玉米-大豆和玉米-甘薯套作模式下玉米磷素吸收利用特性研究

摘要

间套作具有充分利用资源和大幅度提高单位面积产量的优势，选择合适的作物进行间套作，能有效的提高磷的利用效率，同时获得高产。本研究采用根系分隔盆栽试验和田间小区试验相结合的方法，通过连续两年的试验研究了玉米-大豆和玉米-甘薯套作模式下分隔方式和供磷水平，即0、35、70、105、140 kg P2O5hm-2对玉米磷素吸收利用的影响，阐明两种套作模式下的种间相互作用及玉米磷素吸收特性，为提高间套作体系资源利用效率和科学施肥提供理论依据。本试验主要研究结果如下:
　　1.种间作用和施磷水平对玉米产量的影响
　　两种套作模式下玉米产量均表现为种间促进作用，且在不施磷时，种间促进作用更显著。与根系分隔相比，不分隔处理当施磷为70 kg hm-2时，玉米-大豆和玉米-甘薯套作中玉米产量分别提高了16.84％和7.17％，不施磷时，两种模式玉米产量分别提高了22.67％和12.60％。
　　增施磷肥在一定范围内促进套作玉米产量的提高，两种模式适宜施磷水平有一定的差异。2012年两种模式下玉米产量均以施磷105 kg hm-2时达到最高，玉米-大豆套作玉米产量达7200.345 kg hm-2，与甘薯套作为7141.661 kg hm-2;2013年，当套作优势和轮作效应共同存在时，玉米-大豆和玉米-甘薯分别以施磷70 kghm-2和105 kg hm-2时玉米产量达最高，分别达到6894.879 kg hm-2和6789.549 kghm-2，与不施磷相比，增产达11.06％和9.54％。表明玉米与大豆套作，既能减少磷肥投入，又能充分发挥玉米的增产潜力。施磷水平显著影响了套作玉米穗粒数和千粒重。
　　2.种间作用和施磷水平对玉米磷素积累、分配和利用特性的影响
　　与根系分隔相比，不分隔时玉米磷素积累在玉米-大豆和玉米-甘薯套作中分别提高了14.67％和5.19％（不施磷），17.05％和5.62％(施磷70 kg hm-2)，籽粒中磷素分配分别提高了7.8％（不施磷）和9.7％(施磷70 kg hm-2)，玉米与大豆套作磷素积累种间促进作用更明显。2013年分带轮作后，种间作用促进磷素当季利用率平均提高了7.81％，玉米-大豆套作中磷素利用率显著高于玉米-甘薯套作。不施磷时，与根系分隔相比，不分隔处理磷素籽粒生产效率提高7.00％，施磷时分隔与否差异不显著。
　　2012年，两种套作模式下均以施磷105 kg hm-2玉米磷素积累总量及茎、叶和穗中磷素分配较高。种植模式和施磷水平互作效应显著。2013年玉米-大豆和玉米-甘薯模式下玉米磷素积累总量分别在70 kg hm-2和140 kg hm-2时达到最大。当施磷量低于70 kg hm-2时，玉米-甘薯套作中玉米磷素积累总量显著低于玉米-大豆套作玉米磷素积累总量。磷素籽粒生产效率随着施磷量的增加而下降，玉米-大豆显著高于玉米-甘薯。施磷超过一定水平后，增施磷肥，磷素当季利用率、磷素籽粒生产效率，磷收获指数显著下降。磷素籽粒生产效率、磷素农学利用率和磷素收获指数，玉米-大豆模式显著高于玉米-甘薯套作。
　　3.种间作用和施磷水平对土壤养分和关键酶活性的影响
　　与根系分隔相比，不分隔处理显著提高土壤速效磷含量，一定程度上降低土壤pH值。且不施磷时分隔与否对其的影响大于施磷处理。成熟期全氮玉米-大豆比玉米-甘薯高出32.62％，铵态氮高出37.73％。玉米-大豆模式中有机质含量始终保持在较高水平，两种模式全钾、有机质含量在各个时期差异均不显著。与根系分隔相比，不分隔处理酸性磷酸酶活性在玉米-大豆和玉米-甘薯套作中分别提高了14.02％和6.84％。2013年，当套作优势与轮作效应同时存在时，各指标变化趋势一致。
　　两种套作模式在各生育时期土壤速效磷含量均随施磷量的增加而增加，于140 kg hm-2时达到最大。但当施磷超过70 kg hm-2时，增施磷肥提高作用不显著。增施磷肥显著降低pH值。土壤全氮、硝态氮、有机质含量在一定的施磷范围内随着施磷量的增加而增加，当超过105 kg hm-2时则降低。施磷在70～105 kg hm-2时土壤无机氮（铵态氮、硝态氮）含量保持较高水平。施磷对脲酶和酸性磷酸酶活性影响显著。两种模式均以施磷105 kg hm-2处理脲酶和酸性磷酸酶活性最高，其次是140 kg hm-2。玉米-甘薯与玉米-大豆套作相比，酶活性总体上处于较低水平。
　　4.两种模式下磷素吸收的种间作用
　　玉米-大豆和玉米-甘薯套作体系中，玉米相对于大豆（或甘薯）表现出较强的竞争能力(Acs＞0），施磷时玉米相对于大豆（或甘薯）竞争能力减弱，玉米为套作优势作物，而大豆和甘薯处于竞争劣势，施磷缓和了种间竞争作用。作物对磷素竞争强弱不一致，玉米较大豆（或甘薯）处于优势（NCRcs＞1）。玉米的增产优势与其更强的种间竞争能力和养分竞争能力有关。
　　综上所述，玉米与大豆或甘薯套作均表现出种间促进作用，且玉米与大豆套作种间促进作用更显著。在玉米-大豆套作中，当施磷70 kg hm-2～105 kg hm-2时能满足玉米磷素积累所需，而在玉米-甘薯套作体系中，由于甘薯对磷素的竞争吸收以及缺乏对土壤磷的活化促进作用，以施磷105～140 kg hm-2为适宜的磷肥施用量。

目录

声明

摘要

前言

1 文献综述

1．1 间套种植中作物磷素吸收的种间作用及可能机制

1．1．1 磷素吸收的种间作用

1．1．2 磷素吸收的种间作用机制

1．2 磷素营养对作物磷吸收利用的影响

1．3 间套作系统下土壤养分的转化及有效性

1．4 研究的目的与意义

2 技术路线

3 材料与方法

3．1 试验材料

3．2 试验地点

3．3 试验设计

3．3．1 盆栽试验

3．3．2 大田试验

3．4 测定项目与方法

3．4．1 土壤基础肥力测定

3．4．2 养分积累

3．4．3 土壤养分与土壤关键酶活性

3．4．4 产量及产量构成因素以及穗部性状

3．4．5 相关指标的计算公式

3．5 数据分析处理

4 结果与分析

4．1 种间作用和磷素营养对套作玉米养分积累的影响

4．1．1 玉米成熟期磷素积累

4．1．2 玉米成熟期氮素积累

4．1．3 玉米成熟期钾素积累

4．2 种间作用和磷素营养对套作玉米磷素分配的影响

4．3 种间作用和磷素营养对套作玉米磷素吸收利用效率的影响

4．4 两种套作模式种间营养竞争能力的差异分析

4．5 种间作用和磷素营养对土壤养分含量影响

4．5．1 全磷、速效磷和pH值

4．5．2 全氮、铵态氮和硝态氮

4．5．3 全钾、速效钾

4．5．4 有机质

4．6 种间作用和磷素营养对土壤酶活性的影响

4．6．1 脲酶

4．6．2 酸性磷酸酶

4．7 生物量

4．8 种间作用和磷素营养对套作玉米产量的影响

4．8．1 种间作用对玉米产量的影响

4．8．2 磷素营养对套作玉米产量及产量构成因素和穗部性状的影响

4．9 相关性分析

5 讨论

5．1 两种套作模式下玉米吸收磷素的种间作用机制

5．2 两种套作模式下玉米磷素吸收特性及其影响机制

5．3 两种套作体系中玉米产量优势及适宜磷肥施用量

6 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及成果