氮素对大豆和玉米轮作下植株干物质积累与产量的影响

李士良

摘要：进行玉米和大豆轮作试验，分析轮作体系下氮肥施用对植株干物质积累和产量的影响。结果表明：在轮作制度下，玉米增施50%氮肥与常规施肥相比，灌浆期和乳熟期的干物质质量与成熟期的产量显著提高;大豆减施50%氮肥与常规施肥相比，各生育期的干物质质量和籽粒产量均下降，但减产并不显著。综合分析表明：在轮作周期内总施氮量不变的条件下，玉米增施50%氮肥和大豆减施50%氮肥，可以在保证大豆减产不显著的情况下显著提高玉米产量。

关键词：轮作;大豆;玉米;氮肥;干物质积累;产量

中图分类号：S513;S565.1    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2019）03-0005-04

近年来，辽宁省粮食生产面临着玉米种植面积剧增、玉米连作焚烧秸秆、大豆产量不稳、农业种植结构不合理等诸多问题。大豆和玉米轮作技术的研究与推广是解决上述问题的关键。大豆与玉米轮作制度下，可充分发挥大豆根瘤固氮养地的优势，改善土壤肥力，同时利用作物根系来改良土壤耕层的理化性质，降低土传病虫害和重迎茬危害。当前，我国种植结构调整及黑土地保护耕作等一系列政策的落实，使粮豆轮作制度在东北地区得到了大力推广。但现阶段大豆和玉米轮作制度下的施肥方案仍参照传统单作制度，并未考虑两种作物的养分需求特点。因此，本课题从大豆和玉米的需氮特点入手，保持一个轮作周期内施氮量不变，适当提高玉米施氮量和降低大豆施氮量，比较大豆和玉米轮作制度下氮素调控对作物干物质积累和产量的影响，从而为大豆和玉米轮作提质增效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以辽宁省主栽大豆品种辽豆15号（有限结荚习性）和玉米品种辽单558为供试材料，种子由辽宁省农业科学院提供。供试肥料选用尿素（N 46%）、磷酸二铵（N 18%，P2O5 46%）、硫酸钾（K2O 50%）。

1.2 试验设计

试验于2017—2018年在辽宁省新民市卢屯乡进行。2017年选大豆和玉米为前茬地块，分别种植玉米和大豆，2018年在2017年试验地块实施轮作。试验地土壤基本理化性质见表 1。

2017年开展豆—玉轮作（大豆茬口）和玉—豆轮作（玉米茬口）模式，每个作物分别设置2个施氮处理：SCK为大豆常规施氮量，SN50为大豆常规施氮量的50%;MCK为玉米常规施氮量，MN150为玉米常规施氮量的150%。2018年分别在玉米和大豆茬口实施轮作，玉—豆轮作（玉米茬口）的2个施氮处理表示为MCK—SCK和MN150—SN50，豆—玉轮作（大豆茬口）的2个施氮处理表示为SCK—MCK和SN50—MN150。一个轮作周期施氮总量保持不变，磷肥和钾肥同当地生产制度，具体施肥量见表2。玉米氮肥50%于基肥施入、50%于最后一次中耕时施入，磷肥和钾肥作为基肥一次性施用;大豆氮磷钾肥于基肥一次性施用。大豆播种密度为16.50万株/hm2，玉米播种密度为6.75万株/hm2。每个处理行长10 m，15垄，3次重复。

1.3 测定项目与方法

于玉米拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和乳熟期，分别取5株样品测定干物质质量;于大豆分枝期、开花期、结荚期、鼓粒期和始熟期，分别取5株样品测定干物质质量。鲜样样品置于烘箱中85 ℃杀青50 min，再于70 ℃下烘干至恒重。于玉米和大豆成熟期，每小区取有代表性的5 m2植株进行考种测产。

1.4 数据分析

利用Excel 2010和SPSS 19.0软件进行数据分析，利用Sigmaplot 12.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 大豆—玉米轮作下增施氮肥对玉米干物质积累的影响

大豆—玉米轮作条件下不同施氮处理间玉米干物质积累情况如图1所示。

由图1可以看出：随着玉米生长进程的推进，玉米植株干物质积累量从大喇叭口期开始快速增长。2017年（前茬为大豆），在玉米生育后期，植株干物质质量在2个施氮处理间存在显著差异（P<0.05）。其中，在灌浆期，增氮处理MN150玉米植株干物质质量比常规施氮MCK显著提高了6.29%;在乳熟期，增氮处理MN150玉米植株干物质质量比常规施氮MCK显著提高了5.46%。2018年（前茬为大豆），在玉米生育后期，SCK—MCK与SN50—MN150存在显著差异（P<0.05）。其中，在灌浆期，增氮处理SN50—MN150玉米植株干物质质量比常规施氮SCK—MCK显著提高了4.65%;在乳熟期，增氮处理SN50—MN150玉米植株干物质质量比常规施氮SCK—MCK显著提高了6.00%。

2.2 玉米—大豆轮作下减施氮肥对大豆干物质积累的影响

玉米—大豆轮作条件下不同施氮处理间大豆干物质积累情况如图2所示。

由图2可以看出：随着大豆生长进程的推进，大豆植株干物质积累量从分枝期开始快速增长，于鼓粒期达到最大，而后下降。2017年（前茬为玉米），减氮处理SN50比常规施氮SCK，分枝期、花期、结荚期、鼓粒期和始熟期的大豆植株干物质质量分别下降了22.10%，17.44%，3.86%，9.18%和6.94%。2018年（前茬为玉米），减氮处理MN150—SN50比常规施氮MCK—SCK，分枝期、花期、鼓粒期和始熟期的大豆植株干物质质量分别下降了0.85%，4.16%，3.70%和5.57%，而结荚期的大豆植株干物质质量提高了10.19%。

2.3 大豆—玉米轮作下增施氮肥对玉米产量性状的影响

大豆—玉米轮作条件下不同施氮處理间玉米产量性状见表3。

由表3可知：2017年（前茬为大豆），增氮处理MN150比常规施氮MCK，穗行数降低了0.68%，行粒数提高了0.75%，均未达显著水平;百粒质量显著提高了6.68%，从而使产量显著提高了9.41%。2018年（前茬为大豆），增氮处理SN50—MN150比常规施氮SCK—MCK，穗行数、行粒数、百粒质量和产量分别提高了3.13%，5.37%，6.59%和11.22%，其中行粒数、百粒质量和产量达到了显著或极显著水平。

2.4 玉米—大豆轮作下减施氮肥对大豆产量性状的影响

玉米—大豆轮作条件下不同施氮处理间大豆产量性状见表4。

由表4可知：2017年（前茬为大豆），减氮处理SN50比常规施氮SCK，单株荚数、单株粒数、百粒质量和产量分别降低了3.10%，4.24%，0.21%和2.71%，但均未達显著水平。2018年（前茬为玉米），减氮处理MN150—SN50比常规施氮MCK—SCK，单株荚数、单株粒数、百粒质量和产量分别降低了1.60%，1.19%，0.11%和1.56%，但均未达显著水平。

3 结论与讨论

施用氮肥是提高作物籽粒产量和品质的重要途径之一。相关研究表明，氮素会对大豆根系形态和根瘤性状产生显著影响，从而直接影响地上部籽粒产量。然而，为追求产量增加而过量和盲目施肥，不仅会增加农业生产成本，造成资源浪费和化肥利用率降低，而且容易带来土壤和水体环境污染，制约农业可持续发展。因此，科学合理施肥对于实现作物高产高效和环境友好具有重大意义。

大豆—玉米轮作制度的施肥方案不同于单作制度。李蕊等人研究表明，在玉米—大豆轮作条件下，2个轮作周期内，玉米正常施肥而大豆进行减量施肥和不施肥，导致大豆产量显著降低;另外，前茬玉米过量施肥、豆田不施肥（豆肥米施），同样带来大豆约5.0%的减产。谷秋荣等人研究表明，适量施用氮肥能够通过改善大豆植株养分状况来显著提高大豆籽粒产量。张明聪等人研究表明，在黑龙江垦区大豆—玉米轮作体系下，大豆茬口减施50%氮肥、增施50%玉米磷肥与玉米茬口增施50%大豆氮肥、减施50%磷肥处理可以实现玉米产量显著提高，同时保证大豆产量不降低，达到轮作周期施肥量不变而总产量增加的目标。本课题研究表明，在玉米—大豆轮作下，2017年玉米增施50%氮肥（MN150）比常规施肥（MCK）玉米产量显著提高，2018年大豆减施50%氮肥（MN150—SN50）比常规施肥（MCK—SCK）大豆产量均略微下降。在大豆—玉米轮作下，大豆减施50%氮肥（SN50）比常规施肥（SCK）大豆籽粒产量均下降，但减产并不显著;玉米增施50%氮肥（SN50—MN150）比常规施肥（SCK—MCK）玉米产量显著提高。由此说明，在辽宁地区大豆—玉米轮作制度下，保证1个轮作周期内氮肥施用总量不变，实行豆肥米施，玉米产量可以提高9%～11%，而大豆产量仅降低2%～3%。

作物产量形成是同化物积累、转运及分配的过程。前人研究表明，大豆生育前期积累干物质量对籽粒产量的贡献有限，而鼓粒期后的干物质积累量及分配效率则决定了籽粒产量高低。本课题研究表明，在2017年大豆茬口减施50%氮肥处理下，大豆分枝期、花期、结荚期、鼓粒期和始熟期的干物质质量分别下降了22.10%，17.44%，3.86%，9.18%和6.94%，从而表现出减产趋势;而在2018年大豆茬口减施50%氮肥处理下，大豆分枝期、花期、结荚期、鼓粒期和始熟期干物质质量降幅低于2017年，主要原因是前茬玉米增施50%氮肥，导致土壤氮素残留。另外，玉米籽粒产量也与花后的干物质积累呈显著正相关。本课题研究表明，玉米茬口增施50%氮肥会显著提高灌浆期和乳熟期的干物质积累，从而带来籽粒产量的显著提高。

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