大豆和玉米間作影響東北黑土地力的根際生態機制研究

《大豆和玉米間作影響東北黑土地力的根際生態機制研究》是依託吉林大學，由李秋祝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大豆和玉米間作影響東北黑土地力的根際生態機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李秋祝
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

豆科與禾本科作物間作是一種高產、穩產、高效、低耗、可持續的種植體系，在農業可持續發展及人與自然和諧共處方面非常重要。針對東北地區大面積玉米單作連作后土壤肥力下降過快、連年依靠化學肥料投入保持高產、環境風險日益加大的現狀，本研究擬採用大豆與玉米間作的田間小區試驗方法，重點研究大豆和玉米間作後對產量和品質的影響以及複合群體保持黑土肥力的根際生態過程，為實現高產、高效、環境友好的三重目標和保持黑土的可持續生產能力具有重要科學意義。研究擬採用大豆單作、玉米單作、大豆和玉米間作三種種植模式，田間設定0、150、300 N kg/ha三個施氮水平，主要依據間作區土壤肥力變化、豆科作物結瘤狀況、根系形態分布特徵及根際土壤無機氮濃度變化，地上部產量和品質變化及碳氮協調關係，闡明大豆與玉米間作複合群體中，種間相互作用促進大豆結瘤固氮及提高黑土地力的根際過程及機制，為東北地區未來農業的可持續發展提供理論依據。

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結題摘要

東北地區春玉米生產中每年40-60%以上的播種面積重茬。長期單作連作使土壤中營養元素缺乏、有機質降低、地力退化、病蟲害發病率增加、玉米減產。為了保證糧食產量，農藥化肥投入增加、環境壓力加大。本研究針對這一問題，採用玉米大豆帶狀間作種植方式，利用密植高產和生態位互補原理，構建複合高產間作群體。年內間作可保證玉米產量，額外獲得大豆產量，實現節本增效，農民增收。年際輪作，可提高土壤地力，改善生態環境，實現農業可持續發展。基於這一點，本研究於2012至2014年在吉林省長春市吉林大學農業教學科研實習基地進行了玉米和大豆4比4間作輪作田間試驗，採用田間原位剖面根系取樣法和Win-Rhizo軟體分析了間作作物根系分布和形態變化規律，同時測定間作生態系統中土壤剖面無機氮濃度隨作物生長發育的動態變化規律，同時採用15N穩定同位素自然豐度法研究了在玉米/大豆種間相互作用和氮梯度影響下大豆結瘤固氮的動態變化規律。獲得的主要結論如下：①間作群體籽粒產量無顯著增加，但土壤有機質呈上升趨勢；②與單作系統相比，間作複合系統可顯著提高系統應對突發自然災害的能力（2012年8月颱風、2013年春旱、2014年夏秋乾旱）；③間作對籽粒品質（蛋白質、脂肪、油分）影響不顯著；④春播推遲顯著降低籽粒產量；⑤間作可顯著降低土壤剖面無機氮殘留量，提高氮素當季回收率；⑥氮肥施用量增加，玉米邊行優勢有降低趨勢；⑦間作和施氮均顯著提高了玉米氮素積累和生產力。在低氮量條件下，間作玉米的生長和產量與單作相比無顯著差異；在高氮量條件下，玉米和大豆氮素收穫指數均提高，因此，間作複合系統需要適宜的養分供應才能充分發揮間作優勢；⑧土壤剖面無機氮殘留量隨施氮量增加而顯著增加，但隨作物生長進程推進而逐漸降低。在玉米和大豆生育前期，間作系統和單作系統土壤剖面無機氮濃度無顯著差異，在兩作物生長後期，間作系統中無機氮濃度顯著降低；⑨玉米/豆間作擴展了兩作物根系在水平尺度上的空間生態位，並達到兩作物根系垂直尺度上的互補。間作玉米根長密度和根重密度顯著增加，玉米根系分布在各個土層且向深層土壤分布，並可以深入大豆根區，而大豆根系主要分布在淺土層且相對很少分布於玉米根區；⑩大豆生物固氮與結瘤呈顯著正相關，根瘤重在全生育期與其固氮能力顯著相關，大豆結瘤數與其地上部生長和氮素吸收在全生育期均呈正相關，間作大豆根瘤數和根瘤重與單作相比顯著增加。