减氮施肥对间作玉米-大豆生长性状及经济效益的影响

2019-12-24田艺心曹鹏鹏高凤菊王乐政华方静

山东农业科学 2019年11期

田艺心　曹鹏鹏　高凤菊　王乐政　华方静

摘要：以玉米（120 kg/hm2）、大豆（65 kg/hm2）单作施氮量为基准，对间作玉米-大豆模式设置5个施氮水平（玉米、大豆单作施氮量;玉米减氮50%，大豆不减氮;大豆减氮50%，玉米不减氮;玉米大豆均减氮50%;不施肥处理），通过对间作玉米和大豆生长性状、产量及经济效益的研究，以期获得间作玉米-大豆适宜的氮肥用量。研究结果表明：玉米大豆在均减氮50%处理下，玉米秃顶长显著增加，穗长和单穗重显著降低，玉米产量降低5.72%～6.81%，大豆产量降低8.94%～11.74%，玉米经济效益降低4.35%～6.14%，大豆经济效益降低11.10%～12.15%。单一玉米或大豆氮肥减量50%对两作物主要生长性状、产量、经济效益均无显著影响，可实现氮肥减量增效，有利于保护生态环境，促进农业可持续发展。

关键词：减氮施肥;玉米-大豆间作;生长性状;产量;经济效益

中图分类号：S513.062：565.106.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）11-0109-05

Effects of Nitrogen Reduction on Growth Traits and

Economic Benefits of Intercropped Maize and Soybean

Tian Yixin， Cao Pengpeng， Gao Fengju， Wang Lezheng， Hua Fangjing

（Dezhou Academy of Agricultural Sciences， Dezhou 253015， China）

Abstract With nitrogen application rate of monoculture maize （120 kg/hm2） and soybean （65 kg/hm2）as the benchmark， five nitrogen application levels were set in the intercropping corn-soybean mode （nitrogen application of maize and soybean monoculture， corn reducing nitrogen by 50%，soybean reducing nitrogen by 50%， both corn and soybean reducing nitrogen by 50%， and no fertilization）. By studying the growth characters， yield and economic benefit of intercropping maize and soybean， the suitable nitrogen application rate was obtained. The results showed that the bald length of maize increased significantly， the ear length and the single ear weight decreased significantly under the treatment both corn and soybean reducing nitrogen by 50%， and the corn yield decreased by 5.72%～6.81%， soybean yield decreased by 8.94%～11.74%， corn economic benefit decreased by 4.35%～6.14%，and soybean economic benefit decreased by 11.10%～12.15%. The 50% reduction of nitrogen in single corn or soybean had no significant impact on the growth characters， yield and economic benefits of the two crops， which not only realized the saving rate and improving efficiency of nitrogen， but also conducive to protecting the ecological environment and promoting the sustainable development of agriculture.

Keywords Reduced nitrogen application; Maize-soybean intercropping; Growth traits; Yield; Economic benefits

玉米和大豆間作是我国农业生产系统中的一种典型耕作方式，可利用玉米和大豆株型及生理方面的差异，有效发挥空间及水肥潜力，弥补单作的不足，获得比单作更高的产量和经济效益[1，2]。黄淮海地区一直是我国北方玉米和大豆的主要产区之一，近几年来，随着国家“调减玉米、增加大豆”供给侧改革政策的实施（国办发〔2015〕59号），玉米-大豆间作模式在黄淮海地区发展迅速，推广应用也较为普及。由于环境和品种区域适应性对作物生长及栽培制度的制定均有较大影响，如何更为合理地实施玉米-大豆间作模式已成为研究者们普遍关注的问题[3，4]。

施肥是作物生长必要栽培措施之一，尤其是氮肥的施用，对玉米和大豆生长均具有重要意义[5，6]。由于作物水肥空间及土壤成分因玉米-大豆间作已产生很大不同，先前玉米和大豆单作中的施肥模式已不适宜玉米-大豆间作种植，单纯施用氮肥极易造成过量，导致氮肥流失，进而污染环境、降低生物多样性等。因此，对不同地区玉米-大豆间作模式中的氮肥施用量需进一步进行研究。针对黄淮海地区玉米-大豆间作模式，本研究系统分析了减量施氮对间作玉米和大豆生长性状、产量及经济效益的影响，旨在明确玉米-大豆间作模式下氮肥的合理施用量，减少化学氮肥的投入，提高氮素利用效率，为黄淮海地区发展环境友好型玉米-大豆间作模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017—2018年在山东省德州市农业科学研究院科技园内（37°45′N， 116°29′E）进行。试验区属于温带大陆性季风气候，年日照时数为2 592.7～2 603.5 h，太阳辐射总量为124.8 kJ/cm2，平均气温12.5～13.6℃，平均降水量为547.5～556.8 mm，约75%降水集中在7—9月份。供试土壤为壤土，pH值7.62，有机质12.30 g/kg，全氮0.38 g/kg，有效氮51.25 mg/kg，有效磷47.12 mg/kg，速效钾93.58 mg/kg。前茬为冬小麦，麦收后秸秆还田。

1.2 供试材料

供试大豆品种为齐黄34，由山东省农业科学研究院作物研究所提供;供试玉米品种为登海605，由山东省登海种业有限责任公司提供。供试氮肥为尿素（N 46%）、磷肥为过磷酸钙（P2O5 12%）、钾肥为硫酸钾（K2O 50%）。所用肥料均由农资市场购买。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，共设5个处理，处理1：玉米、大豆单作施肥量;处理2：玉米施N量减半;处理3：大豆施N量减半;处理4：玉米、大豆施N量均减半;处理5：不施肥。各处理施肥量见表1。小区长5.5 m，宽8.5 m，面积46.75 m2，重复3次。每小区包含两带，每带4行大豆，4行玉米，行距均为0.50 m，带距0.65 m，间种复合带状种植。大豆株距12 cm，折合每公顷种植密度75 000株，玉米株距15.8 cm，折合每公顷密度6 450株。各肥料均在播种第二天人工单行耧施。除不同施肥处理外，依据当地生产管理水平进行生育期内的田间管理，各小区田间操作保持一致。

1.4 测定项目及方法

成熟后分别在各小区收取10株玉米、10株大豆进行常规考种。玉米考查果穗直径、穗长、秃顶长、穗行数、行粒数、单穗重等农艺性状。大豆考查株高、底荚高、分枝数、节数、有效荚数、单株粒数、单株粒重等农艺性状。对各小区分别收获玉米、大豆两个完整带籽粒（玉米带4行，大豆带4行），晒干后测产，并折合成公顷产量。

1.5 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0 软件进行数据统计分析，利用Duncans多重比较法检验处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 減氮施肥对间作玉米生长性状的影响

从表2可以看出，施肥处理下的玉米果穗直径均显著高于不施肥对照，表明施肥有利于玉米果穗直径增长。但各施肥处理间均无显著差异，表明氮肥适当减量对玉米果穗直径影响较小。处理1和处理3的玉米穗长显著高于其它处理，表明氮肥达到一定水平会促进玉米穗长增加，且大豆单一氮肥减量（处理3）对玉米穗长影响较小;玉米单一氮肥减量（处理2）和玉米、大豆氮肥均减量（处理4）下玉米穗长均较低，但二者均显著高于处理5，表明玉米穗长受氮肥影响较明显，玉米氮肥减量或不施肥均不利于玉米穗长生长。处理5秃顶长显著高于其它处理，表明肥料缺失不利于玉米顶端穗粒生长;处理2与处理4差异不显著但二者均显著高于处理1和处理3，后二者差异也不显著，表明大豆单一氮肥减量不会对玉米秃顶长产生很大影响，但玉米氮肥减量会对玉米秃顶长产生不利影响。各施肥处理的穗行数和行粒数之间无显著差异，且均显著高于处理5，表明减量施肥对穗行数和行粒数无明显影响。处理1、2、3单穗重显著高于处理4和处理5，单一玉米或大豆氮肥减量对玉米单穗重影响不明显，玉米、大豆氮肥均减量显著降低单穗重。不施肥处理下单穗重最低，表明单穗重受肥料影响较大。

2.2 减氮施肥对间作大豆生长性状的影响

从表3看出，氮肥减量对间作大豆生长影响显著。处理1、2、3之间株高均无显著差异，且均高于处理4，显著高于处理5，表明施肥对大豆生长有促进作用，单一玉米或大豆氮肥减量对株高影响不大，但玉米和大豆氮肥均减量不利于株高生长。

底荚高在处理1、2、3之间无显著差异，表明单一玉米或大豆氮肥减量对其影响不明显，处理4和处理5底荚高较大，表明肥料不足会影响底荚高。各处理间大豆分枝数和节数均无明显差异，表明大豆分枝数和节数受施肥影响较小。处理1和处理2有效荚数和单株粒数均高于处理3，显著高于处理4和处理5，玉米单一氮肥减量对有效荚数和单株粒数影响不明显，大豆单一氮肥减量导致有效荚数和单株粒数略有降低，玉米和大豆氮肥均减量显著降低大豆有效荚数和单株粒数，表明大豆有效荚数和单株粒数受氮肥影响较明显。处理1、2、3之间单株粒重均无显著差异，且均高于处理4，显著高于处理5，表明施肥对大豆籽粒生长有明显促进作用，单一玉米或大豆氮肥减量对单株粒重影响不大，但玉米和大豆氮肥均减量不利于单株粒重增加。

2.3 减氮施肥对间作玉米和大豆产量的影响

由图1看出，减氮施肥对间作玉米和大豆产量均产生影响。玉米-大豆间作条件下，单一玉米氮肥减量（处理2）和单一大豆氮肥减量（处理3）后玉米产量与处理1之间均无显著差异，玉米和大豆氮肥均减量和不施肥情况下（处理4、处理5），玉米产量均显著降低，其中处理4比处理1、2、3分别降低6.81%、5.82%、5.72%;不施肥处理下玉米产量最低（处理5）。大豆产量在单一玉米和大豆氮肥减量情况下均无明显变化（处理2和处理3），玉米和大豆氮肥均减量情况下（处理4），大豆产量降低，比处理1、2、3分别降低11.74%、8.94%、10.22%，差异未达显著水平;不施肥处理下大豆产量最低（处理5）。以上结果表明施肥对玉米和大豆产量具有重要意义，玉米和大豆氮肥均减量对两作物产量均产生不利影响，但玉米单一氮肥减量对间作玉米和大豆产量均影响不大，这可能与大豆本身具有固氮作用有关。

2.4 减氮施肥对间作玉米和大豆经济效益的影响

由图2可以看出，玉米-大豆间作体系中，单一玉米或大豆氮肥减量均对作物经济效益影响不玉米、大豆及肥料按市场价格计算，其中每千克玉米价格为1.6元、大豆4.4元、尿素1.6元、过磷酸钙0.4元、硫酸钾2.1元，计算经济效益（产量×玉米或大豆价格-施肥量×肥料价格）。

显著，但玉米和大豆氮肥均减量情况下，两种作物经济效益均显著降低，其中处理4玉米经济效益比处理1、2、3分别降低5.54%、6.14%、4.36%，大豆经济效益分别降低12.15%、11.95%、11.10%。不施肥处理下，玉米和大豆经济效益值均最低。

3 讨论与结论

氮素是蛋白质的主要构成元素，是其细胞质、细胞核和酶的主要成分，氮素对玉米和大豆生物量积累、生育期的碳氮代谢、籽粒蛋白质含量及产量均具有直接联系[7]，因此玉米和大豆生长期间，施用氮肥具有极其重要的作用和意义[8]。但同时，为避免过量施氮引起资源浪费，环境污染等问题，合理施氮必不可少。

本研究表明，肥料对玉米生长具有显著促进作用，各施肥处理玉米生长性状均显著优于不施肥处理;单一玉米氮肥减量显著降低玉米穗长，增加秃顶长;单一大豆氮肥减量对玉米各生长性状均无显著影响;玉米、大豆氮肥均减量降低玉米穗长、穗行数、行粒数、单穗重，增加秃顶长;玉米果穗直径受氮肥影响较小，减量施氮对其影响不大。另外，玉米产量和经济效益在单一玉米或大豆氮肥减量下均无显著变化，只有玉米、大豆均减氮和不施肥情况下显著降低。因此，从间作模式下玉米生长性状、产量、经济效益综合考虑来看，单一大豆氮肥减量对玉米各农艺指标均无不利影响，究其原因，可能是间作模式下，大豆根瘤菌固氮作用提高了玉米氮元素吸收能力，满足了玉米生长过程中对氮元素的需求，从而保障玉米各农艺指标正常生长。

玉米、大豆氮肥均减量会降低大豆株高、有效荚数、单株粒数，单株粒重，但单一玉米或大豆氮肥减量对大豆各生长指标均未有不利影响，且大豆产量和经济效益也未有明显变化，这与大豆本身具有固氮作用有很大关系。结合间作玉米各农艺性状指标来看，单一大豆氮肥减量不仅对两作物生长指标无明显影响，产量和经济效益也未受损害。由于单一玉米氮肥减量只对玉米穗长和秃顶长产生不利影响，对玉米产量和经济效益影响并不明显，因此，从化肥减量增效角度来看，玉米-大豆间作带状复合种植模式下，玉米带或大豆带单一氮肥减量均有利于提高系统生产力，为作物的生长提供所需氮素，又能降低氮素损失引起的环境风险。

前人研究表明，豆科与禾本科间作系统中，禾本科对氮素的吸收可缓解氮素对豆科作物结瘤固氮的抑制作用[9，10]，禾本科根系分泌物能够促进豆科作物根瘤的生成[11]，从而提高豆科作物的结瘤固氮水平。王志国等[12]通过对华南地区甜玉米-大豆间作模式减氮处理发现，减量施氮能维持甜玉米-大豆间作模式系统作物产量、减少生产成本、降低环境污染风险。刘小明等[13]研究也表明，玉米-大豆套作减氮施肥可促进大豆花后光合特性的恢复和干物质的积累，进而提高大豆的经济系数及产量，最终提高了系统总产。本研究结果同样表明，间作玉米-大豆模式下，玉米或大豆氮肥减量50%，产量和经济效益不受明显影响，减氮施肥不仅充分发挥出禾本科-豆科间作模式中时空、水肥利用的高效互补，而且实现了氮肥的减量增效，这对于保护生态环境，促进农业可持续发展具有重要积极作用。另外，鉴于不同生态地区土壤类型、作物品种、种植模式等差异，关于减量施氮对玉米-大豆间作体系的影响、大豆生物固氮的作用机理以及系统氮素循环特征还有待于进一步研究。

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