽粒产量随豌豆株距的增大呈上升趋势。
　　在玉米的全生育期中0~20cm土层的贮水量小于20~60cm和60~100cm的土层，各处理的土壤贮水量在玉米全生育期的变化趋势基本一致；豌豆单播0~100cm的土壤贮水量变化幅度小于玉米单播和行内间作，在豌豆收获后，各层的土壤贮水量相比玉米单播和行内间作变化幅度小，但趋势一致。
　　在2015年测定的玉米和豌豆叶面积指数中，从6月7日开始，在每个测定日期内豌豆的叶面积指数都有单播大于插播2株豌豆的行内间作大于插播1株豌豆的行内间作；玉米的叶面积指数从6月22日之后有随玉米株距的增大而下降的趋势，单播的叶面积指数大于行内间作，但幅度不大。行内间作中玉米的遮阴作用使得豌豆的叶面积指数降低，而随着插播豌豆数目的增加也抑制了玉米的叶面积指数。
　　在单作和行内间作中，0~20cm和20~40cm土层的微生物碳氮，全氮，有机碳在2014年的播种前，豌豆收获后和玉米收获后都有先上升后下降的趋势，在2015年呈现出缓慢上升的趋势；0~20cm和20~40cm土层的硝态氮含量在2014年和2015年都呈现先下降后平衡的趋势；行内间作对0~20cm和20~40cm土层的微生物碳氮、全氮，硝态氮和有机碳影响较小；玉米株距和豌豆株距对0~20cm和20~40cm土层的微生物碳氮、全氮，硝态氮和有机碳影响较小。

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第一章 文献综述

1.1 黄土高原半干旱区概况

1.2 黄土高原半干旱地区农业经济的发展

1.3 豆科禾本科间作

第二章 材料与方法

2.1 试验地介绍

2.2 实验设计及材料

2.3 样品的采集及测定

2.4 数据统计及分析

第三章 研究结果

3.1 玉米密度和行内间作对总产量的效应

3.2 玉米密度和行内间作对玉米和豌豆产量的影响

3.3玉米密度和行内间作对玉米和豌豆单株产量性状的影响

3.4 玉米密度和行内间作对玉米和豌豆产量性状的效应

3.5 种植模式对0~100 cm土层贮水量的影响

3.6 玉米密度和行内间作对叶面积指数的影响

3.7 种植模式对微生物碳氮含量的影响

3.8 种植模式对NO3--N含量的影响

3.9 种植模式对土层全氮和有机碳含量的影响

第四章 讨论

4.1玉米密度和行内间作对玉米豌豆两作物产量的影响

4.2种植模式对土层贮水量的影响

4.3种植模式对叶面积指数的影响

4.4种植模式对土壤氮素的影响

第五章 主要结论与展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

学期间科研成果

致谢