不同配置對遼西玉米‖花生間作系統氮素吸收利用的影響

馮晨，黃波，馮良山，鄭家明，白偉，杜桂娟，向午燕，蔡倩，張哲，孫占祥

不同配置對遼西玉米‖花生間作系統氮素吸收利用的影響

馮晨1,2，黃波3,4，馮良山1,2，鄭家明1,2，白偉1,2，杜桂娟1,2，向午燕1,2，蔡倩1,2，張哲1,2，孫占祥1,2

1遼寧省農業科學院耕作栽培研究所，沈陽 110161；2國家農業環境阜新觀測實驗站，遼寧阜新 123100；3沈陽農業大學土地與環境學院，沈陽 110866；4農業農村部國際交流服務中心，北京 100125

【】通過研究不同配置條件下玉米‖花生間作系統地上部氮含量和吸收量，結合間作系統花生結瘤固氮和土壤有效氮分布，明確不同配置下玉米‖花生間作體系對氮素的吸收利用特征，為玉米‖花生間作氮高效利用模式的區域篩選提供依據。本試驗于2015—2016年在國家農業環境阜新觀測實驗站進行，設置玉米單作（M）、花生單作（P）、2行玉米4行花生間作（M2P4）和4行玉米4行花生間作（M4P4）模式，玉米單作及每種間作模式下設3種不同玉米種植密度（6、9和12株/m2），共10個處理，分析不同配置（行比和密度）玉米‖花生間作系統氮素吸收利用特征和優勢。與單作相比，間作玉米和花生植株氮濃度變化并不明顯，受作物占地比例影響，間作模式下玉米和花生的產量、氮產量均低于相應單作，且氮產量與間作生物產量表現相一致。玉米‖花生間作可以顯著提高系統氮的吸收利用（氮吸收當量比＞1），且主要歸因于玉米的養分吸收優勢（pNER為0.63—0.80）。隨著玉米行比和密度的增加也隨之增大，其中M4P4模式（1.06—1.22）的氮吸收要顯著高于M2P4模式（1.0—1.06）。在玉米‖花生間作系統中，玉米比花生更有競爭力（A＞0），且競爭吸收氮養分能力也更強（CR＞1），M4P4行比以及玉米增密有助于增強玉米對氮營養的競爭，增加系統氮養分吸收優勢（△＞0）以及間作養分對產量的貢獻（）。與玉米間作可促進花生結瘤固氮，M4P4行比配置下花生根瘤數量、單株根瘤重量和單個瘤重均高于M2P4配置，且以中、低密度處理為優。間作系統中土壤有效氮含量（Nmin）表現為花生條帶土壤Nmin高于玉米條帶，且單作花生土壤Nmin高于間作花生，而單作玉米土壤Nmin低于間作玉米。玉米‖花生間作可顯著提高系統氮的吸收利用，其中玉米對系統氮吸收的貢獻較大，適度增加玉米行比和密度有助于增加系統氮素吸收當量比、增強玉米對氮營養的競爭以及間作養分對產量的貢獻。綜合分析認為，本研究中M4P4-6和M4P4-8為玉米‖花生間作較佳配置，玉米花生種間互作對間作系統干物質量和花生生物固氮的促進，以及玉米在吸收氮養分上的強競爭能力是玉米‖花生間作具有氮素吸收利用優勢的重要原因。

間作；配置；玉米；花生；氮吸收利用

0 引言

【研究意義】遼寧省是全國13個糧食主產區之一，遼西地區玉米面積和產量均占遼寧省75%以上，在區域農業發展中具有非常重要的地位[1]。該區域光熱資源豐富、生產潛力巨大，但生態環境承載能力脆弱，資源利用效率不高，且普遍存在為追求穩產而過量施氮的現象[2]，這不僅增加了當地農戶的生產成本，也嚴重影響了區域環境安全。禾本科與豆科作物間作在遼西地區農業發展中具有非常重要的地位[3]，其中玉米花生間作模式是當地主要間作模式之一。該模式具有明顯的間作優勢[4-9]，同時由于花生的固氮作用[10]，該模式被認為具有增加氮來源多樣性[11]、減少氮肥投入，減輕環境壓力的潛力[12]。為此，開展玉米‖花生間作系統氮素吸收利用特征方面的研究，明確該間作模式對氮素資源利用的優勢，對促進該區域旱作農業綠色可持續發展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】有關玉米‖花生間作的報道大多在于產量、資源利用和生態服務功能等方面。大多數研究認為玉米‖花生間作可以通過提高單位土地利用效率顯著提升系統生產力，土地當量比（LER）可高達1.2以上[3,13]；能夠提高玉米對強光、花生對弱光的利用能力[6, 8-9]，實現光能的分層利用；能夠影響作物根系分布和活力[14]、實現水分的高效利用[3]；此外，也有研究表明玉米‖花生間作可以抑制雜草，并通過改善花生鐵營養降低主要病害的發病率和病情指數[15]。目前，國內外關于玉米‖花生間作系統養分吸收利用方面報道相對較少，尤其是外文數據庫，例如在1945—2019年web of Science數據庫中檢索的73篇玉米‖花生間作（大田）文獻中，有15篇涉及該體系作物氮素吸收利用或根瘤固氮，這其中僅有4篇是關于整個間作系統對氮的吸收利用。有學者認為，玉米‖花生間作系統具有提高氮素吸收利用優勢[16]，并強化花生結瘤固氮[17-18]，但也有學者認為，由于田間試驗中花生受玉米遮陰等負面影響較大，導致花生植株生長受限，進而抑制了其生物固氮作用[19-20]，研究結論的不一致可能與區域、品種、行比、密度、施氮量等因素有關?！颈狙芯壳腥朦c】國內外學者對間作系統的研究已達到一定廣度和深度，但對玉米‖花生間作系統的研究多集中于產量、土地利用效率、光合作用及水分利用等方面，有關玉米‖花生間作系統對氮素的利用優勢方面報道較少，且結論不相一致，關于不同配置下該間作系統對氮素的吸收利用特征方面更是極少涉及?！緮M解決的關鍵問題】本文以國家農業環境阜新觀測實驗站為平臺，通過2年田間試驗，系統研究不同配置條件下玉米‖花生間作系統地上部氮含量和吸收量，結合間作系統花生結瘤固氮和土壤有效氮分布，探明不同配置玉米‖花生間作體系對氮素的吸收利用特征，為明確遼西半干旱區玉米‖花生間作氮素吸收利用優勢，以及篩選區域氮高效利用型間作模式提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在位于遼寧省西北部的國家農業環境阜新觀測實驗站進行（遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣阜新鎮沙扎蘭村，42°06′N、121°75′E），該地區屬溫帶季風大陸性氣候區，年平均氣溫7—8℃，5月至9月份日照時數1 200—1 300 h，10℃以上積溫2 900—3 400℃，無霜期135—165 d，近30年降水均值為391 mm，降水變率較大，資源利 用效率低。試驗地塊土壤類型為褐土，試驗前0—20 cm土層土壤有機質14.4 g·kg-1，全氮0.78 g·kg-1，速效氮45.2 mg·kg-1，速效磷17.4 mg·kg-1，速效鉀69.5 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗于2015—2016年進行，采用完全隨機區組設計，共設玉米單作（M）、花生單作（P）、2行玉米4行花生間作（M2P4）和4行玉米4行花生間作（M4P4）4種模式，其中，玉米單作及每種間作模式下分別設3種不同玉米種植密度（條帶內玉米密度6、9和12株/m2），共10個處理（表1），每個處理3次重復，小區面積為96 m2（8 m×12 m）。玉米品種為鄭單958，花生品種為白沙1016，花生種植密度均為24株/m2，所有行距（包括玉米行間、花生行間以及玉米與花生間作行之間）均為0.5 m。每年于4月份進行播種，9月末收獲，玉米與花生同種同收。施肥量為N 112 kg·hm-2，P2O5112 kg·hm-2，K2O 112 kg·hm-2，采用一次性施肥，田間管理參照當地農戶常規田間管理。

表1 試驗處理及代號

1.3 測定項目與方法

1.3.1 作物生物量、產量及植株氮含量的測定 作物成熟時期，每個小區按行隨機選取有代表性的玉米和花生各3株，樣品105℃殺青30 min，75℃烘至恒重稱重，根據單株干物質量折算單位面積生物量。收獲時，各小區單、間作玉米（按行）選取3 m行長玉米植株，單、間作花生（按行）選取1 m行長花生植株，用于產量的測定，收獲后將樣品掛置于風干棚內晾曬至玉米籽粒含水率為14%時，花生籽粒為15.5%時進行脫粒、稱重。此外，在所取樣品中選取3株代表性植株全部粉碎后，采用H2O2-H2SO4法消煮，凱氏定氮法測定氮（N）含量。

1.3.2 作物氮吸收量（氮產量） 作物氮吸收量為單位面積植株質量與植株氮含量之積。

1.3.3 氮吸收當量比（） 與土地當量比類似[21]，氮吸收當量比（）用于衡量該間作體系是否具有氮產量（吸收）優勢（nitrogen absorption equivalent ratio）。

氮吸收當量比= (NU/NU) + (NU/NU)

偏氮吸收當量比pNER=NU/NU；

pNER=NU/NU。

式中，NU和NU分別代表間作玉米和間作花生氮吸收量；NU和NU分別代表單作玉米和單作花生氮吸收量。＞1代表體系有氮產量（吸收）間作優勢，＜1代表體系無氮產量（吸收）間作優勢。

1.3.4 間作氮養分吸收優勢（Δ） 間作氮養分吸收優勢（Δ）反映間作吸氮量相對于單作的增加或減少[22]。

氮養分吸收優勢Δ{[NU/(F×NU+F×NU)]-1}×100。

式中，NU為間作體系中玉米和花生的總吸氮量，NU和NU分別代表單作玉米和單作花生氮吸收量，F和 F分別為間作中玉米和花生的占地比例。Δ＞0表示間作吸氮量相對于單作增加，Δ＜0則表示間作吸氮量相對于單作減少。

1.3.5 間作氮利用效率優勢（Δ） 間作氮利用效率優勢（Δ）反映作物間作后氮利用效率的增加或減少[22]。

氮利用效率優勢Δ{[Y/NU] / [F×Y/NU+F×Y/NU]-1}×100%。

式中，Y為間作體系作物籽粒（或生物）產量，Y和Y分別代表單作玉米和單作花生的籽粒（或生物）產量，NU為間作體系中玉米和花生的總吸氮量，NU和NU分別代表單作玉米和單作花生氮吸收量，F和F分別為間作中玉米和花生的占地比例。Δ＞0表示作物間作后氮利用效率增加，Δ＜0表示作物間作后氮利用效率減少。

1.3.6 間作氮養分吸收和利用效率對產量優勢的貢獻（） 以土地當量比（）作為間作產量優勢的指標[21-22]：

(Y/Y) + (Y/Y)(A/A)×(E/E) +(A/A)×(E/E)。

式中，Y和Y分別為間作中玉米和花生的產量，Y和Y分別代表單作玉米和單作花生的產量；玉米在間作和單作中的吸收量和利用效率分別為A、A和E、E；相應花生分別為A、A和E、E。令a=(A/A)-1，a=(A/A)-1；e=(E/E)-1，e=(E/E)-1，代入后可得：

1+ (1 +a+ a) + (e+ e) + (ae+ ae)。

式中，(1 +a+ a) 為由于間作引起的相對于單作氮吸收量增減對間作產量優勢的貢獻；(e+ e) 為由間作引起的相對于單作氮養分利用效率變化對間作產量優勢的貢獻；(a e+ a e) 為養分吸收和利用效率交互作用對間作優勢的貢獻。

則間作氮養分對產量優勢貢獻(1 +a+ a) + (e+ e) + (ae+ ae)。

1.3.7 作物種間相對競爭力（A）和營養競爭比率(CR)A表示2種作物的相對競爭能力。本文中使用玉米相對于花生的競爭力（aggressively）[22]。

種間相對競爭力A=Y/(Y×F)-Y/(Y×F)。

式中，各符號意義同1.3.5和1.3.6，A＞0表明玉米競爭力強于花生；A＜0表明花生競爭力強于玉米。

CR營養競爭比率是度量作物養分吸收競爭強弱的一種指標。本文中用玉米相對于花生對氮的競爭比率來衡量氮營養競爭力（competition ratio of maize to peanut,CR）[22]。

營養競爭比率CR=(NU/NU)×F/(NU/NU) ×F。

式中，各符號意義同1.3.3和1.3.4，當CR＞1時，表明玉米比花生氮營養競爭能力強；當CR＜1時，表明玉米比花生氮營養競爭能力弱。

1.3.8 花生根瘤的測定 于花針期采集花生根瘤樣品，采用隨機取樣法，在各處理花生條帶用鐵鍬挖取代表性3個整株花生置于牛皮紙上，以保證所有根瘤取出。輕輕抖落根上的土，收集落在紙上的根瘤及帶根瘤的根，樣品帶回室內立即放在100目的篩中流水沖洗，摘可見根瘤、計數、風干、稱重，并根據單株根瘤數量和總重計算單個瘤重。

1.3.9 土壤銨態氮和硝態氮的測定 于作物收獲期按作物條帶采集玉米單作（M-8）、花生單作（P）和玉米花生間作（M4P4-8）處理0—20 cm土層土壤樣品，土樣通過前處理和KCl浸提后，經流動分析儀定量銨態氮和硝態氮含量。

1.4 數據處理

所得數據采用Excel進行整理，使用SPSS 20.0（ANOVA）進行數據分析，處理間差異用LSD檢驗法（＜0.05）。

2 結果

2.1 不同配置間作對玉米花生產量的影響

2年單作玉米生物量顯著高于間作玉米，2種間作行比處理（M2P4和M4P4）的玉米生物量分別是單作玉米的69.9%—78.9%和65.5%—78.3%，行比處理之間生物量差異并不顯著；同種行比配置下，隨著玉米種植密度的增加，玉米單位面積生物量也有所增加。各處理玉米籽粒產量表現與生物產量相似，即單作玉米產量高于間作玉米，M2P4和M4P4處理的玉米產量分別是單作玉米的66.5%和81.5%?？傮w上，M4P4-8間作配置下玉米的生物產量和籽粒產量均較高（圖 1-A）。

2年單作花生生物量顯著高于間作花生，M2P4和M4P4處理的花生產量分別是單作花生的33.9%—37.6%和38.2%—52.2%，2種間作行比配置相比，M4P4行比下花生生物量要高于M2P4，且M4P4行比下，隨著間作玉米種植密度的增加，單位面積花生生物量有減少趨勢?；ㄉ蚜．a量也表現為單作花生顯著高于間作花生，單作花生產量分別是M2P4和M4P4處理花生產量的2.3倍和2.6倍，間作行比處理之間產量差異不顯著?？傮w上，M4P4-4配置下花生的生物產量和籽粒產量較高（圖1-B）。

方柱上方不同字母表示不同處理間差異顯著（P＜0.05）。下同

2.2 不同配置間作對玉米花生植株氮含量的影響

2015年，3種單作玉米植株的氮濃度無顯著差異，變化范圍在0.83%—0.87%之間；間作處理植株氮濃度變化范圍為0.72%—0.90%，間作行比處理之間玉米植株氮濃度呈現M4P4處理略高于M2P4處理的趨勢，其中，M2P4行比下M2P4-6密度處理氮濃度較高，M4P4行比下各密度處理氮濃度無顯著差異（圖2-A）。2016年，總體上氮濃度的變化趨勢與2015年相一致，3種單作玉米植株的氮濃度變化范圍在0.93%—0.95%之間，間作玉米氮濃度變化范圍為0.82%—0.95%，2種間作行比配置下的玉米植株氮濃度呈現出M4P4模式略高于M2P4模式的趨勢，各密度處理之間無顯著差異。

與玉米相似，雖然不同配置下間作花生生物量有所不同，但各處理花生植株氮濃度并無顯著差異（圖2-B）。2015年和2016年花生植株氮濃度變化范圍分別為2.11%—2.30%和2.28%—2.59%，種植模式、行比配置和密度配置均未對花生植株氮濃度產生影響。

圖2 2015—2016年不同處理下玉米和花生植株氮含量

2.3 不同配置間作對玉米和花生氮產量及系統氮吸收當量比的影響

由表2可以看出，2年單作玉米氮產量均表現為顯著高于間作玉米，其中M2P4行比下間作玉米氮產量占單作玉米氮產量65.8%—71.4%，M4P4行比下間作玉米氮產量為單作玉米的63.2%—79.9%，2種行比配置之間差異不顯著；無論單作還是間作模式，玉米氮產量均隨密度增大而增加，不同密度處理之間差異達顯著水平（＜0.05）?；ㄉa量也表現為單作花生顯著高于間作花生，其中M2P4行比下間作花生氮產量僅占單作花生氮產量33.6%—34.3%，M4P4行比下間作花生氮產量為單作花生的41.3%—42.9%?；ㄉa量M4P4大于M2P4，受行比配置影響顯著（＜0.05），同一行比不同密度配置之間無顯著差異（表2）。

氮吸收當量比（）是反映間作系統整體氮素吸收優勢的重要指標，2年玉米的偏氮吸收當量比（pNER）均大于0.5，平均變化范圍為0.63—0.80，而花生的偏氮吸收當量比（）均小于0.5，平均變化范圍為0.34—0.43（表2）。間作系統總的氮吸收當量比（）在1.00—1.22之間，各處理均能達到1.0及以上，說明與單作相比，玉米‖花生間作可以提高氮的吸收利用。其中M2P4行比下變化范圍為1.0—1.06，M4P4行比下變化范圍為1.06—1.22，說明M4P4模式的氮吸收優勢要大于M2P4模式，且隨著玉米種植密度的增加也隨之增大?？傮w上，受種植模式影響顯著（＜0.05），受種植密度影響顯著，而同時受種植模式和種植密度的影響，但兩因素之間未見明顯交互作用?？紤]氮吸收能力方面，M4P4-8為最佳模式，為1.22，且在玉米‖花生間作系統中玉米對系統氮吸收的貢獻更大一些，花生的貢獻則較為穩定。

2.4 不同配置處理對間作系統氮吸收利用優勢和作物種間競爭力的影響

通過計算氮養分吸收優勢（Δ），發現不同行比配置玉米‖花生間作的Δ差異顯著，M4P4行比下的Δ（3.79—18.60）要顯著高于M2P4，且各行比配置下隨著密度增加，Δ增大，說明M4P4行比以及玉米增密有助于玉米‖花生間作氮養分吸收優勢的增加（表3）。Δ反映了作物間作后氮利用效率的增加或減少。各處理基于生物量的Δ均大于0（7.06—49.33），說明玉米‖花生間作可增加氮利用效率，且M2P4行比的氮利用效率顯著高于M4P4，若以產量為標準，Δ也均大于0，但2種行比配置之間差異不顯著，同時，隨著玉米密度的增加Δ有所下降，說明雖然增密增加了間作生物量，但籽粒產量受到了負面影響。

表2 不同間作配置下玉米與花生的氮產量及氮吸收當量比（2015—2016）

M2P4-4、M2P4-6、M2P4-8分別代表M2P4行比下3種玉米密度處理；M4P4-4、M4P4-6、M4P4-8分別代表M4P4行比下3種玉米密度處理。下同M2P4-4, M2P4-6, and M2P4-8 represent three different densities of maize in intercropping row configuration M2P4; M4P4-4, M4P4-6, and M4P4-8 represent three different densities of maize in intercropping row configuration M4P4. The same as below

A為玉米相對于花生基于產量的競爭力，各處理A均大于0，表明玉米比花生更有競爭力，且M2P4行比配置中玉米的競爭力更強（1.15—1.76），但隨著密度的增加玉米競爭力減小。玉米相對于花生的養分競爭比率CR顯示，M4P4配置下玉米的氮競爭力要強于M2P4，M4P4配置中玉米的氮素競爭比率為1.491—1.942，說明玉米在競爭吸收氮養分方面能力更強，且這種能力隨著玉米密度增加而增大。

氮養分吸收和利用效率對玉米‖花生間作體系產量優勢的貢獻結果表明，不同間作行比配置下養分對產量的貢獻差異明顯。其中M2P4為0.06— 0.15，M4P4為0.12—0.18，說明在M4P4行比配置下氮養分吸收和利用效率對產量優勢的貢獻更大，結合密度配置分析，以M4P4-6處理最優，養分對產量的貢獻高達18%。

表3 不同間作處理氮吸收利用優勢、種間競爭力及氮吸收利用對間作產量優勢的貢獻

2.5 不同配置處理對花生結瘤特性的影響

間作條件下花生的固氮能力是影響體系氮素吸收的重要指標（表4）。結果表明，行比配置顯著影響花生根瘤數量，M2P4行比下間作花生單株根瘤數量是單作花生的2倍，其中以M2P4-6處理數量最高；M4P4行比下間作花生根瘤數量是單作花生的3.5倍，其中M4P4-4處理最優。與單株根瘤數量相一致，單株根瘤重也表現為間作花生大于單作花生，其中M2P4行比下間作花生單株根瘤重是單作花生的1.6倍，M4P4行比下間作花生根瘤重量是單作花生的3.4倍。單個瘤重的表現與單株根瘤數和單株瘤重相反，單作花生的單個瘤重要顯著高于間作花生，分別較M2P4和M4P4花生高1.6和1.1倍，結合密度配置進行分析，不同間作處理最優配置分別為M2P4-6和M4P4-6。總體上，M4P4配置無論根瘤數量、單株根瘤重量還是單個瘤重都優于M2P4配置，密度以中、低密度為優。

2.6 玉米‖花生間作不同條帶銨態氮和硝態氮的分布

土壤氮素含量和分布可以反映間作系統對氮素的吸收利用特征。由圖3-A可知，花生條帶銨態氮變化范圍在1.70—2.76 mg·kg-1，玉米條帶則在1.33—2.12 mg·kg-1。但對于花生來說，單作花生（SP）根際土壤銨態氮含量呈現出高于間作花生的趨勢，且越靠近玉米條帶的間作花生根際銨態氮含量越低；與花生相反，單作玉米（SM）根際土壤銨態氮含量低于間作玉米，且越靠近花生條帶，玉米根際土壤的銨態氮含量越高。總體上，同種作物不同處理條帶銨態氮含量均較低且差異未達顯著水平，這與采樣時期和硝化作用有關。

表4 不同種植模式及不同密度處理下花生（花針期）的結瘤特性

同列不同小寫字母表示同種模式下不同密度處理之間的差異顯著（＜0.05）；不同大寫字母表示不同種植模式之間的差異顯著（＜0.05）

The different small letters indicate significant difference under different densityies within a cropping system (＜0.05), while the different capital letters indicate significant difference under different cropping systems (＜0.05)

SP、IP1、IP2分別代表單作花生條帶、間作花生邊1行和間作花生邊2行；SM、IM1、IM2分別代表單作玉米條帶、間作玉米邊1行和間作玉米邊2行；方柱上方不同字母表示同種作物不同條帶土壤有效氮之間的差異顯著（P＜0.05）

花生條帶硝態氮變化范圍在1.53—6.71 mg·kg-1，玉米條帶則在0.81—3.48 mg·kg-1。其中，花生條帶IP2和SP硝態氮含量顯著高于IP1，表現為IP2＞SP＞IP1，說明間作系統中靠近玉米的花生條帶硝態氮含量受到了影響；而玉米條帶硝態氮含量分布與銨態氮相似，表現為IM1＞IM2＞SM（圖3-B）?？傮w來說，土壤有效氮含量Nmin（銨態氮+硝態氮）表現為花生條帶土壤有效氮高于玉米條帶，且單作花生土壤有效氮高于間作花生，而單作玉米土壤有效氮低于間作玉米。

3 討論

大量研究表明，豆科與非豆科間作系統中大部分存在氮營養間作優勢[23-26]，王小春等[26]研究發現與大豆間作的玉米氮素積累量增加，焦念元等[27]也發現，玉米‖花生間作可提高玉米和花生莖、葉、籽粒的氮含量，提高玉米和整個間作體系的氮吸收量。本研究也認為玉米‖花生間作具有明顯的氮吸收間作優勢（＞1），且發現主要歸因于玉米的養分吸收優勢（pNER0.63—0.80），這也與劉振洋[28]和Mandimba[29]等的研究相一致，即禾豆間作可以提高體系中禾本科作物的氮素競爭力，促進間作禾本科的氮素吸收和累積優勢的形成。間作體系中禾本科的氮素吸收優勢一方面可能歸因于種間氮營養在時間或空間上的生態位分離[30]，另一方面也與豆科作物的氮轉移及氮節約效應有關[31-32]。此外，也有學者通過研究發現禾本科與豆科間作能夠提高根系黃酮類物質的分泌，促進豆科結瘤固氮[33-34]。

本項研究發現可以通過改變配置來調節間作玉米對氮的吸收利用。其中，增加玉米行比有助于增加單位面積優勢作物比例，充分發揮玉米資源利用優勢，進而增加間作體系氮吸收優勢（△），增強玉米對花生的氮競爭比率（CR），增大氮素吸收利用對間作產量優勢的貢獻（）；而加大玉米密度，雖然也有助于△和CR的增加（因為增加了條帶內玉米株數），但由于增密后玉米的種內競爭加大，很可能導致負面影響，如降低基于籽粒產量的氮利用效率優勢（△），因此，間作系統優勢作物應適度增密，以最大程度發揮體系養分利用優勢。結合作物生物產量、氮吸收優勢以及養分競爭比率等指標，本試驗得出的區域較佳配置為M4P4-6和M4P4-8，但由于區域特征和種植目的不同，應根據具體需求選擇最佳配置。如果側重系統產量提升，可以考慮增加玉米行比和適當進行玉米增密；如果側重培肥養地，可能需要增加花生行比，以及采用中、低密度玉米間作，最大程度減小玉米對花生的負面影響，或者進行等比例種植以便于間作體系的年際間輪作。而不同行比之間（包括等比例和不等比例）既存在間作作物條帶寬度的影響，也存在邊行效應大小的影響，因此，關于間作配置中行比和帶寬互作對系統生產力及養分吸收利用方面的影響仍需深入探討。

另外，本研究發現與玉米間作可以促進花生結瘤，這與Reddy等[18]的研究結果相一致；但也有學者研究認為與玉米間作后會減少花生結瘤[35]。花生的結瘤固氮一方面與間作配置相關，如間作行比，間作密度等，這些直接影響了高稈玉米對矮稈花生的遮陰作用，進而影響了花生本身生物量的累積與根瘤發育[19]；如Konlan等[20]通過研究發現，間作體系中玉米和花生密度的增加均會不同程度地抑制花生的結瘤固氮；本試驗也發現中、低密度配置下花生根瘤的生長發育要優于高密度處理。另一方面，由于氮對豆科作物的“氮阻遏”效應，土壤氮環境以及氮肥的施用量也直接影響了花生根瘤的形成和發育[18]；此外，玉米對土壤氮的大量競爭吸收，以及根際分泌物的產生也有可能影響花生的結瘤固氮。因此，玉米‖花生間作條件下花生的固氮效應取決于各影響因素之間的“平衡”，氮環境與間作配置之間很可能存在交互作用共同影響著間作體系。為此，如何結合區域特征優化氮肥施用和間作配置，使間作提高玉米氮素競爭力的同時，充分發揮花生的結瘤固氮作用，最大程度發揮玉米‖花生間作氮養分利用優勢，值得進一步深入研究。

4 結論

玉米‖花生間作可顯著提高系統氮的吸收利用，且主要歸因于玉米的養分吸收優勢，適度增加玉米行比和密度有助于增加系統氮素吸收當量比、增強玉米對氮營養的競爭以及間作養分對產量的貢獻。本研究中4行玉米4行花生間作模式下玉米密度9和12株/m2（M4P4-6和M4P4-8）為玉米‖花生間作較佳配置，玉米花生種間互作對間作系統干物質量和花生生物固氮的促進，以及玉米在吸收氮養分上的強競爭能力是玉米‖花生間作具有氮素吸收利用優勢的重要原因。

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effects of different configurations on nitrogen uptake and utilization characteristics of maize-peanut intercropping system in west Liaoning

FENG Chen1, 2, HUANG Bo3, 4, FENG LiangShan1, 2, ZHENG JiaMing1, 2, BAI Wei1, 2, DU GuiJuan1, 2, XIANG WuYan1, 2, CAI Qian1, 2, ZHANG Zhe1, 2, SUN ZhanXiang1, 2

1Tillage and Cultivation Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161;2National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment, Fuxin 123100, Liaoning;3College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866;4Center of International Cooperation Service, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125

【】This study clarified the nitrogen absorption and utilization characteristics in maize-peanut intercropping by studying the nitrogen concentration, nitrogen uptake, nodulation of peanut and nitrogen distribution under different configurations, which provided a basis for regional screening and application of nitrogen efficient model of maize-peanut intercropping system. 【】A field study with 10 treatments was conducted in National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment in Fuxin in 2015 and 2016, including four cropping systems, such as sole maize (M), sole peanut (P), intercropping system of 2 rows maize and 4 rows peanut (M2P4), and intercropping system of 4 rows maize and 4 rows peanut (M4P4). Each maize treatment included three maize planting densities (6, 9 and 12 plants/m2). The characteristics and advantages of nitrogen uptake and utilization in maize-peanut intercropping system with different configurations (row proportion and maize density) were analyzed. 【】Compared with monocropping, the change of nitrogen concentration in maize and peanut plants was not significant, the yield and nitrogen yield of maize and peanut in intercropping was lower than that in monocropping due to the different proportion of land occupy, and was consistent with intercropping biomass performance. Maize-peanut intercropping significantly increased the system nitrogen uptake, nitrogen uptake equivalent ratio ()＞1, which was mainly due to the nutrient absorption advantage of maize (pNERwas 0.63-0.80). Thewas increased with the row and density of maize increasing. The nitrogen uptake under M4P4 pattern (1.06-1.22) was significantly higher than that under M2P4 pattern (1.0-1.06). In maize-peanut intercropping system, maize was more competitive than peanut (A＞0), and the competitive ability to absorb nitrogen was also stronger (CR＞1), and M4P4 pattern and maize densification could enhance maize competition for nitrogen and increase the advantage of nitrogen uptake (△＞0) and the contribution of intercropping nutrients to yield. Intercropping with maize could promote nodule formation of peanut. The number of nodule, weight of nodule per plant and weight per nodule of peanut under M4P4 pattern were higher than those under M2P4 pattern, and medium and low planting density treatments were better for nodulation. The soil available nitrogen content (Nmin) in the intercropping system was higher in the peanut strip than in the maize strip, and the Nminin the sole peanut strip was higher than that in the intercropped peanut strip, while the Nminin the sole maize strip was lower than that in the intercropped maize strip. 【】 Maize-peanut intercropping could significantly improve the nitrogen uptake and utilization in the system, and maize contributed more to the system nitrogen uptake. Moderate increase of maize row ratio and density was beneficial to increase the nitrogen uptake equivalent ratio, enhance maize competition for nitrogen nutrition, and the contribution of intercropping nutrients to yield. In this study, M4P4-6 and M4P4-8 were the better pattern for maize-peanut intercropping. The promotion of maize-peanut intercropping on dry matter and peanut biological nitrogen fixation, as well as the competitive ability of maize to absorb nitrogen, were the important reasons for the advantages of maize-peanut intercropping in nitrogen utilization.

intercropping; configuration; maize; peanut; nitrogen uptake

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.006

2021-02-26；

2021-04-28

國家自然科學基金（41807388，U21A20217，32071551，32101855）、遼寧省興遼英才計劃（XLYC2007041，XLYC2002051）、遼寧省“百千萬人才工程”項目（202122235）、遼寧省農業科學院院長基金（2021QN2007）、農業農村部農業科研杰出人才及其創新團隊

馮晨，E-mail：sandyla570521@126.com。黃波，E-mail：huangbo@agri.gov.cn。馮晨和黃波為同等貢獻作者。通信作者孫占祥，E-mail：sunzx67@163.com

（責任編輯 楊鑫浩）