小麦蚕豆间作及氮肥调控对蚕豆赤斑病和锈病复合危害及产量损失的影响

【目的】研究不同施氮水平下蚕豆单作、小麦与蚕豆间作种植模式下蚕豆赤斑病和锈病复合危害及蚕豆产量损失的差异,量化赤斑病和锈病复合危害导致的产量损失,定量评估间作控病对产量优势的贡献。【方法】于2016年进行了田间试验,设置蚕豆单作和蚕豆小麦间作2种种植模式,防治病害和不防治病害2种处理,4个施氮水平(N 0、45、90、135 kg/hm^2,依次记为N0、N1、N2、N3)。调查蚕豆赤斑病和锈病复合危害程度的差异,测定蚕豆的百粒重和产量。【结果】施氮(N1、N2、N3)使单作蚕豆赤斑病和锈病病情进展曲线下面积(AUDPC)平均增加33.9%和39.6%,使间作蚕豆平均增加27.1%和69.3%,均以N3水平增加最高。所有施氮水平下,与单作相比,间作显著降低赤斑病AUDPC 49.1%~53.6%,降低锈病AUDPC 39.6%~56.8%。施氮(N1、N2、N3)加剧蚕豆赤斑病和锈病的危害,单作蚕豆百粒重损失28.1~32.4 g,间作损失16.3~16.8 g,单作籽粒产量损失1441~1770 kg/hm^2,间作籽粒产量损失815~1263 kg/hm^2,间作比单作平均减少百粒重46.8%和籽粒产量36.9%,减少效果表现为N3> N2> N1> N0。蚕豆病害复合危害与籽粒产量的回归分析表明,赤斑病和锈病的AUDPC每增加一个单位可导致1.7 kg/hm^2的蚕豆籽粒产量损失,赤斑病对蚕豆产量损失的影响大于锈病。【结论】施氮加重赤斑病和锈病的复合危害,加剧蚕豆产量损失。小麦与蚕豆间作能显著减轻赤斑病和锈病的复合危害程度,减少产量损失。合理施用氮肥能够充分发挥间作的控病增产效果,有利于间作的产量优势最大化。本试验条件下,兼顾间作的控制病害增产效果和间作产量优势其他效应,推荐蚕豆的适宜施氮量为45 kg/hm^2。     

小麦蚕豆间作施氮对小麦氮素吸收、累积的影响

田间试验研究了小麦蚕豆间作及4种施氮水平(0、90 kg·hm^-2、180 kg·hm^-2和270 kg·hm^-2)对小麦植株体内氮含量、小麦地上部氮素累积及氮素养分吸收速率的影响。结果表明: 间作显著增加了小麦地上部植株的氮含量, 与单作相比, 分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期不同施氮处理间作小麦植株的氮含量平均比单作提高20.0%、21.9%、21.4%和17.1%; 抽穗期和成熟期间作小麦叶、茎和穗中的氮含量均高于单作; 间作显著提高了小麦植株的氮素累积量和氮素吸收速率, 与单作相比整个生育期间作小麦氮素累积量增幅为15.5%~30.4%。无论单作还是间作, 小麦植株氮含量和氮素累积量随氮肥用量的增加而增加, 施氮对单作小麦植株氮含量、氮素累积量和氮素吸收速率的影响大于间作, 随着氮肥用量的增加, 间作优势逐渐减弱; 单作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加而增加, 间作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加呈先增后降的趋势。本研究表明, 间作和施氮促进了小麦对氮素的吸收利用, 间作优势与施氮水平密切相关, 间作体系中氮素养分的合理投入是发挥间作优势的关键。     

间作系统氮调控对小麦氮钾营养及条锈病发生的影响

通过探讨间作和施氮对小麦植株氮钾养分吸收、分配及条锈病发生的影响,明确氮钾养分吸收和分配与小麦条锈病发生的关系,以期为合理施肥实现控病增产提供理论依据。在云南安宁和峨山两地布置田间小区试验,研究3种施氮水平(0 kg×hm~(–2)、90 kg×hm~(–2)和180 kg×hm~(–2))和2种种植模式(小麦单作、小麦||蚕豆间作)对小麦植株氮钾含量与分配以及小麦条锈病发病率及病情指数的影响。结果表明,施氮增加了小麦产量,且间作增产效应显著;与单作相比,间作小麦平均显著增产31.9%(安宁)和18.0%(峨山);小麦||蚕豆间作产量优势明显,土地当量比为1.20～1.37(安宁)和1.16～1.27(峨山),但间作增产优势随施氮量增加而降低。施氮在提高产量的同时也加重了小麦条锈病危害,随施氮量增加,单、间作小麦条锈病的发病率和病情指数均呈增加趋势。间作有较好的控病效果,与单作相比,间作小麦发病率、病情指数分别显著降低9.6%～22.0%、23.7%～33.7%(安宁)和29.5%～36.5%、29.3%～39.6%(峨山)。施氮增加了小麦植株氮含量,且主要累积在叶片,叶片氮含量占氮吸收总量的41.3%～47.4%(安宁)和35.9%～44.1%(峨山);但间作显著降低小麦植株氮含量,并显著提高钾含量,因而显著降低了叶片氮/钾比。相关性分析表明,小麦条锈病发病率和病情指数与植株氮含量、叶片氮/钾比呈显著正相关,与钾含量呈极显著负相关。施氮增加了小麦植株氮含量,提高了叶片氮/钾比,进而加剧小麦条锈病发生;而间作则通过增加钾含量,降低小麦植株氮含量及叶片氮/钾比,平衡小麦植株内氮钾养分而增强小麦对条锈病的抗性。     

不同氮磷水平下小麦-蚕豆间作对产量稳定性的影响

研究不同氮或磷水平下小麦-蚕豆间作对产量稳定性的影响,为小麦-蚕豆间作系统的高产稳产及合理施肥提供理论依据。通过5年(2015～2019年)的田间定位试验,设4个氮水平(N0-0 kg·hm-2、N1-90 kg·hm-2、N2-180 kg·hm-2和N3-270 kg·hm-2)、3个磷水平(P0-0 kg·hm-2,P1-45 kg·hm-2和P2-90 kg·hm-2)和3种种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦-蚕豆间作),分析小麦-蚕豆间作系统的产量稳定性。结果表明:与单作相比,4个氮水平下5年间作小麦平均籽粒产量分别增加32.9%、26.1%、21.9%、14.7%,3个磷水平下5年间作小麦平均籽粒产量分别增加16.7%、20.5%、21.9%。不同氮或磷水平下,小麦-蚕豆间作具有产量优势,平均土地当量比分别为1.12和1.10。间作提高了小麦产量的稳定性,降低了蚕豆产量的稳定性,且适当施氮或磷肥可以提高小麦-蚕豆间作系统的产量稳定性。间作提高了小麦的土壤地力贡献率,增加了小麦的磷肥贡献率,但降低了其氮肥贡献率。低氮(N1)或低磷(P1)条件下,小麦-蚕豆间作可以维持产量的稳定性。在本试验条件下,小麦-蚕豆间作具有减施氮磷肥、维持作物产量及其稳定性的潜力。     

基于根系形态对磷吸收的贡献解析小麦||蚕豆间作促进磷吸收的作用

间作模式是充分挖掘作物自身生物学潜力,促进磷资源高效利用的有效手段。为进一步探明间作诱导的根系形态适应性变化对磷吸收的相对贡献,理解小麦||蚕豆间作系统促进磷吸收的作用机制,本研究采用水培法,研究了常规磷(Hoagland营养液磷水平)和低磷(1/2-Hoagland营养液磷水平)条件下,小麦||蚕豆间作对小麦和蚕豆磷吸收、生长性状和根系形态变化的影响,并结合集成推进树算法(ABT)分析小麦和蚕豆根系形态对小麦和蚕豆磷吸收的相对贡献。结果表明,在低磷水平下,与单作小麦相比,小麦||蚕豆间作可以显著促进小麦对磷的吸收;而在正常磷水平下,间作小麦的磷吸收量显著低于单作小麦。在常规磷和低磷水平下,间作均能够显著促进蚕豆对磷的吸收。正常磷水平,间作系统的磷吸收量是小麦和蚕豆单作系统平均磷吸收量的1.04倍;低磷水平,间作系统的磷吸收量是小麦和蚕豆单作系统磷吸收量的1.28倍。种植模式和供磷水平能够显著影响小麦的株高,且有显著的交互作用;间作显著降低蚕豆的株高。ABT分析结果表明,小麦根长、根平均直径主导了小麦根系对磷的吸收,其解释量分别为74.7%和25.3%;蚕豆根长、根平均直径和根表面积共同解释了根系对磷的吸收,其解释量分别为48.0%、35.2%和16.9%。因此,低磷条件下,小麦||蚕豆间作主要通过增加小麦的根长,显著降低小麦根系平均直径,促进小麦对磷的吸收;而间作系统中的蚕豆则通过增加根长促进其对磷的吸收。     

小麦蚕豆间作体系氮素吸收累积动态及其种间氮素竞争关系

  【目的】  通过研究小麦//蚕豆间作地上部的氮含量和吸收量,明确不同氮水平下小麦//蚕豆间作的氮吸收累积特征,解析间作小麦和蚕豆种间氮素竞争关系。  【方法】  田间试验采用两因素随机区组试验设计,设置3个种植模式 (单作小麦,单作蚕豆及小麦//蚕豆间作) 及4个氮水平 (N0,N1,N2,N3),其中小麦的4个施氮量依次为0、90、180、270 kg/hm2,蚕豆的4个施氮量依次为0、45、90、135 kg/hm2。测定了单间作小麦和蚕豆的产量、地上部氮累积含量,利用Logistic模型模拟小麦蚕豆的氮吸收关键参数及氮吸收动态,分析了间作小麦和蚕豆的氮素竞争关系。  【结果】  小麦//蚕豆间作整体平均提高小麦产量33.4% (除N3外)、降低蚕豆产量20.7%,N0和N1水平下,间作具有显著产量优势。通过Logistic模型分析发现,间作条件下小麦的氮吸收高峰比蚕豆晚12～19天。4个氮水平下,间作主要提高了小麦最大氮累积量 (A)、最大氮吸收速率 (R_max) 和初始氮吸收速率 (r),却降低了蚕豆的A、达到最大氮吸收速率所需的时间 (T_max) 和R_max。在营养生长阶段,小麦的氮素竞争力低于蚕豆,施氮可提高小麦的氮素吸收量。从施氮水平和种植模式共同作用角度分析,N0、N1和N2水平下,间作分别提高小麦的R_max 34.1%、44.6%和21.0%。因此,当小麦达到氮吸收高峰后,间作分别提高小麦氮吸收速率和氮素累积量15.1%～48.4%和9.2%～28.9%,却降低蚕豆氮吸收速率和氮素累积量7.3%～28.4%和7.9%～14.0%。此时,间作小麦氮素竞争力大于蚕豆,在N1水平下小麦的氮素竞争力最强。  【结论】  小麦//蚕豆间作提高了小麦的初始及最大氮素吸收速率 (r和R_max),提高了小麦生殖生长阶段的氮素吸收和累积,是间作小麦产量优势的基础。优化氮肥投入量,可调控小麦和蚕豆的种间竞争及互补关系,是小麦//蚕豆间作体系产量优势形成、氮素高效吸收利用的关键。     

施氮量对间作小麦蚕豆根系分泌大豆异黄酮的影响

通过盆栽和水培试验,采用小麦蚕豆间作、蚕豆单作、小麦单作3种种植方式,研究了不同生育期不同氮水平(低氮、常规氮和高氮)处理下,单、间作小麦和蚕豆根系大豆异黄酮分泌量的变化,为进一步探明间作增产和控病机制提供依据。结果表明,随作物生育期推移,小麦根系分泌大豆异黄酮数量明显减少,蚕豆根系大豆异黄酮的分泌量先增加后减少。随施氮量增加,小麦蚕豆根系大豆异黄酮分泌量均减少,且多达显著水平。与低氮处理相比,常规氮和高氮处理下,单、间作小麦大豆异黄酮分泌量分别显著减少,且多达显著水平。间作可以显著提高作物大豆异黄酮的分泌量,但间作优势仅在低氮和常规氮处理下明显,高氮处理下,单、间作小麦和蚕豆根系分泌大豆异黄酮数量差异不显著,并且这种间作效应会随生育期的推移逐渐消失。总之,间作种植和施氮量均影响作物根系大豆异黄酮分泌量,且低施氮量的影响更明显。     

间作小麦、蚕豆的产量和竞争力对供水量和化感物质的响应

为了寻求解决间作群体受化感物质抑制作用的理论依据, 本研究通过盆栽试验, 探讨了不同供水水平下(田间持水量的45%、60%和75%), 小麦根系分泌物间甲酚对单作小麦、单作蚕豆、小麦间作蚕豆生物产量、经济产量和两种作物共生期间竞争力的影响。结果表明: 60%和75%供水水平下, 间作小麦生物产量和经济产量较单作显著提高, 45%供水水平下间作小麦经济产量低于单作; 不同供水水平下, 间作蚕豆的生物产量与相应供水水平的单作相比, 增加显著。间甲酚对小麦、蚕豆的产量均具有化感负效应, 间作具有一定弱化间甲酚对蚕豆化感负效应的作用。45%、60%和75%供水水平下, 间甲酚使间作小麦相对于蚕豆的竞争力较无间甲酚处理时分别提高24.82%、19.26%和79.30%; 增加供水可弱化间作小麦的相对竞争力, 无间甲酚和间甲酚处理间作小麦的相对竞争力在75%供水水平下较45%供水水平分别降低158.08%和79.67%。     

小麦//蚕豆间作中的种间氮营养差异比较研究

通过根系分隔和15N标记土壤的盆栽试验,研究间作蚕豆和小麦对不同氮素来源利用的差异。结果表明,根系不分隔的处理小麦生长改善,其生物量、吸氮量都高于其它2种分隔方式;蚕豆的生长则表现被抑制,其生物量在根系不分隔时生物量和吸氮量皆最低。在尼龙网分隔的处理中,小麦植株体内15N%丰度高于其它2种分隔方式,而蚕豆则表现为根系未分隔的处理15N%丰度最低。表明小麦竞争肥料氮的能力强于蚕豆,小麦的竞争促进了蚕豆固定更多的空气氮。     

不同施氮量对小麦蚕豆间作体系中产量和根系特征的影响

通过盆栽试验,以小麦(Tricum aestivum)和蚕豆(Vicia faba)为研究对象,分别设置根系分隔[尼龙分隔(MB)、塑料分隔(PB)、无分隔(NB)]3种种植方式,系统探讨间作条件下,不同施氮量小麦、蚕豆根系形态变化特征,为进一步探明间作体系作物的增产机制提供依据。结果表明:随施氮量增加,小麦产量增加;蚕豆根系直径、表面积增加。低氮量条件(N/2)下,与塑料分隔(PB)和尼龙分隔(MB)相比,无分隔(NB)小麦根长分别增加0.66%和2.61%,根系表面积分别增加56.14%和52.75%,比根长分别增加18.55%和64.92%,比表面积分别增加64.04%和82.98%;无分隔(NB)蚕豆产量分别增加26.29%和34.84%,根系干重分别增加35.1%和45.4%,根系表面积分别增加72.66%和29.12%,根系直径分别增加66.67%和14.82%,根系体积分别增加9.55%和5.91%,比表面积分别增加165.62%和134.76%。小麦产量与根长和根系表面积呈正相关,而蚕豆产量与根长呈负相关,与根系比表面积呈正相关。不同间作体系,作物之间根系形态变化是影响产量变化的表面驱动因子,低氮量环境下,根系间作程度越高,效果越明显。     

氮肥用量对油菜//蚕豆间作系统作物产量及养分吸收的影响

油菜间作蚕豆方式中的养分吸收利用特征少见报道,本研究通过田间小区试验探讨了不同施氮水平下间作对作物产量及氮、钾养分吸收利用的影响。通过研究表明,油菜间作蚕豆具有显著的间作产量优势,间作方式中油菜的竞争能力强于蚕豆。间作平均提高油菜产量15.6%～44.5%,提高蚕豆产量12.1%～26%。不同施氮条件下,间作土地当量比（LER）=1.14～1.67,N112.5条件下LER最大,N225条件下,作物产量最高。间作提高了油菜地上部氮吸收量,其中间作第一行间作第三行单作,在农民习惯施肥水平（N337.5）条件下间作养分吸收优势消失。随着氮肥施用量的增加,单、间作油菜氮吸收量随之增加。间作油菜子粒氮吸收量、钾吸收量在推荐施氮（N225）条件下达到最大值。不同施氮条件下,单、间作油菜地上部钾吸收量没有差异。间作促进氮素营养由营养器官向生殖器官转移,但对钾素营养的分配没有影响。     

蚕豆/玉米间作系统经济生态施氮量及对氮素环境承受力(简报)

通过河西走廊灌区田问试验,对不同施氮水平下蚕豆/玉米间作系统的生产力、氮素吸收利用率及土壤无机氮累积量进行了研究,并利用线性加平台模型探讨了间作系统的经济生态施氮量.结果表明间作系统的生产力与施氮量的线性加平台模型的相关性达到极显著水平(P＜0.001), 0～160 cm土壤无机氮累积量与施氮量间以二次曲线模型相关性最高;种间互作显著提高系统生产力和氮素吸收,增幅分别为23%和33%;间作系统生产力、养分吸收量及土壤无机氮量随着施氮量的增加而增加;高氮肥量和种间互作使作物发生氮素"奢侈吸收".如果充分考虑到生产、生态和经济效益,则间作系统适宜施氮量为186 kg/hm2,对应生产力为10.6×103kg/hm2,增产14%,节约38%氮,减少75%土壤无机氮残留.     

施氮量和蚕豆/玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响

在田间条件下于2006—2007年研究了不同氮水平下（N 0、75、150、225、300 kg/hm2）蚕豆/玉米间作体系与其相应单作体系土壤无机氮的时空分布规律,旨在为河西走廊灌区蚕豆/玉米间作体系的氮素管理提供理论依据。用土钻法采集土壤剖面样品,CaCl2浸提,流动分析仪测定土壤无机氮的方法研究了施氮量和蚕豆/玉米种间相互作用对土壤无机氮时间和空间变化特点。结果表明:灌漠土无机氮以NO3--N为主。蚕豆和玉米无机氮含量在蚕豆收获前种植方式间均无显著性差异,蚕豆收获后至玉米收获,间作显著降低了两种作物各层无机氮含量;无机氮含量随着施氮量增加而显著增加。蚕豆收获后间作体系0—100 cm土层无机氮累积量略高于单作体系,且0—100 cm 土层无机氮累积量高于100—160 cm土层;玉米收获后,间作蚕豆和玉米土壤无机氮累积量在0—100 cm土层分别平均降低了51.7%和16.6%,在100—160 cm土层平均降低了42.1%和6.1%;与不施氮相比,施氮蚕豆和玉米无机氮累积量在0—100 cm土层分别平均增加了40.1%和81.5%,在100—160 cm土层分别增加了69.6%和40.6%;与单作体系相比,间作体系0—100 和100—160 cm土层土壤无机氮分别降低43.4%和34.1%。因此,施氮肥显著增加土壤无机氮的累积,而豆科/禾本科间作减少了土壤无机氮的残留。     

小麦与蚕豆间作对根际真菌代谢功能多样性的影响

通过田间小区试验,采用Biolog FF微平板培养方法,研究小麦与蚕豆间作对小麦和蚕豆根际真菌代谢功能多样性的影响。结果表明:与单作相比,间作明显提高了小麦和蚕豆根际真菌的碳源平均利用率(AWCD),且间作提高蚕豆根际真菌活性的幅度大于小麦。与单作相比,间作显著提高了蚕豆和小麦根际真菌对Biolog FF板中聚合物、糖类、羧酸类、氨基酸类和胺类碳源的利用;同时间作使小麦和蚕豆根际真菌对碳源的总利用强度比单作分别显著提高63.30%和52.02%,小麦和蚕豆根际真菌对Biolog FF板中6类碳源的利用强度百分比以糖类、羧酸类和氨基酸最高,分别为36.66%~45.99%、25.65%~27.70%和16.37%~20.67%。小麦与蚕豆间作显著提高了小麦和蚕豆根际真菌的香农多样性指数(H)和丰富度指数(S)。主成分分析表明,间作明显改变了小麦和蚕豆根际真菌的群落结构。小麦与间作蚕豆明显促进了小麦和蚕豆根际土壤真菌的碳源代谢强度,显著提高了根际真菌的多样性和丰富度,改变了根际真菌的群落结构,因而是一种有利于改善蚕豆连作栽培根际微生态环境的有效措施。     

施氮和根间互作对密植大麦间作豌豆氮素利用的协同效应

针对禾豆间作密植机理研究薄弱问题,以大麦间作豌豆为研究对象,设施氮[不施氮:0 mg(N)·kg?1(土);施氮:100 mg(N)·kg?1(土)]、隔根(不隔根、隔根)和密度[低密度:15株(大麦)·盆?1;高密度:25株(大麦)·盆?1]3个参试因子,通过盆栽试验探讨了施氮和根系分隔对密植间作群体氮素竞争互补关系和利用效率的影响,以期为禾豆间作密植和氮素高效利用提供调控依据。结果表明:1)施氮、根间互作和增加大麦密度均可提高大麦||豌豆间作群体的吸氮量,其中施氮较不施氮处理提高33.8%,不隔根处理较隔根处理提高81.1%,高密度较低密度处理提高4.2%;根间互作在低氮条件下对间作吸氮量的贡献相对较高,不施氮和施氮条件下,根间互作提高间作吸氮量的比例分别为92.4%和11.0%;根间互作条件下增大大麦种植密度可显著提高间作群体吸氮量。2)大麦为氮素竞争优势种,密植使大麦氮素竞争比率显著提高,施氮能弱化大麦氮素竞争比率,抽穗期大麦相对于豌豆的氮素竞争优势达到最大值。3)根间互作使大麦、豌豆籽粒氮含量在施氮条件下分别提高126.7%、26.9%,不施氮时分别提高188.5%、46.5%,且施氮水平和根间作用方式对间作籽粒氮含量有显著的交互作用。4)高密度大麦和根间互作可显著提高间作群体的氮肥利用率,根间互作条件下增加大麦密度使间作群体氮肥利用率提高59.8%;大麦相对于豌豆的氮素竞争比率与间作群体氮肥利用率呈显著正相关关系。本研究表明,施氮、根间作用与大麦密度对大麦||豌豆间作氮素利用呈显著的交互作用,适宜的施氮量和充分的根间作用是支撑间作密植、优化种间对氮素的竞争关系,最终提高群体吸氮量和氮肥利用率的重要途径。     

Limited winter survival and compensation mechanisms of yield components constrain winter faba bean production in Central Europe

A substantial deficit of protein sources for livestock and expected changes in agro-climatic conditions are two challenges for European agriculture. Both can be addressed by introducing more autumn-sown legumes into Central European farming systems. Therefore, a three-year field experiment was conducted under Pannonian climate conditions in eastern Austria in which several winter faba bean varieties from different European countries were compared to a spring faba bean variety. Winter faba bean was susceptible to frost damage. Best overwintering was observed with the German variety Hiverna and the French variety Diva. Regarding overwintering, the first winter allowed for a clear differentiation between varieties, in the second winter, severe frost caused loss of almost all winter faba bean plants and in the third winter, which was mild, most varieties showed good overwintering. Grain yield of winter faba bean was mainly determined by variations of plants m^?2 (i.e. by overwintering) whereas compensatory mechanisms between yield components had a minor influence on yield formation. No grain yield advantage could be observed for winter faba bean varieties compared to the spring faba bean variety even in the year with good overwintering. Regarding yield components, winter faba bean had generally more shoots plant^?1 and a higher thousand kernel weight but spring faba bean tended to have more pods shoot^?1 and grains shoot^?1 whereas pods plant^?1, grains plant^?1 and grains pod^?1 generally did not differ. In conclusion, limited winter hardiness together with the minor influence of compensatory mechanisms between yield components on yield formation are serious constraints for increasing the cultivation of winter faba bean in Central Europe.