Effects of intercropping soybeans with different root architecture and sweet maize on crop growth and phosphorus uptake
-
摘要:目的
研究不同磷水平下不同根构型大豆与甜玉米间作对作物磷吸收与生长的影响，探究间作体系内根系形态、构型及根际土壤磷有效性等的关系。
方法田间试验于2022年8月在广东省广州市增城区华南农业大学教学试验基地进行。以2个不同根构型的大豆品种‘本地2号’(深根型)和‘粤春03-3’(浅根型)为材料，采用裂区设计，主区为施磷(+P：大豆40 kg·hm−2、甜玉米120 kg· hm−2)和不施磷(−P：大豆0 kg·hm−2、甜玉米0 kg·hm−2) 2种施磷水平，副区为甜玉米单作、‘本地2号’‖甜玉米、‘粤春03-3’‖甜玉米、‘本地2号’单作和‘粤春03-3’单作5种种植模式。测定甜玉米和大豆的产量、生物量、磷吸收量以及根系形态和构型的相关指标，计算间作系统的土地当量比和种间竞争力。
结果无论施磷还是不施磷条件下，间作大豆显著增加甜玉米产量，平均增产33.4%；不施磷条件下，间作大豆显著增加甜玉米生物量，平均增加62.7%。甜玉米和大豆间作具有间作优势，且受施磷水平影响；施磷条件下甜玉米与大豆间作的土地当量比为1.08，而不施磷条件下为1.21。种间竞争力分析表明，间作体系中，甜玉米竞争力显著强于大豆(种间竞争力>0)，这种竞争优势在不施磷条件下更明显。此外，不施磷条件下间作深根型大豆‘本地2号’显著促进甜玉米磷吸收，平均增加40.6%。进一步分析发现，不施磷间作改变深根型大豆细根(直径≤0.5 mm)占比，同时诱导其根系拓宽，并显著提升甜玉米根际土壤有效磷含量。对间作体系内大豆和甜玉米性状的相关性分析发现，甜玉米的生物量与其总根长、大豆根宽和大豆根际土壤有效磷含量呈显著正相关；大豆的生物量与其磷吸收量、总根长、根宽以及根际土壤有效磷含量呈显著正相关，与其细根占比(直径≤0.5 mm)呈显著负相关。
结论不施磷条件下，间作深根型大豆可有效促进甜玉米生长与磷吸收，提高甜玉米产量。研究结果为充分挖掘甜玉米‖大豆间作系统磷素利用潜力、筛选适合间作的大豆品种、实现磷肥减施增效提供了重要理论依据。
Abstract:ObjectiveTo study the effects of intercropping soybeans with different root architecture and sweet maize on crop phosphorus (P) uptake and growth under different P levels, and explore the relationship among root morphology, root architecture, P availability in rhizospheric soil and so on within the intercropping system.
MethodField experiments were conducted in August 2022 at the Teaching and Experimental Base of South China Agricultural University in Zengcheng District, Guangzhou City, Guangdong Province. Two different soybean cultivars, namely ‘Bendi 2’ (deep-rooted genotype) and ‘Yuechun 03-3’ (shallow-rooted genotype) were selected as experimental materials. The field experiment employed a split-plot design, with the main plots comprising two P application levels: With P (+P: 40 kg·hm−2 for soybean, 120 kg·hm−2 for sweet maize) and without P (−P: 0 kg·hm−2 for both soybean and sweet maize). The subplots consisted of five different planting patterns as follows: Sweet maize monocropping, soybean ‘Bendi 2’ ‖ sweet maize, soybean ‘Yuechun 03-3’ ‖ sweet maize, soybean ‘Bendi 2’ monocropping and soybean ‘Yuechun 03-3’ monocropping. The yield, biomass, P uptake, root morphology and architecture of sweet maize and soybean were measured, and the land equivalent ratio (LER) and interspecific competitiveness of the intercropping system were calculated.
ResultIntercropping soybean significantly increased the yield of sweet maize by average of 33.4% under both P levels. Under −P condition, intercropping soybean significantly increased the biomass of sweet maize by average of 62.7%. Intercropping sweet maize and soybean exhibited advantages, influencing by P application levels. Under +P condition, the average LER for intercropped sweet maize and soybean was 1.08, while under −P condition, the average LER increased to 1.21. Interspecific competition analysis indicated that in the intercropping system, sweet maize showed significantly stronger competitiveness than soybean (interspecitic competitiveness > 0). This competitive advantage was more pronounced under −P condition. In addition, intercropping with deep-rooted soybean genotype (‘Bendi 2’) significantly promoted P uptake in sweet maize under −P condition by average of 40.6%. Further analysis revealed that for deep-rooted soybean ‘Bendi 2’, intercropping with sweet maize under −P condition widened its root width, altered the proportion of fine roots (diameter ≤ 0.5 mm), and significantly increased P availability in the rhizosphere of intercropping maize. The correlation analysis of traits of soybean and sweet maize in the intercropping system revealed a significant positive correlation between the biomass of sweet maize and its total root length, root width of soybean, and available P content in the soybean rhizosphere soil. The biomass of soybean showed a significant positive correlation with its P uptake, total root length, root width, and available P content in the rhizosphere soil. However, it exhibited a significant negative correlation with its proportion of fine roots (diameter ≤ 0.5 mm).
ConclusionIntercropping with deep rooting soybean under −P condition can effectively promote the growth and P absorption of sweet maize, and increase its yield. These findings provide important theoretical basis for fully exploring the P utilization potential in the sweet maize‖soybean intercropping system, screening suitable soybean varieties for crop intercropping, and achieving reduced P fertilization rate with increased P use efficiency.
-
Keywords:
- Phosphorus level /
- Intercropping /
- Soybean /
- Sweet maize /
- Root configuration /
- Phosphorus uptake
-
水稻Oryza sativa L．是中国种植面积最大、总产量最多的粮食作物，约 60% 的中国人口以稻米为主食，因此维持水稻生产的稳定是确保中国粮食安全的重大课题[1]。华南地区是我国水稻栽培的主要地区之一，也是我国降水量最多、旱涝频发区之一，雨季(4—9月)持续时间长、雨量大，暴雨多发居全国之最[2-3]，洪涝成为华南地区水稻种植面临的最严重自然灾害，给水稻生产带来极大的损失。近年来，国外气象学者对极端天气事件的时空特征做了一系列研究发现，随着全球气候变暖，极端天气事件频发[4-5]。国内学者指出，近年来中国的极端降水发生频率显著增加，同时具有明显的区域性和季节性的变化趋势[6-8]。对华南地区来说，20世纪90年代以来，前汛期的总降水量显著增加，这与极端降水量、极端降水频率的增加密切相关；后汛期极端降水在1992—1993年发生了明显年代际转折，1993年后发生极端旱涝的情况增加[9-10]。总的来说，全球变暖使得华南地区汛期降水增强，极端降水灾害增加，这将会对华南地区早、晚稻的生产造成严重的危害。
根据降水系统的差异，华南地区雨季分为前汛期和后汛期2个阶段[11-12]，对于前汛期和后汛期降水时空分布特征的研究已成为很多学者研究的热点，也取得很大的进展[13-18]。华南地区早晚稻生育期贯穿整个雨季，雨季降水的时间和空间尺度分析对于水稻旱涝的研究有极为重要的意义，目前国内外气象学者对华南地区降水的研究主要集中在前汛期或后汛期阶段，对于早晚稻不同生育期的降水特征鲜有研究，华南地区水稻不同生育期的降水强度和降水总趋势等一系列问题仍不清楚。本文针对华南地区早稻和晚稻2个阶段，研究早稻和晚稻不同生育期华南地区的降水特征，研究结果可为华南双季稻种植提供决策依据，同时对华南地区双季稻生产和防灾减灾也具有积极意义。
1. 材料与方法
1.1 数据来源
本文所用气象数据来自于国家气候中心的全国730站逐日降水资料，从中提取1960—2008年共49年华南地区(包括广东和广西)47个观测站逐日降水资料。
1.2 方法
对华南区域降水进行多年平均，按照暴雨和极端降水指标分析华南地区早稻和晚稻各生育期间降水和暴雨的时间和空间分布特点。各名词定义如下：1)华南区域：传统的华南区域为广东、广西和海南省(区)，因海南降水特征与广东、广西差异较大[19]，本文中华南区域仅取广东和广西的47个站点进行分析计算；2)雨量定义：有雨日为日降水量≥0 mm，暴雨日数为站点的日降水量≥50 mm以上者；3)生育期：采用官春云[20]对水稻生育期的确定方法，分为秧苗期、分蘖期、拔节孕穗期、抽穗期和结实期5个阶段；4)极端降水指标采用国家气候中心的指标[10]，暴雨日均降水量(mm)=生育期累计暴雨量除以生育期天数，暴雨概率(%)=日降水量大于50 mm的日数与总日数之比，有雨日概率(%)=日降水量大于0 mm的日数与总日数之比，有雨日暴雨概率(%)=日降水量大于50 mm的日数与日降水量大于0 mm的日数之比。
2. 结果与分析
2.1 华南地区早晚稻不同生育期降水量特点
利用47个观测站49年的逐日降水资料，对华南地区降水进行区域平均，计算早稻和晚稻5个生育期各自多年平均的累计降水量，进行排列分布，结果见图1。早稻生育期多年平均的累计降水量为673.5 mm，累计降水量先下降再上升。秧苗期、分蘖期、拔节期和结实期累计降水量均在100.0 mm以上，累计降水量最少的为抽穗期(48.0 mm)，5个生育期累计降水量由多到少排列分别为秧苗期、结实期、分蘖期、拔节期和抽穗期。晚稻5个生育期的总累计降水量(611.5 mm)与早稻相差不大，晚稻生育期累计降水量随时间推移先下降后略有上升，秧苗期累计降水量为早晚稻所有生育期最大，达256.6 mm，分蘖期累计降水量与早稻分蘖期相近，在秧苗期和分蘖期后，生育期累计降水量迅速下降，抽穗期累计降水量为早晚稻所有生育期最小，仅有26.9 mm。
![]()
图 1 早晚稻多年平均各生育期降水量Ⅰ：秧苗期，Ⅱ：分蘖期，Ⅲ：拔节期，Ⅳ：抽穗期，Ⅴ：结实期Figure 1. Average accumulated rainfall of each growth stage of rice from 1960 to 2008Ⅰ: Seedling stage, Ⅱ: Tillering stage, Ⅲ: Jointing stage, Ⅳ: Heading stage, Ⅴ: Seed setting stage在水稻生长过程中，每个生育期的时间长短并不一致，生育期累计降水量无法比较出不同生育期之间降水强弱差异，为此，分别计算了每个生育期的日均降水量(图2)，以体现早晚稻不同生育期间降水强度的差异。
![]()
图 2 早晚稻多年平均各生育期日均降水量Ⅰ：秧苗期，Ⅱ：分蘖期，Ⅲ：拔节期，Ⅳ：抽穗期，Ⅴ：结实期Figure 2. Average daily rainfall of each growth stage of riceⅠ: Seedling stage, Ⅱ: Tillering stage, Ⅲ: Jointing stage, Ⅳ: Heading stage, Ⅴ: Seed setting stage从图2中可见，早稻日均降水量由大到小排列依次为：结实期、拔节期、分蘖期、抽穗期和秧苗期，结实期以8.2 mm居全生育期之首，而累计降水量最大的秧苗期(图1)，其日均降水量则为早稻所有生育期最低(4.1 mm)，低于累计降水量中最少的抽穗期。早稻日均降水量的排列分布表明，早稻秧苗期累计降水大主要是由于秧苗期时间长所导致，其日均降水强度并不大，相反，累计降水量最小的抽穗期，其日均降水强度反而高于秧苗期，只是由于生育期时间短导致累计降水量低。晚稻各生育期的日均降水量由大到小排列则与其累计降水量排列类似(图2)，秧苗期日均降水量居所有生育期之首(8.3 mm)，其次是分蘖期，而随着生育期的后延，各生育期日均降水量下降。
上述分析表明，早稻和晚稻降水总量虽然相差不大，但不同生育期降水特征差异明显。早稻时期，降水强度先下降而在抽穗期后加大；晚稻时期则随时间推移累计降水量和强度先下降后略有升高。早晚稻日均降水量排列表明，降水强度在不同生育期有较大差异，对水稻生产而言，强降水特别是极端降水最容易造成涝害，为更好地了解早晚稻生育期的强降水特别是暴雨降水特征，本文采用了国家气候中心对极端降水的一些指标，分析华南地区早晚稻不同生育期的暴雨特征。
2.2 华南地区早晚稻暴雨特征
本文选用4个国家气候中心发布的极端降水统计指标，即暴雨日均降水量、暴雨概率、有雨日概率以及有雨日暴雨概率，对华南地区早稻和晚稻不同生育期间的暴雨特征进行分析。早稻不同生育期的降水统计指标排列如图3所示。图3a1为早稻各生育期日均暴雨量，从图中可知，早稻暴雨日均降水量随着生育期的后推逐渐增加，结实期暴雨日均降水量最大，累计降水量最大的秧苗期，其日均暴雨降水量在早稻整个生育期最小。暴雨概率(图3b1)和暴雨日均降水量的排列基本一致，早稻秧苗期出现暴雨概率最小，而结实期出现暴雨概率最大。
![]()
图 3 早晚稻生育期间极端降水指标Ⅰ：秧苗期，Ⅱ：分蘖期，Ⅲ：拔节期，Ⅳ：抽穗期，Ⅴ：结实期Figure 3. The extreme rainfall index in the growth period of early and late riceⅠ: Seedling stage, Ⅱ: Tillering stage, Ⅲ: Jointing stage, Ⅳ: Heading stage, Ⅴ: Seed setting stage有雨日概率(图3c1)和有雨日暴雨概率(图3d1)的排列可知，秧苗期降水概率大但有雨日暴雨概率小，相反，抽穗期有雨概率虽不如秧苗期，但其在有雨日出现暴雨的概率是所有生育期最高，暴雨概率大小是导致暴雨日均降水量大小的主要原因，抽穗期的日均暴雨量要远大于秧苗期，暴雨是造成洪涝等主要原因之一，因此在早稻生产过程中，对于洪涝等防治主要在后3个生育期，即拔节期、抽穗期和结实期。
对晚稻的极端降水指标进行排列，发现晚稻各生育期极端降水指标无论是暴雨日均降水量、暴雨概率、有雨日概率，或者是暴雨占有雨日数的比例，基本排列一致(图3a2~3d2)，也与晚稻的累计降水量(图1)和日均降水量(图2)排列图一致，暴雨日均降水量和暴雨概率都是前2个生育期(秧苗期和分蘖期)最大，这说明了在晚稻生育期过程中，暴雨降水多发生于秧苗期和分蘖期(图3a2)，且暴雨是造成2个生育期累计降水量大的原因。而在分蘖期过后，降水强度和日数减少，暴雨日数也迅速减少，导致后3个生育期的累计降水总量下降。晚稻生育期降水特点为：随着生育期推迟，降水强度和降水量迅速下降。因此在晚稻生产过程中，生育期对暴雨的防控则需要放在秧苗期和分蘖期这2个时期。
2.3 华南地区早晚稻降水的空间特征
华南年降水量和暴雨频率为全国之最，降水系统复杂，降水分布不均匀。为了解华南水稻生长过程中不同生育期降水以及暴雨的空间特征，对1960—2008年47个观测站点的早晚稻各生育期累计降水量和暴雨概率分别进行平均，分析其空间分布特征。从图4中可以发现，早稻不同生育期累计降水量空间分布存在明显的区域差异。秧苗期降水大值中心分布在广东省中部的广州和惠州一带，最大累计降水量达280 mm，广西西部百色地区为降水小值中心，累计降水量在80 mm左右；分蘖期累计降水大值中心自两广的西南朝东北方向呈“高–低–高”分布趋势，广西西北桂林、南部沿海玉林、北海一带为两狭长的大值中心，以桂林北部地区累计降水量最大，接近250 mm，；拔节期累计总降水量有所下降，大值中心出现在广东云浮、茂名、湛江地区以及广西贵港、南宁地区，降雨量在160 mm左右；抽穗期累计降水大值由于累计时间缩短而下降，最大值中心位于广西北部一带，降雨量为80 mm；结实期累计降水大值中心主要有2个，分别位于广东湛江和广西北海的沿海地区，以及广西桂林市一带，最大累计降雨量接近秧苗期，达240 mm以上。
![]()
图 4 早稻各生育期降水量空间分布a：秧苗期，b：分蘖期，c：拔节期，d：抽穗期，e：结实期；等值线单位：mm，阴影单位: %Figure 4. The space distribution of accumulated rainfall in each growth period of early ricea: Seedling stage, b: Tillering stage, c: Jointing stage, d: Heading stage, e: Seed setting stage; Contour unit: mm, Shaded unit: %为了解不同生育期暴雨的分布特征，分别计算了49年平均的暴雨概率分布，在图4中以阴影所示。从图4中可以发现，早稻各生育期暴雨概率大的区域与该生育期累计降水大值中心基本重合，说明暴雨对该生育期的降水量累积起到很重要的作用，但早稻5个生育期的暴雨概率大小和范围并不相同，秧苗期的暴雨概率无论从范围还是强度上比较都远小于其他4个生育期，秧苗期后暴雨概率强度和范围都逐渐加大，再次证明了图3所得出的结果，即秧苗期降水频率大但主要以较小强度的降水为主；随着生育期的后延，3个生育期暴雨概率增加，特别生育期较短的抽穗期，其累计总降水量在早稻所有生育期虽然最小，但暴雨强度和范围都远大于累计降水量最大的秧苗期。累计降水和暴雨概率各生育期的空间分布体现出在早稻后3个生育期间，华南地区在进入季风时期后，降水增强，暴雨多发的特点。
“2.2”的分析结果表明，晚稻累计降水量和暴雨日均降水量大值主要集中在水稻生长的前2个生育期，其累计降水量和暴雨频率的空间分布如图5所示。秧苗和分蘖期多年平均的降水大值中心分布比较类似，除秧苗期广西西北部地区有1次大值中心外，2省(区)累计降水量在这2个生育期均呈现出由沿海向内陆逐渐递减的分布，高值区为广西南部沿海–延伸到广东湛江海丰到珠海汕头一带的沿海狭长地带(图5a、5b)，秧苗期的最大中心值可达350 mm，而分蘖期最大中心值在300 mm左右。
![]()
图 5 晚稻各生育期降水量空间分布特征a：秧苗期，b：分蘖期，c：拔节期，d：抽穗期，e：结实期；等值线单位：mm，阴影单位: %Figure 5. The space distribution of accumulated rainfall in each growth period of late ricea: Seedling stage, b: Tillering stage, c: Jointing stage, d: Heading stage, e: Seed setting stage; Contour unit: mm, Shaded unit: %晚稻秧苗期和分蘖期累计降水最大值的中心即从沿海向内陆呈逐渐递减的分布特点，体现出华南地区后汛期雨季特点，而晚稻秧苗期和分蘖期是华南地区后汛期。造成后汛期的主要降水系统为台风，因此，累计降水的大值中心主要位于沿海地区。暴雨的概率大值中心也与降水大值中心吻合，但分蘖期广西的暴雨概率有所减小。进入拔节期后，影响华南地区的台风逐渐减少，晚稻后3个生育期累计降水量也随之大幅度减少，暴雨概率的分布也随着台风减少而迅速下降，但最大累计降水量的中心依然是位于广东和广西的沿海地区。
3. 讨论与结论
本文分析了华南地区早稻和晚稻不同生育期间降水和极端降水的特征，对早稻而言，秧苗期、分蘖期和结实期累计降水量大，其中秧苗期和分蘖期主要为阴雨天气，降水量较小，暴雨日数及暴雨量少，此时应注意保持田间水层深度，防止长时间阴雨天气对稻田水稻的浸泡，这样才有利于增加土壤中氧气，促使根系发育，而分蘖期后，暴雨日数和暴雨量逐渐增加，结实期是水稻籽粒充实的重要时期，此时正好是早稻暴雨频数和暴雨量最大的时期，暴雨对地势低洼地区容易形成水稻田积涝，土壤透气性能差，根系无法呼吸，得不到生长所需的肥力，导致生长缓慢甚至完全停止生长，严重影响水稻收成，此时要做好暴雨预防工作，保持田间土壤不积水，以利于水稻成熟。对晚稻生育过程而言，暴雨及最大累计降水量均出现在前2个生育期，晚稻种植过程中主要受到台风登陆造成的暴雨影响，因此晚稻分蘖期间应关注台风消息，注重分蘖期田间受暴雨后的水层深度维持，才能促进水稻分蘖，提供分蘖成穗率，实现穗多穗大的高产栽培目标。
全球变暖导致极端气候事件发生的频率增加，华南地区为我国降水量最大的区域之一，其极端降水量和频率的增加，将对华南地区的水稻生产产生重要的影响。不同程度的降水对水稻造成的涝害各不相同，暴雨特别是极端的暴雨将会是未来华南水稻种植所面临的最大自然灾害。而暴雨对水稻生产影响一般考虑2种致灾因子：暴雨日数和暴雨雨量，在过往研究涝害对水稻生产的影响中，一般通过淹水试验设置淹水时间和淹水深度进行实现[21-22]。本研究通过对华南地区49年的降水气候特征分析发现，早稻和晚稻不同生育期的降水强度及其空间分布差异很大。以往研究淹水对华南水稻影响的试验中，对不同生育期的淹水时间和深度的设置均无法体现出华南早晚稻降水在各生育期分布不均的特点[23-24]，不能反映出不同级别降水对水稻不同生育期的影响。因此本研究下一步工作将针对不同生育期极端降水特征，根据早晚稻生育期各自的极端降水阈值开展水稻淹水试验，研究不同级别降水对水稻不同生育期的影响。
本文选用广东和广西730个站点49年的降水资料，对华南地区早稻和晚稻各生育期的降水量的特征进行了研究，得到了以下的结论：1)早稻和晚稻生育期累计总降水量均在600 mm以上，早稻累计降水量排列以秧苗期和结实期最大，日均降水量随着生育期后延逐渐增加，最大的日均降水量出现在结实期；晚稻不同生育期累计降水量排列与日均降水量排列一致，随着生育期后延而减少，累计降水量和日均降水量大值均出现在前2个生育期；2)不同生育期极端降水指数排列表明：早稻秧苗期累计降水量大主要是由于其降水概率大而非暴雨概率大所致，早稻后3个生育期暴雨概率增加，是早稻生产过程涝害防控的重点阶段。晚稻各生育期的暴雨特征排列基本与累积降水量的排列顺序一致，秧苗期与分蘖期的暴雨日均雨量、暴雨概率均为所有生育期最大，晚稻生产过程对暴雨的防控主要为秧苗期和分蘖期；3)累积降水量和暴雨概率的空间分布表明：累计降水量和暴雨概率的空间分布不均匀，其最大值中心的空间分布与华南雨季降水系统有密切关系，早晚稻暴雨概率大值中心与华南前汛期的季风系统有关，而晚稻与华南后汛期的台风系统有关，雨量和暴雨概率大值中心多出现在沿海地区。
-
![]()
图 1 大豆、甜玉米间作和单作种植模式
Figure 1. Layouts of soybean, sweet maize intercropping system and monocultures
![]()
图 3 不同根构型大豆与甜玉米间作对作物产量、生物量及磷吸收量的影响
+P：施磷处理，−P：不施磷处理；BD：‘本地2号’，YC：‘粤春03-3’；箱体上不同大写和小写字母分别表示施磷和不施磷条件下不同种植模式之间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 3. Effects of intercropping of soybean with different root architecture and sweet maize on crop yield, biomass and phosphorus uptake
+P: Treatment with phosphate fertilizer, −P: Treatment without phosphate fertilizer; BD: ‘Bendi 2’, YC: ‘Yuechun 03-3’; Different capital and lowercase letters on the boxes indicate significant differences among different planting modes under +P and −P conditions respectively (P<0.05, Duncan’s method)
![]()
图 4 不同根构型大豆与甜玉米间作的间作优势(A)和种间竞争力(B)
+P：施磷处理，−P：不施磷处理；BD：‘本地2号’，YC：‘粤春03-3’
Figure 4. Intercropping advantages (A) and interspecific competitiveness (B) of soybean with different root architecture intercropping with sweet maize
+P: Treatment with phosphate fertilizer, −P: Treatment without phosphate fertilizer; BD: ‘Bendi 2’, YC: ‘Yuechun 03-3 ’
![]()
图 5 不同根构型大豆与甜玉米间作对大豆根宽的影响
+P：施磷处理，−P：不施磷处理；BD：‘本地2号’，YC：‘粤春03-3’；箱体上不同大写和小写字母分别表示施磷和不施磷条件下不同种植模式之间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 5. Effects of intercropping soybean with different root architecture and sweet maize on root width of soybeans
+P: Treatment with phosphate fertilizer, −P: Treatment without phosphate fertilizer; BD: ‘Bendi 2’, YC: ‘Yuechun 03-3’; Different capital and lowercase letters on the boxes indicate significant differences among different planting modes under +P and −P conditions respectively (P<0.05, Duncan’s method)
![]()
图 6 不同根构型大豆与甜玉米间作对植株根系形态的影响
+P：施磷处理，−P：不施磷处理；BD：‘本地2号’，YC：‘粤春03-3’；箱体上不同大写和小写字母分别表示施磷和不施磷条件下不同种植模式之间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 6. Effects of intercropping soybean with different root architecture and sweet maize on root morphology of plants
+P: Treatment with phosphate fertilizer, −P: Treatment without phosphate fertilizer; BD: ‘Bendi 2’, YC: ‘Yuechun 03-3’; Different capital and lowercase letters on the boxes indicate significant differences among different planting modes under +P and −P conditions respectively (P<0.05, Duncan’s method)
![]()
图 7 不同根构型大豆与甜玉米间作对植株根际土壤有效磷含量的影响
+P：施磷处理，−P：不施磷处理；BD：‘本地2号’，YC：‘粤春03-3’；箱体上不同大写和小写字母分别表示施磷和不施磷条件下不同种植模式之间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 7. Effects of intercropping soybean with different root architecture and sweet maize on available phosphorus content in rhizospheric soil of plants
+P: Treatment with phosphate fertilizer, −P: Treatment without phosphate fertilizer; BD: ‘Bendi 2’, YC: ‘Yuechun 03-3’; Different capital and lowercase letters on the boxes indicate significant differences among different planting modes under +P and −P conditions respectively (P<0.05, Duncan’s method)
![]()
图 8 间作大豆和甜玉米表型参数间的相关性分析
1：大豆总生物量，2：大豆总磷吸收量，3：大豆总根长，4：大豆直径≤0.5 mm细根占比，5：大豆根际土壤有效磷含量，6：大豆根宽，7：甜玉米总生物量，8：甜玉米总磷吸收量，9：甜玉米总根长，10：甜玉米直径≤0.5 mm细根占比，11：甜玉米根际土壤有效磷含量；相关系数(R)在图中以不同颜色展示，右侧图例是不同R值的颜色区间，红色表示正相关，蓝色表示负相关；“*”表示在P<0.05水平显著相关(Spearman法)
Figure 8. Correlation analysis of phenotypic parameters in intercropped soybean and sweet maize
1: Total biomass of soybean, 2: Total phosphorus uptake of soybean, 3: Total root length of soybean, 4: Proportion of diameter ≤0.05 mm fine roots to total roots in soybean, 5: Available phosphorus content in soybean rhizospheric soil, 6: Root width of soybean, 7: Total biomass of sweet maize, 8: Total phosphorus uptake of sweet maize, 9: Total root length of sweet maize, 10: Proportion of diameter ≤0.05 mm fine roots to total roots in sweet maize, 11: Available phosphorus content in sweet maize rhizospheric soil; Colors in the heatmap indicate different correlation coefficients (R) and the color interval is shown in the right legend, red indicates positive correlation, blue indicates negative correlation; “*” indicates significant correlation at P<0.05 level (Spearman method)
-
[1] SHEN J, YUAN L, ZHANG J, et al. Phosphorus dynamics: From soil to plant[J]. Plant Physiology, 2011, 156(3): 997-1005. doi: 10.1104/pp.111.175232
[2] 刘瑾, 杨建军. 近三十年农田土壤磷分子形态的研究进展[J]. 土壤学报, 2021, 58(3): 558-567. [3] 赵学强, 潘贤章, 马海艺, 等. 中国酸性土壤利用的科学问题与策略[J]. 土壤学报, 2023, 60(5): 1248-1263. [4] REID J B, TAN Y, GRIFFIN W B, et al. Root system plasticity as a factor in crop breeding for improved nutrient uptake[C]//Agronomy New Zealand. 40th Agronomy Society Conference. Lincoln, 2010, 40: 51-64.
[5] KARLOVA R, BOER D, HAYES S, et al. Root plasticity under abiotic stress[J]. Plant Physiology, 2021, 187(3): 1057-1070. doi: 10.1093/plphys/kiab392
[6] HALING R E, BROWN L K, BENGOUGH A G, et al. Root hairs improve root penetration, root-soil contact, and phosphorus acquisition in soils of different strength[J]. Journal of Experimental Botany, 2013, 64(12): 3711-3721. doi: 10.1093/jxb/ert200
[7] SOUMYA P R, SHARMA S, MEENA M K, et al. Response of diverse bread wheat genotypes in terms of root architectural traits at seedling stage in response to low phosphorus stress[J]. Plant Physiology Reports, 2021, 26(1): 152-161. doi: 10.1007/s40502-020-00540-6
[8] HALING R E, YANG Z, SHADWELL N, et al. Root morphological traits that determine phosphorus-acquisition efficiency and critical external phosphorus requirement in pasture species[J]. Functional Plant Biology, 2016, 43(9): 815-826. doi: 10.1071/FP16037
[9] 刘鹏, 区伟贞, 王金祥, 等. 磷有效性与植物侧根的发生发育[J]. 植物生理学通讯, 2006(3): 395-400. [10] MIGUEL M A, POSTMA J A, LYNCH J P. Phene synergism between root hair length and basal root growth angle for phosphorus acquisition[J]. Plant Physiology, 2015, 167(4): 1430-1439. doi: 10.1104/pp.15.00145
[11] YI K, LI X, CHEN D, et al. Shallower root spatial distribution induced by phosphorus deficiency contributes to topsoil foraging and low phosphorus adaption in sugarcane (Saccharum officinarum L. )[J]. Frontiers in Plant Science, 2022, 12: 797635. doi: 10.3389/fpls.2021.797635
[12] XIA H, ZHAO J, SUN J, et al. Dynamics of root length and distribution and shoot biomass of maize as affected by intercropping with different companion crops and phosphorus application rates[J]. Field Crops Research, 2013, 150: 52-62. doi: 10.1016/j.fcr.2013.05.027
[13] LI L, LIU Y X, LI X F. Intercropping to maximize root-root interactions in agricultural plants: Agronomic aspects[M]//The root systems in sustainable agricultural intensification. 2021: 309-328. doi: 10.1002/9781119525417.ch12.
[14] 覃潇敏, 潘浩男, 肖靖秀, 等. 不同磷水平下玉米−大豆间作系统根系形态变化[J]. 应用生态学报, 2021, 32(9): 3223-3230. [15] AN R, YU R, XING Y, et al. Enhanced phosphorus-fertilizer-use efficiency and sustainable phosphorus management with intercropping[J]. Agronomy for Sustainable Development, 2023, 43(5): 57. doi: 10.1007/s13593-023-00916-6
[16] 雍太文, 刘小明, 宋春, 等. 种植方式对玉米−大豆套作体系中作物产量、养分吸收和种间竞争的影响[J]. 中国生态农业学报, 2015, 23(6): 659-667. [17] 唐劲驰, ISMAEL A M, 佘丽娜, 等. 大豆根构型在玉米/大豆间作系统中的营养作用[J]. 中国农业科学, 2005(6): 1196-1203. [18] 赵静, 付家兵, 廖红, 等. 大豆磷效率应用核心种质的根构型性状评价[J]. 科学通报, 2004, 49(13): 1249-1257. [19] 朱同林, 方素琴, 李志垣, 等. 基于图像重建的根系三维构型定量分析及其在大豆磷吸收研究中的应用[J]. 科学通报, 2006, 51(16): 1885-1893. [20] 郑林生, 刘志强, 陈康, 等. 基因型影响磷镁互作下大豆生长及根瘤和菌根性状[J]. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(9): 1685-1698. [21] BURRIDGE J, JOCHUA C N, BUCKSCH A, et al. Legume shovelomics: High-throughput phenotyping of common bean (Phaseolus vulgaris L.) and cowpea (Vigna unguiculata subsp, unguiculata) root architecture in the field[J]. Field Crops Research, 2016, 192: 21-32.
[22] WALK T C, JARAMILLO R, LYNCH J P. Architectural tradeoffs between adventitious and basal roots for phosphorus acquisition[J]. Plant and Soil, 2006, 279(1/2): 347-366.
[23] AO J, FU J, TIAN J, et al. Genetic variability for root morph-architecture traits and root growth dynamics as related to phosphorus efficiency in soybean[J]. Functional Plant Biology, 2010, 37(4): 304-312. doi: 10.1071/FP09215
[24] 阮文亮, 彭松, 祝晓慧, 等. 减量施氮与间作大豆对甜玉米土壤团聚体及有机碳含量的影响[J]. 四川农业大学学报, 2023, 41(5): 811-819. [25] 白伟, 孙占祥, 郑家明, 等. 东北风沙半干旱区仁用杏作物间作对作物产量和土地生产力的影响[J]. 生态学杂志, 2017, 36(9): 2521-2528. [26] 董宛麟, 张立祯, 于洋, 等. 向日葵和马铃薯间作模式的生产力及水分利用[J]. 农业工程学报, 2012, 28(18): 127-133. [27] YANG W, LI Z, WANG J, et al. Crop yield, nitrogen acquisition and sugarcane quality as affected by interspecific competition and nitrogen application[J]. Field Crops Research, 2013, 146: 44-50. doi: 10.1016/j.fcr.2013.03.008
[28] BARRY K E, MOMMER L, VAN RUIJVEN J, et al. The future of complementarity: Disentangling causes from consequences[J]. Trends in Ecology & Evolution, 2019, 34(2): 167-180.
[29] LI C, HOFFLAND E, KUYPER T W, et al. Syndromes of production in intercropping impact yield gains[J]. Nature Plants, 2020, 6(6): 653-660 doi: 10.1038/s41477-020-0680-9
[30] YU X, XIAO S, YAN T, et al. Interspecific competition as affected by nitrogen application in sweet corn-soybean intercropping system[J]. Agronomy, 2023, 13(9): 2268. doi: 10.3390/agronomy13092268
[31] 刘天学, 张绍芬, 赵霞, 等. 我国玉米主要间作技术研究进展[J]. 河南农业科学, 2008(5): 14-17. [32] BETENCOURT E, DUPUTEL M, COLOMB B, et al. Intercropping promotes the ability of durum wheat and chickpea to increase rhizosphere phosphorus availability in a low P soil[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2012, 46: 181-190. doi: 10.1016/j.soilbio.2011.11.015
[33] TANG X, PLACELLA S A, DAYDÉ F, et al. Phosphorus availability and microbial community in the rhizosphere of intercropped cereal and legume along a P-fertilizer gradient[J]. Plant and Soil, 2016, 407(1/2): 119-134.
[34] BEDOUSSAC L, JUSTES E. The efficiency of a durum wheat-winter pea intercrop to improve yield and wheat grain protein concentration depends on N availability during early growth[J]. Plant and Soil, 2010, 330(1/2): 19-35.
[35] ADAMS A E, BESOZZI E M, SHAHROKHI G, et al. A case for associational resistance: Apparent support for the stress gradient hypothesis varies with study system[J]. Ecology Letters, 2022, 25(1): 202-217. doi: 10.1111/ele.13917
[36] LI L, LI S, SUN J, et al. Diversity enhances agricultural productivity via rhizosphere phosphorus facilitation on phosphorus-deficient soils[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2007, 104(27): 11192-11196. doi: 10.1073/pnas.0704591104
[37] 安迪, 杨令, 王冠达, 等. 磷在土壤中的固定机制和磷肥的高效利用[J]. 化工进展, 2013, 32(8): 1967-1973. [38] HODGE A, BERTA G, DOUSSAN C, et al. Plant root growth, architecture and function[J]. Plant and Soil, 2009, 321(1/2): 153-187.
[39] 任媛媛, 李朝怡, 闫敏飞, 等. 黄土塬区玉米||大豆间作对根系形态的影响[J]. 草业科学, 2021, 38(12): 2449-2459. [40] 李隆. 间套作强化农田生态系统服务功能的研究进展与应用展望[J]. 中国生态农业学报, 2016, 24(4): 403-415. [41] LUO W, NI M, WANG Y, et al. Limited evidence of vertical fine-root segregation in a subtropical forest[J]. New Phytologist, 2021, 231(6): 2308-2318. doi: 10.1111/nph.17546
[42] ZHANG D, LI H, SHEN J. Strategies for root’s foraging and acquiring soil nutrient in high efficiency under intensive cropping systems[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2017, 23(6): 1547-1555.
-
期刊类型引用(1)
1. 胡闻君，陈颖，周园园，邬品中，龚奕杰，王珊，冯均科. 玉米大豆间作试验初步研究. 农业与技术. 2024(24): 33-36 . 
百度学术
其他类型引用(0)
下载:
计量
- 文章访问数: 535
- HTML全文浏览量: 8
- PDF下载量: 28
- 被引次数: 1
