隔根和种植模式对玉米豌豆群体的根分布及豌豆根瘤的影响

代 晋，柴 强，李 广

(1．甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学信息科学技术学院,甘肃 兰州730070)

间套作既可以提高资源有效利用率，又可以提高土地生产力，而豆科和禾本科间作能更好地保持土壤肥力。豆科禾本科间作是我国西部广泛采用的一种种植模式，禾本科间作豆科，2种作物可以互相促进生长，提高经济效益，并且在增产增收、改善土壤结构等方面表现极佳。同时根系的形态对地上部分的生长有重要的影响，目前对根系的研究越来越受到人们的关注[1-4]。而前人研究多集中在豆科作物与禾本科作物间作对其生物固氮的影响，间作条件下水、肥等外界环境条件对作物根系形态的影响、对间作系统中产量优势和养分竞争等方面[4-8]，对间套作根系在大田条件下的形态研究以及作物种间根系相互作用强度对豆科作物结瘤作用的影响还缺乏系统的研究[9-10]。为此，本研究对隔根条件下不同种植模式下玉米(Zeamays)和豌豆(Pisumsativum)根系的形态特征以及结瘤的特征进行研究，以期为农业生产的增产增收提供理论指导和决策依据。

1 材料与方法

1.1研究区概况 试验在武威市凉州区甘肃农业大学与武威市农技中心校地联合实验站开展，位于甘肃省中部，河西走廊的东端，地处103°5′ E，37°30′ N，总面积5 081 km2，属寒温带干旱区。该地属大陆性气候，海拔1 506 m，无霜期155 d，年降水量156 mm，年蒸发量2 400 mm，干燥度5.85，年平均气温7.2 ℃，≥0 ℃积温3 513.4 ℃·d，≥10 ℃积温2 985.4 ℃·d；日照时数2 945 h，太阳辐射总量6 000 MJ/m2。土壤类型为厚层灌漠土，0～30 cm土壤全氮0.68 g/kg，全磷1.41 g/kg，有机质14.31 g/kg，容重1.57 g/cm3。凉州区土壤偏碱性，有机质中等偏高，土壤、灌溉水及大气环境质量总体状况良好，但地下水超采严重。

1.2试验处理及设计 供试玉米品种为武科2号，豌豆为针叶豌豆MJ-1。试验设种植模式、隔根两个参试因子。其中种植模式设单作豌豆、单作玉米、豌豆间作玉米3种形式；隔根方式分为塑料布分隔、尼龙网分隔和不分隔3种方式，每个处理3次重复。3种分隔方式可以研究根系在不同分隔强度下(塑料布分隔>尼龙网分隔>不分隔)相互作用的表现。单作豌豆(P)：平作，播种量150 kg/hm2，分行种植，行距20 cm，小区面积25.6 m2，小区间留走道40 cm，周围留有保护行；小区宽3.2 m，种16行。单作玉米(C)：平作，播种密度为82 500株/hm2，行距40 cm、株距30 cm，地膜覆盖，小区面积25.6 m2，小区留走道40 cm，种8行。豌豆间作玉米：豌豆带宽80 cm，种4行，行距15 cm；玉米带宽80 cm，种2行，行距40 cm，株距30 cm，播种密度为52 500株/hm2，玉米地膜覆盖。于间作小区设置3种分隔方式，塑料布隔根(SP/C)为完全分隔，尼龙网隔根(NP/C)为不完全分隔，根系不分隔为无隔根(P/C)。

1.3测量方法及指标 分别于5月9日、6月7日和6月27日3个阶段进行测量。根系取样采用场地法[9]，在田间小区根据不同种植方式挖宽0.8 m、深1.0 m (间作，以隔根行为准向两边取样)，宽0.40 m、深1.0 m(单作豌豆)，宽0.30 m、深1.0 m(单作玉米)的剖面，将整个剖面划分为0.1 m×0.1 m的小格，然后在剖面上向里取0.1 m，将剖面划分为若干个0.1 m×0.1 m×0.1 m的立方体，每个立方体为一个样，将每个立方体的土壤取出，放入100目的尼龙网制成的网袋中，在水中淘洗，将根从土壤中分离出来，并采用人工分离法将不同作物根系分开，烘干后称干质量。

根系按要求洗出后，用吸水纸吸干表面水分，称鲜质量。然后将根置于80 ℃烘箱中10～20 h至质量恒定，称干质量。人工摘取计数根瘤数。万分之一分析天平称量根瘤质量。

1.4数据处理 所有数据均采用Excel处理。

2 结果与分析

2.1不同种植模式下根系垂直分布 在不同生育期不同种植模式下，豌豆与玉米间作后，玉米根系进入豌豆根系空间，豌豆根系分布形态发生改变，而单作豌豆根系垂直自然生长，与间作根系的垂直分布有明显的差异(图1、图2)。

对不同生育阶段根系分布进行研究得出，5月8日间作玉米主要根系分布于0～20 cm土层，而此时间作豌豆的根系主要分布于0～10 cm，分别占根系总干质量的97.34%和85.19%；同时同一作物同一生育期，间作和单作不同土层的根干质量，间作始终大于单作，证明种间互作对根系垂直分布具有影响(图1)。

6月7日玉米处于拔节期，豌豆处于盛花期。玉米根系已十分发达，达到0～50 cm，而豌豆的根系垂直分布也已达到0～40 cm土层(图2)。

6月27日玉米处于大喇叭口期，豌豆进入成熟期。豌豆的根系主要分布于0～50 cm土层，随着深度的增加，各部分根量相应减少(图2)。

间作豌豆在0～10、10～20、20～30 cm土层中的根干质量占全部根干质量的比例分别为43.60%、23.50%和18.52%，占总根干质量的85.62%；相同土层间作玉米和豌豆根干质量始终大于单作玉米和豌豆；在常规条件下，土壤中的养分在上层分布的比例较高，因此，在相同的土壤环境下，间作比单作能更好地利用上层土壤的养分，满足作物的生长发育。同时表明种间互作影响根系的生长。

2.2不同种植模式对根干质量的影响 玉米单株根干质量测定于成熟期(9月20日)，此时豌豆已于6月底收获。豌豆单株根干质量测于豌豆成熟期(6月27日)，玉米继续生长直到成熟期，因此玉米的单株根干质量得到进一步的增长。对3种种植模式下单株根干质量的分析表明，单株根系干质量在单作与间作中表现不同(图3)。间作玉米和豌豆根干质量分别比单作增加18.6%和11.1%。由于在间作种植模式下，玉米根系进入豌豆根系空间，豌豆根系的固氮作用促进玉米根系的生长。所以间作玉米根系干质量显著高于单作。而间作对豌豆自身的形态有影响，对根系的干质量影响很小。方差分析结果表明，间作和单作的玉米根系单株根干质量具有显著差异，而豌豆差异不显著。

图1 不同种植模式下5月8日根系不同土层根干质量

图2 不同种植模式下6月7日和6月27日各根系不同土层根干质量

图3 不同种植模式对单株玉米和豌豆根干质量的影响

2.3不同隔根方式对豌豆结瘤数和瘤质量的影响 豆科作物具有生物固氮作用，因此豆科作物与其他作物实行间套作时，可以为伴生作物提供氮素营养。分析表明，间作促进了豌豆结瘤的瘤质量和瘤数，进而证明种间互作影响豌豆的固氮作用。对不同生育阶段的瘤质量和瘤数进行研究表明，与盛花期相比，成熟期根瘤质量和数量减少(图4、表1)，这是因为进入成熟期营养主要进行生殖生长，豆科作物固氮作用减弱，因此豌豆的瘤质量和瘤数相应减少。同时在3种不同隔根方式下，豌豆结瘤质量无隔根>尼龙网隔根>塑料膜隔根，即存在种间互利作用(图4)。存在这种差异的主要原因在于3种分隔方式的分隔强度不同，塑料膜分隔是完全分隔，尼龙网分隔是不完全分隔。无隔根和尼龙网隔根间作群体存在种间作用，无隔根种间作用强于尼龙网隔根，而塑料膜隔根间作群体不存在种间作用。在玉米和豌豆间作体系中盛花期，无分隔处理的豌豆根瘤质量均显著高于尼龙网和塑料膜分隔以及单作豌豆处理，分别高出26.79%、48.21%和38.39%(表1)。同时可以看出在豌豆的结瘤数上，与豌豆结瘤质量呈相同规律(图4)。进而得出结论，种间作用强度越大，豌豆的结瘤作用越强。

图4 豌豆在不同隔根方式和单、间作条件下的结瘤数

表1 不同隔根方式以及种植模式对豌豆瘤质量的影响 g/株

3 讨论

研究结果表明，间作玉米和豌豆的单株根干质量大于单作单株玉米、豌豆的根干质量，并且在豌豆、玉米共生阶段二者根系垂直分布层次是不同的，间作条件下根系的垂直分布，更有利于作物对养分的吸收。这与以前的研究结果一致[11-13]。大豆(Glycinemax)、玉米间作，间作明显促进玉米、大豆整个地下部根系的生长。

关于豆科作物根瘤的研究已有很多[14-15]。但间作系统中对根瘤的研究不多，且基本上都是在盆栽试验中进行的。本研究于大田条件下进行，更能反映出自然条件下豌豆结瘤情况，以及不同隔根条件下玉米对豌豆结瘤的促进作用。玉米、豌豆间作无隔根，根瘤数、根瘤质量都比单作明显增加。这与前人[16-17]的研究结果一致，且不同的隔根条件下，豌豆的结瘤情况也是不同的。表现为无隔根根瘤质量、瘤数大于尼龙网隔根根瘤质量、瘤数大于塑料膜隔根根瘤质量和瘤数。同一间作体系下，作物根系相互作用越强，越有利于豌豆结瘤作用。

4 结论

1)间作玉米、豌豆根干质量分别比单作增加18.6%和11.1%。相同的土壤层次上，间作玉米豌豆根干质量大于单作玉米、豌豆根干质量，二者根部形态互相影响。表明种间互作影响根系的生长。同时，在相同的土壤环境条件下，间作比单作能更好地利用上层土壤的养分，满足作物的生长发育。

2)在3种不同隔根的方式下，无隔根豌豆结瘤质量>尼龙网隔根豌豆结瘤质量>塑料膜隔根豌豆结瘤质量。在玉米/豌豆间作体系中，无分隔处理的豌豆根瘤质量均显著高于尼龙网和塑料膜分隔以及单作豌豆处理，分别高出26.79%、48.21%和38.39%。并且可以看出，豌豆的结瘤数与结瘤质量呈相同规律。表明同一间作体系种间根系相互作用越强，越有利于豌豆结瘤的产生，存在种间互利作用。

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