利用15N研究玉米-大豆套作体系中氮素利用特征

陈 平，刘小明，2，宋 春，王小春，刘卫国，杨 峰，杨文钰*，雍太文*

（1.四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态与耕作实验室，成都 611130；2.射洪县农业局，四川遂宁 629200；3.四川农业大学环境学院，成都 611130）

利用15N研究玉米-大豆套作体系中氮素利用特征

陈 平1，刘小明1，2，宋 春3，王小春1，刘卫国1，杨 峰1，杨文钰1*，雍太文1*

（1.四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态与耕作实验室，成都 611130；2.射洪县农业局，四川遂宁 629200；3.四川农业大学环境学院，成都 611130）

【目的】明确不同氮水平下玉米-大豆套作系统中氮素利用特征。【方法】通过15N标记试验，研究了2种氮水平和3种种植模式下作物氮素吸收、土壤氮素残留与损失及大豆生物固氮量的影响。【结果】套作系统内（IMS）玉米植株总氮吸收量和15N吸收量显著高于玉米单作（MM）；IMS内的大豆总氮吸收量低于大豆单作（MS），而IMS内大豆的15N吸收量较MS显著增加，且IMS内大豆的固氮比例及固氮量较MS显著增加。IMS中玉米和大豆对15NH4+总吸收量显著高于15NO3-，且其土壤中的15N残留量15NH4+均低于15NO3-，15N主要残留于0～40cm土壤中。此外，IMS的15N回收率显著高于各单作，15N损失率低于各单作处理，且IMS的15N回收率15NH4+显著高于15NO3-，15N残留率15NO3-显著高于15NH4+，而15N损失率无显著差异。【结论】与相应的单作相比，玉米-大豆套作显著提高了15N回收率、残留率，降低了15N损失率，增强了大豆生物固氮作用，是一种资源高效、环境友好的可持续农业种植模式。

玉米-大豆套作；氮素残留；15N标记；氮素吸收

全球粮食需求量随着经济发展及人口总数的增加而逐年攀升，粮食安全问题日益严峻[1]。我国作为世界人口及农业大国，有限的耕地面积严重威胁着粮食安全[2]。间套作作为农业生态系统中绿色可持续型的种植模式，在世界范围内得到广泛应用[3]。互利型间套作系统中作物通过种间互补，充分利用光温水及养分资源，提高了土地单位面积产出，并有效控制病虫草害的发生[3-4]。尤其是包含豆科的间套作种植模式，可通过豆科生物固氮减少氮肥投入[5]。与单作相比，豌豆和大麦间作后表现出了高度的种间互补，土壤矿质氮的吸收间作增加了20%，系统总氮素资源的利用效率增加了30%～40%[5]。近年来，玉米-大豆带状套作体系在我国西南地区广泛应用，其在有限资源下提高了土地产出，是实现绿色可持续发展型农业的有效途径[6-7]。

氮肥投入提高了农作物产量，但过量的氮肥投入并未显著的提高作物产量，反而降低了氮素利用效率[8]。同时，农田环境中氮素淋失及氮氧化物排放导致一系列的农业面源污染，例如，水体富营养化、温室效应等[9-10]。因此，我国可持续发展型农业迫切需要科学高效的氮素管理技术。一方面，通过有机肥与无机肥的结合和新型肥料（缓释或控释肥）的使用减少氮肥投入[11-13]；另一方面，通过直接减少氮肥投入以提高氮肥利用[14]。前人研究表明，优化氮素管理显著减少了氮肥的投入，增加作物产量减少氮素淋失[15]。减少氮肥投入的同时优化氮肥的施用位置，提高了氮素利用效率减少了氧化亚氮的排放[16]。作为西南地区主要推广的可持续型种植模式，玉米-大豆套作体系下的氮素管理策略有待完善，该体系下的氮素循环机理尚不明确。因此，本试验拟通过15N同位素标记法研究单套作下作物氮素吸收、氮素残留及损失和大豆生物固氮规律，以期探明玉米-大豆套作体系下的氮素循环机理，为间套作氮素管理提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验时间、地点及材料

试验于2014年在四川农业大学雅安校区农场干旱棚试验池进行。供试玉米品种为“登海605”，由山东登海种业股份有限公司提供；大豆品种为“南豆12”，由四川省南充市农业科学研究所提供。15N标记肥料：NH415NO3（15N丰度为10.19%）和15NH4NO3（15N丰度为10.14%）由上海化工研究院生产。试验土壤含有机质29.8 g/kg、碱解氮317 mg/kg、速效磷42.2 mg/kg、速效钾 382 mg/kg、全氮 1.6 g/kg、全磷1.3 g/kg、全钾 16.3 g/kg，pH 值为 6.6。

1.2 试验设计

1.2.1 池栽试验

池栽试验采用二因素随机区组设计，A因素为：玉米单作（MM）、大豆单作（MS）、玉米-大豆套作（IMS），B 因素为套作系统总施氮量：不施 N（N0）、施N（N1：180 kg·N/hm2，根据当地玉米施氮量确定）。共计6个处理各重复3次，18个小区，小区规格为宽2 m，长2.5 m。玉米于4月10日播种，8月6日收获；大豆于6月14日播种，11月6日收获。

单作采用等行距种植，玉米行距100cm、穴距17cm，穴留单株；大豆行距50cm、穴距 34cm，穴留双株。套作采用宽窄行种植，玉米宽行160cm，宽行内种2行大豆，大豆行间距40cm，玉米与大豆间距60cm，作物穴距均为17cm，玉米穴留1株，大豆穴留2株。玉米氮肥分作底肥和大喇叭口期追肥施用，大豆氮肥作底肥施用。单、套作玉米及单作大豆的磷钾肥随底肥施用，每公顷玉米施用量为P2O5105kg、K2O 112.5kg，每公顷大豆施用量为P2O563kg、K2O 52.5 kg。单作肥料采用传统株间穴施，套作肥料按玉米、大豆一体化方式施用。即套作下玉米株间穴施底肥72 kg·N/hm2，追肥与大豆底肥混合后，在玉米大豆行间距玉米25cm处沟施。

为计算大豆生物固氮比例，另设甘薯单作和玉米-甘薯套作2个处理，甘薯作非固氮参照植物植物测定其15N丰度。各处理3次重复，单、套作下甘薯的种植密度同大豆，玉米、甘薯不施氮，P、K肥施用量同玉米、大豆。甘薯6月15日移栽，11月6日收获。同时设置大豆无肥盆栽处理，与池栽试验同时进行，用于测定无氮素供应时的大豆的15N丰度；大豆种于直径25cm、高35cm，盛有细石英砂12 kg的黑色塑料桶，每桶种4株大豆，重复三次。于每日下午6点，每盆浇蒸馏水200mL。大豆于6月22日移栽，11月6日收获。

1.2.2 微区试验

N1处理采用小区套微区模式，微区作物种植方式同小区。单、套作微区面积为分别为0.68 m2和1.36 m2，15N标记肥料为15NH4NO3和NH415NO3两种，各处理3个重复，共计18个微区。分别在小区的两端设置微区，将微区布置点周围土体挖开，单作挖掘尺寸为长2 m、宽0.34 m、高1 m，套作挖掘尺寸为长2 m、宽0.68 m、高1 m，再使用1.1 m高的无底镀锌铁皮圈围起来，铁皮顶端高出土壤0.1 m，最后回填土壤。微区的15N标记肥料施用水平如表1，使用时将其溶于蒸馏水后再施用，一端施用15NH4NO3，另一端施用NH415NO3，磷钾肥及15N标记肥料施用方式与小区试验一致。

表1 不同种植方式下的标记15N的量Table 1 15N application rates under different planting patterns

1.3 测定指标及方法

1.3.1 池栽及盆栽植株样品的采集与测定

于成熟期采集大豆和甘薯植株样。池栽中采集N0处理的单、套作大豆和甘薯植株样，取样时选取小区内长势一致的作物带，随机选择两段取样，每段取对称两行的连续两穴。盆栽中每盆采集长势一致的大豆两株。大豆将茎叶与籽粒分装（甘薯将茎叶和块茎分装）后在105℃下杀青30min，然后在75℃持续烘干至恒重后称重，样品粉碎过筛（孔径250μm）后，测定总N含量和15N%丰度。用K-05自动定氮仪测定总N含量，并将定氮后的馏出液浓缩至1mL，用同位素比率质谱仪（Thermo-Fisher Delta V Advantage IRMS）测定15N丰度。

1.3.2 池栽土壤样品的采集与测定

于作物成熟期用土钻采集土壤样品。土样取样深度为1 m，20cm每层，共取5层。单作土壤样品分别为垂直作物行0cm和距作物行左、右25cm的3个样点；套作土壤样品分别为垂直玉米行（或大豆行）距窄行 0cm、20cm，距宽行 20cm、40cm，共 4个样点。收集得到的土样混合均匀后按四分法取土保存。土壤硝态氮含量的测定步骤为：用锥形瓶准确称取5.00g鲜土后，加入1mol/L的KCL溶液50mL，于摇床以振速120 r/min振荡60min后过滤，滤液使用连续流动分析仪（ALLIANCE INTEGRAL Futura）测定其NO3--N含量，计算如公式（1）。

式中，H 为土层厚度（m），ρ为土壤容重（kg/m3），NO3--N为土壤硝态氮含量（kg/kg）。

1.3.3 微区植株样品的采集与测定

于成熟期收获微区所有植株并按茎叶和籽粒分装，样品处理及总N含量和15N%丰度的测定同池栽试验。氮原子百分超（atom%15N excess）等于标记样品的15N%与未标记样品（N0处理）的15N%之差，计算如公式（2），植株的15N吸收量计算如公式（3）。

1.3.4 微区土壤样品的采集与测定

微区土样的采集方法同上，收集到的土样自然风干后用于测定总N含量和15N丰度。土壤总N含量和15N丰度测定方法同植株。15N残留量计算如公式（5），15N残留率计算如公式（6），15N肥料损失率计算如公式（7）。

式中，H 为土层厚度（m），ρ为土壤容重（kg/m3），TN为土层全氮含量（kg/kg）。

1.3.5 大豆生物固氮量的测定

大豆生物固氮量采用自然丰度法测定，15N丰度计算如公式（8），大豆生物固氮量占全部氮同化量的百分比Ndfa（%）其计算如公式（9），大豆生物固氮量 Ndfa其计算如公式（10）[17]。

式中，δ15N为样品的15N与大气15N的千分差，atom%15N（sample）为样品15N 原子丰度，atom%15N（standard）为大气标准15N原子丰度（0.3663%）。

式中，Ndfa为大豆生物固氮所占比例（%）；δ15N（甘薯）为非固氮参照植物的15N丰度，δ15N（大豆）为固氮植物的15N丰度，B为无氮种植的固氮植物（大豆）的15N丰度。

式中，Ndfa为大豆单位面积生物固氮量（kg/hm2），Ndfa为大豆生物固氮比例（%），Mlb为大豆单位面积生物量（kg/hm2），Cnc为大豆全氮含量（kg/kg）。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2013进行数据整理；采用Sigmaplot V.12.5软件进行作图；采用DPS V.7.05软件对数据进行方差分析和LSD显著性测验（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 玉米大豆套作体系下玉米对不同N形态的吸收差异

2.1.1 总N含量及15N%丰度

不同种植模式下，MM与IM的根、籽粒的总N含量无显著差异，但IM的茎叶总N含量较MM显著提高11.8%（见表2）；而15N%丰度结果显示IM各器官对15N的吸收均显著高于MM（见表3）。不同氮水平下，N1较N0提高了玉米各器官的氮素含量，但各器官氮含量在N1-15NO3-和N1-15NH4+处理下无显著差异（见表2）；而15N丰度结果显示：N1-15NH4+处理较N1-15NO3-处理可使MM和IM籽粒的15N丰度显著提高13.5%和7.4%（见表3）。

表2 不同施N水平与种植方式下玉米植株的总N含量Table 2 The total N uptake of maize under different N rates and planting patterns g·plant-1

表3 不同施N水平与种植方式下玉米植株的15N%丰度Table 3 The15N%abundance of maize under different N rates and planting patterns %

2.1.2 吸N量及15N吸收量

IM茎叶吸氮量和总吸氮量较MM显著提高了14.3%和10.2%，而不同标记的15N处理下的玉米氮素吸收量无显著差异（见表4）。但是，IM玉米的根、茎叶、籽粒和总15N吸收量较MM显著高出11.7%、21.6%、25.0%和23.2%（见表5）。此外，与N1-15NO3-处理相比，N1-15NH4+处理下，MM的茎叶、籽粒及15N吸收总量分别提高12.8%、12.0%与12.4%，IM则分别提高16.0%、15.6%与15.8%。

2.2 玉米大豆套作体系下大豆对不同N形态的吸收差异

2.2.1 总N含量及15N%丰度

不同种植模式下，大豆器官氮素含量表现为：MS根系和茎秆氮素含量分别显著高于和低于IS外，其他器官均无显著差异（见表6）；IS较MS显著降低根系的15N丰度，而叶、荚和籽粒的15N丰度则IS较MS分别显著高出7.1%、5.9%和9.0%（见表7）。不同15N标记氮肥对氮素吸收无显著影响（见表6），但是，与N1-15NO3-相比，N1-15NH4+处理下MS的茎、叶、荚、籽粒的15N%丰度分别提高13.2%，13.8%，8.9%，15.8%，IS则分别提高25.0%，6.7%，8.1%，6.8%。

表4 不同种植方式下玉米植株的吸N量Table 4 The N uptake and of maize under different planting patterns g·plant-1

表5 不同施N水平与种植方式下玉米植株的15N吸收量Table 5 The15N uptake of maize under different N rates and planting patterns mg·plant-1

表6 不同施N水平与种植方式下大豆植株的总N含量Table 6 The total N uptake of soybean under different N rates and planting patterns g·kg-1

表7 不同施N水平与种植方式下大豆植株的15N%丰度Table 7 The15N%abundance of soybean under different N rates and planting patterns %

2.2.2 吸N量及15N吸收量

IS较MS显著降低大豆根、茎和叶的氮素吸收量，而显著增加籽粒的氮素吸收量（见表8）；MS的根、茎和叶的15N吸收量较IS显著高出46.2%、13.2%和12.1%，但是IS籽粒和总15N吸收量较MS显著高出45.4%和21.3%（见表9）。不同15N标记结果显示，N1-15NO3-处理和N1-15NH4+处理对大豆氮素吸收无显著影响，而大豆对N1-15NH4+的吸收量显著高于N1-15NO3-，且MS和IS对N1-15NH4+的吸收量较N1-15NO3-分别显著高出44.0%和23.4%。

2.2.3 大豆生物固氮量

种植模式对大豆氮素吸收的固定有显著影响，植株的氮素积累量IS较MS显著降低了11.4%，但固氮比例和固氮量IS较MS分别显著提高了23.8%、9.4%。

2.3 土壤N素残留与损失

2.3.1 土壤全N含量

由图1、图2可知，与相应的单作相比，0～20cm，IM、IS的土壤全N含量无显著变化；20～100cm，IM的土壤全N含量降低，而IS的则显著提高。不同15N标记方式对玉米、大豆土壤全N含量有显著影响。不同15N标记表明，N1-15NO3-相对于N1-15NH4+，在MM下，除20～40cm的玉米土壤全N含量提高外，其余土壤层次均显著降低，0～20cm，40～60cm，60～80cm，80～100cm的土壤全N含量分别降低12.7%、12.6%、15.2%、18.5%。在 IM 下，0～20cm，40～60cm，80～100cm的土壤全N含量降低14.1%、4.9%、10.8%，但20～40cm，60～80cm的则提高18.3%、3.2%。在MS下，20～40cm，40～60cm 的土壤全 N 含量提高19.7%、13.3%，其余土壤层次下差异不显著。在IS下，0～40cm下土壤的全N含量无显著变化，40～60cm下提高9.7%，但60～80cm，80～100cm 下则降低 16.3%、18.9%。

表8 不同施N水平与种植方式下大豆植株的吸N量Table 8 The N uptake of soybean under different N rates and planting patterns mg·plant-1

表9 不同施N标记与种植方式下大豆植株的15N吸收量Table 9 The15N uptake of soybean under different N labeled and planting patterns mg·plant-1

表10 单套作模式下下大豆植株的生物固氮量Table 10 The N fixation of soybean under planting patterns

图1 不同种植方式下的玉米土壤全N含量Figure 1 Total nitrogen content of maize-soil under different planting patterns

图2 不同种植方式下的大豆土壤全N含量Figure 2 Total nitrogen content of soybean-soil system under different planting patterns

2.3.2 土壤15N残留及其分布

土壤氮素残留量和残留率与土壤深度成反比，且主要残留于表层0～40cm。不同种植模式下的土壤氮素残留总量和残留率均表现为套作显著高于单作。不同15N标记肥料的土壤残留结果表明：N1-15NH4+处理的氮素残留量和残留率低于N1-15NO3-处理；在N1-15NO3-处理下，IM和IS土壤15N总残留量较MM和MS显著高出49.7%和56.9%，在N1-15NH4+处理下，IM和IS土壤15N总残留量较MM和MS显著高出91.6%和24.3%。

表11 玉米-大豆套作系统中土壤的15N残留量及残留率Table 11 Soil15N residue and15N apparent residual rate in maize-soybean relay strip intercropping system

2.3.4 15N回收率、残留率与损失率

IMS系统的15N回收率和土壤15N残留率较MM分别显著提高20.6%和67.9%，较MS显著提高34.7%和21.1%。15N损失率表现为IMS最低，MS次之，MM最高，且IMS较MM与MS分别降低了38.3%和36.7%。此外各种植模式下，N1-15NH4+处理的15N回收率均显著高于N1-15NO3-处理，15N残留率则完全相反，而15N损失率无显著差异。

表12 玉米-大豆套作系统15N回收率、残留率与损失率Table 12 The15N recovery rate，residue rate and loss rate of maize-soybean relay strip intercropping system %

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 玉米-大豆套作体系内作物N吸收利用特征

间套作系统中由于组成作物的互补或相互竞争影响了系统的资源利用及产出，互利型较竞争型间套作系统利用有限资源，提高土地产出[18]。禾本科与豆科作物的间套作，由于占据不同的生态位，禾本科作物主要吸收利用土壤中的NO3--N、NH4+-N，而豆科作物则主要利用N2，使该系统的种间竞争作用得到缓解。土壤中的NO3--N、NH4+-N含量过高将会促进禾本科作物对土壤无机N的吸收，但也会抑制豆科作物根瘤菌的侵染、固氮酶活性和根瘤菌分化与生长[19-20]，以抑制共生固氮。而在禾本科与豆科作物的间套作体系中，由于禾本科作物竞争吸收更多的NO3--N、NH4+-N，降低了豆科作物土壤中的无机N含量，从而使豆科作物的固氮能力增加[21-22]。这样非豆科与豆科作物对N的需求都将得到一定程度的满足，也就存在了种间促进作用大于种间竞争作用的可能性，形成N素吸收利用优势。最终通过禾本科与豆科互利型非对称种间养分竞争提高了养分利用及作物产量[18，23]。本研究利用15N同位素示踪技术，充分揭示了玉米-大豆套作系统中作物对N形态和数量吸收的差异特性。该体系中，与玉米单作相比，套作玉米植株的总N含量及15N%丰度显著提高，总吸N量和总15N吸收量显著提高10.2%和23.2%，体现了禾本科作物对土壤中NO3--N、NH4+-N的竞争优势。与大豆单作相比，套作大豆植株的15N%丰度和15N吸收量也提高，说明玉米-大豆套作体系表现为种间促进作用大于种间竞争作用，促进了作物对土壤中无机N的吸收。Fan F.L.等[18]研究也表明了相似的结果，玉米蚕豆间作后较单作提高了系统氮素吸收量。此外，标记15NO3-的作物15N吸收量低于标记15NH4+的，说明作物对土壤中NH4+-N离子吸收更多，与董守坤等[24]研究一致，Chen W.等[25]和A.R.Bungard等[26]研究也表明，NH4+-N和NO3--N混合形态氮营养下植物生长更具优势，有NH4+-N存在的条件下能够促进根系硝酸还原酶活性，从而促进作物对无机N的吸收。另一方面，本研究通过自然丰度法测定单套作间大豆的生物固氮量也表明，玉米-大豆套作体系下大豆的生物固氮量比大豆单作的显著提高9.4%。Fan F.L.等[18]通过自然丰度法测定单作、间作蚕豆的生物固氮结果表明，与玉米间作无论施氮与否，均促进了蚕豆的生物固氮。而Li B.等[27]研究结果进一步证明，是玉米根系分泌物促进了豌豆的根瘤发育及生物固氮。玉米-大豆套作系统中，通过分隔作物氮素吸收利用高峰，使得氮肥得到高效利用，促进大豆后期自生固氮。但是，玉米对大豆生物固氮促进的具体机理尚不清楚，有待进一步研究。

3.1.2 玉米-大豆套作体系内N肥残留及损失特征

施入土壤中的氮肥，在被作物吸收利用的同时，一些通过氮肥损失途径损失掉，剩下的则残留在土壤中。大量施用化学氮肥反而降低了氮肥利用效率，显著增加了氮素的残留量及残留率[28]，土壤中的残留氮素经自然降雨淋滤进入水环境，大量的无机氮进入水体将引发一系列的环境问题[29]。间套种植提高氮素利用，是减少农业面源污染、增加粮食产量的有效途径[30]。本研究中，套作系统内玉米、大豆的土壤15N残留量随土壤层次的增加逐渐降低，与巨晓棠等[31]研究冬小麦-夏玉米套作体系的15N残留规律相似，且残留N素主要集中在表层土壤中，提高了耕作层土壤的N素含量。王小春等[32]研究结果表明，土壤硝态氮积累在土壤浅层有利于氮肥利用率的提高。本实验中15N标记结果表明，套作后作物氮素残留量及表观残留率较单作均显著增加，且施用硝态氮较铵态氮更容易造成氮素残留。这表明玉米-大豆套作提高了土壤的氮肥残留量，降低氮肥损失率，促使套作体系比单作土壤中的N素含量增加，达到节肥增效的作用。此外，施用铵态氮较硝态氮增加了大豆的根瘤干重及数量，提高了固氮酶活性最终增加了根瘤的氮素积累量[33]。与单作相比，玉米-大豆套作体系的15N残留率和回收率显著增加，套作系统15N损失率则显著低与玉米单作，这可能是由于玉米与大豆生长周期的分隔，导致最大养分需求时期的分隔。玉米收获后残留在土壤表层中的氮素仍然可以被后茬作物大豆吸收利用，从而增加氮素的利用效率。大麦/蚕豆间作由于种间氮素竞争使得土壤中硝态含量下降，降低了硝态氮淋滤的风险[30]。此外，玉米与紫羊茅间作后氮素淋滤降低了15%～37%，而产量并未受到影响[34]。但是，氮素形态对大豆氮素利用有着巨大影响，铵态氮与硝态氮配施时将促进大豆对铵态氮的吸收[24]，从而降低残留。本研究中，大豆土壤中的铵态氮残留低于硝态氮，铵态氮的15N回收率显著高于硝态氮，说明铵态氮在土壤中更容易被吸收、转化或损失，而硝态氮更容易残留。但本研究未对玉米-大豆套作体系土壤氮淋洗量进行测定，该系统下土壤氮素通过淋洗损失及其对水环境的影响尚不明确，具体还有待进一步研究。

3.2 结论

与相应的单作相比，玉米-大豆套作提高了玉米植株总吸氮量和15N吸收量及土壤15N残留量和表观残留率；套作后大豆籽粒氮素吸收量、总15N吸收量及生物固氮量提高，土壤15N残留量及表观残留率提高。15NH4+与15NO3-处理下玉米和大豆植株总吸氮量无显著差异，但玉米和大豆对15NH4+总吸收量显著高于15NO3-，土壤总15N残留量及残留率15NH4+低于15NO3-。玉米-大豆套作显著提高了15N回收率、残留率，降低了15N损失率，促进了作物对氮肥的竞争吸收利用，增强了大豆生物固氮作用，减少了氮肥损失，是一种资源高效、环境友好的可持续农业种植模式。

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Study on Nitrogen Utilization Characteristics in a Maize-Soybean Relay Intercropping System by Labeled15N

CHEN Ping1，LIU Xiao-ming1，2，SONG Chun3，WANG Xiao-chun1，LIU Wei-guo1，YANG Feng1，YANG Wen-yu1*，YONG Tai-wen1*
（1.College of Agronomy，Sichuan Agricultural University/Ministry of Agriculture Key Laboratory of Crop Physiology，Ecology and Cultivation in Southwest，Chengdu 611130，China；2.Shehong Agricultural Bureau，Suining 629200，Sichuan，China；3.College of Resources and Environment，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China)

【Objective】In order to clarify the effects of nitrogen levels on the characteristics of nitrogen utilization in maize-soybean relay intercropping.【Method】15N labeled fertilizer was used to study the effects of N levels and plant patterns on the crop N uptake，soil N residual，N loss，and soybean biological N fixation.【Results】The total N uptake and15N accumulation of maize were significantly higher in IMS compared with that of MM.The total N uptake of soybean in IMS was lower than that of MS，although the15N accumulation of soybean was greater in IMS compared with MS.Compared with MS，the%Ndfaand N fixation of soybean in IMS were significantly increased.The accumulation of15NH4+wassignificantlyhigherthanthatof15NO3-forbothmaizeandsoybeanin IMS.While the15N residual of15NH4+was lower than that of15NO3-for both maize and soybean in IMS，the residual of15N was distributed mainly in 0～40cm soil layer.Additionally，the15N recovery ratio of IMS was notably higher than that of the corresponding monoculture，the15N loss ratio of IMS was lower than that of the corresponding monoculture.In IMS，the15N recovery ratio of15NH4+was remarkably higher than that of15NO3-，and the residual ratio of15NO3-was significantly higher15NH4+.Besides，there were no differences between the loss ratio of15NO3-with15NH4+.【Conclusion】Compared with MS，the15N recovery ratio and residual ratio were remarkably increased，and the15N loss ratio was decreased in IMS compared with the corresponding monoculture respectively，and the biological nitrogen fixation of soybean in IMS was increased.Therefore，the maizesoybean relay intercropping was resources efficient，environmentally friendly and sustainable development.

maize-soybean relay strip intercropping；nitrogen residual；15N label；nitrogen uptake

S158.3

A

1000-2650（2017）03-0300-09

10.16036/j.issn.1000-2650.2017.03.003

2017-08-01

国家重大专项（2016YFD0300202）；国家自然基金（31271669，31671625）。

陈平，硕士研究生，主要从事作物栽培生理生态研究，E-mail：sau-chenping@foxmail.com。*责任作者：雍太文，博士，教授，主要从事作物栽培生理生态研究，E-mail：yongtaiwen@sicau.edu.cn；杨文钰，博士，教授，主要从事作物高产、优质、高效栽培技术研究，E-mail：mssiyangwy@sicau.edu.cn。

（本文审稿：武 晶；责任编辑：刘诗航；英文编辑：刘诗航）