玉米与覆盖作物间作联合固氮菌接种对产量及营养特性的协同增效机制研究

本研究通过田间试验揭示了玉米与豆科作物（Crotalaria spectabilis）和禾本科牧草（Urochloa ruziziensis）间作体系联合叶面接种巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）的农艺效应。结果表明，U. ruziziensis间作接种处理使玉米籽粒产量提升至4,800 kg·ha-1，且C. spectabilis间作显著提高V4-V8生育期叶绿素含量（SPAD值58.9）。研究为热带地区可持续农业提供了"覆盖作物-固氮菌"协同调控的实践方案。

　　

引言背景

玉米（Zea mays L.）作为全球重要的粮食和饲料作物，其可持续生产面临氮肥依赖的挑战。间作覆盖作物与固氮微生物协同被视作"第四次绿色革命"的核心技术，其中豆科作物Crotalaria spectabilis可通过生物固氮（BNF）提供60-120 kg·ha^-1氮素，而禾本科Urochloa ruziziensis则通过36:1的高碳氮比（C/N）改善土壤结构。巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）AbV5/AbV6菌株（2×10⁸ cells·ml^-1）能促进根系发育和氮素利用，但其叶面接种（500 ml·ha^-1）在间作系统的增效机制尚不明确。

材料方法

试验在巴西圣保罗州Dracena的砂质贫瘠土（Ultisol）进行，采用4×2因子设计：4种种植模式（单作、+C. spectabilis、+U. ruziziensis、双间作）和2种接种处理。在玉米V4时期叶面喷施菌剂，监测V4/V8/R1生育期叶绿素含量（SPAD）、叶片营养元素及籽粒产量。

关键发现

产量表现：U. ruziziensis间作接种处理在第二年实现4,833 kg·ha^-1产量，较单作增产50%。双间作体系无论接种与否均保持高产（4,782 kg·ha^-1），证实了禾本科牧草在资源竞争中的缓冲作用。

生理响应：C. spectabilis间作使SPAD值提升至58.9，但2021年所有间作系统叶绿素均低于单作（56.5 vs 57.0），反映生殖期养分竞争。U. ruziziensis显著提高叶片磷含量（2.3 g·kg^-1）但降低硫含量（0.9 g·kg^-1）。

营养动态：所有处理叶片氮含量（<25 g·kg^-1）低于临界值，磷（1.9-3.5 g·kg^-1）、钾（17-30 g·kg^-1）等元素也呈现缺乏状态，突显需优化施肥策略。

机制讨论

U. ruziziensis通过10-14吨·ha^-1生物量形成物理保护层，其根系分泌物促进土壤团聚体形成。C. spectabilis的快速分解（C/N=18:1）虽加速氮释放，但可能导致养分流失。固氮菌与禾本科间作的协同效应可能源于：1）菌株AbV6产生的植物激素促进根系拓殖；2）牧草根系分泌物为细菌提供碳源；3）菌丝网络促进磷迁移。

应用展望

建议热带地区采用"U. ruziziensis+限量接种"模式，配合钾镁肥补充。未来需研究V1-V4关键窗口期的菌剂剂量效应，并开发针对间作系统的专用叶面喷施参数（如XR 11002扇形喷嘴在400 L·ha^-1流量下的雾化效果）。该成果为低碳农业提供了"覆盖作物-微生物"协同调控的范本。