绿肥还田量结合氮肥减施对绿洲灌区小麦产量和氮素吸收利用的影响

柴 健 于爱忠 李 悦 王玉珑 王 凤 王鹏飞 吕汉强 杨学慧 尚永盼

研究简报

绿肥还田量结合氮肥减施对绿洲灌区小麦产量和氮素吸收利用的影响

柴 健 于爱忠*李 悦 王玉珑 王 凤 王鹏飞 吕汉强 杨学慧 尚永盼

甘肃农业大学农学院 / 干旱生境作物学国家重点实验室, 甘肃兰州 730070

针对甘肃河西绿洲灌区小麦生产中产量提高受限、氮素利用率低等问题, 分析绿肥还田配施化学氮肥对小麦产量形成及氮素吸收利用的影响, 为优化小麦施氮制度提供理论依据。2021至2022年, 在河西绿洲灌区开展小麦复种毛叶苕子田间试验, 以传统施氮不复种绿肥为对照(G0N1), 设置: 不施氮不复种绿肥(G0N0); 绿肥7500 kg hm–2+氮肥减量15% (G1N2); 绿肥15,000 kg hm–2+氮肥减量15% (G2N2); 绿肥22,500 kg hm–2+氮肥减量15% (G3N2); 绿肥30,000 kg hm–2+氮肥减量15% (G4N2); 绿肥7500 kg hm–2+氮肥减量30% (G1N3); 绿肥15,000 kg hm–2+氮肥减量30% (G2N3); 绿肥22,500 kg hm–2+氮肥减量30% (G3N3); 绿肥30,000 kg hm–2+氮肥减量30% (G4N3), 分析了绿肥还田量和化学氮肥减量的组合效应对小麦氮素吸收积累及籽粒产量的影响。结果表明, 绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15% (G4N2)在提高作物产量的同时促进了氮素高效利用。与G0N1相比, G4N2处理籽粒产量和氮素利用效率分别提高8.2%、45.4% (<0.05)。G4N2较G2N2、G4N3、G3N3籽粒产量分别提高25.6%、19.1%和15.5%, 氮素利用效率分别提高28.9%、8.4%和24.3%, G1N2、G1N3与G0N1无显著差异。G4N2处理较G0N1收获指数、氮肥偏生产力及氮素收获指数分别提高36.8%、43.8%、33.9% (<0.05), 较G3N2、G2N2、G4N3、G3N3分别平均提高15.0%～26.3%、9.6%～29.2%和5.6%～11.2%。小麦开花期和成熟期, G4N2处理地上部氮素积累量较其他处理平均提高22.5%、13.9%, 氮素营养指数较其他处理平均提高38.1%、37.4% (<0.05)。同时, 与G0N1相比, G4N2处理茎和叶的氮素转运量平均提高35.8%、20.4%, 氮素转运率平均提高26.6%、23.3%, 氮素转运对籽粒的贡献率平均提高29.1%、25.7% (<0.05)。综上所述, 河西绿洲灌区绿肥还田30,000 kg hm-2配合化学氮肥减量15%相比传统施氮不复种绿肥能够有效协调小麦地上部氮素的积累及向籽粒的转运, 提高氮素利用效率, 促进小麦增产。

小麦; 绿肥; 化学氮肥; 产量; 氮素利用效率

小麦作为我国主要的粮食作物之一, 在保障国家粮食安全方面发挥重要作用[1]。然而在农业生产中为了追求高产而过量施氮造成氮肥无效损失[2]、土壤养分失调[3]和面源污染[4]等一系列问题。因此, 通过合理施氮提高小麦氮素利用率、降低不合理施氮造成的环境代价是目前亟待解决的关键问题。前人研究认为, 优化种植模式和施氮制度可有效促进小麦植株对氮素的吸收积累, 同时可提高营养器官氮素向籽粒的转运量和氮素利用效率[5]。绿肥作为我国传统农业生产中重要的有机肥源, 其翻压还田后具有增加土壤有机质[6]、提高微生物丰度[7]、改良土壤结构[8]、促进养分循环及防止土壤侵蚀[9]等多种生态效益。研究表明, 无论是在雨养农业区还是干旱半干旱农业区, 绿肥替代部分化学氮肥均能够改善土壤氮素供应状况, 促进作物养分吸收利用, 有效提高主作物产量[10]。苏向向等[11]研究发现, 绿肥翻压替代翌年玉米20%的化肥氮投入能有效促进玉米产量形成和氮素的积累转运, 提高氮素收获指数与氮肥偏生产力; 关于绿肥还田方式的研究表明, 绿肥全量翻压和地表覆盖免耕处理可有效提高玉米地上部植株和玉米籽粒氮含量, 有效提高后茬玉米氮素利用率[12]。

河西绿洲灌区小麦长期连作, 夏季休闲期正值雨热同季, 裸地休闲不仅不利于土壤水分保蓄, 更由于缺乏植被覆盖而导致水土流失。利用麦后休闲期丰富的光热资源复种短期豆科绿肥, 可打破作物连作障碍, 实现用养结合。然而目前关于小麦绿肥复种体系中绿肥还田配合氮肥减施对小麦产量和氮素利用的影响鲜见报道, 从而缺乏指导区域小麦施氮制度优化的理论依据。本研究针对河西绿洲灌区产量提高受限、氮素利用率低等突出问题, 探讨不同绿肥还田量和施氮量配合条件下小麦氮素吸收利用特征及产量表现, 分析小麦不同生育时期土壤氮素供应能力和植株氮素亏缺程度, 明确提升小麦产量和氮肥利用效率的绿肥还田量和施氮量最佳组合, 以期为构建适宜于西北绿洲灌区氮肥高效利用的种植模式和施氮制度提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021年3月至2022年11月在甘肃省武威市甘肃农业大学绿洲农业试验站(37°45′54′′N, 102°53′2′′E)进行, 该站位于甘肃河西走廊东端, 属寒温带干旱气候区, 年平均气温7.2℃, 年平均降雨量150 mm, 年平均蒸发量2400 mm。试验地土壤质地为沙壤土, 0～20 cm土壤有机质12.5 g kg–1、全氮0.86 g kg–1、全磷1.41 g kg–1。春小麦是该区主栽作物之一, 连作普遍, 施氮量普遍偏高, 氮肥利用率低。春小麦收获后土地闲置, 光热资源、水氮资源浪费严重。2021和2022年3月至10月份试验站日降水量及日均温变化见图1。

1.2 试验设计

本试验始于2018年, 每年春小麦收获后翻耕复种绿肥, 绿肥还田量的设计以区域内大面积栽培绿肥品种的平均生物量为依据, 通过调整各小区毛叶苕子的播量使其达到各处理所设定的还田量, 在绿肥盛花期用秸秆粉碎机粉碎之后翻压还田, 翌年播种春小麦。小麦(L.)品种为宁春4号, 绿肥为毛叶苕子(Roth), 品种为土库曼苕子。小麦播种密度为675万粒 hm–2, 条播, 行距15 cm; 春小麦播种日期分别为2021年3月12日、2022年3月17日, 收获日期分别为2021年7月13日、2022年7月18日; 绿肥播种日期分别为2020年7月29日、2021年8月1日, 翻压日期分别为2020年10月22日、2021年10月19日。小麦生育期施磷肥(P2O5) 90 kg hm–2, 氮肥为尿素, 各施氮处理按N1 (180 kg hm–2)、N2 (153 kg hm–2)、N3 (126 kg hm–2)施肥, 全做基肥。小麦生育期灌水量为240 mm, 在苗期、孕穗期、灌浆期分别灌水75、90、75 mm; 绿肥季灌水量为130 mm; 冬储灌为120 mm, 灌溉方式均为滴灌。试验共10个处理, 每处理重复3次, 小区面积52 m2(6.5 m´8.0 m), 随机区组排列。具体试验处理及代码如表1。

图1 2021–2022年作物生育期日降水量及日均温变化

表1 小麦播前绿肥还田量和施氮量

此处绿肥还田量为鲜重, G0、G1、G2、G3、G4按平均85%含水量计算其干重投入量分别为0、1125、2250、3375、4500 kg hm-2。

The amount of green manure is the fresh weight. Based on the average water content of 85%, the dry weight of G0, G1, G2, G3, and G4 are 0, 1125, 2250, 3375, and 4500 kg hm-2, respectively.

1.3 测定项目与方法

1.3.1 植株地上部干物质积累量 分别于小麦拔节期、开花期、成熟期, 取10株长势均匀一致的植株, 105℃下杀青30 min, 然后在85℃下烘干至恒重, 测其干重[12]。

1.3.2 地上部氮素积累量 分别于小麦拔节期、开花期、成熟期, 取10株长势均匀一致的植株, 105℃杀青, 75℃烘干至恒重, 称重后磨粉、经H2SO4-H2O2消煮, 使用AA3连续流动分析仪测定其全氮含量[13]。

1.3.3 产量 小麦成熟期每小区按2 m´1 m的样方收割脱粒, 按14%籽粒含水量折合计算单位面积籽粒产量[14]。

1.4 计算方法

植株地上部氮素积累量(kg hm–2)=植株地上部干物质重´植株含氮量[8];

营养器官氮素转运量(kg hm–2)=开花期氮素积累量–成熟期营养体氮素积累量[11];

氮素转运效率(%)=营养器官氮素转运量/开花期营养器官氮素积累量´100[11];

氮素转运对籽粒贡献率(%)=氮素转运量/成熟期籽粒氮素积累量´100[11];

氮素营养指数=地上部实际吸收的氮量/标准氮量[15], 其中, 标准氮量=ac×W–b(ac是每公顷土地生产1吨干物质需要的最小氮含量, 值为0.053), W为实际干物质量(t), b为常数(0.44)。

氮素收获指数(%)=籽粒氮积累量/植株总氮积累量[11];

氮素利用效率(kg kg–1)=籽粒产量/成熟期地上部氮素积累量[15];

氮肥偏生产力(kg kg–1)=籽粒产量/施氮量[14]。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2020计算数据, 使用SPSS 20.0软件统计分析数据, 使用SigmaPlot 14.0作图, 运用Duncan’s法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 绿肥播前和小麦播前0～30 cm土层土壤水分、有机质及全氮含量

绿肥播前和小麦播前0～30 cm土层土壤水分、有机质及全氮含量如表2所示。与绿肥播前相比, 小麦播前土壤水分、有机质及全氮含量均有所提高。与传统施氮不复种绿肥相比(G0N1), 小麦播前G4N2、G3N2、G4N3土壤水分分别提高21.5%、18.4%和8.8%, 有机质含量分别提高3.3%、1.9%和2.4%, 全氮含量分别提高6.1%、5.8%和5.2%, G1N2、G2N2、G1N3和G2N3间无显著差异(<0.05)。此外, 不施氮不复种绿肥(G0N0)处理显著降低了小麦播前0～30 cm土层中土壤全氮含量。综上说明, 种植并翻压绿肥并未导致小麦播前0～30 cm土层中土壤水分及有机质、全氮含量的降低, 其中绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15% (G4N2)蓄水保墒、提高土壤养分的效果最为显著。

2.2 绿肥还田结合氮肥减施对小麦地上部氮素积累量的影响

绿肥还田结合氮肥减施对小麦拔节、开花、成熟期地上部氮素积累量影响显著(图2)。小麦拔节期G0N1处理地上部氮素积累量最高, 较其他处理平均提高2.2%～ 6.3% (<0.05), 说明在小麦生育前期绿肥供氮作用尚不显著。随着生育进程的推进, 各处理间地上部氮素积累量显著增加。与不施氮无绿肥还田(G0N0)相比, G4N2地上部氮素积累量在开花、成熟期分别提高37.5%、36.6%, G4N3分别提高31.9%、34.0% (<0.05); 与传统施氮无绿肥还田(G0N1)相比, G4N2地上部氮素积累量在开花、成熟期分别提高29.3%、28.7%, G4N3分别提高23.0%、25.8% (<0.05); G4N2较G4N3开花、成熟期地上部氮素积累量分别提高8.2%、4.0% (<0.05)。说明绿肥还田有利于提高小麦生育后期地上部氮素积累量, 且绿肥还田30,000 kg hm-2配合化学氮肥减量15% (G4N2)最为突出。

2.3 绿肥还田结合氮肥减施对小麦氮素营养指数的影响

绿肥还田结合氮肥减施对小麦各生育时期氮素营养指数影响显著(图3)。小麦拔节期各处理氮素营养指数均低于G0N1 (0.98), 降低幅度为14.0%～72.5% (<0.05), 说明小麦在该时期处于氮素亏缺状态。小麦开花期和成熟期, 各绿肥还田处理之间相比, G4N2较G3N2、G2N2、G1N2两年均值平均提高25.5%～37.6% (<0.05), G4N3较G3N3、G2N3、G1N3平均提高18.8%～33.8% (<0.05), G4N2与G4N3氮素营养指数分别为1.2、1.1, 处于最佳氮素营养状态; 与无绿肥还田(G0N0、G0N1)相比, G4N2处理氮素营养指数在开花、成熟期平均提高22.5%～31.4%,G4N2较G4N3平均提高16.6%～20.9% (<0.05), 说明绿肥还田30,000 kg hm-2配合化学氮肥减量15% (G4N2)能够提高小麦生育后期氮素营养指数, 有效补偿氮肥减施导致的植株氮素亏缺。

表2 绿肥播前和小麦播前0～30 cm土层土壤水分、有机质及全氮含量

处理同表1。所有数据均为2020和2021两年的平均值。不同小写字母表示处理间在< 0.05水平差异显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. All data are the average of 2020 and 2021. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at< 0.05.

图2 绿肥还田结合氮肥减施条件下小麦地上部氮素积累量

柱上不同小写字母表示处理间差异显著(< 0.05)。

Different lowercase letters above the bars indicate significant difference among treatments at< 0.05.

图3 绿肥还田结合氮肥减施条件下小麦氮素营养指数

柱上不同小写字母表示处理间差异显著(< 0.05)。

Different lowercase letters above the bars indicate significant difference among treatments at< 0.05.

2.4 绿肥还田结合氮肥减施条件下小麦氮素转运及其对籽粒氮素的贡献率

绿肥还田结合氮肥减施对小麦茎叶氮素转运及其对籽粒氮素的贡献影响显著(表3)。与传统施氮无绿肥还田(G0N1)相比, G4N2处理叶和茎的氮素转运量在2021年和2022年平均提高35.8%、20.4%, 氮素转运率平均提高26.6%、23.3%, 氮素转运对籽粒的贡献率平均提高29.1%、25.7% (<0.05)。与不施氮无绿肥还田(G0N0)相比, G4N2处理叶和茎的氮素转运量在2021和2022年平均提高49.3%、45.9%, 氮素转运率平均提高24.1%、25.9%,氮素转运对籽粒的贡献率平均提高37.8%、43.3% (<0.05)。各绿肥还田处理之间相比, 茎叶的氮素转运量、转运率及贡献率G4N2较G3N2平均提高7.4%、7.5%和11.1%, G4N2较G4N3平均提高7.4%、6.4%和7.7% (<0.05), G4N3与G3N3氮素转运量无显著差异, G1N2与G1N3、G2N3氮素转运量、转运率及贡献率均无显著差异。综上说明, 绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15% (G4N2)能够提高小麦茎叶氮素转运量和氮素转运率以及对小麦籽粒氮素积累的贡献。

2.5 绿肥还田结合氮肥减施对小麦产量的影响

绿肥还田结合氮肥减施对小麦籽粒产量和收获指数影响显著(图4)。2年试验结果均以G4N2处理表现出最高籽粒产量和收获指数。与传统施氮无绿肥还田(G0N1)相比,G4N2处理籽粒产量和收获指数分别提高8.2%、36.8% (<0.05)。各绿肥还田处理之间比较, 籽粒产量和收获指数均随着绿肥还田量的增加而显著提高, G4N2较G3N2、G2N2、G1N2两年均值分别提高3.9%～27.0%、11.1%～26.6%, G4N3较G3N3、G2N3、G1N3两年均值分别提高5.9%～17.7%、5.9%～23.3% (<0.05), 其中, G1N2、G1N3与G0N1籽粒产量及收获指数无显著差异。综上说明, 绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15% (G4N2)有利于小麦增产, 并促进收获指数协同提高。

表3 绿肥还田结合氮肥减施条件下小麦茎叶氮素转运及其对籽粒氮素的贡献率

处理同表1。不同小写字母表示处理间在< 0.05水平差异显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at< 0.05.

图4 绿肥还田结合氮肥减施条件下小麦产量及收获指数

柱上不同小写字母表示处理间差异显著(< 0.05)。

Different lowercase letters above the bars indicate significant difference among treatments at< 0.05.

2.6 绿肥还田结合氮肥减施对小麦氮素利用的影响

绿肥还田结合氮肥减施对小麦氮素吸收利用影响显著(表4)。各绿肥还田处理之间比较, 氮素利用效率、氮素收获指数均随着绿肥还田量的增加而显著提高, G4N2较G3N2、G2N2、G1N2两年均值分别提高9.6%～29.5%、13.3%～42.9%、7.9%～20.7%, G4N3较G3N3、G2N3、G1N3分别提高3.9%～24.7%、17.4%～37.4%、4.8%～17.8% (<0.05); 与无绿肥还田(G0N0、G0N1)相比, G4N2处理分别提高45.4%～53.9%、27.1%～33.9% (<0.05)。同时, G4N2处理下氮肥偏生产力显著提高, 较G4N3、G0N1分别提高8.7%、43.8% (<0.05)。综上说明, 绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15% (G4N2)能够促进小麦氮素吸收利用, 有效提高地上部氮素积累, 进而促进氮肥偏生产力的提高, 在减少供氮量的条件下保证产量提高。

3 讨论

3.1 种植并翻压绿肥对小麦播前土壤水分和养分的影响

绿肥生长期至小麦播前土壤养分和水分含量动态变化对区域小麦生产中种植模式和施氮制度的优化具有重要参考价值。本研究发现, 与传统施氮不复种绿肥相比, 种植并翻压绿肥并未导致小麦播前0～30 cm土层中土壤水分、有机质及全氮含量的降低, 甚至在绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15%条件下还表现出蓄水保墒、提高土壤养分的效果, 这与樊志龙等[16]研究指出复种绿肥较麦后休闲显著增加了小麦播前0～50 cm土层的土壤贮水量结果一致, 其可能原因是一方面绿肥作物茎叶繁茂, 生物量较大, 可以有效地减少水分无效蒸发, 增加水分入渗, 提高土壤含水量[17]; 另一方面绿肥还田具有增加土壤孔隙度、提高土壤持水力和增强土壤团聚体稳定性等作用[18], 从而可以提高土壤含水量, 降低作物耗水。而土壤全氮和有机质含量的提高则主要归因于绿肥还田可为土壤中的微生物提供丰富的碳、氮源, 提高了土壤微生物活性, 从而促进了有机氮矿化, 有效提高土壤有机质含量[19]。

表4 绿肥还田结合氮肥减施条件下小麦氮素利用率

处理同表1。不同小写字母表示处理间在< 0.05水平差异显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at< 0.05.

3.2 小麦产量对绿肥还田结合氮肥减施的响应

过量施用氮肥导致植株营养生长过盛, 不利于前期积累的营养物质向籽粒库转运, 导致成熟期推迟, 扰乱作物“源库关系”的协调性, 进而影响产量[20-23]。豆科绿肥通过生物固氮作用固定大气氮素, 其翻压还田后经过微生物腐解释放养分, 能够培育土壤氮库, 提高土壤肥力和作物产量[24-25], 因此, 种植翻压绿肥可以在保证作物稳产高产的基础上减少化学氮肥施用量。本研究结果表明,绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15% (G4N2)较传统施氮不复种绿肥有效增产8.2%, 这与苟志文等[12]、陈检锋等[21]研究结果一致, 其主要原因是传统种植模式下化学氮肥的养分释放与作物生长需求严重错位[26], 而绿肥还田配施化肥尤其在化肥减量的条件下, 绿肥作物的养分供给速率较为缓慢, 使得绿肥和无机氮对小麦养分供给的时间上发生一定的差异, 协调了土壤养分供给和小麦需求的关系, 因此有利于小麦产量的提高[27]。复种绿肥各处理间比较来看, 同一施氮量下籽粒产量随绿肥还田量的提高而显著提高, 以绿肥还田30,000 kg hm–2增产效果明显, 同一绿肥还田量下化学氮肥减量15%较减量30%增产效果明显, 这与前人研究结果一致[21], 主要是因为一方面绿肥高还田量下提高了小麦的氮素吸收量, 有效促进开花期和成熟期叶片、茎秆中的氮素向籽粒的转运量[28], 另一方面当化学氮肥减量幅度超过作物需氮的最小阈值时, 即使高还田量绿肥所固定并释放的氮素也不能实现对作物全生育期氮素吸收的有效补偿, 从而导致作物产量降低[29]。此外, 绿肥还田降低了土壤C/N比, 提高了土壤微生物数量与活性, 引发土壤氮素矿化的正激发效应, 提高了土壤氮素供应的潜力与能力[30], 这也是本研究条件下小麦增产的主要原因之一。

3.3 绿肥还田结合氮肥减施对小麦氮素吸收利用的影响

提高氮素利用效率是降低肥料用量、减少农田面源污染、促进作物稳产丰产的重要途径, 而氮素利用效率的高低则取决于植株吸收氮素生产干物质的能力以及营养器官中的氮素向籽粒转运的能力[31-33]。研究表明, 适当减施氮肥或有机无机肥配施有利于作物氮素的吸收转运[34]。本研究发现, 小麦拔节期传统施氮不复种绿肥处理地上部氮素积累量显著高于绿肥还田处理; 而小麦花后各绿肥还田处理地上部氮素积累量均显著提高且有随着绿肥还田量提高而增加的趋势, 这与前人研究结果一致[35], 其主要原因是化学氮肥在短期内维持了土壤氮素供应, 而绿肥还田后因提高土壤微生物活性及其种群数量, 促进土壤将多余无机态氮固定转化为有机态氮, 保障了土壤氮素长期稳定的供应能力[36-37]。同时, 绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15%条件下小麦茎叶氮素转运量、转运率及其对籽粒的贡献率显著提高, 这与前人研究指出绿肥还田能够促进植株对氮素的吸收, 使植株总吸氮量增加, 同时减少了氮素在营养器官的残留相符合[38-39], 其主要原因一方面与富含氮素的豆科作物地上部直接翻压有关, 另一方面与其根系及根瘤残茬腐解矿化并直接释放出氮素有关[40]。本研究还发现, 绿肥还田30,000 kg hm–2配合化学氮肥减量15%显著提高了小麦开花期和成熟期的氮素营养指数, 使小麦植株在该时期进一步接近于最佳氮素营养状态, 这进一步证实绿肥还田能改善土壤氮库, 提高土壤氮素的有效性, 而传统种植模式下小麦生育后期氮素供给明显不足, 导致氮素营养指数下降。本研究对于绿肥还田后其腐解过程中消耗的氮及释放的氮未能充分考虑, 在后续研究中需要进一步关注绿肥还田引起的植株含氮量的提升而导致的氮肥利用率增加; 同时本研究只是2年试验的结果, 绿肥还田配合氮肥减施对小麦产量形成及氮素利用特征的影响仍需要通过多年定位试验才能准确判定。

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Effects of green manure incorporation combined with nitrogen fertilizer reduction on wheat yield and nitrogen utilization in oasis irrigated area

CHAI Jian, YU Ai-Zhong*, LI Yue, WANG Yu-Long, WANG Feng, WANG Peng-Fei, LYU Han-Qiang, YANG Xue-Hui, and SHANG Yong-Pan

College of Agronomy, Gansu Agricultural University / State Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070, Gansu, China

Aiming at the problems of yield increase constrained and low fertilizer efficiency, the effect of green manure incorporation and nitrogen application on wheat yield and nitrogen utilization were investigated and the field experiment was conducted in Hexi oasis irrigated area in 2021 and 2022. Compared with the control of traditional nitrogen application mode (G0N1), setting the following treatments include green manure incorporation at 7500 kg hm–2(G1), 15,000 kg hm–2(G2), 22,500 kg hm–2(G3), and 30,000 kg hm–2(G4), and nitrogen fertilizer reduction at 153 kg hm–2(N2), and 126 kg hm–2(N3), their combined application with each other as G1N2, G2N2, G3N2, G4N2, G1N3, G2N3, G3N3, G4N3, and the combined effects on nitrogen absorption and accumulation and grain yield of wheat were analyzed. The results showed that green manure incorporation at 30,000 kg hm–2combined with chemical nitrogen fertilizer reduction by 15% (G4N2) can effectively improve crop yield and promote nitrogen use efficiency at the same time. Compared with G0N1, the grain yield and N utilization efficiency (NUTE) of G4N2 were significantly increased by 8.2% and 45.4%, respectively. Compared with G2N2, G4N3, and G3N3, G4N2 increased grain yield and NUTE by 26.1%, 19.1%, 15.5% and 28.9%, 8.4%, and 24.3%, respectively. Compared with G0N1, G4N2 significantly increased harvest index, nitrogen fertilizer partial productivity (PFPN), and nitrogen harvest index (NHI) by 36.8%, 43.8%, and 33.9%, respectively, and compared with G3N2, G2N2, G4N3, and G3N3 by 15.0%–26.3%, 9.6%–29.2%, and 5.6%–11.2%, respectively. At anthesis and maturity stages, the AGN and NNI of G4N2 were significantly increased by 22.5% and 13.9%, 38.1% and 37.4%, compared with other treatments. Compared with G0N1, G4N2 significantly increased nitrogen translocation of stems and leaves by 35.8% and 20.4%, and significantly increased nitrogen translocation rate by 26.6% and 23.3%, and significantly increased the contribution of translocated nitrogen to grain by 29.1%, 25.7% in wheat. In conclusion, green manure incorporation at 30,000 kg hm–2combined with chemical nitrogen fertilizer reduction by 15% can effectively coordinate the aboveground nitrogen accumulation and translocation, significantly increased nitrogen harvest index and partial nitrogen fertilizer productivity, thus increasing wheat yield.

wheat; green manure; nitrogen fertilizer; yield; nitrogen utilization efficiency

10.3724/SP.J.1006.2023.31017

本研究由国家重点研发计划项目(2022YFD1900200), 财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系建设专项(绿肥, CARS-22-G- 12), 甘肃省科技计划项目(20JR5RA037)和甘肃农业大学伏羲杰出人才培育计划项目(Gaufx-04J01)资助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2022YFD1900200), the China Agriculture Research System of MOF and MARA (Green manure, CARS-22-G-12), the Science and Technology Plan of Gansu Province (20JR5RA037), and the Fuxi Outstanding Talent Cultivation Program of Gansu Agricultural University (Gaufx-04J01).

于爱忠, E-mail: yuaizh@gsau.edu.cn

E-mail: chaijian0305@163.com

2023-02-28;

2023-05-24;

2023-06-09.

URL: https://kns.cnki.net/kcms2/detail/11.1809.S.20230608.1031.002.html

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