间作系统氮调控对小麦氮钾营养及条锈病发生的影响*

朱锦惠, 郭增鹏, 董 坤, 董 艳

间作系统氮调控对小麦氮钾营养及条锈病发生的影响*

朱锦惠1,2†, 郭增鹏1†, 董 坤3, 董 艳1**

(1. 云南农业大学资源与环境学院 昆明 650201; 2. 滇西应用技术大学普洱茶学院 普洱 665000; 3. 云南农业大学动物科学技术学院 昆明 650201)

通过探讨间作和施氮对小麦植株氮钾养分吸收、分配及条锈病发生的影响, 明确氮钾养分吸收和分配与小麦条锈病发生的关系, 以期为合理施肥实现控病增产提供理论依据。在云南安宁和峨山两地布置田间小区试验, 研究3种施氮水平(0 kg×hm–2、90 kg×hm–2和180 kg×hm–2)和2种种植模式(小麦单作、小麦||蚕豆间作)对小麦植株氮钾含量与分配以及小麦条锈病发病率及病情指数的影响。结果表明, 施氮增加了小麦产量, 且间作增产效应显著; 与单作相比, 间作小麦平均显著增产31.9%(安宁)和18.0%(峨山); 小麦||蚕豆间作产量优势明显, 土地当量比为1.20~1.37(安宁)和1.16~1.27(峨山), 但间作增产优势随施氮量增加而降低。施氮在提高产量的同时也加重了小麦条锈病危害, 随施氮量增加, 单、间作小麦条锈病的发病率和病情指数均呈增加趋势。间作有较好的控病效果, 与单作相比, 间作小麦发病率、病情指数分别显著降低9.6%~22.0%、23.7%~33.7%(安宁)和29.5%~36.5%、29.3%~39.6%(峨山)。施氮增加了小麦植株氮含量, 且主要累积在叶片, 叶片氮含量占氮吸收总量的41.3%~47.4%(安宁)和35.9%~44.1%(峨山); 但间作显著降低小麦植株氮含量, 并显著提高钾含量, 因而显著降低了叶片氮/钾比。相关性分析表明, 小麦条锈病发病率和病情指数与植株氮含量、叶片氮/钾比呈显著正相关, 与钾含量呈极显著负相关。施氮增加了小麦植株氮含量, 提高了叶片氮/钾比, 进而加剧小麦条锈病发生; 而间作则通过增加钾含量, 降低小麦植株氮含量及叶片氮/钾比, 平衡小麦植株内氮钾养分而增强小麦对条锈病的抗性。

小麦||蚕豆间作; 小麦条锈病; 施氮量; 氮; 钾

小麦(L.)是仅次于水稻(L.)的第二大粮食作物, 随着人口增长, 到2050年, 小麦的需求量预计每年将以1.6%的速度增长, 全球平均产量将由目前的3 000 kg∙km-2增加到5 000 kg∙km-2[1]。然而, 盲目追求高产, 单一高产品种大面积种植和大量化肥投入, 尤其偏施氮肥加剧了小麦条锈病(f.sp.)的发生[2]。该病在全球五大洲均有分布, 中国是世界上小麦条锈病发生面积最大、危害损失最重的国家, 对小麦生产具有毁灭性危害, 病害流行年份可导致小麦减产40%以上, 甚至绝收, 严重制约小麦安全生产和粮食安全[3-4]。因此,如何实现可持续控制小麦病害危害迫在眉睫。

生物多样性是植物病害流行的天然屏障, 而间作是增加农田生物多样性的有效措施[5]。近年来已在多种体系证实间作具有良好的控病效果: 如玉米(L.)||马铃薯(L.)控制玉米大斑病、小斑病和马铃薯晚疫病[6]; 西瓜(L.)||水稻控制西瓜枯萎病等[7]。此外, 利用作物种内异质性(小麦品种混播)控制小麦条锈病[8], 尤其在发病强度相对较高的年份, 品种混播降低条锈病病情指数, 产量正效应出现的频率高达69.4%[9]。我们的前期研究也发现小麦||蚕豆(L.)有效控制小麦条锈病[2,10]、白粉病[11-12]、蚕豆枯萎病[13]及赤斑病的发生[14]。控病效果不仅受施氮水平影响[15],还受冠层郁闭度、温度、透光率、湿度等田间微环境影响[14]。但该间作体系中有关氮肥调控如何影响作物氮钾养分吸收、分配及其与病害发生有何关系的研究尚少见报道。为此, 本试验以小麦||蚕豆体系为研究对象, 设置不同施氮水平, 探讨间作和施氮对小麦植株氮钾养分吸收、分配及条锈病发生的影响, 皆在明确间作系统氮肥调控对氮钾养分吸收和分配的影响及其与小麦条锈病发生的关系, 以期为建立粮食高产、养分资源高效利用的间作种植体系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验田概况

试验于2015年10月至2016年5月在云南省安宁市禄裱镇上村和玉溪市峨山县峨峰村试验地进行。安宁试验地前茬作物为水稻, 砂壤土; 峨山试验地前茬作物为韭菜(Rottl. ex Spreng.), 轻壤土。试验地土壤基本理化性状如表1所示。

小麦和蚕豆的供试品种均购于云南省农业科学院粮油作物研究所: 小麦品种为‘云麦53’, 蚕豆品种为‘89-147’。

表1 不同试验地供试土壤的基本理化性状

1.2 试验设计

安宁与峨山两地试验设计完全相同, 为施氮水平和种植模式2因素, 裂区设计。3个施氮水平分别为0 kg(N)∙hm-2(N0)、90 kg(N)∙hm-2(N1)和180 kg(N)∙hm-2(N2); 2种种植模式分别为小麦单作(MW)和小麦与蚕豆间作(W||F)。组合为6个处理, 每处理3次重复, 共18个小区, 小区面积5.4 m´6 m= 32.4 m2。小麦磷肥(普通过磷酸钙, P2O516%)、钾肥(硫酸钾, K2O 50%)施用量均为90 kg∙hm-2, 作为基肥一次性施入; 小麦氮肥(尿素N 46.0%)分底肥和追肥两次施用, 每次各50%。单、间作小麦的施肥量一致, 单、间作蚕豆的施肥量为小麦的一半。

单、间作小麦每行的播种量(150 kg∙hm-2)相同, 小麦条播, 行距0.2 m, 播种量为18 g每行; 蚕豆点播, 行距为0.3 m, 株距为0.15 m。单作小区种植小麦27行, 间作小区按6行小麦2行蚕豆的方式种植, 间作小区内分别有3个小麦种植带和4个蚕豆种植带。小麦和蚕豆同时播种, 安宁试验地于2015年10月22日播种、2016年4月20日收获, 峨山试验地于2016年10月25日播种、2016年4月23日收获。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 小麦条锈病的调查

根据病情发展, 两试验地分别于小麦锈病发病盛期(小麦灌浆期)进行病害调查, 按8级分类法进行。单作小麦调查时按对角线法选5点, 每点调查10茎, 共50茎; 间作小区在3个小麦种植带共取5点, 同样每点调查10茎, 共50茎, 病害调查取样点如图1所示。按以下公式分别计算小麦条锈病发病率和病情指数。

发病率(%)=发病叶片总数/调查叶片总数×100 (1)

病情指数=∑(各级病叶数×各级代表值)×

100/(调查叶片总数×最高级代表值) (2)

1.3.2 小麦植株氮、钾含量测定

于小麦条锈病发病盛期(小麦灌浆期)采集小麦植株, 测定地上部茎、叶、穗中全氮、全钾含量。单作小麦小区内采用梅花形3点随机取样, 间作小麦只采第1、第3行, 每点植株采样长度为0.2 m, 均按茎、叶剪开, 于烘箱105 ℃杀青30 min, 并在65 ℃下烘干至恒重, 干样粉碎。采用H2SO4-H2O2消煮、半微量凯氏定氮法测定植株全氮含量; 采用火焰光度计法测定全钾含量。并计算氮、钾比。

根据职业教育分专业进行教学的特殊性以及学生层次不一、学习风格各异的特点，职中语文教学要彻底冲破传统观念的束缚，充分尊重学生的需要，遵循市场经济规律，体现语文教学的专业性色彩。

1.3.3 产量测定

为了减少边行效应的影响, 单作小麦收获时在产区除去边行3行后再收获连续的6行, 间作小麦收获中间的一个完整带幅6行; 单作蚕豆收获时在产区除去边行3行后再收获连续6行, 间作蚕豆收获与小麦间作的带幅2行。等面积折算间作系统单位面积产量并计算土地当量比(LER), 按下式计算:

LER=ia/sa+ib/sb(3)

式中:ia和ib表示作物a和b的间作产量,sa和sb表示作物a、b单作产量。

图1 小麦单作(左)、小麦||蚕豆间作(右)小区小麦锈病病害调查示意图

1.4 统计分析

数据处理及作图采用Excel 2007完成, 通过SAS 9.0(SAS Institute, USA)软件进行双因素方差分析, 采用最小显著差异法(LSD)检验各处理间的差异显著性(=0.05)。

2 结果与分析

2.1 间作系统施氮对小麦产量的影响

施氮均增加单、间作小麦产量, 且施氮量越高增产效果越明显(表2)。与N0相比, N1、N2处理使安宁试验地单作和间作小麦产量分别显著增加34.0%、52.3%和21.9%、24.1%, 峨山试验地分别显著增加12.5%、31.4%和14.3%、15.4%。与单作相比, 不同氮水平下间作均增加了小麦产量。安宁试验地N0-N2水平下间作使小麦产量显著增加47.1%、33.9%和19.9%; 峨山试验地N0、N1水平下间作使小麦产量显著增加23.1%、25.1%。安宁试验地N0-N2水平下土地当量比(LER)分别为1.37、1.31和1.20, 平均为1.29; 峨山试验地N0-N2水平下土地当量比(LER)分别为1.26、1.27和1.16, 平均为1.23。

结果表明, 虽然单作系统氮肥增产效果较间作明显, 但各氮水平下间作小麦产量均高于单作, 说明单作小麦对氮肥需求量更高; 各施氮水平下土地当量比(LER)均大于1, 表明小麦蚕豆间作产量优势明显, 但间作增产优势随施氮量增加而降低。

2.2 间作系统不同施氮量对小麦条锈病发生的影响

由图2可知, 随施氮水平增加, 两试验地单、间作小麦条锈病的发病率和病情指数均呈增加趋势。安宁试验地, 与N0相比, N1、N2处理使单作、间作小麦条锈病发病率分别增加2.4%、12.2%和3.8%、30.0%, 但不同施氮水平间差异不显著; 使单、间作小麦病情指数分别增加10.0%、20.5%和5.6%、8.5%, 单作N2处理显著高于N0。峨山试验地, 与N0相比, N1、N2处理使单、间作小麦条锈病发病率分别增加8.5%、12.4%和6.4%、22.4%, 单作N2显著高于N0; 使单、间作小麦病情指数分别增加10.5%、28.3%和5.3%、43.2%, 单作和间作均表现为N2显著高于N0。表明施氮对病情指数的影响大于对发病率的影响, 施氮不但加剧了小麦条锈病的发生, 更加重了条锈病的危害。

表2 施氮量和与蚕豆间作对小麦产量的影响

同一试验地同列不同字母表示不同施氮水平间差异显著(<0.05), *表示在相同施氮水平下单作和间作间差异显著(<0.05)。N0、N1和N2分别表示施氮量为0 kg(N)×hm-2、90 kg(N)×hm-2和180 kg(N)×hm-2。Different letters in the same column for the same experimental site indicate significant differences among nitrogen application levels at 0.05 level. * means significant difference between monocropping and intercropping systems at the same nitrogen level at 0.05 level. N0, N1 and N2 represent 0 kg(N)×hm-2, 90 kg(N)×hm-2and 180 kg×hm-2of nitrogen application rates, respectively.

图2 施氮量和与蚕豆间作对小麦条锈病发病率(a)和病情指数(b)的影响

图中不同大写和小写字母分别表示单作、间作下不同施氮水平间差异显著(<0.05); *表示同一施氮水平下单、间作间差异显著(<0.05)。N0、N1和N2分别表示施氮量为0 kg×hm-2、90 kg×hm-2和180 kg×hm-2。Different capital letters and lowercase letters represent significant differences among nitrogen application levels of monocropping and intercropping at 0.05 level, respectively. * represents difference between monocropping and intercropping at the same N application level, respectively. N0, N1 and N2 represent 0 kg(N)×hm-2, 90 kg(N)×hm-2and 180 kg×hm-2of nitrogen application levels, respectively.

与单作相比, 不同氮水平下间作均降低了小麦条锈病的发病率和病情指数。安宁试验地N0、N1水平下间作显著降低小麦条锈病发病率22.0%和20.9%; N0、N1和N2水平下间作显著降低病情指数33.7%、36.37%和23.7%。峨山试验地N0、N1和N2水平下间作显著降低小麦条锈病发病率35.3%、36.5%和29.5%, 显著降低病情指数36.7%、39.6%和29.0%。表明间作有效降低了小麦条锈病的发生与危害, 且不施氮或较低施氮量下效果更明显。

2.3 间作系统施氮对小麦植株氮钾养分含量的影响

小麦植株氮含量随施氮量增加而增加(图3a)。安宁试验地, 与N0相比, 单作条件下, N1、N2处理显著增加小麦植株氮含量73.6%、95.4%; 间作条件下, N1处理与N0相比无显著差异, N2处理显著增加小麦植株氮含量14.0%。峨山试验地, 与N0相比, 单作条件下, N1、N2处理显著增加小麦植株氮含量42.7%和55.0%; 间作条件下, 各施氮处理与N0相比均无显著差异。与单作相比, N0水平下间作显著提高小麦植株氮含量33.7%(安宁)和16.3%(峨山), N1、N2水平下间作显著降低小麦植株氮含量17.8%、21.8%(安宁)和16.9%、16.2%(峨山)。

小麦植株钾含量随施氮量增加呈先增加后降低趋势(图3b)。与N0相比, N1处理提高单、间作小麦植株钾含量20.4%、20.8%(安宁)和16.3%、18.5%(峨山), N2处理降低3.8%、6.0%(安宁)和7.8%、8.4%(峨山)。与单作相比, N0、N1、N2水平下间作显著提高小麦植株钾含量25.9%、23.0%、22.6%(安宁)和16.9%、18.3%、16.2%(峨山)。

综合来看, 间作种植模式下的小麦植株氮、钾含量受施氮量影响较小, 间作较单作显著降低了小麦植株氮含量, 显著提高了小麦植株钾含量。

图3 施氮量和与蚕豆间作对小麦植株氮(a)和钾(b)含量的影响

图中不同大写和小写字母分别表示单作、间作下不同施氮水平间差异显著(<0.05); *表示同一施氮水平下单、间作间差异显著(<0.05)。N0、N1和N2分别表示施氮量为0 kg×hm-2、90 kg×hm-2和180 kg×hm-2。Different capital letters and lowercase letters represent significant differences among nitrogen application levels of monocropping and intercropping at 0.05 level, respectively. * represents difference between monocropping and intercropping at the same N application level, respectively. N0, N1 and N2 represent 0 kg(N)×hm-2, 90 kg(N)×hm-2and 180 kg×hm-2of nitrogen application levels, respectively.

2.4 间作系统施氮对小麦植株氮钾养分分配的影响

由图4a可知, 氮素主要积累在叶片中, 占氮吸收总量41.3%~47.4%(安宁)和35.9%~44.1%(峨山)。单、间作小麦氮分配比例在各施氮水平下无明显变化规律。与单作相比, N0-N2水平下间作提高小麦茎部氮含量1.9%~2.4%(安宁)和0.0%~3.1%(峨山), 降低小麦叶部氮含量1.2%~5.9%(安宁)和2.4%~5.1%(峨山)。

由图4b可知, 钾素主要集中在茎部, 占钾吸收总量48.3%~56.8%(安宁)和42.6%~53.3%(峨山)。与N0相比, 施氮增加了单、间作小麦茎、穗中钾分配比例, 降低了叶中钾的分配比例。与单作相比, N0-N2水平下间作降低小麦茎部钾含量2.9%~9.4%(安宁)和6.3%~10.9%(峨山), 提高小麦叶部钾含量2.3%~ 5.2%(安宁)和3.1%~7.7%(峨山); 提高小麦穗部钾含量1.4%~5.2%(安宁)和2.9%~7.3%(峨山)。以上分析表明, 施氮量对单、间作小麦氮、钾分配比例无明显影响, 但种植模式(间作)明显降低了小麦叶片中氮的分配比例, 同时增加了叶片中钾的分配比例。

2.5 间作系统施氮对小麦叶片氮钾比(N/K)的影响

植株抗病性与养分平衡状况有关, 施氮及间作对小麦叶片氮钾比(N/K)有显著影响(图5)。小麦叶片中氮钾比(N/K)随施氮量增加而升高。与N0相比, 单作条件下N1、N2处理显著提高小麦叶片N/K121.0%、169.4%(安宁)和91.2%、123.5%(峨山); 间作条件下, N2处理显著提高叶片N/K 42.3%(安宁)和58.2%(峨山)。与单作相比, N1、N2水平下间作显著降低小麦叶片N/K 51.1%、49.1%(安宁)和48.5%、42.8%(峨山)。以上分析表明, 施氮对间作小麦叶片N/K无显著影响, 但间作较单作显著降低小麦叶片N/K比。

图4 不同施氮量和与蚕豆间作对小麦植株氮(a)和钾(b)分配的影响

N0、N1和N2分别表示施氮量为0 kg×hm-2、90 kg×hm-2和180 kg×hm-2。N0, N1 and N2 represent 0 kg(N)×hm-2, 90 kg(N)×hm-2and 180 kg×hm-2of nitrogen application levels, respectively.

图5 施氮和与蚕豆间作对小麦叶片氮钾比的影响

图中不同大写和小写字母分别表示单作和间作下不同施氮水平间差异显著(<0.05); *表示同一施氮水平下单、间作间差异显著(<0.05)。N0、N1和N2分别表示施氮量为0 kg×hm-2、90 kg×hm-2和180 kg×hm-2。Different capital letters and lowercase letters represent significant differences among nitrogen application levels of monocropping and intercropping at 0.05, respectively. * represents difference between monocropping and intercropping at the same N application level, respectively. N0, N1 and N2 represent 0 kg(N)×hm-2, 90 kg(N)×hm-2and 180 kg×hm-2of nitrogen application levels, respectively.

2.6 氮钾含量及N/K与小麦条锈病发生的相关性

相关性分析表明, 小麦植株氮含量、叶片N/K与条锈病的发病率和病情指数呈显著正相关关系, 钾含量与之呈极显著负相关关系(表3)。表明小麦植株高氮及高N/K比共同加重了条锈病发生与危害, 与之相反, 钾含量增加及N/K降低起到减轻小麦条锈病的控病效果。

3 讨论

3.1 间作系统氮肥调控对小麦产量的影响

氮肥是影响作物生长发育和限制作物产量的重要营养元素, 一定范围内, 作物产量随施氮量而增加[12,16]。本研究中, 单、间作小麦产量均随施氮量增加而增加, 施氮(N1、N2)比不施氮(N0)平均增加单、间作小麦产量分别为43.2%、23.0%(安宁)和22.0%、14.9%(峨山), 研究结果与前人一致。间作是中国传统农业的精髓, 禾本科与豆科作物间作不仅具有水分、光照、养分等资源高效利用及增加作物产量的特点, 更为重要的是充分发挥豆科作物的生物固氮功能从而减少氮肥使用, 如玉米||大豆[(Linn.) Merr][17]、糜子(L.)||绿豆[(Linn.) Wilczek][18]等。本研究中, 小麦和蚕豆间作也具有明显的增产优势, 3个氮水平, 与蚕豆间作的小麦产量显著高于单作产量, LER均大于1, 与Xiao等[19]的研究结果相似, 这表明小麦||蚕豆有较好的间作产量优势, 提高土地利用效率, 但间作增产优势随施氮量增加而降低, 这一现象符合报酬递减率。

表3 植株氮、钾含量及N/K与小麦条锈病发病率、病情指数的相关性分析

=12; *<0.05; **<0.01.

3.2 间作系统氮肥调控对小麦氮钾含量的影响及其与条锈病发生的关系

氮、钾营养既是作物生长和产量形成的重要保障, 也是影响病害发生的重要因子。作物叶片氮浓度取决于氮肥施用量[20]。本研究发现, 两试验地小麦植株氮含量随施氮量增加而增加, 单作条件下施氮对小麦植株氮含量的影响较间作显著, 说明增施氮肥对间作小麦氮营养改善作用小于单作小麦, 这与陈远学等[2]的研究结果相似, 原因可能是间作作物较好地截获并利用光能[21], 促进作物生长及其对土壤氮素的吸收, 减少对化学氮肥的需求[2]; 还有可能是蚕豆所固定的氮素转移供应给小麦吸收利用,降低对化学氮肥的依赖[22]。

施氮量过高导致植株体内游离氨基酸、酰胺和可溶性糖等感病物质增加, 总酚和类黄酮物质及过氧化物酶活性等降低, 影响寄主作物的表皮特性、细胞壁结构和叶片代谢活性, 进而减弱其抗病能力, 加剧作物发病[23-25]。此外, 氮营养过剩, 植株徒长、行间郁闭、通透性差、湿度高, 是病菌的侵入和繁殖良好生境[26]。而钾素有利于提高作物组织中酚类物质、多酚氧化酶活性, 促进蛋白质的合成、促进糖和淀粉合成及运输, 减少病原菌所需的碳源和氮源, 从而提高作物抗病性[27]。本试验中, 间作显著降低小麦植株氮含量, 并增加钾含量, 且各施氮水平下间作小麦条锈病发病率和病情指数均显著低于单作, 由此可见, 间作控病优势主要通过调节小麦植株氮钾水平来实现的。间作条件下小麦钾含量显著高于单作, 原因可能是间作氮素同化较快以及间作小麦生物量较大对氮含量产生稀释作用, 从而降低小麦植株氮含量并提高钾含量。相关分析还表明, 小麦条锈病发病率、病情指数与小麦植株氮含量呈显著正相关, 而与钾含量呈极显著负相关, 说明小麦条锈病的发生和危害与小麦植株中氮、钾营养含量密切相关, 原因可能是间作通过调节小麦植株体内氮、钾含量从而减少感病物质, 增强其抗病力。此外, 小麦||蚕豆间作在一定程度上改变小麦植株种植比例及布局, 蚕豆对病原菌起到稀释和阻挡作用; 小麦、蚕豆株高差形成“通风走廊”, 改变了单作小麦均一的冠层结构, 加强了群体空气流动, 有效地改善田间湿度、温度和通风条件等微气候条件, 从而削弱了发病条件, 降低了病害的滋生和蔓延[28]。

3.3 间作系统氮肥调控对小麦氮钾分配、叶片氮钾比的影响及其与条锈病发生的关系

植株内尤其是叶片中氮、钾含量的高低不仅影响其生理生化特性, 还影响病原菌的侵染力、致病力及寄主自身抗病性[29]。小麦条锈病主要危害叶片[30], 过量施氮使氮素累积在小麦叶片, 加重病害[12]。本研究发现, 在发病盛期, 小麦植株氮素分配叶片比例最大, 而钾素分配主要集中在茎部, 因而小麦条锈病发病程度随施氮水平增加而增加, 尤其以高氮(N2)处理下发病最重。

作物达到最适生长的“养分平衡”时抗病能力最强并随养分状况偏离最适状态的程度而变化[29]。钾与其他营养元素的比率是决定病害严重程度的因素,作物对病原菌侵染的抗性常依赖于N/K比[31]。当N/K比协调时, 烤烟(L.)抗病能力最强, 当N/K比偏离最适水平时, 烤烟发病加重[32]; 番茄(Mill.)与分蘖洋葱(L. var.)伴生显著降低番茄植株内N/K比, 从而极显著减轻番茄灰霉病[33]。本研究发现, 小麦叶片中N/K比随施氮量增加而增大, 同时N/K比与小麦条锈病的发病率和病情指数呈极显著正相关。由此可见, 小麦植株氮钾分配及氮钾比例失衡是导致病害加剧的重要致病因素。而与单作相比, 间作通过降低小麦叶片氮含量, 增加钾含量, 从而降低N/K比, 使小麦氮、钾养分平衡, 进而较好地控制了小麦条锈病的发生和危害。

4 结论

本研究结果显示, 施氮及间作显著增加了小麦产量, 提高了土地利用率。施氮增加了小麦植株氮含量及叶片中氮素分配比例, 提高了叶片N/K, 这是导致单作小麦条锈病发病严重的主要原因。与之相反, 间作条件下降低了小麦植株氮含量及叶片中氮素分配比例, 显著降低小麦叶片N/K, 因而获得较好控病效果。

本研究为认识和理解农业生物多样性控制作物病害提供了较好的案例补充, 但本研究中仅明确了间作具有控病增产的优势, 并未具体阐明间作控病对产量优势的具体贡献。因此, 作物病害危害与产量损失有何关系, 间作控病对产量优势的贡献程度如何, 这些问题有待进一步深入研究。

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Effects of N application on nitrogen and potassium nutrition and stripe rust of wheat in an intercropping system*

ZHU Jinhui1,2†, GUO Zengpeng1†, DONG Kun3, DONG Yan1**

(1. College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 2. College of Tea (Pu’er), West Yunnan University of Applied Sciences, Pu’er 665000, China; 3. College of Animal Science and Technology,Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China)

In order to provide a theoretical basis for rational fertilization to achieve disease control and yield increase of wheat, the effects of nitrogen (N) application levels and intercropping on the absorption and distribution of N and potassium (K) and the occurrence of stripe rust of wheat were studied. A field experiment with three N application rates —0 kg(N)×hm−2(N0), 90 kg(N)×hm−2(N1), 180 kg(N)×hm−2(N2) —and two planting patterns (wheat monocropping, and wheat and faba bean intercropping) were set up in Anning and Eshan, Yunnan Province to study the effect of N application rate and intercropping with faba bean on the content and distribution of N and K, and the incidence and disease index of wheat stripe rust. The results showed that wheat yeld was considerably increased by N application, especially in intercropping. Compared with monocropping, intercropping significantly increased wheat yield averagely by 31.9% (Anning) and 18.0% (Eshan). The yield advantage of wheat-faba bean intercropping was obvious and the land equivalent ratio (LER) was 1.20-1.37 (Anning) and 1.16-1.27 (Eshan) at the N0-N2 levels. However, the yield-increasing effect of intercropping was decreased with increase in the N application rate. N application not only increased the yield, but also aggravated the damage of wheat stripe rust, and therefore, the incidence and disease index were increased by 2.4%-30.0% and 5.6%-38.5% in Anning, and 6.4%-22.4% and 5.3%-43.2% in Eshan, respectively. Intercropping with faba bean presented a better control effect on wheat stripe rust than monocropping. The incidence and disease index of wheat stripe rust were reduced by 9.6%-22.0% and 23.7%-33.7% (Anning) and 29.5%-36.5% and 29.3%-39.6% (Eshan), respectively. The N content was increased by N application, which mainly accumulated in the leaves, accounting for 41.3%-47.4% (Anning) and 35.9%-44.1% (Eshan) of total N absorption. However, the N content was considerably reduced by 17.8%-21.8% (Anning) and 16.2%-16.9% (Eshan), whereas the K content was significantly increased by 22.6%-23.0% (Anning) and 16.2%-18.3% (Eshan), and thus the N/K ratio in the leaves was significantly reduced under intercropping system, compared with that under monocropping system. The correlation analysis showed that the incidence and disease index of wheat stripe rust were positively correlated with the plant N content and leaf N/K ratio, and negatively correlated with the K content. The N content in wheat plants and the N/K ratio in the leaves were increased by N application and thus, the occurrence of wheat stripe rust was aggravated. On the contrary, intercropping enhanced wheat resistance to stripe rust by increasing K content and reducing plant N content and N/K ratio in the leaves, andbalancing N and K nutrients in wheat plants.

Wheat-faba bean intercropping; Wheat stripe rust; Nitrogen application rate; Nitrogen; Potassium

S432.4

10.13930/j.cnki.cjea.190473

* 国家自然科学基金项目(31560586, 31860596)资助

董艳, 主要从事植物营养与病害控制的研究。E-mail: dongyanyx@163.com

朱锦惠, 郭增鹏, 董坤, 董艳. 间作系统氮调控对小麦氮钾营养及条锈病发生的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(2): 236-244

† 共同第一作者: 朱锦惠, 主要研究方向为植物营养与病害控制, E-mail: jinhuizhu321@163.com; 郭增鹏, 主要研究方向为植物营养与病害控制, E-mail: guozp1993@163.com

2019-06-28

2019-11-17

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31560586,31860596).

, E-mail: dongyanyx@163.com

Nov. 17, 2019

Jun. 28, 2019;

† Equal contributors

朱锦惠, 郭增鹏, 董坤, 董艳. 间作系统氮调控对小麦氮钾营养及条锈病发生的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(2): 236-244

ZHU J H, GUO Z P, DONG K, DONG Y. Effects of N application on nitrogen and potassium nutrition and stripe rust of wheat in an intercropping system[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(2): 236-244