氮素對大豆和玉米輪作下植株干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的影響

李士良

摘要：進(jìn)行玉米和大豆輪作試驗(yàn)，分析輪作體系下氮肥施用對植株干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：在輪作制度下，玉米增施50%氮肥與常規(guī)施肥相比，灌漿期和乳熟期的干物質(zhì)質(zhì)量與成熟期的產(chǎn)量顯著提高;大豆減施50%氮肥與常規(guī)施肥相比，各生育期的干物質(zhì)質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量均下降，但減產(chǎn)并不顯著。綜合分析表明：在輪作周期內(nèi)總施氮量不變的條件下，玉米增施50%氮肥和大豆減施50%氮肥，可以在保證大豆減產(chǎn)不顯著的情況下顯著提高玉米產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：輪作;大豆;玉米;氮肥;干物質(zhì)積累;產(chǎn)量

中圖分類號：S513;S565.1 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2019）03-0005-04

近年來，遼寧省糧食生產(chǎn)面臨著玉米種植面積劇增、玉米連作焚燒秸稈、大豆產(chǎn)量不穩(wěn)、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)不合理等諸多問題。大豆和玉米輪作技術(shù)的研究與推廣是解決上述問題的關(guān)鍵。大豆與玉米輪作制度下，可充分發(fā)揮大豆根瘤固氮養(yǎng)地的優(yōu)勢，改善土壤肥力，同時(shí)利用作物根系來改良土壤耕層的理化性質(zhì)，降低土傳病蟲害和重迎茬危害。當(dāng)前，我國種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及黑土地保護(hù)耕作等一系列政策的落實(shí)，使糧豆輪作制度在東北地區(qū)得到了大力推廣。但現(xiàn)階段大豆和玉米輪作制度下的施肥方案仍參照傳統(tǒng)單作制度，并未考慮兩種作物的養(yǎng)分需求特點(diǎn)。因此，本課題從大豆和玉米的需氮特點(diǎn)入手，保持一個(gè)輪作周期內(nèi)施氮量不變，適當(dāng)提高玉米施氮量和降低大豆施氮量，比較大豆和玉米輪作制度下氮素調(diào)控對作物干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響，從而為大豆和玉米輪作提質(zhì)增效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以遼寧省主栽大豆品種遼豆15號（有限結(jié)莢習(xí)性）和玉米品種遼單558為供試材料，種子由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。供試肥料選用尿素（N 46%）、磷酸二銨（N 18%，P2O5 46%）、硫酸鉀（K2O 50%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017—2018年在遼寧省新民市盧屯鄉(xiāng)進(jìn)行。2017年選大豆和玉米為前茬地塊，分別種植玉米和大豆，2018年在2017年試驗(yàn)地塊實(shí)施輪作。試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)見表 1。

2017年開展豆—玉輪作（大豆茬口）和玉—豆輪作（玉米茬口）模式，每個(gè)作物分別設(shè)置2個(gè)施氮處理：SCK為大豆常規(guī)施氮量，SN50為大豆常規(guī)施氮量的50%;MCK為玉米常規(guī)施氮量，MN150為玉米常規(guī)施氮量的150%。2018年分別在玉米和大豆茬口實(shí)施輪作，玉—豆輪作（玉米茬口）的2個(gè)施氮處理表示為MCK—SCK和MN150—SN50，豆—玉輪作（大豆茬口）的2個(gè)施氮處理表示為SCK—MCK和SN50—MN150。一個(gè)輪作周期施氮總量保持不變，磷肥和鉀肥同當(dāng)?shù)厣a(chǎn)制度，具體施肥量見表2。玉米氮肥50%于基肥施入、50%于最后一次中耕時(shí)施入，磷肥和鉀肥作為基肥一次性施用;大豆氮磷鉀肥于基肥一次性施用。大豆播種密度為16.50萬株/hm2，玉米播種密度為6.75萬株/hm2。每個(gè)處理行長10 m，15壟，3次重復(fù)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

于玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和乳熟期，分別取5株樣品測定干物質(zhì)質(zhì)量;于大豆分枝期、開花期、結(jié)莢期、鼓粒期和始熟期，分別取5株樣品測定干物質(zhì)質(zhì)量。鮮樣樣品置于烘箱中85 ℃殺青50 min，再于70 ℃下烘干至恒重。于玉米和大豆成熟期，每小區(qū)取有代表性的5 m2植株進(jìn)行考種測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用Sigmaplot 12.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆—玉米輪作下增施氮肥對玉米干物質(zhì)積累的影響

大豆—玉米輪作條件下不同施氮處理間玉米干物質(zhì)積累情況如圖1所示。

由圖1可以看出：隨著玉米生長進(jìn)程的推進(jìn)，玉米植株干物質(zhì)積累量從大喇叭口期開始快速增長。2017年（前茬為大豆），在玉米生育后期，植株干物質(zhì)質(zhì)量在2個(gè)施氮處理間存在顯著差異（P<0.05）。其中，在灌漿期，增氮處理MN150玉米植株干物質(zhì)質(zhì)量比常規(guī)施氮MCK顯著提高了6.29%;在乳熟期，增氮處理MN150玉米植株干物質(zhì)質(zhì)量比常規(guī)施氮MCK顯著提高了5.46%。2018年（前茬為大豆），在玉米生育后期，SCK—MCK與SN50—MN150存在顯著差異（P<0.05）。其中，在灌漿期，增氮處理SN50—MN150玉米植株干物質(zhì)質(zhì)量比常規(guī)施氮SCK—MCK顯著提高了4.65%;在乳熟期，增氮處理SN50—MN150玉米植株干物質(zhì)質(zhì)量比常規(guī)施氮SCK—MCK顯著提高了6.00%。

2.2 玉米—大豆輪作下減施氮肥對大豆干物質(zhì)積累的影響

玉米—大豆輪作條件下不同施氮處理間大豆干物質(zhì)積累情況如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著大豆生長進(jìn)程的推進(jìn)，大豆植株干物質(zhì)積累量從分枝期開始快速增長，于鼓粒期達(dá)到最大，而后下降。2017年（前茬為玉米），減氮處理SN50比常規(guī)施氮SCK，分枝期、花期、結(jié)莢期、鼓粒期和始熟期的大豆植株干物質(zhì)質(zhì)量分別下降了22.10%，17.44%，3.86%，9.18%和6.94%。2018年（前茬為玉米），減氮處理MN150—SN50比常規(guī)施氮MCK—SCK，分枝期、花期、鼓粒期和始熟期的大豆植株干物質(zhì)質(zhì)量分別下降了0.85%，4.16%，3.70%和5.57%，而結(jié)莢期的大豆植株干物質(zhì)質(zhì)量提高了10.19%。

2.3 大豆—玉米輪作下增施氮肥對玉米產(chǎn)量性狀的影響

大豆—玉米輪作條件下不同施氮處理間玉米產(chǎn)量性狀見表3。

由表3可知：2017年（前茬為大豆），增氮處理MN150比常規(guī)施氮MCK，穗行數(shù)降低了0.68%，行粒數(shù)提高了0.75%，均未達(dá)顯著水平;百粒質(zhì)量顯著提高了6.68%，從而使產(chǎn)量顯著提高了9.41%。2018年（前茬為大豆），增氮處理SN50—MN150比常規(guī)施氮SCK—MCK，穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量分別提高了3.13%，5.37%，6.59%和11.22%，其中行粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量達(dá)到了顯著或極顯著水平。

2.4 玉米—大豆輪作下減施氮肥對大豆產(chǎn)量性狀的影響

玉米—大豆輪作條件下不同施氮處理間大豆產(chǎn)量性狀見表4。

由表4可知：2017年（前茬為大豆），減氮處理SN50比常規(guī)施氮SCK，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量分別降低了3.10%，4.24%，0.21%和2.71%，但均未達(dá)顯著水平。2018年（前茬為玉米），減氮處理MN150—SN50比常規(guī)施氮MCK—SCK，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量分別降低了1.60%，1.19%，0.11%和1.56%，但均未達(dá)顯著水平。

3 結(jié)論與討論

施用氮肥是提高作物籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的重要途徑之一。相關(guān)研究表明，氮素會對大豆根系形態(tài)和根瘤性狀產(chǎn)生顯著影響，從而直接影響地上部籽粒產(chǎn)量。然而，為追求產(chǎn)量增加而過量和盲目施肥，不僅會增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，造成資源浪費(fèi)和化肥利用率降低，而且容易帶來土壤和水體環(huán)境污染，制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，科學(xué)合理施肥對于實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)高效和環(huán)境友好具有重大意義。

大豆—玉米輪作制度的施肥方案不同于單作制度。李蕊等人研究表明，在玉米—大豆輪作條件下，2個(gè)輪作周期內(nèi)，玉米正常施肥而大豆進(jìn)行減量施肥和不施肥，導(dǎo)致大豆產(chǎn)量顯著降低;另外，前茬玉米過量施肥、豆田不施肥（豆肥米施），同樣帶來大豆約5.0%的減產(chǎn)。谷秋榮等人研究表明，適量施用氮肥能夠通過改善大豆植株養(yǎng)分狀況來顯著提高大豆籽粒產(chǎn)量。張明聰?shù)热搜芯勘砻?，在黑龍江墾區(qū)大豆—玉米輪作體系下，大豆茬口減施50%氮肥、增施50%玉米磷肥與玉米茬口增施50%大豆氮肥、減施50%磷肥處理可以實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量顯著提高，同時(shí)保證大豆產(chǎn)量不降低，達(dá)到輪作周期施肥量不變而總產(chǎn)量增加的目標(biāo)。本課題研究表明，在玉米—大豆輪作下，2017年玉米增施50%氮肥（MN150）比常規(guī)施肥（MCK）玉米產(chǎn)量顯著提高，2018年大豆減施50%氮肥（MN150—SN50）比常規(guī)施肥（MCK—SCK）大豆產(chǎn)量均略微下降。在大豆—玉米輪作下，大豆減施50%氮肥（SN50）比常規(guī)施肥（SCK）大豆籽粒產(chǎn)量均下降，但減產(chǎn)并不顯著;玉米增施50%氮肥（SN50—MN150）比常規(guī)施肥（SCK—MCK）玉米產(chǎn)量顯著提高。由此說明，在遼寧地區(qū)大豆—玉米輪作制度下，保證1個(gè)輪作周期內(nèi)氮肥施用總量不變，實(shí)行豆肥米施，玉米產(chǎn)量可以提高9%～11%，而大豆產(chǎn)量僅降低2%～3%。

作物產(chǎn)量形成是同化物積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及分配的過程。前人研究表明，大豆生育前期積累干物質(zhì)量對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)有限，而鼓粒期后的干物質(zhì)積累量及分配效率則決定了籽粒產(chǎn)量高低。本課題研究表明，在2017年大豆茬口減施50%氮肥處理下，大豆分枝期、花期、結(jié)莢期、鼓粒期和始熟期的干物質(zhì)質(zhì)量分別下降了22.10%，17.44%，3.86%，9.18%和6.94%，從而表現(xiàn)出減產(chǎn)趨勢;而在2018年大豆茬口減施50%氮肥處理下，大豆分枝期、花期、結(jié)莢期、鼓粒期和始熟期干物質(zhì)質(zhì)量降幅低于2017年，主要原因是前茬玉米增施50%氮肥，導(dǎo)致土壤氮素殘留。另外，玉米籽粒產(chǎn)量也與花后的干物質(zhì)積累呈顯著正相關(guān)。本課題研究表明，玉米茬口增施50%氮肥會顯著提高灌漿期和乳熟期的干物質(zhì)積累，從而帶來籽粒產(chǎn)量的顯著提高。

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