麥玉復(fù)種體系下秸稈還田與施氮對(duì)作物水氮利用及產(chǎn)量的效應(yīng)研究

楊晨璐，劉蘭清，王維鈺，任廣鑫，馮永忠，楊改河

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麥玉復(fù)種體系下秸稈還田與施氮對(duì)作物水氮利用及產(chǎn)量的效應(yīng)研究

楊晨璐1,2，劉蘭清1,2，王維鈺1,2，任廣鑫1,2，馮永忠1,2，楊改河1,2

（1西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100；2陜西省循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，陜西楊凌 712100）

【目的】探究陜西關(guān)中地區(qū)麥玉復(fù)種體系下作物生產(chǎn)過(guò)程對(duì)秸稈還田與氮肥合理配施的響應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)丶Z食作物增產(chǎn)及資源高效利用提供理論依據(jù)。【方法】本研究于2011年10月至2016年10月，在陜西楊凌地區(qū)設(shè)置連續(xù)5年的定位試驗(yàn)。采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為秸稈還田，設(shè)秸稈還田（S）和秸稈不還田（S0）2個(gè)水平；副區(qū)為施氮量，設(shè)常規(guī)施氮（F1）、減量施氮（F0.8）、不施氮（F0）3個(gè)水平，對(duì)冬小麥與夏玉米籽粒產(chǎn)量及水肥利用狀況進(jìn)行測(cè)定分析。【結(jié)果】秸稈還田與施氮及二者交互作用對(duì)麥玉兩作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、水肥利用效率等方面有顯著或極顯著影響。秸稈還田較不還田處理顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量，分別達(dá)6%—14%、8%—34%、3%—5%、3%—10%；同時(shí)顯著提高麥玉播種前及收獲后0—100 cm土層的儲(chǔ)水量，播種前及收獲后5季均值分別增加5%—11%、12%—15%（麥）和4%—9%、11%—17%（玉）。與不施氮處理相比，施氮顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量；并顯著提高了秸稈還田水平下麥玉播前及收后土壤儲(chǔ)水量。在產(chǎn)量和水氮利用方面，秸稈還田較不還田處理分別顯著提高了2012—2016 4季冬小麥和5季夏玉米產(chǎn)量，其中，冬小麥每年依次提高4%—6%、5%—10%、7%—10%、8%—12%，夏玉米依次為1%—2%、3%—6%、4%—7%、5%—8%、3%—7%；秸稈還田顯著提高麥玉水分利用率WUE，5季均值分別增加4%—7%（麥）和8%—11%（玉）；并顯著提高2012—2016 4季麥玉氮肥偏生產(chǎn)力PEPN、2012—2016 4季冬小麥和5季夏玉米農(nóng)學(xué)利用率AEN。施氮較不施氮處理顯著提高麥玉產(chǎn)量，且均以F1處理最高，冬小麥F1處理在兩秸稈還田水平下分別較F0處理顯著增產(chǎn)30%—38%（S）和29%—33%（S0），夏玉米為21%—25%（S）和19%—22%（S0）；施氮顯著提高了兩作物WUE，S0水平下F1處理WUE均值最高，S水平下F0.8處理WUE均值最高；F0.8較F1處理在5季中均顯著提高作物PEPN和AEN，5季均值最高的SF0.8處理較最低的S0F1處理分別增加31%和30%（麥）、30%和31%（玉）。經(jīng)濟(jì)效益方面，秸稈還田較不還田處理提高了麥玉凈收益均值，分別為808—1 258元（麥）和733—1 212元（玉）；施氮較不施氮處理提高兩作物凈收益，施氮處理中以F0.8處理獲得收益最大。麥玉5年凈收益均呈現(xiàn)出SF0.8＞SF1＞S0F0.8＞S0F1＞SF0＞S0F0的趨勢(shì)，其中SF0.8處理下凈收益均值較CK分別增加3 052元（麥）和2 145元（玉）。【結(jié)論】長(zhǎng)期秸稈還田配減量施氮在保證冬小麥及夏玉米維持較高產(chǎn)量的情況下，顯著改善作物水肥利用情況。綜合考慮作物產(chǎn)量、水肥利用效率及經(jīng)濟(jì)效益，不同處理間以秸稈全量還田配施減量氮肥處理效果最優(yōu)。

麥玉復(fù)種；秸稈還田；氮肥減量；水氮利用；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】我國(guó)擁有豐富的秸稈資源，但其利用方式停留在較低水平，就地焚燒現(xiàn)象仍較普遍[1]；除秸稈外，肥料的利用情況也不容樂(lè)觀，化肥投入量逐年倍增，生產(chǎn)率卻大幅下降，過(guò)度施肥情況時(shí)有發(fā)生[2]。關(guān)中平原是我國(guó)重要的商品糧產(chǎn)區(qū)，多年來(lái)該地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直存在明顯的農(nóng)業(yè)資源不合理利用問(wèn)題[3-4]。同延安等[5]調(diào)查當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶施肥情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，麥玉種植過(guò)程中農(nóng)戶實(shí)際施氮量較推薦施氮量高出55—90 kg·hm-2，長(zhǎng)此以往，不僅造成資源浪費(fèi)，更對(duì)環(huán)境產(chǎn)生威脅。冬小麥和夏玉米是關(guān)中地區(qū)重要的主糧作物，其總產(chǎn)約占當(dāng)?shù)丶Z食生產(chǎn)的97%（數(shù)據(jù)來(lái)自《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒2015》[6]）。麥玉復(fù)種模式是關(guān)中地區(qū)農(nóng)戶主要的種植制度，研究麥玉復(fù)種模式下該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)秸稈還田與氮肥合理配施的響應(yīng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)關(guān)中地區(qū)麥玉增產(chǎn)及資源高效利用具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】作物秸稈還田后可補(bǔ)充土壤養(yǎng)分、培肥地力[7-8]，改善土壤結(jié)構(gòu)及理化性狀[9]、提高土壤保水保墑能力[10-11]，是重要的農(nóng)業(yè)資源。近年來(lái)大量研究表明，單一秸稈還田處理下作物增產(chǎn)效果不明顯。高亞軍[12]等認(rèn)為其原因可能與秸稈還田后土壤水熱條件的改變有關(guān)，而Rathke等[13]則指出土壤中的氮素供應(yīng)缺乏是單一秸稈還田條件下實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)的主要限制因素。同時(shí)，Li[14-15]、Knoepp[16]及Su等[17]從氮素利用的角度出發(fā)，認(rèn)為秸稈還田條件下增施氮肥改變了土壤溫度及含水量等環(huán)境因素，從而促進(jìn)了作物對(duì)土壤水分及氮素的吸收利用，最終提高作物產(chǎn)量。可見(jiàn)，秸稈還田與合理配施氮肥對(duì)實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)尤為重要。然而，施氮雖對(duì)作物增產(chǎn)有顯著效果，但不科學(xué)的施用方式大大增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物減產(chǎn)及氮素利用率降低的風(fēng)險(xiǎn)。楊憲龍等[18]在陜西關(guān)中地區(qū)麥玉復(fù)種區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，小麥?zhǔn)┑?50—191 kg·hm-2、玉米施氮在180 kg·hm-2時(shí)均可獲得較高的產(chǎn)量，施氮量過(guò)高不僅會(huì)引起作物產(chǎn)量明顯降低，氮素利用率也顯著下降。基于當(dāng)前氮肥不合理的利用情況，在農(nóng)戶慣用施肥量的基礎(chǔ)上適量減氮已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。劉學(xué)軍等[19]研究得出，減量施氮條件下0—1 m土層的土壤氮素殘留與損失量均顯著低于常規(guī)施氮處理。YIN等[20]研究發(fā)現(xiàn)，相較于試驗(yàn)地常規(guī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用的秸稈不還田配施氮220 kg·hm-2處理，秸稈還田配施氮150 kg·hm-2處理下冬小麥產(chǎn)量略有下降但與前者差異不顯著，而氮肥表觀損失率卻減小7.2%。【本研究切入點(diǎn)】與傳統(tǒng)施肥習(xí)慣相比，秸稈還田配合減量施氮對(duì)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益的提高有重要意義。前人對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中秸稈還田與氮肥減量的研究多圍繞作物產(chǎn)量、土壤氮素平衡等的影響，而針對(duì)秸稈還田與減量施氮對(duì)作物水分、養(yǎng)分利用及農(nóng)業(yè)綜合效益的多年效應(yīng)方面的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究以關(guān)中地區(qū)傳統(tǒng)的冬小麥-夏玉米復(fù)種模式為研究對(duì)象，分析當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥模式與秸稈還田配施減量氮肥條件下，冬小麥和夏玉米產(chǎn)量、水分與氮素利用情況及經(jīng)濟(jì)效益的變化情況，并在此基礎(chǔ)上探究秸稈還田與減量施氮模式在當(dāng)?shù)赝茝V實(shí)行的可行性，為關(guān)中地區(qū)制訂麥玉增產(chǎn)增效制度及農(nóng)業(yè)資源的高效利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究于2011年10月至2016年10月在陜西省楊凌示范區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)校內(nèi)的實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)（E108°07′，N34°17′，海拔525 m）進(jìn)行。該地區(qū)位于關(guān)中平原中部，屬典型的一年兩熟農(nóng)作區(qū)，為大陸性季風(fēng)區(qū)半濕潤(rùn)半干旱氣候；年均溫12.9℃，年均降水量約為660 mm，年均蒸發(fā)量約為1 000 mm，土壤類型為土。2011年冬小麥播種前測(cè)定試驗(yàn)地0—20 cm土層土壤養(yǎng)分特征，其中有機(jī)質(zhì)含量7.77 g·kg-1，堿解氮含量32.7 mg·kg-1，速效磷含量12.08 mg·kg-1，速效鉀含量145.65 mg·kg-1。

試驗(yàn)期間當(dāng)?shù)貧鉁嘏c降雨情況見(jiàn)圖1。2011—2012年冬小麥生育期總降水量為230.3 mm，主要集中于冬小麥分蘗期及灌漿期，夏玉米生育期總降水量為357.5 mm，占2012年總降水量的71.0%；2012—2013年冬小麥生育期總降水量為280.3 mm，主要集中于冬小麥灌漿期，夏玉米生育期總降水量為201.1 mm，占2013年總降水量的41.2%；2013—2014年冬小麥生育期總降水量為283.6 mm，主要集中于冬小麥孕穗期，夏玉米生育期總降水量為397.5 mm，占2014年總降水量的58.0%；2014—2015年冬小麥生育期總降水量為224.4 mm，主要集中于冬小麥孕穗期，夏玉米生育期總降水量為286.9 mm，占2015年總降水量的50.5%；2015—2016年冬小麥生育期總降水量為187.1 mm，主要集中于冬小麥孕穗期及灌漿期，夏玉米生育期總降水量為268.8 mm，占2016年總降水量的52.7%。

圖1 試驗(yàn)區(qū)氣溫與降雨量變化

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，采用二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為秸稈還田量，設(shè)2個(gè)水平，分別為秸稈還田（S）、秸稈不還田（S0）；副區(qū)為施氮量，設(shè)3個(gè)水平，分別為常規(guī)施氮（F1）、減量施氮（F0.8）、不施氮（F0）（常規(guī)施氮水平依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣設(shè)置，減量施氮水平參考前人研究中氮肥減量梯度[5, 21-22]）。試驗(yàn)共6個(gè)處理組合，分別為S0F0、S0F0.8、S0F1、SF0、SF0.8、SF1（其中，S0F0為對(duì)照處理CK）。各試驗(yàn)處理的小區(qū)面積均為68.8 m2（8.6 m×8 m），相互間隔0.5 m，順序排列，所有處理均設(shè)3次重復(fù)。冬小麥供試品種為西農(nóng)889，于每年10月上旬播種（2011年10月10日、2012年10月9日、2013年10月9日、2014年10月12日、2015年10月10日），次年6月中旬收獲；夏玉米供試品種為漯單9號(hào)，上茬冬小麥?zhǔn)斋@后立即播種（2012年6月14日、2013年6月13日、2014年6月16日、2015年6月14日、2016年6月15日），同年10月初收獲。

麥玉兩作物秸稈還田方式均采用翻壓還田。秸稈還田處理在前茬作物收獲后，先利用秸稈粉碎機(jī)直接將作物秸稈粉碎后覆蓋于地表，后利用旋耕機(jī)進(jìn)行翻壓還田；不還田處理在前茬作物收獲后，人工拔除小區(qū)內(nèi)所有秸稈及根茬，后進(jìn)行旋耕。冬小麥?zhǔn)┑幚碓谛叭鍪┠蛩兀偟俊?6%）和磷酸二銨（總氮含量≥18%）作為基肥，旋耕后，機(jī)械條播；夏玉米施氮處理在旋耕前撒施尿素（總氮含量≥46%）作為基肥，旋耕后，機(jī)械條播。麥玉兩作物不施氮處理在旋耕前均不施用任何肥料。兩作物生育期內(nèi)均不追肥，尿素及磷酸二銨的具體用量見(jiàn)表1。

冬小麥生育期內(nèi)灌溉一次，時(shí)間為每年1月中旬（冬小麥越冬期內(nèi)）；夏玉米生育期內(nèi)灌溉一次，時(shí)間為每年7月中旬（夏玉米拔節(jié)期），灌溉方式均為小區(qū)畦灌，灌溉量為120 mm（根據(jù)水表讀數(shù)估算）。

除施肥及秸稈還田量不同外，各處理的其余田間管理均一致，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)事習(xí)慣相符。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 土壤養(yǎng)分測(cè)定 冬小麥及夏玉米收獲后，采用“5點(diǎn)取樣法”采集各處理0—20 cm土層土壤樣品，測(cè)定有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀、堿解氮含量。采集土樣后自然風(fēng)干，分別過(guò)孔徑1 mm和0.15 mm篩。有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提法；速效鉀采用火焰光度法；堿解氮測(cè)定采用堿基擴(kuò)散法。

表1 不同作物施肥及秸稈還田量

尿素總氮含量≥46%，磷酸二銨總氮含量≥18%；表中“純氮含量”為兩種化肥含氮量推算所得

Urea and diammonium phosphate (DAP) contain more than 46% and more than 18.4% nitrogen, respectively; The estimate of the amount of nitrogen was based on nitrogen content in urea and diammonium phosphate, respectively

1.3.2 土壤含水量及作物水分利用率測(cè)定 采用烘干稱量法測(cè)定土壤含水量。自2011年冬小麥播種開(kāi)始，在冬小麥每個(gè)生育時(shí)期內(nèi)采集不同處理0—100 cm土層土樣測(cè)定土壤含水量，每10 cm為一層，每個(gè)處理重復(fù)3次，直至作物收獲。夏玉米土壤含水量取樣及測(cè)定方法同冬小麥。

采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重。在作物播前及收后，用體積為100 cm3的環(huán)刀采集不同處理下0—100 cm的原狀土樣，每10 cm為1層，重復(fù)3次，密封帶回實(shí)驗(yàn)室，烘干稱重，測(cè)定土壤容重。

作物水分利用率WUE=Yd/ET[23]，式中，Yd 為作物單位面積產(chǎn)量（kg·hm-2）；ET=SWSBFS -SWSHA+P，式中SWSBF 為播種前土壤貯水量，SWSHA為收獲后土壤貯水量，P為作物全生育期降雨量。

土壤儲(chǔ)水量SWS（mm）= WS×γ×d /100。式中，WS為土壤含水量（g·kg-1）；γ為土壤容重（g·cm-3）；d 為土壤深度（cm）。

1.3.3 作物產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成測(cè)定 冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)，在相同處理內(nèi)重復(fù)選樣3次，樣方面積1 m2，統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)的穗數(shù)；每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)選取10株小麥用于穗粒數(shù)的統(tǒng)計(jì)；最后將樣方內(nèi)所有小麥風(fēng)干、脫粒，統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量和千粒重。

夏玉米收獲時(shí)，在相同處理內(nèi)重復(fù)選樣3次，樣方面積4 m2（2 m×2 m），統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)的穗數(shù)；每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)選取10穗玉米用于穗粒數(shù)的統(tǒng)計(jì)；最后將樣方內(nèi)所有玉米風(fēng)干、脫粒，統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量和百粒重。

1.3.4 作物氮素利用率 使用氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率說(shuō)明作物的氮素利用情況[24]。氮肥偏生產(chǎn)力PFPN（kg·kg-1）=作物產(chǎn)量/純施氮量。氮肥農(nóng)學(xué)利用效率AEN（kg·kg-1）=（施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量）/純施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法及軟件

所有數(shù)據(jù)及圖表均采用Excel 2010、SPSS 20.0、Origin 9.3軟件進(jìn)行分析處理，二因素方差分析采用LSD法進(jìn)行。

2 結(jié)果

2.1 秸稈還田與氮肥對(duì)麥玉土壤養(yǎng)分和水分的影響

2.1.1 對(duì)土壤養(yǎng)分的影響 連續(xù)5年不同秸稈還田配施氮肥處理后，相比試驗(yàn)開(kāi)始前試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分含量（2011年冬小麥播種前），秸稈還田條件下配施氮肥提高了土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量；而秸稈不還田及秸稈還田不施氮處理均導(dǎo)致土壤速效磷含量降低（圖2）。

如圖2所示，秸稈還田較不還田處理顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量（＜0.05），分別增加6%—14%、8%—34%、3%—5%、3%—10%；常規(guī)施氮（F1）和減量施氮（F0.8）處理在兩個(gè)秸稈還田水平下均較不施氮（F0）處理顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量，且兩秸稈還田水平下，F(xiàn)0.8和F1處理間有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，秸稈不還田水平下F0.8和F1處理間速效磷和速效鉀含量差異不顯著。

圖2 秸稈還田與施氮對(duì)冬小麥-夏玉米復(fù)種體系土壤養(yǎng)分含量的影響

2.1.2 對(duì)播種前及收獲后土壤儲(chǔ)水量的影響 不同秸稈還田處理和施氮量下麥玉兩作物播種前及收獲后0—100cm土層儲(chǔ)水量顯著不同（圖3）。麥玉5季播前土壤儲(chǔ)水量均值均以SF1處理最高，分別為251 mm（麥）、235 mm（玉）；收后土壤儲(chǔ)水量以SF0.8處理最高，分別為143 mm（麥）、179 mm（玉）。

秸稈還田較不還田處理顯著提高土壤儲(chǔ)水量，5季冬小麥播前及收后土壤儲(chǔ)水量均值分別增加5%—11%、12%—15%，夏玉米分別為4%—9%、11%—17%。逐年來(lái)看，2014—2015年秸稈還田對(duì)冬小麥播前土壤儲(chǔ)水量的提高最大，達(dá)2%—24%；收后以2013—2014年最大，達(dá)13%—31%。對(duì)夏玉米而言，播前以2015—2016年最大，達(dá)7%—26%；收后以2012—2013年最大，達(dá)0.2%—35%。

A為冬小麥播種，B為冬小麥?zhǔn)斋@；C為夏玉米播種，D為夏玉米收獲

施氮處理對(duì)土壤儲(chǔ)水量的影響在S0水平下無(wú)明顯規(guī)律，而施氮較不施氮處理在S水平下顯著提高麥玉播前及收后土壤儲(chǔ)水量。除2012—2013年冬小麥、2012—2014年夏玉米，其余各季麥玉播前土壤儲(chǔ)水量均以SF1處理最高；同時(shí)，連續(xù)5季冬小麥及除2013—2014年外的其余4季夏玉米收后土壤儲(chǔ)水量均表現(xiàn)為SF0.8處理最高。

2.2 秸稈還田與氮肥對(duì)麥玉產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、水氮利用效率的影響

2.2.1 對(duì)麥玉產(chǎn)量的影響檢驗(yàn)表明，施氮對(duì)連續(xù)5季麥玉產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平（＜0.01）。除個(gè)別生長(zhǎng)季，秸稈還田與秸稈還田×施氮的交互作用對(duì)麥玉產(chǎn)量的影響達(dá)到顯著（＜0.05）或極顯著水平（＜0.01）（表2）。

秸稈還田極顯著影響了除第1季（2011—2012年）外其余4季冬小麥產(chǎn)量，較不還田處理各年依次顯著提高4%—6%、5%—10%、7%—10%、8%—12%，增產(chǎn)效益呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，至2015—2016年達(dá)到最大。對(duì)夏玉米而言，秸稈還田對(duì)第1季（2011—2012年）產(chǎn)量影響達(dá)到顯著水平，較不還田處理顯著提高1%—2%，同樣，秸稈還田極顯著提高了之后4季的產(chǎn)量，增幅分別為3%—6%、4%—7%、5%—8%、3%—7%，呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)。

連續(xù)5季麥玉產(chǎn)量均隨施氮量增加而提高，均以F1處理最高。秸稈還田和不還田水平下，冬小麥F1處理較冬小麥F0處理顯著提高30%—38%和29%—33%，夏玉米則為21%—25%和19%—22%。冬小麥2012—2014年連續(xù)2季秸稈還田水平下，F(xiàn)1與F0.8處理間產(chǎn)量差異不顯著；夏玉米2011—2012年、2014—2016年連續(xù)2季秸稈不還田水平下和2015—2016年秸稈還田水平下，F(xiàn)1與F0.8處理間產(chǎn)量差異均不顯著。

表2 秸稈還田與施氮條件下冬小麥-夏玉米復(fù)種體系作物產(chǎn)量變化

同一列中不同小寫字母（a、b、c）表示同一年份內(nèi)不同處理間差異顯著（＜0.05）。**表示極顯著（＜0.01）； *表示顯著（＜0.05）。下同

Different lowercase letters (a, b, c) showed significant difference under different treatments in same year at＜0.05. **, significant at＜0.01, *, significant at＜0.05. The same as below

2.2.2 對(duì)麥玉生物量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 秸稈還田、施氮和秸稈還田×施氮的交互作用對(duì)麥玉生物量有顯著（＜0.05）或極顯著（＜0.01）影響。其中，秸稈還田較不還田處理顯著提高了除第1季以外其余4季冬小麥?zhǔn)斋@期生物量（表3），分別達(dá)1%—4%、1%—11%、2%—30%、4%—19.0%；提高了連續(xù)5季夏玉米收獲期生物量（表4），分別達(dá)3%—7%、7%—10%、6%—10%、6%—11%、4%—9%。施氮較不施氮提高了麥玉收獲期生物量，但連續(xù)5季冬小麥F1與F0.8處理間差異不顯著，而夏玉米生物量隨施氮量提高增加明顯，僅2015—2016年SF1與SF0.8處理間無(wú)明顯差異。

秸稈還田對(duì)冬小麥公頃穗數(shù)、夏玉米百粒重有顯著或極顯著影響；施氮對(duì)冬小麥公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重有顯著或極顯著影響，對(duì)夏玉米穗粒數(shù)、百粒重有極顯著影響且在個(gè)別生長(zhǎng)季對(duì)公頃穗數(shù)有顯著影響；而秸稈還田×施氮的交互作用在個(gè)別生長(zhǎng)季對(duì)冬小麥穗粒數(shù)與千粒重影響顯著，對(duì)夏玉米穗粒數(shù)、百粒重影響顯著或極顯著。

秸稈還田處理提高了2011—2016年5季冬小麥及2012—2016年4季夏玉米的公頃穗數(shù)，但夏玉米處理間差異不顯著（＜0.05）；同時(shí)提高了F0和F0.8水平下冬小麥穗粒數(shù)；并顯著提高了F0.8及F1水平下夏玉米百粒重。施氮處理顯著提高了冬小麥連續(xù)5季公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)，其中F1與F0.8處理間差異僅在個(gè)別年份達(dá)到顯著水平；同時(shí)施氮處理顯著提高夏玉米2012—2014年3季穗粒數(shù)和2013—2016年4季百粒重，而除個(gè)別年份外，F(xiàn)1與F0.8處理間差異均不顯著。

2.2.3 對(duì)麥玉水分利用效率的影響 秸稈還田顯著提高了冬小麥和夏玉米水分利用效率（WUE）（＜0.05），5季麥玉WUE均值分別增加4%—7%（麥）和8%—11%（玉）。除第1季冬小麥WUE在施氮水平下表現(xiàn)為S略低于S0外，秸稈還田提高了之后4季小麥WUE，增幅分別為5%—6%、5%—13%、3%—10%、6%—10%。而秸稈還田顯著提高了夏玉米連續(xù)5季W(wǎng)UE，分別為5%—11%、7%—8%、7%—11%、5%—9%、8%—17%（圖4）。

施氮較不施氮處理顯著提高兩作物WUE，但施氮對(duì)WUE的影響在不同秸稈還田條件下出現(xiàn)差異。表現(xiàn)為S0水平下，麥玉WUE均隨施氮量增大而顯著提高，以S0F1處理最高；而S水平下，兩作物WUE均值均以SF0.8處理最高。具體來(lái)看，自2013—2014年起，冬小麥SF0.8處理下WUE最高，且2013—2015年連續(xù)兩季SF0.8與SF1處理間差異顯著；而夏玉米自2012—2013年起，WUE表現(xiàn)為SF0.8高于SF1，且2011—2012、2013—2014和2015—2016季差異顯著。分析麥玉5季W(wǎng)UE均值可知，兩作物不同處理間均以SF0.8處理最高，分別為13.7 kg·mm-1（麥）和19.6 kg·mm-1（玉）（圖4）。

A和B分別表示冬小麥和夏玉米 A and B indicate winter wheat and summer maize

表3 秸稈還田與施氮對(duì)冬小麥?zhǔn)斋@期地上部生物量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表4 秸稈還田與施氮對(duì)夏玉米收獲期地上部生物量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.2.4 對(duì)麥玉氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率的影響 秸稈還田與施氮對(duì)麥玉氮肥偏生產(chǎn)力（PEPN）和農(nóng)學(xué)利用效率（AEN）的影響達(dá)到顯著（＜0.05）或極顯著（＜0.01）水平（2011—2012年除外），而秸稈還田×施氮的交互作用僅在個(gè)別生長(zhǎng)季對(duì)兩作物PEPN和AEN影響顯著或極顯著（表5—6）。

秸稈還田較不還田處理顯著提高了兩作物2012—2016年4季PEPN，其中F0.8水平下秸稈還田較不還田處理分別增加6%—12%（麥）和6%—7%（玉），F(xiàn)1水平下分別增加5%—12%（麥）和5%—8%（玉）。同時(shí)，秸稈還田顯著提高2012—2016 4季冬小麥和連續(xù)5季夏玉米AEN，其中SF0.8較S0F0.8處理分別增加12%—25%（麥）和9%—22%（玉），SF1較S0F1處理分別增加4%—24%（麥）和5%—19%（玉）。

減量施氮（F0.8）較全量施氮（F1）處理在5季中均顯著提高作物PEPN和AEN（＜0.05），其中，冬小麥和夏玉米PEPN在S水平下增幅分別為21%—22%（麥）和12%—24%（玉），S0水平下增幅分別為12%—23%（麥）和23%—24%（玉）；而麥玉AEN也表現(xiàn)出同樣規(guī)律，SF0.8較SF1處理增加9%—14%（麥）和8%—16%（玉），S0F0.8較S0F1處理分別增加13%—18%（麥）和11%—17%（玉）。

分析同種作物不同處理間PEPN及AEN的差異，兩作物5季PEPN及AEN均值均以SF0.8處理最高，較最低的S0F1處理分別增加31%、30%（麥）和30%、31%（玉）。

2.3 不同秸稈還田與氮肥配施對(duì)冬小麥及夏玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

秸稈還田水平和施氮量的差異影響了麥玉生產(chǎn)投入與產(chǎn)出，最終引起凈收益差異。兩作物各處理的凈收益均值均表現(xiàn)為SF0.8＞SF1＞S0F0.8＞S0F1＞SF0＞S0F0，其中麥玉SF0.8處理下凈收益均值較CK分別增加3 052元（麥）和2 145元（玉）（表7）。

秸稈還田較不還田處理提高了麥玉凈收益均值，分別為808—1 258元和733—1 212元。同時(shí)，秸稈還田對(duì)冬小麥凈收益的增加逐年上升，2011—2012年時(shí)僅為3%—9%，而2015—2016季時(shí)已達(dá)32%—37%；而對(duì)夏玉米凈收益的增加表現(xiàn)為先增后降，2014—2015年達(dá)最高，為17%—25%，之后1年略有下降。秸稈還田處理對(duì)兩作物凈收益的影響與其對(duì)作物產(chǎn)量的影響趨勢(shì)基本一致。

表5 秸稈還田與施氮對(duì)冬小麥及夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力的影響

表6 秸稈還田與施氮對(duì)冬小麥及夏玉米氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響

表7 不同年份間秸稈還田及施氮條件下冬小麥及夏玉米經(jīng)濟(jì)效益分析

施氮量的選擇影響凈收益高低，施氮較不施氮處理提高兩作物凈收益，施氮處理中以減量施氮（F0.8）處理獲得收益最大。從平均值看，冬小麥和夏玉米S0F0.8較S0F0處理分別提高1 794元和985元，SF0.8較SF0分別提高2 244元和1 312元；逐年來(lái)看，S和S0水平下冬小麥F0.8處理較F0處理分別提高34%—57%、36%—53%；夏玉米分別為19%—29%、15%—21%。

分析5季總體平均值，結(jié)合兩作物凈收益的逐年分析結(jié)果，秸稈還田配合減量施氮處理下兩作物均獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 討論

3.1 不同秸稈還田與氮肥配施對(duì)冬小麥及夏玉米產(chǎn)量的影響

秸稈還田能夠維持和增加土壤微生物活性和數(shù)量[25-26]，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[27]，也是提高土壤質(zhì)量、優(yōu)化農(nóng)田環(huán)境[28]，提高作物產(chǎn)量的有效途徑。近年來(lái)，許多學(xué)者認(rèn)為土壤中充足的氮素供應(yīng)是在秸稈還田條件下實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)的關(guān)鍵。陳金等[29]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，秸稈還田較秸稈不還田處理提高了冬小麥產(chǎn)量，2011—2012、2012—2013年在黃淮海麥區(qū)，3種較高氮素（超氮360 kg·hm-2、增氮360 kg·hm-2、適氮225 kg·hm-2）供應(yīng)水平下，秸稈還田較不還田處理產(chǎn)量增幅分別達(dá)2%—7%、1%—8%；而減氮（165 kg·hm-2）水平下，兩年內(nèi)秸稈還田較不還田處理并未表現(xiàn)出明顯增產(chǎn)效果。本研究中，常規(guī)施氮及減量施氮水平下，兩作物5年產(chǎn)量的均值均表現(xiàn)為秸稈還田水平下各處理顯著高于不還田水平，增幅分別為6%—7%（麥）和5%—6%（玉）；而不施氮時(shí)，秸稈還田處理依然增加了麥玉產(chǎn)量，增幅分別為5%、3%，明顯低于氮素供應(yīng)下產(chǎn)量的增幅。說(shuō)明在維持較高的氮素供應(yīng)水平時(shí)，秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的提高更為明顯，與前人研究結(jié)果基本一致[29]。

施氮對(duì)作物增產(chǎn)有非常明顯的效果，而施氮量的高低也直接影響了作物的產(chǎn)量表現(xiàn)。過(guò)量施氮不僅不會(huì)使作物產(chǎn)量增加，更會(huì)帶來(lái)減產(chǎn)及土壤氮素殘留過(guò)高等風(fēng)險(xiǎn)。李錦等[30]的試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈還田條件下，在常規(guī)施氮（玉米188 kg·hm-2、小麥150 kg·hm-2）基礎(chǔ)上減氮15%，并未引起麥玉明顯減產(chǎn)，兩作物周年產(chǎn)量反而較常規(guī)施氮水平增加1%和7%。本研究結(jié)果表明，秸稈還田水平一致時(shí)，常規(guī)施氮水平下麥玉兩作物5季平均產(chǎn)量均表現(xiàn)為最高，節(jié)氮20%后兩作物產(chǎn)量依然維持在較高水平。秸稈還田條件下，常規(guī)施氮較減量施氮處理的麥玉產(chǎn)量增幅均不足2%（麥玉增幅相同）；秸稈不還田條件下，常規(guī)施氮分別較減量施氮處理的作物產(chǎn)量增幅約為2%，其中冬小麥略高于2%，而夏玉米不足2%。說(shuō)明常規(guī)施氮雖能維持較高的作物產(chǎn)量，但從節(jié)氮角度考慮，減量施氮具有更高的應(yīng)用意義。研究結(jié)果與前人研究略有差異，這可能與減氮梯度的設(shè)置和選擇有關(guān)。本研究參考前人設(shè)置的減氮梯度，設(shè)置了20%的減量施氮水平，意在探究秸稈還田與減量施氮對(duì)關(guān)中平原麥玉輪作模式下作物增產(chǎn)增效的可行性，對(duì)于減量施氮與秸稈還田對(duì)作物增產(chǎn)的長(zhǎng)期效應(yīng)及最適宜組合仍有待進(jìn)一步研究。

秸稈還田與氮肥合理配施是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的有效途徑。楊憲龍等[18]在2007—2011年的定位試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與農(nóng)戶習(xí)慣施氮量491 kg·hm-2相比，優(yōu)化施氮330 kg·hm-2（較當(dāng)?shù)亓?xí)慣施氮量減少27%）下連續(xù)4年的冬小麥產(chǎn)量與習(xí)慣施氮間無(wú)顯著差異，并隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜脑黾樱詈髢杉窘斩掃€田配施氮肥330 kg·hm-2處理下，冬小麥產(chǎn)量遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)的秸稈不還田處理，增幅分別達(dá)19%和30%，呈逐年遞增的趨勢(shì)。比較本研究中兩作物周年產(chǎn)量可知，即使在較高氮素供應(yīng)水平（常規(guī)施氮及減量施氮）下，第1季（2011—2012年）麥玉產(chǎn)量在秸稈還田條件下也并未明顯增加，秸稈還田處理下的冬小麥產(chǎn)量甚至低于不還田處理。隨后4年（2012—2016年），兩作物產(chǎn)量在秸稈還田條件下顯著提高，相同施氮處理間的增產(chǎn)率也均呈現(xiàn)出逐年遞增的潛在趨勢(shì)。說(shuō)明秸稈還田與氮肥配施對(duì)作物的增產(chǎn)效果隨種植年限的增加而越發(fā)顯著，其原因可能與秸稈還田后的腐解特性有關(guān)。黃婷苗等[31]認(rèn)為，秸稈腐解初期會(huì)吸持土壤與肥料中的氮素，后期又將其釋放以供作物生長(zhǎng)，同時(shí)秸稈腐解釋放出的秸稈氮僅有一小部分供作物吸收利用，因此作物對(duì)秸稈氮的當(dāng)季利用率較低。而隨著還田年限增加，土壤中存留了較多的秸稈氮素與化肥氮素，這可能是之后幾年秸稈還田使作物產(chǎn)量逐年提高的原因。

另外，不同年份間作物生育期水分供應(yīng)的差異對(duì)作物生長(zhǎng)造成了不同程度的影響。分析本研究中兩作物產(chǎn)量及其構(gòu)成可知，秸稈還田與氮肥配施對(duì)冬小麥的公頃穗數(shù)的影響最為明顯，是冬小麥增產(chǎn)的主要原因。一方面源于其擴(kuò)大了作物光合面積，促進(jìn)干物質(zhì)分配積累，增加有效分蘗，提高分蘗成穗率，增加單位面積穗數(shù)與穗粒數(shù)[32-33]；另一方面與越冬期灌水有關(guān)，確保了冬小麥安全越冬、為返青保蓄水分，同時(shí)一定程度促進(jìn)秸稈腐解，為返青提供良好的土壤條件，最終促進(jìn)冬小麥分蘗成穗。而對(duì)于夏玉米，秸稈還田配施氮肥通過(guò)影響百粒重而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提高。秸稈還田配施氮肥后，植株葉面積指數(shù)提高、葉片光合速率提高、灌漿期延長(zhǎng)、促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒轉(zhuǎn)移，最終促進(jìn)干物質(zhì)積累及粒重增加[34-35]；同時(shí)，不同年份間夏玉米生育期內(nèi)降水量占年降水總量的41%—71%，加之在夏玉米拔節(jié)期前進(jìn)行灌溉，保證了夏玉米花前及花后充足的水分供應(yīng)。

3.2 不同秸稈還田與氮肥配施對(duì)冬小麥及夏玉米水肥利用的影響

秸稈還田能夠減少土壤水分蒸發(fā)、增強(qiáng)土壤蓄水保墑能力、保證作物生長(zhǎng)所需適宜的土壤水分條件[36-37]，是提高作物產(chǎn)量與水分利用率的有效措施。張亮等[38]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量相同（175 kg·hm-2）時(shí)，玉米秸稈還田條件下冬小麥土壤表層（0—80 cm）及深層（140—180 cm）儲(chǔ)水量較不還田處理明顯提高，冬小麥水分利用率也顯著增加；秸稈還田條件下，土壤儲(chǔ)水量及作物水分利用率隨施氮量的增加而增加，在秸稈還田配施氮肥262.5 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最高，但當(dāng)施氮量達(dá)到350 kg·hm-2時(shí)有所下降。本研究結(jié)果顯示，施氮量一定時(shí)，連續(xù)5年秸稈還田條件下麥玉兩作物播前及收后土壤儲(chǔ)水量（0—100 cm）均高于不還田處理，說(shuō)明秸稈還田能夠提高土壤保墑能力；秸稈還田條件下，氮素供應(yīng)充足時(shí)土壤儲(chǔ)水量較不施氮處理有所增加，說(shuō)明施氮可提高土壤儲(chǔ)水量。同時(shí)，相同氮素水平下，秸稈還田條件的麥玉兩作物水分利用率顯著高于不還田處理，增幅分別達(dá)4%—7%（麥）和8%—11%（玉），說(shuō)明秸稈還田對(duì)作物水分利用率有顯著的增加作用；秸稈還田條件下，減量施氮顯著高于常規(guī)施氮處理而獲得了最高的水分利用率，符合前人的研究結(jié)果[39]。

秸稈還田與氮肥合理配施能促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收，提高作物氮肥利用率。張維樂(lè)[40]在稻麥輪作和稻油輪作體系中的試驗(yàn)結(jié)果證明，秸稈還田處理作物氮肥偏生產(chǎn)力均高于不還田處理，同時(shí)秸稈還田條件下高氮量的投入顯著降低了作物氮肥偏生產(chǎn)力。前人研究表明，秸稈施入條件下，作物的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥表觀利用率均顯著高于秸稈不施入[41-42]。本研究結(jié)果同樣表明，在相同施氮水平下，秸稈還田明顯提高了冬小麥與夏玉米的氮肥偏生產(chǎn)力及農(nóng)學(xué)利用效率；而在秸稈還田條件下，減量施氮下兩作物氮肥偏生產(chǎn)力及農(nóng)學(xué)效率明顯高于常規(guī)施氮處理，這也與前人研究結(jié)果基本一致[17]。

與常規(guī)施肥習(xí)慣（秸稈不還田+常規(guī)施氮）相比，秸稈還田配施減量氮肥獲得了最高的水肥利用率。從水分利用的角度考慮，秸稈還田對(duì)作物水分利用的影響可能在于對(duì)作物的耗水模式的改變，在作物生育前期抑制土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，生育后期則增強(qiáng)植株蒸騰、促進(jìn)干物質(zhì)積累，從而提高作物產(chǎn)量及水分利用率[10]；同時(shí)，與減量施氮相比，常規(guī)施氮易導(dǎo)致作物生育前期生長(zhǎng)旺盛，造成土壤水分的過(guò)量消耗，而使生育后期水分缺乏，不利于作物的干物質(zhì)積累[43]。從養(yǎng)分利用的角度考慮，秸稈還田后能夠替代一定量無(wú)機(jī)氮，減緩氮素的損失[31]，為土壤微生物提供充足碳源，有效協(xié)調(diào)土壤氮素的固持與供應(yīng)，提高土壤礦質(zhì)氮的生物有效性[44]，從而促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收；而減量施氮處理有效節(jié)肥，潛在提高了氮肥的利用效率。

此外，本研究中兩作物的水分利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的年際變化呈現(xiàn)出與產(chǎn)量相近的趨勢(shì)，即隨著秸稈還田年限的增加，秸稈還田條件對(duì)于作物水肥資源利用效率的提升愈發(fā)明顯；同時(shí)由于各年間兩作物生育期水分供應(yīng)的差異，兩作物的土壤儲(chǔ)水量、水分利用率、氮肥偏生產(chǎn)力與氮肥農(nóng)學(xué)利用效率均表現(xiàn)出明顯的年際間波動(dòng)。

4 結(jié)論

整個(gè)研究周期內(nèi)，秸稈還田提高了表層土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量，同時(shí)提高了冬小麥和夏玉米播種前及收獲后的土壤儲(chǔ)水量，并顯著提高了夏玉米及冬小麥的水分利用率（WUE）、氮肥偏生產(chǎn)力（PEPN）、氮肥農(nóng)學(xué)效率（AEN）。對(duì)于產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，秸稈還田顯著提高冬小麥的公頃穗數(shù)及夏玉米百粒重，進(jìn)而促進(jìn)作物的高產(chǎn)。盡管連續(xù)5年冬小麥及夏玉米的產(chǎn)量受外界氣溫和降雨的影響較大，表現(xiàn)出明顯的年際間差異，但隨秸稈還田年限增長(zhǎng)，兩作物秸稈還田的增產(chǎn)率均呈現(xiàn)出潛在的上升趨勢(shì)。施氮同樣能夠促進(jìn)土壤養(yǎng)分、作物產(chǎn)量、WUE提高，但秸稈還田配施氮肥對(duì)作物產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分、WUE的提升效應(yīng)均優(yōu)于單一施用氮肥，特別是秸稈還田配施氮肥顯著提高了冬小麥及夏玉米的氮肥偏生產(chǎn)力（PEPN）及氮肥農(nóng)學(xué)利用效率（AEN）。隨著試驗(yàn)?zāi)晗拊黾樱M管秸稈還田與減量施氮（SF0.8）處理下作物產(chǎn)量并非處理間最高，但WUE、PEPN、AEN均表現(xiàn)為各處理中最優(yōu)，且與關(guān)中地區(qū)農(nóng)戶習(xí)慣耕作（S0F1）處理相比表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。因而，從綜合角度考慮，秸稈還田與減量施氮的組合更符合資源的高效利用與作物的增產(chǎn)增效。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of the Application of Straw Returning and Nitrogen Fertilizer on Crop Yields, Water and Nitrogen Utilization Under Wheat-Maize Multiple Cropping System

YANG ChenLu1,2, LIU LanQing1,2, WANG WeiYu1,2, REN GuangXin1,2, FENG YongZhong1,2, YANG GaiHe1,2

(1College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi;2Shaanxi Engineering Research Center of Circular Agriculture, Yangling 712100, Shaanxi)

【Objective】This research was conducted to explore the response of crop production under wheat-maize multiple cropping system in Shaanxi Guanzhong region to straw returning and appropriate nitrogen fertilizer application conditions, so as to provide theoretical basis for realizing local crop yield increase and efficient utilization of resources. 【Method】 A five-year field experiment was persistently performed in Yangling of Shaanxi Province from October 2011 to October 2016. A split plot design was developed in this experiment, with different straw returning patterns (straw returning (S) and no straw returning (S0)) as main treatments and different fertilizer applications (farmer actual fertilization (F1), 20% fertilizer reduction (F0.8) and no fertilization (F0)) as sub-treatments. Crop yield, water and nitrogen utilization of winter wheat and summer maize under different treatments were measured and analyzed, respectively. 【Result】The interactions of straw returning and nitrogen applications on biomass, yield and yield components, water and fertilizer utilization of wheat and maize were significant or highly significant. Compared with no straw returning, the content of soil organic matter, alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus and available potassium under the condition of straw returning significantly increased 6.0%-13.9%, 8.2%-34.1%, 3.4%-4.7%, 3.3%-10.3%, respectively, and the soil water storage in 0-100 cm soil layer before sowing and after harvesting of winter wheat and summer maize significantly increased 5%-11%, 12%-15% in wheat and 4%-9%, 11%-17% in maize, respectively. Compared with no fertilization, the soil nutrient content under fertilization was significantly increased, and the soil water storage of both two crops with straw returning under the condition of fertilization was significantly increased. Compared with no straw returning, the yield of grain in four continuous wheat growing seasons (2012-2016) and five continuous maize growing seasons (2011-2016) under the condition of straw returning, respectively, increased 4%-6%, 5%-10%, 7%-10%, 8%-12% in wheat and 1%-2%, 3%-6%, 4%-7%, 5%-8%, 3%-7% in maize significantly; Water use efficiency (WUE), respectively, increased 4%-7% in wheat and 8%-11% in maize significantly; Nitrogen partial factor productivity (PEPN) and agronomic efficiency (AEN) of both two crops were increased significantly. Compared with no fertilization, the yield of wheat and maize under the condition of fertilization was increased significantly, and was highest in F1 treatment, which was significantly increased by 30%-38%, 29%-33%, respectively, in wheat and 21%-25%, 19%-22%, respectively, in maize comparing with F0 treatment under two straw returning level; WUE of both two crops was increased significantly, but under S0 level, the F1 treatment was the highest, and the F0.8 treatment was the highest under S level. Compared with farmer actual fertilization, PEPNand AENof both two crops were significantly increased under 20% fertilizer reduction, and the highest SF0.8 treatment was significantly higher 31%, 30% in wheat and 30%, 31% in maize than the lowest S0F1 treatment, respectively. In terms of economic benefits, annual average net income of wheat and maize under straw returning condition was 808-1 258 yuan and 733-1 212 yuan higher than that of no straw returning, and compared with no fertilization condition, annual average net income of two crops was increased, and the F0.8 treatment gained the most. Meanwhile, two crops both showed the trend of SF0.8＞SF1＞S0F0.8＞S0F1＞SF0＞S0F0 in five years, of which SF0.8 treatment increased 3 052 yuan in wheat and 2 145 yuan in maize respectively compared with the CK. 【Conclusion】Generally, comparing with local farmer actual fertilization, long-term straw returning combined with 20% reduction fertilization not only ensured the crop yield in a high level, but also improved utilization of water and nitrogen significantly. Based on the efficiency of water and nitrogen utilization, crop yield and economic benefit, the effect of SF0.8 treatment was the optimal in all treatments.

wheat-maize rotation; straw returning; nitrogen fertilizer reduction; water and nitrogen utilization; crop yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.09.005

2017-07-05；

2018-03-26

陜西省科技統(tǒng)籌計(jì)劃項(xiàng)目（2016KTCL02-11）

楊晨璐，E-mail：summer811yang@163.com。

任廣鑫，E-mail：rengx@nwsuaf.edu.cn