紫花苜蓿与库尔勒香梨间作体系氮素转移途径的定量分析

doi:10.11686/cyxb2024469

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (10): 51-61.DOI: 10.11686/cyxb2024469

紫花苜蓿与库尔勒香梨间作体系氮素转移途径的定量分析

明艳¹^,²(), 窦梓镱¹^,²(), 郑伟¹^,²(), 王宁欣¹^,², 陈雪¹^,²

^1.新疆农业大学草业学院，新疆乌鲁木齐 830052
^2.新疆维吾尔自治区草地资源与生态重点实验室，新疆乌鲁木齐 830052

收稿日期:2024-11-25 修回日期:2025-01-16 出版日期:2025-10-20 发布日期:2025-07-11
通讯作者: 郑伟
作者简介:E-mail： zw065@126.com
明艳（1998-），女，新疆焉耆人，在读硕士。E-mail：1975917961@qq.com
窦梓镱（1998-），女，新疆昌吉人，在读博士。E-mail：3517669621@qq.com.第一联系人：共同第一作者These authors contributed equally to this work.
基金资助:
国家自然科学基金项目(32060402);新疆维吾尔自治区高校科研计划重点项目(XJEDU2019I013)

Quantitative analysis of nitrogen transfer pathways in intercropping systems between alfalfa and Korla pear

Yan MING¹^,²(), Zi-yi DOU¹^,²(), Wei ZHENG¹^,²(), Ning-xin WANG¹^,², Xue CHEN¹^,²

^1.College of Grassland Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China
^2.Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology in Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830052，China

Received:2024-11-25 Revised:2025-01-16 Online:2025-10-20 Published:2025-07-11
Contact: Wei ZHENG

摘要/Abstract

摘要：

在库尔勒香梨行间种植豆科牧草增加库尔勒香梨氮素供应已被大家所证实，但豆科牧草与库尔勒香梨间作下氮素利用与转移的具体途径还不清晰。本研究以紫花苜蓿与库尔勒香梨间作为对象，设置紫花苜蓿与库尔勒香梨根系间完全隔离（PS）、仅无机氮离子转移（NS）、有菌丝通道（J）和完全不隔离（S）4种氮素转移途径，利用¹⁵N同位素示踪法定量测定紫花苜蓿与库尔勒香梨间作体系的生物固氮能力、氮素转移能力及二者影响因素，量化分析氮素转移途径及其贡献。结果表明：1）与单作紫花苜蓿相比，间作紫花苜蓿的固氮量为4.74 g·m^-2，提升了0.18 g·m^-2。2）与完全隔离（PS）途径相比，完全不隔离（S）和无机氮离子转移（NS）途径固氮量分别增加了33.6%、5.4%，有菌丝通道（J）途径则下降了71.7%，转氮量分别增加了224.8%、119.8%和4.7%；4种途径下的转氮效率呈S（0.92%）>NS（0.63%）>J（0.30%）>PS（0.28%）的规律。3）固氮酶活性极显著影响豆科牧草固氮量（P<0.01），土壤菌丝密度则显著影响固氮率（P<0.05）；AM真菌侵染强度和频度显著影响转氮率和转氮量（P<0.05）。因此，紫花苜蓿与梨树间作下的氮素转移途径主要为无机氮离子和AM真菌菌丝共同存在下的完全不隔离途径，库尔勒香梨从与紫花苜蓿间作中共收益了33.61%的氮素。这为林草间作体系的氮素高效利用，节约土地资源，解决肥料短缺等方面提供了新的有效方法。

关键词: 林草间作, 氮素利用效率, 氮转移途径, AM真菌菌丝途径, 无机离子途径

Abstract:

The husbandry methodology of increasing nitrogen supply to Korla pear （Pyrus sinkiangensis） by planting legume forage between rows of Korla pear has been well established， but the specific pathways of nitrogen utilization and transfer under such intercropping are not clear. This study， focused on alfalfa （Medicago sativa） and Korla fragrant pear intercropping. Four nitrogen transfer pathways were established： complete root isolation （PS）， inorganic nitrogen ion transfer only （NS）， hyphal channel transfer （J）， and no isolation （S）. The ¹⁵N isotope tracing method was used to quantify the biological nitrogen fixation capacity， nitrogen transfer effciency， and influencing factors in the intercropping system， as well as to analyze the contributions of each pathway. The results showed： 1） The nitrogen fixation of intercropped alfalfa was 4.74 g·m^-2， which was 0.18 g·m^-2， greater than mono-cropped alfalfa. 2） Compared with PS， the amount of nitrogen fixation increased under S increased by 33.6%， increased under NS by 5.4% and decreased under J by 71.7%， while the amount of nitrogen transfer increased by 224.8%， 119.8% and 4.7%， respectively. The nitrogen transfer efficiencies under the four pathways ranked S （0.92%）>NS （0.63%）>J （0.30%）>PS （0.28%）. 3） Nitrogen fixing enzyme activity had a highly significant effect on the amount of nitrogen fixation by the leguminous intercrop （P<0.01）， while soil hyphal density significantly positively effect on the nitrogen fixation rate （P<0.05） and the intensity and frequency of AM fungal infestation was significantly positively correlated with the rate and amount of nitrogen transfer （P<0.05）. Therefore， the nitrogen transfer pathway under intercropping of alfalfa and pear was mainly a dual pathway of inorganic nitrogen ions and AM fungal mycelium， and Korla pear gained a total of 33.61% of its total nitrogen from intercropping with alfalfa. This study offers a novel approach to enhancing nitrogen use efficiency， conserving land resources， and addressing fertilizer shortages in tree-forage tercropping system.

Key words: forest-grass intercropping, nitrogen use efficiency, nitrogen transfer pathway, AM fungal mycelium pathway, inorganic ion pathway

明艳, 窦梓镱, 郑伟, 王宁欣, 陈雪. 紫花苜蓿与库尔勒香梨间作体系氮素转移途径的定量分析[J]. 草业学报, 2025, 34(10): 51-61.

Yan MING, Zi-yi DOU, Wei ZHENG, Ning-xin WANG, Xue CHEN. Quantitative analysis of nitrogen transfer pathways in intercropping systems between alfalfa and Korla pear[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(10): 51-61.

图/表 6

图1 田间试验种植模式保护行Protection row. 区组District group.

Fig.1 Field trial planting mode

表1 各小区不同种植模式下林草间作氮素转移途径与播种量

Table 1 Nitrogen transfer pathway and seeding rate of forest-grass intercropping under different cropping patterns in each plot （g·m-2）

间作模式 Intercropping mode	氮素转移途径 Nitrogen transfer pathway	播量 Sowing quantity
CK	－	16棵
IIa	－	7.8×10^-4
IIIa	S	16.0棵：7.8×10^-4
	NS
	J
	PS

图2 紫花苜蓿与梨树体系间作在不同氮转移途径下氮素利用效率的比较ZL、Z代表紫花苜蓿间作与单作；A、B代表不同间作模式下固氮量、固氮率比较；C、D、E、F代表不同氮素转移途径下固氮量、转氮量、固氮率、转氮率比较。*表示 0.05水平，显著性相关；**表示0.01水平，极显著性相关，***表示0.001水平，极显著性相关，ns表示无显著性，下同。ZL and Z represent intercropping and monocropping of alfalfa， respectively. A and B denote comparisons of nitrogen fixation amount and nitrogen fixation rate under different intercropping patterns. C， D， E， and F represent comparisons of nitrogen fixation amount， nitrogen transfer amount nitrogen fixation rate and nitrogen transfer rate under different nitrogen transfer pathways. The asterisk * indicates significance at the 0.05 level， ** indicates extremely significant difference at the 0.01 level， *** indicates highly significant difference at the 0.001 level， and “ns” denotes no significant difference. The same below.

Fig.2 Comparison of nitrogen use efficiency between alfalfaand Korla pear intercropping under different nitrogen transfer pathways

图3 紫花苜蓿与梨树间作系统下氮转移效率与影响因素的相关性分析F：AM真菌侵染强度；M：AM真菌侵染频度；PNt：转氮率；WNt：转氮量；SMD：土壤菌丝密度；PN：固氮率；RA：根瘤数；RFW：根瘤重；NLC：豆血红蛋白；REA：固氮酶活性；WN：固氮量。F： Arbuscular mycorrhizal （AM） fungal infection intensity； M： AM fungal infection frequency； PNt： Nitrogen transfer rate； WNt： Nitrogen transfer amount； SMD： Hyphal density； PN： Nitrogen fixation rate； RA： Nodule number； RFW： Nodule weight； NLC： Leguminous hemoglobin； REA： Nitrogenase activity； WN： Nitrogen fixation amount. 下同。The same below.

Fig.3 Correlation analysis of nitrogen transfer efficiency and influencing factors between alfalfaand Korla pear intercropping

图4 紫花苜蓿与梨树间作在不同氮转移途径下影响因素比较不同字母表示4种氮素转移途径与单作各影响因素之间的差异性。The difference letters indicates the differences among the four nitrogen transfer pathways and the influencing factors of mono-cropping. A、B、C、D表示总高度=总影响，分段=各因素贡献；分段处A、B、C表示4种氮素转移途径与单作各影响因素之间的差异性。A， B， C and D represent that the total height=total impact， and the segmentation=contributions of various factors； A， B and C at the segmentation points indicate the differences among the four nitrogen transfer pathways and the influencing factors of sole cropping.

Fig.4 Comparisons of influencing factors between alfalfaand Korla pear intercropping under different nitrogen transfer pathways

图5 基于影响因子对氮素转移重要度的结构方程模型和随机森林分析模型PNI为梨树氮素增量；X2/df为卡方值与自由度的比值；P值为相关系数；GFI为拟合优度指数；CFI为比较拟合指数；NFI为规范拟合指数。PNI was the increase of nitrogen in pear trees； X2/df is the ratio of the chi-square value to the degrees of freedom； The P-value is the interaction coefficient； GFI is the goodness-of-fit index； CFI is a comparative fitting index； NFI is a canonical fit index.

Fig.5 Structural equation model and random forest analysis model based on influencing factors for the importance of nitrogen transfer

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紫花苜蓿与库尔勒香梨间作体系氮素转移途径的定量分析

Quantitative analysis of nitrogen transfer pathways in intercropping systems between alfalfa and Korla pear

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