全 文 ：中国生态农业学报 2012年 5月 第 20卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2012, 20(5): 513−519


* 国家科技支撑计划项目(2009BADA4B03)和公益性行业(农业)科研专项(201003043-01)资助
** 通讯作者: 李隆, 男, 博士, 教授, 研究方向为生物多样性与资源利用。E-mail: lilong@cau.edu.cn
党小燕(1983—), 女, 硕士研究生, 主要从事植物营养研究。E-mail: xydang@163.com
收稿日期: 2011-09-21 接受日期: 2011-12-28
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00513
不同棉花间作模式中作物养分吸收和利用
对间作优势的贡献*
党小燕1 刘建国1 帕尼古丽1 王江丽1 危常州1 李 隆1,2**
(1. 石河子大学农学院 新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室 石河子 832000;
2. 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193)
摘 要 棉花间作能够解决棉花与粮食作物和蔬菜作物争地的矛盾, 但是否有间作优势以及间作优势的作物
营养基础是众所关心的问题。本研究在新疆石河子大学试验站设置棉花与花生、大豆、鹰嘴豆、洋葱、萝卜、
线辣椒间作以及各个作物单作的田间试验, 以期揭示以棉花为基础的间作体系的间作优势以及养分吸收和利
用效率对间作优势的贡献。结果表明, 棉花与鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作体系作物的吸氮量明显高于单
作 18%~74%, 棉花与大豆和线辣椒间作体系作物的吸氮量低于单作 10%和 34%; 棉花与大豆、鹰嘴豆、花生、
洋葱、萝卜间作体系中作物吸磷量比单作增加 5%~104%, 棉花与线辣椒间作体系作物的吸磷量低于单作 6%;
棉花与花生、洋葱、萝卜间作体系中作物吸钾量高于单作 20%~58%, 棉花与大豆、鹰嘴豆和线辣椒间作作物
吸钾量低于间作 19%~22%。棉花与鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作以后土地当量比(LER)分别为 1.02、1.30、
1.12、1.68, 都大于 1, 说明具有间作优势; 棉花与大豆、线辣椒间作后 LER分别为 0.91和 0.99, 小于 1, 没有
间作优势。棉花与花生、洋葱和萝卜间作体系氮磷钾吸收效率对 LER 的贡献分别为 0.41~0.82、0.25~1.04 和
0.15~0.59, 利用效率的贡献分别为−0.35~−0.04、0.03~0.14和−0.16~0.01。结果表明, 棉花与其他作物的间作优
势在营养方面的基础主要来自于间作相对于单作吸收效率的增加, 而不是利用效率的改变。
关键词 间作棉花 间作优势 养分吸收量 养分利用效率 土地当量比
中图分类号: S344.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)05-0513-07
Uptake and conversion efficiencies of NPK and corresponding contribution to
yield advantage in cotton-based intercropping systems
DANG Xiao-Yan1, LIU Jian-Guo1, PANI Gu-Li1, WANG Jiang-Li1, WEI Chang-Zhou1, LI Long1,2
(1. College of Agriculture, Shihezi University; Key Laboratory of Oasis Agro-Ecology, Xinjiang Production and Construction Corps, Shi-
hezi 832000, China; 2. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China)
Abstract Cotton-based intercropping is a popular agronomic practice in Northwest China. This agronomic practice addresses the
conflict in planting area/space between cereals and cotton. However, not sufficient knowledge exists on the yield advantage and nu-
trient uptake and conversion of cotton-based intercropping. In this paper, the uptake and conversion efficiency of nitrogen (N), phos-
phorus (P) and potassium (K) were assessed in several cotton-based intercropping systems, including cotton/peanut, cotton/soybean,
cotton/chickpea, cotton/onion, cotton/radish and cotton/line-chilli intercropping systems, and the corresponding monocropping sys-
tems. Then yield advantage and nutrient uptake and conversion of cropping systems were determined. Compared with weighted mean
of monocultured crops of sole cropping systems, cotton/peanut, cotton/chickpea, cotton/onion and cotton/radish intercropping sys-
tems increased N uptake by the range of 18%~74%. Also, compared with corresponding weighted mean of monocultured crops, cot-
ton/soybean and cotton/chilli intercropping systems decreased N uptake by 10% and 34%, respectively. P uptake under intercropping
systems of cotton/peanut, cotton/chickpea, cotton/onion, cotton/radish and cotton/soybean was higher than that under the corre-
sponding sole cropping systems by 5%~104%. However, the reverse was the case for cotton/chill, where it was lower by 6%. About
514 中国生态农业学报 2012 第 20卷


20%~58% increase in K uptake was noted under cotton/peanut, cotton/onion and cotton/radish intercropping systems over the corre-
sponding sole cropping systems. However, K uptake dropped by 19%~22% under cotton/soybean, cotton/chickpea and cotton/chilli
intercropping systems over the corresponding sole cropping systems. Land equivalent ratios (LER) of cotton/chickpea, cotton/peanut,
cotton/onion and cotton/radish intercropping systems were 1.02, 1.30, 1.12 and 1.68, respectively, indicating a significant yield ad-
vantage. However, LER of both cotton/soybean and cotton/chilli intercropping systems were 0.91 and 0.99, respectively, indicating
no yield advantage. The contributions of the uptake efficiencies of N, P and K to LER were 0.41~0.82, 0.25~1.04 and 0.15~0.59 in
cotton/peanut, cotton/onion and cotton/radish intercropping systems, respectively. The corresponding conversion efficiencies were
−0.35~−0.04, 0.03~0.14 and −0.16~0.01, respectively. Yield advantage of intercropping was mainly from enhanced nutrient uptake
efficiency, and not from nutrient conversion efficiency.
Key words Intercropped cotton, Intercropping advantage, Nutrient uptake, Nutrient conversion efficiency, Land equivalent
ratio
(Received Sep. 21, 2011; accepted Dec. 28, 2011)
棉花是我国的主要经济作物, 棉花产业的发展
不仅关系到我国 2亿棉农的生计和近 2千万纺织工人
的就业, 也关系到纺织品和服装行业的出口创汇, 在
整个国民经济和社会发展中占有非常重要的地位[1]。
但是近年来由于对粮食作物的重视、蔬菜面积的扩
大等原因, 棉花面积较大幅度减少[2]。棉花与粮食及
其他作物的争地矛盾已成为制约棉花生产发展的重
要因素之一。由于新疆光热资源丰富、棉花品质较
好、生产潜力较大, 是我国最重要的棉花生产基地,
棉花种植面积约占全国的 1/3[3]。
棉田间作是以提高棉田整体效益为目标而发展
起来的现代农业种植技术体系。棉田间作模式繁多,
归纳起来有 4 大基本作物搭配类型, 即棉菜型、棉果
型、棉药型、棉油粮(饲)型。在全世界, 有各种各样
的棉田间作体系被广泛采纳应用 [4−9], 这主要是棉
田间作能有效提高作物产量、改善棉花品质、控制
病虫害发生等。例如: 在麦棉间作中, 小麦/棉花行比
分别为 3︰1、3︰2 和 4︰2 体系中的小麦产量比单
作增加了 70%~79%, 并且棉花纤维的马克隆值有明
显改善[10]; 在棉花与西瓜间作体系中减轻了西瓜的
白粉病[11]; 棉花和杏树间作有效地控制了虫害[12]。
作物营养是作物产量形成的重要基础之一, 棉
田间作中作物营养的研究还很少见。李隆等[13]在小麦
/大豆间作的研究中发现, 间作优势主要表现在养分
吸收量的增加, 而不是养分利用效率的增加, 养分吸
收因子为正, 利用因子有正有负。然而, 棉花间作体
系的养分利用和养分吸收的研究报道较少, 特别是
养分吸收和利用效率对间作优势的贡献等方面。也就
是说, 棉花与不同作物间作后产量优势在植物营养
方面的基础主要取决于养分吸收量的增加还是养分
的生理利用效率增加等问题还没有明确的结论。
本研究基于这一点, 在新疆石河子大学农学院
试验站设置棉花与不同作物间作田间试验, 研究棉
花和豆科作物、蔬菜间作与相应单作成熟期氮磷钾养
分吸收量和利用效率及其对间作优势的贡献, 为新
疆棉花为主的间作体系的养分管理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验点概况
试验于2010年安排在新疆石河子大学试验站
(44o18′50″N, 86o03′33″ E)。试验站海拔399.2 m, 年日
照时数为2 721~2 818 h, 无霜期为168~171 d, ≥0 ℃
的活动积温为4 100 ,℃ ≥10 ℃的活动积温为3 650 , ℃
年平均气温为6.9 , ℃ 年降水量为125.0 ~207.7 mm。
土壤质地为壤土, pH 7.56, 有机质15.31 g·kg−1, 全
氮1.05 g·kg−1, 有效氮54.80 mg·kg−1, 有效磷19.12
mg·kg−1, 有效钾196 mg·kg−1。
1.2 供试作物及品种
供试棉花(Gossypium hirsutum)品种为“新陆早
13号”, 花生(Arachis hypogaea)品种为“豫花15号”,
大豆 (Glycine max)品种为 “新大豆10号 ”, 鹰嘴豆
(Cicer microphyllum)品种为 “88-1”, 洋葱 (Allium
cepa)品种为“宝红A号”, 萝卜(Raphanus sativus)品
种为“寿白光”, 线辣椒 (Capsicum cayenne)品种为
“改良8819”。
1.3 试验设计
试验设6种间作组合和7种作物单作 , 分别为 :
棉花/花生、棉花/大豆、棉花/鹰嘴豆、棉花/洋葱、
棉花/萝卜、棉花/线辣椒6种间作组合和花生单作、
大豆单作、鹰嘴豆单作、洋葱单作、萝卜单作、线
辣椒单作和棉花单作。播种前试验小区施磷酸二铵
300 kg·hm−2, 折合纯氮(N)54 kg·hm−2、纯磷(P2O5)138
kg·hm−2。棉花现蕾后增施滴灌肥230 kg·hm−2, 折合
纯氮(N)36.8 kg·hm−2, 纯磷(P2O5)46 kg·hm−2, 纯钾
(K2O)34.5 kg·hm−2。试验设3次重复, 共计39个小区,
随机区组排列。于4月28日统一播种。
在棉花/大豆间作处理中, 每个小区种植3个间
作组合带。每个间作带宽1.50 m, 种植2行棉花、2
第 5期 党小燕等: 不同棉花间作模式中作物养分吸收和利用对间作优势的贡献 515


行大豆, 棉花行距为0.45 m、株距0.1 m, 大豆行距为
0.30 m、株距0.15 m, 行长5 m。小区面积(1.5 m×3)×
5 m=22.5 m2; 棉花/花生、棉花/鹰嘴豆、棉花/线辣
椒间作处理的田间安排同棉花/大豆间作处理。
在棉花/萝卜间作处理中, 每个小区种植3个间
作组合带。每个间作带宽1.50 m, 种植2行棉花、3
行萝卜, 棉花行距为0.45 m、株距0.1 m, 萝卜行距为
0.20 m、株距0.2 m, 行长5 m。小区面积(1.5 m×3)×
5 m=22.5 m2; 棉花/洋葱间作处理的田间安排同棉
花/萝卜间作处理。
单作作物都是等行距种植, 株、行距都与间作
时相同, 小区面积: 3 m×5 m=15 m2, 单作棉花每个
小区种植7行; 单作花生、大豆、鹰嘴豆、线辣椒每
个小区种植10行; 单作洋葱、萝卜每个小区种植15
行。养分吸收量按间作中两种作物各自所占净面积
计, 单作和间作作物播种密度相同。采用滴灌方式,
棉花整个生育期灌水14次, 总灌水量5 625 m3·hm−2。
1.4 取样及测定方法
于每种作物成熟时按一定面积分别取植株样 ;
植株地上部氮、磷和钾的含量分别用凯氏定氮法、
分光光度比色法和火焰光度法测定, 并根据生物学
产量折算为作物的氮磷钾吸收量。当比较间作与单
作养分吸收量时, 均以可比面积为基础。
1.5 计算方法
1.5.1 单位面积产量的分解[14]
产量/单位面积= (产量/养分吸收量)×
(养分吸收量/单位面积) (1)
式中, (产量/养分吸收量)为养分利用效率, (养分吸
收量/单位面积)为养分吸收(捕获)效率。
1.5.2 养分吸收量的比较
采用文献[14]给出的公式 , 比较间作系统养分
吸收量相对于单作养分吸收量的变化。这里单作养
分吸收量不是指某一种作物的, 而是体系中两种作
物单作时的养分吸收量以间作比例为权重的加权平
均值。以磷为例, 间作磷吸收量相对于单作的变化
用ΔPU表示。
ΔPU = {[PUit/(Fc×PUsc+Fc1×PUsc1)]−1}×100% (2)
式中: PUit为间作中棉花和另一种作物的总吸磷量;
PUsc和PUsc1分别为单作棉花和体系中另一种作物
单作时的吸磷量; Fc和Fc1分别为间作中棉花和另一
种作物的占地比例 , 用公式Fc=Dc/(Dc+Dc1)计算 ,
Dc和Dc1分别为间作中棉花和另一种作物所占土地
面积的比例 , 因此 , Fc=0.9/(0.9+0.6)=0.6, Fc1=0.6/
(0.9+0.6)=0.4。实际上, (Fc×PUsc+Fc1×PUsc1)为单作
按间作比例为权重加权平均的单作吸磷量。ΔPU 的正
或负反映了间作吸磷量相对于单作的增加或减少。氮
(ΔNU)和钾(ΔKU)的养分吸收量计算方法与此相同。
1.5.3 养分利用效率的比较
间作的养分利用效率是成熟期间作作物地上部
生物学产量之和除以间作作物地上部某养分的总吸
收量, 即单作体系单位养分吸收量所能生产的生物
学产量; 单作作物养分利用效率是单作作物成熟期
地上部生物学产量除以单作作物地上部某养分的累
积量; 单作加权平均是单作作物按间作比例为权重
加权平均的养分吸收效率。
仍以磷为例, 这里定义磷利用效率的概念为单
位磷吸收量所能生产的地上部干物质量。间作磷利用
效率相对于单作的增减(ΔPUE)用如下公式计算[14] :
ΔPUE={[Yit/PUit]/[Fc×Ysc/PUsc+Fc1×Ysc1/
PUsc1]−1}×100% (3)
式中, Y是产量, 其他字母与式(2)中的意义相同。ΔPUE
反映了作物间作后养分利用效率的增加或减少。
氮(ΔNUE)和钾(ΔKUE)的利用效率用相同方法
计算。
1.5.4 养分吸收和利用效率对产量优势的贡献
土地当量比(LER)经常被作为间作优势的指标:
LER=(Yic/Ysc)+(Yic1/Ysc1) (4)
式中, Yic和Yic1分别为间作中棉花和配对作物的产
量, Ysc和Ysc1分别为该作物单作时的产量。当LER大
于1时, 表明具有间作优势; 当LER小于1时, 表明没
有间作优势。
以磷为例, 定义棉花在间作和单作中的吸收量
和利用效率分别为Aic、Asc和Eic、Esc; 相应间作的
另一种作物的吸收量和利用效率分别为Aic1、Asc1
和Eic1、Esc1。式(4)变为:
LER=(Aic/Asc)×(Eic/Esc)+(Aic1/Asc1)×(Eic1/Esc1) (5)
令 ac=(Aic/Asc)−1, ac1=(Aic1/Asc1)−1, ec=(Eic/
Esc)−1, ec1=(Eic1/Esc1)−1, 代入(5)式并整理, 得:
LER=1+(1+ac+ac1)+(ec+ec1)+(ac×ec+ac1×ec1) (6)
式中: (1+ac+ac1)为由于间作引起的相对于单作养分
吸收量增减对间作产量优势的贡献; (ec+ec1)是由间
作引起的相对于单作养分利用效率的变化对间作产
量优势的贡献; 同理, (ac×ec+ac1×ec1)则是养分吸收
和利用效率交互作用对间作优势的贡献[15]。
氮和钾的吸收和利用效率对产量优势的贡献用
相同方法计算。
数据分析用SAS软件完成。
2 结果与分析
2.1 间作养分吸收量与单作养分加权平均吸收量
的比较
2.1.1 氮
表 1 结果表明, 棉花分别与花生、洋葱、萝卜
516 中国生态农业学报 2012 第 20卷


间作后, 间作体系氮吸收量分别高于相应作物单作
按照间作比例加权平均吸氮量 38%(P=0.013 0)、
54%(P=0.078 9)、74%(P=0.036 2); 棉花与大豆或者
鹰嘴豆间作后吸氮量变化未达到显著水平(P=0.242 5
和 P=0.534 1)(表 1)。棉花与线辣椒间作后间作体系
作物吸氮量相对于单作棉花与单作线辣椒按间作比
例加权平均的氮吸收量降低 34%(P=0.000 8)。
2.1.2 磷
棉花与洋葱、萝卜间作体系中作物吸磷量分别
高于单作按间作比例加权平均的吸磷量 71%(P=
0.058 5)和104%(P=0.018 1); 而棉花与大豆、鹰嘴
豆、花生和线辣椒间作体系中作物吸磷量与单作加
权平均吸磷量差异未达到显著水平(P=0.756 2, P=
0.824 1, P=0.353 2, P=0.343 2) (表1)。
2.1.3 钾
棉花/花生和棉花/洋葱间作的钾吸收量相对于
单作加权平均值的增加未达到显著水平(P=0.112 7,
P=0.112 1, P=0.038 4); 棉花与萝卜间作体系中吸钾
量相对于单作增加58%, 达显著水平(P=0.038 4);
相反, 棉花与大豆、鹰嘴豆、线辣椒间作体系中吸
钾量比单作按间作比例加权平均的吸钾量分别减少
21%(P=0.067 3)、22%(P=0.085 0)和19%(P=0.006 3)
(表1)。
2.2 间作与单作体系中作物养分利用效率的比较
2.2.1 氮
从表 2 可以看出, 棉花与洋葱间作后氮素养分
利用效率比单作加权平均高 35%(P=0.006 6); 棉花
与鹰嘴豆、花生、萝卜间作后间作体系氮素利用效
率相对于单作加权平均并未发生显著变化(P=0.796 6,
P=0.388 1和 P= 0.091 5); 棉花与大豆、线辣椒间作
后间作体系中氮的养分利用效率比相应的单作按间
作比例加权平均的氮素利用效率降低 34%(P< 0.000 1)
和 44%(P<0.000 1), 达到极显著水平。
2.2.2 磷
从表 2 可以看出, 棉花与洋葱、鹰嘴豆、花生
间作后间作体系中磷的养分利用效率相对于单作
棉花、洋葱、鹰嘴豆和花生按间作比例加权平均的
磷素利用效率的变化未达到显著水平 (P=0.101 7,
P=0.894 7, P=0.658 4); 棉花与大豆、萝卜、线辣椒
间作体系中磷的养分利用效率显著降低 29%(P=
0.003 4)、19%(P=0.003 9)和 32%(P=0.002 8), 达到
极显著水平。
2.2.3 钾
从表 2 可以看出, 棉花与鹰嘴豆间作体系中钾
的养分利用效率比单作按间作比例加权平均显著增
加高 64%(P=0.059 1); 棉花与花生、洋葱间作体系

表1 不同棉花间作模式收获时间作和单作体系中作物的养分吸收量
Table 1 Nutrients uptake of crops from intercropping and sole cropping systems at harvest of different intercropping patterns of cotton
养分
Nutrient
间作模式
Intercropping pattern
间作
Intercrops
(kg·hm−2)
单作加权平均
Weighted mean of
sole crops (kg·hm−2)
间作养分吸收量的增减
Changes in nutrient uptake of intercrops
relative to sole crops
(ΔNU, ΔPU, ΔKU) (%)
间作和单作差异显著性
Significance of difference
between intercropping and
monoculture (P)
棉花/大豆 Cotton/soybean 134±13b 152±19b −10 0.242 5
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 133±37b 118±12c 18 0.534 1
棉花/花生 Cotton/peanut 157±13b 118±10c 38 0.013 0
棉花/洋葱 Cotton/onion 146±35b 97±6cd 54 0.078 9
棉花/萝卜 Cotton/radish 142±32b 84±5d 74 0.036 2
氮
Nitrogen
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 252±18a 382±17a −34 0.000 8
棉花/大豆 Cotton/soybean 37±2b 36±4c 5 0.756 2
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 42±16b 39±4bc 10 0.824 1
棉花/花生 Cotton/peanut 53±7ab 47±7b 16 0.353 2
棉花/洋葱 Cotton/onion 62±16a 37±2c 71 0.058 5
棉花/萝卜 Cotton/radish 54±12ab 27±3d 104 0.018 1
磷
Phosphorus
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 67±6a 72±5a −6 0.343 2
棉花/大豆 Cotton/soybean 352±40c 456±60b −21 0.067 3
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 340±78c 444±15b −22 0.085 0
棉花/花生 Cotton/peanut 464±50bc 391±36b 20 0.112 7
棉花/洋葱 Cotton/onion 601±143b 424±46b 47 0.112 1
棉花/萝卜 Cotton/radish 608±112b 398±40b 58 0.038 4
钾
Potassium
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 934±47a 1 159±58a −19 0.006 3
不同小写字母表示在0.05水平差异显著, 下同。Values followed by different small letters are significantly different at 0.05 level in LSD test.
The same below.

第 5期 党小燕等: 不同棉花间作模式中作物养分吸收和利用对间作优势的贡献 517


中钾的养分利用效率没有显著变化(P=0.275 7, P=
0.988 2); 相反, 棉花与大豆、萝卜、线辣椒间作体
系中钾的养分利用效率降低11%(P<0.000 1)、22%
(P=0.001 6)和29% (P<0.000 1), 达到极显著水平。
2.3 土地当量比及养分吸收和利用效率的贡献
间作优势的主要原因是养分吸收量的增加, 而
并非是利用效率的提高。从公式(6)可以看出, LER的
大小, 取决于养分吸收量项(1+ac+ac1)、养分利用效
率项(ec+ec1)和交互项(ac×ec+ac1×ec1)的相对大小[9]。
从表3可以看出, 棉花与鹰嘴豆、花生、洋葱、
萝卜间作时氮、磷、钾的土地当量比分别为1.02、
1.30、1.12和1.68, 都大于1, 说明棉花与鹰嘴豆、花

表2 不同棉花间作模式收获时间作和单作系统中作物的养分利用效率
Table 2 Nutrient use efficiency of crop from intercropping and sole cropping systems at harvest of different intercropping
patterns of cotton
养分
Nutrient
间作模式
Intercropping pattern
间作
Intercrops
(kg·kg−1)
单作加权平均
Weighted mean of
sole crops (kg·kg−1)
间作养分利用效率的增减
Changes in nutrient use efficiency
by intercrops relative to sole crops
(ΔNUE, ΔPUE, ΔKUE) (%)
间作和单作差异显著性
Significance of difference be-
tween intercropping and mono-
culture (P)
棉花/大豆 Cotton/soybean 65±2c 98±1cd −34 <0.000 1
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 95±30b 100±1c −5 0.796 6
棉花/花生 Cotton/peanut 97±19b 108±1b −10 0.388 1
棉花/洋葱 Cotton/onion 128±11a 95±1d 35 0.006 6
棉花/萝卜 Cotton/radish 93±15b 112±3a −17 0.091 5
氮
Nitrogen
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 54±1c 96±1d −44 <0.000 1
棉花/大豆 Cotton/soybean 233±19ab 335±21ab −29 0.003 4
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 326±141a 338±14a −2 0.894 7
棉花/花生 Cotton/peanut 295±60ab 312±12abc −6 0.658 4
棉花/洋葱 Cotton/onion 303±36ab 256±15d 19 0.101 7
棉花/萝卜 Cotton/radish 244±16ab 302±6c −19 0.003 9
磷
Phosphorus
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 203±7b 306±26bc −32 0.002 8
棉花/大豆 Cotton/soybean 24±0bc 27±0c −11 <0.000 1
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 37±9a 22±0d 64 0.059 1
棉花/花生 Cotton/peanut 33±6a 29±0b 15 0.275 7
棉花/洋葱 Cotton/onion 31±2ab 31±1a 0 0.988 2
棉花/萝卜 Cotton/radish 22±1c 28±0c −22 0.001 6
钾
Potassium
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 15±1d 21±0e −29 <0.000 1

表3 不同棉花间作模式养分吸收和利用效率对间作优势的贡献
Table 3 Contribution of uptake, utilization and interaction factors to the land equivalent ratio (LER) of different intercropping
patterns of cotton
养分
Nutrient
间作模式
Intercropping pattern
土地当量比
LER
吸收因子
Uptake factor (1+ac+ac1)
利用因子
Utilization factor (ec+ec1)
交互因子
Interaction factor (ac×ec+ac1×ec1)
棉花/大豆 Cotton/soybean 0.91 −0.21 0.18 −0.06
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 1.02 0.34 −0.48 0.16
棉花/花生 Cotton/peanut 1.30 0.44 −0.04 −0.01
棉花/洋葱 Cotton/onion 1.12 0.41 −0.25 −0. 03
棉花/萝卜 Cotton/radish 1.68 0.82 −0.35 0.03
氮
Nitrogen
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 0.99 0.14 −0.34 0.18
棉花/大豆 Cotton/soybean 0.91 0.20 −0.28 −0.02
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 1.02 0.24 −0.49 0.20
棉花/花生 Cotton/peanut 1.30 0.25 0.03 −0.09
棉花/洋葱 Cotton/onion 1.12 0.57 0.05 −0.50
棉花/萝卜 Cotton/radish 1.68 1.04 0.14 −0.18
磷
Phosphorus
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 0.99 0.26 −0.41 0.15
棉花/大豆 Cotton/soybean 0.91 0.05 −0.23 0.08
棉花/鹰嘴豆 Cotton/chickpea 1.02 0.11 0.04 −0.05
棉花/花生 Cotton/peanut 1.30 0.29 0.01 0.01
棉花/洋葱 Cotton/onion 1.12 0.15 −0.16 0.10
棉花/萝卜 Cotton/radish 1.68 0.59 0.01 −0.04
钾
Potassium
棉花/线辣椒 Cotton/chilli 0.99 0.18 −0.13 −0.03

518 中国生态农业学报 2012 第 20卷


生、洋葱、萝卜间作体系具有间作优势。氮、磷、
钾养分吸收因子的贡献是正的, 利用效率的贡献有
正有负, 吸收和利用效率交互作用的贡献也有正有
负, 说明棉花与鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作时, 间
作优势主要来源于养分吸收量的增加。
棉花与大豆、线辣椒间作时氮、磷、钾的土地
当量比为0.91和0.99, 都小于1, 说明棉花/大豆体系
无间作优势; 氮、磷、钾养分吸收因子的贡献、利
用效率的贡献、吸收和利用效率交互作用的贡献有
正有负。
棉花与花生、洋葱、萝卜间作体系氮、磷、钾
吸收效率对土地当量比的贡献分别为 0.41~0.82、
0.25~1.04 和 0.15~0.59, 利用效率的贡献分别为
−0.35~−0.04、0.03~0.14 和−0.16~0.01。间作优势在
营养方面的基础主要来自于间作相对于单作吸收效
率的增加, 而不是利用效率的改变。
3 讨论
3.1 间作体系中养分吸收量增加的机制
间作优势的主要机制之一是间作体系相对于单
作能够更多地获取养分。通过本试验可以看出, 棉
花和花生、洋葱、萝卜间作后氮、磷、钾养分吸收
量分别高出相应单作 38%~74%、 16%~104%、
20%~58%。李隆等[13]对小麦/大豆的间作研究发现,
小麦/大豆间作后间作优势主要表现在作物氮、磷、
钾养分吸收量的增加, 其作物的养分吸收量分别高
出相应单作24%~39%、6%~27%、24%~64%, 而间
作氮、磷、钾的利用效率分别比单作低5%~20%、
5%~7%、6%~32%[15], 这与本研究结果相吻合。
研究已经明确, 小麦大豆间作中小麦竞争氮的
能力比大豆强[16], 一方面使间作小麦能吸收到更多
的氮 ; 另一方面 , 使大豆根区土壤氮素水平下降 ,
甚至造成缺氮。缺氮会有利于豆科作物固氮能力的
提高[17−18], 从而使整个系统的吸氮量明显增加。这
可能是具有豆科作物的间作体系氮吸收增加的机制
之一。在本研究中的棉花和豆科作物的间作体系 ,
其氮素养分吸收量的增加机理可能与其他作物和豆
科作物间作的机理相似。另外, 在棉花与非豆科作
物的间作系统中氮素吸收的机制可能主要是由于这
些体系存在着补偿和恢复机制。例如, 小麦/玉米和
小麦/大豆间作条件下, 两种作物共生期小麦的生长
和养分吸收量相对于单作大幅度增加, 而间作玉米
和大豆的生长和养分吸收量相对于单作受到明显抑
制。但当小麦收获以后, 玉米和大豆在生物量和养
分吸收上有明显的恢复和补偿作用[19]。小麦/玉米共
生期玉米对氮的吸收速率低于单作玉米 ,到玉米生
长后期, 小麦收获后间作玉米氮的吸收速率明显增
加 , 而单作玉米氮的吸收速率很低 , 甚至为负数 ;
在小麦/大豆间作中也观察到了类似特点, 表明生育
期不同的作物间作, 晚熟的玉米和大豆均有明显的
恢复和补偿作用[20]。在棉花分别与鹰嘴豆、花生、
洋葱、萝卜间作时, 棉花的配对作物均是生育期较
短的作物, 因此本研究中的鹰嘴豆、花生、洋葱、
萝卜与棉花间作体系对氮素吸收的增加机制可能也
是这种竞争−恢复补偿机制[20]。
Li等 [21]通过低磷土壤上玉米 /蚕豆间作作物根
际对磷的吸收利用研究发现, 间作后玉米增产43%,
蚕豆增产26%, 间作不仅促进了蚕豆对磷的吸收 ,
而且也改善了玉米的磷营养, 更加会对作物产量产
生显著影响。和豆科作物的间作中豆科作物的固氮
作用也能酸化豆科作物的根际土, 进一步活化土壤
中的有机磷, 从而提高另一作物对磷的吸收量[22]。
这可能是间作中磷吸收量增加的机制之一。在本研
究中棉花和豆科作物间作体系中磷吸收量增加的原
因也可能是豆科作物活化了土壤中的有机磷, 从而
提高了作物磷的吸收量。另外, 在小麦/玉米和小麦/
大豆间作中发现的磷素吸收的竞争−恢复机制 [20]也
可能同样适用于本研究中棉花与鹰嘴豆、萝卜、洋
葱等间作体系中观察到的磷吸收增加。
3.2 间作体系中养分利用效率的变化
间作相对于单作养分利用效率有增加也有降
低。本研究中棉花与鹰嘴豆、花生、萝卜间作氮和
磷的养分利用效率分别比单作时低5%、10%、17%
和2%、6%、19%; 棉花和萝卜间作体系中钾的养分
利用效率比单作时低22%。在小麦/大豆的研究结果
中得出, 间作体系中氮、磷、钾的养分利用效率分
别比单作时降低5%~20%、5%~7%、6%~32%[13], 与
本研究结果一致。
在棉花 /洋葱间作中氮和磷的养分利用效率分
别比单作高35%和19%, 棉花/鹰嘴豆与棉花/花生间
作中钾的养分利用效率分别比单作增加64%和15%。
Morris等[14]整理总结了玉米/大豆、玉米/水稻、木薯
/豇豆、木薯/花生、高粱/大豆等间作体系的养分利
用效率变化, 发现间作时磷、钾的养分利用效率比
单作时都增加了。这些结果与本研究结果类似。
3.3 间作优势的作物营养吸收和利用基础
间作体系是否存在优势, 在作物营养方面的基
础主要取决于养分吸收因子、利用因子和交互因子
贡献的大小[14]。本研究中棉花和花生、萝卜、洋葱
间作体系都具有间作优势, 即LER>1。棉花与花生、
萝卜、洋葱间作时氮、磷、钾养分的吸收因子对间
作优势的贡献为正; 尽管这些体系氮的养分利用贡
第 5期 党小燕等: 不同棉花间作模式中作物养分吸收和利用对间作优势的贡献 519


献为负, 但磷的养分利用因子贡献都是正的, 整体
间作优势表现为正。这与小麦/大豆间作中的结果[13]
一致。
棉花/大豆和棉花/线辣椒间作体系没有间作优
势, 即LER<1。棉花/大豆间作时氮的养分吸收因子
贡献是负的, 磷、钾的养分吸收因子贡献都是正的;
氮的养分利用因子贡献是正的, 磷、钾的养分利用
因子贡献是负的。表明在这一体系中, 种间相互作
用降低了体系的氮素吸收量, 但增加了磷、钾的吸
收效率, 相应地氮利用效率增加, 而磷、钾利用效率
下降, 最终导致间作劣势。棉花/线辣椒间作氮、磷、
钾养分的吸收因子贡献都是正的, 但利用因子的贡
献都是负的, 且利用因子的下降超过了吸收因子的
变化, 最终表现为无间作优势。
4 结论
1) 棉花和花生、洋葱、萝卜间作表现为间作优
势。间作产量优势在营养方面的基础主要是由于养
分吸收量的增加, 而不是利用效率的增加, 即吸收
量的贡献大于养分利用效率的贡献。
2) 棉花与大豆或者线辣椒间作, 并没有明显的
间作产量优势。其主要原因是氮、磷、钾吸收没有
明显增加, 甚至有所下降, 其次是养分利用效率也
有所下降。
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