合理的大豆-玉米间作模式可有效促进土壤磷周转与作物磷吸收,减少磷肥投入.为优化大豆与玉米间作系统对磷素的利用效率,本研究选用两种不同基因型大豆与玉米间作,探究其影响土壤磷组分及作物磷吸收的关键根际过程及机制.结果表明:间作显著消耗了大豆'粤春03-3'根际可溶性无机磷(CaCl2-P),而对大豆'Essex'根际磷组分无显著影响.间作显著增加了大豆'粤春03-3'的生物量和磷吸收量,比单作分别显著增加42.2％和46.9％,而对大豆'Essex'和玉米磷吸收量和生物量无显著影响.间作显著增加了'粤春03-3'总根长和根系分泌物总量,比单作分别增加了 19.7％和138.1％,且粤春'03-3'磷吸收量与总根长呈显著正相关,与可溶性无机磷含量呈显著负相关.综上,大豆-玉米间作对土壤磷组分与作物磷吸收的影响存在基因型差异,间作通过增加磷高效大豆根长与根系分泌物等促进磷吸收及根际土壤磷周转,从而提高其磷利用效率.本研究明确了大豆-玉米间作体系磷素利用的基因型差异及潜在机制,为优化大豆-玉米间作体系品种搭配、实现磷素高效利用与化肥减施增效提供了科学依据.

为了探究玉米/大豆间作对根际土壤微生物群落和磷素生物有效性的影响,本研究基于高通量测序技术研究玉米和大豆单作与间作模式中土壤磷组分和微生物群落结构特征.结果表明:与单作相比,玉米/大豆间作能够提高根际土壤有机质、速效磷、微生物生物量磷和地上部生物量,其中速效磷的提高主要与酶浸提磷和盐酸浸提磷含量的提高有关.各处理根际土壤的优势菌门均为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门,优势菌属均为类诺卡氏属、红杆菌属、鞘氨醇单胞菌属和节杆菌属,其中变形菌门和鞘氨醇单胞菌属的相对丰度最高;间作玉米根际土壤变形菌门和鞘氨醇单胞菌属的相对丰度均显著高于单作,间作大豆根际土壤变形菌门的相对丰度较单作显著增加.土壤理化指标和有效性磷组分与根际土壤微生物组成关系密切.表明玉米/大豆间作能通过改变根际微生物群落结构来影响根际土壤磷的生物有效性.

于2019年5-9月在沈阳农业大学水利学院科研试验基地进行田间试验,设置2种种植模式MS、MP(玉米/大豆间作、玉米/花生间作)和3个生物炭施用量T0、T1和T2(0、15和30 t ? hm-2)的田间小区试验,研究施入生物炭对玉米/大豆、玉米/花生间作系统土壤水热、养分吸收和产量的影响.结果表明:施入生物炭对作物生育初期0～30 cm 土壤储水量影响不显著,随着生育期的推进,由于受降雨等因素的影响,生物炭处理显著提高了0～30 cm 土壤储水量,其中在抽雄期MPT2处理的增幅最大,达15.49％;在苗期与拔节期,由于降雨少,生物炭对30～60cm 土壤储水量的影响并不显著,从抽雄期开始至生育末期表现出显著性差异,但提升效果不如0～30 cm 土层.生物炭可以显著提高苗期与拔节期土壤有效积温,在苗期MPT2处理下提升效果最为显著,增幅达20.97％,而在作物生育中后期,生物炭对土壤有效积温的影响减弱,在抽雄期和灌浆期的影响最小.生物炭施入土壤后虽然显著降低了作物生育前期土壤的矿质氮含量,但显著提高了作物生长发育中后期的矿质氮含量(25.19％～48.82％),因而增加了MS 总产量(12.79％～13.71％)和MP 总产量(15.86％～18.01％).因此,生物炭有效调控了作物生长发育关键期土壤的水肥热状况,改善了间作系统的作物生长环境,使得间作这一本来就有着产量优势的种植模式产生了更大的增产效应.

本研究通过盆栽试验,探讨不同磷水平(0、50、100 mg P2O5·kg-1,分别用P0、P50、P100表示)下玉米与大豆间作系统根系形态的变化及其与磷吸收的关系,以明确玉米-大豆间作系统促进磷吸收的作用机制.结果 表明:不同磷水平下,间作显著改变了玉米和大豆的根系形态参数,提高了大豆根冠比.与单作模式相比,间作使玉米和大豆的根长、根表面积、根体积、根系干重分别显著增加25.6％、22.0％、39.2％、34.3％和28.1％、29.7％、37.3％、62.3％,而平均根直径分别显著降低15.2％和11.7％.不同磷水平下,磷素吸收当量比(LERP)＞1,玉米-大豆间作具有明显的磷吸收优势,且LERP不受磷水平调控.间作诱导根系形态改变与磷吸收增加密切相关,其中玉米根系表面积增大、大豆根系长度增加是驱动玉米-大豆间作系统磷高效吸收的主要机制.根据回归方程,玉米根表面积和大豆根系长度增大10％,磷吸收量提高5％～10％.因此,与中等施磷水平(P100)下的单作相比,玉米-大豆间作条件下磷肥减施1/2(P50)并未降低玉米的磷吸收量.综上,玉米-大豆间作体系在减施磷肥条件下具有维持作物磷吸收的潜力.

本研究通过田间定位试验,探讨了河西绿洲灌区单作小麦、小麦/玉米间作、小麦/大豆间作3种典型春小麦生产模式下,长期留茬免耕播种对春小麦出苗和产量的影响,为该区域春小麦高效可持续生产提供理论依据.结果 表明:与传统翻耕相比,留茬免耕播种小麦/玉米和小麦/大豆间作的小麦出苗率、出苗均匀度下降明显,降幅分别为3.3％～8.6％、9.6％ ～20.5％和2.9％ ～8.8％、10.7％ ～61.7％;单作小麦的出苗均匀度有所提高,其中2019年显著增加14.9％,而出苗率在2020年显著降低4.2％;3种种植方式下,春小麦麦苗整齐度均有所下降.留茬免耕播种3种种植模式下,春小麦成穗数在收获时均与传统翻耕处理持平,差异不显著.3种模式下的春小麦均可以通过提高穗粒数和千粒重来弱化出苗对产量的影响,在收获时,春小麦籽粒产量的增幅分别为10.3％ ～ 12.9％(单作小麦)、10.5％ ～ 11.9％(小麦/玉米间作)和10.3％ ～22.5％(小麦/大豆间作),均达到显著水平.在农田风蚀退化极其严重的河西绿洲灌区,留茬免耕播种是春小麦生产中切实可行的耕作措施.

为了探讨减氮和甜玉米//大豆间作对大豆结瘤和固氮特性的影响,通过大田定位试验(2015年春-2018年秋,共8季)对比了三种施氮水平:不施氮(N0,0 kg·hm-2)、减量施氮(N1,300 kg·hm-2)、常规施氮(N2,360 kg·hm-2),两种间作模式:甜玉米//大豆2:3间作(S2B3)、甜玉米//大豆2:4间作(S2B4),以及不施肥单作大豆(SB)对大豆结瘤数、根瘤干重、固氮效率和固氮量及其稳定性的影响.结果表明:1)大豆根瘤数、根瘤干重、固氮效率和固氮量随着年季变化呈现明显的动态变化,春季大豆根瘤数和根瘤干重显著高于秋季,但秋季固氮效率和固氮量显著高于春季.2)施氮水平与种植模式极显著影响大豆固氮效率和固氮量,不施肥处理大豆固氮效率为S2B4(69.87％)>S2B3(60.64％)、SB(56.3％),但生物固氮量为SB(142.31 kg·hm-2)>S2B4(109.50 kg·hm-2)>S2B3(86.12 kg·hm-2).3)间作甜玉米显著提高了大豆的固氮效率且随大豆种植比例的增加而增加,S2B4-N0、N1及N2的固氮效率分别比S2B3-N0、N1及N2高9.47％、3.41％、1.83％,但是,相同施氮水平下不同间作模式之间均无差异.4)减氮和间作甜玉米可显著提高大豆固氮率和固氮量的稳定性.总之,减氮和间作甜玉米均能促进大豆结瘤、提高生物固氮量及固氮效率.