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茉莉酸调控马铃薯离体块茎发育的主要代谢物变化

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中国农业科学 2024年第13期57卷 2525-2538页

作者：梁丽娟程李香袁剑龙撒刚张峰甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室

【目的】茉莉酸（jasmonic acid,JA）是马铃薯块茎发育过程中重要调控激素之一，研究JA调控块茎发育机理将为块茎产量及品质性状形成提供重要理论基础。【方法】采用马铃薯离体匍匐茎作为供试材料，外源添加JA(0、0.5、5和50μmol·L-1... 详细信息

【目的】茉莉酸（jasmonic acid,JA）是马铃薯块茎发育过程中重要调控激素之一，研究JA调控块茎发育机理将为块茎产量及品质性状形成提供重要理论基础。【方法】采用马铃薯离体匍匐茎作为供试材料，外源添加JA(0、0.5、5和50μmol·L-1)处理，分析JA诱导离体块茎表型形态、组织显微结构、碳水化合物积累及蛋白质组变化。【结果】随JA处理浓度升高，单个匍匐茎形成块茎数目、块茎直径及干鲜重、环髓区细胞面积、淀粉及可溶性糖含量在0.5和5μmol·L-1JA处理后逐渐增加（P<0.05），而50μmol·L-1JA处理后块茎直径及干鲜重、淀粉含量显著减少（P<0.05）；脂氧合酶活性随JA浓度升高逐渐降低（P<0.05）。采用双向凝胶电泳（2-DE）和MALDI-TOF/TOF-MS质谱技术鉴定到JA调控块茎发育密切相关的35个差异表达蛋白质（P<0.05且差异表达倍数≥2.5倍），主要涉及生物能量与代谢（28.6%）、细胞防御（28.6%）、蛋白质生物合成与贮藏（11.4%）、信号转导（8.6%）、转录（8.6%）、未知功能（8.6%）和混杂（5.6%）。通过聚类分析将这些蛋白质差异表达模式聚为三类：第一类包括17个蛋白质，在0.5μmol·L-1JA处理后下调表达，而在5μmol·L-1JA处理后上调表达，主要参与生物能量与代谢、蛋白质生物合成与贮藏、信号转导、转录；第二类包括10个蛋白质，随JA浓度升高上调表达，主要参与细胞防御、生物能量与代谢、转录；第三类包括8个蛋白质，JA处理后均下调表达，主要参与生物能量与代谢、细胞防御、蛋白质生物合成与贮藏。【结论】低浓度JA(0.5和5μmol·L-1)主要通过诱导块茎环髓区细胞膨大、细胞内蔗糖及多糖积累、细胞防御能力来促进块茎形态建成，而高浓度JA(50μmol·L-1)则表现为抑制作用。

关键词：马铃薯茉莉酸蛋白质组块茎发育脂氧合酶质谱

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绿洲灌区密植对氮肥减量玉米产量的补偿潜力

中国农业科学 2024年第9期57卷 1709-1721页

作者：范虹殷文胡发龙樊志龙赵财于爱忠何蔚孙亚丽王凤柴强甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室

【目的】针对绿洲灌区玉米生产氮肥用量过高的问题，探究通过密植补偿氮肥减量对玉米产量负效应的可行性。【方法】2019—2021年，以施氮水平为主区，设地方习惯施氮(N2,360 kg·hm-2)、减量25%施氮(N1,270 kg·hm-2)两个水平；以种植... 详细信息

【目的】针对绿洲灌区玉米生产氮肥用量过高的问题，探究通过密植补偿氮肥减量对玉米产量负效应的可行性。【方法】2019—2021年，以施氮水平为主区，设地方习惯施氮(N2,360 kg·hm-2)、减量25%施氮(N1,270 kg·hm-2)两个水平；以种植密度为副区，设传统（M1,7.8万株/hm2）、中（M2,10.4万株/hm2，增密33%）、高（M3,12.9万株/hm2，增密66%）3个密度水平，进行裂区试验，重点研究氮肥减量条件下增密对玉米产量及其构成因素的影响。【结果】（1）氮肥减量导致玉米籽粒产量、生物产量分别降低4.0%、4.9%。减氮条件下，中密度可以产生籽粒产量补偿效应，N1M2较对照N2M1提高4.1%；高密度处理N1M3生物产量补偿效应最大，较对照提高14.2%。（2）通过回归分析模拟得到：减氮条件下，当种植密度提高至8.4万株/hm2可以与对照N2M1籽粒产量持平，并在10.6万株/hm2时获得最大产量13 537kg·hm-2，较对照提高4.9%。（3）氮肥减量引起穗数、穗粒数和千粒重分别降低5.0%、3.3%和3.4%；中、高密度分别较传统密度提高穗数27.9%、49.7%，降低穗粒数3.8%、8.4%，降低千粒重5.2%、8.9%。中密度较传统密度对收获指数无显著影响，而高密度使收获指数降低14.2%。N1M2较对照N2M1通过穗数增加补偿了减氮引起穗数、穗粒数及千粒重的下降，从而实现丰产。（4）氮肥减量降低拔节期至抽雄吐丝期的玉米生长率7.2%—8.4%；中、高密度较传统密度提高苗期至大喇叭口期玉米生长率27.3%、60.3%。（5）氮肥减量条件下，N1M2较对照提高叶、茎和鞘干物质转运量达9.6%、13.6%和3.7%，提高叶和茎对籽粒产量的贡献率5.3%和9.0%。【结论】通过合理密植可以补偿减氮引起的玉米产量下降，在施氮量270 kg·hm-2的基础上增密至10.4万株/hm2，能够最大化产量补偿效应，是绿洲灌区玉米节氮稳产丰产的可行措施。

关键词：玉米密植氮肥减量补偿潜力产量绿洲灌区

河西灌区减氮条件下小麦复种绿肥的水分利用及经济效益

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中国农业科学 2024年第4期57卷 740-754页

作者：麻碧娇陈桂平苟志文殷文樊志龙胡发龙范虹何蔚甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室

【目的】针对河西绿洲灌区作物生产中氮肥施用过量、水资源利用效率与经济效益较低等问题，探讨麦后复种绿肥及适量减施化学氮肥对小麦农田耗水特性及经济效益的影响。【方法】2019—2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验，主区设置... 详细信息

【目的】针对河西绿洲灌区作物生产中氮肥施用过量、水资源利用效率与经济效益较低等问题，探讨麦后复种绿肥及适量减施化学氮肥对小麦农田耗水特性及经济效益的影响。【方法】2019—2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验，主区设置麦后复种绿肥(W-G)和单作小麦(W)两种种植模式；副区为5个施氮水平，分别为不施氮肥(N0)、常规施氮(180 kg·hm-2,N4)、减施45%氮肥(N1)、减施30%氮肥(N2)和减施15%氮肥(N3)。测定不同处理下小麦绿肥体系产量、水资源利用效率及经济效益。【结果】麦后复种绿肥以及适量减施化学氮肥显著提高小麦籽粒产量和系统生物热能产，2019和2020年，W-G较W处理籽粒产量分别提高10.8%和12.4%，系统生物热能产分别提高37.8%和40.3%；麦后复种绿肥结合减氮15%(W-G-N3)较单作小麦结合减氮15%(W-N3)和单作小麦传统施氮(W-N4)处理小麦分别增产6.9%—16.7%和7.9%—13.6%，生物热能产提高52.0%—62.2%和27.1%—58.9%。W-G较W小麦生育阶段耗水量降低6.3%—16.0%,W-G-N3较W-N3和W-N4小麦季耗水量分别降低13.4%—20.5%和20.8%—29.0%,W-G由于绿肥生长季消耗水分，总耗水量显著高于W。W-G较W小麦水分利用效率分别提高7.9%和19.2%;2019年度W-G-N3较W-N3和W-N4小麦水分利用效率分别提高23.5%和5.1%，差异显著。W-G-N3可有效提高系统单位耗水生物热能产，较W-N3和W-N4分别提高2.7%—14.5%和9.3%—17.5%。W-G较W增加了成本投入，总产值也随之提高；2019年度W-G-N3较W-N3和W-N4纯收益分别提高9.8%和9.5%,2020年度W-G-N3较W-N3和W-N4纯收益则分别降低了15.6%和15.7%;2019和2020年W-G较W产投比分别降低20.7%和23.1%,W-G-N3较W-N3和W-N4产投比降低比例均为14.8%—23.1%,W-G因较多的资源投入降低了系统单方水效益。【结论】在河西绿洲灌区，麦后复种绿肥结合适量减施化学氮肥能够提高作物产量和经济效益，水资源利用效率也随之提高，其中麦后复种绿肥结合减量15%施氮处理的综合效果最好，可作为提高水资源利用及农民收益的理想种植模式及施氮水平。

关键词：绿肥小麦复种减量施氮产量水分利用效率经济效益

不同施氮量下玉米生长及产量对间作豆科绿肥的响应

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中国农业科学 2024年第10期57卷 1900-1914页

作者：董勇杰张刁亮李越彭建辰胡发龙殷文柴强樊志龙甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室

【目的】明确不同施氮量下玉米生长及产量对间作豆科绿肥的响应，为构建干旱灌区基于绿肥的玉米氮肥节约型生产模式提供依据。【方法】采用裂区试验设计，主区设玉米间作箭筈豌豆（M|V）和单作玉米（SM）2种种植模式，副区设5个施氮水... 详细信息

【目的】明确不同施氮量下玉米生长及产量对间作豆科绿肥的响应，为构建干旱灌区基于绿肥的玉米氮肥节约型生产模式提供依据。【方法】采用裂区试验设计，主区设玉米间作箭筈豌豆（M|V）和单作玉米（SM）2种种植模式，副区设5个施氮水平：地方推荐施氮量N360(360 kg·hm-2)、减量25%施氮N270(270 kg·hm-2)、减量50%施氮N180(180 kg·hm-2)、减量75%施氮N90(90 kg·hm-2)、不施氮N0。对玉米叶面积指数（LAI）、叶日积（LAD）、光能利用率、干物质积累量及产量进行了相关研究。【结果】间作绿肥能够提高减量施氮（N270、N180、N90、N0）条件下玉米出苗后75—150 d的LAI，并增加其全生育期LAD和光能利用率。在N270、N180、N90、N0下，M|V较SM玉米75—150 d LAI、全生育期总LAD、光能利用率平均显著提高了9.8%、8.2%、4.6%。在M||V中，N270与N360的玉米出苗后75—150 d LAI、全生育期总LAD、光能利用率之间没有显著差异，而显著高于其他施氮水平；在SM中，玉米出苗后75—150 d的LAI、全生育期总LAD、光能利用率随施氮量的减少而降低。间作绿肥显著提高了N270、N180、N90、N0条件下玉米出苗后90—150 d的干物质积累量，在同一氮肥减量条件（N270、N180、N90、N0）下，M|V较SM的玉米干物质积累量平均显著提高了4.6%。在玉米出苗后75—130 d,M|V较SM的玉米群体生长率显著提高了5.9%。M|V较同一减量施氮（N270、N180、N90、N0）条件下的SM玉米籽粒产量平均显著提高了8.5%。在M|V中，N270的籽粒产量显著高于N360。M|V较SM玉米穗粒数和千粒重分别平均显著提高6.0%和6.3%。拟合曲线结果表明，间作绿肥可以使玉米在施氮量261.4 kg·hm-2时获得最高产量14 876.4 kg·hm-2，而单作玉米获得最高产量14 012.5 kg·hm-2时的最佳施氮量为348.6 kg·hm-2。减量施氮对绿肥鲜草产量和绿肥氮素积累量的影响显著，M|V N270较M||V N360、M||V N90、M|V N0的绿肥鲜草产量分别显著高了3.8%、4.6%、9.7%，较M|VN90和M|VN0之间的绿肥氮素积累量显著高了5.3%和11.9%。间作绿肥主要通过提高玉米的干物质积累总量，进而增加减量施氮条件下玉米的穗粒数和千粒重，从而使间作玉米在氮肥减量下能够获得较高水平的籽粒产量。【结论】间作豆科绿肥可使氮肥减量25%的玉米获得高于地方推荐施氮量单作玉米的产量水平，可作为试区以及相似生态区域玉米化学氮肥减量的推荐生产模式。

关键词：间作绿肥减量施氮产量光能利用率玉米箭筈豌豆

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基于机器学习的马铃薯叶片叶绿素含量估算

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1117-1127页

作者：李成举刘寅笃秦天元王一好范又方姚攀锋孙超毕真真白江平甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070 省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070 甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室甘肃兰州730070

为了提高马铃薯叶绿素含量估算模型的精度,使用无人机平台搭载多光谱相机,获取对照处理和干旱处理下马铃薯关键生育期的遥感影像,选取13种植被指数作为叶绿素含量反演模型的输入变量,使用多元线性回归(MLR)、支持向量回归(SVR)、随机森... 详细信息

为了提高马铃薯叶绿素含量估算模型的精度,使用无人机平台搭载多光谱相机,获取对照处理和干旱处理下马铃薯关键生育期的遥感影像,选取13种植被指数作为叶绿素含量反演模型的输入变量,使用多元线性回归(MLR)、支持向量回归(SVR)、随机森林回归(RFR)、决策树回归(DTR)构建马铃薯叶绿素含量估算模型。首先分析了植被指数与叶绿素含量之间的相关性,结果表明,在对照处理块茎形成期,CIre、GNDVI、NDVIre、NDWI、GRVI、LCI与叶绿素含量之间的相关系数绝对值在0.5以上,且存在显著(p干旱处理块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的预测效果均是最佳,R 2和RMSE在块茎形成期为0.90和1.57,在块茎膨大期为0.87和2.16,在淀粉积累期为0.63和3.01。该研究为马铃薯叶绿素含量监测提供一种新的方法,后期可根据不同试验处理选择相应的估算模型。

关键词：马铃薯叶绿素含量多光谱支持向量回归随机森林回归决策树回归

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间作及减量灌溉对农田土壤温室气体排放的互作效应

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干旱地区农业研究 2024年第1期42卷 214-225页

作者：殷民兴赵财葛丽丽程宝钰甘肃农业大学农学院省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070

基于2014年在甘肃省武威市设置的不同灌水水平与种植模式定位试验,设置两种灌水水平,即减量灌水(495 mm, I1)和传统灌水(540 mm, I2);3种种植模式,即玉米‖豌豆(M‖P)、单作豌豆(P)、单作玉米(M),测定土壤呼吸速率和N_(2)O排放速率,并... 详细信息

基于2014年在甘肃省武威市设置的不同灌水水平与种植模式定位试验,设置两种灌水水平,即减量灌水(495 mm, I1)和传统灌水(540 mm, I2);3种种植模式,即玉米‖豌豆(M‖P)、单作豌豆(P)、单作玉米(M),测定土壤呼吸速率和N_(2)O排放速率,并计算农田温室气体排放总量、全球增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)。2021—2022两年结果表明:(1)I1和M‖P处理均可显著降低土壤呼吸速率、N_(2)O排放速率、CO_(2)排放总量和N_(2)O排放总量(P M‖P> P;相关性分析表明,土壤温度和土壤含水量与土壤呼吸速率和N_(2)O排放速率呈显著正相关关系。(3)灌水水平对作物产量无显著影响(P>0.05),种植模式对作物产量影响显著(P作物产量并减少温室气体排放,可作为河西灌区推广应用的种植模式。

关键词：间作减量灌水土壤温室气体排放玉米豌豆

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绿肥还田结合减氮对麦田土壤呼吸及其温度敏感性的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第1期32卷 61-70页

作者：杨学慧于爱忠柴健李悦王凤王鹏飞吕汉强王玉珑尚永盼甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室兰州730070

研究绿肥还田结合氮肥减施对麦田土壤呼吸动态及小麦产量的影响,以期为干旱绿洲灌区农田碳减排技术研发提供理论依据。试验于2021—2022年在甘肃河西绿洲灌区开展,以常规施氮无绿肥还田(N100)为对照,设施用15000 kg∙hm^(−2)绿肥+85%氮肥... 详细信息

研究绿肥还田结合氮肥减施对麦田土壤呼吸动态及小麦产量的影响,以期为干旱绿洲灌区农田碳减排技术研发提供理论依据。试验于2021—2022年在甘肃河西绿洲灌区开展,以常规施氮无绿肥还田(N100)为对照,设施用15000 kg∙hm^(−2)绿肥+85%氮肥(G_(1)N_(85))、22500 kg∙hm^(−2)绿肥+85%氮肥(G_(2)N_(85))、30000 kg∙hm^(−2)绿肥+85%氮肥(G_(3)N_(85))、15000 kg∙hm^(−2)绿肥+70%氮肥(G_(1)N_(70))、22500 kg∙hm^(−2)绿肥+70%氮肥(G_(2)N_(70))和30000 kg∙hm^(−2)绿肥+70%氮肥(G_(3)N_(70))共7个处理。探讨小麦生育期的土壤呼吸速率、碳排放量、产量及碳排放效率,分析土壤呼吸对土壤温度的响应。结果表明:不同处理下麦田土壤呼吸速率均呈先升高后降低的单峰趋势,全生育期内变化范围为0.8~6.2μmol∙m^(−2)∙s−1。绿肥还田结合氮肥减施显著提高麦田土壤呼吸速率及土壤碳排放总量,与N100相比,平均增幅分别为7.2%~19.8%和5.7%~18.8%;其中G_(3)N_(85)和G_(3)N_(70)较其他处理土壤呼吸速率分别增加2.3%~16.0%和3.3%~19.8%,土壤碳排放总量分别增加2.9%~15.2%和3.1%~18.8%;与G_(3)N_(85)相比,G_(3)N_(70)处理两年平均土壤呼吸速率及土壤碳排放总量分别增加3.3%和3.1%(P<0.05)。绿肥还田结合氮肥减施处理显著降低土壤呼吸温度敏感性(Q10),与N100相比,Q10值降幅为10.4%~18.1%(P<0.05)。绿肥还田结合氮肥减施显著影响了小麦产量和土壤碳排放效率,其中G_(3)N_(85)处理分别显著高于其他处理4.2%~45.6%和0.3%~26.4%(P<0.05)。可见,绿肥还田结合氮肥减施在增强麦田土壤呼吸的同时,显著降低土壤呼吸温度敏感性,提高小麦产量和碳排放效率,其中翻压绿肥30000 kg∙hm^(−2)配合氮肥减量15%处理(G_(3)N_(85))是河西绿洲灌区小麦田节氮减排和提高农田土壤生产力的有效途径。

关键词：绿肥小麦减氮土壤呼吸土壤碳排放土壤呼吸温度敏感性

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独活挥发油低共熔溶剂辅助微波水蒸气蒸馏法提取及质量标志物(Q-Marker)研究

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中草药 2024年第4期55卷 1167-1177页

作者：李欠尹转霖丁小琴姜侃甘肃农业大学农学院省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070

目的建立独活Angelicae Pubescentis Radix挥发油的高效提取方法,并预测其质量标志物(quality markers,QMarker)。方法采用水蒸气蒸馏法(steam distillation,SD)、微波辅助水蒸气蒸馏法(microwave assisted steam distillation,MASD)和低共熔溶剂(deep eutectic solvents,DESs)辅助微波水蒸气蒸馏法(DESs assisted microwave steam distillation,DES-A-MSD)提取独活挥发油,并通过网络药理学和分子对接分析预测独活挥发油的Q-Marker。结果通过对不同体系DESs和提取方法的比较,发现氯化胆碱与乳酸物质的量比为1∶2的DESs体系更有利于提取独活挥发油。通过对SD法和MASD法的比较,发现DES-A-MSD法的挥发油得率最高,约为SD法的2倍。采用单因素法对其提取条件进行优化,得到最佳提取条件为氯化胆碱与乳酸物质的量比1∶2,微波功率500 W,含水量10%。采用气相色谱-质谱法对其挥发油的化学成分进行分析,并将β-瑟林烯、α-蛇床烯、红没药醇、蛇床子素和2-羟基环十五酮5种主要成分作为Q-Marker候选物进行网络药理学分析。搭建了组分-靶点网络、蛋白-蛋白相互作用网络、组分-靶点-通路网络和靶点组织分布网络,从而预测挥发油的Q-Marker可能是红没药醇和α-蛇床烯。经过分子对接分析,从理论上验证了预测的Q-Marker的生物活性。结论建立的DES-A-MSD法能够提高独活挥发油的得率,预测的Q-Marker能够用于独活挥发油的质量评价。

关键词：独活挥发油低共熔溶剂微波水蒸气蒸馏法质量标志物网络药理学分子对接气相色谱-质谱法红没药醇 α-蛇床烯 β-瑟林烯蛇床子素 2-羟基环十五酮

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不同灌水量下玉米的产量可持续性对间作绿肥的响应

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作物学报 2024年第10期50卷 2562-2574页

作者：王昀杰樊志龙张刁亮毛守发胡发龙殷文柴强省部共建干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

明确间作绿肥对不同灌水量下玉米产量可持续性的影响,对构建节水增效型玉米间作豆科绿肥模式具有重要支撑作用。于2018—2022年开展田间定位试验,采用裂区试验设计,设置玉米间作箭筈豌豆(M/V)和单作玉米(SM)2种种植模式,以及玉米地方习... 详细信息

明确间作绿肥对不同灌水量下玉米产量可持续性的影响,对构建节水增效型玉米间作豆科绿肥模式具有重要支撑作用。于2018—2022年开展田间定位试验,采用裂区试验设计,设置玉米间作箭筈豌豆(M/V)和单作玉米(SM)2种种植模式,以及玉米地方习惯灌水量(I3:4000 m^(3)hm^(-2))、减量15%(I2:3400 m^(3)hm^(-2))、减量30%(I1:2800 m^(3)hm^(-2))3种灌水水平。研究了间作绿肥对不同灌水量下玉米产量及产量构成因素、相对多作物抗性指数、产量可持续性指数、关键土壤养分指标和经济效益的影响。结果表明,间作绿肥可在减量15%灌水条件下较单作玉米提高玉米穗粒数和千粒重,从而提高玉米籽粒产量,2019—2022年,间作玉米在减量15%灌水水平下较单作玉米的穗粒数和千粒重分别提高8.7%~16.4%和7.1%~13.4%,籽粒产量提高9.3%~23.6%,同时与间作玉米地方习惯灌水量处理的籽粒产量无显著差异。间作绿肥使玉米在减量灌水条件下的相对多作物抗性指数均大于0,且随种植年限的增加而提高,进而降低了减灌条件下产量的变异系数、提高了产量可持续性指数,间作玉米产量变异系数较同一灌水量单作玉米降低77.9%~82.8%、产量可持续性指数提高12.2%~19.9%。玉米间作绿肥可以增加土壤养分,与单作玉米相比土壤有机质、速效氮含量分别增加6.4%~15.8%、12.1%~35.6%,土壤速效磷含量在减量15%和减量30%灌水水平下分别增加了19.4%、11.3%,玉米间作绿肥在减量15%灌水水平下的土壤有机质、速效氮和速效磷含量与地方习惯灌水量处理无显著差异,均显著大于其他处理。在2020—2022年,间作玉米在减量15%灌水水平下较单作玉米的纯收益提高了10.5%~34.2%;在2021—2022年产投比提高了7.8%~10.4%,与间作玉米地方习惯灌水量处理无显著差异。间作绿肥主要通过增加土壤有机质,改善土壤氮、磷养分条件而增强玉米产量可持续性。总之,间作绿肥能够缓减因灌水量减少造成的产量损失,增强减量灌水下玉米产量稳定性和可持续性指数。本研究中玉米间作箭筈豌豆灌水量3400 m^(3)hm^(-2),可作为试区玉米可持续生产模式及其适宜灌水量的参考。

关键词：产量稳定性产量可持续性间作绿肥减量灌水玉米

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