新疆昭蘇地區(qū)混播箭筈豌豆和施氮處理下燕麥草地的氮產(chǎn)量

黎松松，于 輝，王寧欣，夏樹淼，朱亞瓊，陳 雪，鄭 偉,2

（1. 新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆維吾爾自治區(qū)草地資源與生態(tài)重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830052）

燕麥(Avena sativa)是一年生禾本科燕麥屬植物，具有產(chǎn)量高、飼用品質(zhì)優(yōu)良的特點，是典型的糧飼兼用型作物[1]。箭筈豌豆(Vicia sativa)是一年生或越年生豆科作物，同時也是優(yōu)良的綠肥作物[2]。燕麥+箭筈豌豆型混播草地在高寒地區(qū)[3-4]、山地冷涼地區(qū)[5]以及農(nóng)牧交錯帶[6]被廣泛應用，一方面是因為燕麥和箭筈豌豆均具有耐寒的特性適合在高山冷涼地區(qū)種植；另一方面是因為燕麥與箭筈豌豆混播后可以彌補燕麥營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量低的不足[7]。前人已經(jīng)從生產(chǎn)性能[8]、經(jīng)濟效益[9]以及生態(tài)效益[10-11]等方面論證了燕麥+箭筈豌豆型混播草地的生產(chǎn)和生態(tài)優(yōu)勢。朱亞瓊等[12]從地上和地下兩個方面，以群體結(jié)構(gòu)作為切入點測度了燕麥+箭筈豌豆型混播草地混播優(yōu)勢產(chǎn)生的原因，從地上因素來看混播之后改善了兩種牧草功能葉片的光資源利用效率，優(yōu)化了種間競爭格局；從地下因素來看由于混播牧草根系生態(tài)位的差異形成了養(yǎng)分利用優(yōu)勢，綜合來看地下因素對混播優(yōu)勢的相對貢獻率要大于地上因素。在玉米(Zea mays) || 蠶豆(Vicia faba)間作系統(tǒng)中，也報道了間作優(yōu)勢的產(chǎn)生是由于作物地下部根系生態(tài)位時空互補和根際過程促進作物養(yǎng)分高效吸收利用的結(jié)果[13-14]。也有學者認為間播或混播系統(tǒng)生產(chǎn)力的提升(間播或混播優(yōu)勢)取決于系統(tǒng)種間關(guān)系[15]，研究表明：在混播草地中禾草和豆科牧草之間是互利共生還是互相抑制主要取決于豆禾的初始混播密度，而混播比例對混播系統(tǒng)初始種群密度有顯著影響(P< 0.05)，進而影響混播系統(tǒng)生產(chǎn)力及種間關(guān)系[16]。從豆禾混播系統(tǒng)生物固氮的角度來看，混播系統(tǒng)中豆科牧草比例過高會導致混播群落中禾草植物數(shù)量過低，從而限制禾本科牧草對氮素的吸收，進而抑制了豆科植物固氮[17]。然而，這一結(jié)論無法解釋低豆禾比例下豆科植物生物固氮率同樣下降的原因[18]。因此，豆禾混播牧草由混播比例調(diào)控的種間競爭關(guān)系對地下氮素固定、轉(zhuǎn)移和吸收的影響還存在爭議。

氮是作物生長必需的元素，對作物產(chǎn)量的貢獻率在40%～50%[19]，但是氮肥使用過量，一方面會使氮肥利用率降低[20]，增加生產(chǎn)成本；另一方面大量氮素釋放到環(huán)境中，導致了土壤板結(jié)和(或)酸化[21]、水體富營養(yǎng)化[22]和溫室氣體排放[22]等一系列嚴重的環(huán)境問題。因此，提高植物氮素利用效率，合理施用氮肥或發(fā)展綠色草牧業(yè)顯得尤為迫切。從豆禾混播系統(tǒng)中各物種對氮素的利用效率來講，將禾草和豆科牧草間播或混播后，能夠促進豆科牧草固氮效率的提高[23]，這是因為豆科+禾本科牧草間播或混播后，禾本科牧草吸收了豆科牧草根域內(nèi)的有效氮，減緩了“氮阻遏”效應對豆科牧草固氮效率的影響[24]。對于整個間播或混播體系來說，豆科牧草的加入，還可提高整個體系的氮素養(yǎng)分利用效率，朱亞瓊等[25]從豆禾混播草地，物種組成及群體空間結(jié)構(gòu)的角度分析發(fā)現(xiàn)，與單播相比，各混播組合顯著提高了牧草產(chǎn)量、氮產(chǎn)量和氮素利用效率(P< 0.05)。Malhi 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，與單播雀麥(Bromus inermis)草地相比，雀麥+苜蓿(Medicago sativa)混播可以節(jié)省相當于約100 kg·hm?2或更多的氮肥，而不會對牧草產(chǎn)量、牧草質(zhì)量或凈收益產(chǎn)生任何不利影響。也有學者在大豆(Glycine max) || 玉米間作系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，在減量施氮的情況下玉米產(chǎn)量顯著高于單播(P<0.05)，氮素利用效率也得到提高[27]，間作同時還促進了作物對土壤中其他(磷)養(yǎng)分的吸收，削弱了地表徑流對土壤有效養(yǎng)分的遷移[28]。因此，合理的豆禾間播或混播體系可達到減肥(氮肥)、增效(降低投入)、低耗(低氮素釋放)的目的，即在單播禾草草地獲得相同氮產(chǎn)量的情況下，混播豆科牧草可以部分或全部代替氮肥，緩解草牧業(yè)和種植業(yè)對氮肥的依賴性，在提高經(jīng)濟效益的同時也兼顧了生態(tài)效益。目前有關(guān)燕麥+箭筈豌豆型混播草地在產(chǎn)量優(yōu)勢、營養(yǎng)品質(zhì)以及地力提升方面做了大量研究[6,8-9]，關(guān)于豆禾間播或混播體系氮素養(yǎng)分利用的研究主要集中在系統(tǒng)中生物固氮作用以及氮素轉(zhuǎn)移的影響[12,18,25,28]，少有對于不同種間競爭格局下豆禾間播或混播體系生物固氮的貢獻研究[12,25]，這不利于生產(chǎn)實踐中科學合理地指導氮素的使用。因此，本研究以燕麥+箭筈豌豆混播草地為研究對象，通過分析不同混播比例和施氮水平下牧草產(chǎn)量、氮產(chǎn)量和種間競爭格局，從種間競爭格局的角度闡述不同豆科牧草比例下混播箭筈豌豆對燕麥草地氮產(chǎn)量的貢獻以及減氮潛力的評估，為優(yōu)化燕麥+箭筈豌豆混播草地氮肥管理方式提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地點位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州昭蘇縣的77 團農(nóng)業(yè)發(fā)展中心的試驗地(80.90° - 81.94° E, 42.89° - 43.01° N)，海拔1 800 m，屬溫帶大陸性半干旱氣候。根據(jù)國家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)(站點號51437)，2001 - 2018 年，研究區(qū)年均溫4.28 ℃，最熱月(7 月)均溫16.01 ℃，最冷月(1 月)均溫-10.49 ℃，年最高溫均值為31.45 ℃，年最低溫均值為-25.65 ℃，年均降水量535.24 mm，生長季(5 月 - 10 月)降水量均值為413.09 mm，占年降水量的77.18%。積雪期158 d，積雪厚度20～60 cm，無霜期85～100 d，全年日照時長2 499.53 h。土壤類型為黑鈣土，土壤有機質(zhì)含量為12.63%～13.89%, 全氮、全磷、全鉀含量分別為6.27、1.12 和12.20 g·kg?1, 堿解氮、有效磷、有效鉀含量分別為353.20、31.47 和473.58 mg·kg?1。

1.2 試驗設(shè)計

將本研究的供試材料燕麥(G) 和箭筈豌豆(L)進行大田試驗，燕麥為隴燕2 號，箭筈豌豆為正在培育的新品系(軍昭1 號)。采用雙因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計，A 因素為施氮量，分別為不施氮(N0) 、低氮(20 g·m?2, N20)和高氮(40 g·m?2, N40)，施氮水平參考了王高峰的研究成果[29]；B 因素為禾豆混播比例，分別 為100 ∶ 0、75 ∶ 25、50 ∶ 50、25 ∶ 75 和0 ∶ 100，混 播比例按種子占單播重量的實際用價來計算，混播與單播密度相同；共15 個處理，每個處理4 個重復，共計60 個小區(qū)(表1)。

表1 豆禾混播草地的混播比例及各組分播量Table 1 Mixed sowing ratios and sowing quantity of legume-grass mixtures

小區(qū)面積20 m2(4 m × 5 m)。種植模式為異行混播(一行燕麥緊接著一行箭筈豌豆進行條播)，行距25 cm。2019 年4 月下旬土壤解凍后進行試驗地的翻耕、平整以及布置小區(qū)等工作，2019 年5 月1 日播種，肥料作為底肥一次性施入，栽培期間不施追肥，中耕1 次，除草2 次。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 混播優(yōu)勢的測度

于燕麥開花盛期(2019 年7 月15 日左右，箭筈豌豆結(jié)頰期) 在每小區(qū)隨機取1 個1 m × 1 m 的樣方，齊地面刈割，65 ℃下恒溫烘干至衡重，分種稱重，計算產(chǎn)量。

牧草氮產(chǎn)量的測定：將烘干樣品帶回室內(nèi)，粉碎過0.425 mm 篩后采用H2SO4-H2O2消煮，再利用ZDDN-Ⅱ型凱式定氮儀(中國)測定牧草樣品的粗蛋白含量。并根據(jù)牧草產(chǎn)量換算成粗蛋白產(chǎn)量，參見楊勝[30]的方法折算成牧草氮產(chǎn)量。

利用土地當量比(land equivalent ratio, LER)[31]和牧草產(chǎn)量衡量混播優(yōu)勢，混播優(yōu)勢被定義為當混播牧草種植在一起時，一種牧草改善了與之混播牧草的生境并對其生長和發(fā)育產(chǎn)生積極的影響(即種間促進作用 > 競爭作用)[31]。

式中：LERG和LERL分別為燕麥和箭筈豌豆的土地當量比；YIG為混播時燕麥的草產(chǎn)量；YMG為單播時燕麥的草產(chǎn)量；YIL為混播時箭筈豌豆的草產(chǎn)量；YML為單播時箭筈豌豆的草產(chǎn)量。

1.3.2 種間競爭格局的測度

利用相對擁擠效率(relative crowding coefficient,K)[31]、競爭率(N competitive ratio, NCR)[32]和相對產(chǎn)量(relative yield, RY)[33]來測度種間競爭關(guān)系。

式中：KG和KL分別代表燕麥和箭筈豌豆的擁擠交效率，ZG和ZL分別代表燕麥和箭筈豌豆混播時各自所占比例，NCRG和NCRL別代表燕麥和箭筈豌豆的競爭率，NLERG和NLEGL分別代表燕麥和箭筈豌豆的氮素土地當量比，RYG和RYL分別代表燕麥和箭筈豌豆的相對產(chǎn)量。

1.3.3 混播箭筈豌豆對燕麥草地氮產(chǎn)量貢獻模型的構(gòu)建

將混播系統(tǒng)牧草氮產(chǎn)量與氮水平(施氮量)的關(guān)系進行擬合，明確單播燕麥(100 ∶ 0)氮產(chǎn)量的最大值[26]，然后將單播燕麥氮產(chǎn)量的最大值帶入混播牧草氮產(chǎn)量與氮水平的函數(shù)關(guān)系中獲取相應的氮水平(施氮量)，將其定義為K，用于計算減氮潛力[34]。將基礎(chǔ)地力定義為單播燕麥不施肥時的氮產(chǎn)量。

式中：N-MNY代表不施肥處理下單播(燕麥)草地的氮產(chǎn)量；N-INY代表不施肥處理下混播草地的氮產(chǎn)量；Ni-INY代表施氮處理下單播（燕麥）草地的最大氮產(chǎn)量；Ni-MNY代表施氮處理下混播草地的最大氮產(chǎn)量；K代表單播燕麥氮產(chǎn)量的最大值帶入混播牧草氮產(chǎn)量與氮水平的函數(shù)關(guān)系中所對應的氮水平；Ni代表單播燕麥氮產(chǎn)量最大值所對應的氮水平。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進行初步整理和常規(guī)計算，再利用SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計分析，即一般線性模型對數(shù)據(jù)進行方差分析(Two-way ANOVA)，統(tǒng)計完成后用Origin 8.0 制圖。采用q 檢驗法(student-Newman-Keuls, SNK)和最小差異顯著法(leastsignificant difference, LSD)對產(chǎn)量、氮產(chǎn)量、種間競爭關(guān)系進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 混播方式與施氮量對牧草產(chǎn)量、氮產(chǎn)量的影響

隨著施氮水平的增加燕麥產(chǎn)量和燕麥氮產(chǎn)量、總產(chǎn)量和總氮產(chǎn)量顯著增加(P< 0.05) (表2)；N0與N20的箭筈豌豆產(chǎn)量差異不顯著(P> 0.05)，但二者均顯著高于N40(P< 0.05)；N0的箭筈豌豆氮產(chǎn)量顯著高于N20(P< 0.05)，但與N40差異不顯著(P> 0.05)。從混播比例來看，燕麥產(chǎn)量及其氮產(chǎn)量隨著燕麥混播比例的減少而降低，而箭筈豌豆的產(chǎn)量及其氮產(chǎn)量隨著燕麥混播比例的減少而顯著增加(P< 0.05)。在N0水平下，牧草總產(chǎn)量隨著燕麥混播比例的減少而降低；在N20水平下，禾豆混播比75 ∶ 25、25 ∶ 75的牧草總產(chǎn)量顯著高于禾豆混播比50 ∶ 50 和0 ∶ 100(P< 0.05)，與燕麥單播(100 ∶ 0)之間差異不顯著(P>0.05)；在N40水平下，燕麥單播(100 ∶ 0)與禾豆混播比75 ∶ 25、25 ∶ 75 的牧草總產(chǎn)量差異不顯著(P> 0.05)，顯 著 高 于 禾 豆 混 播 比50 ∶ 50 和0 ∶ 100 (P< 0.05)。在N0水平下，各處理總氮產(chǎn)量差異不顯著(P> 0.05)；在N20水平下，禾豆混播比75 ∶ 25、25 ∶ 75 的總氮產(chǎn)量顯著高于燕麥單播(100 ∶ 0) (P< 0.05)，但與其他處理間差異不顯著(P> 0.05)；在N40水平下，禾豆混播比25 ∶ 75 的總氮產(chǎn)量顯著高于禾豆混播比75 ∶ 25、100 ∶ 0 和0 ∶ 100 (P< 0.05)。除箭筈豌豆氮產(chǎn)量外，混播比例、施氮水平和二者的交互效應對混播草地牧草產(chǎn)量、各組分產(chǎn)量及氮產(chǎn)量影響顯著(P< 0.05)或極顯著(P< 0.01)。

表2 不同氮水平和混播比例對混播草地牧草產(chǎn)量、氮產(chǎn)量影響Table 2 The effects of different nitrogen levels and mixing ratios on the forage yield and nitrogen yield of mixed grassland

2.2 混播方式與施氮量對混播優(yōu)勢和種間競爭格局的影響

不同施氮水平下燕麥和箭筈豌豆的總土地當量比差異不顯著(P> 0.05) (表3)，但均大于1；在N0水平下，隨著燕麥的混播比例減少，箭筈豌豆的土地當量比呈增加趨勢，而燕麥的土地當量比呈下降趨勢，N20和N40下也表現(xiàn)出相似的規(guī)律。不同施氮水平下，箭筈豌豆的氮素競爭率、擁擠率以及相對產(chǎn)量均隨著氮水平的增加而減??；而燕麥的擁擠率以及相對產(chǎn)量均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，氮素競爭率呈逐漸增加的趨勢。在N0水平下，燕麥的氮素競爭率和擁擠率均隨燕麥混播比例的減少而減少，禾豆混播比75 ∶ 25 的燕麥相對產(chǎn)量顯著高于禾豆混播比50 ∶ 50和25 ∶ 75 (P< 0.05)；箭筈豌豆的氮素競爭率、擁擠率隨燕麥混播比例的減少而增加；禾豆混播比50 ∶ 50 的箭筈豌豆相對產(chǎn)量顯著高于其他混播比例(P< 0.05)。在N20水平下，禾豆混播比75 ∶ 25 的燕麥擁擠率顯著高于禾豆混播比50 ∶50 和25 ∶ 75 的(P< 0.05)；禾 豆 混 播 比50 ∶ 50 的 燕麥氮素競爭率顯著高于禾豆混播比25 ∶ 75 的(P<0.05)，但 與 禾 豆 混 播 比75 ∶ 25 的 無 顯 著 差 異(P>0.05)；禾豆混播比25 ∶ 75 的燕麥相對產(chǎn)量顯著高于禾豆混播比50 ∶ 50 和75 ∶ 25的(P< 0.05)。在N20水平下，禾豆混播比75 ∶ 25 和50 ∶ 50 的燕麥氮素競爭率顯著高于25 ∶ 75 (P< 0.05)；禾豆混播比75 ∶ 25 的燕麥相對產(chǎn)量顯著高于其他混播比例(P< 0.05)，而箭筈豌豆則相反。在N40條件下，禾豆混播比75 ∶25 的燕麥擁擠率顯著高于禾豆混播比50 ∶ 50 和25 ∶ 75 的(P< 0.05)；禾豆混播比50 ∶ 50 的燕麥氮素競爭率顯著高于其他混播比例(P< 0.05)；禾豆混播比25 ∶ 75 的燕麥相對產(chǎn)量顯著高于其他混播比例(P< 0.05)；箭筈豌豆的擁擠率隨箭筈豌豆混播比例的增加而增加，氮素競爭率和相對產(chǎn)量隨箭筈豌豆混播比例變化的規(guī)律性不強。

表3 不同氮水平和混播比例對混播草地牧草產(chǎn)量、氮產(chǎn)量影響Table 3 The effects of different nitrogen levels and mixing ratios on the forage yield and nitrogen yield of mixed grassland

2.3 混播草地產(chǎn)量、氮產(chǎn)量與種間競爭格局的關(guān)系

通過對燕麥 + 箭筈豌豆混播系統(tǒng)產(chǎn)量、氮產(chǎn)量與種間關(guān)系進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(表4)：燕麥和箭筈豌豆的產(chǎn)量、燕麥和箭筈豌豆的氮產(chǎn)量、總產(chǎn)量、總氮產(chǎn)量與燕麥土地當量比和土地當量比總和呈正相關(guān)關(guān)系(P> 0.05)，與箭筈豌豆土地當量比呈負相關(guān)關(guān)系(P> 0.05)；燕麥和箭筈豌豆的產(chǎn)量、燕麥和箭筈豌豆的氮產(chǎn)量、總產(chǎn)量、總氮產(chǎn)量與燕麥的氮素競爭率呈正相關(guān)關(guān)系(P> 0.05)，但燕麥產(chǎn)量和氮產(chǎn)量與箭筈豌豆氮素競爭率呈極顯著負相關(guān)關(guān)系(P< 0.01)，總產(chǎn)量與箭筈豌豆氮素競爭率呈顯著的負相關(guān)關(guān)系(P< 0.05)；燕麥產(chǎn)量和氮產(chǎn)量與箭筈豌豆的擁擠率呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P< 0.05)，燕麥的氮產(chǎn)量與燕麥相對產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，燕麥氮產(chǎn)量、箭筈豌豆產(chǎn)量和氮產(chǎn)量與箭筈豌豆的相對產(chǎn)量呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P< 0.05)。

表4 燕麥+ 箭筈豌豆混播草地產(chǎn)量、氮產(chǎn)量與混播優(yōu)勢、種間競爭關(guān)系的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between yield, N yield, and interspecific competition; mixed sowing pattern advantage of mixed grassland with Avena sativa + Vicia sativa

2.4 混播對燕麥+箭筈豌豆混播草地氮產(chǎn)量的貢獻

燕麥單播(100 ∶ 0)與禾豆混播比75 ∶ 25、50 ∶ 50和25 ∶ 75 的燕麥氮產(chǎn)量均隨著施氮水平的增加呈線性增加趨勢，且禾豆混播的燕麥氮產(chǎn)量高于單播燕麥(100 ∶ 0) 的(圖1)。將禾豆混播和增施氮肥對燕麥氮產(chǎn)量的貢獻分為四部分，分別是土壤基礎(chǔ)地力貢獻、混播箭筈豌豆的貢獻、單施氮肥的貢獻以及混播箭筈豌豆的促進效果。土壤基礎(chǔ)地力對燕麥氮產(chǎn)量的貢獻為6.41 g·m?2，占燕麥氮產(chǎn)量(不同施氮水平的均值)的94.94%；混播箭筈豌豆對燕麥氮產(chǎn)量的貢獻為0.45～1.28 g·m?2，占燕麥氮產(chǎn)量(不同施氮水平的均值)的12.13%；單施氮肥對燕麥氮產(chǎn)量的貢獻為10.52 g·m?2，占燕麥氮產(chǎn)量(不同施氮水平的均值)的51.72%；混播箭筈豌豆促進效果可達到1.40～3.75 g·m?2，占燕麥氮產(chǎn)量(不同施氮水平的均值)的52.56%?；觳ゼQ豌豆的減氮潛力在33.65%～45.15% (表5)。

表5 混播箭筈豌豆對燕麥氮產(chǎn)量的貢獻模型Table 5 Contribution model of mixed planting Vicia sativa to nitrogen yield of Avena sativa population

圖1 混播箭筈豌豆對燕麥氮產(chǎn)量的貢獻模型Figure 1 Contribution model of mixed planting Vicia sativa to nitrogen yield of Avena sativa population

3 討論

在高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的前提下，禾豆混播系統(tǒng)因其生物固氮[11-12]、土壤磷的活化[14]及土壤養(yǎng)分利用效率高[20,35]等特點可以有效緩解大量施用化肥帶來的環(huán)境問題，提高農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性，被認為是未來有機農(nóng)業(yè)和高效替代農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展模式[35]。在草牧業(yè)生產(chǎn)實踐中，利用豆科牧草與非豆科牧草混播減少氮肥施入也是可行的， 如Nyfeler 等[36]發(fā)現(xiàn)混播50%～70% 的豆科牧草同時施氮50 kg·(hm2·a)?1獲得的混播牧草總產(chǎn)量與施氮450 kg·(hm2·a)?1禾草單播產(chǎn)量相當；Malhi 等[26]也發(fā)現(xiàn)了相似的規(guī)律。本研究發(fā)現(xiàn)，禾豆混播后，僅N0條件下，除禾豆混播比例為50 ∶ 50 外，其他禾豆混播比例處理土地當量比均大于1，可獲得混播優(yōu)勢，施氮水平對土地當量比影響較?。谎帑湲a(chǎn)量和燕麥氮產(chǎn)量隨著施氮水平的增加而顯著增加，箭筈豌豆產(chǎn)量及其氮產(chǎn)量隨施氮水平的增加無明顯變化。張海星等[37]在青貯玉米||秣食豆(Glycine max)或拉巴豆(Dolichos lablab)系統(tǒng)中也發(fā)現(xiàn)了施氮處理相較于不施氮處理顯著增加了青貯玉米的干物質(zhì)產(chǎn)量、氮含量以及氮素吸收量，這可能是因為一方面燕麥對氮素養(yǎng)分的競爭要強于箭筈豌豆[38]，另一方面箭筈豌豆是一種攀援型匍匐植物增加了間作系統(tǒng)的土壤覆蓋度，降低了土壤水分的蒸發(fā)速率從而提高氮肥利用效率，促進了間作系統(tǒng)生產(chǎn)力的的提升[37,39]。在不施氮(N0)和低氮(N20)條件下，禾豆比75 ∶ 25 的燕麥產(chǎn)量、燕麥氮產(chǎn)量和土地當量比較高，說明在此土壤氮素養(yǎng)分條件下，豆科牧草的加入使燕麥增產(chǎn)，起到代替部分氮肥的功能，同時在玉米|| 花生(Arachis hypogaea)間作系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，玉米積極的邊行效應可以強化花生的生物固氮效率，從而表現(xiàn)出顯著的氮吸收優(yōu)勢[40]，然而在燕麥+箭筈豌豆混播系統(tǒng)中仍需要進一步研究探明其原因。在高氮(N40) 水平下，單播(燕麥)產(chǎn)量要高于燕麥+箭筈豌豆混播系統(tǒng)牧草總產(chǎn)量，說明土壤氮素養(yǎng)分較為充足時，豆禾混播沒有起到增產(chǎn)的作用。從燕麥氮產(chǎn)量來看，在3 個氮水平上表現(xiàn)為禾豆混播(N20的禾豆比75 ∶ 25，N40的禾豆比25 ∶ 75) 系統(tǒng)總氮產(chǎn)量顯著高于燕麥單播處理，這也可能是由于混播比例影響了群落中植物生物量的分配，減小了種間競爭作用導致了氮素的積累[41]。通過對燕麥氮產(chǎn)量的貢獻模型的研究發(fā)現(xiàn)，混播箭筈豌豆可以提高系統(tǒng)的燕麥氮產(chǎn)量，且減氮潛力在33.65%～45.15%。這可能是由于燕麥是混播系統(tǒng)中的優(yōu)勢競爭者，是混播優(yōu)勢(產(chǎn)量)的主要貢獻者[12]，箭筈豌豆雖然在種間競爭中處于劣勢地位，但其自身生物固氮特性使其成為氮產(chǎn)量優(yōu)勢的主要貢獻者，決定了混播系統(tǒng)的減氮潛力。

雖然禾豆混播系統(tǒng)可以促進系統(tǒng)生產(chǎn)力的提升已經(jīng)得到普遍證實，但機理仍有爭議，有的學者認為生態(tài)系統(tǒng)中種間關(guān)系決定了生產(chǎn)力的提升[15]，有的學者認為土壤養(yǎng)分狀況影響種間關(guān)系[42-43]，而Grime[44]則認為種間關(guān)系不受土壤養(yǎng)分狀況的限制。任家兵等[45]發(fā)現(xiàn)小麥(Triticum aestivum)|| 蠶豆間作體系的產(chǎn)量優(yōu)勢是通過降低種間競爭強度，維持種間互補作用，穩(wěn)定間作系統(tǒng)中小麥的競爭優(yōu)勢地位實現(xiàn)的。但是，朱亞瓊等[12]分析了燕麥+箭筈豌豆混播系統(tǒng)產(chǎn)生混播優(yōu)勢的機理，發(fā)現(xiàn)地下養(yǎng)分互作產(chǎn)生的混播優(yōu)勢要遠高于地上部光資源利用效率；Li 等[46-47]研究發(fā)現(xiàn)蠶豆||玉米后間作優(yōu)勢的形成主要來源于地下部的根系互作和根際過程。本研究也發(fā)現(xiàn)，燕麥+ 箭筈豌豆混播后燕麥的產(chǎn)量、氮產(chǎn)量以及總產(chǎn)量與箭筈豌豆的氮素競爭率呈顯著負相關(guān)關(guān)系，燕麥的產(chǎn)量、氮產(chǎn)量與箭筈豌豆的擁擠率呈顯著負相關(guān)關(guān)系，但相對產(chǎn)量總和普遍大于1。說明燕麥+箭筈豌豆型混播草地生態(tài)位的分化有利于資源的高效利用，但是混播系統(tǒng)中地上部分種間競爭關(guān)系對系統(tǒng)生產(chǎn)力的提升影響不大。

4 結(jié)論

新疆昭蘇地區(qū)配施20 g·m?2的氮肥，禾豆混播比 例 為75 ∶ 25 或25 ∶ 75 時 土 地 當 量 比 較 高，同 時也可以獲得較高的產(chǎn)量。相較于單播燕麥草地，在新疆昭蘇地區(qū)建立燕麥+箭筈豌豆型混播草地可以代替33.65～45.15%的氮肥。在不施氮(N0)和低氮(N20)條件下，不同禾豆混播比例均能夠維持燕麥 + 箭筈豌豆型混播草地的土地利用優(yōu)勢，在高氮水平(N40)燕麥 + 箭筈豌豆型混播草地有產(chǎn)量優(yōu)勢。燕麥的種間競爭力隨著氮水平的增加而增加，但降低了箭筈豌豆的種間競爭力，混播種群種間競爭力的變化對混播優(yōu)勢的產(chǎn)生和減氮增產(chǎn)效果影響較小。因此，燕麥+箭筈豌豆型混播草地在空間和氮素資源利用上采取了可協(xié)調(diào)分配的增產(chǎn)減氮機制。