豆科/禾本科作物间作是我国农业生产中普遍采用的一种间作模式，在我国传统农业中起着重要作用。豆科作物与禾本科作物间作具有很强的养分吸收互补性，二者间作可以明显改善作物对养分资源的利用效率并显著提高作物产量。豆禾间作的优势效应主要源于豆科作物可向禾本科作物转移一定量氮素，而禾本科作物通过对土壤氮素的竞争性吸收，减少了土壤氮素对固氮酶活性的抑制，从而可提高豆科作物的生物固氮效率。现今在实际农业生产过程中由于人们为了追求高产过量施用氮肥，不仅造成了氮素的大量流失和浪费，污染了环境，而且使得间作的优势效应没有得到充分发挥，严重限制了间作系统产量的进一步提高。因此进一步加强不同施氮量对间作效应影响的研究，对充分发挥间作优势效应，提高作物资源利用效率、实现作物高产稳产、促进我国农业的健康持续发展具有重要意义。此外，虽然前人对间作系统产量优势等方面已做了大量研究，但在保证地上部环境条件一致的前提下，有关间作系统内地下部根系互作对根际土壤微生态环境、根系活力、作物生理特性及生长发育的影响的研究尚需进一步加强和完善。　　 本研究在不施氮肥(CK)和低施氮肥（50kg/hm2）及不同施氮水平下通过大田试验和地下部隔根处理的盆栽试验重点研究了豆禾间作系统中①间作在改善作物生理特性提高作物产量发面发挥的作用;②不同施氮水平对间作作物优势效应的影响;③在地上部环境一致的条件下研究了间作系统中根系互作对根际土壤微生态环境及作物生长发育、生理特性和产量的影响。主要结果如下:　　 1.设置大豆、花生间作玉米大田试验，观测分析间作及低施氮（50kg/hm2）条件下玉米株高、节间长、节间粗、根干重、单株干物重、叶面积指数、叶绿素含量、品质及产量差异。结果表明，间作和施氮肥可以增加玉米的株高、节间长和节间粗，其中施氮肥对玉米株高的影响达到显著水平(p＜0.05);玉米单株干物重和根干重也明显受到间作和施氮肥的影响，但间作的效果没有施氮肥显著;间作和施氮肥在增加玉米叶面积指数、叶绿素含量、产量及改善其品质方面都发挥着重要作用，其中施氮肥对产量存在显著影响(p＜0.05)。此研究证实间作的效果小于该低施氮水平，此外间作优势在不施氮和该施氮水平下表现较为一致，故低施氮肥（50kg/hm2）不会抑制豆禾间作优势作用。　　 2.通过大田试验研究了不同种植模式（M，玉米单作;(I)，玉米大豆间作）和施氮水平(N1，100 kg hm-2;N2，200 kg hm-2; N3，300 kg hm-2; N4，400 kg hm-2)对玉米的影响。发现间作和单作的单株绿叶面积和叶绿素含量在低氮条件下(N1)差异显著(p＜0.05)，而在高氮下（N3和N4）差异不显著。间作和增施氮肥可以增加玉米的光合速率、气孔导度和蒸腾速率，而降低胞间CO2浓度，其中在N1和N2条件下间作和单作的差异显著。玉米根伤流速率和根干重明显受到间作和施氮肥的影响，且在N1和N2条件下，I和M的根伤流速率和根干重差异显著（p＜0.05）。在N1，N2，N3和N4条件下，I的籽粒含氮量分别比M处理的增加了12.8％，6.3％，2.7％和1.5％。本试验表明间作和氮肥的效果会随施氮水平的提高而逐渐降低或被抑制。　　 3.为了深入了解间作系统中的边行效应，研究了低施氮下玉米对间作大豆和花生边行的影响。结果表明:间作大豆和花生边一行和边二行的叶绿素含量和叶面积指数在不同生育时期皆高于其单作，而边三行与单作相比变化不明显。间作大豆和花生成熟期边一行和边二行的单株根干重皆高于相应单作，分别增加了15.2％、3.3％、11.7％、1.3％和16.7％、3.1％、13.5％、4.6％，而边三行与单作相比无明显变化。间作同样可以增加大豆和花生边一行和边二行成熟期的单株根瘤数和根瘤重，而对边三行无明显影响，而该施氮水平（50 kg· hm-2）对根瘤数和根瘤重具有一定的抑制作用。施氮肥和间作可以改善大豆和花生的农艺性状提高其经济产量和生物产量，并以施氮肥条件下边一行优势最为明显，而边三行与单作相比变化不明显。试验得出间作边行优势效应为边一行＞边二行＞边三行（单作），因此在实际农业生产中可以考虑每个豆科作物间作带种植四行的模式。　　 4.为了明确间作系统中地下部根系互作在间作优势效应中发挥的作用，采用盆栽试验及种间根系分隔技术研究了施氮肥和不施氮肥条件下间作系统中玉米大豆的相互影响。结果表明，根系互作不仅有利于增加玉米不同生育期的株高、叶片长和叶片宽，而且可以优化大豆成熟期的农艺性状。施氮肥和根系互作同样有利于增加玉米和大豆不同生育期的叶绿素含量，但根系互作的作用小于该施氮水平。施氮肥和根系互作可以提高玉米和大豆的产量，其中未隔根处理的玉米单株经济产量和生物产量在不施氮和施氮条件下分别比完全隔根处理的增加了18.4％、10.8％和8.1％、5.0％，大豆的分别增加了21.3％、20.5％和8.2％、11.2％。根系互作皆可以增加玉米和大豆根际土壤中细菌、真菌、放线菌和固氮菌的数量，提高转化酶、蛋白酶、脲酶和磷酸酶的活性。本研究认为间作系统中根系互作在改善土壤微生态环境，增加土壤微生物数量和酶活性，提高作物经济产量和生物产量方面发挥着重要作用。　　 5.增施氮肥会导致间作系统中植株地上部分个体增大，占据更多的空间和资源，进而造成作物种间和种内竞争增大，导致间作优势效应降低。为了明确增施氮肥对间作系统中地下部根系互作效应的影响，特在地上部环境一致的条件下研究了不同施氮水平对地下部根系互作效应的影响。研究发现，根系互作和增施氮肥可以改善玉米植株性状，但根系互作的优势作用会随供氮水平的提高逐渐被抑制。玉米和大豆叶绿素含量也明显受根系互作的影响，但其作用随施氮水平的提高而降低。根系互作在增加大豆单株绿叶面积方面的效果在N1和N2下显著，而在N3和N4下不显著。根系互作和增施氮肥可以改善玉米和大豆的光合特性，但根系互作的效果只在低氮水平下比较明显。玉米和大豆根际土壤中微生物数量也显著受到根系互作和施氮肥的影响而得到明显增加，其中高氮水平对固氮菌数量有抑制作用。根系互作在N1下增加玉米和大豆根系活力方面的效果显著，而在N3和N4下不显著。玉米和大豆成熟期的产量及其构成因素在低氮水平下明显受到根系互作的影响，而在高氮水平下基本不受根系互作的影响。因此得出根系互作的效果在低氮水平下表现的较为明显，而在高氮水平下其效果部分被抑制。　　 6.通过相关分析发现，根际土壤中的微生物数量（细菌、真菌、放线菌和固氮菌）和酶活性（转化酶、蛋白酶、脲酶和磷酸酶）之间及与作物植株的叶绿素含量、株高、产量之间都存在正相关或显著正相关关系。玉米成熟期的根冠比与其根际细菌、真菌和放线菌的数量皆呈直线负相关（R2分别为0.793，0.670和0.941），与固氮菌数量呈二次抛物线的关系（R2为0.601）;大豆根系活力与单株绿叶面积、叶绿素含量、光合速率及产量之间也存在正相关关系。说明根系互作可以优化作物根际土壤的微生态环境，提高根系活力，进而改善作物生长发育状态和生理生化特性，提高作物产量。