水稻与水合欢间作对作物群体产量、氮素吸收及土壤氮素的影响

生态环境学报 2016, 25(11): 1856-1864 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@基金项目：国家自然科学基金项目（31300371）；公益性行业（农业）科研专项（201503106）；广东省科技计划项目（2015B090903077；2016A02010094）；广东省现代农业产业技术体系创新团队建设项目（2016LM1100）作者简介：张少斌（1991年生），男，硕士研究生，主要从事农业生态学研究。

E-mail: shelby_zh@*通信作者，梁开明（1979年生），男，副研究员，主要从事农业生态学等研究。

E-mail: kaiming-liang@ 。

章家恩（1968年生），男，教授，主要从事生态学等教学与研究工作。

E-mail: jeanzh@收稿日期：2016-10-17水稻与水合欢间作对作物群体产量、氮素吸收及土壤氮素的影响张少斌1，梁开明2*，张殷1，李妹娟1，章家恩1, 3, 4, 5*1. 华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642；2. 广东省农业科学院水稻研究所，广东 广州 510640；3. 农业部华南热带农业环境重点实验室，广东 广州 510642；4. 广东省现代生态农业与循环农业工程技术研究中心，广东 广州 510642；5. 广东省高等学校农业生态与农村环境重点实验室，广东 广州 510642摘要：豆科与禾本科作物间作有利于提高氮素利用率及作物群体产量。

旱地条件下豆科与禾本科作物间作产量优势的研究已多见报道，但水田环境下水稻（Oryza sativa ）与豆科水生作物间作模式的研究报道甚少。

在华南地区水田条件下分别构建了2015年晚稻和2015年早稻水稻与水合欢（Neptunia olerace ）间作模式，并探讨该模式对产量和稻田土壤氮素的影响。

试验设常规施氮水稻单作（N 180 kg·hm -2，CK ）、低氮水稻单作（N 140 kg·hm -2，LRM ）、水稻-水合欢间作（N 140 kg·hm -2，LRN ）和水合欢单作（N 140 kg·hm -2，NOM ）4种处理，测定不同种植模式下的作物产量、吸氮量、土地当量比及稻田土壤全氮含量的变化。

结果表明，间作栽培模式下的水稻茎蘖数、叶面积指数和地上部生物量均显著高于CK 和LRM ，其中与水合欢相邻的边行水稻茎蘖数、叶面积、地上部生物量和产量均显著高于内行。

水稻实地面积产量表现为LRN>CK>LRM ，LRN 处理下水合欢实地面积产量低于NOM 。

2014年晚稻和2015年早稻，以LRN 、NOM 和CK 计算的土地当量比分别为1.01和1.20，以LRN 、NOM 和LRM 计算的土地当量比分别为1.12和1.25，表明间作模式下作物整体产量明显提高。

LRN 处理下水稻群体总吸氮量显著低于CK 和LRM ，经过两季种植后，LRN 处理下土壤全氮含量分别比CK 和LRM 提高了0.21%和1.69%。

在水田环境中，水稻与水合欢间作在低氮投入下能维持较高的土地当量比，且提高了作物群体产量和土壤全氮。

关键词：水稻；水合欢；间作；产量；吸氮量；土壤氮素 DOI: 10.16258/ki.1674-5906.2016.11.018中图分类号：S314; X171.1 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2016）11-1856-09引用格式：张少斌, 梁开明, 张殷, 李妹娟, 章家恩. 2016. 水稻与水合欢间作对作物群体产量、氮素吸收及土壤氮素的影响[J]. 生态环境学报, 25(11): 1856-1864.ZHANG Shaobin, LIANG Kaiming, ZHANG Yin, LI Meijuan, ZHANG Jiaen. 2016. Effects of rice and water mimosa intercropping on crop yield, nitrogen uptake and soil nitrogen content [J]. Ecology and Environmental Sciences, 25(11): 1856-1864.我国有60%以上的人口以稻米为主食，为满足人口对粮食的需求，多数水稻（Oryza sativa ）以单一化和集约化的方式生产。

尽管这种集约式的现代化农业生产在保障粮食数量安全方面做出了巨大的贡献，但以高投入、单品种为特征的石油农业生产方式使农田生态系统生物多样性日趋降低，水稻所能利用的生态位宽度缩小。

此外，水稻生产中普遍存在化肥过量施用的问题。

据统计，我国氮肥施用量由1990年的1638.4×104 t 增长至2013年的2394.2×104 t ，平均每年增施氮肥32.9 t （中国统计年鉴，2015）。

我国农业生产中，肥料利用率较低（安宁等，2015），农田生态系统中，大量养分未被作物吸收利用而转移到环境中，加剧了农业面源污染（崔光琦等，2003；叶延琼等，2013；姚建武等，2015）。

同时，研究表明，由于偏施氮肥，导致病虫害加重（陈罗湘等，2006；王国荣等，2015）。

因此，发展资源节约型和环境友好型生态种植模式，在增产同时提高肥料利用率和减轻环境污染，是水稻可持续生产的趋势。

间套作是指在同一块土地上同时种植两种或两种以上作物的一种种植模式，主要分布于亚洲、非洲和南美洲，据估计，全球间套作耕地面积在张少斌等：水稻与水合欢间作对作物群体产量、氮素吸收及土壤氮素的影响 18571×108 hm2以上（Lithourgidis et al.，2011）。

前人研究表明，合理的间套模式能够充分利用地上部和地下部的生长空间，提高养分资源利用效率，达到稳产保收的目的（Nobel，1997；Morris et al.，1993；Gómez-RodrıG uez et al.，2003）。

在较低的生产水平下，间套作可充分利用资源，减少化肥投入，同时可增加产量的稳定性，对解决世界人口的温饱问题具有不可忽视的作用。

研究表明，豆科作物与禾本科间作模式下，豆科的固氮作用额外为系统提供了相当量的氮素，进而可降低农田化学氮肥的投入，因此豆科与禾本科作物间套作被普遍认为是提高农田生态系统养分利用率和维持土壤肥力的高效种植模式（苏本营等，2013）。

但目前关于禾本科与豆科间作在旱地条件下的研究报道较多，且多为玉米或者小麦等与豆科植物间作（Chui，1981；Ewansiha et al.，2015；Naudin et al.，2010；Pelzer et al.，2012），而对水田环境下豆科作物与水稻间套作的研究报道较少。

如褚贵新等（2003）在旱作水稻-花生间作试验中发现，间作条件下水稻的干物质产量和氮素吸收量显著大于单作水稻，间作提高了土地当量比。

目前全世界的水稻生产大多数是在水田条件下进行，但在水田条件下能否实现水稻与豆科植物间作，这种间作模式是否和旱作条件下的豆科-禾本科间作系统一样可以获得产量优势，间作能否提高系统的氮素养分利用，关于这方面的研究尚未见报道。

为此，本研究在水田环境下开展水稻-豆科间作模式研究，将水稻与水生食用性豆科植物-水合欢（Neptunia oleracea）进行间作，探讨在不同氮肥投入条件下，间作模式的作物产量、土地当量比及土壤全氮含量的动态变化，以期为建立水田条件下禾本科-豆科作物间作体系提供科学依据和实践参考。

1 材料与方法1.1 研究地概况试验在华南农业大学启林北教学科研基地进行（113°37′E，23°17′S），种植制度为双季稻制。

样地位于广州市天河区北部，属南亚热带季风湿润气候。

雨热同期且雨量充沛，年平均气温21.9 ℃，平均年无霜期长达335~360 d，年平均降水量1600~1900 mm。

供试土壤为赤红壤，基本性状为：土壤有机质含量21.5 g·kg-1，碱解氮88.5 mg·kg-1，速效磷43.9 mg·kg-1，速效钾45.2 mg·kg-1，全氮1.2 g·kg-1，全磷1.2 g·kg-1，全钾11.3 g·kg-1，pH为5.98。

1.2 试验材料供试水稻品种为“黄华占”（Oryza sativa，Huanghuazhan），由广东省农业科学院水稻研究所提供。

间作所用豆科植物为水合欢（Neptuniaoleracea），又称水含羞草（water mimosa），为豆科细枝水合欢属的多年生水生草本植物，具有固氮能力（James et al.，1992；Chou et al.，2007）。

该植物可在水田、湖泊等水流动缓慢的水域以浮水方式生长，也可以在常年湿润的土壤环境中生长。

除茎上的浮水囊外，其茎叶均可食用，但一般多采集长度在30 cm以内的幼嫩茎部作为食材。

本研究所供试的水合欢购于广西水生蔬菜公司。

1.3 试验设计与田间管理分别于2014年的晚稻期和2015年的早稻期进行田间小区试验，共设置常规水稻单作（Conventional N input in rice monoculture，CK）、水合欢单作（Neptunia oleracea monoculture，NOM）、水稻与水合欢间作（low N input in rice-Neptunia oleracea intercropping，LRN）和低施氮水平水稻单作（low N input in rice monoculture，LRM）处理，每处理重复4次。

小区采用完全随机区组排列，每个小区面积25 m2（5 m×5 m）。

小区间土壤堆砌高约20 cm、宽约20 cm的梯形田埂，铺膜以防止肥水串灌。

水稻与水合欢均同期移栽。

2014年晚稻移栽时间为8月22日，收获时间为12月6日；2015年早稻移栽时间为4月12日，收获时间为7月7日。

CK和LRM处理下，水稻的行距和株距均为20 cm，水稻每穴移栽2株单苗。

NOM处理下，水合欢苗移栽株距和行距分别为15 cm和20 cm，每穴移栽1株单苗。

LRN处理下，水稻与水合欢带幅之间的距离为25 cm，水稻和水合欢的株行距和移栽苗数均与各自单作模式一致，水稻与水合欢的种植行带比例为4∶3。

氮肥为普通尿素（N 46%），其中CK处理的氮肥施用量为N 180 kg·hm-2，NOM、LRN和LRM 处理下的氮肥施用量均为N 140 kg·hm-2。