全 文 ：中国生态农业学报 2015年 12月 第 23卷 第 12期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Dec. 2015, 23(12): 14911501


* “十二五”农村领域国家科技计划课题(2012BAD14B04-2)资助
** 通讯作者: 陈清, 主要从事废弃物资源肥料化利用与灌溉施肥方面工作。E-mail: qchen@cau.edu.cn
高杰云, 主要从事蔬菜养分管理方面工作。E-mail: jieyunluck@sina.com
收稿日期: 20150417 接受日期: 20150806
* The study was supported by the National S&T Program for Rural Area during the “12th Five-Year Plan” (No. 2012BAD14B04-2).
** Corresponding author, E-mail: qchen@cau.edu.cn
Received Apr. 17, 2015; accepted Aug. 6, 2015)
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150462
施肥方式对春玉米||蔬菜条带间作边行效应的影响*
高杰云 马兆伟 李 想 陈 清**
(中国农业大学资源与环境学院 北京 100193)
摘 要 粮菜条带间作系统中作物的种间相互作用主要集中在条带的边行区域, 加强粮菜条带间作系统的中
间行与边行区域的作物地上部、地下部生长差异的研究, 对深化条带间作的认识及构建可持续的条带间作系
统具有重要的意义。通过在粮菜条带间作体系的蔬菜条带中设置单施化肥和有机无机配施两种施肥方式, 对
春玉米||(矮生菜豆秋白菜)的条带间作系统中边行、次边行和中间行的作物产量、干物质累积和分配、根层
土壤速效氮、磷、钾养分含量以及根系空间分布的测定, 研究了粮菜条带间作系统中作物生长的边行竞争效
应及施肥方式对边行效应的影响。结果表明: 单施化肥和有机无机配施方式下, 边行春玉米的产量、地上部干
物质量均显著高于中间行, 产量分别比中间行提高 58.7%、40.8%; 边行蔬菜植株的生长均受到抑制。两种施
肥条件下边行、次边行矮生菜豆的生长均受到抑制, 其中单施化肥下的边行、次边行矮生菜豆的产量显著低
于中间行, 分别比中间行降低 49.7%和 45.6%。春玉米吐丝期时, 边行春玉米的根系下扎深度比中间行深, 且
呈现偏向蔬菜条带一侧的“偏态”生长。有机无机配施菜田春玉米条带边行区域表层土壤的根长密度、根系质
量密度比单施化肥分别提高 104.3%、77.5%, 边行矮生菜豆根长密度显著降低, 且有机无机配施的边行矮生菜
豆根系生长受到的抑制最为严重。结合春玉米和蔬菜作物的地上部生长情况分析可以发现, 蔬菜条带的有机
无机配施加剧了边行春玉米植株与边行蔬菜的竞争程度。边行春玉米的养分吸收优势使得边行区域根区土壤
的速效氮、磷、钾养分含量显著降低。
关键词 春玉米 矮生菜豆 秋白菜 施肥方式 条带间作 边行效应
中图分类号: S334 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)12-1491-11
Effects of fertilization methods on border effect of cereal-vegetable
strip intercropping system*
GAO Jieyun, MA Zhaowei, LI Xiang, CHEN Qing**
(College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China)
Abstract Inter-specific interactions in cereal-vegetable strip intercropping system mainly occur at border-row areas. It is
meaningful to know more about the differences in the growths of belowground (root) and aboveground (shoot) of crop systems
between border-row and middle-row crops for establishment of a sustainable strip intercropping system. Two fertilization
methods — chemical fertilization (CF) and combined application of organic materials and chemical fertilizers (OMFC), were
used in a cereal-vegetable strip intercropping system (spring maize intercropped first with dwarf bean then with autumn
Chinese cabbage, expressed as spring maize||bush beanautumn Chinese cabbage) and then yield, biomass, root and soil
available NPK of border row, sub-border row and middle row of crops tested in relation to border effects on crops. The results
showed that compared with middle row, aboveground biomass and yield of maize in border row increased significantly by
58.7% and 40.8% under the CF and OMCF fertilization methods, respectively. In contrast, vegetable growth in the border row
was suppressed. However, aboveground biomass and yield of border row and sub-border row of bush bean under different
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fertilization conditions were less than those of middle row. Specifically, border row and sub-border row bush bean yields
decreased by 49.7% and 45.6% under CF treatment, respectively. At silking stage of spring maize, the depth of maize root in
border row was deeper than that in middle row, and growth direction of all the roots was partial to vegetable strip. Compared
with CF treatment, maize root length and weight in the 015 cm soil layer in border row under OMCF treatment increased by
104.3% and 77.5%, respectively, while bush bean root length in the border row significantly decreased. Conversely, the roots
of border row bush bean were inhibited when compared with middle row bush bean, which was much more severe under
OMCF treatment. OMCF treatment strengthened intra-specific competition between spring maize and vegetable crops. In
addition, the competitive advantage in nutrient absorption of border rows of spring maize significantly decreased soil available
NPK contents in border row areas.
Keywords Spring maize; Bush bean; Chinese cabbage; Fertilization method; Strip intercropping; Border effect
粮菜间作的种植模式在中国华北地区广泛存在,
如玉米||蔬菜间作、棉花||蔬菜间作等体系[1]。研究表
明, 粮菜间作具有增加作物总体产量、提高作物品
质、控制病虫害、降低土壤剖面硝酸盐含量、甚至
减少农田径流污染的优势 [25], 但传统的粮菜间作
体系多为行间作而不便于机械化作业, 随着农业机
械化的推广 , 华北平原上间作种植的面积大幅减
少。将行间作演变为条带间作不仅可以保留间作的
优越性能, 而且适宜于机械化操作, 更顺应现代农
业发展的需求[6]。
在春玉米 ||蔬菜条带间作系统中 , 作物的生长
呈现出了一定的边行效应。由于春玉米的植株较为
高大, 边行春玉米植株对边行蔬菜植株造成严重遮
阴的同时, 能够获取较多的光照资源, 从而使得蔬
菜条带的边行植株产量显著低于中间行, 春玉米条
带边行植株产量显著高于中间行 [67], 植株地上部
形态也会发生一定的变化[8]。但是针对粮菜条带间
作系统中地下部作物根系的分布及对土壤养分利用
的研究并不多见。
与粮食作物相比 , 蔬菜生产具有水肥投入量
大、利用效率低等特点[910]。尤其在蔬菜种植体系
中常施用有机肥, 能够显著改善土壤理化性质、提
高土壤肥力、促进作物根系生长、提高作物根系活
力, 因此, 一般菜田内土壤的水肥气热条件要优于
粮田。由于土壤水分和养分的空间异质性能够加剧
植物的种间竞争[11], 因此本研究假设在粮菜条带间
作系统中, 蔬菜条带的不同施肥方式会改变两种作
物根系的相互作用强度, 从而使得条带间作下作物
生长的边行效应发生一定的变化。本研究针对春玉
米||(矮生菜豆秋白菜)条带间作下边行区域作物生
长的边行效应以及蔬菜条带养分供应措施对粮菜条
带边行作物相互竞争的影响等问题, 通过对条带间
作系统中边行、次边行和中间行的春玉米植株和蔬
菜作物植株的地上部生长、根系分布以及不同行间
的根层土壤养分动态差异的研究 , 揭示春玉米 ||蔬
菜条带间作系统中作物生长的竞争机制, 对于加深
对粮菜条带间作的认识具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2013年在北京市海淀区中国农业大学上
庄实验站进行, 该站位于 1161039E, 400827N。土
壤为粉砂质壤土, 2013年 4月 20日(播前)对 0~30 cm
土壤速效氮、速效磷和有效钾进行测定, 含量分别
为 26.8 mg·kg1、6.17 mg·kg1和 57.19 mg·kg1, 土壤
有机质含量为 12.37 g·kg1, 碳氮比为 12.59, 不同土
层土壤 pH介于 8.35~8.50。
供试粮食作物为春玉米(Zea mays L.), 品种为
‘先玉 335’; 蔬菜作物为矮生菜豆(Phaseolus vulgaris
L.)和秋白菜(Brassica pekinensis Rupr.), 品种分别为
‘泰国无筋地豆’和‘北京新 3 号’。供试化肥为尿素
(N-P2O5-K2O 为 46-0-0)、磷酸二铵(N-P2O5-K2O 为
18-46-0)、普通过磷酸钙(N-P2O5-K2O为 0-12-0)和硫
酸钾(N-P2O5-K2O为 0-0-52)。有机物料为商品堆肥、
春玉米秸秆和矮生菜豆残茬。有机物料的养分含量
如表 1所示。
表 1 试验用不同有机物料的养分含量和含水量
Table 1 Nutrients contents of different organic materials used in the experiment
养分含量 Nutrient content (g·kg1) 有机物料
Organic materials C N P K
含水量
Water content (%)
堆肥 Compost 152.9 8.7 4.3 15.3 71.7
春玉米秸秆 Spring maize straw — 5.9 1.3 3.3 7.4
矮生菜豆残茬 Bush bean residue — 21.7 7.2 14.0 73.6
含水量为鲜基含水量。Water content is fresh weight based water content.
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1.2 试验设计
南北走向的春玉米条带和蔬菜条带相邻种植 ,
两条带的长度均为 14 m, 宽度均为 5 m, 4 次重复,
蔬菜条带内种植矮生菜豆和秋白菜(图 1)。春玉米、
矮生菜豆和秋白菜的种植密度(行距×株距)分别为
55 cm×25 cm、45 cm×15 cm和 50 cm×50 cm。春玉
米条带种植 9行玉米, 蔬菜条带种植 11行矮生菜豆
或秋白菜, 春玉米和蔬菜条带平均分成 7 m×5 m的
两个小区。两个小区的春玉米条带均单施化肥, 蔬
菜条带 2个小区的施肥方式分别为单施化肥(C)和有
机无机配施(OC)。单施化肥条件下, 春玉米、矮生
菜豆的养分投入按照经验控制; 秋白菜则依据根层
氮素调控技术控制氮素投入量, 依据磷钾衡量监控
技术调节磷钾素投入量。有机无机配施条件下的蔬
菜条带首先确定有机物料的投入量 , 有机物料养
分带入量不足的再用化肥补充。有机无机配施条
件下矮生菜豆播前施用 50 t·hm2(鲜基)的堆肥和
8.57 t·hm2(风干基)的春玉米秸秆; 有机无机配施的
秋白菜播前施用 50 t·hm2(鲜基)的堆肥和 10 t·hm2
(鲜基)矮生菜豆残茬。3种作物的灌溉方式均为喷灌,
根据农民传统确定灌水量。春玉米条带和两种不同施
肥方式的蔬菜条带的养分和水分投入总量如表 2示。
表 2 春玉米||蔬菜条状间作系统不同施肥方式下 3种间作作物的养分水分投入总量
Table 2 Total amounts of nutrients and water applied to three crops of strip intercropping system of spring maize and vegetables
under different fertilization methods
养分投入 Nutrient (kg·hm2) 作物
Crop
施肥方式
Fertilization method N P K
灌溉和降水
Irrigation and precipitation
(mm)
春玉米
Spring maize
单施化肥 Chemical fertilization 280 130 150 334
单施化肥 Chemical fertilization 150 170 240 231 矮生菜豆
Bush bean 有机无机配施
Combined application of organic materials and chemical fertilizers
419 308 567 231
单施化肥 Chemical fertilization 100 150 400 230 秋白菜
Chinese cabbage 有机无机配施
Combined application of organic materials and chemical fertilizers
402 329 580 230

春玉米、矮生菜豆和秋白菜的播种、收获日期
及样品采集日期如图 1所示。其中矮生菜豆的 75 d
生育期全部与春玉米重叠; 秋白菜在春玉米收获前
大约 40 d 播种, 此时春玉米处于乳熟期, 春玉米收
获时, 秋白菜处于包心初期。
1.3 样品采集及处理
春玉米条带和蔬菜条带内边行、次边行和中间
行的地上部植株样品及根层 0~60 cm 土壤样品, 采
集日期如图 1 所示。土壤每行随机采集 4 钻, 混合
为 1 个样品, 每 20 cm 一层。矮生菜豆收获时每行
采集 10株, 将矮生菜豆分成茎、叶片、豆荚 3部分,
每行豆荚的鲜重记作该行的产量; 此时春玉米每行
分别采集 4株, 并将春玉米植株分成茎秆、叶和穗 3
部分。春玉米收获时把不同行间的剩余春玉米植株

图 1 春玉米||蔬菜条状间作系统作物播种、收获以及样品采集日期示意图
Fig. 1 Schematic diagram of crops sowing, harvesting dates and sampling dates of strip intercropping system of spring maize
and vegetables
小箭头标注日期为对应条带的根层 0~60 cm土壤样品采集日期(月-日), 大箭头标注日期为对应条带的地上部植株样品采集日期
(月-日)。Small arrows show the soil sampling dates (month-day) of root layer (060 cm) of the corresponding crop stripes. Big arrows show
plant sampling dates (month-day) of the corresponding crop stripes.
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全部收获, 获取每行总株数、总穗数、总穗重和总
的秸秆重量, 然后任取 5株, 将春玉米植株分成茎、
叶、籽粒、穗轴、苞叶 5 部分; 此时秋白菜每行采
集 4 株, 称取鲜重后, 每株取 1/4 作为样品, 称取鲜
重。秋白菜收获时采集秋白菜边行、次边行和中间
行的地上部植株样品, 将每行的植株全部收获, 获
取每行株数及地上部总鲜重; 然后任取 4 株, 每株
取 1/4作为样品, 称取鲜重。
植株样品处理好后, 于 105 ℃下杀青 30 min,
然后在 75 ℃下烘至恒重, 称取各部分干重。矮生菜
豆收获时(7月 20日), 利用直径为 8 cm、高为 15 cm
的根钻采集两种施肥方式下春玉米 ||矮生菜豆条带
的 0~60 cm的根系样品, 每 15 cm一层, 每个条带随
机采集 5钻, 混合为 1个样品(图 2)。

图 2 矮生菜豆收获时(7月 20日)春玉米和矮生菜豆根系
样品采集点分布(取样深度为 60 cm)
Fig. 2 Schematic diagram of spring maize and bush bean root
sampling points when bush bean harvests at July 20 (sampling
depth was 60 cm)
1.4 测定指标及方法
植株样品测定各器官干重、产量, 土壤样品测
定土壤速效氮、速效磷、速效钾含量, 根系样品测
定根长密度、根系质量密度。植物样品干重采用烘
干法测定 ; 土壤无机氮含量采用 0.01 mol·L1的
CaCl2浸提, 利用AA3流动分析仪测定; 土壤速效磷
采用0.5 mol·L1的NaHCO3浸提钼锑抗吸光光度法
测定; 土壤有效钾采用1.0 mol·L1的NH4OAc浸提
火焰光度法测定 [12]。根系样品利用扫描仪(ESPON
10000XL)对根系进行图像扫描 , 然后利用WinRhizo
Pro软件分析图像, 获取相关形态指标数据。
1.5 数据处理
利用 Excel 2007 进行数据的整理和作图, 利用
SAS 8.0 软件通过空间效应模型对数据进行统计分
析。根系分布等值线图利用 Surfer 8.0进行作图。
2 结果与分析
2.1 施肥处理对条带间作的不同行作物产量及干
物质量的影响
矮生菜豆收获时(7 月 20 日), 由于受到邻近春
玉米植株的竞争作用, 两种施肥条件下边行、次边
行矮生菜豆的生长均受到抑制。其中单施化肥条件
下边行、次边行矮生菜豆的产量显著低于中间行 ,
分别比中间行降低 49.7%和 45.6%, 干物质量之间差
异不显著; 有机无机配施条件下边行、次边行矮生
菜豆产量均低于中间行, 但差异不显著, 次边行的
干物质量显著低于中间行, 而与边行差异不显著(表
3)。两种施肥方式之间对应的边行、次边行、中间
行矮生菜豆地上部干物质量均无显著差异, 有机无
机配施的矮生菜豆次边行的产量显著高于单施化肥
处理(表 3)。但从表 4看出, 单施化肥的矮生菜豆次
边行叶片干物质量显著高于有机无机配施处理, 而
有机无机配施的矮生菜豆次边行豆荚干物质量却显
著高于单施化肥处理, 茎秆干物质量没有显著差异,
说明有机无机配施提高了矮生菜豆的干物质向豆荚
中的分配比例。此时春玉米处于吐丝期, 其单施化
肥下各行干物质量之间没有显著差异(表 3), 而穗的
干物质量边行显著高于中间行(表 4); 有机无机配施
条件下边行叶片、茎秆、穗干物质量均显著高于次
边行及中间行(表 4), 说明在吐丝期边行春玉米的生
长优势就已经出现, 而且首先出现在穗部。
春玉米收获时(9 月 23 日), 单施化肥和有机无
机配施条件下边行春玉米植株的地上部干物质量、
产量均显著高于次边行及中间行, 其中单施化肥的
边行干物质量分别比中间行、次边行提高 51.3%、
24.5%, 产量分别提高 58.7%、31.4%, 有机无机配施
的边行干物质量分别比中间行、次边行提高 38.3%、
23.7%, 产量分别提高 40.8%、22.8%, 其产量优势主
要源自于穗粒数(行粒数)的增加(数据未列出)。此时
秋白菜处于包心初期, 单施化肥和有机无机配施条
件下的边行、次边行秋白菜的产量比中间行分别下
降 20.4%、11.4%和 47.7%、17.1%, 且单施化肥下边
行与中间行差异显著, 有机无机配施下边行、次边
行与中间行差异显著; 有机无机配施的边行秋白菜
产量和干物质量均显著低于单施化肥条带边行的秋
白菜, 说明有机无机配施的秋白菜边行植株受到的
竞争抑制更为严重。
秋白菜收获时(11 月 17 日), 两种施肥条件下产
量均为中间行>边行>次边行, 单施化肥下两两没有
显著差异, 有机无机配施下中间行显著高于次边行;
有机无机配施条件下秋白菜不同行的产量均高于单
施化肥条件下秋白菜对应行的产量, 而且中间行达
到了显著差异, 这说明春玉米收获后, 有机无机配
施促进了秋白菜的生长。两种施肥条件下秋白菜的
第 12期 高杰云等: 施肥方式对春玉米||蔬菜条带间作边行效应的影响 1495


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表 3 春玉米||蔬菜条状间作系统中不同时期不同作物的产量和地上部干物质量
Table 3 Crop yields and dry matter weights of different crops in strip intercropping system of spring maize and vegetables at
different stages g·plant1
7月 20日 20th Jul.1) 9月 23日 23rd Sep.2) 11月 17日 17th Nov.3)
蔬菜条带施肥
Fertilization of
vegetable strip
条带
Strip
行
Row 产量
Yield
干物质量
Dry matter
weight
产量
Yield
干物质量
Dry matter
weight
产量
Yield
干物质量
Dry matter
weight
中间行 Middle row — 99.9±7.9a 123.3±7.6b 240.9±13.9b — —
次边行
Sub-border row
— 105.5±6.9a 148.9±13.0b 292.6±22.1b — —
春玉米
Spring maize
边行 Border row — 123.7±3.2a 195.7±5.5a 364.4±16.1a — —
边行 Border row 23.6±3.6b 16.6±0.3a 546.7±31.9b* 41.3±3.7b* 2 176.7±68.9a 163.5±9.0ab
次边行
Sub-border row
25.5±6.1b* 17.3±1.4a 608.5±81.6ab 46.4±5.7ab 2 118.3±134.6a 161.8±7.9b
单施化肥
Chemical
fertilization
矮生菜豆
秋白菜
Bush bean-
Chinese
cabbage 中间行 Middle row 46.9±7.6a 21.6±1.1a 686.9±22.8a 53.9±1.8a 2 258.3±55.7a* 177.3±2.8a*
中间行 Middle row — 94.9±6.5b 146.4±16.3b 272.8±28.9b — —
次边行
Sub-border row
— 102.7±9.8b 167.8±14.3b 305.0±21.8b — —
春玉米
Spring maize
边行 Border row — 129.1±14.6a 206.1±5.9a 377.3±6.7a — —
边行 Border row 36.8±6.9a 17.9±1.6ab 401.7±41.1b* 27.7±1.9c* 2 443.3±98.4ab 169.6±4.9b
次边行
Sub-border row
44.0±4.6a* 15.5±1.2b 637.6±43.7b 43.2±3.9b 2 325.8±191.6b 156.3±10.2b
有机无机配施
Combined
application of
organic
materials and
chemical
fertilizers 矮生菜豆
秋白菜
Bush bean-
Chinese
cabbage 中间行 Middle row 46.8±8.9a 21.9±3.3a 768.7±35.3a 56.9±2.5a 2 671.7±25.6a* 198.4±6.0a*
1)7月 20日是矮生菜豆收获期, 此时为春玉米||矮生菜豆间作阶段; 2)9月 23日春玉米收获期, 此时为春玉米||秋白菜间作阶段; 3)11月 17
日为秋白菜收获期, 粮食条带未种植作物。不同小写字母表示同一施肥处理内同一作物不同行间达到 5%的显著性差异水平; *表示同一作物同
一行的不同施肥处理间达到 5%的显著性差异水平; 下同。1) The 20th July is the harvest date of bush bean, also is the maize||bush bean
intercropping phase. 2) The 23rd September is the harvest date of spring maize, also is the spring maize||Chinese cabbage intercropping phase. 3) The
17th November is the harvest date of Chinese cabbage, without intercropped maize. Different letters denote significant differences among different
rows of the same fertilization method and the same crop at P < 0.05. * denotes significant difference between two fertilization methods of the same
row and the same crop at P < 0.05. The same below.
表 4 矮生菜豆收获时春玉米||蔬菜条状间作系统下春玉米和矮生菜豆地上部干物质分配
Table 4 Dry matters distribution of spring maize and bush bean at the 20th July when bush bean was harvested in the strip
intercropping system of spring maize and vegetables g·plant1
春玉米 Spring maize 矮生菜豆 Bush bean 蔬菜条带施肥
Fertilization of
vegetable strip
行
Row 叶片 Leaf 茎秆 Stem 穗 Ear 叶片 Leaf 茎秆 Stem 豆荚 Pod
边行 Border row 135.7±0.6a 195.7±1.4a 39.5±1.9a 9.7±0.1a 3.9±0.1a 2.9±0.1b
次边行 Sub-border row 123.4±2.0a 167.2±3.5a 25.9±1.9ab 9.8±0.2a* 4.3±0.1a 3.2±0.1b*
单施化肥
Chemical fertilization
中间行 Middle row 119.4±2.3a 161.3±4.9a 19.2±1.3b 10.5±0.1a 5.3±0.1a 5.9±0.2a
边行 Border row 136.3±2.8a 207.1±8.9a 43.9±2.9a 8.8±0.1ab 4.5±0.2ab 4.6±0.2a
次边行 Sub-border row 119.5±2.2b 164.6±6.2b 23.9±1.5b 6.4±0.2b* 3.1±0.1b 5.9±0.2a*
有机无机配施
Combined application of organic
materials and chemical fertilizers
中间行 Middle row 114.9±1.9b 151.5±4.0b 18.1±1.1b 9.9±0.3a 6.1±0.1a 5.8±0.1a

地上部干物质量也均为中间行>边行>次边行, 单施
化肥中间行显著高于次边行, 有机无机配施下中间
行显著高于次边行和边行。
2.2 春玉米||矮生菜豆间作体系的根系生长与分布
春玉米吐丝期时, 春玉米||矮生菜豆的地下部根
系生长与分布具有明显的边行效应(表 5)。单施化肥下
边行春玉米 0~15 cm、15~30 cm土层的根长密度小于
中间行, 而 30~45 cm、45~60 cm土层高于中间行, 除
边行春玉米 45~60 cm 土层的根长密度显著高于中间
行外, 其他土层的中间行和边行根系密度均无显著性
差异。这说明边行春玉米根系在下层土体中的分布比
例增加。从根系质量密度看, 各土层边行大于中间行,
但未达显著差异。有机无机配施下边行春玉米各土层
内的根长密度、根系质量密度均大于中间行, 其中
0~15 cm 土层内达差异显著。各土层有机无机配施的
边行春玉米根长密度、根系质量密度均比单施化肥菜
田的边行春玉米的增加, 在 0~15 cm土层内达到差异
显著, 分别高 104.3%、77.5%, 说明蔬菜条带的施肥方
式对边行春玉米植株的根系生长有明显影响。
两种施肥条件下边行矮生菜豆根长密度、根系质
1496 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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量密度均低于中间行, 有机无机配施条件下 0~15 cm
土层根系密度达显著水平, 其他差异不显著, 说明
有机无机配施下边行矮生菜豆表层根系生长受到了
一定影响(表 5)。
春玉米吐丝期时, 相邻两种施肥条件菜田的边
行春玉米根系下扎深度均比中间行深, 且都呈现偏
向蔬菜条带一侧的“偏态“生长(图 3)。蔬菜条带有机
无机配施下, 邻近的边行春玉米植株的根区范围进
一步扩大, 在矮生菜豆条带边行及中间行区域的分
布都比单施化肥增多。说明矮生菜豆条带的施肥方
表 5 春玉米和矮生菜豆的边行及中间行植株在各土层的根长密度和根系质量密度
Table 5 Root lengths and root mass densities of spring maize and bush bean at different soil depths in the strip intercropping
system of spring maize and vegetables
根长密度 Root length density (cm·cm3) 根系质量密度 Root mass density (104 g·cm3)蔬菜条带施肥
Fertilization of
vegetable strip
作物
Crop
行
Row 0~15 cm 15~30 cm 30~45 cm 45~60 cm 0~15 cm 15~30 cm 30~45 cm 45~60 cm
中间行
Middle row
3.1±0.6a 0.7±0.1a 0.2±0.2a 0.0±0.0b 50.0±1.0a 1.2±0.1a 0.2±0.2a 0.0±0.0a春玉米
Spring maize
边行
Border row
2.3±0.9a* 0.7±0.2a 0.6±0.4a 0.1±0.0a 71.0±2.0a* 1.7±0.1a 0.8±0.4a 0.1±0.1a
边行
Border row
1.1±0.5a 0.2±0.1a 0.1±0.1a 0.0+0.0a 9.0±0.1a 0.3±0.1a 0.3±0.1a 0.0±0.0a
单施化肥
Chemical
fertilization
矮菜豆
Bush bean
中间行
Middle row
1.3±0.2a 0.3±0.2a 0.2±0.1a 0.0±0.0a 9.0±0.1a 0.5±0.2a 0.2±0.0a 0.0±0.0a
中间行
Middle row
3.2±0.6b 0.9±0.2a 0.6±0.1a 0.1±0.1a 67.0±1.0b 2.0±0.2a 0.6±0.1a 0.1±0.1a春玉米
Spring maize
边行
Border row
4.7±0.6a* 1.4±1.0a 1.0±0.4a 0.3±0.5a 126.0±2.0a* 6.1±0.3a 1.3±0.5a 0.4±0.2a
边行
Border row
0.9±0.1b 0.1±0.1a 0.2±0.1a 0.1±0.0a 8.0±1.0a 0.4±0.1a 0.1±0.1a 0.0±0.0a
有机无机配施
Combined
application of
organic materials
and chemical
fertilizers
矮菜豆
Bush bean
中间行
Middle row
1.4±0.3a 0.5±0.5a 0.1±0.1a 0.0±0.0a 11.0±3.0a 0.5±0.1a 0.3±0.1a 0.0±0.0a

图 3 矮生菜豆收获时两种施肥方式下春玉米根系根长密度在春玉米||蔬菜条带间作系统中的空间分布(cm·cm3)
Fig. 3 Spacial distribution of root length density of spring maize across the spring maize||bush bean strips when bush bean was harvested
C表示单施化肥的施肥方式, OC表示有机无机配施的施肥方式; 下同。“C” means chemical fertilization; “OC” means combined
application of organic materials and chemical fertilizers. The same below.
第 12期 高杰云等: 施肥方式对春玉米||蔬菜条带间作边行效应的影响 1497


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式, 对边行、中间行春玉米根系生长都有影响。两种
施肥方式下边行区域矮生菜豆的根系分布均受到抑
制, 且均出现了偏向矮生菜豆条带内侧生长的现象
(图 4)。有机无机配施条件下, 中间行的矮生菜豆植株
根系在 0~60 cm各土层中的根长密度均比边行植株高,
根区范围明显大于边行植株, 且根系生长状况优于单
施化肥的中间行; 单施化肥条件下中间行和边行的根
系分布没有明显差异, 但边行植株根系生长优于有机
无机配施的边行。说明相邻有机无机配施菜田的春玉
米边行地上部、地下部的生长更有优势, 对矮生菜豆
边行植株根系生长产生了更严重的抑制作用。
2.3 春玉米 ||蔬菜条带间作系统的根区土壤速效养
分分布
春玉米 ||蔬菜条带间作下根层土壤无机氮、
Olsen磷以及有效钾含量的空间变异如图 5、图 6及
图 7所示。从图 5可知, 7月 20日, 两种施肥方式下
春玉米不同行间各土层无机氮含量均无显著差异 ;
单施化肥下矮生菜豆边行 0~20 cm和 20~40 cm土层
无机氮含量显著高于中间行, 其他差异不显著; 除
春玉米中间行 20~40 cm 土壤无机质含量与两种施
肥处理间差异显著外, 其他均未达显著水平。9 月
23日, 单施化肥下春玉米中间行 0~20 cm和 40~60 cm
土壤无机氮含量显著高于边行, 有机无机配施下春
玉米中间行 40~60 cm 土壤无机氮含量显著高于次
边行和边行; 两种施肥处理间, 在中间行 0~20 cm
和 40~60 cm及次边行 40~60 cm差异显著。11月 17
日, 两种施肥方式下不同条带各土层土壤无机氮含
量差异均不显著; 有机无机配施下, 中间行 20~40 cm
的土壤无机氮含量显著高于单施化肥处理。
从图 6可知, 7月 20日及 9月 23日, 两种施肥
方式下春玉米 0~20 cm和 20~40 cm土层 Olsen磷含
量均为中间行>次边行>边行, 0~20 cm 土层中表现
出显著差异。单施化肥条件下矮生菜豆条带边行
0~20 cm土层 Olsen磷含量在 7月 20日显著高于有
机无机配施蔬菜条带对应区域。11月 17日, 秋白菜
不同行间不同处理各土层 Olsen 磷含量均无显著差
异。土壤 Olsen 磷在春玉米和蔬菜生长的整个过程
中, 均比较稳定。
从图 7可知, 7月 20日, 两种施肥条件下春玉米
条带 0~20 cm土壤有效钾含量均为次边行>中间行>

图 4 矮生菜豆收获时两种施肥方式下矮生菜豆根系根长密度在春玉米||蔬菜条带间作系统中的空间分布(cm·cm3)
Fig. 4 Spacial distribution of root length density of bush bean across the spring maize||bush bean strips when bush bean was harvested
1498 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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图 5 春玉米||蔬菜条带间作系统中根区土壤无机氮的动态变化
Fig. 5 Mineral nitrogen content dynamics of spring maize and vegetables root zones in the strip intercropping system of spring maize and vegetables
不同小写字母表示同一施肥处理内同一作物不同行间达到显著性差异; *表示同一作物同一行的不同施肥处理间达到显著性差异;
未标小写字母表示全为“a”; 下同。Different letters denote significant differences among different rows of the same fertilizer method and the
same crop at P < 0.05; “*” denotes significant differences among different fertilization methods of the same row and the same crop at P <
0.05; No letters mean the difference was not significant. The same below.

图 6 春玉米||蔬菜条带间作系统中根区土壤速效磷的动态变化
Fig. 6 Olsen P content dynamics of spring maize and vegetables root zones in the strip intercropping system of spring maize and vegetables
第 12期 高杰云等: 施肥方式对春玉米||蔬菜条带间作边行效应的影响 1499


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图 7 春玉米||蔬菜条带间作系统中根区土壤有效钾的动态变化
Fig. 7 Available K content dynamics of spring maize and vegetables root zones in the strip intercropping system of spring maize and vegetables
边行 ; 单施化肥下春玉米条带的中间行和次边行
显著高于边行 , 有机无机配施下春玉米条带的次
边行显著高于边行 , 中间行与次边行和边行的差
异不显著。单施化肥条件下 , 矮生菜豆条带各土层
有效钾含量均为边行<次边行<中间行 , 但两两之
间均无显著差异 , 有机无机配施条件下 , 矮生菜
豆条带边行 0~20 cm 土壤有效钾高于中间行和次
边行 , 但两两之间均无显著性差异。有机无机配施
的矮生菜豆条带边行 0~20 cm 土壤速效钾含量显
著高于单施化肥条件下对应区域的土壤速效钾含
量。这说明有机肥的施用可能提高了菜田土壤的
缓效钾容量。9 月 23 日及 11 月 17 日 , 两种施肥
条件下春玉米条带各行间各土层速效钾含量均无
显著差异。对整个作物生长季表层土壤有效钾的
含量大多在 60~70 mg·kg1左右 , 土壤钾素营养水
平偏低。
以上结果说明, 边行春玉米的养分吸收优势使
得边行区域根区土壤的速效氮、磷、钾养分含量变
化显著。有机无机配施初期土壤速效氮和速效磷的
含量比单施化肥条带的显著降低, 这可能与有机物
料的施用使得无机氮被固持有关。有机无机配施的
菜田土壤有效钾含量出现了一定提高。
3 讨论
春玉米||(矮生菜豆秋白菜)条带间作系统中作
物的产量、地上部干物质累积和分配、根系的生长
和分布以及对土壤养分的利用均出现了一定的边行
效应。这种边行效应的出现是边行区域春玉米植株
与蔬菜植株地上部、地下部相互作用的结果, 而且
受到蔬菜条带养分投入方式的影响。
在间作系统的地上部相互作用过程中, 光照是
主导因素 [13]。光照在作物冠层内的分布不仅直接
影响作物的蒸腾作用和光合作用 , 而且影响作物
的生长发育进程 , 改变植物的形态以及干物质分
配等 [1418]。如间作条件下玉米穗的质量明显增加,
主要是因为间作玉米的冠层光照条件的改善, 提高
了功能叶片的净光合速率, 促进籽粒灌浆和光合物
质向籽粒运输和分配[18]。这与本试验中观测到边行
春玉米植株的干物质累积优势首先出现在穗部的现
象相吻合。在本研究中, 单施化肥的矮生菜豆茎、
叶、豆荚的干物质量均为边行<次边行<中间行, 但
仅在豆荚中的差异性达到显著, 这也说明矮生菜豆
植株也表现出在弱光情况下, 优先保持叶片、茎等
光合器官生长的趋势[14,19]。在有机无机配施条件下,
次边行矮生菜豆在豆荚中的干物质分配比例要比边
1500 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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行、中间行高。这可能与适当的弱光环境以及有机
肥的施用改善了限制其光合作用的非气孔因素的原
因有关, 使得次边行矮生菜豆的植株叶片净光合速
率提高, 而且促进了光合产物向豆荚转移[20]。研究
发现 , 遮阴使得白菜的干物质量显著降低 , 减少
22%~70%[21]。在我们研究中, 受遮阴影响最严重的
边行秋白菜的光合有效辐射量减少大约30%~50%,
所以边行秋白菜的净光合速率要明显低于中间行
(数据未列出)。在春玉米收获时, 不同行间的秋白菜
地上部干物质累积量的行间差异即可得到印证。但
当春玉米收获后, 边行秋白菜出现了明显的“补偿生
长”, 以至于边行秋白菜收获时与中间行的产量无明
显差异。这利用“竞争恢复生长理论”即能得到良好
的解释[22]。
植物能够感知异己植株根系的存在, 从而通过
增加光合产物向根系的分配比例, 形成较强大的根
系, 达到资源竞争和占据的目的[23]。和地上部植株
生长的情况一样, 两种施肥方式下春玉米根系处于
明显的竞争优势, 边行矮生菜豆的根系明显受到抑
制。边行春玉米植株根系的“偏态”分布, 并且春玉米
根系在蔬菜条带内的延伸和广泛分布也展现出了根
系的趋水趋肥特性, 而边行矮生菜豆的根系分布和
生长受到显著的抑制, 这与前人在玉米和大豆间作
中根系分布的研究结果一致[24]。有机无机配施下边
行春玉米的根系下扎深度、分布范围等都要优于单
施化肥施肥模式, 虽然有机无机配施条件下的土壤
速效氮、磷、钾养分含量没有明显的提高, 但是有
机肥的施用能够提高作物的根系活力、蒸腾速率和
光合速率, 从而使得作物的生物量增加 [25], 根系的
生长更加强壮, 吸收能力更强。另外, 有机无机配施
条件下中间行矮生菜豆的根系整体生长状况优于单
施化肥, 也是因为这个原因, 这也与前人的研究结
果一致, 即养分的空间异质性分布能够使得种间竞
争的程度增加。而这很难辨别光照和根系的相互作
用各贡献多少, 因为间作是在一定环境下相互作用
的一个整体[26]。
蔬菜条带有机无机配施方式使得蔬菜条带的土
壤肥力得到综合的提升, 这应该是边行春玉米根系
的生物量和延伸范围比相邻单施化肥边行春玉米
大、更为强壮的主要原因。另外, 在土壤养分空间
异质性条件的刺激下, 植物根系往往会在高养分区
域增殖使得竞争程度加剧[2729]。因此本研究发现的
有机无机配施条件下边行春玉米根系更为强大而矮
生菜豆根系更为弱小的现象与前人研究的结论是一
致的。
4 结论
春玉米||(矮生菜豆秋白菜)条带间作系统中 3
种作物的生长均表现出了边行效应。边行春玉米的
产量、地上部干物质量以及根系生长均优于中间行,
而矮生菜豆和秋白菜的边行植株的生长均受到抑制,
从而使得产量低于中间行作物。蔬菜条带的有机无
机配施比单施化肥更能够促进春玉米地上部和地下
部的生长, 从而加剧了对边行蔬菜植株生长的抑制
作用, 使得条带间作的边行效应更加明显; 且有机
无机配施的效果比单施化肥的效果显著。
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