禾豆间作在一定程度上能促进豆科作物固氮,提高共生作物的氮素利用效率,并减少土壤无机氮累积,提高作物的资源利用率。针对现代作物栽培技术中密度不断增大,但密植对禾豆间作氮素利用调控效应及其机制相对薄弱,生产实践中缺乏通过密植同步实现增产增效理论依据问题,本研究以大麦间作豌豆为研究对象,采用根系分隔手段和15N标记技术,研究了大麦密度对间作大麦、豌豆氮素利用特征、相关生理生态指标及其氮素种间竞争的影响。主要结果如下:(1)增加大麦种植密度可提高大麦间作豌豆氮累积量和氮肥利用效率,并能提高根间互作时的豌豆生物固氮量。提高大麦密度显著提高了大麦间作豌豆的氮累积量4.2%,根间互作增强大麦密植对间作氮累积量的正效应,提高比例为6.1%。豌豆生物固氮占植株氮累积量的12.8%~43.9%,根间作用下增加大麦密度使不施氮、施氮时豌豆生物固氮量分别增加17.4%和39.7%。高密度大麦和根间互作显著提高了间作群体的氮肥利用效率,根间互作条件下大麦密植使间作群体氮肥利用效率提高59.8%。(2)增加大麦种植密度可增强施氮和根间作用对间作大麦豌豆根系活力、叶片蛋白质含量和硝酸还原酶及固氮酶活性的影响。分蘖期是大麦全生育期根系活力最高时期,根间作用时增加大麦密度提高根系活力6.0%~11.0%。灌浆期是豌豆全生育期根系活力最高时期,相同施氮水平和密度下,根间作用显著增加根系活力13.8%~26.0%。抽穗期是大麦硝酸还原酶调控的关键时期,密植可提高大麦硝酸还原酶活性,根间作用增大了其正效应。孕蕾期是豌豆蛋白质含量与固氮酶活性调控的关键时期,根间作用时增加大麦密度可降低豌豆蛋白质含量,根系分隔时则相反。大麦密植增加根间作用条件下不施氮处理豌豆固氮酶活性23.8%,即根间作用可增强密植对豌豆固氮酶活性的正效应。(3)增加大麦种植密度能增强施氮和根间互作时大麦间作豌豆的种间竞争和互惠,增强大麦对豌豆“氮阻遏”的消减效应和豌豆固定的氮向大麦的转移量。大麦为氮素竞争优势种,提高大麦种植密度其氮素竞争比率显著提高,施氮能弱化大麦密植对氮素竞争比率的正效应,密度增加在不施氮处理和施氮处理时的氮素竞争比率贡献率分别为50.7%、47.0%。大麦相对于豌豆的氮素竞争比率与间作群体氮素利用率呈显著的正相关关系。抽穗期时大麦相对于豌豆的氮素竞争优势最大,并且与间作籽粒氮含量关联度最高,此生育期是氮素竞争力调控的关键期。根间作用对豌豆“氮阻遏”具有消减效应,相对于隔根处理,施氮时大麦密植能增强“氮阻遏”消减效应,达到3.6%~16.1%。根间相互作用时,大麦/豌豆间作群体中存在豌豆固定的氮向间作大麦转移,大麦密植提高氮转移量57.5%。施氮时,大麦籽粒在根间作用时随密度增加15N%丰度和来自15N的百分数升高3.2%~6.3%,说明间作群体中存在大麦吸收豌豆根区氮素向库转移,并且密植强化转移率。本研究表明,适宜施氮量和充分的根间作用是支撑间作密植,优化间作大麦、豌豆的氮素竞争比率,提高氮累积量和氮肥利用效率,增加豌豆生物固氮量,消减豌豆“氮阻遏”并增加氮转移量的重要途径,大麦对各处理因素调控的反应更敏感,大麦抽穗期是最佳调控时期。