紫花苜蓿/燕麦间作效应及氮素吸收、转移机理研究

In the context of the cereals and grasses planting structural adjustment the development of perennial alfalfa and one-year double-season oat inter-cropping system can increase the yield of above-ground forage production, and the sustainable development of agriculture in China. However, it is not clear for the nitrogen use process and its inter-cropping effect for this inter-cropping system. In this project, the nitrogen(15N) isotope tracer technique, RGB image color parameters and root isolation will be adopted to study the forage yield, canopy structure, nitrogen uptake and utilization, nitrogen fixation ability and soil inorganic nitrogen content distribution by using comparison between inter-cropping and mono-cropping system; therefore, the interaction between crops root N absorption, utilization mechanism and its affection to crop interaction effects will be analyzed. Meanwhile, inter-cropping simulation will be established in pots, Cotton Thread 15N Marking Method will be conducted to tracing the N dynamics among crop 1-soil-crop 2 in inter-cropping system, N supply ability of N fixation crops to non-N fixation crops, and non-N fixation crops promote N fixation crop root nodulation ability will be analyzed. Thus, the criteria factor for adjustment biomass output of alfalfa and oat inter-cropping system will be detected. The progress of the project will provide a scientific basis for accelerating the promotion of high-yielding and high efficient inter-cropping distribution in the Farming and Pastoral Zones of Northern China.

在我国粮饲种植结构调整的背景下，开展多年生紫花苜蓿与一年双季燕麦间作种植，既能增加土地饲草产出，又有利于农业可持续发展。然而，目前尚不明确该间作体系的氮素利用过程及其对间作效应的影响。本项目拟通过大田试验，采用氮15同位素示踪技术、RGB图像颜色参数、根系隔离等方法，对比间作和单作体系的饲草产出、冠层结构、氮素吸收与利用、根系固氮能力和土壤无机态氮的含量变化，进而解析间作体系下作物根系对氮素吸收、利用与饲草产量的关系，以及间作引起的作物土壤氮素转移机理；同时，建立间作盆栽试验，利用氮15棉线标记法开展间作作物根系与土壤互作下作物1-土壤-作物2的氮素循环示踪，分析间作系统中固氮作物对非固氮作物的氮素供给能力，以及非固氮作物根系对固氮作物根系结瘤固氮能力的促进作用，进而明确调控间作体系生物量产出的关键性氮素控制因子。该项目的开展将为加快高产、高效间作种植模式在北方农牧交错区推广提供科学依据。

在我国粮饲种植结构调整的背景下，紫花苜蓿//燕麦间作复合体系可以在有限的土地上增加作物产量，提升作物对氮素、水分等资源的利用效率，是一个可持续的生态体系。本项目采用2个大田试验与1个盆栽间作试验，探索作物搭配的间作效应与氮素、水分竞争与利用机制。结果表明：（I）紫花苜蓿徐与燕麦间作模式下两作物的干草产量比单作模式更有优势，且最具有产量优势的是种植行数比为 3：1（苜蓿：燕麦），LER值相对较大，更能提高土地利用率。（II）等行间作与单作种植对比表明，间作可以显著提高产量，燕麦产量提高了14.4%，苜蓿产量提高了6.8%。间作优势还可以提高土地利用率，LER值为1.11。通过计算间作地上地下相对贡献率可以得出间作优势的产生主要来源于地上部分。（III）间作模式种植改变土壤的无机氮包括NO3-与NH4+含量，并且对比单作模式下紫花苜蓿与燕麦吸收的总氮均上升，本种植方式会促进产量的增加、改善土壤氮素条件，可以促进作物对氮素的吸收。（IV）间作、单作和间作根系隔离处理的大田种植，间作体系在1米深度范围内，两种作物的土壤水分会在不同时期内发生双向转移。在苜蓿第一、三茬开花期时，同期处于拔节和孕穗期的燕麦需要更多的水分来维持生长，结果表明苜蓿土壤中的水分会向燕麦土壤发生转移，而当第二茬苜蓿处于开花期时，燕麦正处于分蘖期，燕麦对于水分的竞争处于弱势，因此燕麦土壤的水分会向紫花苜蓿土壤发生转移。（V）在间作模式下，两种作物会发生种间竞争，结果显示紫花苜蓿的种间相对竞争力高于燕麦，并且紫花苜蓿在氮素竞争比率上具有优势。（VI）利用15N标记表明，间作初期并未见氮素在间作作物之间发生转移，间作的氮素利用主要源于土壤有机质的增加而改善土壤养分。由此可见，紫花苜蓿与燕麦开展间作，在空间、资源和作物搭配方面具有很好的互惠作用，可在东北地区大面积推广种植。