氮肥后移對玉米間作豌豆耗水特性的調(diào)控效應(yīng)

滕園園　趙　財　柴　強　胡發(fā)龍　馮福學(xué)甘肅省干旱生境作物學(xué)重點試驗室 / 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 甘肅蘭州 730070

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氮肥后移對玉米間作豌豆耗水特性的調(diào)控效應(yīng)

滕園園**趙財**柴強*胡發(fā)龍馮福學(xué)
甘肅省干旱生境作物學(xué)重點試驗室 / 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 甘肅蘭州 730070

摘要:針對水資源不足嚴(yán)重制約干旱灌區(qū)間作發(fā)展, 間作中以氮調(diào)水理論研究的薄弱, 生產(chǎn)實踐中缺乏氮肥運籌同步提高間作產(chǎn)量和水分利用效率的措施等問題。2012—2013年, 以河西走廊規(guī)?；瘧?yīng)用的玉米間作豌豆為研究對象, 在總施氮量相同且基肥和孕穗肥分別占10%和50%條件下, 設(shè)氮肥后移30% (N1, 拔節(jié)肥0+花粒肥40%)、氮肥后移15% (N2, 拔節(jié)肥15%+花粒肥25%)、傳統(tǒng)制度(N3, 拔節(jié)肥30%+花粒肥10%) 3個施氮處理, 探討氮肥后移對間作產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)的影響, 以期為禾豆間作優(yōu)化施氮制度、提高產(chǎn)量和水分利用效率提供理論依據(jù)。結(jié)果表明, 氮肥后移對玉米間作豌豆總耗水量(ET)影響不顯著, 但降低了棵間蒸發(fā)量(E)和棵間蒸發(fā)量占總耗水量的比例(E/ET); 與傳統(tǒng)施氮處理相比, 氮肥后移15%使玉米間作豌豆的E和E/ET降低6%和4%, 氮肥后移30%使玉米間作豌豆的E和E/ET均降低2%。在間作系統(tǒng)中, 豌豆帶、玉米帶的棵間蒸發(fā)量分別為329 mm、232 mm, 表明豌豆帶的無效耗水顯著高于玉米帶。氮肥后移15%間作的混合籽粒產(chǎn)量、WUE較傳統(tǒng)施氮間作分別高出6%、5%, 氮肥后移30%間作混合籽粒產(chǎn)量、WUE較傳統(tǒng)施氮間作分別提高3%、2%。因此, 玉米間作豌豆結(jié)合氮肥后移15%, 即豌豆開花結(jié)莢期(玉米拔節(jié)期)追施氮肥67.5 kg hm–2、玉米大喇叭口期追施氮肥225 kg hm–2、玉米花后15 d追施氮肥112.5 kg hm–2, 可作為綠洲灌區(qū)玉米間作豌豆增產(chǎn)和提高WUE的農(nóng)藝措施之一。

關(guān)鍵詞:禾豆間作; 氮肥后移; 耗水特性; 綠洲灌區(qū)

本研究由國家自然科學(xué)基金項目(31360323, 31160265)和國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))計劃課題(201103001)資助。

This study was supported by the National Natural Science Fund (31360323, 31160265) and Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201103001).

第一作者聯(lián)系方式: E-mail: 837411413@qq.com**同等貢獻(Contributed equally to this work)

間作是通過勞力和技術(shù)密集投入, 充分利用各種農(nóng)業(yè)及自然資源, 實現(xiàn)土地、養(yǎng)分和水熱資源在時間和空間上集約利用[1-3], 并實現(xiàn)高產(chǎn)高效的種植模式[4-5]。近年來, 資源性缺水和傳統(tǒng)生產(chǎn)的高耗水,使得間作面積縮減, 單位耕地產(chǎn)出率降低, 影響了農(nóng)業(yè)整體效益的提高, 亟待研發(fā)間作節(jié)水理論和技術(shù)[6]。目前, 有關(guān)間作節(jié)水技術(shù)研究主要集中在作物組合、灌溉制度、空間布局等領(lǐng)域, 從復(fù)合群體中異質(zhì)個體的互作角度構(gòu)建一系列指導(dǎo)間作應(yīng)用的理論體系[7-9], 為間作應(yīng)用提供堅實支撐。生產(chǎn)實踐中,以肥調(diào)水是提高有限水分利用效率的重要農(nóng)藝措施之一, 在土壤干旱條件下, 科學(xué)施用氮肥可以促進作物根系對深層土壤水分的利用、發(fā)揮水氮耦合效應(yīng), 達到增產(chǎn)目的[10]。但未見報道有關(guān)氮肥運籌與間作水分高效利用的研究, 使生產(chǎn)實踐缺乏優(yōu)化施氮制度同步提高產(chǎn)量和水分利用效率的理論和技術(shù)依據(jù)。

禾豆間作群體中, 豆科作物可以通過不同途徑向禾本科作物轉(zhuǎn)移氮素[11], 禾本科作物則通過競爭吸收土壤有效氮, 使其維持在一個相對較低的水平,促進豆科作物固定空氣中的氮[12], 進而提高單位土地面積的生產(chǎn)力, 降低氮肥投入量, 相對提高可持續(xù)生產(chǎn)能力[13-15]。但是, 將兩種氮素需求特性不同、耗水特性不同的作物組合為間作群體時, 施氮制度不僅要滿足組分作物的需氮特性, 同時要合理利用種間產(chǎn)生的資源競爭和互補特性, 因此間作氮肥管理制度有異于單作。有關(guān)作物生產(chǎn)高效施肥研究表明, 氮肥后移可以提高作物產(chǎn)量[16-17], 但將該技術(shù)集成到禾豆間作中是否能夠增產(chǎn)、降低水分無效損耗、提高水分利用效率有待進一步研究。本試驗以河西走廊綠洲灌區(qū)規(guī)?；瘧?yīng)用的玉米間作豌豆為對象, 以試區(qū)傳統(tǒng)施氮制度為對照, 設(shè)計不同氮肥后移處理, 研究該模式在不同氮肥處理下的耗水特性、產(chǎn)量及水分利用效率, 以期為建立綠洲灌區(qū)以肥調(diào)水高效禾豆間作模式提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試區(qū)概況

甘肅省武威市甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)綠洲農(nóng)業(yè)實驗站位于溫帶干旱區(qū), 平均海拔1506 m, 多年平均降水量156 mm、年蒸發(fā)量2400 mm, 降水年際變化不大但季節(jié)間變化較大, 主要集中在7月至9月份, 是典型的非灌不植的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。該區(qū)年平均氣溫7.2℃,全年無霜期156 d, 年日照時數(shù)2945 h, 年太陽輻射總量6000 kJ m–2, 適于發(fā)展間作, 近年來玉米間作豌豆已成為該區(qū)主要的多熟種植模式之一。2012—2013年度內(nèi)的降水量、氣溫如圖1。

1.2試驗材料

隴豌1號, 為甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所從美國引育的豌豆(Pisum sativum L.)新品種; 玉米(Zea mays L.) 品種為先玉335; 氮肥為含氮46%的尿素, 磷肥為過磷酸鈣; 農(nóng)用地膜厚度為0.08 mm, 寬度為1.2 m。

1.3試驗設(shè)計

于2012年3月至2013年10月設(shè)單作豌豆(P)、單作玉米(M)、玉米間作豌豆(I) 3種種植模式, 3個施氮制度, 共計9個處理, 每處理3次重復(fù), 田間隨機排列。具體施氮制度與處理代碼見表1, 其中N1為基肥10%+拔節(jié)肥0+孕穗肥50%+花粒肥40%; N2為基肥10%+拔節(jié)肥15%+孕穗肥50%+花粒肥25%; N3為基肥10%+拔節(jié)肥30%+孕穗肥50%+花粒肥10%。相對于N3(傳統(tǒng)施氮), N1、N2氮肥后移了30% 和15%。磷肥按照N∶P為1∶0.75全部作為基肥施用。單作豌豆施肥量按照單作玉米和間作帶追肥量定額。灌溉制度與地方習(xí)慣灌溉制度相同, 單作豌豆全生育期灌水總量為210 mm, 單作玉米全生育期灌水總量為510 mm, 間作在豌豆收獲前灌水總量為210 mm, 豌豆收獲后的灌水總量為300 mm。

圖1　2012-2013年豌豆、玉米生長季降水量和氣溫Fig. 1　Temperature and precipitations during pea and maize growing period in 2012-2013

表1　處理代碼及不同處理的施氮制度Table 1　Nitrogenous fertilizer application levels and treatment codes (kg hm–2)

單作豌豆密度180萬株 hm–2, 分行種植, 行距40 cm; 單作玉米, 全膜覆蓋, 密度9萬株 hm–2; 玉米間作豌豆密度76萬株 hm–2; 間作玉米密度5.2萬株 hm–2。玉米帶地膜覆蓋, 田間結(jié)構(gòu)如圖2。小區(qū)寬5.7 m、長10 m。

1.4測定項目與方法

1.4.1土壤含水量每15 d測定一次, 播種前、收獲后加測, 灌水前、灌水后加測, 測深為120 cm。0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm三個層次取樣, 用烘干法測定, 30 cm以下用503DR型中子水分儀測定,間作群體中的中子水分管埋設(shè)位置如圖2。

1.4.2棵間蒸發(fā)量(mm)用微型蒸滲儀(Micro-Lysimeter)測定。蒸滲儀用內(nèi)徑10 cm、壁厚5 mm、高15 cm的PVC管做成。每次取土?xí)r將其垂直壓入作物行間土壤內(nèi), 使其頂面與地面齊平, 取原狀土,然后用塑膠帶封底, 另用內(nèi)徑為12 cm PVC管做成外套, 固定于行間, 使其表面與附近土壤持平, 操作時不至破壞周圍土體結(jié)構(gòu)。用精度為0.01 g的電

子天平稱重, 3 d內(nèi)重量的差值即為蒸發(fā)量, 稱重時間為每天18:00。為保持測定精度, 使蒸滲儀內(nèi)部土壤水分與周圍土壤一致, 于同一位置每3～5 d取周圍原裝土以更換內(nèi)部土體。降雨或灌水后, 微型蒸滲儀內(nèi)易產(chǎn)生積水, 為保證測定精度, 需立即更換土體。單作豌豆、單作玉米小區(qū)在中間行內(nèi)埋設(shè)一個蒸滲儀; 間作處理分別在豌豆帶、玉米帶中部埋設(shè)2個蒸滲儀(圖2), 間作各小區(qū)棵間蒸發(fā)量為小區(qū)內(nèi)蒸滲儀測定值的平均值。

1.4.3產(chǎn)量作物成熟后按小區(qū)收獲計產(chǎn)。

1.4.4土地當(dāng)量比(LER)LER是量化分析間套作復(fù)合群體生產(chǎn)力及土地利用狀況的指標(biāo), 當(dāng)LER> 1.0時有間作優(yōu)勢; 當(dāng)LER<1.0時為間作劣勢[18]。

LER = Yip/Ysp+ Yim/Ysm, 式中, Yip和Ysp分別表示豌豆在間作和單作中的籽粒產(chǎn)量, Yim和Ysm分別表示玉米在間作和單作的籽粒產(chǎn)量。

1.4.5水分利用效率WUE = Y/ET, 式中WUE為水分利用效率(kg hm–2mm–1); Y為籽粒產(chǎn)量(kg hm–2); ET為生育期耗水量(mm)。ET = 播前土壤儲水量(mm) +生育期間自然降水量(mm)+灌水量(mm)-收獲期土壤儲水量(mm)。

1.4.6蒸散比(E/ET)是棵間蒸發(fā)占蒸散量的比例, 用于衡量水分利用率, E/ET越大水分利用率越低。

圖2　玉米間作豌豆田間示意圖Fig. 2　Field layout of maize-pea intercropping

圖3　不同處理作物生育期內(nèi)的耗水總量Fig. 3　Total water consumption of different treatments during growing seasonET: 全生育期土壤耗水量; P: 單作豌豆; M: 單作玉米; I: 玉米間作豌豆; N1: 氮肥后移30%; N2: 氮肥后移15%: N3: 傳統(tǒng)施氮; 誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤差。用柱上字母表示各處理間同一年內(nèi)存在顯著差異(P < 0.05)。ET: evapotranspiration; P: sole pea; M: sole maize; I: maize-pea intercropping; N1: N postponing application with 30%; N2: N postponing application with 15%; N3: traditional N application. The error bar represents the standard error and different letters superscripted on the bars indicate significant difference among treatments (P < 0.05) in the same years.

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel整理匯總數(shù)據(jù), 用SPSS 17.0軟件檢驗差異顯著性。

2　結(jié)果與分析

2.1氮肥后移對不同處理生育期內(nèi)作物耗水特性的影響

2.1.1不同處理作物生長期內(nèi)的耗水量單作豌豆全生育期總耗水量最小, 間作與單作玉米耗水量無顯著差異(圖3)。以單作豌豆和玉米耗水量的加權(quán)平均為對照, 氮肥后移30%、氮肥后移15%、傳統(tǒng)施氮間作的耗水量較單作分別高22%、31%、26%,在氮肥后移15%制度下間作與單作的耗水量差異最大。相同種植模式內(nèi)相比, 單作豌豆的耗水量兩年內(nèi)在氮肥后移15%制度下較傳統(tǒng)施氮處理降低了14%～19%, 即氮肥后移15%具有減小單作豌豆耗水量的作用; 單作玉米、玉米間作豌豆的耗水量在不同施氮制度下差異不顯著。

2.1.2不同處理的作物棵間蒸發(fā)量不同處理生育期內(nèi)的棵間蒸發(fā)量主要受種植模式和施氮制度影響, 并且不同時間、空間內(nèi)的棵間蒸發(fā)量對施氮制度的響應(yīng)不同(圖4)?？瞄g蒸發(fā)總量兩年內(nèi)表現(xiàn)為單作豌豆<單作玉米<玉米間作豌豆。單作玉米、玉米間作豌豆的棵間蒸發(fā)量兩年均是在氮肥后移15%下最低, 分別為217 mm、246 mm, 而傳統(tǒng)施氮的棵間蒸發(fā)量較氮肥后移15%制度分別增加17 mm、15 mm;氮肥后移30%制度與傳統(tǒng)施氮制度的棵間蒸發(fā)量無顯著差異。氮肥后移對單作豌豆棵間蒸發(fā)量影響不顯著。因此, 與傳統(tǒng)施氮處理相比, 氮肥后移15%是降低單作玉米和間作棵間蒸發(fā)量的可行措施。

氮肥后移對豌豆收獲前間作處理減小棵間蒸發(fā)的作用較小, 但豌豆收獲后氮肥后移30%、15%制度的棵間蒸發(fā)量為130 mm、135 mm, 較傳統(tǒng)施氮間作分別降低21 mm、15 mm。間作玉米帶兩年的平均棵間蒸發(fā)量(232 mm)較單作玉米(186 mm)增加46 mm; 間作豌豆帶豌豆收獲前兩年的棵間蒸發(fā)量(184 mm)較單作豌豆(122 mm)減少62 mm。豌豆收獲前,間作豌豆帶的棵間蒸發(fā)量與間作玉米帶差異不顯著,而在收獲后間作豌豆帶的棵間蒸發(fā)量(207 mm)較間作玉米帶(69 mm)高138 mm?？梢婇g作系統(tǒng)較大的棵間蒸發(fā)主要發(fā)生在豌豆收獲后的裸露帶。

2.1.3不同處理作物生育期內(nèi)的蒸散比(E/ET)

圖4　不同處理豌豆收獲前后棵間蒸發(fā)動態(tài)Fig. 4　Dynamics of soil evaporation of different treatments before and after the pea harvestP: 單作豌豆; M: 單作玉米; IP: 間作豌豆; IM: 間作玉米。N1: 氮肥后移30%; N2: 氮肥后移15%: N3: 傳統(tǒng)施氮;圖中豎線表示豌豆收獲期。P: sole planting pea; M: sole planting maize; IP: intercropping pea; IM: intercropping maize. N1: N postponing application with 30%; N2: N postponing application with 15%; N3: traditional N application. The vertical line in the middle part of each figure shows the harvest stage of pea.

E/ET表現(xiàn)為單作玉米<玉米間作豌豆<單作豌豆(圖5)。單作玉米、玉米間作豌豆的E/ET兩年均是在氮肥后移15%制度下最低(31%和40%), 較傳統(tǒng)施氮分別平均降低11%和4%。間作系統(tǒng)中, 豌豆收

獲前的E/ET在氮肥后移制度下與傳統(tǒng)施氮處理無顯著變化, 而豌豆收獲后的E/ET在氮肥后移30%、氮肥后移15%制度下較傳統(tǒng)施氮處理平均降低11%,且在氮肥后移15%制度下最低。

與單作玉米、單作豌豆相比, 間作降低了玉米帶中的E/ET, 但增大了豌豆帶中的E/ET, 可通過氮肥后移來降低豌豆帶中的E/ET從而提高水分利用率。間作玉米帶兩年的E/ET在不同施氮制度下較單作玉米平均降低20%; 間作豌豆帶兩年的E/ET在不同施氮制度下較單作豌豆增加7%。豌豆收獲前, 間作豌豆帶的E/ET與間作玉米帶差異不顯著, 而收獲后間作豌豆帶的E/ET平均高出間作玉米帶175%,差異顯著。根據(jù)相同模式不同施氮制度間的差異比較以及氮肥后移對間作不同生育時期、不同帶的比較可以看出, 氮肥后移15%制度較傳統(tǒng)施氮制度能夠有效減少水分無效損失, 且對玉米大喇叭口期后無效耗水的抑制更為顯著。E/ET結(jié)果進一步證明, 間作的水分無效損失主要發(fā)生在豌豆收獲后的空白帶。

2.2不同處理豌豆和玉米的籽粒產(chǎn)量和土地當(dāng)量比

參試間作的LER兩年平均達到1.41, 說明與單作相比玉米間作豌豆的土地利用率提高41% (表2)。以相應(yīng)單作籽粒產(chǎn)量加權(quán)平均為對照, 間作較單作產(chǎn)量提高35% (2012)、48% (2013)。在3個施氮處理下, 間作豌豆較相應(yīng)單作籽粒產(chǎn)量平均提高57%,間作玉米較相應(yīng)單作提高82%。氮肥后移30%、氮肥后移15%制度下, 間作混合籽粒產(chǎn)量較傳統(tǒng)施氮分別提高3%、6%。與傳統(tǒng)施氮處理相比, 氮肥后移對間作豌豆籽粒產(chǎn)量影響無顯著差異, 而氮肥后移15%可顯著提高間作玉米的籽粒產(chǎn)量。

圖5　豌豆收獲前后不同處理單作與相應(yīng)間作作物帶內(nèi)的蒸散比(E/ET)Fig. 5　The evaporation/evapotranspiration in sole cropping system and different strips of intercropping systems before and after pea harvest處理縮寫同圖4。Treatments are abbreviated as those given in Fig. 4.

表2　不同施氮制度下間作與單作玉米、豌豆的籽粒產(chǎn)量和土地當(dāng)量比Table 2　Grain yield and LER of pea and maize in different sole- and intercropping systems (kg hm–2)

2.3氮肥后移對玉米間作豌豆水分利用效率的影響

圖6表明以相應(yīng)單作豌豆和玉米WUE的加權(quán)平均為對照(豌豆以7/18計, 玉米以11/18計), 間作較單作的WUE兩年內(nèi)增加8%～24%, 說明間作具有提高玉米、豌豆WUE的作用。不同施氮制度下, 單作豌豆、單作玉米兩年均在氮肥后移15%制度下WUE最高, 較傳統(tǒng)施氮分別提高了8%、6%; 間作復(fù)合群體兩年平均WUE在氮肥后移15%下較傳統(tǒng)施氮處理提高了5%, 而在氮肥后移30%制度下提高了2%。因此, 玉米間作豌豆中集成應(yīng)用15%的氮肥后移技術(shù), 有利于提高作物水分利用效率。

主效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn), 種植模式、施氮制度及兩者的互作對玉米豌豆水分利用效率的效應(yīng)極顯著(Sig種植模式= 0.000<0.01, Sig施氮制度= 0.000<0.01, Sig種植模式*施氮制度= 0.001<0.01)。進一步證明間作與氮肥后移技術(shù)合理集成是提高水分利用效率的有效措施。

圖6　不同處理作物水分利用效率Fig. 6　Water use efficiency of different treatments處理縮寫同圖3。Treatments are abbreviated as those given in Fig. 3.

3　討論

3.1施氮與作物耗水特性的關(guān)系

劉曉宏等[19]研究表明, 小麥耗水量因土壤水分和施氮量的不同而變化, 水分充足, 春小麥耗水量隨施氮量的增加而顯著增加。本研究顯示間作耗水量在3個施氮制度下無顯著差異, 說明氮肥后移對間作總耗水量影響較小。另有研究表明, 作物總耗水量中, 棵間蒸發(fā)量(E)占有較大比重, 降低E值是減少土壤水分無效散失、提高水分有效利用的重要措施; 蒸散比(E/ET)揭露了不能被作物有效利用水分的百分比, E/ET越小表明被作物有效利用的水分越多[20-22]; 有關(guān)氮磷配施的研究指出, 合理氮、磷配比和用量可降低E/ET, 減少土壤水分蒸發(fā)損失[23]。本研究發(fā)現(xiàn), 通過合理的氮肥后移同樣可以減少E,降低E/ET。單作玉米、間作群體的E在氮肥后移15%制度下較傳統(tǒng)施氮制度下分別平均降低9%、6%。間作系統(tǒng)的E/ET在氮肥后移15%制度下最低, 說明適量的氮肥后移有利于降低間作系統(tǒng)水分的無效損失, 提高間作群體對水分的有效利用。小麥?zhǔn)┑吭囼灡砻? 總氮量由90 kg hm–2增加到150 kg hm–2可顯著降低拔節(jié)后的E值[24]; 與此相似, 本研究中,豌豆收獲后豌豆帶的E隨著氮肥后移量的增大而減小, 可能原因是氮肥后移有利于間作玉米后期的生長發(fā)育, 增加地表覆蓋度、減少蒸發(fā)。但是作物系統(tǒng)的E、E/ET會受到許多因素的影響[22], 間作系統(tǒng)整個生育期玉米帶的E值顯著低于豌豆帶, 豌豆收獲低6%, 豌豆收獲后低190%, 玉米帶地膜覆蓋可能是產(chǎn)生該結(jié)果的重要原因[25]; 另一方面, 豌豆收獲后豌豆帶完全裸露, 無效蒸發(fā)明顯增加。作物群體中的棵間蒸發(fā)與地表覆蓋以及土壤結(jié)皮等因子密切相關(guān)[26-27], 因此豌豆收獲后對其空帶進行覆蓋,可能是降低間作E和E/ET, 提高水分利用率的可行措施。

3.2氮肥后移對玉米間作豌豆籽粒產(chǎn)量和土地當(dāng)量比的影響

本研究中, 不同施氮制度下的間作復(fù)合群體的土地當(dāng)量比(LER)均大于1, 說明在本試驗配置的品種、田間結(jié)構(gòu)和施氮制度下, 間作具有提高土地利用率的作用。研究表明, 超高產(chǎn)夏玉米氮肥施用量

和追肥時期適當(dāng)?shù)暮笠颇軌虮ＷC生育后期土壤有效氮的充足供應(yīng)從而實現(xiàn)超高產(chǎn)[17], 氮肥后移還對冬小麥有明顯的增產(chǎn)及增穗效果[28]; 氮肥后移可提高小麥植株體內(nèi)活性氧清除酶的代謝合成量, 延緩植株衰老, 提高開花后旗葉葉綠素含量和光合速率,有利于籽粒進行灌漿[29-30]; 張玉等[31]的研究發(fā)現(xiàn),拔節(jié)期重施穗肥玉米的根系長度、面積、體積均顯著下降, 灌漿盛期則顯著上升。這些研究均說明, 氮肥施用時間上的合理運籌是提高作物產(chǎn)量和土地利用效率的重要措施。本試驗中, 間作混合產(chǎn)量在氮肥后移15%制度下高于傳統(tǒng)施氮下, 且在2013年差異顯著, 說明適量的氮肥后移對玉米間作豌豆有明顯的增產(chǎn)作用。并且單作玉米的產(chǎn)量表現(xiàn)有相同的趨勢, 說明在間作群體中玉米占有主導(dǎo)地位, Tsubo 等[32]的研究指出由C4類作物(玉米、高粱等)和C3類作物(豆科)所組成的間作群體中, C4作物是主導(dǎo)種, C3作物是附屬種。因此, 協(xié)調(diào)C4類作物與其間作配對作物的水分養(yǎng)分競爭及互補效應(yīng), 以此充分發(fā)揮C4作物的增產(chǎn)潛力應(yīng)作為氮肥后移模式下間作群體的研究方向之一。

3.3作物WUE對施氮制度的響應(yīng)

作物WUE指的是農(nóng)田蒸散消耗單位重量水(耗水量)所制造的干物質(zhì)量(產(chǎn)量)。翟丙年等[33]研究發(fā)現(xiàn), 在一定條件下, 施肥可以大幅度提高作物的WUE, 從而提出了“以肥調(diào)水”的思路。施氮對WUE的影響不僅與其施用量有關(guān), 而且與施用時期也有很大關(guān)系。WUE籽粒和WUE生物對施氮時期的要求不完全一致, 苗期和灌漿期施氮對WUE籽粒的影響較顯著,苗期和拔節(jié)期施氮對WUE生物的影響則更顯著。而這些時期同時也是影響籽粒產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量的關(guān)鍵時期, 證明了施氮是通過增加作物產(chǎn)量來提高WUE的。另有研究發(fā)現(xiàn), 雖然施氮不能顯著降低小麥生育期內(nèi)的耗水量, 但適宜施氮量(221 kg N hm–2)顯著增加春小麥籽粒產(chǎn)量, 從而有利于水分利用效率的提高[34]。本研究中, 間作群體在3個施氮處理下耗水量并沒有顯著差異, 但是間作混合產(chǎn)量在氮肥后移15%制度下高于傳統(tǒng)施氮, 且在2013年差異顯著,由此表明氮肥后移15%提高WUE的重要原因就是在耗水量變化不大的前提下, 增加作物產(chǎn)量。

4　結(jié)論

氮肥后移對玉米間作豌豆、單作玉米全生育期總耗水量影響不顯著, 但在氮肥后移15%制度下可顯著降低單作豌豆的耗水量。玉米間作豌豆棵間蒸發(fā)量和蒸散比在氮肥后移30%、氮肥后移15%制度下分別較傳統(tǒng)施氮減少2%、6%和2%、4%, 氮肥后移15%更有利于減少玉米間作豌豆的棵間蒸發(fā)量、降低蒸散比, 進而提高水分利用率。不同間作處理的平均LER為1.41, 氮肥后移對間作LER影響不顯著。與傳統(tǒng)施氮間作相比, 氮肥后移30%和15%玉米間作豌豆的混合籽粒產(chǎn)量分別提高3%和6%, 間作豌豆、間作玉米籽粒產(chǎn)量分別提高2%和6%, WUE分別提高2%和5%。因此, 玉米間作豌豆結(jié)合氮肥后移15%技術(shù)(底肥45 kg hm–2, 玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、花后15 d分別追施氮肥67.5、225、112.5 kg hm–2)是綠洲灌區(qū)提高產(chǎn)量和水分利用效率的種植模式之一。

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科學(xué)寫作

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20151207.1041.010.html

Effects of Postponing Nitrogen Topdressing on Water Use Characteristics of Maize-Pea Intercropping System

TENG Yuan-Yuan**, ZHAO Cai**, CHAI Qiang*, HU Fa-Long, and FENG Fu-Xue
Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science / Agronomy College, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China

Abstract:In oasis irrigation agricultural region, water resources deficit is one of the most penetrating constraints for developing intercropping. However, these was neither sufficient academic basis for enhancing water utilization rate through optimizing chemical nitrogen application, nor available practices for increasing yield and water use efficiency (WUE) of crops in developing cereal/legume intercropping. Here, we carried out a field experiment in Hexi Corridor, a typical arid oasis irrigation area in 2012-2013, and the effect of postponing nitrogen topdressing on yield and water use characteristics of sole- and intercropping maize, pea systems was investigated. The total nitrogen application level for the same cropping system was equal. On the basis of 10% basal N fertilizer plus 50% pre-tasseling N fertilizer, three N treatments were managed with different topdressing amounts postponed: N1, N postponing application with 30%; N2, N postponing application with 15%; and N3, traditional nitrogen application. The purpose of the study focused on providing academic and practical evidence for increasing yield and WUE through optimizing nitrogen fertilizer management. The results showed that, N postponing application had no significant influence on total water consumption (ET) of maize-pea intercropping in the whole growing stage, but the soil evaporation (E) and E/ET were significantly decreased. As compared with traditional nitrogen application treatment, evaporation and E/ET in 15% N postponing application maize-pea intercropping were reduced by 6% and 4%, respectively, while those in maize-pea intercropping with 30% N postponing application both by 2%. In maize-pea intercropping systems, average soil evaporation in pea strips was 329 mm, but

that in maize strips was 232 mm, showing that invalid water consumption in pea strip is significantly higher than that in maize strips. Mixed grain yield of maize-pea intercropping under N postponing application with 15% was 6% higher than that of the traditional nitrogen application treatment. And WUE of pea-maize intercropping systems was also significantly higher than that of the traditional nitrogen by 5%. As well as mixed grain yield and WUE of pea-maize intercropping under N postponing application with 30% was 3% and 2% higher than that of the traditional nitrogen application treatment respectively. Consequently, the 15% N postponing application (topdressing fertilizer with 67.5 kg N ha–1at pea flower pod period/maize jointing period, topdressing fertilizer with 225 kg N ha–1at maize pre-tasseling period and topdressing fertilizer with 112.5 kg N ha–1at maize 15 days after flowering period) combined with maize-pea intercropping could be one of the effective strategies to promote grain yield and WUE of cereal-legume intercropping in Oasis irrigation region.

Keywords:Cereal-legume intercropping; N postponing application; Water use characteristic; Oasis irrigation region

收稿日期Received(): 2015-05-12; Accepted(接受日期): 2015-11-20; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2015-12-07.

通訊作者*(Corresponding author): 柴強, E-mail: chaiq@gsau.edu.cn

DOI:10.3724/SP.J.1006.2016.00446