減氮下不同肥料配施對麥玉復(fù)種體系作物氮素積累分配及產(chǎn)量的影響

普布倉決 王金平 姚麗茹 朱員正 賀崢崢 韓娟

摘 要 為探索陜西關(guān)中地區(qū)冬小麥-夏玉米復(fù)種體系氮肥減量增效潛力，構(gòu)建適宜的作物養(yǎng)分管理體系，于2018-2019年采用田間試驗(yàn)研究了減氮并配施不同肥料對麥玉復(fù)種體系作物生長狀況、植株氮素積累分配、作物產(chǎn)量以氮素利用效率的影響。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理：常規(guī)施氮（225 kg·hm-2，N100）；減氮20%（180?? kg·hm-2，N80）；減氮配施生物炭（180 kg·hm-2，生物炭22 500 kg·hm-2，N80 +BC）；減氮配施緩釋肥（180 kg·hm-2，尿素∶緩釋肥=1∶1，N80 +S）；減氮配施微生物菌肥（180 kg·hm-2，微生物菌肥3 600?? kg·hm-2，N80 +BF）。結(jié)果表明：減氮及其配施不同肥料對夏玉米大喇叭口期后株高、干物質(zhì)和氮素積累沒有顯著影響；而N80+BF促進(jìn)了夏玉米氮素向籽粒中的分配；N80+BC提高了夏玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)，且較N80處理分別顯著提高8.3%和20.1%；減氮下三種配施處理均能提高夏玉米氮農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，且以N80+BC處理表現(xiàn)最佳，較N100分別顯著提高43.3%和29.0%，較N80分別顯著提高45.8%和? 8.3%；N80+BC和N80+BF還能顯著提高夏玉米氮肥表觀表觀回收率，二者較N100顯著增加18.1%和? 10.7%，較N80處理顯著增加26.9%和19.0%。與N80相比，N80+BF有效提高了冬小麥揚(yáng)花期和成熟期分蘗數(shù)、莖蘗成穗率以及成熟期干物質(zhì)和氮素積累量，并能顯著提高冬小麥穗數(shù)和產(chǎn)量，增幅分別為13.7%和16.2%。減氮下3種配施處理均能提高冬小麥氮農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素利用率，其中氮農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力在N80+BF處理表現(xiàn)最佳，較N100分別顯著提高了31.2%和28.4%，較N80分別顯著提高了33.7%和16.2%，氮素利用率在N80+S處理表現(xiàn)最佳。綜上所述，減氮及其配施處理中，180 kg·hm-2配施生物炭（22 500 kg·hm-2）和180 kg·hm-2配施微生物菌肥（3 600 kg·hm-2）更有利于作物生長，促進(jìn)氮素積累與分配，提高作物產(chǎn)量和氮素利用效率，實(shí)現(xiàn)關(guān)中地區(qū)麥玉復(fù)種體系氮肥管理的“減量增效”。

關(guān)鍵詞 夏玉米-冬小麥；氮肥減量；肥料配施；產(chǎn)量；氮素利用率

氮素是決定作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素［1］。自20世紀(jì)80年代初以來，為追求高產(chǎn)，中國化肥投入量增加了約3.6倍［2］，其中氮肥的投入占化肥總投入的比例最高。而在氮肥投入水平快速增長的背景下，氮肥利用率顯著低于國際水平，其中小麥和玉米的氮肥利用率僅有28.2%和26.1%［3］。陜西關(guān)中地區(qū)是我國重要的糧產(chǎn)主產(chǎn)區(qū)，冬小麥-夏玉米復(fù)種是該的主要種植模式，因此，實(shí)現(xiàn)該地區(qū)小麥和玉米的高產(chǎn)增效對保障中國糧食生產(chǎn)有著重要意義。但是目前該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在著氮肥過量投入和忽視有機(jī)肥施用等問題，小麥和玉米單季投入氮肥量分別高達(dá)286?? kg·hm-2和332 kg·hm-2，過量施氮農(nóng)戶分別占55. 3%和78. 2%［4-5］。長期過量且單一施用氮肥不僅未能顯著提高作物產(chǎn)量，反而導(dǎo)致土壤功能退化，造成氮肥利用率低、養(yǎng)分不平衡和資源浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題［6-8］。因此，如何在保證作物產(chǎn)量的前提下通過調(diào)整肥料類型優(yōu)化氮肥使用量，建立高效的作物養(yǎng)分管理策略是該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟需解決的關(guān)鍵問題。生物炭是一種良好的土壤改良劑，能夠改良土壤理化性質(zhì)，提高作物養(yǎng)分吸收率，促進(jìn)作物生長和發(fā)育［9］。首先，生物炭具有發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)和豐富的含氧官能團(tuán)，可以提高土壤的保水能力，降低土壤體積質(zhì)量，減少土壤養(yǎng)分元素的淋失，保持較高的土壤肥力［10］。生物炭還包括大量的有機(jī)質(zhì)和豐富的養(yǎng)分元素為作物提供所需養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長和發(fā)育［11］，提高作物干物質(zhì)重量和產(chǎn)量［12- 13］。研究表明，減氮條件下基施生物炭可以顯著提高氮素吸收利用率［14］。柳瑞等［15］研究表明，氮肥減施或配施稻稈生物炭能有效保持土壤養(yǎng)分，促進(jìn)水稻對氮素的吸收，提高氮素利用率。向偉等［16］研究表明，相較于常規(guī)施氮配施生物炭后作物產(chǎn)量提高9.9%～11.98%，氮肥利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了7.7%～8.1%和? 52.3%～57.1%，柳瑞等［17］通過稻田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，稻稈生物炭替代20%～40%的氮肥時(shí)，能夠達(dá)到水稻穩(wěn)產(chǎn)的目的。

緩釋肥具有肥效期長且穩(wěn)定的特點(diǎn)，單次施用即可滿足玉米在整個(gè)生育期對養(yǎng)分的需求［18］。楊峰等［19］研究認(rèn)為緩釋肥不僅能提高作物產(chǎn)量氮肥利用效率，還能減少玉米生育后期土壤中養(yǎng)分殘留，降低氮損失。在水稻大田試驗(yàn)中，施用緩釋肥后顯著提高氮素利用率和水稻產(chǎn)量，緩釋肥尤其在氮肥減量的研究中起到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的作用［20-22］。李若楠等［23］和王薇等［24］研究認(rèn)為氮肥減量基礎(chǔ)上配施緩釋肥可以實(shí)現(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的同時(shí)，還能降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；常鳳等［25］研究表明，減氮20%配施緩釋肥對冬小麥具有較明顯的增產(chǎn)效果，氮肥利用率較高。

微生物菌肥含有大量的活性有益微生物，通過其生命活動(dòng)來滿足作物生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)［26］。大量研究表明，微生物菌肥具有改善土壤結(jié)構(gòu)、提高作物的肥料利用率、提高土壤有效養(yǎng)分、增加作物對養(yǎng)分的吸收、減少病蟲害、提高作物抗病能力等多種功能［27-33］，從而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。Michael等［34］認(rèn)為氮肥減量23%～52%基礎(chǔ)上配施生物菌肥，能夠?qū)崿F(xiàn)減肥增效的目的，同樣楊國威等［35］也研究發(fā)現(xiàn)，生物菌肥替代氮肥50%時(shí)，作物產(chǎn)量比常規(guī)施氮處理提高了7.9%，黃鵬等［36］研究表明，在氮肥減量15%以內(nèi)時(shí)，配施生物菌肥可以實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的效果，并可以提高資源利用效率。綜上可見，生物炭、緩釋肥及微生物菌肥與普通氮肥配施受到越來越多的關(guān)注，但是3種不同肥料在麥玉復(fù)種體系氮肥減量化生產(chǎn)中的作用尚不明確，仍需進(jìn)一步研究實(shí)證。

因此，本研究以關(guān)中地區(qū)小麥-玉米周年復(fù)種體系為研究對象，在氮肥減量下配施不同類型肥料（生物炭、緩釋肥和微生物菌肥），探究不同施肥處理下夏玉米-冬小麥周年復(fù)種體系作物群體生長狀況、植株氮素積累分配、作物產(chǎn)量以氮素利用效率的影響。旨在明確滿足該地區(qū)麥玉增產(chǎn)增收和資源高效利用的施肥方案，以期為關(guān)中地區(qū)氮肥減量增效技術(shù)的應(yīng)用和綠色可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年6月-2019年6月在陜西省咸陽市涇陽縣云陽鎮(zhèn)西北農(nóng)林科技大學(xué)斗口試驗(yàn)站（東經(jīng)108°88′，北緯34°61′）進(jìn)行。2018年夏玉米和2018-2019年冬小麥全生育期內(nèi)降水量分別為176.79 mm和79.3 mm，兩季作物生育期降雨量及日平均溫度如圖1。播前土層（0～20 cm）基本理化性質(zhì)如下：pH 8.3，有機(jī)質(zhì)17.05?? g·kg-1，全氮1.13 g·kg-1，全磷 0.58?? g·kg-1，速效磷14.12 mg·kg-1，堿解氮60.49 mg·kg-1，速效鉀286.00 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采取單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5處理：以常規(guī)施氮（播前基施112.5 kg·hm-2+拔節(jié)追施112.5 kg·hm-2，N100）為對照，設(shè)置4個(gè)減氮及其配施處理：減氮20%（播前基施90?? kg·hm-2+拔節(jié)追施90 kg·hm-2，N80）；減氮配施生物炭（夏玉米播前基施90 kg·hm-2和生物炭22 500 kg·hm-2 +拔節(jié)追施90?? kg·hm-2，N80+BC），減氮配施緩釋肥（播前基施180 kg·hm-2，尿素∶緩釋肥=1∶1，N80+S）；減氮配施微生物菌肥（播前基施90 kg·hm-2和微生物菌肥3 600 kg·hm-2+拔節(jié)追施90?? kg·hm-2，N80+BF），除了小麥季沒有基施生物炭以外，兩季作物施肥量一致。磷肥（P2O5，16%）和鉀肥（K2O，56%）分別以120 kg·hm-2和90 kg·hm-2的施用量于兩季作物播前基施，每個(gè)處理重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為45.5 m2（3.5 m×13 m）。玉米和小麥供試品種分別為‘陜單609和 ‘小偃22。供試肥料中的氮肥為普通尿素（N≥46%）；生物炭為小麥秸稈在450 ℃厭氧熱解制備而得（含氮量? 0.49%），購自南京勤豐秸稈科技有限公司，其基本理化性質(zhì)為pH 10.40，有機(jī)碳含量467.05 g·kg-1，全磷0.61 g·kg-1，全鉀20.03 g·kg-1，鈣10.02?? g·kg-1，C/N比為79.10，灰分含量 20.8%；緩釋肥（N∶P2O5∶K2O=28∶6∶6）購自奧磷丹公司；微生物菌肥為富朗微生物菌劑（有效活菌數(shù)≥6.0億/g，含解淀粉芽孢桿菌和地衣芽胞桿菌，含氮量2%，不含磷和鉀等養(yǎng)分）。

夏玉米播種時(shí)間為2018年6月13日，密度均為6.75萬株·hm-2，在播種后和拔節(jié)追肥后進(jìn)行定量灌溉，灌水量均為100 mm。冬小麥播種時(shí)間為2018年10月7日，行距25 cm，播量187.5 kg·hm-2，在越冬前和拔節(jié)追肥后進(jìn)行定量灌溉，灌水量均為100 mm，灌溉方式采取微噴灌，其他同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理措施相一致。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 群體指標(biāo)測定 夏玉米株高：在夏玉米各關(guān)鍵生育時(shí)期選取5株，用米尺測量株高。

冬小麥莖蘗動(dòng)態(tài)：在冬小麥苗期于各小區(qū)選取長勢均勻1 m2進(jìn)行標(biāo)記并統(tǒng)計(jì)基本苗數(shù)，在越冬期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期和成熟期調(diào)查標(biāo)記區(qū)的分蘗數(shù)，并計(jì)算莖蘗成穗率。

干物質(zhì)量：在夏玉米關(guān)鍵生育時(shí)期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3株鮮樣，在冬小麥關(guān)鍵生育時(shí)期每個(gè)小區(qū)選取具有代表性的連續(xù)20 cm鮮樣，二者植株樣品按照植株不同部位分樣處理，在105 ℃下殺青30 min，轉(zhuǎn)80 ℃烘干至恒量。

1.3.2 氮素積累與分配 將烘干稱量后的玉米和小麥植株各器官進(jìn)行粉碎過篩，采用H2SO4—H2O2消解-靛酚藍(lán)比色法測定其全氮含量。根據(jù)各器官氮含量計(jì)算植株含氮量。氮素積累與分配相關(guān)計(jì)算公式如下：

植株氮素積累量（kg·hm-2）=植株干物質(zhì)量/1 000×植株氮素含量

各器官氮素積累量（g·株-1）=各器官干物質(zhì)積累量×氮素含量

各器官氮素分配比例 = 各器官氮素積累量/整株氮素積累量×100%

1.3.3 產(chǎn)量性狀測定 夏玉米成熟期隨機(jī)選取各小區(qū)長勢均勻的15株，統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)，測量穗粗和穗長、百粒質(zhì)量，并各小區(qū)隨機(jī)取20穗，在晾曬后脫粒測定14%水量含量下的產(chǎn)量。

冬小麥成熟期于各小區(qū)內(nèi)收割長勢均勻的? 1 m2的植株，調(diào)查小麥穗數(shù)，并取20 cm植株樣統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)，脫粒后測定14%含水量下的產(chǎn)量以及千粒質(zhì)量。

1.3.4 氮素利用效率測定 氮素利用效率相關(guān)計(jì)算公式如下：

氮農(nóng)學(xué)利用率（kg·kg-1）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/施氮量

氮素利用率（kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/成熟期植株地上部氮素積累量

氮肥表觀回收率（%）=（成熟期施氮區(qū)植株氮素積累量-不施氮區(qū)植株氮素積累量）/總施氮量

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2019、 SAS 9.4和Origin 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮下不同肥料配施對麥玉復(fù)種體系作物生長的影響

2.1.1 對夏玉米株高和冬小麥莖蘗動(dòng)態(tài)的影響 夏玉米株高隨著生育期的推進(jìn)呈逐漸遞增的趨勢，吐絲期達(dá)到最高（圖2）。拔節(jié)期，N100處理玉米株高顯著高于其他處理；而大喇叭口期和吐絲期，減氮及其配施處理N80、N80+BC、N80+S、N80+BF與N100間均無顯著差異。

冬小麥莖蘗數(shù)在整個(gè)生育期內(nèi)呈先升后降趨

勢，拔節(jié)期達(dá)到峰值（表1）。越冬期莖蘗數(shù)表現(xiàn)為N100＞N80+BF＞N80＞N80+S＞N80+BC，N100顯著高于N80+BC，但和其他處理無顯著差異；揚(yáng)花期表現(xiàn)為N80+BF＞N100＞N80 +BC＞N100+S＞N80，其中N80 +BC、N80+S、N80+BF 與N100之間均無顯著差異，成熟期表現(xiàn)趨勢與揚(yáng)花期一致，且N80+BF 較N80冬小麥莖蘗數(shù)在揚(yáng)花期和成熟期分別顯著提高12.0%和13.8%；冬小麥莖蘗成穗率表現(xiàn)為N80+BF＞N80+S＞N80 +BC＞N100＞N80，其中N80 +BC、N80+S、N80+BF較N100莖蘗成穗率提高了4.2%～11.6%，較N80提高了4.5%～11.9%，且N80 +BF處理效果最佳。

2.1.2 對夏玉米和冬小麥地上部干物質(zhì)積累的影響 夏玉米干物質(zhì)積累量隨著生育期的推進(jìn)呈逐漸遞增的趨勢，成熟期達(dá)到最高（圖3）。拔節(jié)期各處理干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為N100＞N80+BC＞N80+S＞N80+BF＞N80，N100顯著高于N80、? N80+BF，但N80+BC、N80+S與N100間無顯著差異，且N80+BC和N80+S較N80分別顯著提高22.8%和19.5%；而大喇叭口期至成熟期，減氮及其配施處理N80、N80+BC、N80+S、N80+BF與N100間均無顯著差異。

冬小麥干物質(zhì)積累量也隨著生育期的推進(jìn)而呈逐漸遞增的趨勢，成熟期達(dá)到最高（圖3）。拔節(jié)期各處理干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為N80+S＞N100＞N80 +BC＞N80＞N80+BF，所有減氮及其配施處理與N100間均無顯著差異，且N80+S較N80顯著提高了16.9%；成熟期表現(xiàn)為N100＞N80+BF＞N80+BC＞N80+S＞N80，N100顯著高于N80、N80+BC、N80+S，但與N80+BF間無顯著差異，且N80+BF較N80顯著提高了12.7%。

2.2 減氮下不同肥料配施對麥玉復(fù)種體系作物養(yǎng)分積累及分配的影響

2.2.1 對夏玉米和冬小麥地上部植株氮素積累的影響 夏玉米吐絲期和成熟期地上部植株氮素積累在各處理間均無顯著差異（P < 0.05，圖4）。吐絲期地上部植株氮積累量表現(xiàn)為N80+S＞N100＞N80＞N80+BF＞N80+BC，在成熟期則表現(xiàn)為N100＞N80+BC＞N80+BF＞N80+S＞N80。可見，減氮不會(huì)影響夏玉米植株氮素積累。

冬小麥揚(yáng)花期地上部植株氮素積累在各處理間均無顯著差異（圖4），而成熟期各處理間存在一定差異。成熟期植株氮素積累量表現(xiàn)為N100＞N80+BF＞N80+BC＞N80＞N80+S，N100顯著高于N80、N80+BC 和N80+S，但與N80+BF無顯著差異，且N80+BF較N80處理增加了13.4%。可見，微生物菌肥可彌補(bǔ)減氮對冬小麥干物質(zhì)積累造成的負(fù)效應(yīng)。

2.2.2 對夏玉米和冬小麥地上部植株氮素分配的影響 夏玉米成熟期不同器官中籽粒的氮素含量及分配比例最大（表2）。不同器官氮素含量在各處理間均無顯著差異。在莖+葉+苞葉中氮素分配比例表現(xiàn)為N80+BC＞N100＞N80＞N80+S＞N80+BF，其中N100顯著高于N80+BF，但與其他處理無顯著差異；在籽粒中氮素分配表現(xiàn)為N80+BF＞N80＞N100＞N80+S＞N80+BC，其中N80+BF較 N100 和N80分別提高了8.5%和? 5.2%。

冬小麥成熟期不同器官中也是籽粒的氮素含量及分配比例最大（表2）。在莖葉中氮素含量表現(xiàn)為N100＞N80+BC＞N80＞N80+BF＞N80+S，N100顯著高于N80+S、N80+BF，但與N80、N80+BC間無顯著差異；在籽粒中表現(xiàn)為N100＞N80+BF＞N80＞N80+BC＞N80+S，N100顯著高于? N80+S，但與N80、N80+BC、 N80+BF間均無顯著差異。冬小麥各器官氮素分配比例均沒有受到減氮的影響，且減氮下三種配施處理N80+BC、N80+S和 N80+BF相比N100和N80還能在一定程度上提高冬小麥籽粒中的氮分配比例。

2.3 減氮下不同肥料配施對麥玉復(fù)種體系作物產(chǎn)量及氮素利用率的影響

2.3.1 對夏玉米和冬小麥產(chǎn)量的影響 夏玉米穗粗、穗長、穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量均在各處理間均無顯著差異，而產(chǎn)量和收獲指數(shù)在各處理間存在一定的差異（表3）。產(chǎn)量表現(xiàn)為N80+BC＞N80+S＞N100＞N80+BF＞N80，收獲指數(shù)則表現(xiàn)為N80+BC＞N80+S＞N80+BF＞N100＞N80，其中N80+BC較N100夏玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)分別提高了3.2%和16.7%，較N80分別顯著提高了8.3%和20.1%，其余減氮處理與N100之間無顯著差異。

冬小麥穗粒數(shù)和收獲指數(shù)在各處理間均無顯著差異，而穗數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量在在各處理間存在一定的差異（表3），且主要通過提高穗數(shù)來增加冬小麥產(chǎn)量。穗數(shù)和產(chǎn)量均表現(xiàn)為N80+BF＞N100＞N80+BC＞N80+S＞N80，其中N80+BF 較N100冬小麥穗數(shù)和產(chǎn)量分別提高4.0%和2.7%，較N80分別顯著提高13.7%和16.2%；千粒質(zhì)量表現(xiàn)出N80+BC＞N80+S＞N100＞N80+BF＞N80，N80、N80+BC、N80+S、N80+BF與N100無顯著差異，且N80+BC和N80+S較N80均顯著提高3.7%。

2.3.2 對夏玉米和冬小麥氮素利用率的影響 夏玉米氮農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥表觀回收率在各處理間均存在一定的差異，氮素利用率各處理間無顯著差異（表4）。氮農(nóng)學(xué)利用率N80+BC處理表現(xiàn)最高，較N100和N80分別顯著提高了43.3%和45.8%；氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)出N80+BC＞N80+S＞N80+BF＞N80＞N100，其中N80、N80+BC、N80+S、N80+BF較N100分別顯著提高19.1%、29.0%、25.6%、19.8%，且N80+BC較N80顯著提高8.3%；氮肥表觀回收率表現(xiàn)為N80+BC＞N80+BF＞N100＞N80+S＞N80，其中N80+BC和N80+BF較N100分別顯著提高18.1%和10.7%，較N80分別顯著提高26.9%和19.0%。

冬小麥氮農(nóng)學(xué)利用率、氮素利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥表觀回收率在各處理間均存在一定的差異（表4）。氮農(nóng)學(xué)利用率在N80+BF處理表現(xiàn)最大，較N100和N80分別顯著提高31.2%和? 33.67%；氮素利用率表現(xiàn)出N80+S處理表現(xiàn)最大，較N100和N80分別顯著提高了21.9%和? 16.6%；氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)出N80+BF＞N80+BC＞N80+S＞N80＞N100，其中 N80+BC、N80+S、N80+BF較N100分別顯著提高22.1%、? 20.1%、? 28.4%，且N80+BF還顯著高于N80，增幅為 16.17%；氮肥表觀回收率表現(xiàn)為N80+BF＞N80+BC＞N100＞N80＞N80+S，其中N80+BF、N80+BC較N100和N80均有所提高，但差異不顯著。

3 討? 論

3.1 減氮下不同肥料配施對麥玉復(fù)種體系作物生長的影響

穩(wěn)定的群體結(jié)構(gòu)是保證作物產(chǎn)量的前提，而保持群體的穩(wěn)定則需要良好的個(gè)體發(fā)育。氮肥是影響作物生長發(fā)育的關(guān)鍵因素。研究表明，氮肥減施或減氮配施生物炭對水稻株高沒有顯著影響［17］，與常規(guī)施氮相比，減氮配施緩釋肥或生物炭不會(huì)造成玉米后期株高降低［37-38］。本研究與上述結(jié)論相似，本研究中，夏玉米拔節(jié)期常規(guī)施氮處理株高較高，但是大喇叭口期之后減氮及其配施處理的株高均接近于常規(guī)施氮處理，且沒有顯著差異。說明減氮情況下，通過基施可以滿足玉米前期生長需求，隨著試驗(yàn)周期的延長，后期通過追肥和生物炭、緩釋肥和微生物菌肥的肥效優(yōu)勢來滿足玉米生長所需養(yǎng)分，使株高增加效應(yīng)逐步顯現(xiàn)，最終與常規(guī)施氮處理之間無顯著差異。研究表明，過量施用氮肥會(huì)造成冬小麥無效分蘗的增多，從而導(dǎo)致莖蘗成穗率的降低［39］，氮肥減量下配施生物炭或生物菌肥均能顯著提高22.9%～31.4%的冬小麥莖蘗成穗率［40］。本研究中，減氮配施微生物菌肥處理（N80+BF）較單純減氮處理（N80）顯著提高了冬小麥揚(yáng)花期和成熟期莖蘗數(shù)；減氮下三種配施處理（N80+BC、N80+S和N80+BF）均能提高冬小麥莖蘗成穗率（4.2%～? 11.9%），其中以減氮配施微生物菌肥處理（N80+BF）效果最佳，這與孫利華等［41］研究結(jié)果相似。原因可能是微生物菌肥改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)作物對營養(yǎng)元素的吸收，進(jìn)而增加冬小麥有效分蘗數(shù)。其次，微生物菌肥具有保肥供肥的特點(diǎn)，減少了養(yǎng)分的淋失，延緩了肥料釋放速率，可以滿足小麥中后期養(yǎng)分供應(yīng)需求，進(jìn)而提高成穗率［42］。

干物質(zhì)積累是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，叢艷霞等［43］認(rèn)為增強(qiáng)作物生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累能力是提高籽粒產(chǎn)量的有效途徑。氮素是影響作物干物質(zhì)積累的重要因素，但是過量施氮會(huì)對作物生長帶來很多不利影響。適量減氮對作物植株的干物質(zhì)積累具有促進(jìn)作用，本研究中，減氮配施微生物菌肥處理（N80 +BF）與單純減氮（N80）相比能顯著促進(jìn)冬小麥成熟期干物質(zhì)的積累。這可能是由于微生物菌肥中的活體微生物能夠促進(jìn)植株的新陳代謝，增加小麥的葉面積指數(shù)和光合速率，促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累及向穗部的分配，調(diào)控莖鞘物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)特性，從而有效提高小麥地上部干物質(zhì)積累量［44］。

3.2 減氮下不同肥料配施對麥玉復(fù)種體系作物氮素積累及分配的影響

作物養(yǎng)分積累是其干物質(zhì)積累的基礎(chǔ)，是影響作物產(chǎn)量的重要因素，侯云鵬等［45］研究表明，玉米地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累與產(chǎn)量均存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。在作物的生長發(fā)育過程中，植株內(nèi)的養(yǎng)分處于不斷的吸收、同化、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配的動(dòng)態(tài)中［46］。研究表明，在施氮量300?? kg·hm-2的基礎(chǔ)上分別減氮25%、50%和75%時(shí)不僅可以提高玉米籽粒的氮素積累量，還能促進(jìn)花前營養(yǎng)器官中氮素向籽粒的分配［47］。本研究中，常規(guī)施氮（225 kg·hm-2）基礎(chǔ)上減氮20%對夏玉米吐絲期和成熟期植株氮素積累量沒有顯著影響，這與胡迎春等［37］的研究結(jié)論一致。許永勝等［48］認(rèn)為施用生物菌肥可以促進(jìn)燕麥成熟期植株對氮素的吸收，本研究中，與常規(guī)施氮相比，減氮配施微生物菌肥不僅不會(huì)影響冬小麥氮素積累量，與單純減氮（N80）相比，還能有效提高冬小麥成熟期氮素積累量。說明微生物菌肥可彌補(bǔ)減氮對冬小麥氮素積累造成的負(fù)效應(yīng)，分析可能是微生物菌肥中的固氮菌依賴植物根系分泌物生長和固氮，通過固氮作用為作物提供氮素［49］；或者微生物菌肥中的微生物可以通過合成或分解土壤中的有機(jī)質(zhì)為作物提供氮素等養(yǎng)分［50］。

氮肥是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)最基本的物質(zhì)保證，但是過量施用氮肥使植株?duì)I養(yǎng)器官氮素代謝旺盛，不利于氮素向籽粒中的分配［51］，減少供氮可以促進(jìn)營養(yǎng)體氮素再轉(zhuǎn)運(yùn)［47］。王士紅等［52］在棉花試驗(yàn)上研究發(fā)現(xiàn)，施氮量過大導(dǎo)致植株生殖器官氮素分配比例下降，降低施氮量可以促進(jìn)氮素的高效利用。本研究中，夏玉米和冬小麥成熟期植株各器官氮素含量及分配比例均以籽粒中最大，減氮不僅不會(huì)影響夏玉米各器官中的氮素含量，減氮配施微生物菌肥還有利于促進(jìn)氮素向玉米籽粒中的分配。這是因?yàn)槲⑸锞史市Ь哂虚L效性且穩(wěn)定的特點(diǎn)，有效協(xié)調(diào)了氮素在玉米花前和花后植株中的分配，既能保持較高的轉(zhuǎn)運(yùn)量，也能滿足玉米生育后期葉片正常的光合作用，保障玉米在生殖生長階段仍保持較高的同化能力，進(jìn)而提高籽粒中的氮素分配［47］。本研究還發(fā)現(xiàn)，冬小麥籽粒中氮素含量在配施生物炭和微生物菌肥中沒有受到減氮的影響，說明減氮基礎(chǔ)上通過配施生物炭和微生物菌肥可有效保證冬小麥籽粒氮素含量維持在較穩(wěn)定的水平；減氮沒有抑制氮素向冬小麥各器官中的分配，減氮下配施生物炭、緩釋肥和微生物菌肥可在一定程度上促進(jìn)氮素向小麥籽粒的分配，這可能是生物炭、緩釋肥和微生物菌肥養(yǎng)分時(shí)效長，可以保持土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，促進(jìn)作物養(yǎng)分的吸收，有效協(xié)調(diào)氮素的積累和再轉(zhuǎn)運(yùn)［53-54］，有利于保持小麥成熟期籽粒同化物分配比例。

3.3 減氮下不同肥料配施對麥玉復(fù)種體系作物產(chǎn)量及氮素利用率的影響

玉米產(chǎn)量是通過果穗粗、穗長、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量和收獲指數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素來體現(xiàn)的。馬星竹等［55］認(rèn)為適當(dāng)減少氮肥施用量可以提高土壤速效養(yǎng)分含量和養(yǎng)分利用率，增加玉米籽粒產(chǎn)量。柳瑞等［17］在水稻試驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)，氮肥減量 40%的基礎(chǔ)上配施生物炭較于常規(guī)施氮顯著提高早稻產(chǎn)量18.07%，而相較于單純減氮顯著增加早稻產(chǎn)量 14%左右。也有研究表明，施用生物炭能夠促進(jìn)玉米地下部根系生長發(fā)育，延緩根系衰老，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量性狀［56］。劉洪亮等［57］研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，施用微生物肥處理顯著提高棉花和番茄產(chǎn)量，增幅達(dá)3.7%～10.9%。本研究中，常規(guī)施氮（220 kg·hm-2）基礎(chǔ)上減氮 20%不會(huì)降低夏玉米產(chǎn)量，這與李恩堯等［58］的研究結(jié)果一致，且與單純減氮相比，減氮下配施生物炭、緩釋肥和微生物菌肥均能在一定程度上增加夏玉米和冬小麥產(chǎn)量，其中在夏玉米中減氮配施生物炭處理表現(xiàn)最優(yōu)，增產(chǎn)幅度為8.3%，而在冬小麥中減氮配施微生物菌肥處理表現(xiàn)最佳，增產(chǎn)幅度為16.2%。說明通過配施生物炭（夏玉米季）和微生物菌肥（冬小麥季）以達(dá)到氮肥減量化具有可行性。其原因可能是生物炭提高土壤養(yǎng)分總含量，促進(jìn)速效養(yǎng)分的供［59］，有效提高小麥葉面積指數(shù)，實(shí)現(xiàn)葉片光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)到穗部，從而提高夏玉米產(chǎn)量；微生物菌肥具有保肥特性，可顯著抑制土壤氮素流失和揮發(fā)，有效提高氮素利用率［60］，進(jìn)而提高冬小麥產(chǎn)量。

適當(dāng)減少氮肥施用量，有利于提高氮肥利用率和氮肥生理效率［61-62］，胡娟等［63］研究表明，在常規(guī)施肥（200 kg·hm-2）基礎(chǔ)上減氮20%，并配施緩控釋肥能夠提高玉米的NAE、NfP、NupE、NHI和NUE。劉詩璇等［64］發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)尿素與控釋尿素以7∶3或者5∶5配施，均能提高NAE和NfP。竇露等［65］研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，氮肥配施生物菌肥可以顯著提高冬小麥的NAP、NfP以及RE。Ven等［66］認(rèn)為生物炭的施用可以顯著提高作物氮肥利用率，孟繁昊等［67］研究發(fā)現(xiàn)，施氮水平在150 kg·hm-2時(shí)配施生物炭，春玉米的產(chǎn)量可以達(dá)到峰值，并能顯著提高作物氮肥利用率。本研究結(jié)果顯示，減氮下3種配施處理（N80+BC、N80+S和N80+BF）均能增加夏玉米和冬小麥氮農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，其中夏玉米季中配施生物炭處理（N80+BC）表現(xiàn)最優(yōu)，與常規(guī)施氮和單純減氮相比氮農(nóng)學(xué)利用率顯著增加了43.3%～45.8%，氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加了28.9%～30.0%；而在冬小麥季中配施微生物菌肥處理（N80+BF）表現(xiàn)最佳，與常規(guī)施氮和單純減氮相比氮農(nóng)學(xué)利用率顯著增加了31.2%～? 33.67%，氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加了16.2%～? 28.4%；N80+BC和N80+BF處理均能提高夏玉米和冬小麥氮肥表觀回收率，且在夏玉米季中達(dá)到顯著水平顯著，二者較常規(guī)施氮顯著增加了10.7%～18.1%，較單純減氮顯著增加了19.0%～26.9%。說明生物炭和微生物菌肥在氮肥減量中起到積極的增效作用，這是因?yàn)樯锾客ㄟ^提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性來促進(jìn)作物對土壤氮素養(yǎng)分的吸收［68］，加上生物炭具有獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)有利于改善緊密性土壤物理結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤微生物繁殖，從而活化容易被固定的氮素養(yǎng)分［69-70］，進(jìn)一步提高植株對作物氮素養(yǎng)分的吸收和利用；微生物菌肥通過固氮作用，將空氣中的氮轉(zhuǎn)化供植物體吸收利用［71］，加上微生物菌肥含有大量的活性有益微生物，能夠幫助溶解土壤中的氮素養(yǎng)分，促進(jìn)植株對氮素的吸收和利用［69，72］。本研究中，減氮下3種配施處理（N80+BC、N80+S和N80+BF）還能增加冬小麥氮素學(xué)利用率，其中減氮配施緩釋肥處理達(dá)到顯著水平，與常規(guī)施氮和單純減氮相比顯著增加了16.6%～21.9%，說明適量減氮配施緩釋肥可提高冬小麥氮素利用率。

4 結(jié) 論

短期內(nèi)減氮對夏玉米干物質(zhì)及氮素積累無顯著影響，而減氮配施微生物菌肥（N80 +BF）促進(jìn)夏玉米氮素向籽粒中的分配，減氮配施生物炭（N80 +BC）保證夏玉米產(chǎn)量和氮素利用效率（NAE、NfP、RE）處于最佳狀態(tài)。減氮配施微生物菌肥（N80 +BF）有效提高了冬小麥揚(yáng)花期和成熟期分蘗數(shù)及莖蘗成穗率，增加了冬小麥成熟期干物質(zhì)和氮素積累量，進(jìn)而提高了冬小麥產(chǎn)量，且獲得更高的氮素利用效率。綜上所述，180?? kg·hm-2配施生物炭（22 500 kg·hm-2）和180 kg·hm-2配施微生物菌肥（3 600 kg·hm-2）實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的同時(shí)節(jié)約氮肥資源，二者均可視為關(guān)中地區(qū)麥玉周年復(fù)種體系減氮增效的可行施肥模式。

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Effects of Different Fertilizers on Nitrogen Accumulation and

Distribution and Yield of Wheat-maize Multiple

Pubucangjue，WANG Jinping，YAO Liru，ZHU Yuanzheng，HE Zhengzheng and HAN Juan

（College of Agronomy，Northwest A&F University，Yangling Shaanxi 712100，China）

Abstract To explore the potential for reducing nitrogen fertilizer and improving efficiency in winter wheat-summer maize multiple cropping system in Guanzhong area of Shaanxi Province， and to establish a suitable crop nutrient management system， a field experiment was conducted to investigate the effects of nitrogen reduction combined with different fertilizers on crop growth， plant nitrogen accumulation and distribution， crop yield and nitrogen use efficiency in wheat-maize multiple cropping system from 2018 to 2019. Five treatments were set as follows ∶ conventional nitrogen application （225 kg·hm-2， N100）; nitrogen reduction 20% （180 kg·hm-2， N80）; nitrogen reduction combined with biochar（180 kg·hm-2， biochar 22 500 kg·hm-2，N80 +BC）; nitrogen reduction combined with slow-release fertilizer（180 kg·hm-2， urea? slow-release fertilizer = 1∶1， N80 +S）; nitrogen reduction combined with microbial fertilizer（180 kg·hm-2， microbial fertilizer 3 600 kg·hm-2，N80 + BF）.The results showed that nitrogen reduction and its combination with different fertilizers had no significant effect on plant height， dry matter and nitrogen accumulation of summer maize after large bell stage. The application of N80 +BF promoted the distribution of nitrogen in summer maize towards grain development， while N80 +BC increased the yield and harvest index of summer maize by 8.3% and 20.1%， respectively. Under nitrogen reductions， all three combined treatments increased Nitrogen Agronomic Efficiency （NAE） and Nitrogen Fertilizer Productivity （NFP） of summer maize. N80 +BC treatment exhibited the best performance，showing an significant increase of 43.3% and 29.0% compared to N100， and a significant increase of 45.8% and 8.3% compared to N80， in terms of NAE and NFP， respectively. Both N80 +BC and N80 +BF significantly increased Recovery Efficiency （RE） of summer maize， with a significant increase of 18.1% and 10.7% compared to N100， and a significant increase of 26.9% and 19.0% compared with N80. Compared to N80， N80 +BF effectively increased the tiller number， tiller spike rate， dry matter and nitrogen accumulation during flowering and maturity stages， and significantly increased the spike number and yield of winter wheat by 13.7% and?? 16.2%， respectively. The NAE， NFP and NUE of winter wheat were improved by the three treatments under nitrogen reduction. Among them， NAE and NFP N80 +BF treatment performed best， with a remarkable increase of 31.2% and 28.4%，respectively，compared with N100， and these parameters increased by 33.7% and 16.2% when compared to the N80 treatment. NuE performed best in N80 +S treatment. In summary， in the treatment of nitrogen reduction and its combined application， 180 kg·hm-2 combined with biochar（22 500 kg·hm-2） and 180?? kg·hm-2 combined with microbial fertilizer （3 600 kg·hm-2） are more conducive to crop growth， promote nitrogen accumulation and distribution， improve crop yield and nitrogen utilization rate， and realize the‘ reduction and efficiency of nitrogen management in wheat-maize multiple cropping system in Guanzhong area.

Key words Summer maize and winter wheat; Nitrogen fertilizer reduction; Fertilizer application;Yield; Nitrogen use efficiency

Received ?2022-12-15??? Returned 2023-03-17

Foundation item ?Shaanxi Province Key R&D Plan（No.2018ZDXM-NY-002）.

First author Pubucangjue， female， master student.Research area： efficient farming system and crop cultivation technology in arid areas.E-mail：pbcj030065@163.com

Corresponding?? author HAN Juan，female，Ph.D，professor. Research area：efficient utilization of crop water and fertilizer in arid area. E-mail：hjepost@nwsuaf.edu.cn

（責(zé)任編輯：成 敏 Responsible editor：CHENG? Min）