玉米氮素吸收分配規(guī)律對(duì)不同種植模式的響應(yīng)

孟維偉 南鎮(zhèn)武 高華鑫 徐杰 白雪 劉靈艷 張正

摘要：為進(jìn)一步明確玉米花生寬幅間作穩(wěn)糧增油模式下玉米的氮素吸收分配規(guī)律及其與單作的差異。本試驗(yàn)在玉米單作、玉米花生行比2∶4間作種植模式下，均設(shè)置施氮、不施氮兩個(gè)處理，研究不同種植模式下玉米干物質(zhì)積累、氮素積累和分配及其對(duì)產(chǎn)量和氮素利用效率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，間作模式下可以顯著提高凈面積干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量以及氮肥利用效率；施氮處理增加了不同種植模式下玉米干物質(zhì)積累及氮素積累，進(jìn)而有效提高了氮素收獲指數(shù)。在本試驗(yàn)條件下，玉米花生行比2∶4且玉米施純氮300 kg/hm2是間作玉米獲得高產(chǎn)高效的適宜栽培方式。

關(guān)鍵詞：玉米花生間作；干物質(zhì)積累；籽粒產(chǎn)量；氮素利用

中圖分類號(hào)：S513.04文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2018）04-0059-05

Abstract The experiment was conducted under two planting patterns as maize monoculture and maize-peanut intercropping with row ration of 2∶4 to further clarify the differences of nitrogen absorption and distribution regularities. Two treatments were set with nitrogen and no nitrogen application to study the dry matter accumulation， nitrogen accumulation and distribution and their effects on yield and nitrogen use efficiency in maize under the two planting patterns. The results showed that the dry matter accumulation， grain yield and nitrogen use efficiency could be significantly improved under the intercropping pattern. The application of nitrogen fertilizer increased the dry matter accumulation and nitrogen accumulation under different planting patterns， and further effectively increased the nitrogen harvest index. In these experiment conditions，applying 300 kg/hm2 nitrogen in the intercropping pattern was suitable for achieving high yield and high benefit of maize.

Keywords Maize-peanut intercropping； Dry matter accumulation； Grain yield； Nitrogen utilization

我國耕地面積僅占世界耕地面積的7%，人均占有耕地面積還達(dá)不到世界平均水平的二分之一，且耕地的儲(chǔ)備資源明顯不足[1]，是較為顯著的資源約束型大國。隨著我國人口的持續(xù)增長(zhǎng)，人們對(duì)糧食的需求量也隨之增加，因此迫切需要提高單位面積土地資源的產(chǎn)出，緩解土地資源不足與糧食需求持續(xù)增長(zhǎng)的矛盾。花生是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物，由于糧食需求量的增加和耕地面積不充裕等原因的限制，花生的種植面積連年縮減。油料作物發(fā)展面臨著與糧食作物爭(zhēng)地的窘境，但以犧牲糧食安全為代價(jià)來發(fā)展油料作物的方式方法并不可行。

合理的間套作可以通過靈活運(yùn)用不同作物不同生育時(shí)期的時(shí)空差異，合理集約利用水、肥、光、熱等自然資源，具有增效、增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)保收以及協(xié)調(diào)作物爭(zhēng)地矛盾的重要意義。間套作已經(jīng)是目前為止我國乃至世界解決糧食問題的重要途徑和方法之一。國內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)傳統(tǒng)間作模式下玉米、花生間作的作物產(chǎn)量形成、花生固氮、氮鐵營養(yǎng)效應(yīng)、光的分層立體高效利用、土壤酶活性、土壤環(huán)境等方面進(jìn)行了大量的研究[2-5]，本研究在耕地面積不斷減少和糧油爭(zhēng)地矛盾突出的背景下，提出的玉米‖花生間作穩(wěn)糧增油模式不同于傳統(tǒng)間作，其核心在于縮短玉米株行距，保證間作玉米密度不減，穩(wěn)定玉米總產(chǎn)量，擴(kuò)大玉米花生間距，降低花生邊行劣勢(shì)，提高間作花生產(chǎn)量，是保障我國糧油安全的重要途徑。該模式間作玉米凈面積密度顯著高于單作玉米密度，但其對(duì)氮素吸收利用規(guī)律尚缺乏系統(tǒng)研究。本試驗(yàn)重點(diǎn)研究了氮素對(duì)穩(wěn)糧增油間作模式下玉米干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響，明確施氮及不施氮條件下單作與間作玉米對(duì)氮素的吸收、分配、利用規(guī)律及其生理基礎(chǔ)，對(duì)合理使用氮肥，提高穩(wěn)糧增油寬幅間作模式下玉米產(chǎn)量具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2016年6—10月在山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所龍山試驗(yàn)基地（東經(jīng)117°32′，北緯36°43′）進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為壤土，播種前0～20 cm土層土壤養(yǎng)分狀況如表1。

1.2 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以耐密、高產(chǎn)、緊湊型玉米品種登海605，以相對(duì)耐蔭、高產(chǎn)花生品種花育25號(hào)為供試材料。在玉米‖花生行比2∶4 間作和玉米單作（對(duì)照）2 個(gè)種植模式下，間作體系中花生帶正常施肥，施氮量為225 kg/hm2，均基肥施入。玉米‖花生間作體系中玉米（玉間）和單作玉米（玉單）進(jìn)行氮肥處理，分別設(shè)不施氮、施純氮300 kg/hm2 處理，基肥和大口期追肥比例為6∶4，每處理重復(fù) 3 次。各處理均基施磷肥（P2O5）150 kg/hm2和鉀肥（K2O）150 kg/hm2。

單作玉米與玉米‖花生間作同時(shí)于2016年6月20日播種，2016年10月7日收獲。種植規(guī)格（見圖1）：?jiǎn)巫饔衩仔芯?0 cm，株距27 cm， 種植密度為 6 萬株/hm2。間作玉米小行距40 cm，玉米花生間距20 cm，玉米株距14 cm， 種植密度為6 萬株/hm2；間作花生壟距80 cm，壟面寬50 cm，壟上種2行花生（行距25 cm），花生穴距10 cm，種植密度為16.5 萬穴/hm2，單粒精播，其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品采集與測(cè)定 分別于玉米拔節(jié)期、開花期、灌漿期和成熟期采集每小區(qū)0～20 cm耕層土壤樣品，晾干待測(cè)；用半微量凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮。

1.3.2 植株樣品采集與測(cè)定 在采集土壤樣品的同時(shí)，每重復(fù)取3～5株玉米植株樣品，分為葉、莖、籽粒及其他四部分。樣品于105℃殺青30 min后，于80℃烘干至恒重，用于計(jì)算地上部干物重；樣品粉碎后，用濃H2SO4-H2O2 消煮，半微量凱氏定氮法測(cè)定植株全氮。

1.3.3 成熟期測(cè)產(chǎn) 成熟期單作每小區(qū)收獲中間5 m 兩行玉米樣段內(nèi)所有雌穗，間作選一個(gè)帶寬收取5 m樣段內(nèi)所有雌穗，均風(fēng)干脫粒后測(cè)產(chǎn)。間作玉米產(chǎn)量是基于總間作帶占地面積的產(chǎn)量，玉米凈面積產(chǎn)量則為基于實(shí)際占地面積的產(chǎn)量。

1.3.4 氮素積累量與氮素利用率 氮素積累量即為某生育期單位面積植株氮的積累量。氮素相關(guān)參數(shù)計(jì)算公式[6，7]如下。

氮素收獲指數(shù)（%）=成熟期單位面積植株籽粒氮素積累量/植株氮素總積累量×100；

氮肥農(nóng)藝效率（kg/kg）=（施氮肥區(qū)產(chǎn)量-不施氮肥區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥利用率（%）=（施氮肥區(qū)植株氮積累量-不施氮肥區(qū)植株氮積累量）/施氮量×100；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）= 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 11.5 統(tǒng)計(jì)軟件處理并分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮和不施氮條件下不同種植模式對(duì)玉米關(guān)鍵生育時(shí)期干物質(zhì)積累的影響

由圖2可以看出，施氮和不施氮條件下不同種植模式的玉米比面積干物質(zhì)積累量隨生育進(jìn)程而顯著增加。不同種植方式下施氮處理的玉米比面積干物質(zhì)顯著高于不施氮處理，相同施氮條件下單作玉米各生育時(shí)期比面積干物質(zhì)積累量顯著高于間作玉米。表現(xiàn)為單作施氮處理比面積干物質(zhì)積累量最高，單作不施氮與間作施氮處理的比面積干物質(zhì)積累量無顯著差異，都明顯高于間作模式下不施氮的處理。由圖2還可以看出，按照玉米凈占地面積來計(jì)算，間作玉米凈面積上干物質(zhì)積累量顯著高于單作玉米，施氮處理顯著高于不施氮處理。表明施氮和間作增密均提高了玉米帶的干物質(zhì)積累量，利于間作玉米邊行優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮和間作玉米產(chǎn)量的相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 施氮和不施氮條件下不同種植模式對(duì)玉米關(guān)鍵生育時(shí)期氮素積累的影響

由圖3可以看出，施氮和不施氮條件下不同種植模式的玉米氮素積累量隨生育進(jìn)程而先快速增加；灌漿至成熟期玉單不施氮及玉間施氮處理略有增加，玉單施氮及玉間不施氮處理呈降低趨勢(shì)。不同種植方式下施氮處理的玉米氮素積累量顯著高于不施氮處理，而相同施氮條件下單作玉米的氮素積累量顯著高于間作玉米的氮素積累量。

由圖3還可以看出，按照玉米凈占地面積來計(jì)算，相同氮素處理下，開花期之后間作玉米凈面積上氮素積累量顯著高于單作玉米；同一種植模式下，施氮處理玉米氮素積累量顯著高于不施氮處理。表明施氮和間作增密均提高了玉米帶的氮素積累量。

2.3 施氮和不施氮條件下不同種植模式對(duì)成熟期玉米氮素分配的影響

由表2還可以看出，成熟期各處理玉米氮素分配均表現(xiàn)為籽粒氮素在植株中的積累量最高。不同器官氮素積累量及植株總氮素積累量均以單作施氮處理最高，其次為間作施氮處理，間作不施氮處理植株氮素積累量最低，表明間作條件下不施氮肥不利于玉米單株氮素積累量的增加。

從表3可以看出，不同種植模式及不同氮肥處理對(duì)氮素在玉米各器官中的分配規(guī)律影響較小，各處理均表現(xiàn)為籽粒氮素分配比例最高，占全株總量的56.7%以上。其次為莖、葉部位，其他部位氮素積累分配最少。不施氮條件下，間作和單作玉米各器官（莖除外）氮素分配比例無顯著差異。與單作施氮處理相比，間作施氮處理提高了玉米籽粒和莖氮素分配比例，降低了葉片分配比例。

2.4 施氮和不施氮條件下不同種植模式對(duì)土壤全氮含量的影響

由表4可知，隨著玉米植株的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤及肥料中的氮素逐漸被吸收、揮發(fā)而消耗，各處理土壤全氮含量在開花期之后隨著生育期的推進(jìn)而呈逐漸下降趨勢(shì)。間作施氮處理下土壤全氮含量顯著高于其他處理，這可能是間作施氮條件下，玉米對(duì)花生氮素的競(jìng)爭(zhēng)吸收能力增強(qiáng)，對(duì)土壤全氮的吸收減少所導(dǎo)致的。

2.5 施氮和不施氮條件下不同種植模式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表5 可知，不同施氮處理的種植密度無顯著差異。間作玉米比面積密度與單作密度無顯著差異，但間作凈面積密度明顯高于玉米單作密度。從表5 還可以看出，不同種植模式下，施氮顯著提高了玉米籽粒產(chǎn)量。不同氮肥處理下，間作降低了玉米間作面積產(chǎn)量，而顯著增加了凈占地面積產(chǎn)量。這是由于間作壓縮了玉米的株行距，保證間作密度不減，充分發(fā)揮玉米的邊行優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致的。這也是玉米‖花生間作穩(wěn)定玉米產(chǎn)量增加花生產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.6 施氮和不施氮條件下不同種植模式對(duì)玉米氮素利用效率的影響

由表6可以看出，氮素收獲指數(shù)表現(xiàn)為施氮處理顯著高于不施氮處理，但在相同施氮處理下不同種植模式對(duì)氮素收獲指數(shù)影響不顯著。氮肥農(nóng)藝效率和氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為單作玉米顯著高于間作玉米，而氮肥利用率則表現(xiàn)為間作玉米顯著高于單作玉米，由此表明間作模式下施氮顯著提高了玉米的氮肥利用率，有利于肥料的有效利用。

3 討論與結(jié)論

間套作提高土地當(dāng)量比的核心在于充分利用溫、光、熱等資源和較高的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。玉米花生間作是一種典型的傳統(tǒng)間作模式，采用的是高稈作物與矮稈作物、禾本科與豆科作物間作的模式。前人研究表明，玉米花生間作利用玉米和花生對(duì)光的不同適應(yīng)性，而充分利用地上部光熱資源[8，9]，利用禾本科和豆科作物根系深淺、疏密不一，根系的密集分布范圍不同等優(yōu)點(diǎn)及豆科作物的根瘤固氮作用、禾本科作物對(duì)氮的競(jìng)爭(zhēng)吸收，而充分利用地下部養(yǎng)分和養(yǎng)地效應(yīng)[10，11]。在玉米花生間作體系中，玉米對(duì)氮肥的依賴性強(qiáng)，是一種需氮量很高的作物[12]，體系中的花生是對(duì)氮素需求量很低的作物，且可以通過根瘤固氮的形式為間作體系中的花生補(bǔ)充氮素營養(yǎng)物質(zhì)，這可能是玉米花生間作系統(tǒng)體現(xiàn)氮素營養(yǎng)優(yōu)勢(shì)的主要原因[13]。合理的氮肥管理措施，是提高植株對(duì)氮素的吸收積累，滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育的氮素需求的重要途徑。

本研究間作模式中縮小了玉米的株行距，局部增加玉米密度，保障間作玉米密度與單作玉米密度一致的條件下進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)牡释度胍琅f是單作和間作玉米增產(chǎn)的主要途徑。施氮處理在不同程度上增加了不同種植模式下玉米干物質(zhì)積累量、氮素收獲指數(shù)和籽粒產(chǎn)量。相同施氮處理?xiàng)l件下間作可以顯著提高凈面積干物質(zhì)積累量和凈面積籽粒產(chǎn)量，這可能是因?yàn)榛ㄉg作條件下玉米的深根系可以爭(zhēng)取到更多的養(yǎng)分和水分，從而促進(jìn)玉米凈面積上的生物量增加，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

玉米整個(gè)生育期對(duì)氮素營養(yǎng)吸收情況的表現(xiàn)可以由氮素積累所直接反映出來。作物對(duì)氮素或氮肥的吸收利用效率可以從側(cè)面描述氮素收獲指數(shù)、氮肥農(nóng)藝效率和氮肥偏生產(chǎn)力，也可以定量表示氮肥利用率[14]。廖敦平等[15]研究表明玉米與豆科作物間套作有利于提高玉米的氮素吸收效率。本試驗(yàn)結(jié)果表明施氮處理增加了單作和間作條件下玉米干物質(zhì)積累以及氮素的積累，并且提高了氮素收獲指數(shù)。在相同的施氮處理?xiàng)l件下，間作模式顯著提高了間作玉米凈面積氮素積累量和氮肥利用效率。本試驗(yàn)條件下，間作促進(jìn)了玉米對(duì)土壤氮素的吸收利用，玉米花生行比2∶4且玉米施純氮 300 kg/hm2 是穩(wěn)糧增油模式下間作玉米獲得高產(chǎn)高效的適宜栽培方式。

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