麥后復(fù)種綠肥及配施不同水平氮肥對小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用的影響

張文霞，李盼，殷文，陳桂平，樊志龍，胡發(fā)龍，范虹，何蔚

麥后復(fù)種綠肥及配施不同水平氮肥對小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用的影響

張文霞，李盼，殷文，陳桂平，樊志龍，胡發(fā)龍，范虹，何蔚

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建干旱生境作物學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，蘭州 730070

【目的】針對甘肅省河西地區(qū)春小麥種植氮肥投入量大、肥源單一、氮素利用率低及小麥品質(zhì)差的問題，探究適宜的綠肥與減量配施氮肥的栽培技術(shù)對春小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素吸收利用的影響，以期為河西灌區(qū)春小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和綠色生產(chǎn)方式提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭囼炗?019—2021年在甘肅武威河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行，試驗采用裂區(qū)設(shè)計方法，主區(qū)設(shè)單作小麥（W）和麥后復(fù)種豆科綠肥（W-G）兩種種植模式；副區(qū)為5種施氮水平：農(nóng)戶傳統(tǒng)施氮100% N肥（180 kg·hm-2，N4）、傳統(tǒng)施氮的85% N肥（N3）、傳統(tǒng)施氮的70% N肥（N2）、傳統(tǒng)施氮的55% N肥（N1）及不施氮肥（N0）?！窘Y(jié)果】麥后復(fù)種綠肥結(jié)合施氮85%（W-G-N3）可顯著提高小麥籽粒和生物產(chǎn)量，W-G-N3較單作小麥模式下施氮85%（W-N3）和傳統(tǒng)施氮（W-N4）籽粒產(chǎn)量分別提高16.7%—18.4%和13.6%—34.4%，W-G-N3較W-N3與W-N4生物產(chǎn)量分別提高11.3%（2020）與5.2%—11.6%（2020—2021），籽粒產(chǎn)量提高幅度大于生物產(chǎn)量，因而，W-G-N3處理具有較高的收獲指數(shù)，較W-N3和W-N4收獲指數(shù)分別提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。同時，W-G-N3可通過增加籽粒蛋白質(zhì)含量、沉降值和濕面筋含量改善營養(yǎng)品質(zhì)，其中W-G-N3較W-N3蛋白質(zhì)含量、沉降值和濕面筋含量分別提高12.3%—16.1%、28.7%—47.2%和10.7%—11.1%；W-G-N3較W-N4蛋白質(zhì)含量提高8.9%—12.4%，但W-G-N3與W-N4處理沉降值和濕面筋含量差異不顯著。此外，W-G-N3較W-N3和W-N4有利于促進(jìn)小麥吸收氮素及轉(zhuǎn)化為籽粒產(chǎn)量，其中植株吸氮量分別提高42.2%—58.9%和35.2%—45.0%，氮肥利用率分別提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%，氮肥偏生產(chǎn)力分別提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%；W-G-N3處理也可補(bǔ)償減氮造成的氮肥農(nóng)學(xué)效率的降低，較W-G-N4氮肥農(nóng)學(xué)效率提高74.2%—80.0%。相關(guān)分析表明，麥后復(fù)種綠肥配合適量減氮通過促進(jìn)氮素吸收利用而增加籽粒產(chǎn)量，同時又可顯著改善籽粒營養(yǎng)品質(zhì)?！窘Y(jié)論】麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量的85%（153 kg·hm-2）模式是河西綠洲灌區(qū)增加春小麥產(chǎn)量、改善籽粒品質(zhì)和提高氮肥利用效率的適宜種植模式和施氮水平。

綠肥還田；施氮水平；籽粒產(chǎn)量；營養(yǎng)品質(zhì)；氮素利用

0 引言

【研究意義】小麥（）作為我國重要的糧食作物之一，其產(chǎn)量和品質(zhì)對糧食安全具有極其重要的作用，也是保證社會穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本[1]。隨著人口增加及人民生活水平的提高，高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥的需求不斷增加。目前，增加小麥產(chǎn)量主要源于氮肥的大量投入，但易造成氮肥利用率較低[2]。因此，研發(fā)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及提質(zhì)增效的小麥栽培技術(shù)十分必要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】小麥產(chǎn)量與品質(zhì)不僅受自然環(huán)境與品種遺傳特性控制，還與合理的耕作制度、水肥管理、種植密度和覆蓋方式等農(nóng)藝措施密切相關(guān)[3-4]。在眾多因素中，施氮對小麥產(chǎn)量、品質(zhì)以及氮素利用效率具有明顯的調(diào)控作用[5-6]。研究發(fā)現(xiàn)，酰胺態(tài)氮肥在高氮（225 kg·hm-2）條件下能顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量，同時又可促進(jìn)籽粒品質(zhì)提升，尤其提高籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值等指標(biāo)[7]；相反，不合理施用氮肥會導(dǎo)致小麥籽粒產(chǎn)量、加工品質(zhì)以及營養(yǎng)品質(zhì)的下降，當(dāng)施氮總量超過240 kg·hm-2時，植株吸氮量不再增加，導(dǎo)致氮素利用率下降[8-9]。長期施用大量化學(xué)肥料會造成土壤氮素資源的浪費(fèi)，致使耕地質(zhì)量不斷惡化，給農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來巨大破壞[5,10]。因此，在保證小麥產(chǎn)量與穩(wěn)定營養(yǎng)品質(zhì)的基礎(chǔ)上，合理地減少化學(xué)氮肥的施用，對于小麥生產(chǎn)具有重要意義。眾多研究表明，復(fù)種翻壓綠肥可使土壤中腐殖質(zhì)含量增加，顯著提高土壤微生物數(shù)量、酶活性以及有機(jī)質(zhì)含量[11-13]，同時，豆科綠肥具有較好的固氮作用，可顯著提高土壤中氮素含量[14]。此外，有研究表明綠肥還田能夠促進(jìn)作物生長發(fā)育，可顯著提高產(chǎn)量且利于改善作物品質(zhì)[15-16]。在傳統(tǒng)單作小麥模式的基礎(chǔ)上，小麥?zhǔn)斋@后復(fù)種豆科綠肥可有效為后茬作物提供養(yǎng)分，在保障農(nóng)田肥力的前提下，又可減少化學(xué)氮肥的投入，實現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同提升，從而達(dá)到節(jié)本增效及改善環(huán)境的目的[17]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】西北河西綠洲灌區(qū)光熱資源豐富，且降水主要集中在7—9月份，麥后休閑期長，造成自然資源嚴(yán)重浪費(fèi)，而針對該地區(qū)集成綠肥的栽培技術(shù)研究以提高主栽作物產(chǎn)量及光熱資源利用為主[14,17]。在化學(xué)氮肥配施綠肥的研究中，前人以關(guān)注作物生產(chǎn)力、生理特性及農(nóng)田土壤質(zhì)量等方面的表現(xiàn)為主[13-14]，對復(fù)種綠肥調(diào)控小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素吸收利用單一研究較多[18-19]，但對其同步增產(chǎn)、提質(zhì)及增效研究不足，因此，需要進(jìn)一步優(yōu)化栽培技術(shù)，挖掘同步增加產(chǎn)量、提升品質(zhì)以及提高氮素利用的潛力?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在河西綠洲灌區(qū)單作小麥的基礎(chǔ)上，設(shè)置麥后復(fù)種豆科綠肥毛葉苕子（）和夏季休閑兩種種植模式，系統(tǒng)研究麥后復(fù)種綠肥與不同施氮水平對小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素吸收利用的影響，為增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及提質(zhì)增效的小麥栽培提供理論依據(jù)及技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

于2018年在甘肅省武威市黃羊鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)綠洲農(nóng)業(yè)試驗基地進(jìn)行田間定位試驗。該基地隸屬甘肅河西走廊東端，屬溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫7.2 ℃，年均≥10 ℃積溫約2 985 ℃，年均太陽輻射達(dá)6 000 MJ·m-2，適宜種植春小麥，麥后農(nóng)田休閑期長，可復(fù)種豆科綠肥。土壤類型為灌漠土，0—30 cm土層土壤pH 8.2、土壤容重1.57 g·cm-3、有機(jī)質(zhì)含量12.5 g·kg-1、全氮含量0.68 g·kg-1、銨態(tài)氮含量1.87 mg·kg-1、硝態(tài)氮含量12.51 mg·kg-1、全磷（P2O5）含量1.41 g·kg-1、速效磷含量29.2 mg·kg-1、速效鉀含量152 mg·kg-1。試驗?zāi)攴荽盒←溕趦?nèi)降水及氣溫狀況如圖1。該地區(qū)小麥多采用傳統(tǒng)單作模式，以施用大量化學(xué)氮肥為主要增產(chǎn)方式，但長期施肥造成籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用效率下降以及農(nóng)田土壤退化愈發(fā)嚴(yán)重。

圖1 2020和2021年試驗區(qū)小麥生育期內(nèi)降水量和氣溫變化

1.2 試驗設(shè)計

2018年度開展預(yù)備試驗，本文采用2020年和2021年小麥生長季的試驗數(shù)據(jù)。試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為兩種不同的種植模式，即麥后復(fù)種綠肥處理（W-G）與單作小麥處理（W）。副區(qū)為5個施氮水平：100% N肥（N4）、不施氮肥（N0）、55% N肥（N1）、70% N肥（N2）、85% N肥（N3），其中100% N肥為傳統(tǒng)小麥?zhǔn)┑?80 kg·hm-2；共計10個處理，3次重復(fù)，即30個小區(qū)，小區(qū)面積為44 m2（8 m×5.5 m）。

小麥品種為寧春4號，綠肥采用毛葉苕子，品種為土庫曼苕子。小麥播種密度為675萬粒/hm2，條播，行距15 cm；毛葉苕子播種量為25 kg·hm-2，條播，行距15 cm。2020與2021年小麥播種時間分別為3月20日與3月17日，收獲時間分別為7月23日與7月26日；2019與2020年綠肥播種時間分別為8月1日與7月31日，翻壓還田時間分別為10月19日與10月21日。小麥?zhǔn)斋@后移除小麥秸稈并立即整理土地播種綠肥，并于10月中下旬采用秸稈還田機(jī)全量粉碎還田并旋耕。

施P肥和灌水制度與地方高產(chǎn)田保持一致，即小麥生育期施P2O590 kg·hm-2，全作基肥；采用統(tǒng)一灌水水平，灌水方式為滴灌，冬儲灌1 200 m3·hm-2，春小麥在苗期、孕穗期、灌漿期分別灌水750、900、750 m3·hm-2，麥后復(fù)種毛葉苕子苗期、分枝期、現(xiàn)蕾前期分別灌水500、500、600 m3·hm-2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 小麥產(chǎn)量 小麥成熟期每個小區(qū)取4 m×1.5 m樣方單獨(dú)收割測產(chǎn)，風(fēng)干后計算單位面積生物產(chǎn)量并進(jìn)行脫粒稱重，采用PM 8188型谷物水分測定儀測定籽粒含水率，重復(fù)5次并取其平均值，按13%籽粒含水量折合計算單位面積籽粒產(chǎn)量[19]，并計算收獲指數(shù)：收獲指數(shù)=籽粒產(chǎn)量/生物產(chǎn)量。

1.3.2 小麥籽粒品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)測定 采用FOSS近紅外品質(zhì)分析儀NIRS DS 2500進(jìn)行小麥籽粒容重、硬度、降落數(shù)值、淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、灰分含量、沉降值以及濕面筋含量等指標(biāo)的測定。

1.3.3 小麥氮素含量測定與氮素利用相關(guān)指標(biāo)計算 小麥成熟期按每小區(qū)隨機(jī)取樣20株（不包括根系），在105 ℃烘箱中30 min殺青，然后調(diào)至80 ℃恒溫連續(xù)烘干至恒重，稱重后用粉碎機(jī)粉碎過0.2 mm篩，后裝入帶標(biāo)號的自封袋中帶回實驗室，取已粉碎制好的植株樣品采用全自動碳氮分析儀測定各植株氮素含量（%），計算公式如下[20-21]：植株吸氮量（kg·hm-2）=植株干重×含氮量；氮肥利用率（NUE，%）=（施氮區(qū)地上部吸氮量-對照區(qū)地上部吸氮量）/施氮量×100；氮肥偏生產(chǎn)力（NPFP，kg·kg-1）=施氮肥區(qū)小麥籽粒產(chǎn)量/施氮量；氮肥農(nóng)學(xué)效率（NAE，kg·kg-1）=（施氮肥區(qū)小麥籽粒產(chǎn)量-不施氮肥區(qū)小麥籽粒產(chǎn)量）/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019和Origin 2021整理、匯總數(shù)據(jù)并制作圖表，SPSS 19.0進(jìn)行方差分析（two-way ANOVA）、顯著性檢驗（Duncan法，＜0.05）和相關(guān)性分析（Person法）。

2 結(jié)果

2.1 麥后復(fù)種綠肥和不同施氮水平對小麥產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響

2.1.1 籽粒產(chǎn)量 不同種植模式、施氮水平下小麥籽粒產(chǎn)量在兩個試驗?zāi)攴蓍g存在顯著差異，但二者交互作用對籽粒產(chǎn)量無顯著影響（圖2）。麥后復(fù)種綠肥（W-G）較單作模式（W）籽粒產(chǎn)量提高11.4%—17.4%；適量減氮（傳統(tǒng)施氮的85% N肥）具有較高的籽粒產(chǎn)量，其中施氮85%（N3）較施氮55%（N1）和施氮70%（N2）籽粒分別增產(chǎn)22.4%—37.1%和16.5%—18.9%。麥后復(fù)種綠肥結(jié)合施氮85%（W-G-N3）較單作小麥模式下施氮55%（W-N1）、施氮70%（W-N2）、施氮85%（W-N3）和傳統(tǒng)施氮（W-N4）處理的籽粒產(chǎn)量分別提高37.3%—51.5%、35.7%—38.2%、16.7%—18.4%和13.6%—34.4%。因此，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%的條件下仍可實現(xiàn)小麥增產(chǎn)的目標(biāo)。

2.1.2 生物產(chǎn)量 種植模式、施氮水平及二者交互作用對小麥的生物產(chǎn)量影響較顯著（圖2）。兩個試驗?zāi)甓戎?，W-G較W生物產(chǎn)量提高10.8%—13.8%。N3較N0、N1、N2生物產(chǎn)量分別提高51.9%—55.4%、11.6%—13.4%與5.7%—9.7%，但N3與N4間生物產(chǎn)量差異不顯著。與W-N4相比，W-G-N3生物產(chǎn)量提高5.2%—11.6%。2020年，W-G-N3較W-N3生物產(chǎn)量提高11.3%，而2021年差異不顯著。可見，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%的條件可有效增加地上部生物產(chǎn)量，利于增強(qiáng)小麥增產(chǎn)潛力。

2.1.3 收獲指數(shù) 種植模式對小麥?zhǔn)斋@指數(shù)影響不顯著，但施氮水平及其與種植模式二者交互作用對小麥?zhǔn)斋@指數(shù)影響顯著（圖2）。N3較N0、N1、N2和N4小麥?zhǔn)斋@指數(shù)分別提高19.2%—22.6%、7.7%— 22.7%、6.1%—12.3%和5.8%—6.8%，而W-G與W間收獲指數(shù)無顯著差異。與W-N3和W-N4處理相比，W-G-N3收獲指數(shù)分別提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。因此，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%的條件可促進(jìn)河西綠洲灌區(qū)小麥光合同化物運(yùn)轉(zhuǎn)與分配而獲得較高的收獲指數(shù)。

2.2 麥后復(fù)種綠肥和不同施氮水平對小麥籽粒品質(zhì)的影響

種植模式對小麥灰分含量和硬度無顯著影響，但施氮水平以及其與種植模式二者的交互作用對灰分含量和硬度影響較顯著（表1）。兩年間，適量減施氮肥（N3）的籽粒具有較高的灰分含量和硬度，N3較N0、N1、N2灰分含量分別提高14.5%—18.7%、11.4%—12.2%、4.4%—8.3%，硬度分別提高7.5%— 19.2%、2.0%—3.7%、3.1%—3.7%；而W-G與W的灰分含量和硬度差異不顯著。W-G-N3較W-N0、W-N1和W-N2處理的籽?；曳趾糠謩e提高6.4%—8.2%、2.0%—9.7%、6.4%—6.8%，W-G-N3較W-N0、W-N1處理的小麥硬度分別提高15.8%—19.8%、14.9%— 18.7%，而W-G-N3與W-N3處理間灰分含量和硬度差異不顯著。

W-G和W代表小麥復(fù)種綠肥和單作小麥；N0、N1、N2、N3和N4處理依次為不施氮、農(nóng)戶傳統(tǒng)施氮的55%、70%、85%和100% N肥。同一年份不同字母表示處理間在P＜0.05水平差異顯著。下同

種植模式、施氮水平對小麥籽粒濕面筋含量和沉降值影響顯著，但二者的交互作用對濕面筋含量和沉降值影響不顯著（表1）。2021年，W-G的籽粒具有較高的濕面筋含量和沉降值，較W分別提高9.8%和45.7%，而2020年W-G與W的濕面筋含量和沉降值差異不顯著；同時N3較N0、N1、N2和N4的濕面筋含量分別提高31.0%—34.6%、21.3%—25.7%、16.7%— 26.0%和14.4%—17.2%，N3較N0、N1和N2的沉降值分別提高67.3%—78.2%、44.2%—59.4%和8.0%— 28.7%。W-G-N3較W-N1、W-N2和W-N3處理的沉降值分別提高76.1%—84.8%、85.7%—59.0%和28.7%— 47.2%，濕面筋含量分別提高27.2%—34.4%、19.3%— 46.0%和10.7%—11.1%，但W-G-N3與W-N4處理間濕面筋含量和沉降值差異不顯著。

種植模式、施氮水平以及二者的交互作用對小麥籽粒蛋白質(zhì)含量影響顯著，但種植模式和施氮水平以及二者交互作用對降落數(shù)值、容重和淀粉含量影響不顯著（表1）。兩試驗?zāi)攴葜?，W-G較W小麥籽粒蛋白質(zhì)含量提高3.3%—8.2%，N3較N0、N1、N2和N4分別提高24.3%—25.3%、17.3%—18.3%、13.3%— 19.0%和8.9%—10.1%。W-G-N3有利于提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，較W-N3和W-N4處理分別提高12.3%—16.1%和8.9%—12.4%；而W-G-N3與W-N3處理間降落數(shù)值、容重和淀粉含量差異不顯著。

上述結(jié)果表明，麥后復(fù)種綠肥可使得小麥籽?；曳趾?、硬度、降落數(shù)值、容重和淀粉含量保持穩(wěn)定，而濕面筋含量、沉降值和蛋白質(zhì)含量進(jìn)一步提高，其中以W-G-N3調(diào)優(yōu)效應(yīng)突出。因此，麥后復(fù)種綠肥配套傳統(tǒng)施氮量的85%是河西綠洲灌區(qū)改善小麥籽粒品質(zhì)的可行措施。

表1 不同種植模式及施氮水平下小麥籽粒品質(zhì)的差異

**和*分別表示在0.01和0.05概率水平下顯著；NS表示差異不顯著。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一年中處理間在＜0.05水平差異顯著

** and * indicate significance at 0.01 and 0.05 probability levels, respectively; NS indicates non-significant difference. Different lowercase letters after the data in the same column indicate significant differences among treatments at＜0.05 level in the same year

2.3 麥后復(fù)種綠肥和不同施氮水平對小麥氮素吸收利用的影響

2.3.1 植株吸氮量 種植模式、施氮水平以及二者的交互作用均對小麥植株吸氮量影響顯著（圖3）。與W相比，W-G的植株吸氮量提高45.1%—48.1%；N3較N1和N2的植株吸氮量分別提高29.7%—30.3%和11.9%—16.7%，而N3與N4無顯著差異。W-G-N3處理可顯著提高植株吸氮量，較W-N2、W-N3和W-N4處理分別提高61.1%—76.0%、42.2%—58.9%和35.2% —45.0%。說明麥后復(fù)種綠肥配套傳統(tǒng)施氮量的85%可促進(jìn)小麥對氮素的吸收利用。

圖3 麥后復(fù)種綠肥對減氮小麥植株吸氮量的影響

2.3.2 氮肥利用效率 種植模式、施氮水平均對小麥氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率影響顯著，但二者的交互作用對氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率并無顯著影響（圖4）。W-G較W小麥氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力分別提高7.7%—11.0%和7.7%—11.9%，而氮肥農(nóng)學(xué)效率降低34.2%—44.7%。兩年中，N3較N2氮肥利用率提高5.8%—18.0%，而2020年N3與N4無顯著差異，2021年N3較N4提高8.7%；N3較N4氮肥偏生產(chǎn)力提高14.0%—37.0%，較N2降低2.1%—3.2%；N3較N2、N4氮肥農(nóng)學(xué)效率分別提高26.5%—28.7%、40.8%—45.6%。W-G-N3較W-N3和W-N4處理氮肥利用率分別提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%，氮肥偏生產(chǎn)力分別提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%，氮肥農(nóng)學(xué)效率分別降低25.2%— 29.9%和3.0%—14.3%，但W-G-N3較W-G-N4氮肥農(nóng)學(xué)效率提高74.2%—80.0%。由此表明，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%的條件不僅可以促進(jìn)小麥從土壤中吸收相對較高的氮素，還可以將吸收的氮素更好地轉(zhuǎn)化為籽粒產(chǎn)量。

2.4 小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用的相關(guān)性分析

不同種植模式和施氮水平對小麥籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、灰分含量、沉降值和濕面筋含量具有顯著影響（表2）?；趦赡陻?shù)據(jù)，綜合小麥的籽粒產(chǎn)量、硬度、蛋白質(zhì)含量、灰分含量、沉降值、濕面筋含量和植株吸氮量、氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。籽粒產(chǎn)量與籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、灰分含量、沉降值和濕面筋含量均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明麥后復(fù)種綠肥結(jié)合適量減施氮肥在獲得較高產(chǎn)量的基礎(chǔ)上可改善籽粒品質(zhì)，利于實現(xiàn)小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)。小麥植株吸氮量和氮肥利用率不僅與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，而且與籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、灰分含量、沉降值和濕面筋含量也呈顯著正相關(guān)；氮肥偏生產(chǎn)力與硬度呈顯著負(fù)相關(guān)，而氮肥農(nóng)學(xué)效率與硬度呈顯著正相關(guān)。可見，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%可通過促進(jìn)小麥對氮素的吸收利用，提高小麥產(chǎn)量并改善籽粒品質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到節(jié)氮增效的作用。

3 討論

3.1 復(fù)種綠肥及適量減氮對小麥產(chǎn)量的影響

栽培措施是影響作物生長發(fā)育的重要因素，可通過采用適宜的種植模式、合理的施氮水平，優(yōu)化農(nóng)藝管理措施，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，來保證作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[22-23]。黃明等研究發(fā)現(xiàn)，合理施用氮肥可顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)[24]，這與本研究結(jié)果一致。由于豆科綠肥有較好的養(yǎng)分供應(yīng)能力，利于作物正常生長，尤其當(dāng)化學(xué)肥料和豆科綠肥通過一定比例配合施用可有效促進(jìn)作物對養(yǎng)分吸收利用，從而為實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[25]。本研究表明，麥后復(fù)種綠肥配施85%氮肥處理具有顯著增產(chǎn)優(yōu)勢，其原因在于，第一，豆科綠肥毛葉苕子與根瘤菌共生固氮，彌補(bǔ)了土壤中的氮素含量[24]，進(jìn)而促進(jìn)小麥生長期的氮素持續(xù)供應(yīng)[26]，保證小麥營養(yǎng)生長的高效進(jìn)行，利于穗部籽粒的形成和灌漿[27]，從而促進(jìn)作物高產(chǎn)，同時又減少了部分化學(xué)氮肥的投入[28]；第二，豆科綠肥翻壓還田可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤中微生物和生物酶對營養(yǎng)物質(zhì)的分解與釋放，進(jìn)而調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)，持續(xù)增加土壤中的有效養(yǎng)分，使得小麥生長階段對養(yǎng)分的需求得到保證[29]；第三，綠肥和無機(jī)氮肥合理配施，能充分利用無機(jī)氮肥快速釋放養(yǎng)分和綠肥保肥緩釋的優(yōu)點(diǎn)，提升土壤肥力，同時，小麥生長期有充足的氮肥供應(yīng)得以保證，進(jìn)而促使小麥高產(chǎn)[30]。茍志文等通過長期田間定位試驗發(fā)現(xiàn)，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%顯著提高了小麥的單位面積穗數(shù)和千粒重[14,31]，說明籽粒增產(chǎn)主要源于小麥單位面積穗數(shù)和千粒重的協(xié)同提高。因此，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%的生產(chǎn)模式在河西綠洲灌區(qū)能夠顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，因而獲得較高的收獲指數(shù)，利于節(jié)氮增產(chǎn)。

圖4 麥后復(fù)種綠肥對減氮小麥氮肥利用效率的影響

表2 不同種植模式及施氮水平下小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用的相關(guān)性

GY、H、PC、AC、SV、WGC、NU、NUE、NPFP和NAE分別表示小麥的籽粒產(chǎn)量、硬度、蛋白質(zhì)含量、灰分含量、沉降值、濕面筋含量和植株吸氮量、氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率指標(biāo)。**和*分別表示在0.01和0.05水平相關(guān)性顯著

GY, H, PC, AC, SV, WGC, NU, NUE, NPFP, and NAE represent grain yield, hardness, protein content, ash content, sedimentation value, wet gluten content, and N uptake, N fertilizer use efficiency, N fertilizer partial factor productivity, and N fertilizer agronomic efficiency indexes of wheat, respectively. ** and * indicate significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively

3.2 復(fù)種綠肥及適量減氮對小麥籽粒品質(zhì)的影響

氮肥對小麥籽粒品質(zhì)具有很大影響，合理施用氮肥對小麥籽粒品質(zhì)的形成有明顯的調(diào)節(jié)作用[24]。在對小麥籽粒品質(zhì)進(jìn)行綜合評定時，一般以籽粒蛋白質(zhì)含量、沉降值及濕面筋含量為主要的品質(zhì)指標(biāo)[32]。研究表明，施氮量對不同品種小麥的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值具有顯著影響[33]。氮素是決定蛋白質(zhì)含量的基礎(chǔ)，氮素供應(yīng)不足，會延長氮素在植株體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)時間，從而降低籽粒蛋白質(zhì)含量[34]。唐繼偉等研究表明，高氮量處理（＞120 kg·hm-2）可顯著增加籽粒蛋白質(zhì)和濕面筋含量[35]，這與本研究結(jié)果基本一致，而本研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)單作小麥模式減施氮肥會使小麥籽粒品質(zhì)降低，而麥后復(fù)種綠肥及減氮15%模式可顯著彌補(bǔ)減施氮肥對小麥籽粒品質(zhì)帶來的不利影響，在維持籽?；曳趾俊⒂捕?、降落數(shù)值、容重和淀粉含量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，使得籽粒濕面筋含量、沉降值和蛋白質(zhì)含量進(jìn)一步提高，從而改善小麥籽粒品質(zhì)，其原因可能是，第一，種植綠肥可以改善土壤氮素供應(yīng)過程，為小麥的生長持續(xù)提供養(yǎng)分，從而提高小麥籽粒的品質(zhì)[36]；第二，綠肥具有固氮作用，有效調(diào)節(jié)土壤中氮素的儲存與供應(yīng)，為后茬小麥提供部分氮素養(yǎng)分，同時彌補(bǔ)傳統(tǒng)單作模式下減少氮肥用量造成的品質(zhì)下降，保證小麥籽粒品質(zhì)提升[37]，同時減少化學(xué)肥料投入；第三，綠肥在改善土壤氮庫的同時，也改善了碳庫，以及部分磷、鉀和其他中微量元素等養(yǎng)分，從而促進(jìn)了小麥生長和養(yǎng)分吸收，提高了小麥品質(zhì)[38]。同時，本研究發(fā)現(xiàn)，小麥產(chǎn)量指標(biāo)與籽粒品質(zhì)指標(biāo)（硬度、蛋白質(zhì)含量、灰分含量、沉降值和濕面筋含量）呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明在合理減少化學(xué)氮肥施入的基礎(chǔ)上，麥后復(fù)種豆科綠肥有利于小麥增產(chǎn)提質(zhì)。

3.3 綠肥還田及適量減氮對小麥氮素吸收利用的影響

氮素有利于作物產(chǎn)量的形成以及實現(xiàn)高產(chǎn)，種植豆科綠肥能夠通過生物固氮提高土壤氮素含量[20]。因此，綠肥翻壓還田有助于提高土壤氮含量，進(jìn)而達(dá)到培肥地力的作用。汝晨等[39]研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，小麥氮素的吸收量也顯著提高，增加施氮量可以增加小麥植株營養(yǎng)器官中的氮素留存量。張向前等[20]研究表明，麥后復(fù)種綠肥并全量翻壓較不復(fù)種綠肥翻耕處理的玉米氮素利用率和氮肥偏生產(chǎn)力提高。氮肥農(nóng)學(xué)效率是反映單位施氮量作物增產(chǎn)能力的重要指標(biāo)，適量施用氮肥能顯著提高作物產(chǎn)量，又可獲得較高的氮肥農(nóng)學(xué)效率[40]。張磊等[41]研究表明，在減施氮20%—40%條件下，種植豆科綠肥能夠顯著提高水稻氮肥農(nóng)學(xué)效率。本研究表明，麥后復(fù)種綠肥并全量翻壓可顯著提高小麥氮肥利用效率，且能替代部分化學(xué)氮肥進(jìn)行氮素供給，尤其在傳統(tǒng)施化學(xué)氮肥85%的基礎(chǔ)上，小麥氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高，這與前人研究結(jié)果基本一致[19]。主要原因是，當(dāng)季小麥?zhǔn)斋@后復(fù)種綠肥并全量翻壓，不僅能在一定程度上有效提高土壤中氮素含量，還能避免無機(jī)氮素?zé)o效損失[42]；同時，豆科綠肥可大量固氮，向土壤中儲存大量的氮素，當(dāng)小麥對氮素的需求量增加時，土壤中的氮素通過微生物進(jìn)行轉(zhuǎn)化釋放，滿足小麥生長發(fā)育需求，從而有效提高氮肥利用率[43]；相對充足的養(yǎng)分供應(yīng)可有效提高小麥籽粒產(chǎn)量[26]，進(jìn)而提高氮肥偏生產(chǎn)力，但其氮肥農(nóng)學(xué)效率降低，其原因可能為綠肥翻壓后其所含的養(yǎng)分可以快速釋放到土壤中，補(bǔ)充土壤養(yǎng)分[44]，進(jìn)而結(jié)合所施入的化學(xué)氮肥，保證作物生長所需的養(yǎng)分供應(yīng)，使得傳統(tǒng)不施氮處理小麥產(chǎn)量低于不施氮復(fù)種綠肥處理小麥產(chǎn)量，從而導(dǎo)致氮肥農(nóng)學(xué)效率有所降低。此外，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%模式較麥后復(fù)種綠肥配合施100%氮肥模式，氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著提高，說明在綠肥還田的同時，若投入過量的氮素，反而不利于單位施氮量作物增產(chǎn)能力的提高，因為不合理的施用化學(xué)肥料會惡化農(nóng)田耕地結(jié)構(gòu)，加速養(yǎng)分流失，造成土壤肥力下降，進(jìn)而導(dǎo)致作物減產(chǎn)[45]。另外，綠肥還田能為微生物創(chuàng)造有利環(huán)境，綠肥和適宜的氮肥結(jié)合，可優(yōu)化氮素的供應(yīng)模式，促進(jìn)產(chǎn)量形成[46]，進(jìn)而提高單位施氮量的增產(chǎn)能力。同時，本研究發(fā)現(xiàn)，小麥植株吸氮量和氮肥利用率與籽粒產(chǎn)量和籽粒品質(zhì)指標(biāo)（蛋白質(zhì)含量、灰分含量、沉降值、硬度和濕面筋含量）均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，在河西綠洲灌區(qū)，施用化學(xué)氮肥85%的同時搭配麥后復(fù)種綠肥模式可顯著提高小麥氮素利用效率，同時兼顧優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)。

4 結(jié)論

麥后復(fù)種綠肥種植模式在適量減氮條件下可使春小麥獲得較高的籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，因籽粒產(chǎn)量提高幅度大于生物產(chǎn)量而獲得較高的收獲指數(shù)，其中以麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%（153 kg·hm-2）模式下春小麥增產(chǎn)效果突出。該模式可通過增加小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、沉降值和濕面筋含量而提升小麥籽粒品質(zhì)，并有利于促進(jìn)小麥氮素吸收轉(zhuǎn)化，從而提高植株吸氮量、氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力。因此，麥后復(fù)種綠肥結(jié)合傳統(tǒng)施氮量85%是河西綠洲灌區(qū)小麥生產(chǎn)中增產(chǎn)、提質(zhì)以及增效的可行種植模式及施氮水平。

[1] TILMAN D, BALZER C, HILL J, BEFORT B L. Global food demand and the sustainable intensification of agriculture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011, 108(50): 20260-20264.

[2] GODFRAY H C J, BEDDINGTON J R, CRUTE I R, HADDAD L, LAWRENCE D, MUIR J F, PRETTY J, ROBINSON S, THOMAS S M, TOULMIN C. Food security: the challenge of feeding 9 billion people. Science, 2010, 327(5967): 812-818.

[3] 葛均筑, 李淑婭, 鐘新月, 袁國印, 徐瑩, 田少陽, 曹湊貴, 翟中兵, 劉詩晴, 展茗, 趙明. 施氮量與地膜覆蓋對長江中游春玉米產(chǎn)量性能及氮肥利用效率的影響. 作物學(xué)報, 2014, 40(6): 1081-1092.

GE J Z, LI S Y, ZHONG X Y, YUAN G Y, XU Y, TIAN S Y, GAO C G, ZHAI Z B, LIU S Q, ZHAN M, ZHAO M. Effects of nitrogen application and film mulching on yield performance parameters and nitrogen use efficiency of spring maize in the middle reaches of Yangtze River. Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(6): 1081-1092. (in Chinese)

[4] LU D J, LU F F, PAN J X, CUI Z L, ZOU C Q, CHEN X P, HE M R, WANG Z L. The effects of cultivar and nitrogen management on wheat yield and nitrogen use efficiency in the North China Plain. Field Crops Research, 2015, 171: 157-164.

[5] 杜文婷, 雷肖肖, 盧慧宇, 王云鳳, 徐佳星, 羅彩霞, 張樹蘭. 氮肥減量施用對我國三大糧食作物產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2022, 55(24): 4863-4878. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.24.007.

DU W T, LEI X X, LU H Y, WANG Y F, XU J X, LUO C X, ZHANG S L. Effects of reducing nitrogen application rate on the yields of three major cereals in china. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(24): 4863-4878. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.24. 007. (in Chinese)

[6] WANG D, XU Z Z, ZHAO J Y, WANG Y F, YU Z W. Excessive nitrogen application decreases grain yield and increases nitrogen loss in a wheat-soil system. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B - Soil & Plant Science, 2011, 61(8): 681-692.

[7] 代新俊, 楊珍平, 陸梅, 李慧, 樊攀, 宋佳敏, 高志強(qiáng). 不同形態(tài)氮肥及其用量對強(qiáng)筋小麥氮素轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2019, 25(5): 710-720.

DAI X J, YANG Z P, LU M, LI H, FAN P, SONG J M, GAO Z Q. Effects of nitrogen forms and amounts on nitrogen translocation, yield and quality of strong-gluten wheat. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2019, 25(5): 710-720. (in Chinese)

[8] 郭雙雙, 張敏, 付陳陳, 徐東娜, 史金平, 畢經(jīng)鑫, 王文政, 蔡瑞國, 張保仁. 灌水量對強(qiáng)筋小麥上三葉氮素代謝和籽粒加工品質(zhì)的影響. 麥類作物學(xué)報, 2023, 43(2): 205-214.

GUO S S, ZHANG M, FU C C, XU D N, SHI J P, BI J X, WANG W Z, CAI R G, ZHANG B R. Effect of irrigation amount on nitrogen metabolism of top-three leaves and grain processing quality of strong gluten wheat. Journal of Triticeae Crops, 2023, 43(2): 205-214. (in Chinese)

[9] 張子旋, 王艷群, 甄怡銘, 李皓, 宋利玲, 甄文超, 彭正萍. 強(qiáng)筋和中筋小麥氮肥適宜基追比例研究. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2022, 28(7): 1249-1259.

ZHANG Z X, WANG Y Q, ZHEN Y M, LI H, SONG L L, ZHEN W C, PENG Z P. Optimum basal and topdressing ratios of nitrogen fertilizer for strong and medium gluten wheat cultivars. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2022, 28(7): 1249-1259. (in Chinese)

[10] 王敬, 程誼, 蔡祖聰, 張金波. 長期施肥對農(nóng)田土壤氮素關(guān)鍵轉(zhuǎn)化過程的影響. 土壤學(xué)報, 2016, 53(2): 292-304.

WANG J, CHENG Y, CAI Z C, ZHANG J B. Effects of long-term fertilization on key processes of soil nitrogen cycling in agricultural soil: a review. Acta Pedologica Sinica, 2016, 53(2): 292-304. (in Chinese)

[11] 李紅燕, 胡鐵成, 曹群虎, 魚昌為, 曹衛(wèi)東, 黃冬琳, 翟丙年, 高亞軍. 旱地不同綠肥品種和種植方式提高土壤肥力的效果. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2016, 22(5): 1310-1318.

LI H Y, HU T C, CAO Q H, YU C W, CAO W D, HUANG D L, ZHAI B N, GAO Y J. Effect of improving soil fertility by planting different green manures in different patterns in dryland. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(5): 1310-1318. (in Chinese)

[12] ELFSTRAND S, HEDLUND K, MARTENSSON A. Soil enzyme activities, microbial community composition and function after 47 years of continuous green manuring. Applied Soil Ecology, 2007, 35(3): 610-621.

[13] 顏志雷, 方宇, 陳濟(jì)琛, 王飛, 何春梅, 林新堅. 連年翻壓紫云英對稻田土壤養(yǎng)分和微生物學(xué)特性的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2014, 20(5): 1151-1160.

YAN Z L, FANG Y, CHEN J C, WANG F, HE C M, LIN X J. Effect of turning over Chinese milk vetch (L.) on soil nutrients and microbial properties in paddy fields. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2014, 20(5): 1151-1160. (in Chinese)

[14] 茍志文, 殷文, 徐龍龍, 何小七, 王琦明, 柴強(qiáng). 綠洲灌區(qū)復(fù)種豆科綠肥條件下小麥穩(wěn)產(chǎn)的減氮潛力. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2020, 26(12): 2195-2203.

GOU Z W, YIN W, XU L L, HE X Q, WANG Q M, CHAI Q. Potential of nitrogen reduction for maintaining wheat grain yield under multiple cropping with leguminous green manure in irrigated oasis. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(12): 2195-2203. (in Chinese)

[15] CHALISE K S, SINGH S, WEGNER B R, KUMAR S, PéREZ-GUTIéRREZ J D, OSBORNE S L, NLEYA T, GUZMAN J, ROHILA J S. Cover crops and returning residue impact on soil organic carbon, bulk density, penetration resistance, water retention, infiltration, and soybean yield. Agronomy Journal, 2019, 111(1): 99-108.

[16] SALAZAR O, BALBOA L, PERALTA K, ROSSI M, CASANOVA M, TAPIA Y, SINGH R, QUEMADA M. Effect of cover crops on leaching of dissolved organic nitrogen and carbon in a maize-cover crop rotation in Mediterranean Central Chile. Agricultural Water Management, 2019, 212: 399-406.

[17] 茍志文, 殷文, 柴強(qiáng), 樊志龍, 胡發(fā)龍, 趙財, 于愛忠, 范虹. 干旱灌區(qū)小麥間作玉米麥后復(fù)種綠肥的可持續(xù)性分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2022, 55(7): 1319-1331. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022. 07.005.

GOU Z W, YIN W, CHAI Q, FAN Z L, HU F L, ZHAO C, YU A Z, FAN H. Analysis of sustainability of multiple cropping green manure in wheat-maize intercropping after wheat harvested in arid irrigation areas. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(7): 1319-1331.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.07.005. (in Chinese)

[18] 趙艷, 羅錚, 楊麗, 王貝貝, 李凌雨, 王犇, 馬尚宇, 樊永惠, 黃正來, 張文靜. 氮肥運(yùn)籌對稻茬小麥氮素轉(zhuǎn)運(yùn)、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響. 麥類作物學(xué)報, 2022, 42(8): 1001-1011.

ZHAO Y, LUO Z, YANG L, WANG B B, LI L Y, WANG B, MA S Y, FAN Y H, HUANG Z L, ZHANG W J. Effect of nitrogen fertilizer application on nitrogen translocation, dry matter accumulation, yield and quality of wheat after rice. Journal of Triticeae Crops, 2022, 42(8): 1001-1011. (in Chinese)

[19] 趙剛, 樊廷錄, 李尚中, 張建軍, 王勇, 黨翼, 王磊. 夏休閑期復(fù)種油菜對旱地土壤水分和小麥產(chǎn)量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2013, 24(10): 2807-2813.

ZHAO G, FAN T L, LI S Z, ZHANG J J, WANG Y, DANG Y, WANG L. Effects of rape cropping in summer fallow period on dryland soil moisture content and winter wheat yield. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(10): 2807-2813. (in Chinese)

[20] 張向前, 徐云姬, 杜世州, 嚴(yán)文學(xué), 袁立倫, 喬玉強(qiáng), 陳歡, 趙竹, 李瑋, 曹承富. 氮肥運(yùn)籌對稻茬麥區(qū)弱筋小麥生理特性、品質(zhì)及產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng). 麥類作物學(xué)報, 2019, 39(7): 810-817.

ZHANG X Q, XU Y J, DU S Z, YAN W X, YUAN L L, QIAO Y Q, CHEN H, ZHAO Z, LI W, CAO C F. Regulation effect of nitrogen application on physiological characteristics, quality and yield of weak gluten wheat in rice-wheat cropping area. Journal of Triticeae Crops, 2019, 39(7): 810-817. (in Chinese)

[21] 呂漢強(qiáng), 于愛忠, 王玉瓏, 蘇向向, 呂奕彤, 柴強(qiáng). 干旱綠洲灌區(qū)玉米氮素吸收利用對綠肥還田利用方式的響應(yīng). 草業(yè)學(xué)報, 2020, 29(8): 93-103.

Lü H Q, YU A Z, WANG Y L, SU X X, Lü Y T, CHAI Q. Effect of green manure retention practices on nitrogen absorption and utilization by maize crops in the arid oasis irrigation area. Acta Prataculturae Sinica, 2020, 29(8): 93-103. (in Chinese)

[22] 馬忠明, 王平, 陳娟, 包興國. 適量有機(jī)肥與氮肥配施方可提高河西綠洲土壤肥力及作物生產(chǎn)效益. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2016, 22(5): 1298-1309.

MA Z M, WANG P, CHEN J, BAO X G. Combined long-term application of organic materials with nitrogen fertilizer in suitable amount could improve soil fertility and crop production profit in Hexi oasis of Gansu province. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2016, 22(5): 1298-1309. (in Chinese)

[23] YIN W, YU A Z, GUO Y, WANG Y F, ZHAO C, FAN Z L, HU F L, CHAI Q. Straw retention and plastic mulching enhance water use via synergistic regulation of water competition and compensation in wheat-maize intercropping systems. Field Crops Research, 2018, 229: 78-94.

[24] 黃明, 吳金芝, 李友軍, 付國占, 趙凱男, 張振旺, 楊中帥, 侯園泉. 耕作方式和氮肥用量對旱地小麥產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊? 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2021, 54(24): 5206-5219. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.004.

HUANG M, WU J Z, LI Y J, FU G Z, ZHAO K N, ZHANG Z W, YANG Z S, HOU Y Q. Effects of tillage practices and nitrogen fertilizer application rates on grain yield, protein content in winter wheat and soil nitrate residue in dryland. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(24): 5206-5219. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.004. (in Chinese)

[25] 楊璐, 曹衛(wèi)東, 白金順, 曾鬧華, 高嵩涓, 常單娜, 志水勝好. 翻壓二月蘭對玉米干物質(zhì)積累和養(yǎng)分吸收及土壤養(yǎng)分的影響. 華北農(nóng)學(xué)報, 2014, 29(1): 183-189.

YANG L, CAO W D, BAI J S, ZENG N H, GAO S J, CHANG D N, SHIMIZU K. Effects of february orchid application on dry matter accumulation and nutrient uptake in maize and soil nutrient status. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2014, 29(1): 183-189. (in Chinese)

[26] 羅躍, 盧秉林, 周國朋, 常單娜, 高嵩涓, 張久東, 車宗賢, 朱青, 曹衛(wèi)東. 河西綠洲灌區(qū)玉米間作綠肥根茬還田的氮肥減施效應(yīng). 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2021, 27(12): 2125-2135.

LUO Y, LU B L, ZHOU G P, CHANG D N, GAO S J, ZHANG J D, CHE Z X, ZHU Q, CAO W D. Effects of returning the root of green manure on reducing N application in maize within their intercropping system in Hexi oasis irrigation area. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2021, 27(12): 2125-2135. (in Chinese)

[27] 吳光磊, 郭立月, 崔正勇, 李勇, 尹燕枰, 王振林, 蔣高明. 氮肥運(yùn)籌對晚播冬小麥氮素和干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(16): 5128-5137.

WU G L, GUO L Y, CUI Z Y, LI Y, YIN Y P, WANG Z L, JIANG G M. Differential effects of nitrogen managements on nitrogen, dry matter accumulation and transportation in late-sowing winter wheat. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(16): 5128-5137.(in Chinese)

[28] 陳祥, 同延安, 亢歡虎, 俞建波, 王志輝, 楊江鋒. 氮肥后移對冬小麥產(chǎn)量、氮肥利用率及氮素吸收的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2008, 14(3): 450-455.

CHEN X, TONG Y A, KANG H H, YU J B, WANG Z H, YANG J F. Effect of postponing N application on the yield, apparent N recovery and N absorption of winter wheat. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 14(3): 450-455. (in Chinese)

[29] 劉蕊, 常單娜, 高嵩涓, 周國朋, 韓梅, 張久東, 曹衛(wèi)東, 孫小鳳. 西北小麥與豆科綠肥間作體系箭筈豌豆和毛葉苕子生物固氮效率及氮素轉(zhuǎn)移特性. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2020, 26(12): 2184-2194.

LIU R, CHANG D N, GAO S J, ZHOU G P, HAN M, ZHANG J D, CAO W D, SUN X F. Nitrogen fixation and transfer efficiency of common vetch and hairy vetch in wheat-vetch intercropping system in northwest China. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(12): 2184-2194. (in Chinese)

[30] 殷文, 柴強(qiáng), 于愛忠, 趙財, 樊志龍, 胡發(fā)龍, 范虹, 郭瑤. 間作小麥秸稈還田對地膜覆蓋玉米灌漿期冠層溫度及光合生理特性的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 53(23): 4764-4776. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2020.23.004.

YIN W, CHAI Q, YU A Z, ZHAO C, FAN Z L, HU F L, FAN H, GUO Y. Effects of intercropped wheat straw retention on canopy temperature and photosynthetic physiological characteristics of intercropped maize mulched with plastic during grain filling stage. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(23): 4764-4776. doi: 10.3864/ j.issn.0578-1752.2020.23.004. (in Chinese)

[31] 麻碧嬌, 茍志文, 殷文, 于愛忠, 樊志龍, 胡發(fā)龍, 趙財, 柴強(qiáng). 干旱灌區(qū)麥后復(fù)種綠肥與施氮水平對小麥光合性能與產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2022, 55(18): 3501-3515. doi: 10.3864/j.issn.0578- 1752.2022.18.003.

MA B J, GOU Z W, YIN W, YU A Z, FAN Z L, HU F L, ZHAO C, CHAI Q. Effects of multiple cropping green manure after wheat harvest and nitrogen application levels on wheat photosynthetic performance and yield in arid irrigated areas. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(18): 3501-3515.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022. 18.003. (in Chinese)

[32] 趙廣才, 常旭虹, 楊玉雙, 李振華, 豐明, 馬少康, 楊桂霞. 追氮量對不同品質(zhì)類型小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)節(jié)效應(yīng). 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2010, 16(4): 859-865.

ZHAO G C, CHANG X H, YANG Y S, LI Z H, FENG M, MA S K, YANG G X. Grain yield and quality responding to the nitrogen fertilizer operation in different quality type wheat. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(4): 859-865. (in Chinese)

[33] 徐鳳嬌, 趙廣才, 田奇卓, 常旭虹, 楊玉雙, 王德梅, 劉鑫. 施氮量對不同品質(zhì)類型小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2012, 18(2): 300-306.

XU F J, ZHAO G C, TIAN Q Z, CHANG X H, YANG Y S, WANG D M, LIU X. Effects of nitrogen fertilization on grain yield and processing quality of different wheat genotypes. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(2): 300-306. (in Chinese)

[34] 高振賢, 史占良, 韓然, 單子龍, 傅曉藝, 何明琦, 曹巧, 李輝利, 郭進(jìn)考. 不同灌水模式對小麥產(chǎn)量、形態(tài)和生理特性的影響. 麥類作物學(xué)報, 2019, 39(10): 1234-1240.

GAO Z X, SHI Z L, HAN R, SHAN Z L, FU X Y, HE M Q, CAO Q, LI H L, GUO J K. Effect of different irrigation regimes on grain yield, morphological and physiological characteristics in wheat. Journal of Triticeae Crops, 2019, 39(10): 1234-1240. (in Chinese)

[35] 唐繼偉, 孫文彥, 田昌玉, 尹紅娟, 溫延臣, 徐久凱, 趙秉強(qiáng). 不同氮肥類型和用量對小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2021, 27(4): 728-740.

TANG J W, SUN W Y, TIAN C Y, YIN H J, WEN Y C, XU J K, ZHAO B Q. Effects of different nitrogen sources and rates on the yield and processing quality of winter wheat. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2021, 27(4): 728-740. (in Chinese)

[36] 卜容燕, 韓上, 程文龍, 胡潤, 朱勤, 李敏, 王慧, 唐杉, 武際. 皖南單季稻區(qū)種植利用紫云英對水稻產(chǎn)量、氮肥利用率及稻米品質(zhì)的影響. 中國土壤與肥料, 2022(8): 184-190.

BU R Y, HAN S, CHENG W L, HU R, ZHU Q, LI M, WANG H, TANG S, WU J. Effects of Chinese milk vetch on yield, nitrogen use efficiency and quality of rice in single cropping rice area of Southern Anhui province. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2022(8): 184-190. (in Chinese)

[37] 孟琳, 張小莉, 蔣小芳, 黃啟為, 徐陽春, 楊興明, 沈其榮. 有機(jī)肥料氮替代部分無機(jī)氮對水稻產(chǎn)量的影響及替代率研究. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2009, 15(2): 290-296.

MENG L, ZHANG X L, JIANG X F, HUANG Q W, XU Y C, YANG X M, SHEN Q R. Effects of partial mineral nitrogen substitution by organic fertilizer nitrogen on the yields of rice grains and its proper substitution rate. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(2): 290-296. (in Chinese)

[38] 梁琴, 周澤弘, 馬雪清, 漆燕, 蔣進(jìn), 韓文斌, 全紫曼, 莫坤, 李勝, 曹衛(wèi)東. 綠肥翻壓與氮肥減施對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤肥力的影響. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報, 2021, 23(10): 124-130.

LIANG Q, ZHOU Z H, MA X Q, QI Y, JIANG J, HAN W B, QUAN Z M, MO K, LI S, CAO W D. Effects of green manure turning over and nitrogen reducing on rice yield, quality and soil fertility. Journal of Agricultural Science and Technology, 2021, 23(10): 124-130. (in Chinese)

[39] 汝晨, 胡笑濤, 呂夢薇, 陳滇豫, 王文娥, 宋天媛. 花后高溫干旱脅迫下氮素對冬小麥氮積累與代謝酶、蛋白質(zhì)含量及水氮利用效率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2022, 55(17): 3303-3320.doi: 10.3864/ j.issn.0578-1752.2022.17.004.

RU C, HU X T, Lü M W, CHEN D Y, WANG W E, SONG T Y. Effects of nitrogen on nitrogen accumulation and distribution, nitrogen metabolizing enzymes, protein content, and water and nitrogen use efficiency in winter wheat under heat and drought stress after anthesis. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(17): 3303-3320.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.17.004. (in Chinese)

[40] 伊英杰, 韓坤, 趙斌, 劉國利, 林佃旭, 陳國強(qiáng), 任昊, 張吉旺, 任佰朝, 劉鵬. 長期不同施肥措施冬小麥-夏玉米輪作體系周年氨揮發(fā)損失的差異. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2022, 55(23): 4600-4613.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.23.003.

YI Y J, HAN K, ZHAO B, LIU G L, LIN D X, CHEN G Q, REN H, ZHANG J W, REN B Z, LIU P. The comparison of ammonia volatilization loss in winter wheat-summer maize rotation system with long-term different fertilization measures. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(23): 4600-4613.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.23.003. (in Chinese)

[41] 張磊, 徐昌旭, 劉佳, 李順, 高嵩涓, 曹衛(wèi)東. 減施20%化肥下綠肥翻壓量對江西雙季稻產(chǎn)量及氮素利用的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2022, 28(5): 845-856.

ZHANG L, XU C X, LIU J, LI S, GAO S J, CAO W D. Effects of green manure on yield and nitrogen utilization of double rice under reduced 20% chemical fertilizer input in Jiangxi Province. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2022, 28(5): 845-856. (in Chinese)

[42] 姚致遠(yuǎn), 王崢, 李婧, 魚昌為, 曹群虎, 曹衛(wèi)東, 高亞軍. 輪作及綠肥不同利用方式對作物產(chǎn)量和土壤肥力的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2015, 26(8): 2329-2336.

YAO Z Y, WANG Z, LI J, YU C W, CAO Q H, CAO W D, GAO Y J. Effects of rotations and different green manure utilizations on crop yield and soil fertility. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(8): 2329-2336. (in Chinese)

[43] 何翠翠, 李貴春, 尹昌斌, 張洋. 有機(jī)肥氮投入比例對土壤微生物碳源利用特征的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2018, 24(2): 383-393.

HE C C, LI G C, YIN C B, ZHANG Y. Effect of manure N input ratios on the utilization of different soil microbial carbon sources. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(2): 383-393. (in Chinese)

[44] 盧秉林, 車宗賢, 張久東, 包興國, 吳科生, 楊蕊菊. 氮肥減量下長期間作毛葉苕子根茬還田對玉米產(chǎn)量及氮肥利用率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2022, 55(12): 2384-2397. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752. 2022.12.010.

LU B L, CHE Z X, ZHANG J D, BAO X G, WU K S, YANG R J. Effects of long-term intercropping of maize with hairy vetch root returning to field on crop yield and nitrogen use efficiency under nitrogen fertilizer reduction. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(12): 2384-2397.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.010. (in Chinese)

[45] GU B J, JU X T, CHANG J, GE Y, VITOUSEK P M. Integrated reactive nitrogen budgets and future trends in China. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2015, 112(28): 8792-8797.

[46] 胡誠, 曹志平, 羅艷蕊, 馬永良. 長期施用生物有機(jī)肥對土壤肥力及微生物生物量碳的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2007, 15(3): 48-51.

HU C, CAO Z P, LUO Y R, MA Y L. Effect of long-term application of microorganismic compost or vermicompost on soil fertility and microbial biomass carbon. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2007, 15(3): 48-51. (in Chinese)

Effects of multiple green manure After wheat combined with different levels of nitrogen fertilization on wheat yield, grainquality, and nitrogen utilization

ZHANG WenXia, LI Pan, YIN Wen, CHEN GuiPing, FAN ZhiLong, HU FaLong, FAN Hong, HE Wei

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

【Objective】Aiming at the problems of large nitrogen input, single fertilizer source, low nitrogen utilization rate, and poor quality of wheat in spring wheat cultivation in Hexi areas of Gansu Province, the objective of this study is to explore the effects of suitable green manure and reduced nitrogen fertilizer cultivation techniques on grain yield and quality, and nitrogen absorption and utilization of spring wheat, and to provide a theoretical basis for high yield, high quality, and green production of wheat in Hexi irrigation areas.【Method】A split plot experiment was conducted from 2019 to 2021 in the Hexi oasis irrigation areas of Gansu province. Two cropping patterns of multiple green manure after wheat (W-G) and sole wheat (W) were set in the main plot. There were five N fertilizer levels in the sub-plot: 100% of conventional N fertilizer by the farmer (180 kg·hm-2, N4), 85% of conventional N fertilizer (N3), 70% of conventional N fertilizer (N2), 55% of conventional N fertilizer (N1), and no N fertilizer (N0).【Result】Multiple green manure after wheat combined with 85% N application (W-G-N3) was effectively increased wheat grain yield and biomass. The grain yield of W-G-N3was increased by 16.7%-18.4% and 13.6%-34.4%, respectively, compared with the 85% N application (W-N3) and conventional N application (W-N4) treatments for the sole wheat. The biomass of W-G-N3was increased by 11.3% (2020) and 5.2%-11.6% (2020 to 2021), respectively, compared with the W-N3and W-N4treatments. The increase of grain yield was greater than that of biomass, thus, the W-G-N3treatment had higher harvest index, which was 4.9%-15.9% and 8.0%-20.5% higher than that of W-N3and W-N4treatments. Meanwhile, the W-G-N3treatment improved grain quality of wheat by increasing protein content, sedimentation value, and wet gluten content, among which, the protein content, sedimentation value, and wet gluten content of W-G-N3were increased by 12.3%-16.1%, 28.7%-47.2%, and 10.7%-11.1%, respectively, compared with W-N3; The protein content of W-G-N3was increased by 8.9%-12.4% compared with W-N4, but the differences in sedimentation value and wet gluten content between W-G-N3and W-N4were not significant. In addition, the W-G-N3treatment was beneficial to promote nitrogen uptake and conversion to grain yield in wheat compared with W-N3and W-N4treatments, in which the N uptake was increased by 42.2%-58.9% and 35.2%-45.0%, N use efficiency was increased by 12.0%-20.6% and 5.9%-20.4%, respectively, and N partial factor productivity was increased by 3.6%-18.3% and 28.1%-58.1%, respectively. The W-G-N3treatment could compensate for the reduction of N agronomic efficiency, which was 74.2%-80.0% higher than W-G-N4treatment. The correlation analysis showed that multiple green manure after wheat combined with moderate reduction of N fertilizer increased grain yield by promoting efficient nitrogen uptake and utilization, and also significantly improved grain nutritional quality.【Conclusion】The combination of multiple green manure after wheat with 85% (153 kg·hm-2) nitrogen application is the suitable cropping pattern and nitrogen application level to boost wheat yield, improve wheat grain quality, and increase nitrogen use efficiency in Hexi oasis irrigated areas.

green manure returning to field; nitrogen application level; grain yield; nutritional quality; nitrogen utilization

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.007

2023-01-09；

2023-02-21

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2021YFD1700202-02）、國家自然科學(xué)基金（32101857，U21A20218）、國家綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-22-G-12）、甘肅省科協(xié)青年人才托舉工程項目（2020-12）、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)伏羲青年人才項目（Gaufx-03Y10）

張文霞，E-mail：1757948408@qq.com。通信作者殷文，E-mail：yinwen@gsau.edu.cn。通信作者陳桂平，E-mail：chengp@gsau.edu.cn

（責(zé)任編輯 楊鑫浩，岳梅）