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作者简介:

张晓怡(2002-),本科在读,主要研究养分资源高效利用。E-mail: 2024141494@qq.com。

通讯作者:

任家兵,E-mail: jiabingren612@163.com。

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目录contents

    摘要

    在明确间作作物提高氮素吸收利用的基础上,探讨间作体系氮素的种间关系以及相关环境因子的贡献,为阐明间作养分高效利用优势提供一定数据支撑。通过两年(2021—2023 年)的田间定位试验,在不施氮 (N0)、低氮(N1,N 90 kg/hm2 )、常规施氮(N2,N 180 kg/hm2 )和高氮(N3,N 270 kg/hm2 )4 个施氮水平下,研究了小麦蚕豆间作对氮素收获指数、系统氮素生产力及其氮素种间关系的影响,并基于 ABT(aggregated boosted tree)和 network 分析,结合相关环境因子综合探讨其对间作促进氮素吸收利用的作用贡献。结果表明,与单作处理相比,两年的间作小麦氮素收获指数平均增幅 5.30%,间作蚕豆显著性增加 15.55%,间作体系的氮素系统生产力均值达到 66.47 kg/hm2 。不同处理下小麦和蚕豆均表现出不同程度的氮素种间竞争,其相对种间竞争强度分别为 -0.83 和 -0.73,其氮素种间相对关系指数范围分别为 0.087 ~ 0.11(小麦)和 0.047 ~ 0.12(蚕豆),体现出了不同程度的间作互利效应,较蚕豆而言,间作小麦氮素相对种间竞争力平均达到了 0.43,表现出明显的种间竞争优势。对于土壤环境因子和氮素种间关系指标对氮素收获指数的贡献率,单作小麦和蚕豆的第一贡献因子均为速效钾和氮素相对种间竞争强度,间作小麦的第一贡献因子为碱解氮和氮素种间相对关系指数,间作蚕豆为碱解氮和氮素相对种间竞争强度。小麦蚕豆间作提高了氮素收获指数,在氮素种间竞争的同时保持了体系的氮素互补作用以及小麦的氮素竞争优势地位,并通过改善土壤碱解氮以及氮素种间相对关系指数等因子的相对贡献,稳定了间作体系的氮素系统生产力和氮素吸收利用的优势。

    Abstract

    On the basis of clarifying that intercropping crops can improve nitrogen absorption and utilization,the intercropping system nitrogen interspecific relationship and the contribution of related environmental factors were discussed, which provided certain data support for clarifying the nutrient utilization advantages of intercropping. In this study,through a two-year field trial(2021—2023)under four nitrogen application levels no nitrogen(N0),low nitrogen(N1,90 kg/hm2 ),conventional nitrogen(N2,180 kg/hm2 ),high nitrogen(N3,270 kg/hm2 ),the effects of wheat and faba bean intercropping on nitrogen harvest index,system nitrogen productivity and nitrogen interspecific interaction,and contribution on intercropping to promote nitrogen absorption and utilization combined with related environmental factors was comprehensively discussed based on the analysis of aggregated boosted tree(ABT)and network. The results showed as follow:Compared with monocropped treatment,the nitrogen harvest index of intercropped wheat increased by an average of 5.30% in two years,and intercropped faba bean was significantly increased by 15.55%. The nitrogen system production of intercropping system reached 66.47 kg/hm2 on average. Both wheat and faba bean showed different degrees of nitrogen interspecific competition,and their relative interspecific competition intensity was -0.83 and -0.73,respectively,the range of nitrogen relative interspecific competitiveness were 0.087-0.11(wheat)and 0.047-0.12(faba bean),showing different degrees of interspecific complementation. Compared with faba bean,the nitrogen relative interspecific competitiveness of intercropped wheat reached an average of 0.43,showing obvious interspecific competitive advantages. In terms of contribution rate on nitrogen harvest index of soil environmental factors and nitrogen interspecific relationship indicators,the first contributing factors of monocropped wheat and faba bean were both available potassium and nitrogen relative interspecific competition intensity,the first contributing factor of intercropped wheat was alkali hydrolyzable nitrogen and relative interspecific competitiveness of nitrogen,intercropped faba bean was alkali hydrolyzable nitrogen and the relative intensity of nitrogen competition. Wheat and faba bean intercropping could improve the nitrogen harvest index,maintain the nitrogen interspecific complementation and the nitrogen competitive advantage of wheat while nitrogen competing for crop species,and improve the contribution of soil available nitrogen and the relative interaction index of nitrogen,stabilize the nitrogen system productivity of the intercropping system and the advantages of nitrogen absorption and utilization.

  • 间作是我国传统农业的精髓,也是现代农业可持续发展的重要措施,其种间互补作用对实现间作作物资源高效利用和产量优势有着重要作用[1-3]。间作作物通过合理利用生态位的差异,从时间和空间上为不同作物提供养分资源[4],在早熟作物收获后,补偿恢复晚熟作物在作物共生期内因种间竞争造成的早期生长抑制,促进种间互补对资源的高效利用[5],进而表现出间作产量优势。

  • 目前已有不少研究从间作体系、施肥处理以及种植模式[6-9]等方面对间作作物种间关系进行了相关研究,如字淑慧等[6]通过玉米马铃薯不同行距的间作试验,表明在种间行距 40 cm、种内行距 55 cm 时可获得该试验的最佳种间关系和系统生产力; 王利立等[8]研究结果表明,大麦种植密度的适度增加可以提高其竞争优势,促进大麦豌豆间作体系产量的提高;张妍等[9]对大麦豌豆间作研究发现,不施氮、中氮、高氮处理的大麦平均竞争力逐渐降低,即施氮水平对间作体系竞争关系有着重要影响。而氮素作为作物产量提高的限制性因素,其供应水平通过影响作物营养生长,增强或减弱作物对光热等资源的竞争,进而影响种间关系[10],因此,明确氮素对间作作物种间关系中的作用贡献,合理调控间作作物种间关系,是间作群体实现氮素高效利用以及产量优势的关键。

  • 小麦(Triticumaestivum L.)蚕豆(Viciafaba L.) 间作是西南地区特别是云南省作物生产中最普遍的种植模式,在提高养分的有效性[11-12]、促进作物的养分吸收[13-14]、增加作物产量等方面有着重要作用,也是有效控制小麦白粉病、蚕豆枯萎病[13-16]等病害,改善土壤微生物区系[15-16],实现环境友好[17-18]的有效措施之一。Xiao 等[19]、柏文恋等[20]研究显示,小麦蚕豆间作降低了种内竞争压力,表现出明显的种间竞争趋势;另有研究表明[21],不同施氮水平下,小麦蚕豆间作降低了低氮水平下的种间竞争强度,扩大了小麦的互利效应和竞争优势,体现出了显著的间作产量优势,但有关小麦蚕豆间作系统氮素的种间互作分析以及其对作物氮素吸收利用的贡献关系尚未有系统报道。因此,本研究以云南普遍种植的小麦蚕豆间作体系为研究对象,通过连续两年的田间小区定位试验,研究小麦蚕豆间作对作物氮素收获指数、氮素种间关系的影响,并结合土壤理化性状,基于集成推进树算法(Aggregated Boosted Trees,ABT) 和 network 分析方法,定量化氮素种间关系对作物氮素吸收利用的贡献,综合探讨相关环境因子、氮素种间关系和氮素收获指数之间的 network 架构以及相关因子对氮素收获指数的贡献差异,以期为利用合理间作来增强物种的互补性,提高间作系统生产力,实现粮食增产、养分资源高效利用和环境友好的协调发展提供依据和参考。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验点概况

  • 2021—2023 年开展田间定位试验,于 2021 和 2022 年的 11 月 10 日左右开始播种,2022 和 2023 年的 4 月 29 日左右收获。试验点位于云南省保山市保山学院资源与环境学院试验基地,年均温 21.3℃,年均降水量 2100 mm,年均日照时数 2334.5 h。供试土壤基本理化性状:pH 6.42,有机质 25.34 g/kg,碱解氮 95.43 mg/kg,有效磷 18.66 mg/kg,速效钾 114.9 mg/kg。

  • 1.2 试验设计

  • 试验采用双因素随机区组设计。A 因素为施氮量,设置 4 个氮水平,即 N0(不施氮)、N1(低氮, N 90 kg/hm2)、N2(常规施氮,N 180 kg/hm2)、N3 (高氮,N 270 kg/hm2)。B 因素为种植模式,设小麦与蚕豆间作(I)、小麦单作(MW)和蚕豆单作(MF)3 种种植模式,12 个处理,每处理重复 3 次,共 36 个小区,小区面积 12.5 m2 (5.0 m×2.5 m),随机区组排列。

  • 供试小麦为‘ 云麦 76’,蚕豆为‘ 保蚕豆 4 号’,轮作作物为小麦 // 大豆体系。单作小麦行间距 0.2 m,条播(小麦用种量 150 kg/hm2);单作蚕豆行间距 0.3 m,株距 0.1 m;小麦蚕豆间作模式为 6 行小麦间 2 行蚕豆,每个小区内有 3 个小麦种植带,3 个蚕豆种植带,播种密度同单作小区一致,其中小麦蚕豆行间距为 0.2 m。

  • 供试肥料为尿素(N 46.4%)、普通过磷酸钙 (P2O5 14%)、硫酸钾(K2O 50%),磷肥(P2O5 90 kg/hm2)和钾肥(K2O 90 kg/hm2)全部作为基肥施入,氮肥在小麦拔节期追肥一次,基追比为 1∶1,不施有机肥。蚕豆氮肥全部基施。

  • 按当地常规的小麦、蚕豆栽培技术措施进行肥水管理,整个生育期不使用除草剂和杀菌剂。

  • 1.3 测定项目与方法

  • 1.3.1 样品采集与分析

  • 在成熟期多点随机采集地上部植株样品和耕层根区土(0~20 cm)。间作小区在相邻的小麦和蚕豆种植条带上进行植株样品采集,小麦采样长度为 10 cm,蚕豆为 1 株;单作采集方法同间作,每个小区随机采 3 点为一个混合样品。植株样品在 105℃杀青,65℃烘干至恒重后称重,计算干物质量后,粉碎备用。土壤样品去除根系、杂草、石块等杂质后过 1 和 0.149 mm 筛,用于后续养分指标的测定。

  • 植株全氮含量采用硫酸-双氧水消煮,凯氏定氮法测定,土壤含水量(SW)采用烘干法测定; 土壤温度(ST)采用温度计直接测量;土壤全氮 (TN)采用凯氏定氮法测定;土壤碱解氮(AN)采用碱解扩散法,土壤有效磷(AP)采用钼锑抗比色法,土壤速效钾(AK)采用火焰光度法,土壤 pH 采用电极法(土水比为 1∶2.5),土壤有机质 (OM)采用重铬酸钾-硫酸稀释外加热法。

  • 1.3.2 间作优势分析

  • NA=TN×DM
    (1)
  • 式中,NA 为氮素累积吸收量,kg/hm2;TN 为植株全氮含量,kg/kg;DM 为作物干物质量,kg/hm2[19]

  • NHI=GNA/ANA ×100%
    (2)
  • 式中,NHI 为氮素收获指数,%;GNA 为作物籽粒氮素累积吸收量,kg/hm2;ANA 为作物地上部氮素累积吸收量,kg/hm2[19]

  • 系统氮素生产力(SPn)是以籽粒氮素累积量为基础,用两种间作作物籽粒氮素累积量的加权平均值评价间作模式的间作优势,单位 kg/hm2,计算公式如下[22]

  • SPn=(Niw×Aiw)+(Nib×Aib)
    (3)
  • 式中,Niw 和 Nib 分别代表间作小麦、蚕豆的籽粒氮素累积吸收量;Aiw 和 Aib 分别为小麦和蚕豆在间作系统中所占的面积比例,本试验中,Aiw 为三分之二,Aib 为三分之一。SPn 值越大,间作系统的氮素相对生产力越高;反之则越低。

  • 氮素的种间相对关系指数(RIIn)是以地上部氮素累积吸收量为基础,来衡量间作条件下两种作物的氮素竞争能力,计算公式如下[22]

  • RIIn =(Ni-Nm)/(Ni+Nm)
    (4)
  • 式中,Ni 表示间作小麦或者间作蚕豆的氮素累积吸收量,Nm 表示单作小麦或者单作蚕豆的氮素累积吸收量。RIIn>0,说明间作处理的互利效应大于竞争效应,值越大,互利效应越大,反之越小;当 RIIn<0,则间作处理的竞争效应大于互利效应,绝对值越大,种间竞争能力越强;RIIn=0,则表示间作处理对作物生长无影响。

  • 氮素的相对种间竞争力(RCn),是基于单间作处理的作物氮素累积吸收量,用于确定间作作物对资源的竞争能力,计算公式如下[22]

  • RCn =( Niw × Aiw /Nmw)-(Nib×Aib/Nmb)
    (5)
  • 式中,Niw 和 Nib 代表间作小麦和蚕豆的氮素累积吸收量,Nmw 和 Nmb 代表单作小麦和蚕豆的氮素累积吸收量。RCn>0,表明间作小麦的氮素竞争力高于间作蚕豆,值越大,竞争力越强,反之亦然。

  • 氮素的相对竞争强度(RCIn),是根据单作或间作处理的作物氮素累积吸收量,表示单作或间作体系中不同作物的种间、种内氮素竞争能力,计算公式如下[22]

  • RCIwn =( Nmw × Aiw - Niw )/(Nmw× Aiw )
    (6)
  • RCIbn =(Nmb×Aib-Nib)/(Nmb×Aib)
    (7)
  • 式中,RCIwn 代表小麦氮素的相对竞争强度, RCIbn 代表蚕豆氮素的相对竞争强度。RCIn=0,表示种间竞争等于种内竞争;RCIn>0,表示种间竞争高;RCIn<0,表示种内竞争高。

  • 1.4 数据处理与分析

  • 数据通过 Excel 2007 整理后,利用 SPSS 20.0,通过 Duncan 检验法,在 0.05 水平,对不同处理的氮素收获指数、系统氮素生产力、种间相对氮素关系指数、相对种间氮素竞争和相对种间氮素竞争强度进行差异性分析。

  • 采用 R 语言“gbmplus”函数包,基于 ABT 通过相对重要性图描述自变量和因变量之间的相对影响大小,定量评价相关环境因子对作物氮素吸收利用的贡献,并通过 cytoscape 对相关指标进行 network 网络图分析。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 不同处理下单作或间作小麦蚕豆的氮素收获指数

  • 图1 表明,在不同施氮水平下,小麦蚕豆间作有效提高了两年的间作小麦氮素收获指数。在 4 个氮水平下,间作小麦氮素收获指数分别较单作处理增加 7.71%、6.75%、5.40%、5.61%(2021 年) 和 5.45%、3.27%、4.51%、3.70%(2022 年); 间作蚕豆氮素收获指数分别较单作蚕豆显著增加了 22.53%、22.43%、14.78%、13.11%(2021 年)和 15.09%、13.65%、11.24%、11.58%(2022 年)。

  • 单作、间作小麦和蚕豆的氮素收获指数从 N0 到 N2 水平表现出显著性降低的趋势,但从 N2 至 N3 水平则趋于稳定。

  • 2.2 不同施氮水平下的间作系统生产力

  • 表1 表明不同施氮水平下,间作体系的两年系统生产力分别平均为 49.35、65.46、74.03 和 77.05 kg/hm2。N0~N1 以及 N1~N2 增幅分别为 32.65% 和 13.08%,但从 N2 至 N3 水平,间作体系的系统生产力趋于稳定。

  • 2.3 不同施氮水平下小麦蚕豆间作的氮素种间关系

  • 2.3.1 不同施氮水平下的氮素种间相对关系指数

  • 不同施氮水平下小麦和蚕豆均表现出明显的互利效应( 表2)。N0、N1、N2 和 N3 施氮水平下,小麦的两年种间相对关系指数分别为 0.110、0.099、 0.093 和 0.087,随施氮量的增加逐渐减弱;蚕豆则分别为 0.047、0.053、0.059 和 0.120,随施氮量的增加而逐渐增强。

  • 2.3.2 不同施氮水平下的氮素相对种间竞争

  • 由表3 可知,在两年的试验中,小麦相对于蚕豆均表现出了不同程度的竞争优势。N0、N1、N2 和 N3 施氮水平下,间作体系的两年种间竞争平均值分别为 0.47、0.44、0.43 和 0.38,间作体系中小麦相对蚕豆的竞争优势表现出随施氮量的增加而降低的趋势。

  • 图1 2021 和 2022 年不同施氮水平下单作、间作小麦和蚕豆的氮素收获指数

  • 注:MW 表示单作小麦,IW 表示间作小麦,MF 表示单作蚕豆,IF 表示间作蚕豆。不同小写字母表示单作或间作模式下不同施氮水平之间差异达到 P<0.05 显著水平;不同大写字母表示同一施氮水平下单作与间作模式之间差异达到 P<0.05 显著水平。

  • 表1 不同施氮水平下间作系统生产力

  • 注:不同小写字母代表同行之间,即同一年的不同施氮水平之间的差异达到 P<0.05 显著水平。下同。

  • 表2 不同施氮水平下作物的氮素种间相对关系指数

  • 表3 不同施氮水平下作物的氮素相对种间竞争

  • 2.3.3 不同施氮水平下的氮素相对种间竞争强度

  • 由表4 可知,在两年的小麦蚕豆间作体系中,不同施氮水平下,小麦和蚕豆均表现出了种内竞争竞争为主的趋势。

  • N0、N1、N2 和 N3 施氮水平下,小麦的相对种间竞争强度分别为-0.92、-0.92、-0.84、-0.78 (2021 年)和-0.84、-0.75、-0.79、-0.81(2022 年),且从 N0 到 N3 水平,两年小麦的种内竞争强度均显著性减弱; 就蚕豆而言,相对种间竞争强度分别为-0.58、-0.62、-0.62、-0.92(2021 年)和-0.73、-0.73、-0.76、-0.87(2022 年),与小麦同样表现出种内竞争,但随着施氮量增加,竞争强度逐渐增强,且在 2021 年达到显著性增强。

  • 表4 不同施氮水平下作物的氮素相对种间竞争强度

  • 2.4 相关因子对氮素收获指数的相对贡献及 network 分析

  • 本研究通过对两年的单作或间作小麦和蚕豆相关数据整理分析,基于“cytoscape”软件的 network 分析,系统展现了相关土壤理化性状以及氮素种间关系相关指标之间及其与氮素收获指数之间的相关关系,并采用 ABT 分析,比较不同土壤理化因子和氮素种间关系相关指标对氮素收获指数的相对贡献率,在 network 的基础上,对可解释量排于前三的相关因子进行描述比较,具体如图2 所示。

  • 图2 单作或间作小麦和蚕豆相关因子对氮素收获指数的相对贡献及 network 分析

  • 注:NHI 代表氮素收获指数,Property 代表土壤理化性状,NIR 代表氮素种间关系,TN 代表土壤全氮,AP 代表有效磷,OM 代表有机质,AN 代表碱解氮,AK 代表速效钾,pH 为土壤 pH,ST 代表土壤温度,SW 代表土壤含水量,RC 代表相对种间竞争,RCIw 代表小麦的相对种间竞争强度, RII 代表种间相对关系指数,RCIb 代表蚕豆的相对种间竞争强度;不同线段代表不同因子之间的 network 分析,有颜色的线段和数值代表对应因子对氮素收获指数的 ABT 贡献率,红色虚线代表小麦,蓝色实线代表蚕豆;无底纹数值代表相关土壤理化因子对氮素收获指数的相对贡献,灰色底纹数值代表相关氮素种间关系指标对氮素收获指数的相对贡献,其中红色数值代表小麦,蓝色数值代表蚕豆。

  • 分析结果表明,就小麦而言,相关土壤理化性状对氮素收获指数的相对贡献,单作小麦首要贡献因子为土壤速效钾,其次为土壤 pH 和土壤温度,三者相对贡献率分别占到了所有因子可解释量的 28.44%、23.99% 和 12.70%;间作小麦首要贡献因子则为土壤碱解氮,其次为土壤速效钾和 pH,其贡献率分别为 20.40%、19.13% 和 18.75%。氮素种间关系相关指标对氮素收获指数的相对贡献,单作小麦首要贡献因子为氮素的相对种间竞争强度,其次为氮素的种间相对关系指数和相对种间竞争力,其贡献率分别为 53.20%、34.40% 和 12.40%;间作小麦首要贡献因子则为氮素的种间相对关系指数、相对种间竞争强度和相对种间竞争力,其贡献率分别为 52.60%、37.70% 和 9.70%。

  • 就蚕豆而言,相关土壤理化性状对氮素收获指数的相对贡献,单作蚕豆和单作小麦表现出一致的趋势,其主要贡献因子分别为 21.45% 的速效钾、 18.90% 的 pH 和 14.40% 的土壤温度,间作蚕豆则为 28.38% 的碱解氮、19.13% 的有机质和 10.97% 的速效钾;氮素种间关系相关指标对氮素收获指数的相对贡献,单作和间作蚕豆表现出一致的规律,均以氮素的相对种间竞争强度为首要贡献因子,其次为氮素的种间相对关系指数,两者相对贡献的可解释量分别为 53.70%、46.30%(单作蚕豆)和 50.70%、49.30%(间作蚕豆)。

  • 3 讨论

  • 3.1 小麦蚕豆间作的氮素收获指数

  • 与单一种植农田相比,间作种植模式能够通过共生作物在时间和空间上合理搭配,有效提高资源利用率。已有研究表明,合理间作能够有效提高作物对氮素的吸收利用,如叶优良等[22]研究发现蚕豆玉米间作下,蚕豆籽粒和秸秆吸氮量分别比单作蚕豆增加了 20.10% 和 34.43%,肖靖秀等[23]研究结果也表明,不同施氮水平下间作提高了大麦地上部氮吸收量和吸收速率,刘朝巍等[24]对小麦 // 玉米间作体系研究结果表明,与单作相比,间作显著提高了氮素收获指数 17.09%。本研究中较单作处理,间作小麦和蚕豆的氮素收获指数平均增加 5.30% 和 15.55%,间作体系的氮素系统生产力均值为 66.47 kg/hm2,这既与前人的研究结果一致,也表明了间作小麦能有效促进作物对氮养分的吸收利用,提高氮肥利用效率,并促进氮素在地上部向籽粒中的运输,从而形成显著的产量优势,这不仅是因为禾本科 // 豆科体系能够更大限度的利用地上地下空间,促进作物对养分的吸收利用[1425],也可能是由于蚕豆的生物固氮既在一定程度上降低了种间的氮素竞争程度,又增加了小麦的土壤有效氮来源[26],使得间作小麦在低氮水平下能够达到单作小麦常规施氮水平下的产量水平。

  • 3.2 小麦蚕豆间作的氮素种间作用

  • 间作作物共生期内对空间和各种资源利用的同时,种间竞争和互补关系同时存在,且随着作物生长发育的变化而改变,当种间互补大于种间竞争时,间作体系促进作物对资源的利用,表现出间作优势,实现系统稳定性[27]。本研究中,不同处理下小麦和蚕豆的氮素种间竞争强度分别平均为-0.83 和-0.73,均表现出了间作作物氮素以种内竞争为主的趋势,且随着施氮量的增加,小麦种内竞争幅度显著性减弱,而蚕豆种内竞争强度逐渐增强,这可能是由于氮素供应量的增加,在一定程度上加剧了间作小麦对蚕豆氮素的竞争吸收,使得小麦的种内竞争强度减弱,而蚕豆则表现出增强的趋势,然而,就氮素种间相对关系指数而言,小麦和蚕豆分别平均为 0.10 和 0.07,均表现出了明显的种间互补作用,说明氮素的种间竞争不仅没有影响到间作体系的氮素稳定,而且在一定程度上促进了作物在生育后期对氮素的吸收利用,而且与蚕豆相比,间作小麦的氮素相对种间竞争力平均达到了 0.43,表现出了明显的种间竞争优势,充分说明处于优势地位的间作小麦在竞争获得更多养分等资源的同时,也维持了小麦和蚕豆的种间互补作用,保证了间作体系的稳定性以及产量优势。有研究表明,豆科禾本科间作在低氮土壤中更能促进豆科作物的固氮作用,以及氮素向非豆科作物的转移[28],因此,本研究后续可以结合前人的研究结果,探讨不同生育期小麦蚕豆间作体系的氮素在作物之间的转运,以及地上部不同器官的分配贡献情况,为进一步明确小麦蚕豆间作体系的氮素种间互补作用在间作产量优势中的贡献,揭示其作用机理提供一定的数据支撑。

  • 3.3 小麦蚕豆间作体系相关因子对氮素收获指数的贡献分析

  • 根据相关环境因子和氮素种间关系指标对氮素收获指数的 ABT 贡献率分析,两年试验中影响氮素收获指数的首要环境因子,单作小麦和蚕豆均为速效钾,贡献排名前三的相关环境因子可解释量之和分别为 65.13% 和 54.75%,而间作小麦和蚕豆的首要影响因子则均为碱解氮,贡献排名前三的相关环境因子可解释量之和分别为 58.28% 和 58.48%,较单作而言,间作处理降低了第一以及排名靠前的影响因子可解释量,增加了其他因子的所占比重,而竞争优势作物小麦表现尤为明显。氮素的种间关系相关指标对氮素收获指数的相对贡献同样表现出了一致的趋势,单作小麦的首要贡献因子为 53.20% 的氮素相对种间竞争强度,间作处理则为 52.60% 的氮素种间相对关系指数,单作蚕豆为 53.70% 的氮素相对种间竞争强度,间作处理则为 50.70%,充分表明了间作处理并不局限于某一因子产生效应,而是影响更多的环境影响因子及其可解释量,多方面多层次的系统调控土壤环境因子,进而体现出明显的间作优势。后续研究将进一步探讨分析其中的作用机理,如因子之间如何影响、土壤微生物在其中的作用等。胡国彬等[29]、吕玉等[30] 研究结果已经表明间作能够有效改善土壤微生物群落结构,因此,后续研究一方面可以继续完善相关测定指标,如氮素利用效率以及更全面的氮素种间关系指标,为本研究提供更为全面系统的数据支撑;另一方面从微生物角度分析间作体系氮素种间互补作用的成因及其贡献关系,更加成体系地阐明本研究结果。

  • 4 结论

  • 两年的研究表明,间作小麦和蚕豆的平均氮素收获指数分别较单作增加 5.30% 和 15.55%,氮素系统生产力均值达到 66.47 kg/hm2。小麦和蚕豆均表现出氮素的种间竞争,但均保持着明显的氮素种间互补作用以及小麦的种间竞争优势地位。与单作处理相比,间作处理主要通过改善碱解氮等土壤环境因子和氮素种间相对关系指数的贡献可解释量,进而体现出间作体系氮素吸收利用的优势。

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