本研究于 1999-2003 年采用大田试验、池栽试验和室内生理生化分析相结合的技术路线,以不同类型、品种玉米套作为研究对象,以单作为对照,结合隔根+氮试验,研究了套作对玉米产量及品质的影响;研究了套作条件下的氮素竞争与互补利用,丰富了种植制度种间关系理论;研究了套作条件下的玉米根系对养分和水分的竞争与互补利用;筛选出高产优质高效相统一、环境友好型的玉米套作模式并明确了其生理生化基础。研究结果如下:1 套作复合群体的高产优质高效特性与单作相比,套作在一定意义上延长了作物的生育期,使一年两熟不足的地区可以实现一年两熟,每公顷产量可达 18000kg,纯收入达 20000 元,同时可以生产近 20000多 kg 秸秆作饲料,这不但提高了土地利用率、缓解了人畜争粮争地的矛盾,而且提高了农民收入,达到了高产优质高效的统一,在一年一熟有余两熟不足的地区有很大的推广前景。2 不同熟期春夏玉米套作氮素竞争利用及其对产量和品质的影响2.1 套作体系氮素竞争利用差异研究结果表明,与相同晚熟、早熟春玉米套作的夏晚熟品种 YD13 套作模式全年吸氮量均较高,其次是中熟品种,早熟品种全年吸氮量最低;而与中熟春玉米品种套作时,仍以夏晚熟品种 YD13 套作模式全年吸氮量最高,其次是早熟品种,中熟品种套作模式全年吸氮量最低。与不同春玉米套作时,全年氮素吸收量以与早熟春玉米套作时最高,其次是与中熟春玉米套作,最低的是与春晚熟品种套作。因为各模式的施氮量一样,吸氮量越多的模式其吸收的氮素来自土壤的比例相对增加,而来自肥料的比例则相应下降。与同一春玉米品种套作时,夏玉米为晚熟品种的吸氮量均较高,但其氮利用效率却较低,所吸收的氮更多的滞留在籽粒以外的植株器官中,向籽粒中转移的较少。土壤氮利用效率的变化趋势与氮利用效率相同。2.2 产量及营养价值差异研究结果表明,套作对春玉米生物产量和营养价值影响不显著;但能显著影响夏玉 I<WP=10>春夏玉米套作氮素竞争利用及对产量品质的影响机理研究米的生物产量和营养价值。当夏玉米为同一品种时,夏玉米生物产量和营养价值表现为:与春玉米 LD14 套作>与春玉米 YD22 套作>与春玉米 YD13 套作。就全年籽粒产量而言,YD22/YD13 是最好的组合;但是综合考虑生物产量、籽粒产量、粗蛋白产量、粗脂肪产量及粗纤维产量,全年较好的套作模式有:YD13/YD13、YD13/YD22 和YD22/YD13。但这 3 个模式中的各营养成分产量存在差异,在实际应用中要根据饲养动物的营养结构进行合理的选择,以实现最好饲养效果和经济效益。2.3 春、夏玉米淀粉含量、组成及糊化特性差异 套作对春玉米淀粉含量、组成及糊化特性影响较小,但却显著影响与之套作的夏玉米的淀粉含量、组成及糊化特性。就全年玉米淀粉含量、组成和糊化特性的综合表现来看,晚熟春玉米 YD13 与中熟夏玉米 YD22 套作春夏玉米淀粉含量、支链淀粉含量及支/直较高,直链淀粉含量较低,各粘度值较高;较差的是中熟品种 YD22 与晚熟夏玉米品种 YD13 套作。3 不同施氮水平氮素竞争利用和产量品质差异3.1 不同施氮水平氮素利用差异 与不施氮相比,增施氮肥可以显著提高全年玉米秸秆和籽粒中化肥氮吸收量,使地上部化肥氮吸收量显著提高,提高了氮肥利用率。但就各器官来说,普通夏玉米和高油夏玉米高氮时的表现有差异,前者全年籽粒化肥氮吸收量低于秸秆,而后者高于秸秆,表明高油夏玉米需氮量多,高氮时没有发生氮素冗余,而普通夏玉米却发生了氮素冗余,致使吸收的氮更多地残留在秸秆中。施肥对夏玉米收获后土壤全氮和速效氮含量有显著影响。但与普通夏玉米相比,高油夏玉米各土层速效氮含量均显著降低。3.2 不同施氮水平产量和品质差异 对套作来说,增施氮肥使全年产量提高、品质改善,这得益于春、夏玉米的协调,但是产量的阈值要高于品质阈值。单作时高氮处理产量却低于低氮,表明套作体系中对氮的需求量增大,产量下降的阈值要高于单作。 增施氮肥使全年粗纤维产量、粗蛋白产量、粗脂肪产量和淀粉产量均显著提高。但增施氮肥后的各品质指标的含量却不都增加,其营养产量的增加主要表现在生物产量的提高上。与单作时相同,套作影响的主要是生物产量,各品质指标的含量受影响较小,或者是因生物产量的提高速度高于品质指标含量的增加速度,而被生物产量所稀释,使 II<WP=11>山东农业大学博士论文品质指标含量下降。3.3 不同施氮水平淀粉糊化特性差异 N2 处理春玉米 Peak、Trough、Visco、Setback 显著高于 N0,出峰时间和温度各处理间差异较小。增施氮肥使春玉米 Peak、Trough、Visco、Setback 显著增加,而 Breakdown显著下降。普通夏玉米施氮处理的 Breakdown 明显高于 N0,其他粘度指标除 N2 处理的 Breakdown、Visco、Setback 外均显著低于 N0。单作时增施氮肥使 Peak、Trough、Visco、Setback 下降,而套作时增施氮肥使上述 4 个指标数值增大;Breakdown 的变化趋势与上述 4 个指标恰好相反。高油夏玉米 H1 除 Breakdown 和 Setback 外均显著高于 H0,H2各粘度指标数值均低于 H0。施氮?