密植提高玉米间作豌豆氮肥利用率的碳氮协同机理

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1、分类号密级UDC单位代码10733甘肃农业大学博士学位论文密植提高玉米间作豌豆氮肥利用率的碳氮协同机理MechanismofC、NcouplingforimprovingN-fertilizeruserateinhighdensityplantedmaize/peaintercroppingsystem樊志龙指导教师姓名柴强教授(甘肃农业大学兰州730070)学科专业名称作物栽培学与耕作学研究方向旱地与绿洲农作制论文答辩日期2015年5月31日学位授予日期2015年6月答辩委员会主席张福锁教授评阅人李军教授张春庆教授彭定祥教授2015年6月甘肃农业大学2015届博

2、士学位论文摘要禾豆间作具有特殊的氮素利用特征，能够提高单位面积产量和资源利用效率，对农业可持续生产具有重要意义。然而，氮肥利用率低是以施用氮肥追求高产的现代农业中出现的普遍问题，也是禾豆间作规模化应用的主要瓶颈，如何提高氮肥利用率是禾豆间作生产实践中亟待解决的重要问题。农田植株和土壤中的碳氮协同变化很大程度上决定着作物生长和氮素利用状况，而碳氮比作为衡量碳氮协同的重要指标，常常用来判断植物生长过程中对养分的利用情况和土壤养分水平的高低。在间作模式中，以种植密度为调控手段对植株和土壤中碳氮协同变化及其对复合群体产量和氮肥利用的耦合效应尚不明晰，探明这一机理对通过优化

3、禾豆间作农田管理措施提高氮肥利用率具有重要指导意义。本试验在地方习惯施氮水平下，以玉米种植密度为调控手段，对玉米间作豌豆体系中植株和土壤碳氮协同变化规律，及其对复合群体产量及氮肥利用的耦合效应进行了研究，以期为通过密度调控提高禾豆间作提高氮素利用效率提供理论和实践依据。得出的主要结论如下：1、间作玉米、豌豆较相应单作具有碳、氮累积优势，玉米密植可以提高间作群体的碳氮累积总量、影响作物茎叶中的碳、氮运转及碳氮比。玉米间作豌豆碳当量比达到1.09-1.22；间作群体在高密度处理中，玉米种植密度为60,000株/hm2时，获得最大碳累积量，达到8244.8-8895.9

4、kg/hm2；间作玉米和间作豌豆叶片碳运转量和运转率均随玉米种植密度的增大而提高。玉米间作豌豆氮素累积总量分别较单作玉米和单作豌豆高4.7-28.5%和11.1-59.5%，其氮素当量比为1.08-1.35；玉米间作豌豆在中、高密度处理(玉米种植密度为52,500株/hm2和60,000株/hm2)中获得最高氮素累积量，分别为290.7-312.0kg/hm2和313.5-317.2kg/hm2，较低密度处理分别高1.1-11.9%和1.7-20.1%；间作较单作促进了玉米茎鞘、叶片营养器官中累积的氮素向外部的转移，同时玉米种植密度的增大提高了间作玉米茎鞘、叶片的

5、氮素运转量和运转率。间作作物群体碳氮比较单作玉米低了19.0-29.1%，较单作豌豆高了25.7-65.2%，间作群体的碳氮比随玉米种植密度的增大而提高；就间作组成作物而言，整个生育期玉米和豌豆植株总体碳氮比在各处理中差异不显著，但是间作相对于单作提高了玉米和豌豆茎、叶中的碳氮比，而玉米种植密度的增大降低了成熟期间作玉米和间作豌豆茎、叶中的碳氮比。2、间作和不同玉米密度对土壤有机碳和全氮含量影响不显著，但玉米间作豌豆较单作玉米提高了土壤硝、氨形态氮素水平，降低了土壤硝氨比和有机碳与硝氨形态氮素的比值；增大玉米种植密度促进了复合群体对土壤硝、氨形态氮素的吸收，提高了

6、土壤有机碳与硝、氨形态氮素的比值。间作土壤硝态氮和氨态氮含量在0-20cm土层中分别较单作玉米高16.5-40.6%和13.8-86.2%，在20-40cm土层中分别高17.4-39.7%和33.5-86.5%；随玉米种植密度的增大，玉米收获时土壤硝态氮和氨态氮含量均有降低趋势。豌豆收获前间作玉米带土壤硝态氮含量高于豌豆带，豌豆收获时豌豆带与玉米带硝态氮比值为0.83-0.96，豌豆收获后豌豆带硝态氮含量逐渐高于玉米带，至玉米收获时豌豆带与玉米带硝态氮I甘肃农业大学2015届博士学位论文比值为1.10-1.31，并且随着玉米种植密度的增大豌豆带与玉米带硝态氮比值在

7、增大，而整个生育期间作豌豆带土壤氨态氮含量均高于间作玉米带，豌豆带与玉米带不同时期土壤硝态氮和氨态氮含量差异提供了种间氮素互补利用的养分基础。豌豆的加入降低了间作土壤硝氨比，豌豆收获时间作土壤硝氨比较相对应单作玉米在0-20cm和20-40cm土层中分别低18.9-24.4%和23.4-27.0%，玉米收获时分别低14.1-23.0%和16.5-26.0%。3、玉米间作豌豆种植模式较组分作物单作具有显著的产量和氮素利用优势，玉米种植密度的增大提高和促进了间作复合群体产量和氮素利用。玉米间作豌豆基于籽粒产量的土地当量比(LER)均大于1，以高密度处理玉米间作豌豆最高

8、，其LER