周 濤， 徐開(kāi)未， 王 科， 黃 蔚， 張朝春， 陳遠(yuǎn)學(xué)*

(1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 四川成都 611130； 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100193)

麥-豆和麥/玉/豆體系中大豆的磷肥增產(chǎn)增效作用研究

周 濤1， 徐開(kāi)未1， 王 科1， 黃 蔚1， 張朝春2， 陳遠(yuǎn)學(xué)1*

(1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 四川成都 611130； 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100193)

【目的】小麥/玉米/大豆旱地三熟模式是我國(guó)西南山丘區(qū)的主要旱作耕作模式，大豆作為該體系中改善土壤環(huán)境的核心作物，明確其增產(chǎn)、增效作用，可指導(dǎo)該體系的科學(xué)管理?！痉椒ā坑?012、2013年連續(xù)2年進(jìn)行田間試驗(yàn)，采用小麥-大豆(單作)和小麥/玉米/大豆(套作)兩種體系，設(shè)置5個(gè)不同磷水平處理 (SP1、SP2、SP3、SP4、SP5)，調(diào)查了大豆在與玉米共生期和玉米收獲后的生物量變化，以及收獲期籽粒產(chǎn)量、全株養(yǎng)分含量和養(yǎng)分利用效率的差異。【結(jié)果】1)玉米收獲前大豆植株地上部生長(zhǎng)率，單作為1.52 g/(m2·d)，套作為1.18 g/(m2·d)，單作比套作高28.8%；玉米收獲后，大豆植株地上部生長(zhǎng)率，單作為4.15 g/(m2·d)，套作為5.60 g/(m2·d)，套作顯著高于單作34.9%。2) 大豆籽粒產(chǎn)量套作平均比單作高20.3%。單作、套作大豆籽粒產(chǎn)量均隨土壤磷含量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，2年平均產(chǎn)量最高均在SP4處理，套作為2923 kg/hm2，單作為2400 kg/hm2。SP4處理產(chǎn)量與SP2和SP3差異不顯著，與SP1和SP5差異顯著。 3)收獲期大豆籽粒氮、磷、鉀含量套作高于單作，莖、莢含量套作低于單作；各部位的氮含量隨土壤磷含量的增加先增高后降低，磷、鉀含量有隨土壤磷含量的增加而增加的趨勢(shì)。4)小麥+大豆種植帶的植株氮、鉀積累量，套作體系明顯高于輪作體系，且隨土壤磷含量的增加先增加后減少。5)小麥+大豆種植帶磷肥當(dāng)季利用率隨土壤磷含量的增加而逐漸減小，SP2、SP3、SP4、SP5處理套作體系比單作體系分別高44.6%、74.9%、66.9%、109.5%，平均高74.0%?！窘Y(jié)論】套作大豆相比單作大豆具有產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，套作大豆莖、莢氮、磷、鉀養(yǎng)分相比單作大豆可更多地向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，大幅提高其對(duì)磷肥當(dāng)季利用效率。合理施用磷肥也可提高大豆產(chǎn)量。

大豆； 套作； 輪作； 磷； 產(chǎn)量； 養(yǎng)分利用效率

大豆是我國(guó)除油菜以外的第二大油料作物，西南山丘區(qū)是我國(guó)大豆主產(chǎn)區(qū)之一。近年由于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展，南方山丘區(qū)大豆種植面積逐年增加，在全國(guó)大豆產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位。在川渝地區(qū)，春大豆主要種植在田埂和邊坡上，而秋大豆相比春大豆種植面積更大，其主要與玉米等作物以間套作方式種植于山丘區(qū)旱坡耕地。近年來(lái)，川渝地區(qū)在傳統(tǒng)三熟制“小麥/玉米/甘薯”基礎(chǔ)上大力推廣“小麥/玉米/大豆”新三熟套作模式[1]，麥/玉/豆體系成為該區(qū)旱作制研究的重點(diǎn)。大豆作為該體系中增效和改善土壤環(huán)境的核心作物，已作了較多研究。無(wú)論是從玉米與大豆帶狀復(fù)合種植時(shí)玉米株型的選擇[2-3]，還是玉米大豆帶幅與行株距田間配置對(duì)大豆生長(zhǎng)、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響[4-5]，最終發(fā)現(xiàn)套作大豆前期生長(zhǎng)都會(huì)受到共生玉米的抑制。通過(guò)選擇緊湊型或半緊湊型玉米品種、合理配置玉米大豆的行株距、適期播種等措施可以有效減輕玉米對(duì)大豆的競(jìng)爭(zhēng)抑制，而使套作大豆產(chǎn)量高于單作大豆[6-7]。在小麥/玉米、 小麥/大豆的套作體系中研究也發(fā)現(xiàn)，前期受小麥抑制的玉米、大豆最終的產(chǎn)量均高于對(duì)應(yīng)單作[8]。也有研究指出，在麥/玉/豆體系中大豆可充分利用小麥季肥料殘效而基本不施肥，即使在不施肥情況下若土壤基礎(chǔ)肥力高還可能造成大豆徒長(zhǎng)而影響產(chǎn)量[9]。所以針對(duì)輪、套作體系下大豆增產(chǎn)特性研究具有重要的實(shí)踐意義。

間套作體系中，套作作物后期恢復(fù)生長(zhǎng)的能力受施肥量的影響較大[10]，而磷肥的當(dāng)季利用率低、肥效長(zhǎng)，在麥/玉/豆體系中小麥相比于大豆對(duì)磷肥施用更敏感，對(duì)磷肥的依賴(lài)性高[11]。基于我們前期對(duì)大豆利用小麥季肥料殘效生長(zhǎng)，提高肥料利用效率的研究[9]，本試驗(yàn)在2011年基礎(chǔ)上于2012、2013年連續(xù)兩年在四川雅安麥/玉/豆定位試驗(yàn)基地開(kāi)展，設(shè)置5個(gè)磷水平，用以比較小麥-大豆和小麥/玉米/大豆兩種體系中，不同土壤磷含量對(duì)單作、套作大豆生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、產(chǎn)量、養(yǎng)分含量和養(yǎng)分利用效率的影響，以期掌握不同體系下大豆的生長(zhǎng)特性和養(yǎng)分利用規(guī)律，為當(dāng)?shù)卮蠖垢弋a(chǎn)高效種植提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012、2013年在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，土壤為紫色濕潤(rùn)雛形土，質(zhì)地粘重，俗稱(chēng)紫色大土，0—20 cm耕層土壤pH 6.27，有機(jī)質(zhì) 33.4 g/kg、全氮 2.10 g/kg、堿解氮112 mg/kg、有效磷18 mg/kg、速效鉀71 mg/kg。

小麥選用高抗優(yōu)質(zhì)品種“川麥37”，由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育；玉米選用“川單418”，由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所選育；大豆選用秋豆品種“貢選1號(hào)”，由四川省自貢市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 利用小麥/玉米/大豆周年間套作體系長(zhǎng)期定位試驗(yàn)進(jìn)行。該試驗(yàn)開(kāi)始于2011年，試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，5個(gè)磷水平為大區(qū)，大區(qū)內(nèi)設(shè)4個(gè)小區(qū)作為4次重復(fù)，大區(qū)間隔2 m，重復(fù)間無(wú)間隔。磷肥施在小麥和玉米上，小麥5個(gè)磷水平分別為P2O50、45、90、135、180 kg/hm2(以WP1、WP2、WP3、WP4、WP5表示)，氮、鉀用量一致，N 120 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。玉米5個(gè)磷水平，分別為P2O50、37.5、75、112.5、150 kg/hm2(記為MP1、MP2、MP3、MP4、MP5)，氮、鉀施用量一致，N 195 kg/hm2、K2O 105 kg/hm2。大豆作為小麥的后作，不施肥，以大豆播種時(shí)土壤速效磷含量作為磷水平，分別記為SP1、SP2、SP3、SP4、SP5；經(jīng)測(cè)定，大豆播種前各施磷處理的土壤速效磷含量2012年單作小區(qū)分別為11、20、35、41、44 mg/kg，套作小區(qū)分別為11、15、31、32、36 mg/kg；2013年單作小區(qū)分別為9、10、30、37、39 mg/kg，套作小區(qū)分別為7、9、30、33、35 mg/kg。

輪作小區(qū)面積2 m×3.6 m=7.2 m2，間套作為2 m×5.4 m=10.8 m2，小麥/玉米間作田間配置見(jiàn)圖1。2012年的小麥于2011年11月11日播種，2012年5月30日收獲；玉米2012年4月6日育苗，4月15日移栽，8月6日收獲；大豆2012年6月14日播種，10月30日收獲。2013年的小麥于2012年11月10日播種，2013年5月11日收獲；玉米2013年3月26日育苗，4月7日移栽，8月6日收獲；大豆2013年6月12日播種，11月5日收獲。小麥條播，行距0.25 m，密度為2.4×106plant/hm2；小麥揚(yáng)花時(shí)，在隙地中移栽2行玉米，玉米寬窄行種植，窄行距60 cm(寬行距140 cm)，窩距40 cm(圖1)，每窩栽壯苗2株，密度5.0×104plant/hm2。大豆點(diǎn)播于小麥茬地，行距40 cm，穴距35 cm(圖1)，每穴留2株，套作大豆密度5.71×104plant/hm2，單作大豆密度1.43×105plant/hm2。

圖1 小麥、玉米、大豆的田間布設(shè)圖Fig.1 Arrangement of wheat, maize, soybean in the field

1.2.2 施肥方法 小麥播種時(shí)開(kāi)深5 cm左右的溝，30%的氮和全部磷、鉀肥撒于溝內(nèi)基施，于分蘗期追施30%的氮，于拔節(jié)期追施40%的氮。玉米打塘施底肥，窩深15 cm左右，30%的氮和全部磷、鉀肥作底肥施于窩內(nèi)，于玉米拔節(jié)期追施30%的氮，大喇叭口期追施40%的氮。

1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 試驗(yàn)前整個(gè)試驗(yàn)地多點(diǎn)采集0—20 cm耕層混合土樣，分析基礎(chǔ)肥力特征[12]。小麥?zhǔn)斋@后大豆播種前，在小麥茬地各小區(qū)分別多點(diǎn)采集0—20 cm耕層混合土樣，測(cè)定土壤速效磷含量[12]。小麥、玉米收獲時(shí)分別計(jì)產(chǎn)，采樣并測(cè)定氮、磷、鉀含量。為評(píng)估大豆生物量積累動(dòng)態(tài)，分別于大豆初花期(玉米收獲時(shí))、盛花期、收獲期每小區(qū)隨機(jī)采6株樣品，分莖、葉、豆莢、籽粒(收獲期大豆葉基本掉完，故不計(jì)葉)稱(chēng)重制樣，分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的干物質(zhì)積累量，計(jì)算生長(zhǎng)率，計(jì)算公式： CGR[kg/(m2·d)]=(Wt2-Wt1)/(t2-t1)，式中Wt1、Wt2分別為t1、t2時(shí)間的干物質(zhì)量[13]，大豆收獲指數(shù)HI=籽粒/(籽粒+莖+莢)。大豆實(shí)收計(jì)產(chǎn)，樣品粉碎過(guò)0.25 mm篩，分析氮、磷、鉀含量[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行處理和作圖，利用SPSS 13.0進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤供磷條件下輪作、套作大豆生長(zhǎng)量及生長(zhǎng)率

2.1.1 大豆干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài) 圖2顯示，大豆的干物質(zhì)積累主要在玉米收獲以后，花前生物量是單作明顯高于套作，而花后套作大豆的生物量相比單作增加更快，以致于逐漸超越了單作大豆，收獲期大豆生物量套作比單作高17.6%。

圖2 大豆干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài) Fig.2 Dynamics of dry matter accumulation of soybean[注(Note)： 圖中數(shù)據(jù)為2012、2013兩年5個(gè)磷水平的平均值A(chǔ)ll the values in the figure are the average of the five treatments in 2012 and 2013; SS—播種期 Seed stage; EFS—初花期Early flowering stage; FS—盛花期 Flowering stage; HS—收獲期 Harvest stage.]

2.1.2 不同土壤供磷條件下大豆不同部位、不同時(shí)期的生長(zhǎng)率 表1顯示，在大豆與玉米共生期間，套作大豆莖、葉生長(zhǎng)率明顯低于單作大豆；從玉米收獲時(shí)至大豆盛花期間，套作大豆生長(zhǎng)率仍明顯低于單作大豆；在大豆盛花期至收獲期，套作大豆全株的生長(zhǎng)率顯著高于單作大豆。

不論在玉米大豆共生期，還是在玉米收獲后至盛花期和從盛花期至收獲期，單、套作大豆各部位的生長(zhǎng)率均隨土壤磷含量的增大呈先增加后降低的趨勢(shì)，多在SP4處理為最高，但SP2、SP3和SP4處理間差異較小，SP2、 SP3、 SP4與SP1和SP5處理間差異較明顯。如從盛花期至收獲期，SP4處理套作大豆籽粒生長(zhǎng)率比SP1、SP2、SP3、SP5處理分別高62.2%、38.0%、16.2%、47.0%，單作大豆分別高19.8%、26.5%、13.8%、42.3%。

隨著大豆生育進(jìn)程的發(fā)展，在玉米大豆共生期、玉米收獲后至大豆盛花期、盛花期至收獲期，大豆莖葉的生長(zhǎng)率在玉米收獲至大豆盛花期這個(gè)階段內(nèi)最大，玉米大豆共生期間大豆莖葉的生長(zhǎng)率約只有玉米收獲至大豆盛花期間的十分之一，在不計(jì)葉的情況下，盛花期至收獲期間大豆莖葉的生長(zhǎng)率總體上是負(fù)值。說(shuō)明玉米大豆共生期這段時(shí)間內(nèi)大豆生長(zhǎng)較慢，在玉米收獲至大豆盛花期這段時(shí)間內(nèi)大豆生長(zhǎng)十分迅速，而盛花期后莖葉逐漸衰老，并將干物質(zhì)從莖葉運(yùn)輸給籽粒。

大豆不同部位的生長(zhǎng)率有明顯差異。在玉米大豆共生期，不同磷處理下葉生長(zhǎng)率明顯高于莖；在玉米收獲后至大豆盛花期，葉生長(zhǎng)率與莖差不多或明顯高于莖；盛花期至收獲期，大豆莖葉總體生長(zhǎng)率為負(fù)值，而籽粒和莢皮的生長(zhǎng)率迅速增加，套作大豆籽粒生長(zhǎng)率大于莢皮，單作與莢皮相當(dāng)或大。大豆玉米共生期間單、套作大豆葉的生長(zhǎng)率分別占全株生長(zhǎng)率的58.4%、60.7%，而玉米收獲至大豆盛花期單、套作大豆葉的生長(zhǎng)率占全株生長(zhǎng)率的63.1%、59.8%；套作大豆葉的生長(zhǎng)率占總生長(zhǎng)率的比重隨土壤磷含量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)(各處理依次為57.6%、54.1%、61.4%、62.6%、59.6%)，而單作大豆葉的生長(zhǎng)率占總生長(zhǎng)率的比重則呈逐漸增加的趨勢(shì)(各處理依次為61.1%、62.3%、62.7%、60.2%、63.2%)。

2.2 不同土壤供磷條件下單、套作大豆籽粒產(chǎn)量

表2顯示，不論單作大豆還是套作大豆，不同土壤供磷條件下籽粒產(chǎn)量2012和2013年都是隨土壤磷含量的增加有先增高后降低的變化趨勢(shì)，基本上都是SP4處理最大，其中SP2、 SP3、 SP4處理間差異不顯著，SP4與SP1和SP5間差異顯著。與SP1相比，SP4處理籽粒產(chǎn)量2012年套作、單作大豆分別增加64.0%、14.5%，2013年套作、單作大豆分別增加30.3%、22.0%，磷對(duì)套作大豆籽粒產(chǎn)量的增加幅度相對(duì)比單作大豆大；與SP4相比，SP5處理籽粒產(chǎn)量2012年套作、單作大豆分別降低24.8%、15.2%，2013年套作、單作大豆分別降低44.3%、37.2%。2年平均產(chǎn)量均在SP4處理最高，套作大豆為2923 kg/hm2，比SP1、SP2、SP3、SP5處理分別高42.9%、2.5%、7.2%、56.0%；單作大豆為2400 kg/hm2，比SP1、SP2、SP3、SP5處理分別高19.0%、18.3%、10.7%、40.4%。

表1 不同土壤磷含量對(duì)大豆生長(zhǎng)率的影響 [g/(m2·d)]

注(Note): 表中數(shù)據(jù)為2012、2013兩年均值A(chǔ)ll the values in the table are the average of 2012 and 2013; 同列不同字母表示相同器官不同處理間的差異顯著(P<0.05) Different letters in the same column indicate significantly different among treatments for the same organs (P<0.05), *—表示間作和單作間差異顯著 (P<0.05)Indicate significantly different between intercropping and sole for the same organs (P<0.05).

從總體上看，2012和2013年各磷處理下套作大豆的籽粒產(chǎn)量都比單作大豆高，2年平均產(chǎn)量SP1、 SP2、 SP3、 SP4、SP5處理套作大豆比單作大豆分別高1.4%、40.6%、25.7%、21.8%、9.6%，平均套作比單作高20.3%。

在不計(jì)葉的情況下，大豆收獲指數(shù)受磷的影響在不同種植模式中變化不一致。對(duì)于套作大豆，其收獲指數(shù)隨土壤磷含量的增加呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，2年平均結(jié)果SP1、 SP2、 SP3、 SP4、SP5處理收獲指數(shù)從0.45增加到0.49后又降至0.42；對(duì)于單作大豆，其收獲指數(shù)隨土壤磷含量的增加呈逐漸減小的變化趨勢(shì)，2年平均結(jié)果SP1、 SP2、 SP3、 SP4、SP5處理收獲指數(shù)從0.51逐漸降至0.43?？傮w上，大豆收獲指數(shù)在單作、套作間無(wú)明顯差異，平均分別為0.464、0.466。

表2 磷對(duì)大豆籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)及收獲指數(shù)的影響

注(Note): 同列不同字母表示不同處理間的差異顯著Different letters in the same column indicate significant differences among treatments(P<0.05).

2.3 不同土壤供磷條件下單、套作大豆的養(yǎng)分含量及吸收利用效率

2.3.1 磷對(duì)大豆養(yǎng)分含量的影響 由收獲期大豆各部位的養(yǎng)分含量可看出，套作和單作對(duì)收獲期大豆氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的影響均較小(表3)。不同部位間，套作大豆籽粒的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量高于單作，莖和莢則相反。籽粒氮含量在一定土壤磷含量范圍內(nèi)隨含磷量的增加而增加，最大出現(xiàn)在SP3或SP4處理；莖、莢氮含量施磷處理均大于不施磷處理，但不同磷處理間差異不大。籽粒、莖和莢磷、鉀含量均有隨土壤磷含量的增加而增加的趨勢(shì)。套作大豆籽粒氮、磷、鉀養(yǎng)分含量大于單作，莖、莢的養(yǎng)分含量是套作小于單作，說(shuō)明生育后期套作大豆莖、莢的養(yǎng)分較單作大豆更多地向籽粒進(jìn)行了運(yùn)輸。大豆各部位對(duì)磷、鉀的吸收均隨土壤磷含量的增加而增加，磷的吸收不同磷處理水平間差異顯著，鉀的差異小于磷。

2.3.2 施磷對(duì)小麥+大豆種植帶養(yǎng)分積累及磷利用率的影響 不論是小麥-大豆輪作體系還是小麥/玉米/大豆間套作體系，小麥、大豆是同一種植帶上的前作和后作，由于大豆不施肥，大豆主要利用的是小麥季的肥料后效，因此計(jì)算了小麥+大豆種植帶的養(yǎng)分積累及磷利用效率。結(jié)果顯示(表4)，兩種種植方式植株氮、磷、鉀積累量均隨土壤磷含量的增加先增加后減少，套作小麥+大豆植株地上部氮、磷、鉀積累量高于單作體系。兩年平均，從P1、 P2、 P3、 P4、 P5處理套作體系的小麥+大豆種植帶的氮積累量比單作體系分別增加8.0%、27.9%、26.4%、21.6%、20.5%，鉀積累量分別增加6.7%、24.4%、10.8%、12.9%、12.0%。套作體系的小麥+大豆種植帶氮積累量P2、 P3、 P4、 P5處理比P1分別增加30.3%、41.2%、48.6%、11.7%，鉀積累量分別增加22.6%、46.4%、53.9%、32.8%；單作體系的小麥+大豆種植帶氮積累量P2、 P3、 P4、 P5處理比P1分別增加10%、20.7%、32%、0.1%，鉀積累量分別增加17.8%、29.2%、35.6%、17.3%。套作小麥+大豆種植帶磷肥表觀利用效率從P2到P5處理分別為75.2%、74.7%、57.9%、26.4%，單作分別為52.0%、42.7%、34.7%、12.6%(表5)。隨著施磷量的增加，小麥+大豆磷肥表觀利用效率呈降低趨勢(shì)，但套作依然高于輪作，P2、 P3、 P4、 P5處理套作比輪作分別高44.6%、74.9%、66.9%、109.5%，總體平均高74.0%。

表3 大豆收獲期氮、磷、鉀養(yǎng)分含量(%)

注(Note): 表中數(shù)據(jù)為2012、2013兩年均值A(chǔ)ll the values in the table are the average of 2012 and 2013. 同列不同字母表示不同處理間的差異顯著Different letters in the same column indicate significant differences among treatments(P<0.05).

表4 小麥+大豆種植帶周年氮、磷、鉀養(yǎng)分積累總量(kg/hm2)

注(Note): 同行不同字母表示不同處理間的差異顯著Different letters in the same row indicate significant differences among treatments(P<0.05). *—表示同一處理間作和單作間差異顯著(P<0.05) Indicate significant differences between intercropping and sole for the same treatment(P<0.05).

綜上說(shuō)明，隨著施磷量的增加作物的養(yǎng)分積累量呈先升高后降低的趨勢(shì)，而磷的表觀利用率隨施磷量的增加依次下降，小麥/玉米/大豆套作體系相比小麥-大豆輪作體系能提高作物的養(yǎng)分積累量，從而提高作物的養(yǎng)分利用效率。

表5 小麥+大豆種植帶周年磷表觀利用率

3 討論

圖3 玉米干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)Fig.3 Dynamics of dry matter accumulation of maize[注(Note)： 圖中數(shù)據(jù)為2011-2013年平均值A(chǔ)ll the values in the figure are the average of the date in 2011, 2012 and 2013; JS—拔節(jié)期 Jointing stage; TS—大喇叭口期 Trumpeting stage; SS—吐絲期 Silking stage HS—收獲期 Harvest stage.]

圖4 玉米收獲前(A)后(B)大豆的生長(zhǎng)率變化Fig.4 Changes in growth rate of soybean before (A) and after (B) maize harvest[注(Note)： 圖中數(shù)據(jù)為2012、 2013兩年5個(gè)磷水平的平均值A(chǔ)ll the values in the figure are the average of the five treatments in 2012 and 2013.]

在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)收獲期大豆各部位養(yǎng)分含量均隨土壤磷含量呈規(guī)律變化： 大豆籽粒、莖、莢的氮含量隨著土壤磷含量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，而磷、鉀含量隨著土壤磷含量的增加而增加；籽粒的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量套作高于單作，而莖、莢的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量套作低于單作。說(shuō)明套作大豆莖、莢的氮、磷、鉀養(yǎng)分相比單作更多的向籽粒運(yùn)輸，從而形成套作大豆的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，這和套作大豆的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)來(lái)自于生育后期莖、葉的干物質(zhì)更多地向籽粒運(yùn)輸?shù)睦碚撓辔呛蟍10]，同樣，在高粱和花生的套作中也有類(lèi)似規(guī)律[21-22]。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，在麥/玉/豆間套作體系中土壤磷含量較高時(shí)大豆莖對(duì)磷存在奢侈吸收，易造成大豆的徒長(zhǎng)而影響結(jié)莢和鼓粒[9]。本研究中，套作大豆在不同土壤磷濃度梯度下，莖、莢的養(yǎng)分含量均低于單作大豆(表3)，同時(shí)單作大豆的收獲指數(shù)隨著土壤磷含量的增加呈下降趨勢(shì)，套作大豆的收獲指數(shù)隨土壤磷含量的增加先增加后降低，除SP1處理外單作的收獲指數(shù)均低于套作。說(shuō)明麥/玉/豆體系中，套作大豆后期的恢復(fù)生長(zhǎng)促進(jìn)了大豆?fàn)I養(yǎng)器官的養(yǎng)分向籽粒運(yùn)輸，一定程度上減輕了大豆的徒長(zhǎng)。

在麥/玉/豆間套作體系中通過(guò)合理調(diào)控小麥季施肥，大豆不施肥僅利用小麥季的肥料殘效，即可滿(mǎn)足生長(zhǎng)需要[9]。本研究中，隨著土壤磷含量的增加，大豆產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì)，且套作大豆的產(chǎn)量均高于單作大豆，套作大豆最高產(chǎn)量比最低產(chǎn)量高55.9%，而單作大豆最高產(chǎn)量比最低產(chǎn)量高40.4%。不僅大豆產(chǎn)量有所提高，小麥+大豆種植帶的養(yǎng)分利用效率也得到顯著提升。小麥+大豆種植帶磷肥表觀利用效率，套作P2、 P3、 P4、 P5處理分別為75.2%、74.7%、57.9%、26.4%，單作依次為52.0%、42.7%、34.7%、12.6%，套作比單作各個(gè)處理分別提高44.6%、74.9%、66.9%、109.5%。本研究中磷肥表觀利用率明顯高于其他研究[23-24]，原因有兩方面： 第一，該體系中大豆不施肥，其生長(zhǎng)所需肥力為小麥季肥料后效，施一季肥供兩季作物生長(zhǎng)，從而提高了肥料利用效率；第二，該試驗(yàn)為定位試驗(yàn)，2011年試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)土壤速效磷含量為18.0 mg/kg，2013年大豆收獲時(shí)，5個(gè)大區(qū)耕層土壤速效磷含量P1、 P2、 P3、 P4、 P5處理，套作分別為6.1、8.5、29.8、33.7、34.5 mg/kg，單作為7.9、11.0、28.2、37.6、38.2 mg/kg(未發(fā)表)，P1、P2處理土壤磷處于耗竭狀態(tài)，P4、 P5土壤磷處于積累狀態(tài)。土壤供磷能力差異增大，從而導(dǎo)致大豆植株地上部磷積累量差異增大，因此使磷肥的表觀利用效率在數(shù)值上偏大。但試驗(yàn)證明，大豆利用小麥季肥料后效不僅可以保證大豆正常生長(zhǎng)，還可以提高磷肥的當(dāng)季利用效率。

4 結(jié)論

1)小麥/玉米/大豆間套作體系相比小麥-大豆輪作體系，大豆籽粒兩年平均增產(chǎn)20.3%。套作大豆的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)主要受大豆競(jìng)爭(zhēng)-恢復(fù)生長(zhǎng)機(jī)制的影響。

2)提高土壤磷含量在一定范圍內(nèi)可以顯著提高大豆的產(chǎn)量。

3)套作大豆?fàn)I養(yǎng)器官的氮、磷、鉀養(yǎng)分相比單作大豆更多的向籽粒進(jìn)行了轉(zhuǎn)運(yùn)。

4)間套作和輪作大豆可有效地利用小麥季磷肥殘效，大幅度提高磷肥的當(dāng)季利用效率。

[1] 楊文鈺, 雍太文, 任萬(wàn)軍, 等. 發(fā)展套作大豆, 振興大豆產(chǎn)業(yè)[J]. 大豆科學(xué), 2008, 27(1): 1-7. Yang W Y, Yong T W, Ren W Jetal. Develop relay-cropping soybean, revitalize soybean industry[J]. Soybean Science, 2008, 27(1): 1-7.

[2] 劉增禹, 伍曉燕, 楊文鈺, 等. 玉米株型對(duì)套作大豆氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)油料作物學(xué)報(bào), 2011, 33(6): 574-581. Liu Z Y, Wu X Y, Yang W Yetal. Effect of corn plant type on soybean nitrogen accumulation, translocation and seed protein yield under corn/soybean relay-strip cropping system[J]. China Journal of Oil Crop Sciences, 2011, 33(6): 574-581.

[3] 王竹, 楊文鈺, 吳其林. 玉/豆套作蔭蔽對(duì)大豆光合特性及產(chǎn)量的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2007, 33(9): 1502-1507. Wang Z, Yang W Y, Wu Q L. Effects of shading in maize/soybean relay-cropping system on the photosynthetic characteristics and yield of soybean[J]. Acta Agronomica Sinica, 2007, 33(9): 1502-1507.

[4] 王竹, 楊文鈺, 伍曉燕, 等. 玉米株型和幅寬對(duì)套作大豆初花期形態(tài)建成及產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 19(2): 323-329. Wang Z, Yang W Y, Wu X Yetal. Effects of maize plant type and planting width on the early morphological characters and yield of relay planted soybean[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2008, 19(2): 323-329.

[5] 張正翼. 不同密度和田間配置對(duì)套作大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[D]. 雅安: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2008. Zhang Z Y. Effects of different density and field distribution on yield and quality of relay-cropping soybean[D]. Yaan: Master Thesis, Sichuan Agricultural University, 2008.

[6] 陳遠(yuǎn)學(xué), 劉靜, 陳新平, 等. 四川輪套作體系的干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及氮素利用效率研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 18(6): 68-79. Chen Y X, Liu J, Chen X Petal. Dry matter accumulation, yield and nitrogen use efficiency of crops rotation and intercropping system in Sichuan[J], Journal of China Agricultural University, 2012, 18 (6): 68-79.

[7] 雍太文, 楊文鈺, 向達(dá)兵, 等. 小麥/玉米/大豆套作的產(chǎn)量、氮營(yíng)養(yǎng)表現(xiàn)及種間競(jìng)爭(zhēng)力的評(píng)定[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 21(1): 50-58. Yong T W, Yang W Y, Xiang D Betal. Production and N nutrient performance of wheat-maize-soybean relay strip intercropping system and evaluation of interspecies competition[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2012, 21(1): 50-58.

[8] Li L, Sun J B, Zhang F Setal. Wheat/maize or wheat/soybean strip intercropping II. Recovery of compensation of maize and soybean after wheat harvesting[J]. Field Crops Research, 2001, 71: 173-181.

[9] 陳遠(yuǎn)學(xué), 周濤, 黃蔚, 等. 小麥玉米大豆間套作體系中小麥?zhǔn)┝缀笮?duì)大豆產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)狀況的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19 (2): 331-339. Chen Y X, Zhou T, Huang Wetal. Phosphorus after effects on soybean yield and nutrition status in wheat/maize/soybean intercropping system[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19 (2): 331-339.

[10] Zhang F S, Li L. Use competitive and facilitative interactions in intercropping systems enhances crop productivity and nutrient-use efficiency[J]. Plant and Soil, 2003, 248: 305-312.

[11] 唐旭. 小麥-玉米輪作土壤磷素長(zhǎng)期演變規(guī)律研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文, 2009. Tang X. Long-term change of phosphorus in soils under wheat-maize crop rotation in China[D]. Beijing: PhD dissertation, Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2009.

[12] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析(第三版)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000. Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis (Third edition)[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[13] 朱元?jiǎng)? 董樹(shù)亭, 張吉旺, 等.種植方式對(duì)夏玉米光合生產(chǎn)特征和光溫資源利用的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 21(6): 1417-1424. Zhu Y G, Dong S T, Zhang J Wetal. Effects of cropping patterns on photosynthesis characteristics of summer maize and its utilization of solar and heat resources. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 21(6): 1417-1424.

[14] 陳遠(yuǎn)學(xué)，李漢邯，周濤，等. 施磷對(duì)間套作玉米葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累分配及磷肥利用效率的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013,24(10): 2799-2806. Chen Y X, Li H H, Zhou Tetal. Effects of phosphorus fertilization on leaf area index，biomass accumulation and allocation, and phosphorus use efficiency of intercropped maize[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(10): 2799-2806.

[15] 王小春, 楊文鈺, 任萬(wàn)軍, 等. 小麥/玉米/大豆和小麥/玉米/甘薯套作體系下玉米產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的差異[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012,18(4): 803-812. Wang X C, Yang W Y, Ren W Jetal. Study on yield and nutrient absorptions of maize in wheat/maize/soybean and wheat/maize/sweet potato relay-intercropping systems[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012,18(4): 803-812.

[16] 李潮海, 王群, 梅沛沛, 等. 不同質(zhì)地土壤上玉米養(yǎng)分吸收和分配特征[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2007, 13(4): 561-568. Li C H, Wang Q, Mei P Petal. Characteristics of nutrient absorption and distribution of maize under different soil textures[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2007, 13(4): 561-568.

[17] 高聚林, 王志剛, 孫繼穎, 等. 青貯玉米對(duì)氮磷鉀的吸收規(guī)律[J]. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32(3): 363-368. Gao J L, Wang Z G, Sun J Yetal. Nitrogen phosphorus and potassium absorption in ensilage maize[J]. Acta Agronomica Sinica,2006, (3): 363-368.

[18] Li L, Sun J B, Zhang F Setal. Wheat/maize or wheat/soybean strip intercropping I. Yield advantage and interspecific interaction on nutrients[J]. Field Crops Research, 2001, 71: 123-137.

[19] Dalal R C. Effect of intercropping maize with pigeon peas on grain yield and nutrient uptake[J]. Australian Journal of Experimental Agriculture, 1974, 10: 219-224.

[20] Manson S C, Leihner D E, Vorst J Jetal. Cassava-cowpea and cassava-peanut intercropping I. Yield and land use efficiency[J]. Agronomy Journal, 1986, 78: 43-46.

[21] Harris D, Natarajan M. Physiological basis for yield advantage in a sorghum/groundnut intercrop exposed to drought. 2. Plant temperature, water status, and components of yield[J]. Field Crops Research, 1987, 17: 273-288.

[22] Natarajan M, Willey R W. Sorghum-pigeonpea intercropping and the effects of plant population density. 1. growth and yield[J]. Journal of Agricultural Science, 1980, 95: 51-58.

[23] Zhang W F, Ma W Q, Ji Y Xetal. Efficiency, economics, and environmental implications of phosphorus resource use and the fertilizer industry in China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2008, 80: 131-144.

[24] Zhang L, Werf W V, Bastiaans Letal. Light interception and utilization in relay intercrops of wheat and cotton[J]. Field Crops Research, 2008, 107: 29-42.

Effect of phosphate fertilizer on the improvement of yield and nutrient use efficiency of soybean in wheat-soybean and wheat/maize/soybean systems

ZHOU Tao1, XU Kai-wei1, WANG Ke1, HUANG Wei1, ZHANG Chao-chun2, CHEN Yuan-xue1*

(1CollegeofResourceandEnvironmentalSciences,SichuanAgriculturalUniversity,ChengduSichuan611130,China; 2CollegeofResourceandEnvironmentalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)

【Objectives】 The wheat/maize/soybean intercropping system has become the mainly farming mode in the hilly area of southwest China. Soybean, as the core of the intercropping system, should be researched on its higher yield and efficiency for the scientific management of the system. 【Methods】 A two-years’ field investigation was conducted in the long-term experiment of intercropping system for the comparison of the growth of soybean grown in the wheat/maize/soybean intercropping (IS) and rotation systems (SS). The biomass accumulation and grain yield, nutrient content and nutrient utilization efficiency in the harvest stage were measured in the two systems.【Results】 1)The dry matter accumulation rate (DMAR) of soybeans in IS was significantly lower than in SS before maize harvest, with respective value of 1.18 g/(m2·d) in IS and 1.52 g/(m2·d) in SS; the DMAR in IS became higher than in SS after maize harvest with value of 5.60 g/(m2·d) in IS and 4.15 g/(m2·d) in SS. 2) Soybean grain yield was affected by the soil available P contents. The highest yield was in treatment SP4(in IS was 2923 kg/ha, in SS was 2400 kg/ha),which was significantly higher than in SP1and SP5,but not significantly than in SP2and SP3. The yield in IS was 20.3% higher than in SS. 3) The nitrogen, phosphorus and potassium contents in soybean grain in IS was higher than those in SS, those in stems and pods in IS were lower than in SS. The phosphorus and potassium contents in soybean plants were increased with the increase of soil available P, nitrogen contents was increased first and then decreased with the highest N contents in treatment SP4. 4) Nitrogen and potassium accumulation of the planting strip of wheat and soybean plants (WSPS) in IS were significantly higher than in SS, and decreased after the first increasing with the increase of soil available phosphorus. 5) Although the P fertilizer use efficiency (PUF) of WSPS gradually decreased with the increased soil available P contents, PUF of WSPS in IS were always higher than in SS in the same P inputs, as from P2 to P5 those in IS were 44.6%, 74.9%, 66.9% and 109.5% higher than in SS. 【Conclusions】 Compared with in wheat-soybean rotation, soybeen in wheat/maize/soybean intercropping shows yield and nutritional advantage. In the intercropping system, more nitrogen, phosphorus and potassium are transported from pods and stems to seeds，leading to higher yield and nutrient use efficiency.

soybean; relay-intercropping; rotation; phosphorus; yield; nutrition use efficiency

2014-01-20 接受日期： 2014-05-27

國(guó)家自然科學(xué)基金重大國(guó)際(地方)合作項(xiàng)目(31210103906)，國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-02-24)資助。

周濤(1987—)，男，四川遂寧人，碩士研究生，主要從事土壤肥力和植物營(yíng)養(yǎng)研究。E-mail: 364462907@qq.com * 通信作者 Tel: 028-86291179, E-mail: cyxue2002@aliyun.com

S344.2； S565.1

A

1008-505X(2015)02-0336-10