不同豆科作物与燕麦间作对燕麦产量、生理生态特性和根际微生物群落多样性的影响
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摘要
【研究背景】人口增多、耕地面积减少和粮食消费量的增加将加剧粮食供需矛盾,如何在有限的土地上生产出更多的粮食,提高土地产出率,增强农业生产的比较效益是当前我国农业发展面临的重大课题,因此合理发展作物间套作种植是提高农田作物多样性与单位面积生产力的有效途径,同时禾本科与豆科间作受到广泛关注。燕麦作为世界栽培性作物,其研究主要集中在遗传育种、抗逆性等方面,有关燕麦栽培技术鲜有报道。因此本文以燕麦/大豆,燕麦/绿豆之间的相互作用为切入点,对间作系统中燕麦地上部光合和地下部根系特性以及根际土壤的固氮微生物多样性进行了系统研究,为阐释作物豆禾间作优势的作用机制,构建合理的豆禾互助模式提供理论依据;【材料与方法】本研究以燕麦大豆、燕麦绿豆为研究对象,通过田间小区完全随机区组试验,设置单作燕麦、单作大豆、单作绿豆、燕麦/大豆间作,燕麦/绿豆间作5个处理,在不施氮肥处理下,采用田间原位分隔技术、15N同位素标记技术和高通量测定技术研究了不同豆科作物与燕麦间作对燕麦产量、生理生态特性、豆科作物向燕麦转移的氮素量、燕麦根际的微生物群落功能多样性的影响;【结果与分析】燕麦大豆、燕麦绿豆间作系统都具有产量优势,提高了土地利用效率,土地当量比分别是1.36~1.43和1.24~1.4,土地利用效率分别达136%~143%和124%~140%。物种之间的相互作用在燕麦/绿豆体系中以竞争作用为主,在燕麦/大豆体系中以促进作用为主。具体表现为燕麦与大豆互惠互利,而燕麦绿豆体系中,燕麦始终处于竞争优势地位。间作提高了地上部燕麦的相对叶绿素含量和净光合速率,而在豆科作物生长后期,与单作相比,间作降低了豆科的相对绿素含量和光合作用,且无显著性差异。对地下部根系的研究表明,整个生育期燕麦的根系活力呈现先升高后降低的趋势,且间作在整个生育期提高了燕麦的根系活力,对不同间作系统地下部根系土壤微生物的研究表明,与豆科间作能提高燕麦根际土壤nifH基因的拷贝数,整个生育期,与绿豆间作的燕麦根际土壤nifH基因的拷贝数高于与大豆间作的燕麦根际土壤nifH-基因的拷贝数,间作系统中不同豆科作物向燕麦的氮转移率不同(间作大豆燕麦的氮转移率分别为21.9%,转移的氮量为9.1mg/株;【结论】在不同豆科作物和燕麦互作系统中,地上部因素和地下部因素相互作用,共同影响燕麦的生长,因此选择合理的间作组合方式对于提高白城地区燕麦的产量有着重要的意义。
引文