氮素對大豆和玉米輪作下植株干物質積累與產量的影響

李士良

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

關鍵詞：輪作;大豆;玉米;氮肥;干物質積累;產量

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

近年來，遼寧省糧食生產面臨著玉米種植面積劇增、玉米連作焚燒秸稈、大豆產量不穩、農業種植結構不合理等諸多問題。大豆和玉米輪作技術的研究與推廣是解決上述問題的關鍵。大豆與玉米輪作制度下，可充分發揮大豆根瘤固氮養地的優勢，改善土壤肥力，同時利用作物根系來改良土壤耕層的理化性質，降低土傳病蟲害和重迎茬危害。當前，我國種植結構調整及黑土地保護耕作等一系列政策的落實，使糧豆輪作制度在東北地區得到了大力推廣。但現階段大豆和玉米輪作制度下的施肥方案仍參照傳統單作制度，并未考慮兩種作物的養分需求特點。因此，本課題從大豆和玉米的需氮特點入手，保持一個輪作周期內施氮量不變，適當提高玉米施氮量和降低大豆施氮量，比較大豆和玉米輪作制度下氮素調控對作物干物質積累和產量的影響，從而為大豆和玉米輪作提質增效提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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

1.2 試驗設計

試驗于2017—2018年在遼寧省新民市盧屯鄉進行。2017年選大豆和玉米為前茬地塊，分別種植玉米和大豆，2018年在2017年試驗地塊實施輪作。試驗地土壤基本理化性質見表 1。

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

1.3 測定項目與方法

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

1.4 數據分析

利用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行數據分析，利用Sigmaplot 12.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 大豆—玉米輪作下增施氮肥對玉米干物質積累的影響

大豆—玉米輪作條件下不同施氮處理間玉米干物質積累情況如圖1所示。

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

2.2 玉米—大豆輪作下減施氮肥對大豆干物質積累的影響

玉米—大豆輪作條件下不同施氮處理間大豆干物質積累情況如圖2所示。

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

2.3 大豆—玉米輪作下增施氮肥對玉米產量性狀的影響

大豆—玉米輪作條件下不同施氮處理間玉米產量性狀見表3。

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

2.4 玉米—大豆輪作下減施氮肥對大豆產量性狀的影響

玉米—大豆輪作條件下不同施氮處理間大豆產量性狀見表4。

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

3 結論與討論

施用氮肥是提高作物籽粒產量和品質的重要途徑之一。相關研究表明，氮素會對大豆根系形態和根瘤性狀產生顯著影響，從而直接影響地上部籽粒產量。然而，為追求產量增加而過量和盲目施肥，不僅會增加農業生產成本，造成資源浪費和化肥利用率降低，而且容易帶來土壤和水體環境污染，制約農業可持續發展。因此，科學合理施肥對于實現作物高產高效和環境友好具有重大意義。

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

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

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