花生与旱作水稻间作系统的氮素营养研究

摘要

我国是淡水资源非常缺乏的一个国家，65％～80％的淡水用于农业灌溉用水。传统的水稻淹水栽培对淡水资源的消耗量非常巨大，但是水分利用效率非常低下。旱作水稻作为一种全新的农业节水栽培方式，一般可以节约水资源90％～100％，不但具有巨大的节水效益，而且可以获得和淹水栽培相同或相近的产量。水稻(Oryza sativa L.，Teyou 559)旱作的成功实践使得旱作水稻可以和豆科作物间作，而豆科作物／禾本科作物间作系统往往具有明显的产量优势和高的资源利用效率，也是可持续农业发展的重要内容。花生(Arachis hypogaea L.，Luhua 9)是一种重要的经济作物，本研究采用土培、砂培和水培试验对旱作水稻／花生间作间作系统在2003～2004年进行了研究，旨在揭示旱作水稻和花生间作的产量优势，并研究了旱作水稻／花生间作系统作物根系分泌氮的特性以及种间竞争对作物根系分布、氮素吸收积累以及生物固氮的影响。 1．采用根系分隔(包括塑料膜隔、尼龙网隔、不分隔和完全单作处理)的方法研究了水稻／花生间作系统的生物产量及氮素营养优势，试验结果表明：1)水稻和花生间作有产量优势和氮素营养优势，根系不分隔处理(完全间作)的水稻生物量与尼龙网隔和塑料膜隔处理的相比，其地上部干重增加幅度分别为11.5％和59.5％，根干重增加幅度分别为41.6％和145.6％；2)水稻和花生间作可以明显提高水稻的产量，水稻籽粒产量增加了44.4％。在不同分隔方式中，以间作不分隔对水稻产量影响最为显。著，影响次序为间作不分隔>尼龙网隔>塑料膜隔，不同分隔方式对花生产量影响较小；3)水稻与花生间作明显提高了水稻体内的氮素含量，水稻单作和间作叶片的含氮量分别为11.2g kg-1和13.9 g kg-1，间作比单作提高了23.5％，不同分隔方式中，间作不隔>尼龙网隔>塑料膜隔。但花生间作后，叶片的含氮量下降，间作花生比单作减少了4.9％，间作不隔<尼龙网隔<塑料膜隔。表明间作促进了水稻体内氮的吸收积累，根系和养分问的相互作用使水稻体内氮的吸收积累增加。 2．采用根系分隔处理的方法研究了水稻／花生问作系统中花生的生物固氮效率 (％NDFA)，结果表明，间作明显提高了水稻叶片的叶绿素含量，与单作相比，间作水稻叶绿素含量提高了23.3％。间作花生叶片的叶绿素含量低于单作花生的，其降低的幅度为5.2％，间作对花生的叶绿素含量影响小于水稻。不同分隔方式也影响叶片的叶绿素含量，几种分隔方式中，以间作不隔对叶片的叶绿素含量影响最大，其次是尼龙网隔，间作膜隔影响最小。花生与水稻间作后其生物固氮量增加，增加幅度为42.3％，表明花生与水稻间作对花生的生物固氮有显著的刺激作用。不同根系分隔处理对花生的生物固氮也有影响，根系塑料膜隔和尼龙网隔处理的花生BNF小于两种作物完全间作处理。几种分隔处理的花生生物固氮率(％NDFA)大小顺序为：间作不分隔>间作网隔>间作膜隔，花生完全问作条件下的固氮效率比根系塑料膜分隔处理提高了35.8％，由此说明根系、养分和水分的交互作用可以刺激花生的生物固氮作用，提高花生的固氮率和生物固氮量。3．采用根系分隔试验研究了种间竞争对旱作水稻与花生间作系统中根系分布及养分吸收积累的影响，结果表明：间作水稻和花生的根系生物量与各自的单作相比均具有显著差异。不同分隔方式对水稻和花生根系生物量也具有明显影响，其中以间作不分隔对根系生长的影响最为明显，显著地促进了水稻和花生根系的生长，尼龙网隔居中，塑料膜隔与单作相当。与塑料膜隔相比，间作不分隔和尼龙网隔分别使水稻根系的生物量增加65.9％和33.1％，花生根系生物量分别增加43.8％和15.3％。表明养分与根系的交互作用对根系的生长具有明显的促进作用。同时间作的水稻、花生根冠比都明显高于单作，说明间作有利于作物根系生长发育。在0～40cm土层中，水稻、花生间作的根系形态特征与单作相比均发生了不同程度变化，间作水稻、花生的比根长增加，有利于作物吸收更多的养分和水分。水稻与花生间作明显提高了水稻体内的氮素累积量，水稻单作和间作植物氮的累积量分别为187g/株和351g/株，水稻间作比单作提高了46.7％。但花生间作后，植物的氮素累积量下降，间作花生比单作减少了11.2％。4．采用砂培和水培两种方法研究了旱作水稻和花生间作系统根系氮化合物的分泌，结果表明：在砂培和水培条件下NO<，3><'->和NH<,4><'+>的富积在不同时期和昼夜不同时间均出现有规律的变化，在苗期两种培养条件下两种形态氮的富集高峰值均出现在早晨，水稻单作、间作和花生单作处理在砂培条件下NO<,3><'->和NH<,4><'+>的浓度分别为1.42、5.04、2.14 mg L<'-1>和O.048、0.33、0.13 mgL<'-1>；而水培条件下NO<,3><'->和NH<,4><'+>的浓度分别为0.073、0.74、0.18 mg L<'-1>和1.04、1.71、1.74 mg L<'-1>，下午和晚上两种形态氮处于耗竭状态；花期富积高峰出现在下午，水稻单作、间作和花生单作处理在砂培条件下N0<'3><'->和NH<,4><'+>的浓度分别为17.34、25.29、5.37 mg L<'-1>和0.16、0.86、0.12 mg L<'-1>，水培条件下则分别为0.020、0.041、0.023 mg L<'-1>和0.068、0.089、0.066 mg L<'-1>。而鼓粒期NO<,3><'->和NH<,4><'+>的富积高峰则出现在晚上，早晨和下午两种形态氮处于耗竭状态；砂培条件下NO<,3><'->的数量多于NH<,4><'+>，而水培条件下则是NH<,4><'+>的浓度高于NO<,3>。。总氮的分泌规律，苗期最大分泌量出现在早晨，花期在下午，而鼓粒期则在晚上，表明在作物生长的不同时期，氮的分泌途径可能不同，释放的氮形态不同。在作物生长的不同时期，以花期的NO<,3><'->、NH<,4><'+>和总氮的富积量最多，花期总氮的分泌浓度在砂培和水培条件下分别为15.49、21.53、10.91 mg L<'-1>和4.20、5.45、3.81 mg L<'-1>。两种培养条件下，不同形态氮的分泌量不同，砂培条件下氮的分泌远远高于水培条件，表明培养介质的机械阻力刺激了氮的分泌，有利于作物更好的吸收利用释放的氮。无论砂培还是水培试验条件下，氨基酸的组成及氨基酸和氨的浓度随取样时间而发生变化，最高分泌率出现在下午，早晨和晚上只有少量的氨基酸分泌。在鉴定的氨基酸中，胱氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸在所有取样时间中的分泌量相对高于其它氨基酸；在砂培试验和水培试验中，氨在所有取样时间中都始终出现，而且最高浓度出现在下午。间作处理的氨基酸含量始终高于单作处理的氨基酸含量。

目录

文摘

英文文摘

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第一章旱作水稻和豆科/禾本科作物间作系统的研究进展——文献综述

第二章旱作水稻/花生间作系统的产量优势及其氮素营养

第三章旱作水稻/花生间作系统中花生的固氮作用

第四章种间竞争对旱作水稻与花生间作系统根系分布和氮素吸收积累的影响

第五章旱作水稻与花生间作系统作物根系分泌氮的特性

第六章全文结论及研究展望

参考文献

致谢

博士期间发表论文和待发论文

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