不同配置对辽西玉米‖花生间作系统氮素吸收利用的影响

冯晨，黄波，冯良山，郑家明，白伟，杜桂娟，向午燕，蔡倩，张哲，孙占祥

不同配置对辽西玉米‖花生间作系统氮素吸收利用的影响

冯晨1,2，黄波3,4，冯良山1,2，郑家明1,2，白伟1,2，杜桂娟1,2，向午燕1,2，蔡倩1,2，张哲1,2，孙占祥1,2

1辽宁省农业科学院耕作栽培研究所，沈阳 110161；2国家农业环境阜新观测实验站，辽宁阜新 123100；3沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳 110866；4农业农村部国际交流服务中心，北京 100125

【】通过研究不同配置条件下玉米‖花生间作系统地上部氮含量和吸收量，结合间作系统花生结瘤固氮和土壤有效氮分布，明确不同配置下玉米‖花生间作体系对氮素的吸收利用特征，为玉米‖花生间作氮高效利用模式的区域筛选提供依据。本试验于2015—2016年在国家农业环境阜新观测实验站进行，设置玉米单作（M）、花生单作（P）、2行玉米4行花生间作（M2P4）和4行玉米4行花生间作（M4P4）模式，玉米单作及每种间作模式下设3种不同玉米种植密度（6、9和12株/m2），共10个处理，分析不同配置（行比和密度）玉米‖花生间作系统氮素吸收利用特征和优势。与单作相比，间作玉米和花生植株氮浓度变化并不明显，受作物占地比例影响，间作模式下玉米和花生的产量、氮产量均低于相应单作，且氮产量与间作生物产量表现相一致。玉米‖花生间作可以显著提高系统氮的吸收利用（氮吸收当量比＞1），且主要归因于玉米的养分吸收优势（pNER为0.63—0.80）。随着玉米行比和密度的增加也随之增大，其中M4P4模式（1.06—1.22）的氮吸收要显著高于M2P4模式（1.0—1.06）。在玉米‖花生间作系统中，玉米比花生更有竞争力（A＞0），且竞争吸收氮养分能力也更强（CR＞1），M4P4行比以及玉米增密有助于增强玉米对氮营养的竞争，增加系统氮养分吸收优势（△＞0）以及间作养分对产量的贡献（）。与玉米间作可促进花生结瘤固氮，M4P4行比配置下花生根瘤数量、单株根瘤重量和单个瘤重均高于M2P4配置，且以中、低密度处理为优。间作系统中土壤有效氮含量（Nmin）表现为花生条带土壤Nmin高于玉米条带，且单作花生土壤Nmin高于间作花生，而单作玉米土壤Nmin低于间作玉米。玉米‖花生间作可显著提高系统氮的吸收利用，其中玉米对系统氮吸收的贡献较大，适度增加玉米行比和密度有助于增加系统氮素吸收当量比、增强玉米对氮营养的竞争以及间作养分对产量的贡献。综合分析认为，本研究中M4P4-6和M4P4-8为玉米‖花生间作较佳配置，玉米花生种间互作对间作系统干物质量和花生生物固氮的促进，以及玉米在吸收氮养分上的强竞争能力是玉米‖花生间作具有氮素吸收利用优势的重要原因。

间作；配置；玉米；花生；氮吸收利用

0 引言

【研究意义】辽宁省是全国13个粮食主产区之一，辽西地区玉米面积和产量均占辽宁省75%以上，在区域农业发展中具有非常重要的地位[1]。该区域光热资源丰富、生产潜力巨大，但生态环境承载能力脆弱，资源利用效率不高，且普遍存在为追求稳产而过量施氮的现象[2]，这不仅增加了当地农户的生产成本，也严重影响了区域环境安全。禾本科与豆科作物间作在辽西地区农业发展中具有非常重要的地位[3]，其中玉米花生间作模式是当地主要间作模式之一。该模式具有明显的间作优势[4-9]，同时由于花生的固氮作用[10]，该模式被认为具有增加氮来源多样性[11]、减少氮肥投入，减轻环境压力的潜力[12]。为此，开展玉米‖花生间作系统氮素吸收利用特征方面的研究，明确该间作模式对氮素资源利用的优势，对促进该区域旱作农业绿色可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】有关玉米‖花生间作的报道大多在于产量、资源利用和生态服务功能等方面。大多数研究认为玉米‖花生间作可以通过提高单位土地利用效率显著提升系统生产力，土地当量比（LER）可高达1.2以上[3,13]；能够提高玉米对强光、花生对弱光的利用能力[6, 8-9]，实现光能的分层利用；能够影响作物根系分布和活力[14]、实现水分的高效利用[3]；此外，也有研究表明玉米‖花生间作可以抑制杂草，并通过改善花生铁营养降低主要病害的发病率和病情指数[15]。目前，国内外关于玉米‖花生间作系统养分吸收利用方面报道相对较少，尤其是外文数据库，例如在1945—2019年web of Science数据库中检索的73篇玉米‖花生间作（大田）文献中，有15篇涉及该体系作物氮素吸收利用或根瘤固氮，这其中仅有4篇是关于整个间作系统对氮的吸收利用。有学者认为，玉米‖花生间作系统具有提高氮素吸收利用优势[16]，并强化花生结瘤固氮[17-18]，但也有学者认为，由于田间试验中花生受玉米遮阴等负面影响较大，导致花生植株生长受限，进而抑制了其生物固氮作用[19-20]，研究结论的不一致可能与区域、品种、行比、密度、施氮量等因素有关。【本研究切入点】国内外学者对间作系统的研究已达到一定广度和深度，但对玉米‖花生间作系统的研究多集中于产量、土地利用效率、光合作用及水分利用等方面，有关玉米‖花生间作系统对氮素的利用优势方面报道较少，且结论不相一致，关于不同配置下该间作系统对氮素的吸收利用特征方面更是极少涉及。【拟解决的关键问题】本文以国家农业环境阜新观测实验站为平台，通过2年田间试验，系统研究不同配置条件下玉米‖花生间作系统地上部氮含量和吸收量，结合间作系统花生结瘤固氮和土壤有效氮分布，探明不同配置玉米‖花生间作体系对氮素的吸收利用特征，为明确辽西半干旱区玉米‖花生间作氮素吸收利用优势，以及筛选区域氮高效利用型间作模式提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在位于辽宁省西北部的国家农业环境阜新观测实验站进行（辽宁省阜新市阜新蒙古族自治县阜新镇沙扎兰村，42°06′N、121°75′E），该地区属温带季风大陆性气候区，年平均气温7—8℃，5月至9月份日照时数1 200—1 300 h，10℃以上积温2 900—3 400℃，无霜期135—165 d，近30年降水均值为391 mm，降水变率较大，资源利 用效率低。试验地块土壤类型为褐土，试验前0—20 cm土层土壤有机质14.4 g·kg-1，全氮0.78 g·kg-1，速效氮45.2 mg·kg-1，速效磷17.4 mg·kg-1，速效钾69.5 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验于2015—2016年进行，采用完全随机区组设计，共设玉米单作（M）、花生单作（P）、2行玉米4行花生间作（M2P4）和4行玉米4行花生间作（M4P4）4种模式，其中，玉米单作及每种间作模式下分别设3种不同玉米种植密度（条带内玉米密度6、9和12株/m2），共10个处理（表1），每个处理3次重复，小区面积为96 m2（8 m×12 m）。玉米品种为郑单958，花生品种为白沙1016，花生种植密度均为24株/m2，所有行距（包括玉米行间、花生行间以及玉米与花生间作行之间）均为0.5 m。每年于4月份进行播种，9月末收获，玉米与花生同种同收。施肥量为N 112 kg·hm-2，P2O5112 kg·hm-2，K2O 112 kg·hm-2，采用一次性施肥，田间管理参照当地农户常规田间管理。

表1 试验处理及代号

1.3 测定项目与方法

1.3.1 作物生物量、产量及植株氮含量的测定 作物成熟时期，每个小区按行随机选取有代表性的玉米和花生各3株，样品105℃杀青30 min，75℃烘至恒重称重，根据单株干物质量折算单位面积生物量。收获时，各小区单、间作玉米（按行）选取3 m行长玉米植株，单、间作花生（按行）选取1 m行长花生植株，用于产量的测定，收获后将样品挂置于风干棚内晾晒至玉米籽粒含水率为14%时，花生籽粒为15.5%时进行脱粒、称重。此外，在所取样品中选取3株代表性植株全部粉碎后，采用H2O2-H2SO4法消煮，凯氏定氮法测定氮（N）含量。

1.3.2 作物氮吸收量（氮产量） 作物氮吸收量为单位面积植株质量与植株氮含量之积。

1.3.3 氮吸收当量比（） 与土地当量比类似[21]，氮吸收当量比（）用于衡量该间作体系是否具有氮产量（吸收）优势（nitrogen absorption equivalent ratio）。

氮吸收当量比= (NU/NU) + (NU/NU)

偏氮吸收当量比pNER=NU/NU；

pNER=NU/NU。

式中，NU和NU分别代表间作玉米和间作花生氮吸收量；NU和NU分别代表单作玉米和单作花生氮吸收量。＞1代表体系有氮产量（吸收）间作优势，＜1代表体系无氮产量（吸收）间作优势。

1.3.4 间作氮养分吸收优势（Δ） 间作氮养分吸收优势（Δ）反映间作吸氮量相对于单作的增加或减少[22]。

氮养分吸收优势Δ{[NU/(F×NU+F×NU)]-1}×100。

式中，NU为间作体系中玉米和花生的总吸氮量，NU和NU分别代表单作玉米和单作花生氮吸收量，F和 F分别为间作中玉米和花生的占地比例。Δ＞0表示间作吸氮量相对于单作增加，Δ＜0则表示间作吸氮量相对于单作减少。

1.3.5 间作氮利用效率优势（Δ） 间作氮利用效率优势（Δ）反映作物间作后氮利用效率的增加或减少[22]。

氮利用效率优势Δ{[Y/NU] / [F×Y/NU+F×Y/NU]-1}×100%。

式中，Y为间作体系作物籽粒（或生物）产量，Y和Y分别代表单作玉米和单作花生的籽粒（或生物）产量，NU为间作体系中玉米和花生的总吸氮量，NU和NU分别代表单作玉米和单作花生氮吸收量，F和F分别为间作中玉米和花生的占地比例。Δ＞0表示作物间作后氮利用效率增加，Δ＜0表示作物间作后氮利用效率减少。

1.3.6 间作氮养分吸收和利用效率对产量优势的贡献（） 以土地当量比（）作为间作产量优势的指标[21-22]：

(Y/Y) + (Y/Y)(A/A)×(E/E) +(A/A)×(E/E)。

式中，Y和Y分别为间作中玉米和花生的产量，Y和Y分别代表单作玉米和单作花生的产量；玉米在间作和单作中的吸收量和利用效率分别为A、A和E、E；相应花生分别为A、A和E、E。令a=(A/A)-1，a=(A/A)-1；e=(E/E)-1，e=(E/E)-1，代入后可得：

1+ (1 +a+ a) + (e+ e) + (ae+ ae)。

式中，(1 +a+ a) 为由于间作引起的相对于单作氮吸收量增减对间作产量优势的贡献；(e+ e) 为由间作引起的相对于单作氮养分利用效率变化对间作产量优势的贡献；(a e+ a e) 为养分吸收和利用效率交互作用对间作优势的贡献。

则间作氮养分对产量优势贡献(1 +a+ a) + (e+ e) + (ae+ ae)。

1.3.7 作物种间相对竞争力（A）和营养竞争比率(CR)A表示2种作物的相对竞争能力。本文中使用玉米相对于花生的竞争力（aggressively）[22]。

种间相对竞争力A=Y/(Y×F)-Y/(Y×F)。

式中，各符号意义同1.3.5和1.3.6，A＞0表明玉米竞争力强于花生；A＜0表明花生竞争力强于玉米。

CR营养竞争比率是度量作物养分吸收竞争强弱的一种指标。本文中用玉米相对于花生对氮的竞争比率来衡量氮营养竞争力（competition ratio of maize to peanut,CR）[22]。

营养竞争比率CR=(NU/NU)×F/(NU/NU) ×F。

式中，各符号意义同1.3.3和1.3.4，当CR＞1时，表明玉米比花生氮营养竞争能力强；当CR＜1时，表明玉米比花生氮营养竞争能力弱。

1.3.8 花生根瘤的测定 于花针期采集花生根瘤样品，采用随机取样法，在各处理花生条带用铁锹挖取代表性3个整株花生置于牛皮纸上，以保证所有根瘤取出。轻轻抖落根上的土，收集落在纸上的根瘤及带根瘤的根，样品带回室内立即放在100目的筛中流水冲洗，摘可见根瘤、计数、风干、称重，并根据单株根瘤数量和总重计算单个瘤重。

1.3.9 土壤铵态氮和硝态氮的测定 于作物收获期按作物条带采集玉米单作（M-8）、花生单作（P）和玉米花生间作（M4P4-8）处理0—20 cm土层土壤样品，土样通过前处理和KCl浸提后，经流动分析仪定量铵态氮和硝态氮含量。

1.4 数据处理

所得数据采用Excel进行整理，使用SPSS 20.0（ANOVA）进行数据分析，处理间差异用LSD检验法（＜0.05）。

2 结果

2.1 不同配置间作对玉米花生产量的影响

2年单作玉米生物量显著高于间作玉米，2种间作行比处理（M2P4和M4P4）的玉米生物量分别是单作玉米的69.9%—78.9%和65.5%—78.3%，行比处理之间生物量差异并不显著；同种行比配置下，随着玉米种植密度的增加，玉米单位面积生物量也有所增加。各处理玉米籽粒产量表现与生物产量相似，即单作玉米产量高于间作玉米，M2P4和M4P4处理的玉米产量分别是单作玉米的66.5%和81.5%。总体上，M4P4-8间作配置下玉米的生物产量和籽粒产量均较高（图 1-A）。

2年单作花生生物量显著高于间作花生，M2P4和M4P4处理的花生产量分别是单作花生的33.9%—37.6%和38.2%—52.2%，2种间作行比配置相比，M4P4行比下花生生物量要高于M2P4，且M4P4行比下，随着间作玉米种植密度的增加，单位面积花生生物量有减少趋势。花生籽粒产量也表现为单作花生显著高于间作花生，单作花生产量分别是M2P4和M4P4处理花生产量的2.3倍和2.6倍，间作行比处理之间产量差异不显著。总体上，M4P4-4配置下花生的生物产量和籽粒产量较高（图1-B）。

方柱上方不同字母表示不同处理间差异显著（P＜0.05）。下同

2.2 不同配置间作对玉米花生植株氮含量的影响

2015年，3种单作玉米植株的氮浓度无显著差异，变化范围在0.83%—0.87%之间；间作处理植株氮浓度变化范围为0.72%—0.90%，间作行比处理之间玉米植株氮浓度呈现M4P4处理略高于M2P4处理的趋势，其中，M2P4行比下M2P4-6密度处理氮浓度较高，M4P4行比下各密度处理氮浓度无显著差异（图2-A）。2016年，总体上氮浓度的变化趋势与2015年相一致，3种单作玉米植株的氮浓度变化范围在0.93%—0.95%之间，间作玉米氮浓度变化范围为0.82%—0.95%，2种间作行比配置下的玉米植株氮浓度呈现出M4P4模式略高于M2P4模式的趋势，各密度处理之间无显著差异。

与玉米相似，虽然不同配置下间作花生生物量有所不同，但各处理花生植株氮浓度并无显著差异（图2-B）。2015年和2016年花生植株氮浓度变化范围分别为2.11%—2.30%和2.28%—2.59%，种植模式、行比配置和密度配置均未对花生植株氮浓度产生影响。

图2 2015—2016年不同处理下玉米和花生植株氮含量

2.3 不同配置间作对玉米和花生氮产量及系统氮吸收当量比的影响

由表2可以看出，2年单作玉米氮产量均表现为显著高于间作玉米，其中M2P4行比下间作玉米氮产量占单作玉米氮产量65.8%—71.4%，M4P4行比下间作玉米氮产量为单作玉米的63.2%—79.9%，2种行比配置之间差异不显著；无论单作还是间作模式，玉米氮产量均随密度增大而增加，不同密度处理之间差异达显著水平（＜0.05）。花生氮产量也表现为单作花生显著高于间作花生，其中M2P4行比下间作花生氮产量仅占单作花生氮产量33.6%—34.3%，M4P4行比下间作花生氮产量为单作花生的41.3%—42.9%。花生氮产量M4P4大于M2P4，受行比配置影响显著（＜0.05），同一行比不同密度配置之间无显著差异（表2）。

氮吸收当量比（）是反映间作系统整体氮素吸收优势的重要指标，2年玉米的偏氮吸收当量比（pNER）均大于0.5，平均变化范围为0.63—0.80，而花生的偏氮吸收当量比（）均小于0.5，平均变化范围为0.34—0.43（表2）。间作系统总的氮吸收当量比（）在1.00—1.22之间，各处理均能达到1.0及以上，说明与单作相比，玉米‖花生间作可以提高氮的吸收利用。其中M2P4行比下变化范围为1.0—1.06，M4P4行比下变化范围为1.06—1.22，说明M4P4模式的氮吸收优势要大于M2P4模式，且随着玉米种植密度的增加也随之增大。总体上，受种植模式影响显著（＜0.05），受种植密度影响显著，而同时受种植模式和种植密度的影响，但两因素之间未见明显交互作用。考虑氮吸收能力方面，M4P4-8为最佳模式，为1.22，且在玉米‖花生间作系统中玉米对系统氮吸收的贡献更大一些，花生的贡献则较为稳定。

2.4 不同配置处理对间作系统氮吸收利用优势和作物种间竞争力的影响

通过计算氮养分吸收优势（Δ），发现不同行比配置玉米‖花生间作的Δ差异显著，M4P4行比下的Δ（3.79—18.60）要显著高于M2P4，且各行比配置下随着密度增加，Δ增大，说明M4P4行比以及玉米增密有助于玉米‖花生间作氮养分吸收优势的增加（表3）。Δ反映了作物间作后氮利用效率的增加或减少。各处理基于生物量的Δ均大于0（7.06—49.33），说明玉米‖花生间作可增加氮利用效率，且M2P4行比的氮利用效率显著高于M4P4，若以产量为标准，Δ也均大于0，但2种行比配置之间差异不显著，同时，随着玉米密度的增加Δ有所下降，说明虽然增密增加了间作生物量，但籽粒产量受到了负面影响。

表2 不同间作配置下玉米与花生的氮产量及氮吸收当量比（2015—2016）

M2P4-4、M2P4-6、M2P4-8分别代表M2P4行比下3种玉米密度处理；M4P4-4、M4P4-6、M4P4-8分别代表M4P4行比下3种玉米密度处理。下同M2P4-4, M2P4-6, and M2P4-8 represent three different densities of maize in intercropping row configuration M2P4; M4P4-4, M4P4-6, and M4P4-8 represent three different densities of maize in intercropping row configuration M4P4. The same as below

A为玉米相对于花生基于产量的竞争力，各处理A均大于0，表明玉米比花生更有竞争力，且M2P4行比配置中玉米的竞争力更强（1.15—1.76），但随着密度的增加玉米竞争力减小。玉米相对于花生的养分竞争比率CR显示，M4P4配置下玉米的氮竞争力要强于M2P4，M4P4配置中玉米的氮素竞争比率为1.491—1.942，说明玉米在竞争吸收氮养分方面能力更强，且这种能力随着玉米密度增加而增大。

氮养分吸收和利用效率对玉米‖花生间作体系产量优势的贡献结果表明，不同间作行比配置下养分对产量的贡献差异明显。其中M2P4为0.06— 0.15，M4P4为0.12—0.18，说明在M4P4行比配置下氮养分吸收和利用效率对产量优势的贡献更大，结合密度配置分析，以M4P4-6处理最优，养分对产量的贡献高达18%。

表3 不同间作处理氮吸收利用优势、种间竞争力及氮吸收利用对间作产量优势的贡献

2.5 不同配置处理对花生结瘤特性的影响

间作条件下花生的固氮能力是影响体系氮素吸收的重要指标（表4）。结果表明，行比配置显著影响花生根瘤数量，M2P4行比下间作花生单株根瘤数量是单作花生的2倍，其中以M2P4-6处理数量最高；M4P4行比下间作花生根瘤数量是单作花生的3.5倍，其中M4P4-4处理最优。与单株根瘤数量相一致，单株根瘤重也表现为间作花生大于单作花生，其中M2P4行比下间作花生单株根瘤重是单作花生的1.6倍，M4P4行比下间作花生根瘤重量是单作花生的3.4倍。单个瘤重的表现与单株根瘤数和单株瘤重相反，单作花生的单个瘤重要显著高于间作花生，分别较M2P4和M4P4花生高1.6和1.1倍，结合密度配置进行分析，不同间作处理最优配置分别为M2P4-6和M4P4-6。总体上，M4P4配置无论根瘤数量、单株根瘤重量还是单个瘤重都优于M2P4配置，密度以中、低密度为优。

2.6 玉米‖花生间作不同条带铵态氮和硝态氮的分布

土壤氮素含量和分布可以反映间作系统对氮素的吸收利用特征。由图3-A可知，花生条带铵态氮变化范围在1.70—2.76 mg·kg-1，玉米条带则在1.33—2.12 mg·kg-1。但对于花生来说，单作花生（SP）根际土壤铵态氮含量呈现出高于间作花生的趋势，且越靠近玉米条带的间作花生根际铵态氮含量越低；与花生相反，单作玉米（SM）根际土壤铵态氮含量低于间作玉米，且越靠近花生条带，玉米根际土壤的铵态氮含量越高。总体上，同种作物不同处理条带铵态氮含量均较低且差异未达显著水平，这与采样时期和硝化作用有关。

表4 不同种植模式及不同密度处理下花生（花针期）的结瘤特性

同列不同小写字母表示同种模式下不同密度处理之间的差异显著（＜0.05）；不同大写字母表示不同种植模式之间的差异显著（＜0.05）

The different small letters indicate significant difference under different densityies within a cropping system (＜0.05), while the different capital letters indicate significant difference under different cropping systems (＜0.05)

SP、IP1、IP2分别代表单作花生条带、间作花生边1行和间作花生边2行；SM、IM1、IM2分别代表单作玉米条带、间作玉米边1行和间作玉米边2行；方柱上方不同字母表示同种作物不同条带土壤有效氮之间的差异显著（P＜0.05）

花生条带硝态氮变化范围在1.53—6.71 mg·kg-1，玉米条带则在0.81—3.48 mg·kg-1。其中，花生条带IP2和SP硝态氮含量显著高于IP1，表现为IP2＞SP＞IP1，说明间作系统中靠近玉米的花生条带硝态氮含量受到了影响；而玉米条带硝态氮含量分布与铵态氮相似，表现为IM1＞IM2＞SM（图3-B）。总体来说，土壤有效氮含量Nmin（铵态氮+硝态氮）表现为花生条带土壤有效氮高于玉米条带，且单作花生土壤有效氮高于间作花生，而单作玉米土壤有效氮低于间作玉米。

3 讨论

大量研究表明，豆科与非豆科间作系统中大部分存在氮营养间作优势[23-26]，王小春等[26]研究发现与大豆间作的玉米氮素积累量增加，焦念元等[27]也发现，玉米‖花生间作可提高玉米和花生茎、叶、籽粒的氮含量，提高玉米和整个间作体系的氮吸收量。本研究也认为玉米‖花生间作具有明显的氮吸收间作优势（＞1），且发现主要归因于玉米的养分吸收优势（pNER0.63—0.80），这也与刘振洋[28]和Mandimba[29]等的研究相一致，即禾豆间作可以提高体系中禾本科作物的氮素竞争力，促进间作禾本科的氮素吸收和累积优势的形成。间作体系中禾本科的氮素吸收优势一方面可能归因于种间氮营养在时间或空间上的生态位分离[30]，另一方面也与豆科作物的氮转移及氮节约效应有关[31-32]。此外，也有学者通过研究发现禾本科与豆科间作能够提高根系黄酮类物质的分泌，促进豆科结瘤固氮[33-34]。

本项研究发现可以通过改变配置来调节间作玉米对氮的吸收利用。其中，增加玉米行比有助于增加单位面积优势作物比例，充分发挥玉米资源利用优势，进而增加间作体系氮吸收优势（△），增强玉米对花生的氮竞争比率（CR），增大氮素吸收利用对间作产量优势的贡献（）；而加大玉米密度，虽然也有助于△和CR的增加（因为增加了条带内玉米株数），但由于增密后玉米的种内竞争加大，很可能导致负面影响，如降低基于籽粒产量的氮利用效率优势（△），因此，间作系统优势作物应适度增密，以最大程度发挥体系养分利用优势。结合作物生物产量、氮吸收优势以及养分竞争比率等指标，本试验得出的区域较佳配置为M4P4-6和M4P4-8，但由于区域特征和种植目的不同，应根据具体需求选择最佳配置。如果侧重系统产量提升，可以考虑增加玉米行比和适当进行玉米增密；如果侧重培肥养地，可能需要增加花生行比，以及采用中、低密度玉米间作，最大程度减小玉米对花生的负面影响，或者进行等比例种植以便于间作体系的年际间轮作。而不同行比之间（包括等比例和不等比例）既存在间作作物条带宽度的影响，也存在边行效应大小的影响，因此，关于间作配置中行比和带宽互作对系统生产力及养分吸收利用方面的影响仍需深入探讨。

另外，本研究发现与玉米间作可以促进花生结瘤，这与Reddy等[18]的研究结果相一致；但也有学者研究认为与玉米间作后会减少花生结瘤[35]。花生的结瘤固氮一方面与间作配置相关，如间作行比，间作密度等，这些直接影响了高秆玉米对矮秆花生的遮阴作用，进而影响了花生本身生物量的累积与根瘤发育[19]；如Konlan等[20]通过研究发现，间作体系中玉米和花生密度的增加均会不同程度地抑制花生的结瘤固氮；本试验也发现中、低密度配置下花生根瘤的生长发育要优于高密度处理。另一方面，由于氮对豆科作物的“氮阻遏”效应，土壤氮环境以及氮肥的施用量也直接影响了花生根瘤的形成和发育[18]；此外，玉米对土壤氮的大量竞争吸收，以及根际分泌物的产生也有可能影响花生的结瘤固氮。因此，玉米‖花生间作条件下花生的固氮效应取决于各影响因素之间的“平衡”，氮环境与间作配置之间很可能存在交互作用共同影响着间作体系。为此，如何结合区域特征优化氮肥施用和间作配置，使间作提高玉米氮素竞争力的同时，充分发挥花生的结瘤固氮作用，最大程度发挥玉米‖花生间作氮养分利用优势，值得进一步深入研究。

4 结论

玉米‖花生间作可显著提高系统氮的吸收利用，且主要归因于玉米的养分吸收优势，适度增加玉米行比和密度有助于增加系统氮素吸收当量比、增强玉米对氮营养的竞争以及间作养分对产量的贡献。本研究中4行玉米4行花生间作模式下玉米密度9和12株/m2（M4P4-6和M4P4-8）为玉米‖花生间作较佳配置，玉米花生种间互作对间作系统干物质量和花生生物固氮的促进，以及玉米在吸收氮养分上的强竞争能力是玉米‖花生间作具有氮素吸收利用优势的重要原因。

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effects of different configurations on nitrogen uptake and utilization characteristics of maize-peanut intercropping system in west Liaoning

FENG Chen1, 2, HUANG Bo3, 4, FENG LiangShan1, 2, ZHENG JiaMing1, 2, BAI Wei1, 2, DU GuiJuan1, 2, XIANG WuYan1, 2, CAI Qian1, 2, ZHANG Zhe1, 2, SUN ZhanXiang1, 2

1Tillage and Cultivation Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161;2National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment, Fuxin 123100, Liaoning;3College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866;4Center of International Cooperation Service, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125

【】This study clarified the nitrogen absorption and utilization characteristics in maize-peanut intercropping by studying the nitrogen concentration, nitrogen uptake, nodulation of peanut and nitrogen distribution under different configurations, which provided a basis for regional screening and application of nitrogen efficient model of maize-peanut intercropping system. 【】A field study with 10 treatments was conducted in National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment in Fuxin in 2015 and 2016, including four cropping systems, such as sole maize (M), sole peanut (P), intercropping system of 2 rows maize and 4 rows peanut (M2P4), and intercropping system of 4 rows maize and 4 rows peanut (M4P4). Each maize treatment included three maize planting densities (6, 9 and 12 plants/m2). The characteristics and advantages of nitrogen uptake and utilization in maize-peanut intercropping system with different configurations (row proportion and maize density) were analyzed. 【】Compared with monocropping, the change of nitrogen concentration in maize and peanut plants was not significant, the yield and nitrogen yield of maize and peanut in intercropping was lower than that in monocropping due to the different proportion of land occupy, and was consistent with intercropping biomass performance. Maize-peanut intercropping significantly increased the system nitrogen uptake, nitrogen uptake equivalent ratio ()＞1, which was mainly due to the nutrient absorption advantage of maize (pNERwas 0.63-0.80). Thewas increased with the row and density of maize increasing. The nitrogen uptake under M4P4 pattern (1.06-1.22) was significantly higher than that under M2P4 pattern (1.0-1.06). In maize-peanut intercropping system, maize was more competitive than peanut (A＞0), and the competitive ability to absorb nitrogen was also stronger (CR＞1), and M4P4 pattern and maize densification could enhance maize competition for nitrogen and increase the advantage of nitrogen uptake (△＞0) and the contribution of intercropping nutrients to yield. Intercropping with maize could promote nodule formation of peanut. The number of nodule, weight of nodule per plant and weight per nodule of peanut under M4P4 pattern were higher than those under M2P4 pattern, and medium and low planting density treatments were better for nodulation. The soil available nitrogen content (Nmin) in the intercropping system was higher in the peanut strip than in the maize strip, and the Nminin the sole peanut strip was higher than that in the intercropped peanut strip, while the Nminin the sole maize strip was lower than that in the intercropped maize strip. 【】 Maize-peanut intercropping could significantly improve the nitrogen uptake and utilization in the system, and maize contributed more to the system nitrogen uptake. Moderate increase of maize row ratio and density was beneficial to increase the nitrogen uptake equivalent ratio, enhance maize competition for nitrogen nutrition, and the contribution of intercropping nutrients to yield. In this study, M4P4-6 and M4P4-8 were the better pattern for maize-peanut intercropping. The promotion of maize-peanut intercropping on dry matter and peanut biological nitrogen fixation, as well as the competitive ability of maize to absorb nitrogen, were the important reasons for the advantages of maize-peanut intercropping in nitrogen utilization.

intercropping; configuration; maize; peanut; nitrogen uptake

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.006

2021-02-26；

2021-04-28

国家自然科学基金（41807388，U21A20217，32071551，32101855）、辽宁省兴辽英才计划（XLYC2007041，XLYC2002051）、辽宁省“百千万人才工程”项目（202122235）、辽宁省农业科学院院长基金（2021QN2007）、农业农村部农业科研杰出人才及其创新团队

冯晨，E-mail：sandyla570521@126.com。黄波，E-mail：huangbo@agri.gov.cn。冯晨和黄波为同等贡献作者。通信作者孙占祥，E-mail：sunzx67@163.com

（责任编辑 杨鑫浩）