不同豆禾混播比例对植物种间关系及草地生产力的影响_郭川.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0313郭川，赵艳兰，李香君，周冀琼，刘琳，孙飞达，白彦福，马骢毓.不同豆禾混播比例对植物种间关系及草地生产力的影响.草业科学,2022,39(11):2307-2316.GUOC,ZHAOYL,LIXJ,ZHOUJQ,LIUL,SUNFD,BAIYF,MACY.Effectofsowingratiooninterspecificrelationshipsbetweenspeciesandgrasslandproductivityinlegume-grassmixtures.PrataculturalScience,2022,39(11):2307-2316.不同豆禾混播比例对植物种间关系及草地生产力的影响郭川，赵艳兰，李香君，周冀琼，刘琳，孙飞达，白彦福，马骢毓（四川农业大学草业科技学院,四川成都611130）摘要：选取西南山地丘陵区常见的 4 种豆禾牧草鸭茅(Dactylis glomerata)、多年生黑麦草(Lolium perenne)、白三叶(Trifolium repens)、红三叶(T.pratense)，设置 3 个豆禾比例 5:5(L5G5)、4:6(L4G6)、3:7(L3G7)及 4 种草单播(DG、LP、BP、TP)共 7 个处理。通过在 3 和 30cm 土层进行15N 同位素标定，分析不同混播比例下，由不同固氮潜力及根系深度植物构建的混播及单播群落的相对总产量、竞争强度、土地当量比、超产效应、补偿效应、选择效应、植物氮磷含量、固氮量和固氮率的异同，探究混播草地的生产性能及垂直生态位养分吸收策略，揭示高产稳定混播草地的维持机制。结果表明，相较单播，4 种植物混播草地具有明显的超产优势，其中 L5G5处理的地上生物量、相对总产量、土地当量比、超产效应和植物全磷含量最高；混播草地中较高的生产力主要受到补偿效应的影响。相较单播，L5G5混播草地中植物在土层 3cm 的15N 吸收量及豆科固氮量均显著提升(P0.05)，L5G5混播植物在浅层 3cm 土壤的氮素吸收量及豆科的固氮量显著高于在深层 30cm 土壤(P0.05)。本研究为西南地区多年生混播草地生产力提升提供了理论基础及技术支撑。关键词：豆禾混播；超产效应；补偿效应；固氮量；氮磷吸收；生态位；种间竞争文献标志码：A文章编号：1001-0629(2022)11-2307-10Effect of sowing ratio on interspecific relationships between species andgrassland productivity in legume-grass mixturesGUOChuan,ZHAOYanlan,LIXiangjun,ZHOUJiqiong,LIULin,SUNFeida,BAIYanfu,MACongyu(CollegeofGrasslandScienceandTechnology,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,Sichuan,China)Abstract:Inthisstudy,fourcommonlegumesandgrasses,Dactylis glomerata,Lolium perenne,Trifolium repens,andT.pratense,wereselectedtoestablishlegume-grassmixturewiththeirmonoculturesi.e.,DG,LP,BP,andTP,respectively,andthreesowingratios5:5(L5G5),4:6(L4G6),3:7(L3G7);formingatotalofseventreatments.15NwasusedasatracertodeterminetheeffectofAMfungionnutrientuptakefromshallow(3cm)anddeep(30cm)soillayersinbothmixturesandmonoculturetreatments.Therelativeyieldtotal,competitiveintensity,landequivalentratio,overyielding,complementarity,andselectioneffects,plantnitrogenandphosphoruscontent,theamountandrateofnitrogenfixationweredeterminedtoassess the production performance and vertical niche nutrient uptake strategy of legume-grass mixtures,and reveal themaintenance mechanism of high-yield and stable legume-grass mixture.The results showed that,compared withmonocultures,thefourplantspeciesinlegume-grassmixtureshadsignificantoveryieldingadvantage,andtheL5G5treatment收稿日期：2022-04-15接受日期：2022-05-26基金项目：国家自然科学青年基金(31901379)；四川省科技厅应用基础项目(2019YJ0431)第一作者：郭川(2000-)，男，山西阳高人，在读硕士生，研究方向为草地生态生产。E-mail:通信作者：周冀琼(1987-)，女，甘肃武威人，讲师，博士，研究方向为草地管理与生态。E-mail:jiqiong_第39卷第11期草业科学2307-2316Vol.39,No.11PRATACULTURALSCIENCE11/2022http:/hadthegreatestshootbiomass,relativeyieldtotal,landequivalentratio,overyieldingeffect,andplanttotalphosphoruscontent.Thehigherproductivityinthelegume-grassmixtureswasmainlyaffectedbythecomplementarityeffect.Comparedtomonocultures,the15Nuptakeofplantsandtheamountofnitrogenfixationinthelegume-grassmixturesweresignificantlyincreased(P0.05).Thenitrogenabsorptionandfixationamountfromtheshallow3cmsoilweresignificantlyhigherthanthosefromthedeep30cmsoil(P1 时表明物种间在一定程度上避免了部分竞争，发生了某种生态位分离，当 RYT0 时表明物种种间竞争强度大于种内竞争；当 CI1 时表明豆禾混播系统具有混播优势，当 LER0，表明存在超产效应；OV2 强调混播物种成分的差异与超产效应之间的联系，OV20，表明存在超产效应35。1.7.5 多样性关系CE=Nmean(RY)mean(M)；(7)SE=Ncov(RY,M)；(8)DE=CE+SE。(9)式中：CE 表示补偿效应(complementarityeffect)，SE表示选择效应(selectioneffect)，DE 表示多样性效应(diversityeffect)，RY 为混播中各物种实际相对产量(混播中该物种的产量与该物种单播产量的比值)与期望相对产量(混播时占比)的差值，M 为各物种单播时的平均产量，mean 为 M 的平均值，cov为 RY 和 M 的总体协方差，N 为混播草地中的物种数，在本研究中 N=4。当 CE0 时表明群落间存在生态位互补或种间促进作用，CE0 时表明单播高产物种在混播时有较高产量，SE0 时表明群落高产受物种生态位互补作用影响，DE0 时表明群落中多物种竞争导致群落减产16。1.7.6 氮素转移生物固氮率(PN)：PN=(1A%EMlA%EG)100；(10)生物固氮量(WN)：WN=PNYNl。(11)式中：A%EMl为混播中豆科牧草体内15N 的丰度值，A%EG为单播禾草体内15N 的丰度值，YNl为混播中豆科牧草总氮素产量36。1.8 数据分析利用 Excel2019 整理数据，SPSS25.0 分析数据。采用单样本 t 检验法分别比较 RYT、LER 与 1 之间的差异显著性，分别比较 CI、OV1、OV2、CE、SE、DE 与 0 之间的差异显著性；采用独立样本 t 检验分别比较不同土层深度的固氮量和固氮率的差异显著性；采用单因素方差分析统计不同处理间草地生产性能的差异显著性。采用 GraphpadPrism9.3 绘制相关图表。2 结果 2.1 不同比例豆禾混播对草地生产性能和植物氮磷养分的影响L5G5处理的地上生物量最高，显著高于 LP、2310草业科学第39卷http:/BP 和 TP 处理的地上生物量(P0.05)；3 个混播处理间的地上生物量无显著差异(P0.05)(图 1)。3 个混播处理的相对总产量和土地当量均大于 1，其中 L5G5和 L4G6处理的土地当量显著大于 1(P0.05)。3 个混播处理的竞争强度均小于 0，其中 L5G5处理的竞争强度显著小于 0(P0.05)，各混播处理间的竞争强度无显著差异。3 个混播处理的超产效应 1 和超产效应 2 均大于0，其中 L5G5处理的超产效应 1 显著大于 0(P0.05)，各混播处理间的超产效应 1 和超产效应 2 均无显著差异。3 个混播处理间的补偿效应、选择效应、多样性效应均大于 0，其中 L5G5处理的选择效应和多样性效应显著大于 0(P0.05)，而 L5G5处理 的 选 择 效 应 显 著 高 于 L4G6和 L3G7处 理(P0.05)，各种混播处理间的补偿效应和多样性效应均无显著差异(表 2)。3 个混播处理的相对总产量、超产效应 1、超产效应 2 与补偿效应均存在极显著的正相关关系(P 0.01)(图 2)。BP 处理的植物全氮含量最高，显著高于 L5G5、L4G6和 DG 处理(P0.05)，而与 L3G7、LP 和 TP 处理的植物全氮含量无显著差异(P0.05)；3 个混表 2 豆禾混播对草地相对总产量、土地当量比、竞争强度、补偿效应、选择效应、多样性效应和超产效应的影响Table 2 The effect of legume-grass mixtures on relative yield total,land equivalent ratio,competitive intensity,complementarity effect,selection effect,diversity effect and overyielding effect指标ParameterL5G5L4G6L3G7FP相对总产量Relativeyieldtotal1.350.121.230.121.320.180.360.71土地当量比Landequivalentratio1.410.10*1.270.08*1.390.220.270.77竞争强度Competitiveintensity0.330.06*0.240.070.250.090.410.68补偿效应Complementarityeffect2441.71846.881587.47856.832230.431279.501.920.83选择效应Selectioneffect119