不同施氮水平对间作小麦、蚕豆磷吸收的影响

刘英超，郑 毅，汤 利

(1. 昆明学院科研处，云南 昆明 650214；2. 云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201)

【研究意义】间作种植能够在时间和空间上实现集约化，提高光、热、水、肥等资源的利用效率，减少作物的病、虫害，提高土地的生产力[1]。【前人研究进展】长期以来，前人对间套作的研究大多集中在作物搭配种植模式、作物产量优势[2]、氮、磷和钾等养分的吸收利用[3]、光能利用效率[4]、以及作物病、虫害控制等方面[4]，有关间作体系磷养分的研究，集中在植株磷吸收量的比较，而对小麦(Triticumaestivum)蚕豆(Viciafaba) 间作系统中，作物对磷养分吸收累积的变化研究尚少有报道。【本研究切入点】植株缺磷一方面是由于土壤有效磷含量低，造成土壤磷养分亏缺[5]，另一方面，作物对土壤有效磷的吸收和利用能力低[6]。因而，研究间作作物地下部互作对土壤磷养分的吸收利用规律，对阐明间作体系促进磷素活化吸收问题具有重要意义。【拟解决的关键问题】以小麦、蚕豆间作体系为研究对象，采用盆栽试验设置施氮水平和种植方式2种处理方式，研究对小麦、蚕豆作物磷养分吸收规律的影响，揭示间作作物养分竞争规律，为间作体系磷养分施入提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种：小麦品种为‘云麦-52’，蚕豆品种为‘玉溪大粒豆’，种子均由云南省农业科学院粮食作物研究所提供。试验所用土壤取自云南农业大学后山红壤，土壤理化形状：有机质28.07 g/kg、全氮1.09 g/kg、碱解氮68 mg/kg、pH值6.08、速效磷16 mg/kg、速效钾137 mg/kg。供试肥料：尿素46.4 %、普通过磷酸钙14 %、硫酸钾50 %。

1.2 试验设计

试验分A、B 2组处理，A组为种植方式，B组为氮肥施用水平。A因素设3种种植方式即单作小麦，单作蚕豆，小麦//蚕豆。B因素设3种氮素施用水平即B1、B2和B3(N/2、N和N3/2)，B1处理氮肥施用量为75 mg/kg土，B2处理氮肥施用量为150 mg/kg土，B3处理氮肥施用量为225 mg/kg土。氮肥施用方式为基肥比例追肥为1∶1，其中蚕豆氮肥施用量为小麦的1/2。磷肥用量为100 mg/kg 土，钾肥用量为100 mg/kg 土，磷钾肥全部作为基肥一次性施用。

1.3 采样和测定

试验期间，分别在小麦分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期(对应蚕豆的分枝期、开花期、结荚期、鼓粒期、成熟期)取样，将作物连同土壤轻轻转移出来，后慢慢将植株和土壤分开，用自来水冲洗植株，洗干净后分为根、茎和叶放入烘箱杀青，温度设为110 ℃，时间为30 min，然后将温度调至75 ℃烘干至恒重，称量干重后，将植株样品磨碎、混匀，参照《土壤农化分析》[7]方法，采用钒钼酸铵比色法测定磷养分吸收量。

1.4 相对竞争强度计算

采用相对竞争强度(RCI)比较作物的竞争能力，衡量给定组合中的竞争性变化。它可以按生物

量或不同种植方式下作物数量来计算。RCI计算方式[8]见公式(1)：

(1)

式中，Yaa(或Ybb)代表单作体系a或b作物的生物量，Yab代表ab间作体系a的生物量，Zab表示作物a、b在间作体系所占比例。当RCI=0时，表示种间竞争与种内竞争效果相当；当RCI>0时，表示种间竞争强于种内竞争; 当RCI<0时，表示种内竞争强于种间竞争。

1.5 数据分析

试验数据采用 SPSS 软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮水平下小麦蚕豆生物量

由表1可以看出，随作物生育期推移，小麦和蚕豆生物量明显增加，小麦灌浆期生物量达到最大值，蚕豆鼓粒期生物量达到最大值。同一生育期内，小麦生物量并非随施氮量增加而增加，而是常规施氮水平下生物量达到最大值。与低氮和高氮处理相比，常规施氮水平下，小麦生物量拔节期分别提高 11.1 %～130.7 %和-50 %～16.6 %，灌浆期分别提高8.0 %～15.6 %和21.6 %～23.7 %。同一生育期，相同氮水平条件下，与单作相比，间作提高了小麦生物量，尤其常规施氮水平下，拔节期和孕穗期，间作小麦生物量增加2 %～7 %。相同生育期内，中低氮水平下，随施氮量增加蚕豆生物量增加，结荚期间作蚕豆和鼓粒期单作蚕豆差异显著。同一生育期，相同氮水平条件下，与单作相比，间作蚕豆生物量明显提高，低氮水平下，开花至鼓粒期间作蚕豆生物量分别增加21.7 %～44.9 %。

2.2 氮水平及种植方式对小麦磷养分累积吸收的影响

从图1～3可以看出，不同氮肥施用水平及种植方式均改变了小麦的磷养分累积吸收。随施氮量的增加，单作小麦磷养分吸收无明显影响，间作小麦磷养分累积吸收量明显增加，说明氮肥施用水平促进了小麦磷养分吸收。常规施氮条件下，小麦磷养分累积吸收最大，说明不是氮肥施用越多小麦磷吸收量越大。与单作相比，随生育期的推移，间作种植明显提高了小麦磷养分吸收量，尤其常规施氮和高氮水平下，间作小麦灌浆期至成熟期磷养分吸收量分别提高了20 %～72.8 %和20 %～28.12 %。

表1 小麦蚕豆生物量

注：表中同列数据后不同小写字母表示同一生育期同种作物差异显著，下同。

Note：Different letters in same column meant significant differences of the same plant at the same growth stages, the same as below.

图1 小麦磷养分积累量(N/2)Fig.1 P accumulation of wheat

图2 小麦磷养分积累量(N)Fig.2 P accumulation of wheat

图3 小麦磷养分积累量(3N/2)Fig.3 P accumulation of wheat

2.3 氮水平及种植方式对蚕豆磷养分累积吸收的影响

由图4～6可以看出，随施氮量增加，蚕豆磷养分吸收量明显增加，开花期至成熟期(90～180 d)，蚕豆磷养分累积吸收量常规施氮处理比低氮处理提高了15.53 %～20.52 %，比高氮处理提高了36.27 %～40.7 %。说明氮肥处理影响蚕豆对磷养分的累积吸收。同时，与单作相比，除低氮处理外，常规施氮和高氮条件下，间作种植没有明显提高蚕豆对磷养分的累积吸收。说明与种植方式相比，氮素施用水平对蚕豆磷养分吸收量影响更明显。

2.4 氮水平及种植方式对小麦磷养分速率的影响

由图7～9表明，随施氮量增加，单作小麦磷养分吸收速率无明显影响，间作小麦磷养分吸收速率增加。与低氮处理相比，间作小麦磷养分吸收速率在常规施氮和高氮条件下分别提高了22 %和56.8 %。小麦磷养分吸收速率在常规施氮条件下达到最大值，说明不是施肥量越高，小麦磷养分吸收速率越快。同时，间作种植方式改变了小麦对磷养分的吸收速率。与单作相比，孕穗期至成熟期(90～180d)，3种施氮水平下，间作小麦磷养分吸收速率分别增加0.1～5.3倍、21.9 %～90 %和2 %～242 %。说明无论氮肥施用水平、还是间作种植方式，对小麦磷养分吸收均有明显影响。

图4 蚕豆磷养分积累量(N/2)Fig.4 P accumulation of faba bean

图5 蚕豆磷养分积累量(N)Fig.5 P accumulation of faba bean

图6 蚕豆磷养分积累量(3N/2)Fig.6 P accumulation of faba bean

图7 小麦磷养分吸收速率(N/2)Fig.7 P absorbed rate of wheat

图8 小麦磷养分吸收速率(N)Fig.8 P absorbed rate of wheat

图9 小麦磷养分吸收速率(3N/2)Fig.9 P absorbed rate of wheat

2.5 氮水平及种植方式对蚕豆磷养分速率的影响

由图10～12可以看出，随施氮量增加，间作蚕豆磷养分吸收速率增加，单作蚕豆吸收速率减少。

图10 蚕豆磷养分吸收速率(N/2)Fig.10 P absorbed rate of faba bean

图11 蚕豆磷养分吸收速率(N)Fig.11 P absorbed rate of faba bean

与低氮相比，间作蚕豆磷养分吸收速率常规施氮处理增加了9.6 %，高氮处理增加了99.5 %；单作蚕豆磷养分吸收速率常规施氮处理减少了30 %，高氮处理减少了49.1倍。说明氮肥使用量影响蚕豆对磷养分的累积吸收。与单作相比，低氮条件下，间作蚕豆对磷养分吸收速率没有明显优势；常规施氮和高氮处理条件下，间作种植明显增加了蚕豆对磷养分吸收速率。与单作相比，分枝期至鼓粒期(50～120 d)，常规施氮条件下，间作蚕豆吸收速率减少了38.4 %～89.8 %；高氮处理条件下，间作蚕豆吸收速率减少了8.7 %～48.6 %。可见，氮肥施用水平和间作种植方式同样会对蚕豆吸收磷养分有明显影响。

图12 蚕豆磷养分吸收速率(3N/2)Fig.12 P absorbed rate of faba bean

2.6 氮水平及种植方式对作物相对竞争强度的影响

表2表明，随生育期推移，小麦种间竞争力较小，种内竞争力增强。随施氮量增加，小麦种间竞争力增强，常规和高氮水平下，孕穗期至灌浆期，小麦种间竞争力明显强于种内竞争力。类似的，随生育期变化，蚕豆种内竞争力逐渐减弱，与小麦相比，随施氮量增加，蚕豆种间竞争力减弱，常规施氮和高氮条件下，结荚期至鼓粒期，蚕豆种间竞争力明显弱于种内竞争力。

表2 不同氮水平下作物种间竞争强度

3 讨 论

与单作相比，豆科与非豆科间作，由于时间和空间的养分生态位差异，2种间作作物可以明显提高生物量、产量，体现间作优势[8]。研究显示，随施氮量增加，小麦蚕豆生物量增加，但生物量达到最大值并不是在高氮处理条件下，相同生育期，常规施氮水平下作物生物量达到最大值，可见，与推荐施氮相比，过量增施氮肥并不能提高作物的生物量[9-10]。这一方面是由于间作环境增强了作物种间竞争力[11]，减少总氮需求量；另一方面是因为豆科作物具有结瘤固氮能力，与禾本科间作时，豆科作物对土壤有效氮的吸收量减少，将有效氮养分节约供给与之共同生长的间作作物[12]。因此，适量增加氮肥可缓解竞争压力，增加生物量，但当作物养分吸收达到饱和状态时，増施氮肥不但不会被作物吸收利用，反而造成资源浪费和环境污染[13]。

磷素作为植物营养要素，对植物生命活动、产量增加均有极其重要的作用[14-15]。将小麦与大豆间作，小麦对磷肥施用更敏感，对磷肥的依赖性也更高[16]。研究显示，与蚕豆相比，氮肥施用对小麦磷养分吸收的影响更显著。随施氮量增加，小麦磷养分吸收量和吸收速率均增加，常规施氮条件下，吸收量和吸收速率达到最大值，说明氮养分施用量不但影响作物生物量，同时影响作物对磷的吸收[17]。与单作相比，间作小麦磷累积吸收量和吸收速率均提高，尤其常规施氮和高氮水平下，间作小麦灌浆期至成熟期磷养分吸收量分别提高了20 %～72.8 %和20 %～28.12 %，吸收速率分别提高了21.9 %～90 %和2 %～242 %。低氮条件下，小麦蚕豆间作体系处于养分竞争状态，且种内竞争小于种间竞争(RCI<0)。随施氮量增加，由于小麦对光、热、空间等资源的竞争处于优势地位，蚕豆通过结瘤固氮作用为小麦节约了一定氮养分[18]，从而更加有利于小麦地上部的生长，使得间作体系小麦根系形态增长、根系活力增加，促进了根系与土壤的充分接触，提高了小麦根系对磷养分吸收利用的机会[19]。与小麦相比，随施氮量的增加，蚕豆磷养分吸收量增加，间作蚕豆磷养分吸收速率增加，单作蚕豆吸收速率减少。小麦//蚕豆体系，蚕豆通过生物固氮作用和活化土壤中难溶性磷作用，可以为小麦提供更多的养分，小麦对蚕豆作物生长具有遮光作用，会抑制蚕豆的生长[20]。

综上，小麦//蚕豆体系中，通过改善作物间的相互作用，可以提高间作作物群体优势，增强作物养分吸收量和吸收速率[21]。研究表明，在小麦、蚕豆生长关键生育期，作物的种间竞争作用会受到氮肥投入量的调控，因而，优化氮肥施用可调节小麦、蚕豆的种间竞争作用，改变对磷养分的吸收强度[20]。过量使用氮肥并没有明显增加作物生物量，说明小麦蚕豆间作体系，优化施氮调控作物磷养分吸收具有一定时间和空间的调节性。

4 结 论

氮肥施用和种植方式均改变了间作小麦蚕豆的生物量，在推荐施氮水平下(N)，间作小麦、蚕豆生物量最高。不同氮肥施用水平下，间作对小麦、蚕豆的生物量影响并不相同。

种植方式和氮肥施用水平改变了间作小麦蚕豆的磷素吸收累积量和吸收速率。随施氮量增加，小麦、蚕豆磷养分吸收量增加，小麦磷吸收速率增加，蚕豆吸收速率减少。与单作相比，小麦蚕豆磷素吸收速率均增加。