麦/玉/豆周年套作体系氮素积累分配及转运

陈晓辉， 徐开未， 唐义琴， 刘 静， 陈新平， 张朝春， 陈远学*

(1 四川农业大学资源环境学院， 四川成都 611130； 2 中国农业大学资源与环境学院， 北京 100193)

作物间套作是中国传统精细农业的精华，能够充分利用光、热、水、土、肥等农业资源，提高农作物产量，在全国各地仍广有分布[1]，每年间套作种植面积约有0.2亿公顷[2]。西南地区特别是四川盆地气候为高温寡照，因而广泛采用作物间套作，川渝地区间套作面积约占旱地总种植面积的54%，间套作模式有几十种之多[3]。近年来，旱地新三熟“小麦/玉米/大豆”间套体系在川渝黔的种植面积逐年增加。虽然对小麦、玉米、大豆的栽培和施肥已有大量研究报道[4-7]，但对3种作物体系进行研究的还较少。陈远学等[8]研究了小麦/玉米/大豆间套作体系中不同施磷水平对玉米叶面积指数、干物质积累动态和磷肥利用效率的影响，小麦施磷后效对后作大豆产量、营养状况的影响[9]，还研究比较了小麦/玉米/大豆、小麦/玉米/甘薯两种三熟套作体系和小麦/大豆、小麦/甘薯、蚕豆/玉米三种两熟轮作体系中小麦、玉米干物质积累分配、产量、氮素利用效率及体系产量产值的变化[10]。本研究利用四川雅安“小麦/玉米/大豆”定位试验，研究不同氮肥用量下“麦/玉/豆”周年套作体系中各作物的氮素积累分配和花后氮素转运特征，旨在明确体系内各作物的氮素营养吸收特性，为该体系的氮肥合理施用及高产高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

1.2 试验材料

供试作物品种：小麦为“川麦37”，玉米为“川单418”，大豆为“贡选1号”，分别由四川省农业科学院作物研究所、四川农业大学玉米研究所、四川省自贡市农业科学研究所选育。试验用肥料为尿素，过磷酸钙和氯化钾，均购于当地农资市场。

1.3 试验设计与实施

1.3.1 试验设计 小麦设5个氮(N)水平，分别为0、 60、120、180、240 kg/hm2(依次编号为WN1、WN2、WN3、WN4、WN5)，磷、钾用量一致，为P2O590 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2；玉米同样设5个氮(N)水平，分别为0、 97.5、 195、 292.5、 390 kg/hm2, 编号为MN1、MN2、MN3、MN4、MN5，磷、钾用量一致，为P2O575 kg/hm2、 K2O 105 kg/hm2；大豆作为小麦后茬作物，不施氮、磷、钾肥，因有前作小麦5氮水平的影响，大豆各处理的基础肥力不同，分别编号为SN1、SN2、SN3、SN4、SN5。

1.3.2 施肥方法 小麦开沟深5 cm左右，50%的氮和全部磷、钾肥作为底肥均匀撒于沟内，然后在肥料旁播种后回土；于分蘖期追施20%的氮，拔节期追施30%的氮，均遇小雨天均匀撒施。玉米打窝深15 cm左右，30%的氮和全部磷、钾肥作底肥施于窝内，然后覆土移栽玉米苗；于拔节期追施30%的氮，大喇叭口期追施40%的氮，方法是用清水溶解尿素后缓慢冲施于玉米株旁，不施氮处理以冲灌等量清水为对照。大豆整个生育期间不施肥，以充分利用小麦季剩余的土壤养分。

1.4 测定项目与数据分析

1.4.1 干物质量 分别于小麦扬花期和成熟期随机采取20 cm样段长、100 cm宽(4行)的植株；玉米在吐丝期和成熟期随机采取代表性2窝共4株；大豆于盛花期和成熟期随机采3窝6株。以上植株样品均分茎、叶、穗(苞、颖壳、荚皮)、籽粒制样，105℃杀青30 min后， 70℃烘干称量。

1.4.2 产量 小麦收获1.5 m 样段长、1 m宽(4行)的穗测产，玉米和大豆全小区实收测产。

1.4.3 植株氮含量 每种作物分部位烘干后粉碎，经H2O2-H2SO4联合消煮，用FOSS 8400全自动凯氏定氮仪测定全氮含量。

1.4.4 数据处理 相关指标计算公式如下[11-12]：

氮素积累量 = 生物量 × 氮含量；

各器官氮素分配比例(%)= 各器官的氮素积累量/氮素总积累量 × 100；

营养器官氮素转移量 = 开花期营养器官氮素积累量-成熟期营养器官氮素积累量；

营养器官氮素转移率(%)= 营养器官氮素转移量/开花期营养器官氮素积累量×100；

营养器官氮素贡献率(%)=营养器官氮素转移量/成熟期籽粒氮素积累量×100；

在麦/玉/豆周年体系中，小麦、大豆为矮秆作物分别占用了一半的小区面积(生态位)，而玉米为高秆作物，叶幅宽覆盖了整个小区，因此，在计算体系周年总产量时，小麦、大豆产量以50%折算，玉米产量不折算。整个体系全年的肥料用量折算方法同产量。

所有数据用Excel 2007进行计算，用SPSS 19.0进行方差分析和显著性检验，以LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 施氮对套作小麦、玉米、大豆氮素积累分配的影响

2.1.1 小麦 由表1可知，2011和2012年小麦叶、茎鞘、 穗轴颖壳、 籽粒的氮积累量平均分别为21.6、28.2、16.5、152.3 kg/hm2，地上部氮积累总量为218.6 kg/hm2；氮主要积累在籽粒中，占到71.5%，其次在茎鞘，占12.2%，叶、穗轴颖壳中分别只占9.2%、7.1%。

表1 套作小麦成熟期氮素在不同器官中的积累和分配

2.1.2 玉米 从表2可看出，玉米各器官的氮积累量总体上是2011年比2012年大，各处理叶、茎鞘、苞叶芯、籽粒的氮积累量两年平均分别为14.7、12.3、7.6、73.5 kg/hm2，地上部氮积累总量为108.1 kg/hm2；氮主要积累在籽粒中，占到67.2%，其次在叶和茎鞘中，分别占13.9%和11.8%，苞叶芯仅占7.0%。

表2 套作玉米成熟期氮素在不同器官中的积累(kg/hm2)和分配(%)

2.1.3大豆 从表3看出，大豆籽粒、茎秆、荚皮吸氮量和地上部氮素总积累量2011年比2012年明显要大，虽然年度间有差异，但从SN1到SN5，都有逐渐增大的趋势，两年平均结果均以SN4和SN5两个处理显著高于另外三个处理，而在SN1、 SN2、SN3、SN4与SN5间无显著性差异；SN4处理相比SN1、 SN2、 SN3处理，茎氮积累量分别增加38.0%、68.3%、70.4%，荚皮氮积累量分别增加117.3%、90.1%、53.4%，籽粒氮积累分别增加46.1%、44.0%、36.8%，地上部氮积累总量分别增加52.9%、50.4%、40.6%。说明小麦收获后土壤中残留的氮素显著影响了大豆的生长及对氮的吸收。

表3 套作大豆成熟期氮素在不同器官中的积累(kg/hm2)和分配(%)

2.2 施氮对套作小麦、玉米、大豆花后氮素转运的影响

表4 花后套作小麦营养器官氮素向籽粒的转移

表5 花后套作玉米营养器官氮素向籽粒的转移

表6 花后套作大豆营养器官氮素向籽粒的转移

2.3 体系产量

3 讨论与结论

表7 小麦/玉米/大豆周年套作体系总产量

籽粒中氮素主要有两个来源, 一是根系吸收，另一个是其他营养器官的氮素再分配。在作物生育后期，根系吸收(氮素)能力下降，从其他器官转运出的氮素对籽粒氮素的积累极其重要。此外，植株是一个由籽粒、根、茎、叶等器官组成的有机整体，各生育阶段各器官氮素的积累分配、转运协调有序的配合才能保证作物良好的生长[22-23]。籽粒的形成主要取决于花前物质转移以及花后物质生产，籽粒建成期强大的库容需要吸收足够外源营养与活化花前存储的营养物质[24]。本研究中，三种作物的营养器官向籽粒中的氮素转移量均随着施氮量的增加不断增加，当施氮量套作小麦达180 kg/hm2、套作玉米达292.5 kg/hm2时，继续增加氮肥投入，转移量无显著差异。施氮显著降低了套作小麦和玉米的氮素从营养器官向籽粒中的转移率，但对套作大豆无明显影响，说明外界氮肥的投入使得作物更多的通过根系吸收氮素并转移至籽粒，从而减少了氮素从营养器官向籽粒中转移。

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