任 靜，劉小勇，劉 芬，彭 海，韓富軍

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 林果花卉研究所，甘肅 蘭州 730070）

氮（N）素是生命體的必需元素，是陸地生態(tài)系統(tǒng)植物碳同化的主要限制營(yíng)養(yǎng)元素[1]。在許多農(nóng)作物系統(tǒng)中，土壤中有限的自然N 素供應(yīng)限制了作物的生長(zhǎng)與產(chǎn)量[2]。為確保產(chǎn)量最大化，作物生產(chǎn)中普遍存在過(guò)高的化學(xué)N 肥投入和過(guò)低的生物多樣性等情況，導(dǎo)致了能源成本升高、生態(tài)環(huán)境破壞及人類(lèi)健康受損等。因此，在兼顧生產(chǎn)效益和生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)下，減少N 肥使用量并提高N 素利用效率對(duì)現(xiàn)代可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要[3-4]。

間作復(fù)合系統(tǒng)是典型的資源高效型種植模式，不僅能通過(guò)物種營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位與空間生態(tài)位的互補(bǔ)來(lái)有效利用資源，又能增加物種多樣性，改善土壤質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和優(yōu)產(chǎn)的目的[5-7]。由于豆科作物具有生物固氮功能，可有效補(bǔ)充土壤中的N 素，其與非豆科作物間作時(shí)優(yōu)勢(shì)十分突出。有研究結(jié)果表明，豆科間作系統(tǒng)中間作群體產(chǎn)量高于N 肥低投入制度下單一作物產(chǎn)量[8]。紫花苜蓿與核桃幼樹(shù)間作在改善核桃N 素狀況的同時(shí)，提高了幼樹(shù)生長(zhǎng)量[9]。更為重要的是，間作物種對(duì)土壤N素的競(jìng)爭(zhēng)刺激豆科作物更加依賴共生固氮，從而拓寬N 素營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位，進(jìn)一步提高間作系統(tǒng)的N 素利用效率[10-11]。例如：與豆科間作時(shí)，作物群體吸N 量明顯高于相對(duì)應(yīng)單作吸N 量的加權(quán)平均值[12-13]；南酸棗/花生間作系統(tǒng)中，5年生南酸棗競(jìng)爭(zhēng)利用了9.66%的施于花生的N 肥，促進(jìn)了花生生物固氮[14]；燕麥/花生間作系統(tǒng)提高了成熟期花生的固氮效率，燕麥地上部N 素積累量比單作增加了49%，且間作花生中N 素向燕麥的轉(zhuǎn)移率達(dá)21.4%[15]。土壤N 素和豆科作物固定的大氣中的N 素是低投入豆科和非豆科間作最主要的N 素來(lái)源，豆科作物在參與間套作時(shí)均表現(xiàn)出較強(qiáng)的N 素優(yōu)勢(shì)。

核桃Juglans regia是重要的干果樹(shù)種和珍貴用材樹(shù)種，兼具經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值[16]。在甘肅省，核桃樹(shù)大多種植于以低氮狀態(tài)為代表的土壤上，人為氮輸入量較高，加之幼苗定植行距寬，導(dǎo)致土地利用效率低和環(huán)境成本高等問(wèn)題的出現(xiàn)。在甘肅省，幼齡核桃園間作大豆是一種處于優(yōu)勢(shì)地位的栽培模式，但有關(guān)其間作系統(tǒng)對(duì)豆科生物固氮養(yǎng)分利用及間作系統(tǒng)內(nèi)N 素運(yùn)移情況等的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究中利用15N-尿素示蹤技術(shù)，通過(guò)種植袋間作試驗(yàn)，探究不施N 肥條件下，核桃幼樹(shù)對(duì)N 素的吸收、利用和間作模式中N 素運(yùn)轉(zhuǎn)能力，旨在為闡明大豆生物固氮對(duì)核桃N 營(yíng)養(yǎng)的貢獻(xiàn)及建立核桃間作大豆模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2020年4—10月，在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院主要果樹(shù)種質(zhì)資源圃（103°41′E，36°6′N(xiāo)）進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)地屬溫帶大陸性氣候，海拔1 530 m，年均降水量329 mm，年均氣溫9.6 ℃，極端最低氣溫-25 ℃，無(wú)霜期196 d。供試土壤為黃綿土，前茬為3年生蒲公英自然生草果園空地，0 ～20 cm 的耕層土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22.3、1.45、1.18、22.06 g/kg，其速效氮、有效磷、速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為117.71、28.90、334.30 mg/kg，pH 為8.37。將土壤樣品除去雜質(zhì)后備用。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用1年生‘元林’核桃嫁接苗為2019年3月25日定植，其砧木為甘肅隴南成縣普通晚實(shí)厚殼核桃，選擇樹(shù)體生長(zhǎng)均勻一致的核桃嫁接苗進(jìn)行試驗(yàn)，其主干高度為60 cm，冠幅80 cm。大豆品種為2020年4月15日播種的‘隴黃3號(hào)’。核桃嫁接苗和大豆均為當(dāng)?shù)刂髟云贩N。

采用種植袋進(jìn)行種植，種植袋長(zhǎng)寬均為140 cm，每袋裝入園土的高度為60 cm，預(yù)留20 cm便于澆水。15N-尿素為上海化工研究院生產(chǎn)，15N的豐度為10.10%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中設(shè)置3 種種植模式，分別為核桃/大豆間作、核桃單作和大豆單作，具體種植方式如圖1所示，每個(gè)種植袋設(shè)為1個(gè)小區(qū)，種植面積1.96 m2。核桃/大豆間作模式為距離樹(shù)干50 cm 的東西兩側(cè)，自北向南分別種植1 行大豆，大豆株距20 cm，每袋10 株，核桃投影面積占地42%，大豆投影面積占地58%[17]。核桃單作和間作模式中，核桃嫁接苗均植于種植袋中心。大豆單作模式中，將核桃樹(shù)替換為1 排自北向南種植的大豆，株行距為20 cm×50 cm，每袋3 行，共15 株。每處理9 次重復(fù)，完全隨機(jī)排列。

圖1 核桃和大豆種植模式單小區(qū)示意Fig.1 Single plot diagram of walnut and soybean planting patterns

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 施 肥

2020年5月10日，開(kāi)始15N 同位素標(biāo)記試驗(yàn)，3種種植模式的施肥量相同，為P2O513.2 g、K2O 7.8 g和15N-尿素溶液（0.4 g/L）5 L，均為田間常規(guī)用量，同時(shí)對(duì)3 種種植模式設(shè)置不標(biāo)記試驗(yàn)。在核桃單作模式中，挖開(kāi)核桃樹(shù)盤(pán)表層土壤（半徑35 cm、深度10 cm）進(jìn)行施肥，然后立即回填表層土壤；在大豆單作模式中，采用條施的方式施肥，即在大豆各行同側(cè)開(kāi)挖條狀溝（寬度5 cm、深度5 cm），均勻施入肥料后，將挖出的表層土壤回填；在核桃/大豆間作模式中，核桃樹(shù)施肥方法同其單作模式，大豆施肥方法同其單作模式，但條狀溝開(kāi)在與核桃相鄰一側(cè)。各處理施入15N-尿素溶液的面積相同，且均不再施入額外的N 肥。

1.4.2 取樣和測(cè)定

分別在果實(shí)硬核期（2020年6月25日）、油脂轉(zhuǎn)化期（2020年8月15日）和核桃落葉前（2020年10月5日），對(duì)整株進(jìn)行破壞性取樣。將核桃苗分為主干、枝、葉和根4個(gè)部分，將大豆分為豆莢、秸稈和根3個(gè)部分。將各部分帶回實(shí)驗(yàn)室，稱取鮮質(zhì)量，然后于105 ℃條件下殺青30 min，于80 ℃條件下烘至恒質(zhì)量，冷卻后稱量各部分的干質(zhì)量。取出部分干樣進(jìn)行粉碎，過(guò)0.25 mm 篩，混勻后裝袋備用。所有植株樣品全氮含量的測(cè)定均采用凱氏定氮法，15N 豐度使用IsoPrime100 穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀（英國(guó)IsoPrime 公司）進(jìn)行測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算和分析

1.5.1 植株樣品中N 素來(lái)自肥料的比例[17]

R1=(Ps1-0.366 3%)×100%/(Pf-0.366 3%)；

R2=(Ps2-0.366 3%)×100%/(Pf-0.366 3%)。

式中：R1為核桃各器官樣品中N 素來(lái)自肥料的比例；Ps1為核桃各器官樣品中15N 的豐度；Pf為肥料中15N 的豐度；0.366 3%為N 素的自然豐度；R2為大豆各器官樣品中N 素來(lái)自肥料的比例；Ps2為大豆各器官樣品中15N 的豐度。

式中：Rf1為核桃植株樣品中N 素來(lái)自肥料的比例；ω1為核桃植株各器官干質(zhì)量占全株總干質(zhì)量的比例；Rf2為大豆植株樣品中N 素來(lái)自肥料的比例；ω2為大豆植株各器官干質(zhì)量占全株總干質(zhì)量的比例。

Rf′=(Rf1×x+Rf2×y)×100%。

式中：Rf′為單作或間作體系樣品中N 素來(lái)自肥料比例的加權(quán)平均值；在單作體系中，x=42%，y=58%；在間作體系中，x=1，y=1。

1.5.2 植株N 素的分配率和利用率[17]

m1=md1×RN1×R1×1 000；

m2=md2×RN2×R2×1 000。

式中：m1為核桃各器官15N 的吸收量，mg；md1為核桃各器官總干質(zhì)量，g；RN1為核桃各器官N 含量占全株N 含量的比例；m2為大豆各器官15N 的吸收量，mg；md2為大豆各器官總干質(zhì)量，g；RN2為大豆各器官N 含量占全株N 含量的比例。

Rd1=(m1/ms1)×100%；Rd2=(m2/ms2)×100%。

式中：Rd1為核桃各器官15N 的分配率；ms1為核桃植株對(duì)15N 的吸收總量，mg；Rd2為大豆各器官15N的分配率；ms2為大豆植株對(duì)15N 的吸收總量，mg。

式中：Ru1為核桃植株樣品中N 素的利用率；ma為15N 的施用量，g；Ru2為大豆植株樣品中N 素的利用率。

Ru′=(Ru1×x+Ru2×y)×100%。

式中：Ru′為單作或間作體系樣品中N 素利用率的加權(quán)平均值；在單作體系中，x=42%，y=58%；在間作體系中，x=1，y=1。

1.5.3 大豆固氮效率[18]

Pe=Ps-PN。

式中：Pe為植株15N 的超量原子百分?jǐn)?shù)；Ps為標(biāo)記樣品中15N 的豐度；PN為未標(biāo)記樣品中15N 的豐度。

E=(1-Pe2/Pe1)×100%。

式中：E為單作或間作體系中大豆的固氮效率；Pe1為單作或間作核桃樣品中15N 的超量原子百分?jǐn)?shù)；Pe2為單作或間作大豆樣品中15N 的超量原子百分?jǐn)?shù)。

1.5.4 氮轉(zhuǎn)移率和核桃中氮素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例

Rt=Pe1×mN1×100%/(Pe2×mN2+Pe1×mN1)。

式中：Rt為氮轉(zhuǎn)移率；mN1為核桃樣品中N 素的吸收量，mg；mN2為大豆樣品中N 素的吸收量，mg。

Pt=(1-Rf1 間/Rf1 單)100%。

式中：Pt為核桃中氮素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例；Rf1 間為間作核桃樣品中N 素來(lái)自肥料的比例；Rf1 單為單作核桃樣品中N 素來(lái)自肥料的比例。

1.5.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析（ANOVA），使用Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作對(duì)植株干物質(zhì)量的影響

單作和間作體系中不同生育期核桃和大豆植株的干物質(zhì)量如圖2所示。由圖2 可見(jiàn)，不同種植模式下，核桃和大豆的地上部、地下部干物質(zhì)量在整個(gè)生育期的變化規(guī)律一致，均呈上升趨勢(shì)，10月達(dá)到最大值，且單作和間作核桃地上部、地下部干物質(zhì)量均于8月后迅速增加。與6月相比，10月單作和間作核桃地上部干物質(zhì)量每株分別增加了283.35%、282.16%，地下部干物質(zhì)量每株分別增加了169.43%、157.63%；與6月相比，10月間作和單作大豆地上部和地下部干物質(zhì)量每株增長(zhǎng)量分別為91.21%、123.00%、71.85%和11.56%。在各生育期，間作與單作模式間，核桃的地上部、地下部干物質(zhì)量的差異均不顯著（P＞0.05），大豆的地上部、地下部干物質(zhì)量的差異均顯著（P＜0.05），且單作模式下的干物質(zhì)量高于間作模式。

圖2 單作和間作體系中核桃和大豆植株的干物質(zhì)量Fig.2 Dry matter mass of walnut and soybean plants in monoculture and intercropping systems

在間作模式中，除10月間作總干物質(zhì)量與單作核桃差異不顯著（P＞0.05），間作總干物質(zhì)量均顯著高于單作（表1）（P＜0.05）。因而可知，間作模式總干物質(zhì)量較單作具有明顯的總體優(yōu)勢(shì)。

表1 單作或間作體系中核桃和大豆的總干物質(zhì)量?Table 1 Total dry matter mass of plants at different growth stages g/袋

2.2 間作對(duì)植株中N 素來(lái)自肥料比例的影響

不同種植模式下核桃和大豆中N 素來(lái)自肥料的比例見(jiàn)表2。由表2 可知，生育期（即測(cè)定月份）極顯著影響核桃各器官中N 素來(lái)自肥料的比例（P＜0.01）；種植模式和生育期對(duì)核桃中N 素來(lái)自肥料的比例均表現(xiàn)出極顯著影響（P＜0.01），并隨著生育期推進(jìn)，間作和單作模式下核桃中N 素來(lái)自肥料的比例逐漸降低，6—10月分別減少了0.57%和0.58%，且單作模式的各生育期核桃中N 素來(lái)自肥料的比例顯著高于間作模式（P＜0.05）。除種植模式對(duì)大豆秸稈中N 素來(lái)自肥料的比例有顯著影響外（P＜0.05），種植模式、生育期及其交互效應(yīng)均對(duì)大豆各器官和整株中N素來(lái)自肥料的比例存在極顯著影響（P＜0.01），且整個(gè)生育期間作模式的大豆中N 素來(lái)自肥料的比例顯著高于單作模式（P＜0.05）。種植模式、生育期及其交互效應(yīng)對(duì)間作或單作體系中N素來(lái)自肥料比例的加權(quán)平均值產(chǎn)生了極顯著影響（P＜0.01）；6—10月，間作和單作模式下大豆中N 素來(lái)自肥料的比例均大于核桃。同時(shí)，間作體系中N 素來(lái)自肥料比例的加權(quán)平均值顯著大于單作體系（P＜0.05）。

表2 不同種植模式下核桃和大豆中N 素來(lái)自肥料比例?Table 2 Percentages of N derived from fertilizer in walnuts and soybeans under different planting patterns %

在整個(gè)生育期內(nèi)，種植模式對(duì)核桃和大豆各器官中N素來(lái)自肥料比例的變化趨勢(shì)的影響較大。2 種種植模式下，核桃葉、主干和根中N 素來(lái)自肥料比例的變化趨勢(shì)基本相同，分別為先升后降、不斷降低及先降后升3 種趨勢(shì)；2 種種植模式下，核桃枝中N 素來(lái)自肥料比例的變化趨勢(shì)不同，間作模式下8月出現(xiàn)谷值，單作模式下則持續(xù)降低。相同生育期中，除10月核桃葉外，單作模式下核桃各器官中N 素來(lái)自肥料的比例均顯著高于間作模式（P＜0.05）。間作和單作模式下大豆豆莢中N 素來(lái)自肥料的比例不斷上升，采收時(shí)較8月分別增長(zhǎng)了21.40%和18.23%；間作模式下大豆秸稈和根中N 素來(lái)自肥料比例的變化趨勢(shì)與單作模式下的變化趨勢(shì)均不同。

2.3 間作對(duì)植株各器官15N 分配率及N 肥利用率的影響

不同種植模式下核桃和大豆各器官的15N 分配率和利用率見(jiàn)表3。由表3 可知，種植模式、生育期及其交互效應(yīng)顯著或極顯著地影響了核桃和大豆的各器官15N 分配率（P＜0.05 或P＜0.01）。隨著生育期推進(jìn)，間作和單作模式下核桃葉、枝的15N 分配率均于8月出現(xiàn)峰值，間作模式下核桃葉15N 分配率的峰值較單作模式下顯著提高了17.75%（P＜0.05），枝15N 分配率的峰值較單作模式下顯著降低了8.41%（P＜0.05）；核桃根的15N 分配率恰恰相反，8月出現(xiàn)全年最低值，與單作相比，間作模式下核桃根的15N 分配率顯著提高了5.24%。間作模式下核桃主干15N 分配率的變化趨勢(shì)與根相同，單作模式下核桃主干15N 分配率呈持續(xù)下降趨勢(shì)。6月和8月核桃各器官的15N 分配率均表現(xiàn)為地上部（葉、枝、主干）大于地下部（根），10月則相反。與核桃相比，間作和單作模式下大豆各器官的15N 分配率表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)；10月，間作和單作模式下秸稈的15N 分配率達(dá)到最小值，分別較6月降低了84.46%和67.20%；10月，間作和單作模式下豆莢的15N 分配率達(dá)到最大值，較8月分別增加了68.47%和56.59%，且間作模式下豆莢的15N分配率顯著高于單作模式（P＜0.05）。

表3 不同種植模式下核桃和大豆各器官的15N 分配率和利用率?Table 3 The value of 15N distribution rate and nitrogen use efficiency of walnuts and soybeans under different planting patterns %

種植模式、生育期及其交互效應(yīng)極顯著影響了核桃N 肥利用率、大豆N 肥利用率、間作和單作體系N 肥利用率的加權(quán)平均值（P＜0.01）。10月，間作和單作模式下核桃N 肥利用率均達(dá)到最大值，與單作模式相比，間作模式下核桃N 肥利用率顯著降低了0.22%（P＜0.05），大豆N 肥利用率、間作和單作體系N 肥利用率的加權(quán)平均值此時(shí)均為最低。在整個(gè)生育期內(nèi)，單作模式下核桃和大豆N 肥利用率大于間作模式，大豆的N肥利用率大于核桃，間作體系的N 肥利用率加權(quán)平均值顯著高于單作體系（P＜0.05）。

2.4 間作對(duì)大豆固氮效率及氮由大豆向核桃轉(zhuǎn)移的影響

不同種植模式下大豆的固氮效率如圖3所示。由圖3 可見(jiàn)，在整個(gè)生育期，不同種植模式下大豆生物固氮效率的變化趨勢(shì)基本一致，固氮效率均不斷升高。6月和8月，種植模式對(duì)大豆的固氮效率均有顯著影響（P＜0.05）。6月，單作模式下大豆的固氮效率高于間作；8月，間作模式下大豆的固氮效率高于單作。10月，大豆的固氮效率達(dá)到最大值，間作模式下為63.74%，單作模式下為61.26%，但差異不顯著（P＞0.05）；10月，間作和單作模式下大豆的固氮效率分別較6月增加了36.31%和26.11%。

圖3 不同種植模式下大豆的固氮效率Fig.3 Biological nitrogen fixation efficiency of soybeans in different planting patterns

間作體系中核桃和大豆N 素含量見(jiàn)表4。由表4 可知，在整個(gè)生育期，間作模式下大豆N 素含量均高于核桃，且差異顯著（P＜0.05），大豆N 素含量為0.16 ～0.33 g/株，核桃N 素含量為1.26 ～1.81 g/株。結(jié)果表明，核桃與大豆的N 素含量間存在濃度差，大豆固定的N 素可向間作核桃轉(zhuǎn)移[19]。

表4 間作體系中核桃和大豆N 素含量Table 4 Nitrogen content of walnuts and soybeans in intercropping system g/株

核桃中N 素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例如表5所示。由表5 可知，隨生育期的推進(jìn)，N 素轉(zhuǎn)移率和核桃中N 素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例均呈上升趨勢(shì)。8月與10月的N 素轉(zhuǎn)移率及核桃中N 素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例的差異均不顯著（P＞0.05），6月的這2個(gè)指標(biāo)值均顯著低于8月和10月（P＜0.05）。10月N 素轉(zhuǎn)移率和核桃中N素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例分別是6月的2.05、1.59 倍。

表5 核桃/大豆間作體系中N 素的轉(zhuǎn)移比例Table 5 Percentage of walnut nitrogen transferred from soybeans %

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，除10月外，間作模式下植株的總干物質(zhì)量高于單作模式。隨生育期推進(jìn)，間作體系的N 素來(lái)自肥料比例的加權(quán)平均值、N肥利用率的加權(quán)平均值均大于單作體系。種植模式可以顯著影響生育前中期的大豆生物固氮效率。間作模式中，核桃中N 素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例不斷增加。經(jīng)綜合分析可知，核桃和大豆間作有利于N 素的吸收利用，間作模式中N 素發(fā)生了由大豆向核桃的轉(zhuǎn)移，間作模式表現(xiàn)出明顯的總體優(yōu)勢(shì)。

3.1 間作對(duì)N 素吸收利用的影響

植株器官?gòu)姆柿现形辗峙涞降?5N 量對(duì)該器官全氮量的貢獻(xiàn)率（即器官中N 素來(lái)自肥料的比例）反映了植株器官對(duì)肥料15N 的吸收征調(diào)能力[20]。在本研究中，與單作模式相比，間作核桃中N 素來(lái)自肥料的比例在各生育期均顯著降低（P＜0.05），間作大豆中N 素來(lái)自肥料的比例和間作體系中N素來(lái)自肥料的比例顯著升高。由此可知，與單作相比，間作模式中大豆對(duì)15N 吸收征調(diào)能力與間作體系中N 素來(lái)自肥料的比例的關(guān)系更為密切。相關(guān)研究結(jié)果表明，農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中林木與作物對(duì)N素的吸收利用因具有時(shí)間生態(tài)位上的分離而使間作體系中N素來(lái)自肥料的比例高于單作體系[17,21]。本試驗(yàn)中6月大豆中N 素來(lái)自肥料的比例在整個(gè)生育期中最高，并且高于核桃中N 素來(lái)自肥料的比例。6月之前，樹(shù)體貯藏的N 素是核桃N 素需求的主要來(lái)源，對(duì)外源N 素的需求較少，此時(shí)正是大豆幼苗期，大豆需要吸收較多的土壤N 素來(lái)完成其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和降低“N 阻遏”效應(yīng)，當(dāng)核桃進(jìn)入吸收土壤N 素的高峰期時(shí)，間作模式下部分土壤N 素已被消耗，導(dǎo)致其土壤N 素含量低于單作模式，產(chǎn)生N 素競(jìng)爭(zhēng)作用，進(jìn)而能更大程度地利用土壤中所剩余N 素，最終使間作體系中N 素來(lái)自肥料的比例高于單作體系[22-23]。

本研究結(jié)果表明，種植模式、生育期及其交互效應(yīng)均可顯著或極顯著地影響核桃各器官的15N分配率（P＜0.05 或P＜0.01），且10月之前的15N 分配率表現(xiàn)為地上部（葉、枝、主干）高于地下部（根），10月則相反。因?yàn)椋?—8月是核桃的生長(zhǎng)旺盛期，葉片進(jìn)行光合作用需要大量N 素，使其對(duì)N 素的吸收征調(diào)能力增強(qiáng)，15N 分配率較高[24]；10月核桃進(jìn)入落葉期，地上部的N 素養(yǎng)分回流至地下部，被貯藏起來(lái)以備來(lái)年樹(shù)體前期生長(zhǎng)所用，這與王萬(wàn)才[25]的研究結(jié)果基本一致。已有研究結(jié)果證實(shí)，農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)的N 素利用率高于單作[26]，且林木對(duì)N 素的利用競(jìng)爭(zhēng)弱于作物[27]。核桃為速生樹(shù)種，當(dāng)樹(shù)體貯藏養(yǎng)分再利用結(jié)束后，大量土壤N 素被吸收以供其快速生長(zhǎng)所需，但此時(shí)大豆對(duì)N 素的需求峰值已過(guò)，從而產(chǎn)生時(shí)間生態(tài)位互補(bǔ)[28]。再者，核桃和大豆的根系在空間上形成垂直分層，核桃為深根性樹(shù)種，大豆根系處于土壤淺層，核桃根系能捕獲未被大豆根系吸收而淋溶至土壤深層的養(yǎng)分，降低了土壤N 素淋溶率，在空間生態(tài)位上實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分互補(bǔ)，進(jìn)而提高間作模式下N 素的利用率[29]。

3.2 間作對(duì)生物固氮及N 素轉(zhuǎn)移的影響

在間作系統(tǒng)中引入豆科作物，常常是因?yàn)槠渚哂猩锕痰芰?。本研究結(jié)果表明，核桃落葉前期，間作對(duì)大豆生物固氮效率有顯著影響（P＜0.05）。前人的研究結(jié)果也表明，與豆科間作時(shí)，非豆科作物對(duì)土壤N 素的大量吸收可激發(fā)豆科作物的生物固氮潛力，增加豆科作物的固氮比例[30]。本研究中，6月大豆正處于苗期，因根系發(fā)育不完全，結(jié)瘤量和固氮作用極不穩(wěn)定，使得單作大豆的固氮效率可能高于間作大豆[31]。當(dāng)大豆完成苗期生長(zhǎng)，進(jìn)入生殖期后，其根系發(fā)育完全，并隨著種間根系相互作用時(shí)長(zhǎng)的增加，大豆結(jié)瘤量增加，加之間作模式中大豆與核桃的N 素競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致土壤中可利用N 素?cái)?shù)量降低，迫使大豆通過(guò)生物固氮來(lái)獲得更多大氣中的N 素，以此滿足自身生長(zhǎng)[32]。因而，6月后間作大豆的固氮效率高于單作大豆，表明核桃與大豆間作有利于大豆生物固氮效率的提高。然而，有研究結(jié)果表明，間作雖然提高了豆科作物的固氮效率，卻降低了其干物質(zhì)量[33]。這與本試驗(yàn)結(jié)果類(lèi)似，可能與試驗(yàn)過(guò)程中未施N肥有關(guān)，植物生長(zhǎng)后期共用N 素匱乏，物種間的競(jìng)爭(zhēng)作用加強(qiáng)，直接影響了間作物種干物質(zhì)量的積累，使得間作體系中地上部和地下部的干物質(zhì)量均較單作時(shí)低，其中大豆尤為顯著（P＜0.05），這可能也與核桃阻擋了自然光，導(dǎo)致大豆光能截獲量降低相關(guān)。但間作體系中的總干物質(zhì)量高于單作體系，間作物種通過(guò)根間相互作用，實(shí)現(xiàn)N素營(yíng)養(yǎng)互補(bǔ)，以此彌補(bǔ)不施N 肥導(dǎo)致的核桃干物質(zhì)量降低。另外，通過(guò)根間相互作用，間作能消減因土壤低N 含量引起的大豆“N 阻遏”并刺激大豆固氮能力的增強(qiáng)，達(dá)到為核桃提供N 素的目的[34]。

N 素在地下部由豆科固氮作物向非豆科作物轉(zhuǎn)移是十分重要的。褚貴新等[18]報(bào)道了水稻與花生間作模式中N 素的轉(zhuǎn)移情況，表明因?yàn)殚g作模式中根系相互競(jìng)爭(zhēng)能力、接觸程度及土壤N 素含量等因素的不同，間作物種間N 素轉(zhuǎn)移方式存在差異，N 素轉(zhuǎn)移量受到影響。Fujita 等[35]的研究結(jié)果也表明，間作模式中2個(gè)物種根系相互作用能促進(jìn)N 素轉(zhuǎn)移。在本研究中，隨著生育期推進(jìn)，N 素轉(zhuǎn)移率和核桃中N 素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例逐漸增加，這可能是因?yàn)楹颂液痛蠖垢挡粩嗌L(zhǎng)、相互交織，形成了較多接觸面，從而使核桃能夠從大豆獲得更多通過(guò)生物固定的大氣N素。目前，認(rèn)為農(nóng)林間作模式中固氮植物的N 素轉(zhuǎn)移有2 種方式，即非固氮植物根系吸收固氮植物釋放于土壤中N 素的間接方式，和通過(guò)連接間作物種根系的真菌菌絲進(jìn)行N 素轉(zhuǎn)移的直接方式[36]。本研究中僅對(duì)核桃N 素來(lái)自大豆固氮轉(zhuǎn)移的比例進(jìn)行了分析，但系統(tǒng)物種根系間的相互作用尚未明確，后續(xù)將對(duì)核桃和大豆間作系統(tǒng)地下部N 素轉(zhuǎn)移方式進(jìn)行深入研究。