氮素添加对紫花苜蓿和无芒雀麦种间关系及氮素平衡的影响

在生产实践中,种植更多的豆科植物或者让豆科植物参与作物轮作当中,可以减少植物对矿质氮肥的依赖,有利于农业生产和环境的可持续发展。主要依据是豆科植物可以通过自身根瘤菌固定空气中的氮素一部分供自身生长需要,还可以为混播中伴生的禾本科植物提供氮素营养,同时也避免了因为土壤有效氮供应和植物需要之间的在时间上的不协调所造成的矿质氮肥的损失。

因此,就混播草地而言,豆科牧草生物固氮和豆禾之间转移氮素的数量和时间直接影响着混播中氮素效益,也是氮素能否被高效利用的关键,而了解混播中豆科牧草生物固氮对土壤有效氮的响应机制,对于维持混播草地稳定性,提高混播草地中氮素利用效率具有重要意义。设置0、75、150kgN/hm2三个水平的氮肥梯度(实际施入量0、1.07和2.14g/pot,分别记作NO、N75、N150)和无芒雀麦单播,紫花苜蓿单播,无芒雀麦和紫花苜蓿混播三种模式(分别记作GG、LL、GL),利用15N同位素示踪技术,采用动态取样的方法研究：1)单播和混播下无芒雀麦和紫花苜蓿两种牧草的生物量对氮素添加的响应。

2)在混播中豆科牧草紫花苜蓿和禾本科牧草无芒雀麦的动态竞争与共存机制。3)在单播和混播下紫花苜蓿的生物固氮对添加氮素的响应机制。

4)在单播和混播模式下紫花苜蓿和无芒雀麦的氮素利用机制。本研究主要的结果如下：(1)不论在单播还是混播中,施氮肥显著增加无芒雀麦的生物量和分蘖数(P<0.05),但对单播紫花苜蓿的生物量和分枝数无显著效应(P>0.05),而在混播中由于显著的促进了无芒雀麦的生物量和分蘖数而导致紫花苜蓿的生物量和分枝数显著降低(P<0.05)。

(2)无芒雀麦单株生物量和分蘖数在混播中要显著高于单播(P<0.05),混

播效应表现为积极的促进作用。而紫花苜蓿却相反,单株生物量和分枝数在混播下显著低于单播(P<0.05),混播效应表现为消极的抑制作用。

这从另一个角度说明了在混播中无芒雀麦以增加分蘖数的方式来扩张地上空间的能力要强于紫花苜蓿。另外,在混播中无芒雀麦的竞争率始终大于1.0,而紫花苜蓿的竞争率始终小于1.0,这说明无芒雀麦的竞争力要大于紫花苜蓿的竞争力,且在整个生育期中,无芒雀麦的竞争力逐渐减弱,而紫花苜蓿的竞争力逐渐增强。

(3)紫花苜蓿的固氮量对氮肥的响应在单播和混播中是不同的。单播中的紫花苜蓿固氮量与施氮量呈负相关关系(R2=-0.9376,P=0.0057),而由于在每次取样时植物从土壤中带走大量的氮素,导致土壤中有效氮含量显著降低,在混播中无芒雀麦牧草没有了竞争优势,紫花莒蓿会在混播中逐渐占优势,其固氮量也逐渐增加。

另一方面,无芒雀麦对有效氮的竞争胜过紫花苜蓿,在混播中无芒雀麦的增长消耗了土壤中的氮素,导致土壤中紫花苜蓿的根际周围的有效氮量降低,进一步促进了紫花苜蓿的固氮。这两个方面看起来视乎是矛盾的,却是在混播草地中的豆科牧草对土壤中有效氮的响应机制。

由此可见,在混播中通过豆科和禾本科牧草之间的竞争土壤氮来影响着豆科牧草的固氮量。(4)无芒雀麦对氮素的垄断吸收,导致紫花苜蓿可利用的氮素减少,导致混播中的紫花苜蓿比单播中具有更高的固氮效率,具体表现为：1)混播中的紫花苜蓿比相同条件下单播中的紫花苜蓿更早开始固氮。

2)混播中的紫花苜蓿固氮量比单播中的紫花苜蓿的固氮量要大(地上部：|t|=3.39,JP=0.0096；地下部：|t|=3.57,P=0.0073)。这充分的证明了一个结论：

相比较单播而言,在混播中紫花苜蓿对生物固氮的依赖增强。

另外,在混播中,随着施氮量的增加,混播中无芒雀麦的氮素转移量显著降低。可见,紫花苜蓿向无芒雀麦转移的氮素的量取决于土壤中有效氮的含量。