不同混播比例对箭筈豌豆+燕...草地土壤氮素替代潜力的影响_窦梓镱.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2021-0762窦梓镱，黎松松，田新春，张晶，郑伟，祁军，陈雪，王宁欣.不同混播比例对箭筈豌豆+燕麦混播草地土壤氮素替代潜力的影响.草业科学,2022,39(11):2424-2433.DOUZY,LISS,TIANXC,ZHANGJ,ZHENGW,QIJ,CHENX,WANGNX.Effectsofdifferentmixedsowingratiosonsoilnitrogensubstitutionpotentialinmixed-sowinggrasslandwithVicia sativa+Avena sativa.PrataculturalScience,2022,39(11):2424-2433.不同混播比例对箭筈豌豆+燕麦混播草地土壤氮素替代潜力的影响窦梓镱1，黎松松1，田新春2，张晶1，郑伟1,3，祁军4，陈雪1，王宁欣1（1.新疆农业大学草业学院,新疆乌鲁木齐830052；2.新疆维吾尔自治区草原总站,新疆乌鲁木齐830049；3.新疆维吾尔自治区草地资源与生态重点实验室,新疆乌鲁木齐830052；4.新疆生产建设兵团第四师农科所,新疆可克达拉836600）摘要：为评估不同混播比例下箭筈豌豆(Vicia sativa)对燕麦(Avena sativa)草地氮素替代潜力的影响，分别以 9 种豆禾混播比例和 5 种施氮水平为试验因素进行单因素随机区组盆栽和田间试验，探究豆禾混播系统的固氮和转氮能力，估测不同混播比例下箭筈豌豆对燕麦草地产量的氮肥替代效果。结果表明：1)箭筈豌豆的转氮率(PNt)和转氮量(WNt)均随豆/禾的增加呈先下降后上升再下降趋势。2)箭筈豌豆固氮酶活性与固氮量、转氮量、转氮率皆呈显著正相关关系，与丛枝菌根真菌(AMF)侵染强度呈显著正相关关系。3)盆栽试验混播箭筈豌豆可代替其 70%以上的氮肥施入量，而小区试验混播 12.5%50%的箭筈豌豆可代替 60%以上的氮肥施入量。4)箭筈豌豆与燕麦混播比例为12.5:87.5、25:75、50:50 时的氮代替潜力显著高于混播比例为 62.5:37.5、75:25 和 87.5:12.5。综合分析表明，12.5:87.5 为豆禾混作系统的最优混播比例，可使氮素替代潜力最大化；各混播比例下豆禾混播生物固氮可代替40.17%104.86%的施氮肥量，具有较高氮替代潜力，可实现豆禾混作草地的减氮增效。关键词：豆禾混播；氮肥替代潜力；混播比例；施氮量；固氮作用；转氮作用文献标志码：A文章编号：1001-0629(2022)11-2424-10Effects of different mixed sowing ratios on soil nitrogen substitution potential inmixed-sowing grassland with Vicia sativa+Avena sativaDOUZiyi1,LISongsong1,TIANXinchun2,ZHANGJing1,ZHENGWei1,3,QIJun4,CHENXue1,WANGNingxin1(1.CollegeofGrasslandScience,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,Xinjiang,China;2.GlasslandstationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumqi830049,Xinjiang,China;3.XinjiangKeyLaboratoryofGrasslandResourcesandEcology,Urumqi830052,Xinjiang,China;4.FourthDivisionInstituteofAgriculturalSciences,XinjiangProductionandConstructionCorps,Kokdala836600,Xinjiang,China)Abstract:WeaimedtodeterminehowdifferentsowingratiosofVicia sativacanreducetheneedfornitrogenapplicationonAvena sativagrassland.Astestfactors,weusedaone-wayrandomizedblockdesignofpotsandfieldswithninedifferentmixedbeanandgrassplantingratiosandfivedifferentnitrogenadministrationamounts.Tocorrectlyevaluatethenitrogensubstitutioneffectofdifferentmixedplantingratiosofarrowpeaontheyieldofoatgrassland,weinvestigatedthenitrogen收稿日期：2021-12-19接受日期：2022-04-20基金项目：新疆维吾尔自治区高校科研计划重点项目(XJEDU2019I013)；“国家绿肥产业技术体系”(CARS-22-Z-18)；国家自然科学基金(32060402)；国家自然科学基金“国家牧草现代产业技术体系”(CARS-34)第一作者：窦梓镱(1998-)，女，新疆昌吉人，在读硕士生，研究方向为饲草学。E-mail:通信作者：郑伟(1978-)，男，湖北武汉人，教授，博士，主要从事草地生态及植物生态的教学和科研工作。E-mail:2424-2433草业科学第39卷第11期11/2022PRATACULTURALSCIENCEVol.39,No.11http:/fixation and transfer capability of the mixed bean-grass planting system.The findings revealed the following:1)Withincreasing mix ratio,both the nitrogen transfer rate(PNt)and amount of nitrogen transfer(WNt)of Vicia sativa firstdecreased,thenincreased,andfinallydecreased.2)Thenitrogenfixation,transfer,andtransferratewereallpositivelycorrelated(P46%)，肥料分两次施入，底肥施 1/3，追肥施 2/3(于燕麦拔节期施入)，施肥方式为沟施(即在行距间开沟将肥料施入其中)，小区播量为 180kghm2，小区面积为 4m4m。共 13 个处理，重复 5 次，共计 65 个小区。2020年 5 月 1 日土壤解冻时进行试验地准备工作，包括翻耕、平整、小区建植等。2020 年 5 月 3 日播种，在燕麦苗期(2020 年 5 月 26 日)和初花期(2020 年 7月 5 日)分别除草。试验期间不灌溉，中耕松土一次，人工除杂草两次。表 1 豆禾混播草地混播比例与播量Table 1 Mixed sowing ratio and quantity oflegume-grass mixtures施氮量Nitrogenquantity/(kghm2)豆禾比例Mixratio播量Sowingquantity/(kghm2)处理Treatment箭筈豌豆Vicia sativa燕麦Avena sativa00:1000180.0CK1N012.5:87.515157.5H1N025:7530135.0H2N037.5:62.545112.5H3N050:506090.0H4N062.5:37.57567.5H5N075:259045.0H6N087.5:12.510522.5H7N0100:01200.0CK2N01000:1000180.0CK1N12000:1000180.0CK1N23000:1000180.0CK1N34000:1000180.0CK1N41.2.2 盆栽控制试验设计盆栽试验塑料花盆长宽深为 70cm45cm30cm，于田间试验小区地取上层030cm 耕层土壤填充至低于花盆边缘 2cm 左右处，将花盆放置自然环境下。试验处理设置与小区试验一致(表 2)，共13 个处理，每个处理 5 个重复，总计 65 盆。每个花盆播种两行，行距 20cm，中耕一次，除草两次。牧草生长旺期分两次(一周之内)均匀施入标记(15NH4)2SO4，将肥料与细沙以 1:10 混匀后施入，轻灌以促进肥料均匀下渗，每个花盆共施入 0.315g。1.3 测定项目与方法牧草产量：在牧草开花盛期时在各小区取 1m1m 的样方，3 次重复，齐地面刈割，留茬高度 5cm。带回室内于 65 下恒温烘干至衡重，分别称量记录各物种干重。单位面积增产量：以牧草产量与其对应混播比的比值与单播牧草产量的差值测度。氮替代潜力：量化基于燕麦实测草产量，以单作燕麦模式下传统施氮量的实测草产量为对照，计算混播箭筈豌豆模式下的理论氮肥替代潜力21，计算公式如下：PRN=Hi/N。式中：PRN 为混播箭筈豌豆可替代的氮肥潜力；Hi为混播箭筈豌豆模式下某一混播比例下的燕麦草产量；N 为单作燕麦传统施氮量下的草产量。牧草样品氮丰度测定：将收获牧草样品放入65 烘箱中烘干至恒重，剪碎后，经球磨仪粉碎后过 0.124mm 筛制成待测样品。采用 DeltaVAdvantage气体稳定同位素质谱仪(ThermoFinnigan,German)测定牧草样品氮丰度。利用生物固氮率(percentageofnitrogenderivedfromair,PN)、生物固氮量(amountofnitrogenderivedfromair,WN)和转氮率(percentageofnitrogenderivedfromlegumes,PNt)、转氮量(amountofnitrogenderivedfromlegumes,WNt)测定混播草地的氮素利用效率22，总计算公式为：PN=(1A%EMlA%EG)100%；WN=PNYNl。PNt=(1A%EMGA%EG)100%；WNt=PNtYNg。式中：A%EMl为混播系统豆科牧草内15N 丰度，A%EG为单播系统禾草内15N 丰度，A%EMG为混播系统禾草内15N 丰度，YNl为混播系统豆科牧草总氮素产2426草业科学第39卷http:/量，YNg为混播系统禾草总氮素产量。固氮酶活性：使用植物固氮酶和细菌固氮酶ELISA 试剂盒23-24与酶标仪进行测定。试剂盒采用双抗体酶联免疫吸附测定试验(ELISA)。根瘤数和根瘤重：挑选植物根系样品中带有完整无损根瘤的 5 株豆科牧草根系，记录根瘤数、根瘤鲜重(把整株牧草根系放置于干净白纸上，把附着于植株根系上的土粒轻轻抖落，收集抖落的根瘤及带有根瘤的根，用 0.150mm 尼龙网清洗后记录可见根瘤数)。菌根侵染率和侵染强度：将洗净的粗细合适的根系剪成 1cm 左右的根段放于 100mL 的烧杯中，加入 10%KOH 溶液于 90 的水浴锅中染色 4560min。后弃去碱液，用清水洗 35 次(晾至室温后再冲洗)，另加入 2%盐酸在室温下进行酸化约5min。将 0.05%曲利苯蓝加入 90 水浴锅中染色30min。去除曲利苯蓝后与溶液后用自来水冲洗，加入 1:1:1 乳酸甘油溶液在室温下脱色 24h。用镊子夹取 15 条排列在载玻片上，每个样 30 条 2 个片，显微镜镜检(1010)。参照 Trouvelot 等对于菌根定植评分等级方法进行等级确定。后将观测值代入计算即可得出相关菌根侵染度值25：根系中的菌根侵染率=有菌根根段数/总根段数100%。根系中的菌根侵染强度=95%(侵染率 90%以上根段数)