全 文 ：中国生态农业学报 2016年 1月 第 24卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2016, 24(1): 3646


* 甘肃省水利厅项目“瓜葵间作高水效立体种植技术及灌溉制度研究”资助
** 通讯作者: 陈年来, 主要从事蔬菜栽培生理及技术研究。E-mail: chennl@gsau.edu.cn
刘斌, 主要从事蔬菜生理与栽培技术研究。E-mail: liubin3626570@163.com
收稿日期: 20150512 接受日期: 20151012
* Funded by the Project of Department of Water Resources of Gansu Province “The Research of High Water-efficiency Cultivation Technology
and Irrigation Scheme of Melon/Sunflower Intercropping System”
** Corresponding author, E-mail: chennl@gsau.edu.cn
Received May 12, 2015; accepted Oct. 12, 2015
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150554
不同间作播期和密度对甜瓜/向日葵间作系统
氮素利用效率的影响*
刘 斌 1 谢 飞 2 凌一波 2 陈年来 1,2**
(1. 甘肃农业大学园艺学院 兰州 730070; 2. 甘肃农业大学资源与环境学院 兰州 730070)
摘 要 在大田条件下以甜瓜和向日葵为试材, 研究两种作物单作和向日葵间作播期(甜瓜伸蔓期、开花坐果
期、果实膨大期)、间作密度[高(24 975 株·hm2)、中(22 200 株·hm2)和低(19 980 株·hm2)]对间作系统和两种
作物单作的氮素积累量、氮素利用效率和光能利用效率的影响。结果表明, 间作显著提高了间作系统甜瓜的
氮素累积和利用效率, 却降低了向日葵的氮素累积和利用效率。间作甜瓜植株地上部的氮素累积量平均为
195.08 kg·hm2, 较单作甜瓜(172.61 kg·hm2)提高 13.0%, 氮素利用效率和氮肥偏生产力均显著高于单作(分别
提高 40.5%和 55.4%)。间作系统向日葵氮素利用效率和氮肥偏生产力较单作降低 8.2%和 58.4%, 而氮素收获
指数较单作提高 4.9%。在甜瓜伸蔓期、开花坐果期和果实膨大期间作向日葵, 间作系统的氮素利用效率较同
播期的单作向日葵分别提高 43.5%、12.5%和 59.8%; 果实膨大期间作向日葵, 间作系统的氮素利用效率较单
作甜瓜提高 6.7%。在甜瓜伸蔓期、开花坐果期和果实膨大期间作向日葵, 间作系统的氮肥偏生产力较同播期
的单作向日葵提高 6.5%、32.1%和 40.4%, 较单作甜瓜分别降低 22.5%、10.1%和 34.3%; 在甜瓜伸蔓期、开花
坐果期和果实膨大期间作向日葵, 间作系统的氮素收获指数较同播期的单作向日葵分别降低 7.2%、7.7%和
12.5%。高、中和低 3 个间作密度下, 间作系统的氮素利用效率较同密度甜瓜单作分别降低 14.2%、20.4%和
13.9%, 较向日葵单作分别提高 25.2%、20.0%和 9.5%, 氮肥偏生产力较同密度甜瓜单作降低 29.6%、15.6%和
21.1%; 高密度和低密度间作处理的间作系统氮素收获指数较向日葵单作提高 2.7%和 1.4%, 而中密度间作降
低 7.6%。间作系统甜瓜的光能利用效率与氮素利用效率呈显著正相关关系, 向日葵的光能利用效率与氮素利
用效率无显著相关。在河西绿洲灌溉条件下, 氮素利用率较高的适宜向日葵间作播期为甜瓜果实膨大期, 适宜
间作株距为 40 cm(密度为 24 975 株·hm2)。
关键词 甜瓜/向日葵间作 间作时间 种植密度 氮素利用效率 氮肥偏生产力 氮素收获指数 光能利
用效率
中图分类号: S344.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2016)01-0036-11
Effects of intercropping time and planting density on nitrogen use efficiency
of melon-sunflower intercropping system*
LIU Bin1, XIE Fei2, LING Yibo2, CHEN Nianlai1,2**
(1. College of Horticulture, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. College of Resources and Environmental
Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)
Abstract A field experiment comprising of monoculture and intercropping of two crops (melon and sunflower) was
conducted at three sunflower sowing times (at vine running, flowering and fruit expansion stages of melon) at three
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intercropping densities of each crop [high (24 975 plant·hm2), medium (22 200 plant·hm2) and low (19 980 plant·hm2)] to
study plant nitrogen accumulation and nitrogen use efficiency and to determine the relationship between solar energy
utilization efficiency and nitrogen use efficiency. The results showed that intercropping significantly increased nitrogen
accumulation and nitrogen use efficiency of melon, but reduced those of the sunflower. Under intercropping conditions,
nitrogen accumulation of above-ground parts of melon was 195.08 kg·hm2, increasing by 13.0% compared with that of
monocultured melon (172.61 kg·hm2). Nitrogen use efficiency and partial nitrogen productivity of intercropped melon
significantly increased, respectively, by 40.5% and 55.4%, over those of monocultured melon. Nitrogen use efficiency and
nitrogen partial productivity of sunflower under intercropping decreased, respectively, by 8.2% and 58.4% compared with
those of monocultured sunflower, but nitrogen harvest index increased by 4.9%. Nitrogen use efficiency of intercropping
system at three sunflower intercropping times (vine running, flowering and fruit expansion stages of melon) increased,
respectively, by 43.5%, 12.5% and 59.8% over that of monoculture sunflower of the same sowing times. Also nitrogen use
efficiency of intercropping system intercropped at fruit expansion period of melon increased by 6.7%, compared with average
nitrogen use efficiency of monocultured melon. Partial nitrogen productivity of intercropped system with three intercropping
times increased, respectively, by 6.5%, 32.1% and 40.4% compared with monocultured sunflower of the same sowing time, but
decreased, respectively, by 22.5%, 10.1% and 34.3% compared with the average value for monoculturd melon. Nitrogen
harvest index of intercropping system at three sunflower intercropping times decreased by 7.2%, 7.7% and 12.5%, respectively,
compared with that of monocultured sunflower. Nitrogen utilization efficiencies of intercropping system at three intercropping
densities reduced by 14.2% (high density), 20.4% (middle density) and 13.9% (low density), respectively, compared with that
of monocultured melon at the same corresponding density, but increased, respectively, by 25.2%, 20.0% and 9.5% compared
with the average value of monocultured sunflower. Partial nitrogen productivity of intercropping system with three
intercropping densities decreased, respectively, by 29.6%, 15.6% and 21.1% compared with the corresponding treatments of
monocultured melon. Nitrogen harvest index of intercropping system at high and low intercropping densities increased,
respectively, by 2.7% and 1.4% compared with average nitrogen harvest index of monocultured sunflower, but decreased by
7.6% at medium density. There was significantly positive correlation between nitrogen use efficiency and light use efficiency
of melon under intercropping system, but not with sunflower. The results suggested that fruit expansion period of melon was
the most suitable intercropping time of sunflower and 40 cm plant spacing was the optimum planting density in
melon-sunflower intercropping system, which resulting in high nitrogen use efficiency.
Keywords Melon-sunflower intercropping; Intercropping time; Planting density; Nitrogen use efficiency; Partial nitrogen
productivity; Nitrogen harvest index; Light use efficiency
间作是在时间和空间上提高土地和气候资源利
用率的一种集约化种植方式, 能促进种植业高效、
持续增产和增加农田生物多样性[1]。作物对氮的吸
收和利用是农业生态系统中氮循环的重要过程, 氮
素吸收和积累是作物产量形成的重要基础[2]。研究
表明, 作物生育期内的干物质积累、植株氮素含量
及氮素吸收和利用是影响作物产量和品质的重要因
素[3]。
合理的间套作通过提高作物对养分的截获和利
用, 进而提高系统生产力[4]。间作条件下作物的氮素
吸收量和利用效率往往比在单作条件下高 , 表现
出明显的间作优势 , 主要原因是间作提高了系统
对资源的利用 , 尤其是氮素营养供应上拓宽了作
物的氮素营养生态位 , 更好地满足了作物氮素营
养的要求 [2,5]。黑麦(Avena sativa)/红三叶草(Trifolium
pratens)间作、黑麦/豌豆(Pisum sativum)间作条件下,
作物氮素累积量和生物量都高于单作[6]。小麦/蚕豆
(Triticum aestivum/Vicia faba)间作显著提高了整个
生育期内小麦地上部植株含氮量, 显著增加了小麦
叶和穗的氮含量, 为干物质的形成和间作产量的提
高奠定了基础[78]。植物氮素营养状况的好坏, 直接
影响其光合速率和生长发育, 并最终影响产量和光
能利用率。在单一作物种植情况下, 农田光能利用
率只有1%左右[9]。间作能合理配置作物群体, 使作
物高矮成层, 相间成行, 借助选择高光效植物、高矮
搭配、层次嵌合、时序交叉等措施, 可在单位土地
面积上扩大光合面积, 延长光合时间, 截取更多的
有效光能, 使光能利用率增加。光与氮素协同互作
影响植株的物质生产、分配和碳、氮代谢, 光照和
氮素在植物生长中只有维持平衡、协调的供应水平,
才能发挥两者对作物生长最佳的互作效应, 保证作
物正常地生长[8,10]。
间作时期和密度对间作作物至关重要, 对作物
的氮素营养状况、氮素利用效率和光能利用效率都
有影响。研究表明, 春小麦/玉米(Zea mays)带状间作
共处期间(小麦三叶期—成熟期, 玉米播种期—抽雄
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期)小麦的含氮量都高于单作, 而玉米的含氮量则均
低于单作 [11], 共处期短的间作方式, 后作物避免了
与前作物生长高峰期的光能与营养竞争, 这样后作
物在前作物收获后, 能迅速恢复旺盛生长。在研究
向 日 葵 (Helianthus annuus)/ 马 铃 薯 (Solanum
tuberosum)的间作系统中表明 , 提高间作作物的氮
素利用效率的方法为适当提早马铃薯播种期或使用
早熟耐荫的马铃薯品种 , 使间作中2种作物最大冠
层覆盖时期相互错开, 降低向日葵对马铃薯的遮蔽
效应, 利于提高间作系统的生产力水平[12]。研究向
日葵/马铃薯的2种间作密度表明, 在4行马铃薯∶4
行向日葵间作密度下, 马铃薯氮素利用效率低于单
作, 而向日葵的氮素利用效率高于单作, 在2行马铃
薯∶2行向日葵间作密度下 , 向日葵的氮素利用效
率与单作无显著差异[12]。
向日葵和甜瓜(Cucumis melo)是甘肃河西绿洲
地区重要的经济作物。近年来, 向日葵与其他作物
的间套作种植方式已被许多向日葵产区的农民采用,
给农业生产带来了显著的经济效益[13]。在种植西瓜
(Citrullus lanatus)、甜瓜一熟有余、两熟不足的地区,
进行瓜葵间作和套作, 即通过甜瓜、西瓜间作油葵
(Helianthus annuus)或食葵, 可实现土地单位面积经
济效益的最大化。种植密度和播期会影响间作系统
作物的干物质积累、光能利用率和氮素利用效率。
但长期以来, 有关播期和密度对间作系统的作用大
多集中在对作物群体冠层结构 [14]和光能利用效
率 [15]、水分利用特征及效率[16]、生长发育、产量及
经济效益[1718]等研究。而间作条件下间作时期和种
植密度对作物氮素的累积和氮素利用效率影响少见
报道。因此, 本试验在大田条件下设定不同间作时
期和间作密度, 比较分析甜瓜和向日葵单作与不同
间作时期、间作密度下的氮素积累和利用及氮素利
用效率和光能利用效率的关系, 为优化甜瓜/向日葵
间作模式的关键技术提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于 2013年 4—10月在甘肃民勤县农业技术
推广中心试验站进行。试验区位于甘肃河西内陆河流
域东端 , 地理位置介于 E103o02′~104o02′, N38o05′~
39o06′之间, 是一个半封闭的内陆荒漠区, 温带大陆
性极干旱气候, 多年平均降水量为 110 mm, 且多为
低于 5 mm的无效降水, 年蒸发量为 2 644 mm, 年均
气温 7.4 ℃, 年日照时数 2 832 h。
1.2 试验材料
供试甜瓜品种为‘金红宝’(中熟品种), 当地普遍
种植, 具有丰产性好、品质较优、耐储运、抗病能
力强等优点。供试向日葵(食葵)品种为‘LD5009’(中
晚熟品种 ), 为杂交种 , 籽粒商品型好 , 仁大壳满 ,
出苗快、易保苗, 抗旱、耐瘠薄、产量高。两个品
种均由甘肃省民勤县农业技术推广中心提供。
1.3 试验设计与处理
本试验甜瓜 /向日葵间作处理采用二因素裂区
试验设计。主区为间作(向日葵播种)播期, 设 3个水
平, 分别为甜瓜伸蔓期、开花坐果期和果实膨大期;
副区为间作种植密度, 通过主栽作物(甜瓜)株距调
节, 设高(40 cm)、中(45 cm)和低(50 cm)3个水平, 间
作向日葵直播于行内两株甜瓜之间, 株距随甜瓜的
株距变化调节, 株距为 40 cm、45 cm和 50 cm, 高中
低密度间作分别为 24 975株·hm2、22 200株·hm2、
19 980株·hm2, 行距为 100 cm。单作向日葵分别在
甜瓜播种期、幼苗期、伸蔓期、开花坐果期和果实膨
大期播种, 不设密度处理, 株距 40 cm, 行距 50 cm,
密度为 49 995株·hm2。单作甜瓜 3个株距水平与间
作相同, 行距 100 cm。试验共 17个处理组合, 3次
重复, 51 个小区。甜瓜单作及与向日葵间作小区面
积均为 2 m×10 m=20 m2, 向日葵单作小区面积为
4 m×5 m=20 m2。单、间作甜瓜均于 2013年 4月 30
日播种, 8 月 5 日收获。单作向日葵于 2013 年 4 月
30 日播种, 间作向日葵分别于甜瓜伸蔓期(6 月 9
日)、开花坐果期(6 月 29 日)、果实膨大期(7 月 13
日)播种, 分别于 9 月 20 日、10 月 10 日、10 月 20
日收获。
甜瓜单间作采用水旱塘栽培, 水沟宽 70 cm, 旱
塘宽 130 cm, 双蔓整枝, 每株留 1 果。开沟时施磷
酸二铵 150 kg·hm2, 尿素 300 kg·hm2, 过磷酸钙
750 kg·hm2; 坐瓜后追施尿素 150 kg·hm2和硫酸钾
75 kg·hm2; 果实膨大期追施尿素 75 kg·hm2。向日
葵单作采用地膜覆盖、平作栽培, 地膜幅宽 140 cm,
每幅地膜种 3 行。基施过磷酸钙 750 kg·hm2, 磷
酸二铵 150 kg·hm2, 尿素 300 kg·hm2, 硫酸钾
150 kg·hm2, 现蕾前追施尿素 225 kg·hm2, 始花期
追施尿素 150 kg·hm2。
1.4 测定指标与方法
作物生育期总辐射用 HOBO气象观测系统(H21
型)自动获取, 单作甜瓜生育期(4月 30日—8月 5日)
总日射量累计为 1.66×1013 J·hm2, 单作向日葵生育
期(4 月 30 日—9 月 2 日)总日射量累计为 2.02×1013
J·hm2; 间作处理生育期分别为 4 月 30 日—9 月 20
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日、4月 30日—10月 10日、4月 30日—10月 20日, 总
日射量累计分别为 2.30×1013 J·hm2、2.66×1013 J·hm2
和 2.84×1013 J·hm2。
甜瓜和向日葵植株氮含量分析在采收前进行 ,
每小区选 5 株, 按整株、叶、茎、产品器官(果实、
种子)分样, 105 ℃下杀青 30 min, 80 ℃烘干至恒重,
测定干物质量。植株全氮含量测定用半微量凯氏定
氮法[19]。
光能利用率(PUE)=(H×M)/E×100% (1)
式中: H 为单位干物质(g)所放出热量, 一般采用平
均值 1.779×104 J·g1; M为单位面积上平均物质收获
量(g·hm2); E 为农作物生育期间的总日射量累计值
(J·hm2)[20]。
氮素利用效率(NUE)=经济产量/成熟期植株氮
素累积量[21] (2)
氮素收获指数=产品器官氮素累积量/地上部氮
素累积量[22] (3)
氮肥偏生产力(NPFP)=经济产量/施氮量[23] (4)
1.5 数据处理与分析
采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析, 采用新
复极差法(Duncan)比较不同处理间的差异显著性 ,
相关性用Pearson系数作双尾检验 , 采用Microsoft
Excel 2007软件制图。
2 结果与分析
2.1 甜瓜氮素累积和利用效率
2.1.1 甜瓜单作和间作的氮素累积量
间作处理甜瓜植株地上部氮素累积量(195.08 kg·hm2)
较单作处理(172.61 kg·hm2)高 13.0%(表 1), 差异显
著。不同播期下, 随着间作播期的推迟, 植株地上部
氮素累积量呈现下降的趋势, 伸蔓期间作处理最高,
平均为 212.30 kg·hm2; 开花坐果期间作处理其次,
平均为 199.13 kg·hm2; 果实膨大期间作处理最小,
平均为 173.82 kg·hm2。伸蔓期和开花坐果期间作
处理均显著高于单作, 果实膨大期间作处理与单作
无显著差异。不同密度下 , 随着间作密度的减小 ,
甜瓜植株地上部氮素累积量呈现上升的趋势。低密
度间作最高, 为 203.58 kg·hm2; 3种密度间作处理
植株地上部氮素累积量较单作提高 3.4%~23.1%。
表明间作处理甜瓜植株地上部的氮素累积量整体
高于单作处理, 间作能增加甜瓜植株对氮素的吸收
和累积。
表 1 不同间作时期和种植密度下单作及与向日葵间作的甜瓜氮素累积量
Table 1 Nitrogen accumulation of melon monocultured and intercropped with sunflower at different intercropping times with
different densities kg(N)·hm2
处理 Treatment
种植模式
Planting pattern
间作播期
Intercropping time
种植密度
Planting density
蔓
Vine
叶
Leaf
果实
Fruit
地上部合计
Total of above-ground
— 高 High 9.05±0.57a 23.29±2.00a 147.17±4.48a 179.50±3.07a
— 中 Medium 7.69±1.59a 22.97±3.36a 128.56±6.07a 159.22±8.34b
— 低 Low 8.76±2.02a 30.47±3.10a 139.87±8.98a 179.11±13.08a
单作
Monoculture
平均 Average 8.50±0.14A 25.58±2.45A 138.53±5.41B 172.61±6.70B
高 High 5.75±0.16a 15.27±3.64b 173.46±19.22b 194.47±23.08b
中 Medium 7.48±0.72a 29.29±7.96a 204.54±18.01a 241.31±19.88a
低 Low 6.46±0.21a 17.74±0.45ab 176.91±15.44b 201.11±15.16b
伸蔓期
Extension vine
平均 Average 6.56±0.50B 20.77±4.32A 184.97±9.84A 212.30±14.63A
高 High 11.52±2.19a 25.01±4.33a 184.80±13.11a 221.33±19.11a
中 Medium 7.73±1.82a 20.79±2.40a 153.88±12.50a 182.41±16.47a
低 Low 8.55±2.75a 27.08±3.68a 158.01±16.93a 193.65±20.18abc
开花坐果期
Flowering and fruit
bearing
平均 Average 9.27±1.15A 24.29±1.85A 165.56±9.69B 199.13±11.56A
高 High 7.50±1.20a 20.85±0.93a 112.72±5.95b 141.07±6.54b
中 Medium 9.58±0.71a 27.82±2.23a 127.01±4.73b 164.41±2.48ab
低 Low 6.74±0.73a 25.58±4.95a 183.66±39.41a 215.98±25.87a
与向日葵间作
Intercropping with
sunflower
果实膨大期
Fruit expanding
平均 Average 7.94±0.85AB 24.75±2.05A 141.13±21.66B 173.82±22.13B
间作平均 Average of intercropping 7.92±0.18AB 23.27±1.26A 163.92±12.69A 195.08±11.29A
同列数据后不同小写字母表示同一处理的不同密度差异显著(P<0.05), 同列数据后不同大写字母表示不同间作期与单作差异显著(P<0.05)。下同。
Different lowercase letters in the same column mean significant difference among different densities of the same planting pattern and intercropping
time (P < 0.05). Different capital letters in the same column mean significant difference between monoculture and intercrop with different intercropping times
(P < 0.05). The same below.
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不同间作播期下, 间作处理甜瓜各器官中, 蔓的
平均氮素累积量为开花坐果期>果实膨大期>伸蔓期,
开花坐果期间作氮素累积量最高, 为 9.27 kg·hm2, 显
著高于伸蔓期(6.56 kg·hm2)。随着间作播期的推迟,
叶片的氮素累积量呈增加的趋势, 果实膨大期间作
最高, 为 24.75 kg·hm2; 伸蔓期最低, 为 20.77 kg·hm2。
随着间作播期的推迟, 果实的氮素累积量呈下降趋
势, 伸蔓期间作最高, 为 184.97 kg·hm2, 分别较开
花坐果期和果实膨大期间作高 11.7%和 31.1%, 差异
显著。表明在甜瓜生育期的中后期进行间作, 有利
于提高甜瓜蔓和叶片的氮素累积量, 在前期进行间
作, 有利于提高甜瓜果实氮素累积量。同一播期内,
伸蔓期进行间作, 果实、叶片和茎的氮素累积量均
表现为中密度>低密度>高密度。开花坐果期间作 ,
高密度蔓和果实氮素累积量均高于其他密度, 分别
为 11.52 kg·hm2和 184.80 kg·hm2, 差异不显著。果
实膨大期间作, 中密度蔓和叶片的氮素累积量均高
于其他密度, 分别为 9.58 kg·hm2和 27.82 kg·hm2,
差异不显著; 低密度下果实氮累积量显著高于高密
度和中密度。 表明同一播期下低密度间作有利于提
高甜瓜果实中氮素累积量, 不同密度对蔓和叶片氮
素累积量无显著影响。
2.1.2 甜瓜单作和间作氮素利用效率
间作处理甜瓜的氮素利用效率(45.48 kg·kg1)和
氮肥偏生产力(35.70 kg·kg1)均显著高于单作处理
(32.36 kg·kg1和 22.98 kg·kg1), 分别提高 40.5%和
55.4%。氮素收获指数 (83.76%)高于单作处理
(80.34%), 差异不显著(表 2)。表明间作可以提高甜
瓜的氮素利用效率和氮肥偏生产力。不同播期下 ,
随着间作播期的推迟, 甜瓜的氮素利用效率先增大
后减小, 开花坐果期间作最高, 为 51.12 kg·kg1, 较
伸蔓期间作(40.93 kg·kg1)高 24.9%, 差异显著, 较
果实膨大期间作(44.38 kg·kg1)高 15.2%, 差异不显
著。氮肥偏生产力随间作播期的推迟先增大后减小,
开花坐果期间作最高, 为 41.31 kg·kg1, 伸蔓期间
作其次 , 为 35.61 kg·kg1, 均显著高于果实膨大期
间作的 30.17 kg·kg1。氮素收获指数随间作播期的
推迟 , 呈下降趋势。伸蔓期间作最高 , 为 87.32%,
显著高于果实膨大期间作 (80.68%), 与开花坐果
期间作(83.27%)无显著差异。表明在开花坐果期进
行间作, 可以提高甜瓜的氮素利用效率和氮肥偏生
产力。
同一间作播期内, 伸蔓期进行间作, 甜瓜的氮素
利用效率随密度变化无明显差异; 氮肥偏生产力随密
表 2 不同间作时期和种植密度下单作及与向日葵间作的甜瓜的氮素利用效率
Table 2 Nitrogen use efficiency of melon monocultured and intercropped with sunflower at different intercropping times with
different densities
处理 Treatment
种植模式
Planting pattern
间作时期
Intercropping time
种植密度
Planting density
氮素利用效率
Nitrogen use
efficiency
(kg·kg1)
氮肥偏生产力
Nitrogen partial
productivity
(kg·kg1)
氮素收获指数
Nitrogen harvest
index
(%)
— 高 High 33.36±2.24a 24.74±1.26a 81.95±1.12a
— 中 Medium 34.61±2.46a 22.67±0.86a 80.85±2.01a
— 低 Low 29.11±1.61a 21.53±1.50a 78.22±1.77a
单作
Monoculture
平均 Average 32.36±1.66C 22.98±0.94D 80.34±1.11B
高 High 41.71±1.48a 33.41±3.31b 89.35±0.66a
中 Medium 40.82±3.65a 40.20±0.45a 84.78±3.13a
低 Low 40.25±2.57a 33.22±0.96b 87.82±1.08a
伸蔓期
Extension vine
平均 Average 40.93±0.42B 35.61±2.30B 87.32±1.34A
高 High 47.28±5.02a 42.55±1.46a 83.72±1.69a
中 Medium 53.36±1.79a 40.27±3.65a 84.49±0.75a
低 Low 52.73±10.27a 41.11±2.30a 81.60±2.70a
开花坐果期
Flowering and
fruit bearing
平均 Average 51.12±1.93A 41.31±0.67A 83.27±0.86AB
高 High 52.96±1.98a 30.85±0.82a 79.86±0.83ab
中 Medium 47.08±1.19a 32.03±0.43a 77.21±1.86b
低 Low 33.10±5.35b 27.64±1.07b 84.98±0.56a
与向日葵间作
Intercropping
with sunflower
果实膨大期
Fruit expanding
平均 Average 44.38±5.89AB 30.17±1.31C 80.68±2.28B
间作平均 Average of intercropping 45.48±2.99AB 35.70±3.22B 83.76±1.93AB

第 1期 刘 斌等: 不同间作播期和密度对甜瓜/向日葵间作系统氮素利用效率的影响 41


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度的增大先升高后降低, 中密度最高, 为40.20 kg·kg1,
较高密度和低密度间作分别提高20.3%和21.0%, 差
异显著; 氮素收获指数3种密度无显著差异。开花坐
果期进行间作, 氮素利用效率随密度的增大先增大
后减小, 中密度最高, 为53.36 kg·kg1, 与其他密度
间作无显著差异; 氮肥偏生产力随密度的变化无显
著差异; 氮素收获指数高密度和中密度间作均高于
低密度间作, 差异不显著。果实膨大期进行间作, 氮
素利用效率随密度的增大而增加, 高密度间作最高,
为52.96 kg·kg1, 中密度为47.08 kg·kg1, 均显著高
于低密度间作的33.10 kg·kg1; 氮肥偏生产力随密
度的增大先升高后降低, 中密度间作最高, 为32.03
kg·kg1, 显著高于低密度间作 , 但与高密度间作差
异不显著; 氮素收获指数随密度的减小先降低后升
高 , 低密度间作最高 , 为84.98%, 较高密度和中密
度间作分别提高6.4%和10.1%, 显著高于中密度, 与
高密度差异不显著。表明同一播期内, 中密度和高
密度间作有利于提高甜瓜的氮素利用效率和氮肥偏
生产力。
2.2 向日葵氮素累积和利用效率
2.2.1 单作和间作向日葵的氮素累积量
间作处理向日葵植株地上部氮素累积量
(125.29 kg·hm2)显著低于单作处理(263.29 kg·hm2)。
不同间作播期下, 伸蔓期和开花坐果期间作, 向日
葵植株地上部氮素累积量均显著低于伸蔓期单作和
开花坐果期单作处理。果实膨大期间作处理高于果
实膨大期单作处理, 差异不显著(表 3)。表明间作处
理向日葵植株地上部的氮素累积量整体低于单作 ,
间作不利于向日葵植株对氮素的吸收和累积。不同
间作播期下, 随着间作播期的推迟, 向日葵植株地
上部氮素累积量先下降后升高, 果实膨大期间作处
理最高 , 为 149.28 kg·hm2, 较伸蔓期间作(135.54
kg·hm2)和开花坐果期间作(91.04 kg·hm2)高 10.1%
和 64.0%, 显著高于开花坐果期间作处理, 与伸蔓
期间作处理无显著差异。表明在果实膨大期进行间
作有利于向日葵植株对氮素的吸收和累积。
表 3 不同间作时期和种植密度下向日葵单作及与甜瓜间作的氮素累积量
Table 3 Nitrogen accumulation of sunflower monocultured and intercropped with melon at different intercropping times with
different densities kg(N)·hm2
处理 Treatment
种植模式
Planting pattern
种植时期
Planting time
种植密度
Planting density
茎
Stem
叶片
Leaf
花盘
Floral disc
籽粒
Grain
地上部合计
Total of
above-ground
甜瓜播种期
Sowing of melon
56.56±7.38b 49.38±7.32ab 52.70±9.68a 92.25±14.12b 250.89±23.41c
甜瓜幼苗期
Seedling of melon
77.11±14.33a 46.03±5.14ab 42.57±5.52ab 192.52±24.39a 358.24±5.53a
甜瓜伸蔓期
Extension vine of melon
41.25±5.78bc 55.18±8.26a 32.90±3.55ab 172.35±9.80a 301.68±11.40b
甜瓜开花坐果期
Flowering and fruit
bearing
46.45±1.56bc 10.03±1.98c 36.80±5.13ab 151.52±13.03a 244.79±19.99c
甜瓜果实膨大期
Fruit expanding of melon
49 995
株·hm2
28.59±2.56dc 30.56±6.18b 21.18±4.73b 80.53±13.65b 160.87±25.50d
单作
Monoculture
平均 Average 49.99±8.14A 38.24±8.14A 37.23±5.22A 137.83±22.06A 263.29±32.77A
高 High 13.27±0.76b 19.47±3.28a 25.10±2.29a 60.78±3.80b 118.62±14.03b
中 Medium 27.14±4.02a 30.48±2.97a 27.55±4.58a 83.91±7.68a 169.07±12.41a
低 Low 25.15±0.56a 23.78±6.16a 20.54±3.16a 49.47±6.85b 118.94±12.15b
甜瓜伸蔓期
Extension vine of melon
平均 Average 21.85±4.33B 24.58±3.20AB 24.40±2.05AB 64.72±10.14B 135.54±16.76B
高 High 9.72±1.54a 5.54±2.00a 14.99±2.06a 56.01±5.17a 86.25±13.32a
中 Medium 15.61±3.62a 5.98±1.01a 19.44±1.81a 44.53±7.24a 85.57±9.76a
低 Low 17.46±1.48a 8.29±2.06a 18.55±2.16a 57.00±4.19a 101.31±11.11a
甜瓜开花坐果期
Flowering and fruit
bearing of melon
平均 Average 14.26±2.33C 6.60±0.85C 17.66±1.36C 52.51±4.00C 91.04±5.14C
高 High 16.28±0.86a 12.92±2.03a 21.52±2.34a 71.83±11.77b 122.55±10.84b
中 Medium 24.29±2.19a 20.54±1.89a 24.21±0.55a 100.98±11.46a 170.02±10.01a
低 Low 15.16±2.43a 15.96±3.77a 39.30±4.63a 84.85±9.03ab 155.27±18.44ab
甜瓜果实膨大期
Fruit expanding of melon
平均 Average 18.58±2.87B 16.47±2.21B 28.34±2.53AB 85.89±8.43AB 149.28±14.03B
间作
Intercropping
间作平均 Average of intercropping 18.23±2.20B 15.88±5.20B 24.37±3.12B 67.71±9.75B 125.29±17.58B

42 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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不同间作播期下向日葵各器官氮素累积量中, 茎
的平均氮素积累量伸蔓期间作最高, 为21.85 kg·hm2,
显著高于开花坐果期间作(14.26 kg·hm2), 与果实膨
大期间作(18.58 kg·hm2)差异不显著。叶的氮素积累
量伸蔓期间作最高 , 平均为24.58 kg·hm2, 显著高
于开花坐果期间作(6.60 kg·hm2), 与果实膨大期间
作(16.47 kg·hm2)差异不显著。花盘和籽粒的氮素积
累量果实膨大期间作最高, 分别为28.34 kg·hm2和
85.89 kg·hm2, 均显著高于开花坐果期间作 , 与伸
蔓期间作差异不显著。表明在伸蔓期和果实膨大期
间作有利于向日葵茎和叶片中氮素的累积, 在果实
膨大期间作有利于向日葵花盘和籽粒中氮素的累
积。同一间作播期内, 伸蔓期间作处理, 中密度籽粒
的氮素累积量均显著高于高密度和低密度, 叶和花
盘的氮素累积量差异不显著; 植株地上部氮素累积
量中密度最高, 为169.07 kg·hm2, 显著高于低密度
和高密度。开花期低密度间作, 茎、叶、籽粒中氮
素的累积量都高于高密度和中密度, 差异不显著;花
盘中的氮素累积量为中密度最高, 为19.44 kg·hm2,
与其他密度差异不显著。果实膨大期间作, 低密度
花盘中氮素累积量最高 , 为39.30 kg·hm2, 与其他
密度差异不显著; 中密度茎和叶的氮素累积量均高
于其他密度, 均差异不显著; 中密度籽粒和植株地
上部氮素累积量均显著高于高密度, 但与低密度差
异不显著。表明低密度和中密度间作有利于向日葵
植株和各器官氮素的累积。
2.2.2 向日葵单作和间作氮素利用效率
间作处理向日葵的平均氮素利用效率(18.90 kg·kg1)
较单作处理(20.69 kg·kg1)降低8.2%, 差异不显著 ;
氮肥偏生产力 (7.18 kg·kg1)显著低于单作处理
(17.24 kg·kg1), 降低58.4%; 氮素收获指数(54.41%)
较单作处理(51.87%)提高4.9%, 差异不显著(表 4)。
表明间作处理可以提高向日葵的氮素收获指数, 但
是降低了氮素利用效率和氮肥偏生产力。
不同间作播期下, 随间作播期的推迟, 氮素利
用效率呈现增加的趋势, 果实膨大期间作最高, 为
21.20 kg·kg1, 高于伸蔓期间作的17.40 kg·kg1, 差
异不显著。随着播期的推迟, 氮肥偏生产力先减小
后增大, 果实膨大期间作最高, 为9.29 kg·kg1, 显
著高于开花坐果期间作(4.99 kg·kg1), 与伸蔓期间
作处理差异不显著。随着间作播期的推迟氮素收获
指数呈现增加的趋势 , 果实膨大期间作最高 , 为
表 4 不同间作时期和种植密度下向日葵单作及与甜瓜间作的氮素累积量
Table 4 Nitrogen use efficiency of sunflower monocultured and intercropped with melon at different intercropping times with
different densities
处理 Treatment
种植模式
Planting
pattern
种植时期
Planting time
种植密度
Planting density
氮素利用效率
Nitrogen use
efficiency
(kg·kg1)
氮肥偏生产力
Nitrogen partial
productivity
(kg·kg1)
氮素收获指数
Nitrogen harvest
index
(%)
甜瓜播种期 Sowing of melon 24.04±1.94a 19.33±1.88b 36.41±2.73b
甜瓜幼苗期 Seedling of melon 20.61±0.66ab 23.77±0.75a 53.87±7.30a
甜瓜伸蔓期 Extension vine of melon 17.23±1.45b 16.71±1.38bc 57.30±3.88a
甜瓜开花坐果期 Flowering and fruit bearing of melon 20.05±1.38ab 15.63±0.30c 61.85±0.50a
单作
Monoculture
甜瓜果实膨大期 Fruit expanding of melon
49 995
株·hm2
21.52±2.49ab 10.75±0.49d 49.92±3.07a
平均 Average 20.69±1.10A 17.24±2.14A 51.87±4.34AB
高 High 19.60±2.30a 7.32±0.74a 52.73±6.77a
中 Medium 14.57±0.37b 7.85±0.69a 49.50±1.48ab
低 Low 18.04±2.91ab 6.57±0.62a 41.61±4.48b
甜瓜伸蔓期
Extension vine of melon
平均 Average 17.40±1.49A 7.25±0.37B 47.95±3.30B
高 High 18.44±1.29a 4.88±0.61a 64.02±3.76a
中 Medium 19.23±2.07a 4.96±0.04a 51.65±4.42b
低 Low 16.65±0.51a 5.13±0.42a 56.90±3.66ab
甜瓜开花坐果期
Flowering and fruit bearing of melon
平均 Average 18.11±0.76A 4.99±0.07C 57.52±3.58A
高 High 20.83±1.15a 7.67±0.31c 59.01±8.62a
中 Medium 21.71±0.42a 11.08±0.48a 59.00±3.44a
低 Low 21.05±3.76a 9.11±0.16b 55.26±2.26a
甜瓜果实膨大期 Fruit expanding of melon
平均 Average 21.20±0.26A 9.29±0.99B 57.76±1.25A
间作
Intercropping


间作平均 Average of intercropping 18.90±1.17A 7.18±1.24B 54.41±3.23A

第 1期 刘 斌等: 不同间作播期和密度对甜瓜/向日葵间作系统氮素利用效率的影响 43


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57.76%, 开花坐果期间作次之 , 为57.52%, 均显著
高于伸蔓期间作(47.95%)。表明间作处理中, 果实膨
大期间作处理在提高向日葵的氮素利用效率、氮肥
偏生产力和氮素收获指数优于其他时期间作处理。
同一间作播期内, 伸蔓期进行间作, 向日葵的
氮素利用效率表现为高密度>低密度>中密度, 高密
度显著高于中密度, 与低密度差异不显著; 氮肥偏
生产力随密度的变化无明显差异; 氮素收获指数随
密度增大呈增加的趋势 , 高密度间作最高 , 为
52.73%, 显著高于低密度, 与中密度差异不显著。开
花坐果期进行间作 , 氮素利用效率表现为中密度>
高密低>低密度, 各密度之间差异不显著; 氮肥偏生
产力随密度的变化无明显差异; 氮素收获指数表现
为高密度>低密度>中密度, 高密度显著高于中密度,
与低密度差异不显著。果实膨大期进行间作, 氮素
利用效率随密度的变化无明显差异; 氮肥偏生产力
表现为中密度>低密度>高密度, 中密度间作显著高
于高密度间作; 氮素收获指数表现为高密度=中密
度>低密度, 各密度间差异不显著。表明同一播期内,
间作密度对向日葵的氮肥偏生产力无明显的影响 ,
高密度和中密度间作在提高向日葵的氮素利用效率
和氮素收获指数优于低密度间作处理。
2.3 间作系统的氮素利用效率
向日葵间作播期对间作系统的氮素利用效率影
响较大。整个间作系统的氮素利用效率为果实膨大
期间作最高, 为34.38 kg·kg1, 均高于向日葵同播期
单作和甜瓜单作均值 (32.23 kg·kg1), 分别提高
59.8%和6.7%; 伸蔓期间作其次 , 为24.72 kg·kg1,
较向日葵同播期单作提高43.5%, 较甜瓜单作均值
降低23.3%; 开花坐果期间作最低, 整个间作系统为
22.55 kg·kg1, 较向日葵同播期单作提高12.5%, 较
甜瓜单作均值降低30.0%。整个间作系统的氮肥偏生
产力为开花坐果期间作最高, 为20.65 kg·kg1, 较向
日葵同播期单作提高32.1%, 而较甜瓜单作均值降
低10.1%; 伸蔓期其次 , 为17.80 kg·kg1, 较向日葵
同播期单作提高 6.5%, 而较甜瓜单作均值降低
22.5%; 果实膨大期最小 , 为15.09 kg·kg1, 较向日
葵同播期单作提高40.4%。整个间作系统的氮素收获
指数均小于向日葵同播期单作和甜瓜单作均值, 较
向日葵同播期单作降低7.2%~12.5%, 较甜瓜单作均
值降低28.9%~45.6%。综上所述, 向日葵适宜的间作
播期为甜瓜果实膨大期。
种植密度对间作系统的氮素利用效率也有很大
的影响。整个间作系统的氮素利用效率均小于甜瓜
同密度单作, 而高于向日葵单作均值。高密度间作
最高 , 为 28.54 kg·kg1, 较甜瓜同密度单作降低
14.2%, 而较向日葵单作均值提高25.2%; 中密度间
作 (27.37 kg·kg1)其次 , 较甜瓜同密度单作降低
20.4%, 较向日葵单作均值提高20.0%; 低密度间作
最低 , 为 24.97 kg·kg1, 较甜瓜同密度单作降低
13.9%, 较向日葵单作均值提高9.5%。整个间作系统
的氮素利用效率均小于甜瓜同密度单作和向日葵单
作均值, 高中低密度间作较甜瓜同密度单作分别降
低29.6%、15.6%和21.1%, 较向日葵单作均值分别降
低8.8%、1.0%和12.1%。整个间作系统的氮素收获指
数均小于甜瓜同密度单作 , 其中高密度间作最高 ,
为53.26%, 较甜瓜同密度单作降低35.0%; 中密度
和低密度间作分别为47.93%和52.58%, 高密度和低
密度间作高于向日葵单作均值 , 分别提高2.7%和
1.4%, 而中密度间作低于向日葵单作均值 , 降低
7.6%。因此间作系统适宜的间作密度为株距40 cm。
2.4 间作系统氮素利用效率与光能利用效率的关系
间作系统中, 甜瓜的光能利用效率与氮素利用
效率呈显著相关关系(r=0.487, P<0.05), 向日葵的光
能利用效率与氮素利用效率则无显著相关关系
(r=0.226, P>0.05)(图 1)。在本试验参数范围内, 随着

图 1 甜瓜(a)和向日葵(b)的光能利用效率和氮素利用率之间的关系
Fig. 1 Relationship between light use efficiency (PUE) and nitrogen use efficiency (NUE) of melon (a) and sunflower (b)
44 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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光能利用率的增加, 间作系统中甜瓜的氮素利用率
也随着升高, 表明间作系统中甜瓜光能利用率和氮
素利用率为互相促进的关系。因此考虑间作时, 向
日葵播期设定在甜瓜生育期的中后期, 减少向日葵
对甜瓜的遮阴作用, 提高甜瓜的光能利用率, 进而
提高甜瓜的氮素利用效率。
3 讨论与结论
在间作条件下, 作物对资源的利用与单作不同,
量化作物共生期内每种作物氮素的利用对提高间作
体系的产量和效益具有重要意义。作物对养分的吸
收和利用能力不同, 往往是一种作物养分吸收和利
用能力的增强是以降低系统中另一种作物对养分吸
收和利用能力作为代价[12]。由于相邻作物之间对资
源存在竞争的关系, 相对而言, 冠层相对较小的作
物可以获取更多的资源, 从而影响作物生物量形成,
造成氮素在作物体内的分配而引起作物氮素转化效
率的不同[24]。研究认为, 向日葵与西甜瓜间作时, 关
键在于缩短两种作物的共生期, 在保证瓜成熟的前
提下, 尽量推迟向日葵的播期[13]。本研究中, 间作系
统提高了甜瓜各器官中氮素的累积量和利用效率 ,
作为代价降低了向日葵各器官中氮素的累积量和氮
素利用效率, 向日葵在甜瓜开花坐果期间作时, 甜
瓜的氮素利用效率显著高于其他播期间作, 表明过
早进行间作可能会对间作的两种作物之间产生不利
影响 , 而适宜的间作期可以提高甜瓜对氮素的利
用。Greenwood 等[25]的研究表明, 作物通过对光的
竞争增加植株的支撑结构(例如茎)的生物量, 但同
时也导致植物体内氮含量的降低。本研究中, 向日
葵在甜瓜果实膨大期间作时, 向日葵各器官的氮素
累积量和氮素利用率显著高于其他播期, 表明过早
的进行间作, 使得甜瓜和向日葵的共生期延长, 向
日葵对光的竞争能力较强 , 从而接收了更多的光 ,
生产了更多的干物质, 因此导致向日葵各器官氮素
含量的降低, 这与前人[1213]的研究结果一致。因此,
在甜瓜果实膨大期间作向日葵, 两者的共生期缩短,
降低了由于竞争引起的甜瓜各器官氮素累积量和氮
素利用率的下降, 并有利于提高向日葵各器官的氮
素累积量和氮素利用率。
研究认为植株体内氮浓度下降与群体对光的竞
争能力的强弱有关[26]。与单作比较, 间作系统形成
了独特的空间结构 , 高秆作物对矮秆作物的遮蔽 ,
减少了间作中矮秆作物的截光量, 从而使矮秆作物
体内氮浓度降低。本研究中, 向日葵(高秆作物)和甜
瓜(矮秆作物)的搭配种植, 形成了空间立体结构, 甜
瓜处于冠层较低处, 在向日葵的生长旺盛期, 甜瓜
的叶片被高秆的向日葵遮蔽, 光合能力降低, 影响
干物质合成, 导致甜瓜氮素转化效率降低。共处期
短的间作方式, 后作物避免了与前作物生长高峰期
的营养竞争, 这样后作物在前作物收获后, 能迅速
恢复旺盛生长。研究表明, 在西瓜和油葵的间作套
种中, 西瓜套种油葵共生期长, 前期油葵与西瓜争
光和肥水, 西瓜坐瓜和大小受限制, 影响西瓜产量,
因此, 需调整播期, 将油葵播期推迟, 使西瓜、油葵
共生期约 30 d, 不仅可提高瓜的产量和品质, 同时
也会保证向日葵良好的效益[13]。本研究中在甜瓜开
花坐果期和果实膨大期间作向日葵, 推迟了向日葵
间作播期, 缩短甜瓜和向日葵间作共生期, 降低向
日葵对甜瓜的遮蔽作用, 甜瓜的氮素利用效率和氮
肥偏生产力都高于单作, 有效地解决了由于遮蔽导
致矮秆作物氮素利用效率降低的现象。有研究表明,
适当增加密度有利于产量提高, 并可显著提高氮素
利用效率[27]。本研究中在甜瓜果实膨大期间作向日
葵, 随着甜瓜间作密度的增大, 可能原因是甜瓜的
根系和冠层量显著增加, 特别是深层次的根长密度
增加比例显著升高 , 深层次的氮素吸收明显增加 ,
满足了地上部群体增大后的氮素需求, 而植物氮素
营养状况的好坏, 直接影响其光合速率和生长发育,
并最终影响产量和光能利用率。因此在甜瓜/向日葵
间作的优化管理中, 需要调整好向日葵间作的时期
及甜瓜间作的密度, 提高该间作模式的生产力。
本试验结果表明, 与向日葵间作的甜瓜各器官
的氮素累积和利用效率均高于单作, 向日葵各器官
的氮素累积低于单作, 但向日葵间作与单作的氮素
利用率差异不显著。向日葵在甜瓜果实膨大期间作
时, 在提高间作系统的氮肥偏生产力和氮素收获指
数方面均优于其他间作播期; 高密度间作在提高间
作系统的氮素利用效率和氮素收获指数方面均优于
其他间作密度。因此 , 在甜瓜/向日葵间作系统中 ,
获得较高的植株氮素累积量和氮素利用率适宜的向
日葵间作播期为甜瓜果实膨大期, 适宜间作密度为
株距 40 cm。甜瓜的光能利用效率与氮素利用效率呈
显著正相关关系, 向日葵的光能利用效率与氮素利
用效率无显著相关。
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