全 文 ：供肥对小麦间作蚕豆群体产量及根系的调控*
张恩和* *李玲玲 黄高宝 黄 鹏 柴 强
(甘肃农业大学农业生态工程研究所, 兰州 730070)
摘要 利用田间、池栽、盆栽等方法, 对不同 N、P水平下小麦间作蚕豆群体根系的时空分布及产量效应
进行了研究. 结果表明,供 P 对小麦蚕豆间作系统有明显的增产作用.与不供 P 相比, 田间试验中供 P 处
理间作小麦和蚕豆分别提高了 48. 39%和 16. 69% ,池栽试验中群体产量增产幅度为 20. 07% ~ 43. 14% ,
间作蚕豆经济产量增幅为 58. 46% ~ 78. 78% . 小麦间作蚕豆多作系统 2 种作物根密度生长高峰期交错出
现, 小麦的峰值出现早于蚕豆.其中, 小麦和蚕豆根干重最大值分别出现在抽穗期和成熟期, 而根长的最大
值分别出现在拔节期和成熟期. 这在一定程度上减轻了共生期 2 种作物对水肥的竞争, 也是此群体增产增
效的原因之一. 施 P处理间作小麦的根重、根长和根表面积分别比不施 P 处理提高 54. 33%、48. 88%和
47. 00% ; 施 N 处理间作小麦的根重、根长和根表面积分别比不施 N 的增加 15. 25%、11. 61%和 11. 46% .
间作小麦根重的 57. 61%和蚕豆的 69. 20%分布在 0~ 30cm 土层, 随施 P 水平的提高, 总根干重及根密度
都趋于增加, 且深层土壤中根系增加明显.
关键词 小麦间作蚕豆 根系 供 N 供 P 调控
文章编号 1001- 9332( 2002) 08- 0939- 04 中图分类号 S158. 3, S501 文献标识码 A
Regulation of fertilizer application on yield and root growth of spring wheatfaba bean intercropping system.
ZHANG Enhe, L I L ing ling, HUANG Gaobao , HUANG Peng, CHAI Qiang ( I nstitute of Agroecological Engi
neer ing, Gansu Agr icultural University , Lanz hou 730070) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2002, 13( 8) : 939~ 942.
The effects of N and P fer tilizer application on the multiple population yield and root g rowth o f spring wheat
( T riticum aestivum )spring faba bean( Vicia sativ a) intercropping system were studied by tw o field exper iments
with 0, 150 and 225 kgN!hm- 2 , three pot and pool experiments w ith 2 N applications ( 0, 100mg N!kg - 1 soil)
and 3 P applications ( 0, 100 and 200 mg P!kg - 1so il) . The results showed t hat this intercropping system had a
significant advantage of yield and beneficial effects. Compared to Po supply , P fertilization increased the seed y ield
by 48. 39% for inter cropped spring w heat and 16. 69% fo r intercropped faba bean in field experiment. Further
more, the total seed yield of both crops was increased by 20. 07% to 43. 14% in pool cultur e, and the g rain y ield
of intercropped faba bean w as increased by 58. 46% to 78. 78% . In the inter cropping system, the grow th peak
of root density of both crops w as appeared alternately , the peak of wheat root g rowth being earlier t han that of
faba bean. The max imum root weight of intercropped w heat w as in its early heading per iods, w hereas that o f fa
ba bean appear ed at its maturity per iods, which reduced the competition for water and nutr ients betw een the
crops, and resulted in yield increase. The w eight, length and surface ar ea of wheat roots in P supply w ere in
creased by 54. 33% , 48. 88% and 47. 00% , and in N supply, they were increased by 15. 25% , 11. 61% and
11. 46% , r espectiv ely. About 57. 61% of w heat roo t w eight and 69. 20% of faba bean root w eight w ere dis
tributed at 0~ 30cm soil depths in the tr eatments of receiv ing P fertilizer at v ar ious rates, which indicated that P
supply increased root w eight and length of both crops in the intercropping system.
Key words Spr ing wheatspring faba bean intercropping , Root system, N itrogen supply, Phosphorus supply ,
Regulat ion.
* 国家重点基础研究发展规划项目( G2000018602) 和国家自然科学
基金资助项目 ( 30170547) .
* * 通讯联系人.
2002- 04- 07收稿, 2002- 06- 05接受.
1 引 言
20世纪中期以来,根系成为自然科学领域的重
要研究内容.前人对单作条件下水、肥等外界环境条
件对作物根系时空分布的影响、根系的生理特征以
及它们与地上部分生长的关系作了大量的研
究[ 1, 2] ,但是对间套作根系的研究国内外还比较薄
弱[ 4~ 7] .春小麦( Tr iti cum aest ivum )春蚕豆( Vi
cia sativ a)是西北一熟灌区一种新型农牧结合型间
作种植方式,在增产增收、改善土壤结构等方面表现
出了明显的优势, 但目前对其深层机理缺乏系统研
究[ 3] .因此, 探讨 N、P 对小麦蚕豆间作群体根系形
态特征的影响,对合理进行水肥调控有重要意义.
2 材料与方法
2 1 供试材料
试验于 1999~ 2000年在甘肃省永登县引大入秦灌区和
应 用 生 态 学 报 2002 年 8 月 第 13 卷 第 8 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug . 2002, 13( 8)∀939~ 942
表 1 供试土壤理化性质
Table 1 Physicochemical properties of soi l tested
试验
Experiment s
全 N
T otalN
( % )
碱解 N
Hydroly z
ableN
(mg!kg- 1)
速效P
Avail
ableP
(mg!kg- 1)
试验年份
T est
years
试验地点
Sites
盆栽、池栽、箱栽试验 0. 089 75. 5 8. 20 2000 甘肃农大1)
Pot, pool and box culture
田间试验 Field culture 0. 073 45. 0 5. 03 2000 甘肃农大
大田试验 Field culture 0. 074 72. 0 7. 20 1999 甘肃永登2)
1)Gansu Agricultural U niversity , 2) Yongdeng county , Gansu Prov ince.
甘肃农业大学农业生态工程研究所网室和试验地中进行. 供
试土壤的理化性质见表 1. 盆栽、箱栽、池栽土壤风干后过
2mm 筛. 供试小麦品种为甘春 20 号, 蚕豆为临夏大白蚕.
22 试验设计
221 池栽试验 以施 P 量为参试因子,共设 3 个 P 水平:
P1、P2、P 3 分别代表施纯 P2 O5 ( KH2 PO4 ) 0、75 、150 kg!
hm- 2 .试验用池为长 3m、宽 1m、深 1m 的水泥池. 水泥池用
有机玻璃板隔开,一半装土, 另一半作为根系生长动态的观
察走廊,用 PVC 板再分隔成 3 个 1m # 0. 5m 的小室, 作为 3
个处理. 装土时将肥料与最上面 0~ 20cm 的土壤混匀后再
装.各处理均施等量 N 肥( 100kg N!hm- 2) , P 肥作基肥 1 次
施入. 3 月28 日播种6 行小麦, 行距10cm, 4 月 7 日播种2 行
蚕豆,行距 20cm,小麦和蚕豆的间距为 15cm.
222 盆栽试验 试验设 N 肥、P 肥、种植方式 3 个参试
因子. N 肥设 0( N0 )、100mg! kg - 1 ( N 1) 2 个水平; P 肥设 0
( P0)、100( P1)、200mg!kg - 1( P2 ) 3 个水平; 种植方式有单作
小麦( MW)、单作蚕豆( MB)、小麦蚕豆( I) 3 种. 试验共设 18
个处理, 每处理重复 3 次. 试验用盆高 15cm, 直径 20cm, 每
盆装土 8kg. 所有肥料做基肥 1 次全层混施. 3 月 27 日播种
小麦, 4 月 17 日播种蚕豆, 待蚕豆出苗后定苗至单作小麦 16
苗!盆- 1 ,单作蚕豆 4 苗!盆- 1 ,间作小麦和蚕豆减半. 6 月 27
日(蚕豆鼓粒期)收获小麦, 7 月 16日收获蚕豆.
2 2 3 箱栽根际微域试验 以施 N 量和种植方式为因子,
其中 N 设 0( N0 )和 100 mg!kg- 1 ( N1 ) 2 个水平, 单作小麦
( MW)、单作蚕豆( MB)和小麦蚕豆( I) 3 种种植方式. 重复 2
次. 试验用长 60cm、宽 20cm、高 50cm 的根箱, 将其分隔成 3
个室, 中间大室间种作物,两边小室单种作物. 每室都用 300
目的尼龙网隔成根室和土壤室 2个区域. 土壤与肥料混匀后
装箱. 出苗后小麦、蚕豆分别留苗 8 株!室- 1、4株!室- 1.
2 2 4 大田试验 1999 年在甘肃省永登县秦川乡进行. 分
别设 3 个不同供 N 水平: N0 (低肥)、N 1(中肥)、N2 (高肥) , 施
N 量(纯 N)分别为 0、150 和 225kg!hm- 2, N 源为尿素. P 素
水平均为 750 kg!hm- 2普钙. 种植方式为春小麦间作春蚕
豆, 重复 3 次,小区面积 30m2 .田间管理同一般大田.
2 3 主要测定项目及方法
盆栽试验在全生育期分小麦拔节期(蚕豆分枝期)、小麦
抽穗期(蚕豆盛花期)和蚕豆成熟期分 3 次取样, 其它试验成
熟期收获各处理地上部分, 考种并进行植株养分含量分析.
地下部分每处理以 10cm 土层切取, 测定根密度参数. 根长
用直线截获法测定[ 2] ,表面积用亚甲烯兰染色法.
3 结果与分析
31 不同供 P 水平对小麦蚕豆间作系统组分产量
的影响
供 P 对小麦蚕豆间作系统有明显增产作用.田
间试验结果表明(表 2) , 供 P 显著提高了间作小麦
和蚕豆的经济产量, 与不供 P 相比, 小麦提高了
54. 92% , 蚕豆提高了 23. 95%, 总产量增加了
39. 57% .池栽结果表明, 随供 P 水平的提高, 群体
增产幅度为20. 07% ~ 43. 14% . 与不供P相比 , P1
表 2 不同供 P、N水平对小麦蚕豆系统作物产量的影响
Table 2 Effects of different N and P supply on the yield of wheatfaba bean intercropping system
作物 Crops 产量 Yield 田间Feild culture
( kg!hm- 2) (兰州, 2000)
P0 P1 P2
池栽 Pool culture
( g!0. 5m- 2) (兰州, 2000)
P0 P1 P2
大田 Feild culture
( kg!hm- 2) (永登, 1999)
N0 N1 N2
箱栽 Pot culture
( g!box - 1) (兰州, 2000)
N0 N1
间作小麦 Wheat 生物产量Biomass 8246 10686 10612 91. 82 127. 02 104. 28 4950 7030 7544 40. 92 49. 58
intercropped 经济产量 Seed y ield 2887bB 4382bB 4563aA 36. 28bB 64. 86aA 56. 04aA 1980aA 3093bB 3093aA 13. 70b 17. 07a
间作蚕豆 Faba bean 生物产量 Biomass 6313 7603 7355 131. 79 167. 39 154. 62 5100 9991 8493 37. 10 32. 33
intercropped 经济产量 Seed y ield 2835bB 3520bB 3508aA 60. 15a 73. 17a 59. 74a 2346bB 4296aA 3482aA 16. 64a 14. 57a
间作系统 Int ercr 生物产量 Biomass 14560 18290 17966 223. 61 294. 41 258. 90 10050 17021 16037 78. 02 81. 91
opping System 经济产量 Seed y ield 5722bB 7901bB 8071aA 96. 43bB 138. 06a 115. 78b 4326b 7386a 6575a 30. 34a 31. 64a
大写字母表示SSR0. 01水平差异显著,小写字母表示 SSR0. 05水平差异显著Capit al letters show the very significant difference( SSR0. 01) and small letters show t he signif
icant difference( SSR0. 05) in the table. 下同T he same below.
水平的间作蚕豆生物产量增加幅度为 27. 01%, P2
水平增加幅度为 17. 32% , 而 2 个供 P 水平间作蚕
豆经济产量与不供 P 相比则差异不大.
盆栽结果表明(表 3) , 间作小麦的产量比单作
小麦高,增产率在 47. 3% ~ 95. 1%之间,其中, 增产
量最大的处理为 N1P1. 但是间作蚕豆的产量比单作
蚕豆低,减产幅度在 26. 9% ~ 71. 6%之间.
对表 2、3产量土地当量比的计算表明, 在所有
处理中, 间作群体的土地当量比基本都大于 1. 因
此,间作群体仍表现出明显的增产效应.
间作系统增产的主要原因是小麦边际效应十分
明显(表 4) . 边行小麦的穗长、小穗数、穗粒数以及
经济产量都高于里行. 与供P相比, 边行优势以不
供 P 处理最大,增产幅度达到 62% .
32 不同供 N 水平对小麦蚕豆间作系统作物产
量的影响
由表 2可见,适量供 N ( 75kg!hm- 2)可提高间
套作群体和间套作物的产量.如大田条件下,间作系
940 应 用 生 态 学 报 13卷
表 3 不同 P、供 N水平下小麦蚕豆的产量
Table 3 Yield of wheatfaba bean intercropping system at di fferent level of N and P supply( g!pot- 1)
种植方式 Plant ing pat terns 作物 Crops N 0
P0 P1 P2
N 1
P0 P1 P2
单作 小麦 Wheat 14. 18b 16. 55b 17. 93a 11. 85cc 17. 93bB 20. 67a
Monoculture 蚕豆 Faba bean 12. 63c 17. 51b 20. 07a 16. 92a 18. 71a 20. 14a
间作 小麦 Wheat 20. 82c 24. 68b 29. 46a 23. 10a 33. 66a 33. 04a
Intercropping 蚕豆 Faba bean 13. 94a 12. 80a 9. 88b 19. 46aA 5. 32c 9. 64bB
表 4 小麦蚕豆系统中小麦边行效应
Table 4 Wheat marginal effect of wheatfaba bean intercropping system
( 2000, GAU, Field experiment)
供 P 水平
P supply
level
所在行
Rows
穗长
Spike
leng th
( cm)
小穗数
Spikelet
number
( No. !
plant- 1)
穗粒数
Seed
number
( No. !
ear- 1)
产量
Seed yield
( g!pl
ant- 1)
P0 北边一行 NBR 8. 66a 15. 12a 45. 01a 8. 49aA
南边一行 SBR 8. 95a 15. 53a 39. 61a 11. 08a
里三 行 IR 7. 30b 13. 35b 36. 91c 6. 04bB
P1 北边一行 NBR 9. 09a 16. 94a 43. 40a 24. 98a
南边一行 SBR 9. 29a 15. 65b 36. 65b 21. 57a
里 三行 IR 8. 77a 15. 51b 35. 55b 15. 26b
P2 北边一行 NBR 8. 82a 17. 13a 41. 23b 35. 79a
南边一行 SBR 8. 18a 16. 89a 44. 28a 34. 69a
里三行 IR 8. 78a 15. 72a 39. 71b 24. 07b
N BR: North boder row; SBR: South boder row; IR: Inner rows.
统、间作小麦和蚕豆 N1 处理比不供 N 处理( N0)分
别增加 70. 74%、83. 12%、56. 21% , 但 N2 比 N1 处
理分别减少 10. 98%、14. 99%和不减少.因此, 过量
施 N( 150 kg!hm- 2) , 则导致肥料的浪费和增产效
益降低.
不同供 N 水平对间作群体中两作物产量的影
响不同. 间作小麦随着供 N 量的提高产量增加; 间
作蚕豆在不施 P 时, 产量随供 N 量的提高而增加,
但在施 P( P1 和 P2 )时, 随供 N 量的提高产量不增
加,有的还有所下降.这可能是由于供 N 量增多,小
麦竞争优势表现更为显著之故.
33 小麦蚕豆系统根系的时空特点及肥料调控
331 根系生长的时间特征 在整个生育期内,小
麦和蚕豆根密度最大值出现时间不同(表 5、6) . 间
作小麦随整个生育进程的推进, 拔节期至抽穗期根
密度最大,成熟期最小;间作蚕豆整个生育期内的根
密度变化峰值的出现晚于小麦,分枝期根重和密度
表 5 不同供 N、P水平对小麦蚕豆间作群体的根重的影响
Table 5 Effects of different N and P supply on the root dry weigh of wheatfaba bean intercropping system( g!pot- 1)
作物
Crop
生育时期
Grow th stages
N 0
P0
单作
Mono
间作
Inter
P1
单作
Mono
间作
Inter
P2
单作
Mono
间作
Inter
N 1
P0
单作
Mono
间作
Inter
P1
单作
Mono
间作
Inter
P2
单作
Mono
间作
Inter
小麦 拔节期 Jointing 4. 60 3. 01 3. 25 4. 13 2. 65 4. 63 1. 48 4. 37 2. 84 1. 76 3. 41 2. 56
Wheat 抽穗期 Heading 3. 36 5. 30 4. 15 6. 27 4. 05 6. 58 1. 48 3. 62 5. 26 3. 68 3. 32 4. 97
成熟期 Maturity 2. 10 2. 96 1. 35 1. 32 1. 81 2. 04 1. 93 3. 18 1. 94 3. 48 1. 13 1. 18
蚕豆 分枝期Branching 4. 46 0. 82 3. 51 0. 32 5. 51 0. 96 4. 05 1. 14 3. 19 1. 18 5. 17 0. 54
Faba 盛花期Flowering 7. 08 5. 16 7. 92 1. 46 10. 2 3. 75 5. 67 5. 95 8. 74 5. 70 7. 76 2. 63
bean 成熟期 Maturity 8. 26 6. 70 8. 69 4. 88 8. 15 5. 14 7. 65 4. 88 9. 16 2. 26 9. 79 5. 06
最小,盛花期至成熟期最大.可见间作群体内根系生
长的峰值交错出现,可减少小麦蚕豆根系对水肥的
竞争,更充分地利用土壤养分和水分.
332 N、P 对根重、根长及根表面积的影响 单
位体积土壤内根长是表征根系吸水、吸肥量的最好
参数.高密度根系通常导致养分更完全的吸收,有助
于提高养分利用效率.从表5、6可看出,不同的 N、P
水平对 2种作物根系的影响不一样,间作小麦的根
重和密度大于单作, 而蚕豆则相反,单作的根重和根
密度大于间作. 间作小麦抽穗期, 根重、根长和根表
面积随供 P 量的提高而增加,施 N 反而引起根密度
下降.在盛花期, 间作蚕豆的根重、根长和根表面积
随供 P 量的提高而降低, 随施 N 量的增加而增加.
间作蚕豆盛花期, 由于供 N 水平不同, 施 P 对
根密度的影响也不同. 不施 N 时, 根密度随供 P 量
的提高呈先增后减趋势,且施 P 量多的处理( P2 )根
密度小于不施 P 处理. 其原因可能是供 P 多, 小麦
生长势强于蚕豆, 竞争加剧,导致蚕豆生长变弱.
333 P 对小麦蚕豆根系空间分布的影响 由表
7可见, 小麦蚕豆间作系统根系主要分布在 0~
30cm土层中, 间作小麦的 56. 5% ~ 59. 0%和间作
蚕豆的 49. 6% ~ 77. 4%都分布在此层.不同供 P 水
平对小麦根系的垂直分布有显著影响. 供 P 有促进
根系下扎的趋势,在适量供 P( P1 )时表现更为明显
( 表7) . 在30~ 80cm土层中,蚕豆根重百分率明显
增加,随施 P 水平的增加表现出根系明显的下扎趋
9418 期 张恩和等:供肥对小麦间作蚕豆群体产量及根系的调控
表 6 不同供 N、P水平对小麦蚕豆间作群体的根长和根表面积的影响
Table 6 Effects of different N and P supply on the root length and root surface area of wheatfaba bean intercropping system
作物
Crop
生育时期
Grow th stages
N 0
P0
根长
RL
根表面积
RSA
P1
根长
RL
根表面积
RSA
P2
根长
RL
根表面积
RSA
N 1
P0
根长
RL
根表面积
RSA
P1
根长
RL
根表面积
RSA
P2
根长
RL
根表面积
RSA
小麦 拔节期 Jointing 1348 3. 12 1602 3. 96 1596 3. 84 1250 2. 86 1212 0. 28 899 2. 08
Wheat 抽穗期 Heading 1109 2. 34 1593 3. 44 1124 2. 40 742 1. 48 758 1. 50 945 1. 88
成熟期 Maturity 401 0. 84 107 0. 40 283 0. 68 421 0. 84 605 1. 50 118 0. 44
蚕豆 分枝期 Branching 109 0. 87 92 0. 58 48 0. 62 103 0. 80 126 0. 82 181 0. 96
Faba 盛花期 Flowering 348 1. 92 102 0. 52 251 1. 46 397 2. 14 403 2. 26 295 1. 58
bean 成熟期 Maturity 711 2. 52 400 1. 42 362 1. 24 315 1. 16 228 0. 84 392 1. 32
RL: Root length ( cm!pot- 1) ; RSA: Root surface area ( cm2!pot- 1) .
表 7 不同供 P水平下小麦蚕豆系统根系的空间分布
Table 7 Root spatial distribution of wheat faba bean intercropping system received di fferent P application( g!0. 5m- 2)
项目
Item
种植方式
Plant ing
pat terns
供 P 水平
P supply
土层深度 Soil depths( cm)
0~ 10 10~ 20 20~ 30 30~ 40 40~ 50 50~ 60 60~ 70 70~ 80
根重 Root w eight IW P0 1. 14 2. 81 2. 17 1. 55 1. 25 0. 90 0. 75 0. 11
( g!0. 5m- 2) P1 2. 01 4. 19 1. 58 1. 19 2. 02 1. 91 0. 13 0. 15
P2 3. 28 2. 63 2. 66 2. 90 1. 78 1. 43 0. 31 0. 17
IB P0 2. 24 1. 52 1. 94 0. 21 0. 73 0. 39 0. 21 0. 12
P1 3. 17 1. 43 0. 77 1. 59 2. 15 0. 78 0. 42 0. 51
P2 4. 16 1. 39 2. 68 1. 60 0. 59 0. 40 0. 40 0. 24根重百分率 Percentage IW P0 10. 67 26. 31 20. 31 12. 23 11. 79 8. 42 7. 02 1. 03
of root w eight ( % ) P1 15. 25 31. 79 11. 99 9. 02 15. 32 14. 49 0. 98 1. 13
P2 21. 63 17. 34 17. 55 19. 13 11. 08 9. 43 2. 04 1. 12
IB P0 30. 43 20. 65 26. 36 2. 85 9. 92 5. 30 2. 85 1. 63
P1 29. 29 13. 22 7. 12 14. 69 19. 87 7. 21 3. 88 4. 71
P2 36. 30 12. 13 23. 38 13. 88 5. 14 3. 49 3. 49 2. 09
势,在小麦上也表现出相同趋势.
4 结 论
41 春小麦春蚕豆间作模式具有明显的增产增效
作用,具有广阔的推广前景. 小麦蚕豆间作群体中
小麦处于竞争优势位, 蚕豆处于劣势位, 供 P 可明
显提高小麦蚕豆多作系统的产量, 尤其增加优势位
作物的产量.
42 小麦蚕豆多作系统 2种作物根重、根长、根表
面积生长高峰期交错出现, 小麦的峰值出现早于蚕
豆.小麦的根重抽穗期达到最大值,而蚕豆的最大值
出现在成熟期; 小麦根长的最大值在拔节期, 而蚕豆
出现在成熟期, 在一定程度上减轻了共生期 2 种作
物对水肥的竞争,也是此群体增产增效的原因之一.
在 2种作物的共生期(小麦抽穗期、蚕豆盛花期) , 对
优势作物小麦, 施 P 有助于根长、根重、根表面积增
加,施 N 则减小根密度.对于劣势作物蚕豆,施 N 有
助于根密度增加,施 P 使它们减小.
43 间作小麦根重的 56. 5%、59. 0% 和蚕豆的
49. 3%、77. 4% 都分布在 0~ 30cm 土层, 但随供 P
水平的提高, 深层土壤中根系增加明显, 说明供 P
增产原因之一是深层根系对作物后期贡献比较大.
44 一熟灌区粮豆、粮草间套农牧结合培肥技术
是新灌区高效利用水肥资源的关键技术. 粮食作物
与豆科作物或牧草进行间套作, 豆科作物的生物固
N作用可明显改善农田的养分状况, 有利于土地生
产力的持续提高.
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作者简介 张恩和, 男, 1966 年生,博士,教授, 主要从事间套多
作系统根系生理生态、作物栽培等方面的研究工作,发表论文
46篇,出版和合作出版教材与专著 5 部. Email: zhangenhe@ ey
ou. com
942 应 用 生 态 学 报 13卷