麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對旱地麥?玉兩熟區(qū)玉米產(chǎn)量和氮素利用的影響

摘要： 【目的】在旱地麥?玉兩熟區(qū)，關(guān)于麥季耕作方式與玉米季氮肥用量如何共同影響玉米產(chǎn)量及氮素利用效率的綜合性研究相對較少。我們運用熵權(quán)法和TOPSIS 法建立了綜合評價模型，評價各處理方案間的差異，為麥?玉兩熟區(qū)玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。【方法】2020—2022 年，在典型旱地麥?玉兩熟區(qū)河南省洛陽市孟津區(qū)小浪底鎮(zhèn)開展二因素裂區(qū)田間定位試驗，以麥季旋耕（RT）、翻耕（PT） 和深松（SS） 3 種耕作方式為主區(qū)，以玉米季基施氮0 kg/hm2 （N0）、150 kg/hm2 （N150）、210 kg/hm2 （N210） 和270 kg/hm2 （N270） 4 個氮肥用量為副區(qū)，研究不同處理對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、成熟期地上部干物質(zhì)和氮素積累量以及氮素利用效率的影響，并使用熵權(quán)法和TOPSIS 法建模選優(yōu)?！窘Y(jié)果】麥季耕作方式和玉米季氮肥用量及二者互作對玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素、干物質(zhì)積累量、氮素積累量和氮素利用效率均有顯著影響。與RT 和PT 處理相比，SS 處理玉米平均產(chǎn)量分別提高10.4% 和7.8%，干物質(zhì)積累量分別提高12.4% 和6.7%，氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥貢獻(xiàn)率分別提高14.4% 和10.3%、77.5% 和50.9%、52.7% 和34.5%。相同耕作方式下，隨著氮肥用量的增加，玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、氮素積累量、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為先增加后穩(wěn)定，而氮肥吸收效率和氮肥偏生產(chǎn)力逐漸降低。與N270 處理相比，N210 處理玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、氮素積累量、氮素內(nèi)在效率和氮肥貢獻(xiàn)率在3 年中均無顯著差異，但氮肥吸收效率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率分別顯著提高29.2%、30.1% 和33.0%。從互作效應(yīng)看，3 年中SSN210 處理的產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量和氮素積累量雖與SSN270 無顯著差異，但均顯著高于其他處理，平均增幅分別為10.1%～70.4%、7.0%～59.2% 和6.1%～65.3%；氮肥農(nóng)學(xué)效率除2021 年低于SSN150 處理外，其余年份均顯著高于其他處理14.8%～237.9%；3 年平均氮肥內(nèi)在效率和氮肥貢獻(xiàn)率也均高于其他處理。運用TOPSIS 法進(jìn)行綜合評價后發(fā)現(xiàn)，在同一施氮量下3 年中綜合評價值均表現(xiàn)為SSgt;PTgt;RT，在同一耕作方式下均以N210 處理顯著高于其他氮肥用量處理，互作條件下均以SSN210 處理最高?！窘Y(jié)論】麥季深松配合玉米季施氮210 kg/hm2，是實現(xiàn)旱地麥?玉兩熟區(qū)玉米高產(chǎn)高效的有效途徑。

關(guān)鍵詞： 夏玉米；麥前深松；氮肥用量；產(chǎn)量；氮素利用效率；TOPSIS 法

玉米是重要的糧食、飼料和經(jīng)濟(jì)兼用型作物，2023 年我國玉米總產(chǎn)量分別比小麥和水稻高出111.5%和39.8%，在保障國家糧食安全和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮著舉足輕重的作用[1]。冬小麥?夏玉米兩熟復(fù)種輪作（簡稱麥?玉兩熟） 是我國玉米種植的重要模式，這種模式利于作物高效利用光溫等資源，但對栽培管理的要求較一年一熟單作更高，尤其是在旱地麥?玉兩熟區(qū)表現(xiàn)的更為突出[2?3]。在旱地麥?玉兩熟生產(chǎn)中，為搶農(nóng)時和節(jié)約投入，人們習(xí)慣采用玉米免耕或旋耕播種，弱化了耕作改善土壤特性以實現(xiàn)玉米高產(chǎn)的作用[4]。研究表明，前茬耕作具有后效，可調(diào)控后茬土壤特性以提高產(chǎn)量[5?7]。合理施用氮肥是提高玉米產(chǎn)量和生產(chǎn)效率的有效途徑之一，且其與耕作具有互作效應(yīng)[8]。然而，旱地麥?玉兩熟區(qū)玉米生產(chǎn)中氮肥用量普遍偏高，而且沒有根據(jù)前茬耕作進(jìn)行調(diào)整，這不利于玉米產(chǎn)量和資源效率的進(jìn)一步提高[9]。因此，探尋適宜的麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對提高旱地麥?玉兩熟區(qū)玉米產(chǎn)量和氮素利用效率具有重要意義。

合理的耕作方式可以協(xié)調(diào)土壤中水、肥、氣、熱間的關(guān)系，促進(jìn)玉米根系生長、地上部物質(zhì)積累利用，提高玉米產(chǎn)量和氮素利用效率[10?11]，但前茬耕作方式對后茬玉米生產(chǎn)的影響尚無定論[3， 5?7]。劉元元等[7]對山東青島半濕潤區(qū)麥?玉兩熟體系的8 年定位試驗表明，麥季旋耕可疏松表層土壤，提高深層土壤水分量，從而使玉米干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量較深翻分別顯著提高10.7%～11.7% 和11.0%～12.3%。但也有研究表明，麥季長期旋耕會導(dǎo)致犁底層上移，限制了玉米對養(yǎng)分的吸收，不利于玉米生長[12?13]。在山東泰安市半濕潤區(qū)麥?玉兩熟體系中，Kuang 等[5]研究表明，與麥季旋耕相比，麥季深松可以改善土壤特性，使后茬玉米百粒重和產(chǎn)量分別顯著提高2.6%～4.2% 和8.3%～13.1%；Latifmanesh 等[6]研究也表明，麥季深松較旋耕和免耕可使產(chǎn)量分別提高8.0% 和4.4%，氮肥偏生產(chǎn)力分別提高12.7% 和9.6%，氮收獲指數(shù)分別提高6.8% 和11.3%。李霞等[3]研究表明，麥季翻耕較旋耕能一定程度上降低土壤容重、提高土壤孔隙度和土壤蓄水保墑能力，促進(jìn)玉米根系生長，從而使后茬玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒重和干物質(zhì)積累量分別提高24.0%、12.9%、5.3%和21.1%。

氮肥是調(diào)控玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量和水肥效率的重要因子，但其適宜用量因生產(chǎn)條件而異。Drulis 等[14]在立陶宛Vytautas Magnus 大學(xué)農(nóng)學(xué)院實驗站的研究表明，當(dāng)?shù)视昧繌?00 kg/hm2 增加到140 kg/hm2，1 kg 氮平均增產(chǎn)0.03～0.04 t/hm2，但氮肥用量進(jìn)一步增加到180 kg/hm2 時，1 kg 氮只增產(chǎn)0.008～0.02 t/hm2。張宏等[15]在陜西關(guān)中灌區(qū)的研究表明，施用氮肥顯著增加了玉米成熟期各個器官的氮素積累量，但施氮量超過120 kg/hm2 時籽粒中的氮素分配比例降低。李景潤等[8]在黃土高原半干旱區(qū)的研究表明， 200 kg/hm2 施氮水平下免耕和深松耕可以為玉米生長提供良好的土壤條件，促進(jìn)干物質(zhì)的有效轉(zhuǎn)化，進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率。梁熠等[16]在遼寧半濕潤區(qū)旱地的研究表明，深松配氮肥用量225 kg/hm2 可以提高玉米氮素積累量、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力。Wasaya等[17]在巴基斯坦半干旱區(qū)研究表明，鑿犁深耕+中耕機(jī)整地搭配氮肥用量200 kg/hm2，可以提高玉米葉面積指數(shù)和葉綠素含量，延緩植株衰老，提高玉米干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量。丁世杰等[9]在黃淮灌區(qū)的研究表明，施氮量0～225 kg/hm2 范圍內(nèi)，土壤氨化作用強(qiáng)度隨施氮量增加而升高，施氮量超過225 kg/hm2，反而會抑制微生物作用強(qiáng)度和酶活性，降低玉米氮素吸收量和產(chǎn)量，且氮肥用量對玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響與耕作方式存在互作效應(yīng)，增施氮肥加強(qiáng)了麥季深松轉(zhuǎn)化土壤氮素的作用，最終以麥季深松配合玉米季施氮330 kg/hm2 處理的玉米產(chǎn)量最高。

綜合來看，雖然前人圍繞麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和氮素利用特性的影響已有不少報道，但主要集中在旱地一年一熟或灌區(qū)麥?玉兩熟生產(chǎn)體系，且試驗結(jié)果不盡相同，綜合分析兩者對旱地麥?玉兩熟體系玉米產(chǎn)量和氮素利用的研究尚未見報道。因此，本研究在黃土高原與黃淮海平原交匯處的典型麥?玉兩熟輪作區(qū)，連續(xù)3 年以麥季耕作方式為主區(qū)、玉米季氮肥用量為副區(qū)開展定位試驗，研究麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對旱地麥?玉兩熟區(qū)玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素、干物質(zhì)和氮素積累量及氮素利用效率的影響，同時運用熵權(quán)法和TOPSIS 法建模綜合選優(yōu)，旨為實現(xiàn)旱地麥?玉兩熟區(qū)玉米高產(chǎn)高效栽培提供理論和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020—2022 連續(xù)3 年在河南省洛陽市孟津區(qū)小浪底鎮(zhèn)明達(dá)村（37°87′N，112°36′E） 進(jìn)行。該試驗地位于黃土高原與黃淮海平原交匯處的典型旱地“小麥+玉米”一年兩熟種植區(qū)，屬于半濕潤易旱區(qū)，海拔120 m，年均氣溫13.7℃，年日照時數(shù)2270 h，無霜期235 天。2020 年6 月試驗開始前0—20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)含量13.5 g/kg，全氮1.07 g/kg，速效磷9.8 mg/kg，速效鉀142.6 mg/kg，pH 7.6。試驗期間逐月降水量與溫度見圖1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用二因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為麥季旋耕（RT）、翻耕（PT） 和深松（SS） 3 種耕作方式，副區(qū)為玉米季4 個氮肥用量處理0、150、210 和270 kg/hm2，分別用N0、N150、N210 和N270 表示。麥季耕作在小麥播種前進(jìn)行，旋耕處理采用旋耕機(jī)作業(yè)，整地深度為15 cm；翻耕采用鏵式犁翻耕，整地深度為（25±3） cm，并用旋耕機(jī)旋耕平整地表；深松處理采用深松機(jī)每間隔35 cm 深松（35±3） cm，并用旋耕機(jī)平整地表，其中深松作業(yè)2 年1 次，分別于2019?10?12和2021?10?28 進(jìn)行，2020 和2022 年不深松，耕作同旋耕。供試化肥分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%） 和硫酸鉀（含K2O 50%）。由于各處理的氮肥用量不同，采取人工模擬免耕施肥播種機(jī)作業(yè)效果的方式施肥播種，即采用免耕施肥播種機(jī)開溝，然后人工將計劃量的肥料均勻條施于溝內(nèi)，深度10～12 cm；施完肥后立即覆土，然后人工點播播種，深度6～8 cm。玉米季各處理的磷、鉀肥用量相同，分別為P2O5 90 kg/hm2 和K2O 60 kg/hm2。每個處理3 次重復(fù)，小區(qū)長8 m、寬4 m。玉米品種為‘中科玉505’，6 月中旬播種，密度為60000 株/hm2，60 cm 等行距種植，株距27.5 cm，10 月上旬收獲。各處理麥季施肥量和施肥方式及其他栽培條件均相同，即麥季耕作作業(yè)后將N 240 kg/hm2、P2O575 kg/hm2 和K2O 45 kg/hm2 均勻撒施，然后通過旋耕（15 cm） 將肥料混入土壤；小麥品種為‘洛旱22’，播量為187.5 kg/hm2，10 月中下旬播種，翌年6 月上旬收獲。生育期內(nèi)雜草及病蟲害防治等其他管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及構(gòu)成要素的測定 成熟期，在每個小區(qū)隨機(jī)選取長勢一致的植株20 株，風(fēng)干后脫粒測定產(chǎn)量構(gòu)成要素，然后取風(fēng)干籽粒約50 g，65℃ 烘干至恒重，測定籽粒含水率。最終折算成含水率14%的單位面積產(chǎn)量。

1.3.2 植株干物質(zhì)和氮素積累量的測定 成熟期，在每個小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的植株5 株，氮肥貢獻(xiàn)率（%） = （施氮肥區(qū)產(chǎn)量?不施氮肥區(qū)產(chǎn)量）/施氮肥區(qū)產(chǎn)量×100[18]。分為莖葉、穗軸、籽粒3 部分。105℃ 殺青30 min，80℃烘至恒重，測定其干物質(zhì)積累量。后將各器官烘干的樣品粉碎，采用H2SO4?H2O2 法消解，AA3 型連續(xù)流動分析儀（SEAL 公司，德國） 測定全氮濃度并計算出各器官全氮含量。各器官氮素積累量為其干物質(zhì)量與全氮含量的乘積 [18]。地上部氮素積累量為各器官氮素積累量之和[18]。

1.3.3 氮效率指標(biāo)計算公式 氮肥吸收效率（kg/kg） =地上部氮素積累量/氮肥用量[18]；

氮素內(nèi)在效率（kg/kg） = 籽粒產(chǎn)量/地上部氮素積累量[18]；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg） = 籽粒產(chǎn)量/氮肥用量[18]；

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg） = （施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量?不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/氮肥用量[18]；

氮肥貢獻(xiàn)率（%） = （施氮肥區(qū)產(chǎn)量?不施氮肥區(qū)產(chǎn)量）/施氮肥區(qū)產(chǎn)量×100[18]。

1.4 綜合評價值計算

1.4.1 采用熵權(quán)法計算各指標(biāo)權(quán)重 由于產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、氮素積累量和氮素利用效率評價指標(biāo)各不相同，相互之間無法比較，參考Zou 等 [19]的方法，先將各指標(biāo)實測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，消除量綱不同的影響，然后用熵權(quán)法進(jìn)行客觀權(quán)重分析。

1.4.2 采用TOPSIS 計算綜合評價值 逼近理想解距離排序法（technique for order preference by similarityto ideal solution， TOPSIS） 通過對各評價方案到理想解的距離大小來對方案進(jìn)行綜合評價，若評價方案最靠近最優(yōu)解同時又遠(yuǎn)離最劣解，則為最好。各處理的綜合評價值用Ci （0

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 23.0 軟件處理數(shù)據(jù)，用LSD 法進(jìn)行顯著性檢驗，用Origin 2022 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如表1 所示，麥季耕作方式和玉米季氮肥用量及其交互作用對玉米產(chǎn)量和穗粒數(shù)多具有顯著影響。 SS 與RT 和PT 處理相比利于改善玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)而提高產(chǎn)量，3 年平均穗粒數(shù)分別提高7.2% 和3.5%，百粒重分別提高4.0% 和4.5%，產(chǎn)量分別提高10.4% 和7.8%。其中，SS 較RT 和PT 處理在N150、N210 和N270 下分別增產(chǎn) 10.8%～15.6%、10.1%～14.1% 和10.0%～13.3%，N0 下產(chǎn)量反而降低，說明SS 處理可促進(jìn)施氮處理下玉米增產(chǎn)，且在不同氮肥用量下增產(chǎn)率無明顯變化。相同麥季耕作方式下，3 年中玉米產(chǎn)量均隨玉米季氮肥用量的增加呈先增加后穩(wěn)定的趨勢，N270 和N210 間均無顯著差異，但較N150 和N0 均顯著提高，其中N210 在SS、PT 和RT 下較N150 分別平均提高19.4%、20.0%和20.5%，較N0 分別平均提高70.4%、51.3% 和42.1%。從互作效應(yīng)看，SSN210 處理的玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重與SSN270 處理相比均無顯著差異，但其產(chǎn)量較其他處理顯著提高10.1%～70.4%。

2.2 麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對玉米成熟期干物質(zhì)積累的影響

由圖2 可以看出，麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對玉米成熟期干物質(zhì)積累有顯著影響，但兩者交互對玉米干物質(zhì)積累并無顯著影響。SS 處理玉米成熟期地上部總干物質(zhì)積累量3 年均顯著高于RT 處理，且隨著耕作年限的增加，于2022 年顯著高于PT 處理，平均較RT 和PT 處理分別增加12.4% 和6.7%。其中，莖葉、穗軸和籽粒干物質(zhì)積累量較RT 處理分別增加12.9%、8.5% 和12.5%，較PT 處理分別增加7.0%、5.2% 和6.7%。與N0 相比，施氮處理各器官干物質(zhì)積累量顯著提高25.9%～47.0%。3 年中，N210 和N270 間各器官干物質(zhì)積累量均無顯著差異，但較N150 籽粒干物質(zhì)積累量顯著提高9.7%～15.7%；穗軸干物質(zhì)積累量無顯著差異；N210莖葉干物質(zhì)積累量較N150 在2020 年降低，而2021和2022 年分別提高10.0% 和15.1%。從互作效應(yīng)看，SSN210 與SSN270 處理各器官干物質(zhì)積累量并無明顯差異，但較其他處理莖葉、穗軸和籽粒干物質(zhì)積累量分別提高7.3%～45.3%、4.7%～56.7%和7.0%～59.2%。從3 年均值來看，總干物質(zhì)積累量除與SSN270 無顯著差異外均顯著高于其他處理?？梢姡琒SN210 組合可獲得最優(yōu)的干物質(zhì)積累量，為玉米產(chǎn)量形成奠定良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3 麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對玉米成熟期氮素積累量的影響

麥季耕作方式和玉米季氮肥用量及兩者交互作用對玉米成熟期氮素積累量有極顯著影響，且3 年中影響規(guī)律與干物質(zhì)積累量相似（圖3）。SS 處理氮素積累量3 年中均顯著高于RT 和PT。不同耕作方式下施氮均可提高氮素積累量，N150、N210 和N270較N0，從3 年均值看，RT 處理下分別顯著提高28.5%、46.7% 和45.8%，PT 處理下分別顯著提高33.2%、50.6% 和50.2%，SS 處理下分別顯著提高46.5%、65.4% 和64.5%，說明耕作方式對施氮提高玉米氮素積累量的作用表現(xiàn)為SSgt;PTgt;RT。3 年氮素積累量均值，N150 較N0 顯著增加26.6%，N210 較N150 顯著增加11.8%，N270 較N210 無顯著變化，說明玉米季增施氮肥提高地上部氮素積累量的效應(yīng)隨著氮肥用量增加而逐漸降低。從互作效應(yīng)來看，2020 和2021 年，SSN210 處理氮素積累量與SSN270 無顯著差異，但較其他處理分別顯著提高6.1%～62.8%和5.6%～64.3%；2022 年，SSN210 與SSN270、PTN210 和PTN270 處理均無顯著差異，但顯著高于其他處理7.8%～74.5%。從3 年均值來看，SSN210處理的地上部氮素積累量較除SSN270 處理外的其他處理顯著提高6.1%～65.3%。

2.4 麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對玉米氮利用效率的影響

由表2 可以看出，麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對氮肥吸收效率、氮素內(nèi)在效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率均有顯著影響，且除氮素內(nèi)在效率外兩者的交互作用均達(dá)到極顯著水平。麥季耕作方式間SS 處理更利于提高玉米氮素吸收利用效率，其3 年平均氮肥吸收效率、氮素內(nèi)在效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率較RT 分別提高8.9%、3.4%、14.4%、77.5% 和52.7%，較PT 處理分別提高6.1%、2.9%、10.3%、50.9% 和34.5%。 隨著玉米季氮肥用量的增加，3 年中均表現(xiàn)出氮肥吸收效率和氮肥偏生產(chǎn)力呈遞減趨勢，其中，N210 較N150 分別顯著降低23.5% 和16.7%，N270 較N210 分別顯著降低29.2% 和30.1%；氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率3 年均呈先增后降趨勢，且均在N210 達(dá)到最大值，其中氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于N270 （提高33.0%） 而氮肥貢獻(xiàn)率與N270 差異不顯著，但二者均顯著高于N150。從互作效應(yīng)來看，SSN210 處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率較其他處理顯著提高14.8%～237.9%；氮肥貢獻(xiàn)率除與SSN270 處理無顯著差異外均顯著高于其他處理。

2.5 麥季耕作方式和玉米季氮肥用量組合的綜合效應(yīng)評價

2.5.1 貼合度Ci 與產(chǎn)量、干物質(zhì)和氮效率的相關(guān)性 采用熵權(quán)法確定權(quán)重發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、氮素積累量、氮肥吸收效率、氮素內(nèi)在效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率均為正向指標(biāo)，其權(quán)重2020 年分別為 0.109、0.082、0.077、0.154、0.084、0.153、0.171 和0.180；2021 年分別為0.058、0.103、0.079、0.155、0.072、0.153、0.193和0.187；2022 年分別為0.090、0.081、0.106、0.188、0.055、0.188、0.193 和0.189。其貼合度Ci、產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、氮素積累量、氮肥吸收效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率兩兩之間的相關(guān)性均達(dá)到0.001 水平（圖4），由此可以進(jìn)行下一步，用TOPSIS 法分析不同麥季耕作方式和玉米季氮肥用量對玉米產(chǎn)量和氮素利用的綜合影響。

2.5.2 TOPSIS 法方案評價排序 采用TOPSIS 法從高產(chǎn)、高效角度出發(fā)，確定不同處理方案的綜合評價指標(biāo)及排序（表3）。相同氮肥用量下，3 年中都以SS 處理綜合評價得分最高，較PT、RT 處理分別平均增加17.5%、28.1%。同一耕作方式下，都以N210綜合評價得分最高，較N0、N150、N270 綜合評價得分分別平均增加617.5%、17.1%、17.2%。從互作效應(yīng)看，前后3 年中均以SSN210 處理的綜合評價值最高。由此可知，麥季深松配合玉米季氮肥用量210 kg/hm2 的處理綜合評價最高。

3 討論

3.1 麥季深松配合玉米季施氮210 kg/hm2 提高了玉米干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量

前茬作物播前不同耕作方式對后茬作物產(chǎn)量和干物質(zhì)積累具有顯著影響[3， 5， 7]。本研究表明，麥季深松與旋耕和翻耕相比可顯著增加玉米穗粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量。前人也有不少研究得到類似的結(jié)果，如Kuang 等[5]研究表明麥季深松與旋耕相比可使后茬玉米百粒重和產(chǎn)量顯著提高；馮倩倩等[21]研究發(fā)現(xiàn)麥季深松較翻耕可顯著提高后茬玉米干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量。其原因主要有兩個：一是麥季深松顯著提高了后茬耕層土壤含水量和蓄水保墑能力[22]，為旱區(qū)農(nóng)田提供了良好的水分基礎(chǔ)；二是深松所形成的良好土壤環(huán)境可促進(jìn)玉米根葉生長，提高玉米葉片抗氧化特性和光合能力，從而獲得較高的干物質(zhì)積累量和籽粒產(chǎn)量[23?24]。

過高投入氮肥又會造成資源浪費、降低籽粒產(chǎn)量[25]。周寶元等[26]研究表明，隨著氮肥用量的增加，玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。本研究也表明，當(dāng)?shù)视昧坎怀^210 kg/hm2 時，增施氮肥可以顯著提高玉米干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量，但當(dāng)?shù)视昧砍^210 kg/hm2 時再增加氮肥用量，產(chǎn)量無顯著增加甚至?xí)斐蓽p產(chǎn)。這與合理施氮可以延長后期玉米籽粒干物質(zhì)積累旺盛期[27]，而過量施氮使前期營養(yǎng)器官生長旺盛，后期干物質(zhì)從營養(yǎng)器官向生殖器官轉(zhuǎn)運能力下降[28?29]有關(guān)。

耕作方式與氮肥用量互作可影響玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[ 8 ， 1 5 ]。本研究也表明，麥季深松較旋耕和翻耕可顯著提高玉米干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量。這與深松提升氮肥對玉米生長和產(chǎn)量形成的促進(jìn)作用有關(guān)[8?9]。本研究還發(fā)現(xiàn)，玉米籽粒產(chǎn)量都以深松配合氮肥用量為210 kg/hm2 處理最高，但干物質(zhì)積累量表現(xiàn)卻不相同，深松配以氮肥用量270 kg/hm2 時達(dá)到最大，而旋耕和翻耕下則在氮肥用量210 kg/hm2時達(dá)到最大。說明深松雖然會為玉米生長提供良好的外部環(huán)境，促進(jìn)干物質(zhì)積累，使與其匹配的氮肥用量增加，但二者互作所形成的干物質(zhì)多積累在營養(yǎng)器官中。張宏等[15]在陜西關(guān)中半干旱區(qū)也得到了類似的研究結(jié)果。因此，如何促進(jìn)干物質(zhì)在籽粒中積累可能是耕作和氮肥用量優(yōu)化后玉米高產(chǎn)研究的重要方向。

3.2 麥季深松配合玉米季施氮210 kg/hm2 促進(jìn)了玉米氮素吸收利用

氮素吸收利用特性是衡量耕作方式或氮肥用量是否合理的重要指標(biāo)。周寶元等[26]研究表明，麥季深松可提高玉米氮素積累量，而較高的氮素積累量利于延緩玉米衰老，從而保持較強(qiáng)的光合能力，最終獲得較高的產(chǎn)量。本研究也表明，麥季深松下玉米植株氮素積累量和籽粒產(chǎn)量顯著高于旋耕和翻耕，也進(jìn)一步提高了氮素利用效率。Latifmanesh 等[6]的研究也表明，麥季深松較旋耕和免耕可使氮肥偏生產(chǎn)力分別提高12.7% 和9.6%，使氮收獲指數(shù)分別提高6.8% 和11.3%。其原因可能是麥季深松較旋耕和翻耕不僅可以顯著增加后茬玉米根際土壤硝化、反硝化作用強(qiáng)度與脲酶活性，促進(jìn)土壤氮素轉(zhuǎn)化，從而為玉米生長發(fā)育提供良好的土壤養(yǎng)分環(huán)境[9]；還可能是麥季深松可以顯著降低夏玉米苗期和拔節(jié)期土壤容重以及拔節(jié)期土壤緊實度，增大了土壤孔隙度[22]，這都利于玉米根系生長，促進(jìn)氮素吸收和利用[30]。

本試驗條件下，在一定范圍內(nèi)增加玉米季氮肥用量會顯著提高玉米氮肥吸收效率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率，但當(dāng)超過210 kg/hm2 時再繼續(xù)增加氮肥用量，氮肥吸收效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率均顯著降低。前人的研究也多得到了類似的結(jié)果[16， 31]。這與當(dāng)?shù)使?yīng)量超過玉米氮素吸收和產(chǎn)量形成所需氮閾值后會造成報酬遞減，使增施氮所引起的植株氮素積累量和產(chǎn)量增幅減緩有關(guān)[32]，還可能與過量施氮會抑制硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌及脲酶的活性，降低玉米根系對于土壤氮素的吸收有關(guān)[33]。

前人研究普遍表明，耕作方式和氮肥用量互作會影響玉米氮素積累量和氮效率。本試驗條件下，麥季深松、玉米季施氮210 kg/hm2 的SSN210 處理，其氮素積累量除與SSN270 無顯著差異外較其他處理顯著提高6.1%～65.3%，從而獲得最高的氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率。其原因既與深松改善了玉米氮素吸收利用特性有關(guān)[19]，也與合理施氮提高了玉米氮素積累量和氮效率有關(guān)[34]。

3.3 不同麥季耕作方式和玉米季氮肥用量的綜合評價

TOPSIS 通過計算方案到理想解的距離大小對研究目標(biāo)進(jìn)行綜合評價，可以彌補(bǔ)單變量回歸分析只能從單一目標(biāo)進(jìn)行評價的不足，但也存在由于各指標(biāo)量綱不同，無法進(jìn)行多個指標(biāo)相互之間比較的問題[35?36]。因而研究者傾向于采用熵權(quán)法和TOPSIS 結(jié)合對多個目標(biāo)進(jìn)行綜合評價。李慧等[37]通過熵權(quán)法和TOPSIS 法，對水氮優(yōu)化管理下玉米產(chǎn)量、氮素利用及土壤硝態(tài)氮進(jìn)行綜合評價，其結(jié)果表明當(dāng)灌水量為400 m3/hm2、氮肥用量為 200 kg/hm2 時，可以實現(xiàn)關(guān)中平原夏玉米節(jié)水減肥的目標(biāo)。李池等[38]采用熵權(quán)—TOPSIS 綜合評價法，優(yōu)選適宜于北疆地區(qū)滴灌春玉米的灌水定額，其結(jié)果表明灌水定額為525 m3/hm2時，貼近度最高，評價最好，為北疆滴灌最優(yōu)灌水量。李若帆等[39]也采用熵權(quán)和TOPSIS 法結(jié)合對糯玉米水肥管理方案進(jìn)行綜合評價，其結(jié)果表明灌溉水平為播種期75%～85% 田間持水量、苗期—拔節(jié)前期65%～75% 田間持水量、拔節(jié)后期—孕穗期70%～80% 田間持水量、孕穗期—開花期70%～80% 田間持水量，配合施肥水平為氮、鉀肥基施30%+拔節(jié)期30% 追施+大喇叭口期追施40%，磷肥全部基施貼合度最高，為最優(yōu)水肥管理方案。本研究采用熵權(quán)和TOPSIS 法結(jié)合，對麥季耕作方式和玉米季氮肥用量組合下玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)和氮素積累量、氮肥吸收效率、氮素利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥貢獻(xiàn)率進(jìn)行綜合評價表明，麥季深松、玉米季氮肥用量為210 kg/hm2 得分最高，進(jìn)一步證實了SSN210 是旱作麥?玉兩熟區(qū)兼顧玉米高產(chǎn)高效的耕作施氮模式。

4 結(jié)論

麥季耕作方式和玉米季氮肥用量及其互作對旱地麥?玉兩熟體系玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素、干物質(zhì)和氮素積累量及氮素吸收利用均有顯著影響。麥季深松較旋耕和翻耕可增加玉米干物質(zhì)積累量和氮素積累量，氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥貢獻(xiàn)率分別顯著提高75.6% 和51.3%、41.9% 和28.1%，最終使產(chǎn)量分別顯著提高10.4% 和7.8%。增加玉米季氮肥用量，玉米干物質(zhì)和氮素積累量、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥貢獻(xiàn)率先增加后降低，以N210 處理最優(yōu)，但其氮肥吸收效率和氮肥偏生產(chǎn)力較N150 降低。用熵權(quán)和TOPSIS 法尋優(yōu)發(fā)現(xiàn)，麥季深松配合玉米季氮肥用量210 kg/hm2 可作為旱地麥?玉兩熟體系玉米高產(chǎn)高效的栽培模式。