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豆科植物与根瘤菌共生形成根瘤具有固定大气中氮素的作用,这是一种经济有效的固氮方式。然而,豆科作物结瘤固氮会受到土壤中氮素的浓度的影响。以前的研究结果表明,豆科作物的结瘤状况与土壤含氮量呈负相关,称为氮素的”负反馈调节”,即土壤中含氮量越高,豆科作物结瘤越少,从而影响了豆科植物的生物固氮作用。前人的研究表明,豆科植物与禾本科植物间作能够促进其生物固氮,其主要原因是禾本科作物对土壤氮素竞争促进了生物固氮,但是土壤氮素水平和作物种间相互作用强度对豆科植物结瘤作用的影响还缺乏系统研究。本研究首先采用三种分隔方式(塑料膜分隔,尼龙网分隔和无分隔)建立了同一作物组合(蚕豆/玉米)条件下作物种间根系相互作用的不同强度;其次采用对土壤氮素竞争能力不同的大麦、小麦和玉米三种作物与蚕豆间作,建立了禾本科和豆科根系对氮素的不同强度的竞争作用,研究其根系的互作对蚕豆结瘤作用的影响。主要结果如下:
首先,通过相关分析表明,在蚕豆/玉米间作中,间作蚕豆根瘤重、根瘤数均与土壤矿质氮浓度呈显著负相关,蚕豆结瘤与NO<,3><->-N和Nmin浓度为显著负相关,与NH<,4><+>-N浓度无显著相关。两作物根系间无分隔处理的根瘤重、根瘤数相对于塑料膜分隔分别增加44.6%和57.1%。表明根系相互作用促进了蚕豆的结瘤。
其次,三种禾本科作物竞争能力的差异,并没有进一步引起蚕豆的结瘤作用随种间根系竞争强度的增加而增加的结果;但是三种间作体系蚕豆的结瘤都有无分隔多于塑料膜分隔的趋势。玉米/蚕豆间作体系,蚕豆根瘤数和根瘤重无分隔都显著高于塑料膜分隔,分别达到67.5%和70.1%。大麦/蚕豆间作体系,蚕豆根瘤重无分隔显著高于塑料膜分隔,高出46.3%。与小麦间作蚕豆根瘤重、根瘤数无分隔和塑料膜分隔差异不显著。表明玉米/蚕豆间作体系与小麦/蚕豆和大麦/蚕豆间作体系相比,更有利于蚕豆的结瘤。
上述结果启示我们蚕豆/玉米间作体系玉米促进蚕豆生物固氮具有除氮素竞争以外的机制存在,还需要进一步的深入研究。