粮豆轮作下土壤培肥及养分管理对玉米铁研58生长生理及产量的影响

朱海荣

摘要：为指导田间土壤培肥及养分管理，对高产玉米品种铁研58进行不同处理试验，通过玉米喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期的株高、根系形态指标调查和考种，并对农艺性状和产量进行分析。结果表明，施用玉米缓释肥处理有利于玉米抽雄期侧根的生长，根体积变大，有利于灌浆期株高的增高、地上生物量的积累和侧根伸展以及成熟期根体积的扩大。2017—2018年，玉米植株从大豆固氮后的土壤中汲取营养，再继续施用氮磷钾肥效果甚微，其产量和不施肥相比差别不大，反而玉米缓释肥能发挥不错的效果。到2019年，亦是如此，不施肥效果最差。研究结果为粮豆轮作集成示范提供了依据。

关键词：粮豆轮作;土壤培肥;养分管理;玉米;生长生理;产量

中图分类号：S513.06  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）23-0079-05

玉米生育期内，合理施用氮肥能协调营养器官与生殖器官的生长，增加玉米干物质量，从而影响玉米产量[1]。玉米对氮素吸收量最多，钾次之，磷最少[2]。肥料利用率过低，不仅造成经济损失，而且对环境造成污染与破坏，大豆固氮可提供绿色的氮肥[3]，施用氮肥可以显著提高玉米产量，而磷钾肥对玉米增产影响较小[4]。大豆—玉米轮作是一种用养结合的农业可持续发展种植模式，该模式可利用大豆自身的根瘤固氮作用，为下茬作物玉米提供氮素营养;另外，玉米收获后创造的土壤环境有利于促进大豆的生物固氮[5-6]。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，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[7]。各科研单位实行减施化肥，为实现国家提出的“化肥零增长”[8]而一直在努力。 玉米品种铁研58具有耐密、抗倒、抗旱、耐涝的特点，抗弯孢菌叶斑病、丝黑穗病，生育期为128 d，产量为9 892.5 kg/hm2（水分含量≤14%），具有产量 16 500 kg/hm2 以上的增产潜力，适宜在辽宁大部分地区种植[9]，为铁岭地区主栽玉米品种。本试验通过研究铁岭地区氮磷钾肥、缓释肥用量对玉米生长、产量和养分吸收的影响，结合“玉米—大豆”体系设置不同肥料施用量处理，为粮豆的合理施肥、铁岭地区玉米生产提供理论依据，集成玉米—大豆种植模式下玉米高产高效施肥技术，减少氮素损失、提高肥料利用率，以更好地指导生产。

1 材料与方法

1.1 粮豆轮作供试品种和肥料

玉米供试品种为铁研58，大豆品种为铁丰31号，由铁岭市农业科学院提供。供试肥料为根瘤菌、叶面液肥、氮磷钾肥、玉米缓释肥。

1.2 粮豆轮作技术措施与田间设计

整体试验于2016—2020年在铁岭市农业科学院试验田（海拔69 m，123°48′E、42°14′N） 进行。2019年5—9月，总积温3 350.1 ℃，总降水量 755.5 mm，日照时数1 600 h。整体试验以较大面积综合技术试验、示范为主，进行技术优化与组装;以优化组装后技术进行示范。

1.2.1 轮作方式 大豆—玉米—玉米—玉米—大豆;培肥方式为玉米秸秆深翻还田（25～30 cm）。

1.2.2 耕作方式 第1年大豆茬采用免耕方式，第2年玉米秋季秸秆粉碎-打茬-深翻-粑茬，第3年玉米秸秆秋季高留茬、春季免耕，第4年玉米秋季秸秆粉碎-打茬-深翻-粑茬，第5年大豆免耕。

1.2.3 栽培方式 玉米大垄双行（或标准垄）、大豆平播窄行密植（或大壟密植）。

1.2.4 施肥方式 玉米、大豆养分专家系统推荐各地优化施肥（NE）;玉米追肥时期为拔节期，种植大豆的处理2、处理3使用根瘤菌剂拌种。

1.2.5 病虫草害防治 玉米、大豆采用种衣剂拌种、低毒低残留除草剂。

1.2.6 试验概况 2016年对超高产大豆铁丰31号进行不同处理试验，通过大豆分枝期、开花期、鼓粒期、成熟期的株高、地上地下生物量、根系形态、根瘤干质量指标调查和考种，并对农艺性状和产量进行分析;2017、2018年对玉米铁研58进行不同处理试验，通过玉米喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期的株高、根系形态指标调查和考种，并对农艺性状和产量进行分析;本试验为第4年玉米部分，2019年开展区域粮豆轮作下土壤培肥与施肥技术及配套机械集成与示范，共8个处理，3次重复，小区面积72 m2（6行×0.6 m×20 m），每小区测产面积13.68 m2。2019年5月7日播种，垄上一侧穴播施肥，穴深10～15 cm，施肥后覆盖2～3 cm 土壤，种子点在另一侧避免烧苗。8个处理（表1）为处理1（NE）、处理2（NE）、处理3（NE）、处理4（NE）、处理5（NE）、处理6（NE）、处理7（CK）、处理8（FP） 。

1.3 调查记载项目

1.3.1 调查项目 气象资料（温度、降水量、日照）;分别于玉米喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期调查株高、根系形态等指标，所有处理小区选取5株长势相近的玉米植株进行考种。考种后，对地上、地下生物量 105 ℃ 杀青 30 min，经 80 ℃ 烘干至恒质量，测定干物质积累量，以平均值计数。

1.3.2 收获考种 成熟期每个处理选取5株植株对玉米农艺性状进行考种，并对所有小区玉米穗进行收获、测产，测量玉米籽粒水分含量（标准含水量为13.0%）。

2 结果与分析

2.1 玉米喇叭口期的农艺性状

由表2可知，玉米喇叭口期8个不同处理中，处理1株高最高，地上生物量最多，根总长最短;处理2侧根最多、根体积最大，处理5正好相反;处理6地下生物量最多;不施肥处理根总长最长;施用玉米缓释肥处理株高最矮，地上、地下生物量最少。可见，施氮磷钾肥处理在玉米喇叭口期时，除根总长外其他因素数值出现最大，不施肥处理更利于主根的生长，施用玉米缓释肥处理抑制这一时期株高的生长、地上地下生物量的积累。

2.2 玉米抽雄期的农艺性状

由表3可知，玉米抽雄期8个不同处理中，处理1株高最高，地上生物量最多，根总长最短，同喇叭口期一致;处理4地下生物量最少，根体积最小;处理5地下生物量最大;处理6侧根最少;不施肥处理株高最矮，地上生物量最少;施用玉米缓释肥处理侧根最多，根体积最大。可见，施氮磷钾肥处理在玉米抽雄期时，株高生长快，主根生长不稳定、地下生物量积累不稳定，侧根少，不施肥时株高和地上生物量生长慢，施用玉米缓释肥时侧根数增多，根体积增大。

2.3 玉米灌浆期的农艺性状

由表4可知，玉米灌浆期8个不同处理中，处理1地上生物量最少，与前2个时期相反;处理2地下生物量最多，根体积最大，但主根最短;处理4主根最长;处理5地下生物量最少，根体积最小，与处理2相反;处理6侧根最少，与抽雄期相同;不施肥时株高最矮，与抽雄期相同;施用玉米缓释肥处理株高最高，地上生物量最多，侧根最多。可见，施氮磷钾肥处理在玉米灌浆期时，株高、主根生长变慢，地上、地下生物量积累不稳定，侧根少，不施肥时株高生长最慢，施用玉米缓释肥时利于株高、侧根的生长，利于地上生物量的积累。

2.4 玉米成熟期的农艺性状

由表5可知，玉米成熟期8个不同处理中，处理1地下生物量最多，根总长最短;处理3侧根最多、主根最长;处理4地下生物量最少，根体积最小;处理6株高最高，地上生物量最多;不施肥处理株高最矮，地上生物量最少;施用玉米缓释肥处理根体积最大。可见，施氮磷钾肥处理在玉米成熟期时，除根体积外其他因素的最大值均出现在这6个处理中，不施肥处理株高最低，施用玉米缓释肥处理根体积继续增大。

2.5 玉米产量表现

由表6可知，玉米成熟期8个不同处理中，施用玉米缓释肥处理平均产量最高，不施肥处理平均产量最低;施氮磷钾肥处理居中，除处理6外，其余处理间产量相差不大。由于气象、地力及人为不同因素影响，8个处理3个重复间也有差异。综合表2至表6可知，8个不同处理间，玉米平均产量与4个时期生理表现有关联，玉米不施肥处理和缓释肥处理产量的高低表现，与抽雄期、灌浆期、成熟期一致。施用玉米缓释肥处理利于玉米抽雄期侧根的生长、根体积变大，灌浆期株高的增高、地上生物量的积累和侧根伸展，成熟期根体积的扩大。不施肥处理不利于玉米抽雄期、成熟期株高的生长、地上生物量的积累，灌浆期株高的增高。氮磷钾肥处理间产量不稳定，有高有低。

2.6 生理指标分析

2.6.1 株高 分析玉米喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期株高指标，由图1可知，前3个时期株高逐渐增高，成熟期玉米植株水分含量下降，生长缓慢，处理7下降最快，不施氮磷钾肥时，株高受到抑制。

2.6.2 地上、地下生物量 分析玉米喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期地上、地下生物量指标，由图2、图3可知，4个时期地上生物量逐渐增多，增长稳定;地下生物量前3个时期逐渐增加但不稳定，成熟期迅速下降，说明灌浆期之后到成熟期之间消耗根部营养最多。

2.6.3 根系形态 分析玉米喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期侧根数、根总长、根体积指标，由图4～图6 可知，前3个时期受各种因素影响侧根数忽多忽少，但总趋势一致，在成熟期数目达到最多;根总长在灌浆期时达到最长，成熟期波动下降，说明根部营养已经消耗殆尽;根体积在前3个时期迅速变大，灌浆期达到最大，之后开始下降，在成熟期下降到抽雄期以下水平。

3 讨论与结论

在2016年大豆4个时期中施用根瘤菌和叶面液肥，均利于根部固氮，大豆成熟期不同處理平均产量相差很大，施用氮磷钾肥大豆产量最高，施用氮磷钾肥、根瘤菌和叶面液肥时，大豆产量最低。2017—2018年，玉米植株从大豆固氮后的土壤中汲取营养，再继续施用氮磷钾肥效果甚微，和不施肥相比差别不大，反而玉米缓释肥能发挥不错的效果。到2019年，亦是如此，不施肥效果最差。

资料显示，禾本科作物灌溉后及夏季集中降水后会发生硝酸盐浸出现象[10]，加入豆类作物的种植系统却减少了氮氧化物的排放，硝酸盐中氮的淋溶降低[11]。大豆与玉米轮作时，土壤保持不受干扰的免耕管理，每年精确地在相同的种植行上种植作物，并且植物密度的优化创造了一种可持续技术，可最大化玉米产量[12]，并且玉米—大豆轮作对土壤水分的影响可忽略不计[13]。利用玉米—大豆轮作的潜力来解决玉米生产中肥料短缺的问题势在必行[14]。有专家指出，连续玉米耕作种植，能够减少土壤中早期磷的吸收，在减少耕作条件下，大豆轮作中的磷吸收刺激与玉米连作一样容易发生，易出现早期芽生长缓慢的问题[15]，影响后期产量，以后应继续深入研究大豆、玉米种植系统对作物产量、土壤环境的影响，及时解决问题。

参考文献：

[1]赵 靓，侯振安，黄 婷，等. 氮肥用量对玉米产量和养分吸收的影响[J]. 新疆农业科学，2014，51（2）：275-283.

[2]张 颖. 不同产量类型春玉米养分吸收特点及其分配规律的研究[J]. 玉米科学，1997，5（3）：70-72.

[3]Anne-Sophie V，Guéguen J，Huyghe C，et al. Legumes for feed，food，biomaterials and bioenergy in Europe：a review[J]. Agronomy for Sustainable Development，2014，34（2）：361-380.

[4]纪德智，王 端，赵京考，等. 不同氮肥形式对玉米氮、磷、钾吸收及氮素平衡的影响[J]. 水土保持学报，2014，28（4）：104-109.

[5]Stella A E，Clegg M D. Effect of soybean plant populations in a soybean and maize rotation[J]. Agronomy Journal，2001，93（2）：396-403.

[6]张 阳，黄炳林，张明聪，等. 氮磷调控对大豆—玉米轮作周年产量和养分利用效率的影响[J]. 大豆科学，2019，38（5）：762-769.

[7]李士良. 氮素对大豆和玉米轮作下植株干物质积累与产量的影响[J]. 农业科技与装备，2019（3）：5-8.

[8]张永杰，符小文，杜孝敬，等. 有机肥和氮肥周年组合对麦豆轮作中复播大豆生长及产量的影响[J]. 生态学杂志，2019，38（10）：2975-2981.

[9]高伟政，栾化泉. 抗倒宜机收玉米新品种铁研58选育技术研究[J]. 农业与技术，2016，36（8）：41，65.

[10]Yang X L，Lu Y L，Tong Y，et al. A 5-year lysimeter monitoring of nitrate leaching from wheat-maize rotation system：comparison between optimum N fertilization and conventional farmer N fertilization[J]. Agriculture Ecosystems & Environment，2015，199（1）：34-42.

[11]Moritz R，Jens-Martin H，Gran B，et al. A cropping system assessment framework evaluating effects of introducing legumes into crop rotations[J]. European Journal of Agronomy，2016，76（5）：186-197.

[12]Rafiq I，Glenney D C，Lazarovits G. No-till strip row farming using yearly maize-soybean rotation increases yield of maize by 75%[J]. Agronomy for Sustainable Development，2015，35（2）：837-846.

[13]Barker J B，Heeren D M，Koehler-Cole K，et al. Cover crops have negligible impact on soil water in nebraska maize-soybean rotation[J]. Agronomy Journal，2018，110（5）：1718-1730.

[14]Okogun J A，Sanginga N，Abaidoo R C. Evaluation of maize yield in an on-farm maize-soybean and maize-Lablab crop rotation systems in the Northern Guinea Savanna of Nigeria[J]. Pakistan Journal of Biological Sciences，2007，10（21）：3905-3909.

[15]Mcgonigle T P，Murray H M，Young D. Mycorrhizae，crop growth，and crop phosphorus nutrition in maize-soybean rotations given various tillage treatments[J]. Plant and Soil，1999，210（1）：33-42.鄭云珠，田晓飞，翟 胜，等. 小麦秸秆生物炭对冬小麦生长及土壤水分的影响[J]. 江苏农业科学，2020，48（23）：84-88.