王 林，王 琦，李 強，張恩和，劉青林

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院／草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室／甘肅省草業(yè)工程實驗室／中－美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，甘肅 蘭州 730070）

甘肅省河西綠洲灌區(qū)是我國西北主要糧食生產(chǎn)區(qū)。該區(qū)屬溫帶干旱區(qū)，年降水量稀少（年均降水量50～300mm），年潛在蒸發(fā)量2 000～3 000mm，氣候干燥，干燥度為4～15。由于自然因素變化和地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，使區(qū)域水資源供需矛盾較為突出［1］。除自然氣候條件的變遷外，人類對水資源無序和無度的開發(fā)利用，導致區(qū)域地表水資源短缺、地下水位下降和地下水污染等問題，造成大片沙生植被死亡和草地退化。近年隨著玉米制種業(yè)和常規(guī)灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展，使灌溉水資源嚴重缺乏，階段性水分虧缺經(jīng)常存在，部分地區(qū)由于灌溉水缺乏無法進行農(nóng)作物生產(chǎn)，作物產(chǎn)量受到嚴重抑制［2］。

玉米是甘肅省河西綠洲灌區(qū)主要糧、經(jīng)和飼兼用作物，播種季節(jié)較晚（4月中下旬），在土壤解凍40d后才能播種，且苗期生長慢，地表大面積裸露，造成大量光熱和水資源浪費［3－5］。保護性耕作采取地表覆蓋（作物殘茬覆蓋、作物秸稈覆蓋、牧草覆蓋、地膜覆蓋）和少免耕等措施改變地表粗糙度和土壤特性，從而減少農(nóng)田土壤風蝕和水蝕，改善土壤團粒結構，提高土壤肥力和抗旱能力，增加微生物酶活性，改善農(nóng)作物生長發(fā)育的條件，最終提高作物和牧草產(chǎn)量［2］。間套作是我國傳統(tǒng)精耕細作農(nóng)業(yè)的重要組成部分，可以減少水、土、肥的流失，抑制雜草的生長，控制蟲害，同時可降低成本和提高效益，提高作物復種指數(shù)、減少肥料投入、有效利用資源，具有相對穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)優(yōu)勢，對促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用［6－8］。綠肥作為一種有機肥在肥料結構中占有重要位置，能提高土壤肥力、改善土壤結構和促進土壤微生物活性，對促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有獨特作用，尤其在連作區(qū)域表現(xiàn)更為明顯［7，9］。將玉米和綠肥進行間套作，綠肥作物根系根瘤菌對玉米能起到一定生物固氮作用，而且對土壤難溶性磷酸鹽有較強吸收能力。玉米和綠肥間套作能增加綠色植物覆蓋時間和覆蓋面積，提高光能利用效率，緩解土地壓力，而且綠肥既是培肥改土的好肥料，又是農(nóng)區(qū)發(fā)展養(yǎng)畜業(yè)的好飼草，可增加牧草產(chǎn)量和玉米籽粒產(chǎn)量，實現(xiàn)玉米和豆科作物雙豐收［9，10］。

研究不同覆蓋方式和玉米／／綠肥間作模式對玉米、綠肥氮素吸收和土壤殘留硝態(tài)氮的影響，篩選出適合當?shù)亓⒌貤l件的最佳玉米綠肥間作模式和覆蓋方式，減少普通地膜和氮肥投入，為實現(xiàn)甘肅省河西綠洲灌區(qū)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2013年3～10月，在甘肅省武威市涼州區(qū)黃羊鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學武威試驗站進行。試驗站平均海拔1 776m，該區(qū)依賴石羊河水和地下水灌溉，降水少，蒸發(fā)強烈，氣候干燥。多年平均降水量160mm，年蒸發(fā)量2 400mm，干燥度5.85，年平均氣溫7.7℃，≥0℃年積溫351 314℃，≥10℃年積溫2 985.4℃。全年無霜期156d，絕對無霜期118d，年日照時數(shù)2 945 h。土壤以荒漠灌淤土為主，粉沙壤質(zhì)，土層深厚。試驗區(qū)土壤理化性質(zhì)見表1，試驗區(qū)0～120cm土壤容重見表2，作物生育期降水量及月平均氣溫見表3。

表1 試驗區(qū)土壤理化特性Table1 Physical and chemical properties of soil profiles in the experimental plots

表2 土壤容重Table2 Bulk density of soil profiles in the experimental plots g／cm3

表3 作物生育期降水量及月平均氣溫Table3 The monthly rainfall and temperature during the growing seasons

1.2 供試作物品種

供試春玉米（Zeamays）品種為先玉335，箭筈豌豆（Viciasativa）為蘇箭3號，毛苕子（Viciavillosa）為土庫曼。

1.3 試驗設計

試驗采用完全隨機裂區(qū)設計，種植模式為主區(qū)，覆蓋方式為副區(qū)。3個間作模式分別為玉米單作、玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆，4種覆蓋方式分別為普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋、秸稈覆蓋和無覆蓋。種植模式中玉米單作作為對照，覆蓋方式中無覆蓋作為對照，共有12個處理（3種種植模式×4種覆蓋方式），重復3次，共有36個小區(qū)。試驗采用半地面覆蓋，即玉米種植帶覆蓋，非玉米種植帶和綠肥植物種植帶不覆蓋。小區(qū)面積為8m×5m。主區(qū)之間設置1.5m走廊，副區(qū)之間設置1.5m走廊。

1.4 種植管理

根據(jù)當?shù)胤N植和灌溉管理經(jīng)驗，箭筈豌豆和毛苕子播種時間為2013年4月6日，玉米播種時間為2013年4月17日，箭筈豌豆和毛苕子采用條播，播種量分別為150kg／hm2和90kg／hm2，玉米按穴播種，單作玉米播種密度為82 500株／hm2，間作玉米（玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆）的播種密度與其單作相應面積播種密度相同。每1小區(qū)種植4個組合帶（玉米帶＋裸露帶或綠肥帶），每1組合帶包括1.4m玉米帶＋0.6m裸露帶或綠肥帶（箭筈豌豆和毛苕子），玉米行距為0.3m，株距為0.3m，帶寬1.4m，種植4行玉米，箭筈豌豆和毛苕子行距為0.15m，帶寬0.6m，種植4行箭筈豌豆或毛苕子，邊行玉米至邊行綠肥的距離為0.15m。

在播種前10d劃分小區(qū)，各小區(qū)翻地和耱地各1次，播種前磷肥和鉀肥作為基肥1次性施入，基肥用量分別為P 150kg／hm2（過磷酸鈣，含16%P2O5）和 K 40kg／hm2（硫酸鉀，含30%K2O）。玉米整個生育期N肥用量430kg／hm2（普通尿素，含純氮46.4%），分4次施入，基施30%，玉米拔節(jié)期、大喇叭口期和抽雄－吐絲期分別追施總施氮量的21%，42%和7%，基肥和追肥只施加于玉米種植帶，間作玉米和單作玉米的施肥方式、施肥時間和施肥量相同，并且每1小區(qū)灌水時間和灌水量相同，追肥在灌溉前進行。箭筈豌豆和毛苕子種植帶不進行施基肥和追肥。每小區(qū)利用滴灌，于2013年5月25日、6月27日、7月13日、8月3日和2013年8月25日對玉米和綠肥進行等時和等量灌溉，每次灌水量為80mm。在玉米播種后進行覆蓋，普通塑料薄膜為石家莊開發(fā)區(qū)永盛塑料制品有限公司生產(chǎn)，厚度為0.008mm，寬度為1.2m 和1.4m；生物降解膜為德國BASF化工廠生產(chǎn)，生物可降解地膜基料為聚乳酸（polylactic acid），聚乳酸來源于玉米秸稈和其他可再利用原材料，厚度為0.008mm，寬度為1.4m；秸稈采用小麥秸稈，小麥秸稈粉碎成5cm，一次性均勻覆蓋在玉米行間，覆蓋量為3 750kg／hm2。箭筈豌豆、毛苕子和玉米收獲時間分別為2013年8月20日、8月20日和9月29日。

1.5 樣品采集及測定

1.5.1 玉米和牧草全氮及氮素吸收量的測定 全氮：在牧草收獲期（2013年8月20日）和玉米收獲期（2013年9月29日）分別對牧草、玉米取樣（玉米分籽粒和非籽粒兩部分），取樣風干后粉碎過1mm篩，用H2SO4－H2O2消煮－凱氏定氮法測定植物全氮［11］。

植株地上部吸氮量（kg／hm2）＝地上部生物量（kg／hm）×植株地上部氮氮含量

1.5.2 土壤硝態(tài)氮及硝態(tài)氮累積量的測定 在牧草收獲后（2013年8月20日）和玉米收獲后（2013年9月29日）分別對各小區(qū)玉米帶、牧草帶或裸露帶中間取土樣，每帶取樣深度為140cm，20cm為1層，每帶隨機選取2點，同1層次的土壤混合為一個土樣，鮮土取回過2mm篩后充分混勻，稱取10g土樣，加入40 mL 1mol／L的KCl溶液浸提，震蕩30min，過濾后在－4℃冰箱中保存，用連續(xù)流動分析儀測定土壤硝態(tài)氮含量［12］。

土壤硝態(tài)氮絕對累積量（kg／hm2）＝ C×H×D／10

式中：C為土層硝態(tài)氮的含量（mg／kg）；H為土層厚度（cm）；D為土壤容重（g／cm3）。

1.6 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 17.0與EXCEL軟件進行方差分析和顯著性檢驗；方差分析多重比較用Duncan法。

2 結果與分析

2.1 覆蓋和間作對玉米和牧草氮素吸收的影響

2.1.1 覆蓋和間作對玉米氮素吸收的影響 研究結果表明（表4），不同覆蓋方式玉米收獲期各處理玉米單作、玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量均高于牧草收獲期。就不同覆蓋方式平均值而言，牧草收獲期，普通地膜覆蓋的玉米植株吸氮量顯著高于秸稈覆蓋和無覆蓋，生物可降解地膜覆蓋的玉米植株吸氮量顯著高于無覆蓋，生物可降解地膜覆蓋與普通地膜覆蓋和秸稈覆蓋、秸稈覆蓋與無覆蓋之間差異不顯著（P＜0.05）。普通地膜覆蓋的玉米植株吸氮量較秸稈覆蓋和無覆蓋的玉米植株吸氮量顯著增加44.22%和65.78%。玉米收獲期，秸稈覆蓋的玉米植株吸氮量顯著高于生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋，普通地膜覆蓋的玉米植株吸氮量顯著高于無覆蓋，普通地膜覆蓋與生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋、生物可降解地膜覆蓋與無覆蓋之間差異不顯著。秸稈覆蓋的玉米植株吸氮量較生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋的玉米植株吸氮量增加20.93%和34.50%。

表4 覆蓋和間作模式下玉米的吸氮量Table4 Effects of mulching methods and intercropping on N uptake by maize kg／hm2

不同間作模式無論在牧草收獲期還是玉米收獲期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量均顯著高于單作玉米，而玉米／／毛苕子與玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量差異不顯著，玉米植株吸氮量表現(xiàn)為玉米／／毛苕子＞玉米／／箭筈豌豆＞玉米單作。牧草收獲期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量較單作玉米分別增加21.86%和20.37%。玉米收獲期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量較單作玉米分別增加6.94%和6.26%。

2.1.2 覆蓋和間作對牧草氮素吸收的影響 研究結果表明（表5），不同覆蓋方式和間作模式對牧草植株吸氮量有顯著影響。玉米收獲期各處理玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草植株吸氮量均低于牧草收獲期。就不同覆蓋方式平均值而言，牧草收獲期，無覆蓋的牧草植株吸氮量顯著高于普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋，秸稈覆蓋的牧草植株吸氮量顯著高于生物可降解地膜覆蓋，普通地膜覆蓋與生物可降解地膜覆蓋，秸稈覆蓋之間差異不顯著。無覆蓋的牧草植株吸氮量較普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋的牧草植株吸氮量分別增加31.38%，58.67%和23.22%。

玉米收獲期，秸稈覆蓋的牧草植株吸氮量顯著高于普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋，秸稈覆蓋的牧草植株吸氮量較普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋的牧草植株吸氮量分別增加46.75%，72.31%和21.76%。

總體表明，無論在牧草收獲期還是玉米收獲期，間作毛苕子的吸氮量均顯著高于間作箭筈豌豆。牧草收獲期，間作毛苕子的吸氮量較間作箭筈豌豆增加30.44%，玉米收獲期，間作毛苕子的吸氮量較間作箭筈豌豆增加25.26%。原因可能為毛苕子較玉米具有更發(fā)達的根系，并且單株分枝和根瘤數(shù)多，有利于養(yǎng)分和水分的吸收。

表5 覆蓋和間作模式下牧草植株的吸氮量Table5 Effects of mulching methods and intercropping on N uptake by forage kg／hm2

2.2 覆蓋和間作對0～140cm土壤殘留硝態(tài)氮累積的影響

2.2.1 覆蓋和間作對玉米帶0～140cm土壤硝態(tài)氮累積量的影響 將牧草收獲期與玉米收獲期各處理玉米帶0～140cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量進行分析（圖1），牧草收獲期各處理玉米帶0～140cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量為54.65～80.47kg／hm2，玉米收獲期各處理玉米帶0～140cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量為48.90～74.11kg／hm2。在同一覆蓋水平下，將3種間作模式玉米帶0～140cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量統(tǒng)計求均值（圖1），比較發(fā)現(xiàn)，玉米收獲期普通地膜覆蓋和生物可降解地膜覆蓋的玉米帶硝態(tài)氮累積量均顯著高于無覆蓋（P＜0.05），普通地膜覆蓋與生物可降解地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋與秸稈覆蓋、秸稈覆蓋與無覆蓋之間差異不顯著（P＜0.05），普通地膜覆蓋和生物可降解地膜覆蓋的玉米帶硝態(tài)氮累積量較無覆蓋分別增加32.87%和27.82%。3種不同材料覆蓋下的玉米帶土壤較無覆蓋保溫保水能力強，微生物活動旺盛，固定的氮素隨之增加，土壤中有機氮的礦化也加快，最終導致無覆蓋的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量明顯低于其他3種覆蓋方式。

普通地膜覆蓋下，玉米收獲期玉米／／箭筈豌豆的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量顯著高于單作玉米和玉米／／毛苕子，玉米／／箭筈豌豆的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米和玉米／／毛苕子分別增加12.83%和4.59%。生物可降解地膜覆蓋下，玉米收獲期玉米／／箭筈豌豆和玉米／／毛苕子的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量均顯著高于單作玉米，玉米／／箭筈豌豆與玉米／／毛苕子之間相差不顯著，玉米／／箭筈豌豆和玉米／／毛苕子的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米分別增加13.01%和12.37%。秸稈覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量顯著高于單作玉米，玉米／／箭筈豌豆與玉米／／毛苕子、玉米／／箭筈豌豆與單作玉米之間相差不顯著，玉米／／毛苕子的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米增加14.72%。無覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量顯著高于單作玉米，玉米／／箭筈豌豆與玉米／／毛苕子、玉米／／箭筈豌豆與單作玉米之間相差不顯著，玉米／／毛苕子的土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米增加15.93%。

圖1 覆蓋和間作模式下玉米帶0～140cm土壤硝態(tài)氮的累積量Fig.1 Effects of mulching methods and intercropping on soil NO－3－N accumulation of the soil depth（0～140cm）in maize belts

2.2.2 覆蓋和間作對牧草（裸露）帶0～140cm土壤硝態(tài)氮累積量的影響 將牧草收獲期與玉米收獲期各處理牧草（裸露）帶0～140cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量進行分析（圖2），牧草收獲期各處理牧草（裸露）帶0～140cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量為42.85～71.23 kg／hm2，玉米收獲期各處理牧草（裸露）帶0～140cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量為34.60～64.74kg／hm2。在同一覆蓋水平下，將3種間作模式牧草（裸露）帶0～140cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量統(tǒng)計求均值（圖2），比較發(fā)現(xiàn)，玉米收獲期普通地膜覆蓋處理的牧草（裸露）帶硝態(tài)氮累積量顯著高于其他3種覆蓋處理，生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋的牧草（裸露）帶硝態(tài)氮累積量顯著高于單作玉米，生物可降解地膜覆蓋與秸稈覆蓋之間差異不顯著（P＞0.05），普通地膜覆蓋的牧草（裸露）帶硝態(tài)氮累積量較生物可降解地膜覆蓋、秸稈覆蓋和無覆蓋分別增加9.17%，6.07%和35.45%。

圖2 覆蓋和間作模式下牧草（裸露）帶0～140cm土壤硝態(tài)氮的累積量Fig.2 Effects of mulching methods and intercropping on soil NO3－ －N accumulation of the soil depth（0～140cm）in the forage belts

普通地膜覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量均顯著高于單作玉米，玉米／／毛苕子與玉米／／箭筈豌豆之間差異不顯著（P＞0.05），玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米分別增加41.05%和46.17%。生物可降解地膜覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量顯著高于單作玉米，玉米／／毛苕子與玉米／／箭筈豌豆、玉米／／箭筈豌豆與單作玉米之間差異不顯著，玉米／／毛苕子的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米增加25.65%。秸稈覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量顯著高于單作玉米和玉米／／箭筈豌豆，玉米／／箭筈豌豆與單作玉米之間差異不顯著，玉米／／毛苕子的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米和玉米／／箭筈豌豆分別增加18.81%和14.48%。無覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量顯著高于單作玉米，玉米／／毛苕子與玉米／／箭筈豌豆、玉米／／箭筈豌豆與單作玉米之間差異不顯著，玉米／／毛苕子的土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米增加34.48%。

3 討論與結論

3.1 覆蓋和間作可以提高作物吸氮量

氮素作為植物必須營養(yǎng)元素，對植物生命活動、產(chǎn)量和品質(zhì)都有重要的作用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位。由于豆科作物的生物固氮作用，豆科與非豆科作物間作在間作種植方式中占絕對統(tǒng)治地位，對其研究相對較多，研究結果表明養(yǎng)分吸收與間作的產(chǎn)量優(yōu)勢之間存在明顯的正相關關系［13，14］。在一定條件下，豆科與禾本科間作可以顯著提高植株氮素利用效率，表現(xiàn)出一定的間作優(yōu)勢［15］。李文學［16］對小麥／／玉米間作研究發(fā)現(xiàn)，間作小麥的吸氮量為166.2kg／hm2，比單作增加37%。豆科與非豆科作物間作，由于非豆科作物可以更多地利用土壤氮素，降低了高氮條件下的“氮阻礙”作用，有利于提高豆科作物的固氮比率。同時，豆科作物固定的氮素，可以部分的通過根際轉移到非豆科作物中，豆科植物具有氮素節(jié)約效應，可以把自身的氮素節(jié)約下來供臨近非豆科植物吸收，改善了非豆科作物的供氮條件，從而有利于非豆科作物生長。試驗條件下，牧草收獲后各小區(qū)玉米經(jīng)過追肥和灌水，玉米根系通過吸收土壤水分和養(yǎng)分，在后期進行生殖生長，并且間作系統(tǒng)中玉米后期可以利用牧草固定的氮素和牧草帶土壤氮素資源，利用物種間的優(yōu)勢互補、互利效應吸收土壤氮素，最終使得玉米收獲期各覆蓋和間作模式下的吸氮量均高于各自牧草收獲期的吸氮量。無論在牧草收獲期還是玉米收獲期，與毛苕子、箭筈豌豆間作的玉米植株吸氮量均顯著高于單作玉米，而玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量表現(xiàn)差異不顯著，牧草收獲期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量較單作玉米分別增加21.86%和20.37%，玉米收獲期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量較單作玉米分別增加6.94%和6.26%?？傮w來看，間作的玉米的吸氮量均高于單作的玉米的吸氮量，這可能是由于間作系統(tǒng)中2種作物生育期的不同，作物對水分和養(yǎng)分的需求時間有所差異，作物成熟期間作處理可以吸收對應種植帶的養(yǎng)分，另外間作系統(tǒng)中牧草可以固定空氣中的氮素供玉米吸收，致使間作玉米吸氮量高于單作玉米。

不同覆蓋方式通過影響土壤溫度、水分等因素而對土壤氮素礦化作用產(chǎn)生影響。汪景寬等 研究表明，地膜覆蓋條件下凈氮礦化速率高于裸地，但隨著季節(jié)有不同程度的變化，這是由于地膜覆蓋改變了土壤水熱條件，從而影響了土壤氮素的轉化。艾應偉［18］在旱作水稻地發(fā)現(xiàn)，覆膜，覆秸與裸地相比，消耗了農(nóng)田的更多的氮素。在牧草收獲期，普通地膜覆蓋的玉米植株吸氮量較秸稈覆蓋和無覆蓋的玉米植株吸氮量顯著增加44.22%和65.78%。在玉米收獲期，秸稈覆蓋的玉米植株吸氮量較生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋的玉米植株吸氮量顯著增加20.93%和34.50%。研究中，由于牧草帶不追施氮肥和不進行覆蓋，競爭的因子主要是水分和光照以及地下養(yǎng)分，在玉米帶無覆蓋和秸稈覆蓋的情況下，土壤結構沒有2種地膜覆蓋的緊實，使玉米帶灌溉的水分和追施的氮肥可以供間作牧草吸收利用，由于后期秸稈的腐爛分解，秸稈還田后增加了土壤中的氮素，促進了作物的生長發(fā)育，導致玉米后期秸稈覆蓋下的牧草的吸氮量顯著高于普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋。

研究中，玉米收獲期同一覆蓋方式下玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草的吸氮量均低于牧草收獲期各自牧草的吸氮量。箭筈豌豆和毛苕子收獲期正值牧草盛花期，牧草營養(yǎng)生長旺盛，根系發(fā)達，有效根瘤數(shù)的形成達到最高峰，固氮能力最強，牧草根系吸收土壤深層水分跟養(yǎng)分的能力較強，此外，由于牧草與玉米構成的間作體系拓寬了水分利用的生態(tài)位空間，牧草較玉米占據(jù)更多的生態(tài)位空間，使其具有更強的競爭力，牧草在共生期又能競爭晚播玉米的水分資源，有利于間作牧草的營養(yǎng)生長；后期牧草根系各功能開始慢慢減弱，根瘤菌固氮能力開始衰竭，間作玉米迅速提高水分利用效率，牧草對養(yǎng)分和水分競爭能力減弱，使得玉米收獲期牧草植株吸氮量較牧草收獲期明顯減少。無論在牧草收獲期還是玉米收獲期，間作毛苕子的吸氮量均顯著高于間作箭筈豌豆。牧草收獲期，間作毛苕子的吸氮量較間作箭筈豌豆增加30.44%，玉米收獲期，間作毛苕子的吸氮量較間作箭筈豌豆增加25.26%。毛苕子較箭筈豌豆具有發(fā)達的主根和分枝，它對自身帶土壤深層以及鄰近玉米帶土壤氮素資源獲取能力強，從而增加了氮素的吸收利用。

在牧草收獲期，無覆蓋的牧草植株吸氮量較普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋的牧草植株吸氮量分別增加31.38%，58.67%和23.22%。在玉米收獲期，秸稈覆蓋的牧草植株吸氮量較普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋的牧草植株吸氮量分別增加46.75%，72.31%和21.76%。李勇等［19］在旱作水稻地研究表明，覆膜后土壤表觀盈余量最少，主要是由于覆膜促進生物活性，加快有機氮的礦化，導致后茬土壤氮素減少；而秸稈覆蓋促進有效氮的固定，在后茬逐漸釋放出來。由于覆蓋是在玉米帶進行，牧草與玉米帶之間的競爭主要來自土壤水分和養(yǎng)分，牧草根系通過對水分的吸收促進對土壤氮素的吸收。無覆蓋下的玉米帶水分較其他覆蓋可以更多的向牧草帶滲漏，并且水分轉移的同時可以帶動玉米帶氮素向牧草帶移動，導致無覆蓋下的牧草吸氮量高于其他3種覆蓋，后期秸稈的腐爛分解還田可以被牧草吸收利用，導致秸稈覆蓋的牧草植株吸氮量顯著高于普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋。

3.2 覆蓋和間作可以提高土壤硝態(tài)氮累積量

覆蓋和間作顯著影響土壤剖面硝態(tài)氮累積量。葉優(yōu)良［20］對不同豆科／／玉米間作、小麥／／玉米間作的研究表明，蠶豆收獲后，間作蠶豆、大豆、豌豆和玉米土壤硝態(tài)氮累積量均低于相應的單作。Li等［21］對小麥／／玉米和蠶豆／／玉米間作研究表明，在相同施氮水平下，間作顯著降低硝態(tài)氮在土壤中的累積。研究中，普通地膜覆蓋下，玉米／／箭筈豌豆的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米和玉米／／毛苕子分別增加12.83%和4.59%。生物可降解地膜覆蓋下，玉米／／箭筈豌豆和玉米／／毛苕子的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米分別增加13.01%和12.37%。秸稈覆蓋下，玉米／／毛苕子的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米增加14.72%。無覆蓋下，玉米／／毛苕子的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米增加15.93%。無論牧草收獲期還是玉米收獲期，在同1種覆蓋方式下，單作玉米的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量均低于與牧草間作的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量，這可能是因為間作體系由于兩種作物根系的相互促進與互補作用導致硝態(tài)氮向深層滲漏緩慢，而單作玉米帶土壤硝態(tài)氮由于灌水和降水等因素向地表深層滲漏快，造成硝態(tài)氮的淋溶。

覆蓋栽培能明顯改善土壤理化性狀和作物生長的微環(huán)境，從而影響土壤無機態(tài)氮的含量。研究表明，地膜覆蓋后土壤有機氮的礦化速率、礦化量和硝態(tài)氮含量增加，在降水較多的情況下，容易導致硝態(tài)氮的淋溶損失［22］。李世清等［23］的研究報道，地膜覆蓋對土壤剖面中殘留硝態(tài)氮有一定程度的降低作用，但全生育期覆膜卻顯著增加了收獲后土壤剖面中累積的殘留硝態(tài)氮。近年來一些研究表明，秸稈覆蓋除了能直接補充土壤一部分氮素外，還可以促進固氮微生物的固氮作用和豆科作物的共生固氮，進一步增加土壤中的氮素［24］。據(jù)高亞軍等［25］研究，與常規(guī)無覆蓋模式相比，地膜覆蓋顯著增加了土壤0～200cm的硝態(tài)氮殘留，這與地膜覆蓋導致有機氮礦化增加有關，而秸稈覆蓋對土壤硝態(tài)氮殘留均沒有明顯影響。試驗表明，玉米收獲期，同一覆蓋方式下各處理玉米帶0～140cm土壤硝態(tài)氮累積量均低于牧草收獲期，這是因為牧草收獲后，玉米根系大量吸收土壤中氮素進行光合作用和生殖生長，導致玉米收獲期各處理玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較牧草收獲期低。玉米收獲期普通地膜覆蓋和生物可降解地膜覆蓋的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較無覆蓋分別增加32.87%和27.82%。玉米全生育期進行地膜或秸稈覆蓋，高溫高濕的地表環(huán)境使得土壤酶活性增強，加快了土壤中有機氮的礦化，秸稈腐爛分解雖然可以增加土壤中無機態(tài)氮素，但由于秸稈覆蓋下地表溫度較普通地膜覆蓋和生物可降解地膜覆蓋低，其對土壤中氮的消化并沒有起到多大作用，并且秸稈分解也會消耗一部分氮素，使得土壤中殘留硝態(tài)氮較普通地膜覆蓋和生物可降解地膜覆蓋低，玉米帶在無覆蓋條件下，土壤表層溫度較低，保水能力差，微生物活動弱，導致有機氮的礦化低，最終導致玉米收獲期無覆蓋的玉米帶土壤硝態(tài)氮累積量較其他3種覆蓋低。

研究中，不論牧草收獲期還是玉米收獲期，單作玉米的裸露帶土壤硝態(tài)氮累積量均比各自對應時期間作牧草帶土壤硝態(tài)氮累積量低，可能是因為間作體系由于兩種作物根系的相互促進與互補作用導致硝態(tài)氮向深層滲漏緩慢，而單作玉米的裸露帶土壤硝態(tài)氮由于灌水和降水等因素向地表深層滲漏快，造成硝態(tài)氮的淋溶。普通地膜覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米分別顯著增加41.05%和46.17%。生物可降解地膜覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米顯著增加25.65%。秸稈覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米和玉米／／箭筈豌豆分別顯著增加18.81%和14.48%。無覆蓋下，玉米收獲期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量較單作玉米顯著增加34.48%。牧草帶不進行覆蓋，與玉米間作的毛苕子較箭筈豌豆有效根瘤多，可以固定更多的氮素，并且毛苕子根系下扎深，側根數(shù)多，可以更加有效利用玉米帶和牧草帶的水分和養(yǎng)分，使氮素向毛苕子表層根系轉移，減少土壤硝態(tài)氮的淋溶，最終導致毛苕子帶殘留硝態(tài)氮較多。

玉米收獲期，4種覆蓋下各處理牧草（裸露）帶0～140cm土壤硝態(tài)氮累積量都低于牧草收獲期，這可能是因為牧草收獲后，玉米根系在生長后期不僅吸收玉米帶土壤中的氮素進行光合作用和生殖生長，而且也可以吸收牧草帶或裸露帶土壤中的氮素進行光合作用和生殖生長，導致玉米收獲期各處理土壤硝態(tài)氮累積量低于牧草收獲期。玉米收獲期普通地膜覆蓋處理的牧草（裸露）帶硝態(tài)氮累積量較生物可降解地膜覆蓋、秸稈覆蓋和無覆蓋分別增加9.17%，6.07%和35.45%。由于牧草帶和裸露帶不進行覆蓋，0～140 cm土壤硝態(tài)氮的累積主要是受間作帶環(huán)境和牧草自身生長特性所影響，普通地膜覆蓋不僅影響玉米帶的硝態(tài)氮含量，而且影響間作牧草帶的硝態(tài)氮含量，普通地膜覆蓋下土壤溫度較高，微生物活動旺盛，土壤酶活性高，有機氮礦化程度高，并且土壤結構緊實，水分下移速度緩慢，有利于間作系統(tǒng)中兩作物高效利用水分進而增加土壤硝態(tài)氮積累。玉米生長后期，由于生物可降解地膜的降解破損，使氮肥隨灌溉和降水向土壤深層垂直移動加快，而氮肥的橫向移動卻減緩，導致間作牧草帶土壤殘留硝態(tài)氮含量較普通地膜覆蓋低。秸稈覆蓋和無覆蓋下，土壤結構疏松，土壤表層溫度低，有機氮礦化程度低，水分蒸發(fā)強烈并且間作玉米帶追施的氮肥由于灌水和降水的作用向140cm深度以下積累，導致秸稈覆蓋和無覆蓋的牧草（裸露）帶土壤殘留硝態(tài)氮含量較普通地膜覆蓋明顯降低，但秸稈覆蓋的牧草（裸露）帶土壤硝態(tài)氮累積量較生物可降解地膜覆蓋和無覆蓋有所增加，可能是因為后期小麥秸稈的腐爛分解增加了土壤中的氮素，從而提高硝態(tài)氮的殘留。

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