覆盖和粮草间作对作物氮素吸收利用和土壤硝态氮累积的影响

王 林，王 琦，李 强，张恩和，刘青林

（1.甘肃农业大学 草业学院／草业生态系统教育部重点实验室／甘肃省草业工程实验室／中－美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学 农学院，甘肃 兰州 730070）

甘肃省河西绿洲灌区是我国西北主要粮食生产区。该区属温带干旱区，年降水量稀少（年均降水量50～300mm），年潜在蒸发量2 000～3 000mm，气候干燥，干燥度为4～15。由于自然因素变化和地区经济快速发展，使区域水资源供需矛盾较为突出［1］。除自然气候条件的变迁外，人类对水资源无序和无度的开发利用，导致区域地表水资源短缺、地下水位下降和地下水污染等问题，造成大片沙生植被死亡和草地退化。近年随着玉米制种业和常规灌溉农业发展，使灌溉水资源严重缺乏，阶段性水分亏缺经常存在，部分地区由于灌溉水缺乏无法进行农作物生产，作物产量受到严重抑制［2］。

玉米是甘肃省河西绿洲灌区主要粮、经和饲兼用作物，播种季节较晚（4月中下旬），在土壤解冻40d后才能播种，且苗期生长慢，地表大面积裸露，造成大量光热和水资源浪费［3－5］。保护性耕作采取地表覆盖（作物残茬覆盖、作物秸秆覆盖、牧草覆盖、地膜覆盖）和少免耕等措施改变地表粗糙度和土壤特性，从而减少农田土壤风蚀和水蚀，改善土壤团粒结构，提高土壤肥力和抗旱能力，增加微生物酶活性，改善农作物生长发育的条件，最终提高作物和牧草产量［2］。间套作是我国传统精耕细作农业的重要组成部分，可以减少水、土、肥的流失，抑制杂草的生长，控制虫害，同时可降低成本和提高效益，提高作物复种指数、减少肥料投入、有效利用资源，具有相对稳产和高产优势，对促进农业可持续发展具有重要作用［6－8］。绿肥作为一种有机肥在肥料结构中占有重要位置，能提高土壤肥力、改善土壤结构和促进土壤微生物活性，对促进现代农业生产具有独特作用，尤其在连作区域表现更为明显［7，9］。将玉米和绿肥进行间套作，绿肥作物根系根瘤菌对玉米能起到一定生物固氮作用，而且对土壤难溶性磷酸盐有较强吸收能力。玉米和绿肥间套作能增加绿色植物覆盖时间和覆盖面积，提高光能利用效率，缓解土地压力，而且绿肥既是培肥改土的好肥料，又是农区发展养畜业的好饲草，可增加牧草产量和玉米籽粒产量，实现玉米和豆科作物双丰收［9，10］。

研究不同覆盖方式和玉米／／绿肥间作模式对玉米、绿肥氮素吸收和土壤残留硝态氮的影响，筛选出适合当地立地条件的最佳玉米绿肥间作模式和覆盖方式，减少普通地膜和氮肥投入，为实现甘肃省河西绿洲灌区牧业可持续发展奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2013年3～10月，在甘肃省武威市凉州区黄羊镇甘肃农业大学武威试验站进行。试验站平均海拔1 776m，该区依赖石羊河水和地下水灌溉，降水少，蒸发强烈，气候干燥。多年平均降水量160mm，年蒸发量2 400mm，干燥度5.85，年平均气温7.7℃，≥0℃年积温351 314℃，≥10℃年积温2 985.4℃。全年无霜期156d，绝对无霜期118d，年日照时数2 945 h。土壤以荒漠灌淤土为主，粉沙壤质，土层深厚。试验区土壤理化性质见表1，试验区0～120cm土壤容重见表2，作物生育期降水量及月平均气温见表3。

表1 试验区土壤理化特性Table1 Physical and chemical properties of soil profiles in the experimental plots

表2 土壤容重Table2 Bulk density of soil profiles in the experimental plots g／cm3

表3 作物生育期降水量及月平均气温Table3 The monthly rainfall and temperature during the growing seasons

1.2 供试作物品种

供试春玉米（Zeamays）品种为先玉335，箭筈豌豆（Viciasativa）为苏箭3号，毛苕子（Viciavillosa）为土库曼。

1.3 试验设计

试验采用完全随机裂区设计，种植模式为主区，覆盖方式为副区。3个间作模式分别为玉米单作、玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆，4种覆盖方式分别为普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖。种植模式中玉米单作作为对照，覆盖方式中无覆盖作为对照，共有12个处理（3种种植模式×4种覆盖方式），重复3次，共有36个小区。试验采用半地面覆盖，即玉米种植带覆盖，非玉米种植带和绿肥植物种植带不覆盖。小区面积为8m×5m。主区之间设置1.5m走廊，副区之间设置1.5m走廊。

1.4 种植管理

根据当地种植和灌溉管理经验，箭筈豌豆和毛苕子播种时间为2013年4月6日，玉米播种时间为2013年4月17日，箭筈豌豆和毛苕子采用条播，播种量分别为150kg／hm2和90kg／hm2，玉米按穴播种，单作玉米播种密度为82 500株／hm2，间作玉米（玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆）的播种密度与其单作相应面积播种密度相同。每1小区种植4个组合带（玉米带＋裸露带或绿肥带），每1组合带包括1.4m玉米带＋0.6m裸露带或绿肥带（箭筈豌豆和毛苕子），玉米行距为0.3m，株距为0.3m，带宽1.4m，种植4行玉米，箭筈豌豆和毛苕子行距为0.15m，带宽0.6m，种植4行箭筈豌豆或毛苕子，边行玉米至边行绿肥的距离为0.15m。

在播种前10d划分小区，各小区翻地和耱地各1次，播种前磷肥和钾肥作为基肥1次性施入，基肥用量分别为P 150kg／hm2（过磷酸钙，含16%P2O5）和 K 40kg／hm2（硫酸钾，含30%K2O）。玉米整个生育期N肥用量430kg／hm2（普通尿素，含纯氮46.4%），分4次施入，基施30%，玉米拔节期、大喇叭口期和抽雄－吐丝期分别追施总施氮量的21%，42%和7%，基肥和追肥只施加于玉米种植带，间作玉米和单作玉米的施肥方式、施肥时间和施肥量相同，并且每1小区灌水时间和灌水量相同，追肥在灌溉前进行。箭筈豌豆和毛苕子种植带不进行施基肥和追肥。每小区利用滴灌，于2013年5月25日、6月27日、7月13日、8月3日和2013年8月25日对玉米和绿肥进行等时和等量灌溉，每次灌水量为80mm。在玉米播种后进行覆盖，普通塑料薄膜为石家庄开发区永盛塑料制品有限公司生产，厚度为0.008mm，宽度为1.2m 和1.4m；生物降解膜为德国BASF化工厂生产，生物可降解地膜基料为聚乳酸（polylactic acid），聚乳酸来源于玉米秸秆和其他可再利用原材料，厚度为0.008mm，宽度为1.4m；秸秆采用小麦秸秆，小麦秸秆粉碎成5cm，一次性均匀覆盖在玉米行间，覆盖量为3 750kg／hm2。箭筈豌豆、毛苕子和玉米收获时间分别为2013年8月20日、8月20日和9月29日。

1.5 样品采集及测定

1.5.1 玉米和牧草全氮及氮素吸收量的测定 全氮：在牧草收获期（2013年8月20日）和玉米收获期（2013年9月29日）分别对牧草、玉米取样（玉米分籽粒和非籽粒两部分），取样风干后粉碎过1mm筛，用H2SO4－H2O2消煮－凯氏定氮法测定植物全氮［11］。

植株地上部吸氮量（kg／hm2）＝地上部生物量（kg／hm）×植株地上部氮氮含量

1.5.2 土壤硝态氮及硝态氮累积量的测定 在牧草收获后（2013年8月20日）和玉米收获后（2013年9月29日）分别对各小区玉米带、牧草带或裸露带中间取土样，每带取样深度为140cm，20cm为1层，每带随机选取2点，同1层次的土壤混合为一个土样，鲜土取回过2mm筛后充分混匀，称取10g土样，加入40 mL 1mol／L的KCl溶液浸提，震荡30min，过滤后在－4℃冰箱中保存，用连续流动分析仪测定土壤硝态氮含量［12］。

土壤硝态氮绝对累积量（kg／hm2）＝ C×H×D／10

式中：C为土层硝态氮的含量（mg／kg）；H为土层厚度（cm）；D为土壤容重（g／cm3）。

1.6 统计分析

试验数据用SPSS 17.0与EXCEL软件进行方差分析和显著性检验；方差分析多重比较用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 覆盖和间作对玉米和牧草氮素吸收的影响

2.1.1 覆盖和间作对玉米氮素吸收的影响 研究结果表明（表4），不同覆盖方式玉米收获期各处理玉米单作、玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量均高于牧草收获期。就不同覆盖方式平均值而言，牧草收获期，普通地膜覆盖的玉米植株吸氮量显著高于秸秆覆盖和无覆盖，生物可降解地膜覆盖的玉米植株吸氮量显著高于无覆盖，生物可降解地膜覆盖与普通地膜覆盖和秸秆覆盖、秸秆覆盖与无覆盖之间差异不显著（P＜0.05）。普通地膜覆盖的玉米植株吸氮量较秸秆覆盖和无覆盖的玉米植株吸氮量显著增加44.22%和65.78%。玉米收获期，秸秆覆盖的玉米植株吸氮量显著高于生物可降解地膜覆盖和无覆盖，普通地膜覆盖的玉米植株吸氮量显著高于无覆盖，普通地膜覆盖与生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖、生物可降解地膜覆盖与无覆盖之间差异不显著。秸秆覆盖的玉米植株吸氮量较生物可降解地膜覆盖和无覆盖的玉米植株吸氮量增加20.93%和34.50%。

表4 覆盖和间作模式下玉米的吸氮量Table4 Effects of mulching methods and intercropping on N uptake by maize kg／hm2

不同间作模式无论在牧草收获期还是玉米收获期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量均显著高于单作玉米，而玉米／／毛苕子与玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量差异不显著，玉米植株吸氮量表现为玉米／／毛苕子＞玉米／／箭筈豌豆＞玉米单作。牧草收获期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量较单作玉米分别增加21.86%和20.37%。玉米收获期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量较单作玉米分别增加6.94%和6.26%。

2.1.2 覆盖和间作对牧草氮素吸收的影响 研究结果表明（表5），不同覆盖方式和间作模式对牧草植株吸氮量有显著影响。玉米收获期各处理玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草植株吸氮量均低于牧草收获期。就不同覆盖方式平均值而言，牧草收获期，无覆盖的牧草植株吸氮量显著高于普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖，秸秆覆盖的牧草植株吸氮量显著高于生物可降解地膜覆盖，普通地膜覆盖与生物可降解地膜覆盖，秸秆覆盖之间差异不显著。无覆盖的牧草植株吸氮量较普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖的牧草植株吸氮量分别增加31.38%，58.67%和23.22%。

玉米收获期，秸秆覆盖的牧草植株吸氮量显著高于普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和无覆盖，秸秆覆盖的牧草植株吸氮量较普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和无覆盖的牧草植株吸氮量分别增加46.75%，72.31%和21.76%。

总体表明，无论在牧草收获期还是玉米收获期，间作毛苕子的吸氮量均显著高于间作箭筈豌豆。牧草收获期，间作毛苕子的吸氮量较间作箭筈豌豆增加30.44%，玉米收获期，间作毛苕子的吸氮量较间作箭筈豌豆增加25.26%。原因可能为毛苕子较玉米具有更发达的根系，并且单株分枝和根瘤数多，有利于养分和水分的吸收。

表5 覆盖和间作模式下牧草植株的吸氮量Table5 Effects of mulching methods and intercropping on N uptake by forage kg／hm2

2.2 覆盖和间作对0～140cm土壤残留硝态氮累积的影响

2.2.1 覆盖和间作对玉米带0～140cm土壤硝态氮累积量的影响 将牧草收获期与玉米收获期各处理玉米带0～140cm土壤剖面硝态氮累积量进行分析（图1），牧草收获期各处理玉米带0～140cm土壤剖面硝态氮累积量为54.65～80.47kg／hm2，玉米收获期各处理玉米带0～140cm土壤剖面硝态氮累积量为48.90～74.11kg／hm2。在同一覆盖水平下，将3种间作模式玉米带0～140cm土壤剖面硝态氮累积量统计求均值（图1），比较发现，玉米收获期普通地膜覆盖和生物可降解地膜覆盖的玉米带硝态氮累积量均显著高于无覆盖（P＜0.05），普通地膜覆盖与生物可降解地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖与秸秆覆盖、秸秆覆盖与无覆盖之间差异不显著（P＜0.05），普通地膜覆盖和生物可降解地膜覆盖的玉米带硝态氮累积量较无覆盖分别增加32.87%和27.82%。3种不同材料覆盖下的玉米带土壤较无覆盖保温保水能力强，微生物活动旺盛，固定的氮素随之增加，土壤中有机氮的矿化也加快，最终导致无覆盖的玉米带土壤硝态氮累积量明显低于其他3种覆盖方式。

普通地膜覆盖下，玉米收获期玉米／／箭筈豌豆的玉米带土壤硝态氮累积量显著高于单作玉米和玉米／／毛苕子，玉米／／箭筈豌豆的玉米带土壤硝态氮累积量较单作玉米和玉米／／毛苕子分别增加12.83%和4.59%。生物可降解地膜覆盖下，玉米收获期玉米／／箭筈豌豆和玉米／／毛苕子的玉米带土壤硝态氮累积量均显著高于单作玉米，玉米／／箭筈豌豆与玉米／／毛苕子之间相差不显著，玉米／／箭筈豌豆和玉米／／毛苕子的玉米带土壤硝态氮累积量较单作玉米分别增加13.01%和12.37%。秸秆覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子的玉米带土壤硝态氮累积量显著高于单作玉米，玉米／／箭筈豌豆与玉米／／毛苕子、玉米／／箭筈豌豆与单作玉米之间相差不显著，玉米／／毛苕子的玉米带土壤硝态氮累积量较单作玉米增加14.72%。无覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子的玉米带土壤硝态氮累积量显著高于单作玉米，玉米／／箭筈豌豆与玉米／／毛苕子、玉米／／箭筈豌豆与单作玉米之间相差不显著，玉米／／毛苕子的土壤硝态氮累积量较单作玉米增加15.93%。

图1 覆盖和间作模式下玉米带0～140cm土壤硝态氮的累积量Fig.1 Effects of mulching methods and intercropping on soil NO－3－N accumulation of the soil depth（0～140cm）in maize belts

2.2.2 覆盖和间作对牧草（裸露）带0～140cm土壤硝态氮累积量的影响 将牧草收获期与玉米收获期各处理牧草（裸露）带0～140cm土壤剖面硝态氮累积量进行分析（图2），牧草收获期各处理牧草（裸露）带0～140cm土壤剖面硝态氮累积量为42.85～71.23 kg／hm2，玉米收获期各处理牧草（裸露）带0～140cm土壤剖面硝态氮累积量为34.60～64.74kg／hm2。在同一覆盖水平下，将3种间作模式牧草（裸露）带0～140cm土壤剖面硝态氮累积量统计求均值（图2），比较发现，玉米收获期普通地膜覆盖处理的牧草（裸露）带硝态氮累积量显著高于其他3种覆盖处理，生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖的牧草（裸露）带硝态氮累积量显著高于单作玉米，生物可降解地膜覆盖与秸秆覆盖之间差异不显著（P＞0.05），普通地膜覆盖的牧草（裸露）带硝态氮累积量较生物可降解地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖分别增加9.17%，6.07%和35.45%。

图2 覆盖和间作模式下牧草（裸露）带0～140cm土壤硝态氮的累积量Fig.2 Effects of mulching methods and intercropping on soil NO3－ －N accumulation of the soil depth（0～140cm）in the forage belts

普通地膜覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量均显著高于单作玉米，玉米／／毛苕子与玉米／／箭筈豌豆之间差异不显著（P＞0.05），玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量较单作玉米分别增加41.05%和46.17%。生物可降解地膜覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量显著高于单作玉米，玉米／／毛苕子与玉米／／箭筈豌豆、玉米／／箭筈豌豆与单作玉米之间差异不显著，玉米／／毛苕子的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量较单作玉米增加25.65%。秸秆覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量显著高于单作玉米和玉米／／箭筈豌豆，玉米／／箭筈豌豆与单作玉米之间差异不显著，玉米／／毛苕子的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量较单作玉米和玉米／／箭筈豌豆分别增加18.81%和14.48%。无覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量显著高于单作玉米，玉米／／毛苕子与玉米／／箭筈豌豆、玉米／／箭筈豌豆与单作玉米之间差异不显著，玉米／／毛苕子的土壤硝态氮累积量较单作玉米增加34.48%。

3 讨论与结论

3.1 覆盖和间作可以提高作物吸氮量

氮素作为植物必须营养元素，对植物生命活动、产量和品质都有重要的作用，在农业生产中占有极其重要的地位。由于豆科作物的生物固氮作用，豆科与非豆科作物间作在间作种植方式中占绝对统治地位，对其研究相对较多，研究结果表明养分吸收与间作的产量优势之间存在明显的正相关关系［13，14］。在一定条件下，豆科与禾本科间作可以显著提高植株氮素利用效率，表现出一定的间作优势［15］。李文学［16］对小麦／／玉米间作研究发现，间作小麦的吸氮量为166.2kg／hm2，比单作增加37%。豆科与非豆科作物间作，由于非豆科作物可以更多地利用土壤氮素，降低了高氮条件下的“氮阻碍”作用，有利于提高豆科作物的固氮比率。同时，豆科作物固定的氮素，可以部分的通过根际转移到非豆科作物中，豆科植物具有氮素节约效应，可以把自身的氮素节约下来供临近非豆科植物吸收，改善了非豆科作物的供氮条件，从而有利于非豆科作物生长。试验条件下，牧草收获后各小区玉米经过追肥和灌水，玉米根系通过吸收土壤水分和养分，在后期进行生殖生长，并且间作系统中玉米后期可以利用牧草固定的氮素和牧草带土壤氮素资源，利用物种间的优势互补、互利效应吸收土壤氮素，最终使得玉米收获期各覆盖和间作模式下的吸氮量均高于各自牧草收获期的吸氮量。无论在牧草收获期还是玉米收获期，与毛苕子、箭筈豌豆间作的玉米植株吸氮量均显著高于单作玉米，而玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量表现差异不显著，牧草收获期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量较单作玉米分别增加21.86%和20.37%，玉米收获期，玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的玉米植株吸氮量较单作玉米分别增加6.94%和6.26%。总体来看，间作的玉米的吸氮量均高于单作的玉米的吸氮量，这可能是由于间作系统中2种作物生育期的不同，作物对水分和养分的需求时间有所差异，作物成熟期间作处理可以吸收对应种植带的养分，另外间作系统中牧草可以固定空气中的氮素供玉米吸收，致使间作玉米吸氮量高于单作玉米。

不同覆盖方式通过影响土壤温度、水分等因素而对土壤氮素矿化作用产生影响。汪景宽等 研究表明，地膜覆盖条件下净氮矿化速率高于裸地，但随着季节有不同程度的变化，这是由于地膜覆盖改变了土壤水热条件，从而影响了土壤氮素的转化。艾应伟［18］在旱作水稻地发现，覆膜，覆秸与裸地相比，消耗了农田的更多的氮素。在牧草收获期，普通地膜覆盖的玉米植株吸氮量较秸秆覆盖和无覆盖的玉米植株吸氮量显著增加44.22%和65.78%。在玉米收获期，秸秆覆盖的玉米植株吸氮量较生物可降解地膜覆盖和无覆盖的玉米植株吸氮量显著增加20.93%和34.50%。研究中，由于牧草带不追施氮肥和不进行覆盖，竞争的因子主要是水分和光照以及地下养分，在玉米带无覆盖和秸秆覆盖的情况下，土壤结构没有2种地膜覆盖的紧实，使玉米带灌溉的水分和追施的氮肥可以供间作牧草吸收利用，由于后期秸秆的腐烂分解，秸秆还田后增加了土壤中的氮素，促进了作物的生长发育，导致玉米后期秸秆覆盖下的牧草的吸氮量显著高于普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和无覆盖。

研究中，玉米收获期同一覆盖方式下玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草的吸氮量均低于牧草收获期各自牧草的吸氮量。箭筈豌豆和毛苕子收获期正值牧草盛花期，牧草营养生长旺盛，根系发达，有效根瘤数的形成达到最高峰，固氮能力最强，牧草根系吸收土壤深层水分跟养分的能力较强，此外，由于牧草与玉米构成的间作体系拓宽了水分利用的生态位空间，牧草较玉米占据更多的生态位空间，使其具有更强的竞争力，牧草在共生期又能竞争晚播玉米的水分资源，有利于间作牧草的营养生长；后期牧草根系各功能开始慢慢减弱，根瘤菌固氮能力开始衰竭，间作玉米迅速提高水分利用效率，牧草对养分和水分竞争能力减弱，使得玉米收获期牧草植株吸氮量较牧草收获期明显减少。无论在牧草收获期还是玉米收获期，间作毛苕子的吸氮量均显著高于间作箭筈豌豆。牧草收获期，间作毛苕子的吸氮量较间作箭筈豌豆增加30.44%，玉米收获期，间作毛苕子的吸氮量较间作箭筈豌豆增加25.26%。毛苕子较箭筈豌豆具有发达的主根和分枝，它对自身带土壤深层以及邻近玉米带土壤氮素资源获取能力强，从而增加了氮素的吸收利用。

在牧草收获期，无覆盖的牧草植株吸氮量较普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖的牧草植株吸氮量分别增加31.38%，58.67%和23.22%。在玉米收获期，秸秆覆盖的牧草植株吸氮量较普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和无覆盖的牧草植株吸氮量分别增加46.75%，72.31%和21.76%。李勇等［19］在旱作水稻地研究表明，覆膜后土壤表观盈余量最少，主要是由于覆膜促进生物活性，加快有机氮的矿化，导致后茬土壤氮素减少；而秸秆覆盖促进有效氮的固定，在后茬逐渐释放出来。由于覆盖是在玉米带进行，牧草与玉米带之间的竞争主要来自土壤水分和养分，牧草根系通过对水分的吸收促进对土壤氮素的吸收。无覆盖下的玉米带水分较其他覆盖可以更多的向牧草带渗漏，并且水分转移的同时可以带动玉米带氮素向牧草带移动，导致无覆盖下的牧草吸氮量高于其他3种覆盖，后期秸秆的腐烂分解还田可以被牧草吸收利用，导致秸秆覆盖的牧草植株吸氮量显著高于普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和无覆盖。

3.2 覆盖和间作可以提高土壤硝态氮累积量

覆盖和间作显著影响土壤剖面硝态氮累积量。叶优良［20］对不同豆科／／玉米间作、小麦／／玉米间作的研究表明，蚕豆收获后，间作蚕豆、大豆、豌豆和玉米土壤硝态氮累积量均低于相应的单作。Li等［21］对小麦／／玉米和蚕豆／／玉米间作研究表明，在相同施氮水平下，间作显著降低硝态氮在土壤中的累积。研究中，普通地膜覆盖下，玉米／／箭筈豌豆的玉米带土壤硝态氮累积量较单作玉米和玉米／／毛苕子分别增加12.83%和4.59%。生物可降解地膜覆盖下，玉米／／箭筈豌豆和玉米／／毛苕子的玉米带土壤硝态氮累积量较单作玉米分别增加13.01%和12.37%。秸秆覆盖下，玉米／／毛苕子的玉米带土壤硝态氮累积量较单作玉米增加14.72%。无覆盖下，玉米／／毛苕子的玉米带土壤硝态氮累积量较单作玉米增加15.93%。无论牧草收获期还是玉米收获期，在同1种覆盖方式下，单作玉米的玉米带土壤硝态氮累积量均低于与牧草间作的玉米带土壤硝态氮累积量，这可能是因为间作体系由于两种作物根系的相互促进与互补作用导致硝态氮向深层渗漏缓慢，而单作玉米带土壤硝态氮由于灌水和降水等因素向地表深层渗漏快，造成硝态氮的淋溶。

覆盖栽培能明显改善土壤理化性状和作物生长的微环境，从而影响土壤无机态氮的含量。研究表明，地膜覆盖后土壤有机氮的矿化速率、矿化量和硝态氮含量增加，在降水较多的情况下，容易导致硝态氮的淋溶损失［22］。李世清等［23］的研究报道，地膜覆盖对土壤剖面中残留硝态氮有一定程度的降低作用，但全生育期覆膜却显著增加了收获后土壤剖面中累积的残留硝态氮。近年来一些研究表明，秸秆覆盖除了能直接补充土壤一部分氮素外，还可以促进固氮微生物的固氮作用和豆科作物的共生固氮，进一步增加土壤中的氮素［24］。据高亚军等［25］研究，与常规无覆盖模式相比，地膜覆盖显著增加了土壤0～200cm的硝态氮残留，这与地膜覆盖导致有机氮矿化增加有关，而秸秆覆盖对土壤硝态氮残留均没有明显影响。试验表明，玉米收获期，同一覆盖方式下各处理玉米带0～140cm土壤硝态氮累积量均低于牧草收获期，这是因为牧草收获后，玉米根系大量吸收土壤中氮素进行光合作用和生殖生长，导致玉米收获期各处理玉米带土壤硝态氮累积量较牧草收获期低。玉米收获期普通地膜覆盖和生物可降解地膜覆盖的玉米带土壤硝态氮累积量较无覆盖分别增加32.87%和27.82%。玉米全生育期进行地膜或秸秆覆盖，高温高湿的地表环境使得土壤酶活性增强，加快了土壤中有机氮的矿化，秸秆腐烂分解虽然可以增加土壤中无机态氮素，但由于秸秆覆盖下地表温度较普通地膜覆盖和生物可降解地膜覆盖低，其对土壤中氮的消化并没有起到多大作用，并且秸秆分解也会消耗一部分氮素，使得土壤中残留硝态氮较普通地膜覆盖和生物可降解地膜覆盖低，玉米带在无覆盖条件下，土壤表层温度较低，保水能力差，微生物活动弱，导致有机氮的矿化低，最终导致玉米收获期无覆盖的玉米带土壤硝态氮累积量较其他3种覆盖低。

研究中，不论牧草收获期还是玉米收获期，单作玉米的裸露带土壤硝态氮累积量均比各自对应时期间作牧草带土壤硝态氮累积量低，可能是因为间作体系由于两种作物根系的相互促进与互补作用导致硝态氮向深层渗漏缓慢，而单作玉米的裸露带土壤硝态氮由于灌水和降水等因素向地表深层渗漏快，造成硝态氮的淋溶。普通地膜覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子和玉米／／箭筈豌豆的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量较单作玉米分别显著增加41.05%和46.17%。生物可降解地膜覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量较单作玉米显著增加25.65%。秸秆覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量较单作玉米和玉米／／箭筈豌豆分别显著增加18.81%和14.48%。无覆盖下，玉米收获期玉米／／毛苕子的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量较单作玉米显著增加34.48%。牧草带不进行覆盖，与玉米间作的毛苕子较箭筈豌豆有效根瘤多，可以固定更多的氮素，并且毛苕子根系下扎深，侧根数多，可以更加有效利用玉米带和牧草带的水分和养分，使氮素向毛苕子表层根系转移，减少土壤硝态氮的淋溶，最终导致毛苕子带残留硝态氮较多。

玉米收获期，4种覆盖下各处理牧草（裸露）带0～140cm土壤硝态氮累积量都低于牧草收获期，这可能是因为牧草收获后，玉米根系在生长后期不仅吸收玉米带土壤中的氮素进行光合作用和生殖生长，而且也可以吸收牧草带或裸露带土壤中的氮素进行光合作用和生殖生长，导致玉米收获期各处理土壤硝态氮累积量低于牧草收获期。玉米收获期普通地膜覆盖处理的牧草（裸露）带硝态氮累积量较生物可降解地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖分别增加9.17%，6.07%和35.45%。由于牧草带和裸露带不进行覆盖，0～140 cm土壤硝态氮的累积主要是受间作带环境和牧草自身生长特性所影响，普通地膜覆盖不仅影响玉米带的硝态氮含量，而且影响间作牧草带的硝态氮含量，普通地膜覆盖下土壤温度较高，微生物活动旺盛，土壤酶活性高，有机氮矿化程度高，并且土壤结构紧实，水分下移速度缓慢，有利于间作系统中两作物高效利用水分进而增加土壤硝态氮积累。玉米生长后期，由于生物可降解地膜的降解破损，使氮肥随灌溉和降水向土壤深层垂直移动加快，而氮肥的横向移动却减缓，导致间作牧草带土壤残留硝态氮含量较普通地膜覆盖低。秸秆覆盖和无覆盖下，土壤结构疏松，土壤表层温度低，有机氮矿化程度低，水分蒸发强烈并且间作玉米带追施的氮肥由于灌水和降水的作用向140cm深度以下积累，导致秸秆覆盖和无覆盖的牧草（裸露）带土壤残留硝态氮含量较普通地膜覆盖明显降低，但秸秆覆盖的牧草（裸露）带土壤硝态氮累积量较生物可降解地膜覆盖和无覆盖有所增加，可能是因为后期小麦秸秆的腐烂分解增加了土壤中的氮素，从而提高硝态氮的残留。

［1］ 陈俭煌，魏晓妹，马岚.石羊河流域绿洲农业发展对水资源转化影响研究［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2007，35（4）：229－234.

［2］ 冯福学，黄高宝，于爱忠，等.不同保护性耕作措施对武威绿洲灌区冬小麦水分利用的影响［J］.应用生态学报，2009，20（5）：1060－1065.

［3］ 金绍龄，马永泰.小麦／／玉米带田作物氮营养特点［J］.西北农业大学学报，1996，24（5）：35－41.

［4］ 李隆，李晓林，张福锁，等.小麦大豆间作条件下作物养分吸收利用对间作优势的贡献［J］.植物营养与肥料学报，2000，6（2）：140－146.

［5］ 黄高宝，张恩和.调亏灌溉条件下春小麦玉米间套农田水、肥与根系的时空协调性研究［J］.农业工程学报，2002，18（1）：53－57.

［6］ 高阳，段爱旺，刘战东，等.玉米／／大豆间作条件下的作物根系生长及水分吸收［J］.应用生态学报，2009，20（2）：307－313.

［7］ 周海燕，柴强，黄高宝，等.绿洲灌区典型间作模式的产量和光能利用效率［J］.甘肃农业大学学报，2012，47（6）：68－73.

［8］ 包兴国，杨文玉，曹卫东，等.豆科与禾本科绿肥饲草作物混播增肥及改土效果研究［J］.中国草地学报，2012，34（1）：43－47.

［9］ 包兴国，曹卫东，胡志桥，等.甘肃省绿肥生产历史回顾及发展对策［J］.甘肃农业科技，2011（12）：41－44.

［10］ 王旭，曾昭海，朱波，等.燕麦与箭筈豌豆混作模式对根际土壤微生物数量的影响［J］.草业学报，2009，18（6）：151－157.

［11］ 鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社，2005：264－268.

［12］ 周顺利，张福锁，王兴仁.土壤硝态氮时空变异与土壤氮素表观盈亏研究I.冬小麦［J］.生态学报，2001，21（11）：49－53.

［13］ Morris R A，Garrity D P.Resource capture and utilization in intercropping：Non－nitrogen nutrition［J］.Field Crops Research，1993，34：319－334.

［14］ Stern W R.Nitrogen fixation and transfer in intercrop systems［J］.Field Crops Research，1993，34：335－356.

［15］ Zhou X L，Madramootoo C A，Mackenzie A F，etal.Corn yield and fertilizer N recovery in water－table－controlled corn－rye－grass systems［J］.European Journalof Agronomy，2000，12：83－92.

［16］ 李文学.小麦／玉米／蚕豆间作系统中氮、磷吸收利用及其环境效应［D］.北京：中国农业大学，2001：1－87.

［17］ 汪景宽，刘顺国，李双异，等.长期地膜覆盖及不同施肥处理对棕壤无机氮和氮素矿化率的影响［J］.水土保持学报，2006，20（6）：107－110.

［18］ 艾应伟.旱作水稻生长期不同覆盖的农田N素平衡评估［J］.土壤通报，2006，37（4）：688－690.

［19］ 李勇，徐阳春，郭世伟，等.不同覆盖旱作水稻对后茬大麦生长和土壤氮素的影响［J］.水土保持学报，2006，20（6）：111－119.

［20］ 叶优良.间作对氮素和水分利用的影响［D］.北京：中国农业大学，2003.

［21］ Li W X，Li L，Sun J H，etal.Effects of intercropping and nitrogen application on nitrate present in the profile of an Orthic Anthrosol in Northwest China［J］.Agric Ecosys Environ，2005，105：483－4911.

［22］ Schoneck M W，Evanylo G K.Effects of mulches on soil properties and tomato production.Plant available nitrogen，organic matter input，and tilth－related properties［J］.Journal of Sustainable Agriculture，1998，13（1）：83－100.

［23］ 李世清，李凤民，宋秋华，等.半干旱地区不同地膜覆盖时期对土壤氮素有效性的影响［J］.生态学报，2001，21（9）：1519－1527.

［24］ 朱自玺，方文松，赵国强，等.麦秸和残茬覆盖对夏玉米农田小气候的影响［J］.干旱地区农业研究，2000，18（20）：19－24.

［25］ 高亚军，李云，李生秀，等.旱地小麦不同栽培条件对土壤硝态氮残留的影响［J］.2005，25（11）：2901－2909.