減氮施肥對間作玉米-大豆生長性狀及經濟效益的影響

田藝心　曹鵬鵬　高鳳菊　王樂政　華方靜

摘要：以玉米（120 kg/hm2）、大豆（65 kg/hm2）單作施氮量為基準，對間作玉米-大豆模式設置5個施氮水平（玉米、大豆單作施氮量;玉米減氮50%，大豆不減氮;大豆減氮50%，玉米不減氮;玉米大豆均減氮50%;不施肥處理），通過對間作玉米和大豆生長性狀、產量及經濟效益的研究，以期獲得間作玉米-大豆適宜的氮肥用量。研究結果表明：玉米大豆在均減氮50%處理下，玉米禿頂長顯著增加，穗長和單穗重顯著降低，玉米產量降低5.72%～6.81%，大豆產量降低8.94%～11.74%，玉米經濟效益降低4.35%～6.14%，大豆經濟效益降低11.10%～12.15%。單一玉米或大豆氮肥減量50%對兩作物主要生長性狀、產量、經濟效益均無顯著影響，可實現氮肥減量增效，有利于保護生態環境，促進農業可持續發展。

關鍵詞：減氮施肥;玉米-大豆間作;生長性狀;產量;經濟效益

中圖分類號：S513.062：565.106.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）11-0109-05

Effects of Nitrogen Reduction on Growth Traits and

Economic Benefits of Intercropped Maize and Soybean

Tian Yixin， Cao Pengpeng， Gao Fengju， Wang Lezheng， Hua Fangjing

（Dezhou Academy of Agricultural Sciences， Dezhou 253015， China）

Abstract With nitrogen application rate of monoculture maize （120 kg/hm2） and soybean （65 kg/hm2）as the benchmark， five nitrogen application levels were set in the intercropping corn-soybean mode （nitrogen application of maize and soybean monoculture， corn reducing nitrogen by 50%，soybean reducing nitrogen by 50%， both corn and soybean reducing nitrogen by 50%， and no fertilization）. By studying the growth characters， yield and economic benefit of intercropping maize and soybean， the suitable nitrogen application rate was obtained. The results showed that the bald length of maize increased significantly， the ear length and the single ear weight decreased significantly under the treatment both corn and soybean reducing nitrogen by 50%， and the corn yield decreased by 5.72%～6.81%， soybean yield decreased by 8.94%～11.74%， corn economic benefit decreased by 4.35%～6.14%，and soybean economic benefit decreased by 11.10%～12.15%. The 50% reduction of nitrogen in single corn or soybean had no significant impact on the growth characters， yield and economic benefits of the two crops， which not only realized the saving rate and improving efficiency of nitrogen， but also conducive to protecting the ecological environment and promoting the sustainable development of agriculture.

Keywords Reduced nitrogen application; Maize-soybean intercropping; Growth traits; Yield; Economic benefits

玉米和大豆間作是我國農業生產系統中的一種典型耕作方式，可利用玉米和大豆株型及生理方面的差異，有效發揮空間及水肥潛力，彌補單作的不足，獲得比單作更高的產量和經濟效益[1，2]。黃淮海地區一直是我國北方玉米和大豆的主要產區之一，近幾年來，隨著國家“調減玉米、增加大豆”供給側改革政策的實施（國辦發〔2015〕59號），玉米-大豆間作模式在黃淮海地區發展迅速，推廣應用也較為普及。由于環境和品種區域適應性對作物生長及栽培制度的制定均有較大影響，如何更為合理地實施玉米-大豆間作模式已成為研究者們普遍關注的問題[3，4]。

施肥是作物生長必要栽培措施之一，尤其是氮肥的施用，對玉米和大豆生長均具有重要意義[5，6]。由于作物水肥空間及土壤成分因玉米-大豆間作已產生很大不同，先前玉米和大豆單作中的施肥模式已不適宜玉米-大豆間作種植，單純施用氮肥極易造成過量，導致氮肥流失，進而污染環境、降低生物多樣性等。因此，對不同地區玉米-大豆間作模式中的氮肥施用量需進一步進行研究。針對黃淮海地區玉米-大豆間作模式，本研究系統分析了減量施氮對間作玉米和大豆生長性狀、產量及經濟效益的影響，旨在明確玉米-大豆間作模式下氮肥的合理施用量，減少化學氮肥的投入，提高氮素利用效率，為黃淮海地區發展環境友好型玉米-大豆間作模式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2017—2018年在山東省德州市農業科學研究院科技園內（37°45′N， 116°29′E）進行。試驗區屬于溫帶大陸性季風氣候，年日照時數為2 592.7～2 603.5 h，太陽輻射總量為124.8 kJ/cm2，平均氣溫12.5～13.6℃，平均降水量為547.5～556.8 mm，約75%降水集中在7—9月份。供試土壤為壤土，pH值7.62，有機質12.30 g/kg，全氮0.38 g/kg，有效氮51.25 mg/kg，有效磷47.12 mg/kg，速效鉀93.58 mg/kg。前茬為冬小麥，麥收后秸稈還田。

1.2 供試材料

供試大豆品種為齊黃34，由山東省農業科學研究院作物研究所提供;供試玉米品種為登海605，由山東省登海種業有限責任公司提供。供試氮肥為尿素（N 46%）、磷肥為過磷酸鈣（P2O5 12%）、鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）。所用肥料均由農資市場購買。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設5個處理，處理1：玉米、大豆單作施肥量;處理2：玉米施N量減半;處理3：大豆施N量減半;處理4：玉米、大豆施N量均減半;處理5：不施肥。各處理施肥量見表1。小區長5.5 m，寬8.5 m，面積46.75 m2，重復3次。每小區包含兩帶，每帶4行大豆，4行玉米，行距均為0.50 m，帶距0.65 m，間種復合帶狀種植。大豆株距12 cm，折合每公頃種植密度75 000株，玉米株距15.8 cm，折合每公頃密度6 450株。各肥料均在播種第二天人工單行耬施。除不同施肥處理外，依據當地生產管理水平進行生育期內的田間管理，各小區田間操作保持一致。

1.4 測定項目及方法

成熟后分別在各小區收取10株玉米、10株大豆進行常規考種。玉米考查果穗直徑、穗長、禿頂長、穗行數、行粒數、單穗重等農藝性狀。大豆考查株高、底莢高、分枝數、節數、有效莢數、單株粒數、單株粒重等農藝性狀。對各小區分別收獲玉米、大豆兩個完整帶籽粒（玉米帶4行，大豆帶4行），曬干后測產，并折合成公頃產量。

1.5 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0 軟件進行數據統計分析，利用Duncans多重比較法檢驗處理間差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 減氮施肥對間作玉米生長性狀的影響

從表2可以看出，施肥處理下的玉米果穗直徑均顯著高于不施肥對照，表明施肥有利于玉米果穗直徑增長。但各施肥處理間均無顯著差異，表明氮肥適當減量對玉米果穗直徑影響較小。處理1和處理3的玉米穗長顯著高于其它處理，表明氮肥達到一定水平會促進玉米穗長增加，且大豆單一氮肥減量（處理3）對玉米穗長影響較小;玉米單一氮肥減量（處理2）和玉米、大豆氮肥均減量（處理4）下玉米穗長均較低，但二者均顯著高于處理5，表明玉米穗長受氮肥影響較明顯，玉米氮肥減量或不施肥均不利于玉米穗長生長。處理5禿頂長顯著高于其它處理，表明肥料缺失不利于玉米頂端穗粒生長;處理2與處理4差異不顯著但二者均顯著高于處理1和處理3，后二者差異也不顯著，表明大豆單一氮肥減量不會對玉米禿頂長產生很大影響，但玉米氮肥減量會對玉米禿頂長產生不利影響。各施肥處理的穗行數和行粒數之間無顯著差異，且均顯著高于處理5，表明減量施肥對穗行數和行粒數無明顯影響。處理1、2、3單穗重顯著高于處理4和處理5，單一玉米或大豆氮肥減量對玉米單穗重影響不明顯，玉米、大豆氮肥均減量顯著降低單穗重。不施肥處理下單穗重最低，表明單穗重受肥料影響較大。

2.2 減氮施肥對間作大豆生長性狀的影響

從表3看出，氮肥減量對間作大豆生長影響顯著。處理1、2、3之間株高均無顯著差異，且均高于處理4，顯著高于處理5，表明施肥對大豆生長有促進作用，單一玉米或大豆氮肥減量對株高影響不大，但玉米和大豆氮肥均減量不利于株高生長。

底莢高在處理1、2、3之間無顯著差異，表明單一玉米或大豆氮肥減量對其影響不明顯，處理4和處理5底莢高較大，表明肥料不足會影響底莢高。各處理間大豆分枝數和節數均無明顯差異，表明大豆分枝數和節數受施肥影響較小。處理1和處理2有效莢數和單株粒數均高于處理3，顯著高于處理4和處理5，玉米單一氮肥減量對有效莢數和單株粒數影響不明顯，大豆單一氮肥減量導致有效莢數和單株粒數略有降低，玉米和大豆氮肥均減量顯著降低大豆有效莢數和單株粒數，表明大豆有效莢數和單株粒數受氮肥影響較明顯。處理1、2、3之間單株粒重均無顯著差異，且均高于處理4，顯著高于處理5，表明施肥對大豆籽粒生長有明顯促進作用，單一玉米或大豆氮肥減量對單株粒重影響不大，但玉米和大豆氮肥均減量不利于單株粒重增加。

2.3 減氮施肥對間作玉米和大豆產量的影響

由圖1看出，減氮施肥對間作玉米和大豆產量均產生影響。玉米-大豆間作條件下，單一玉米氮肥減量（處理2）和單一大豆氮肥減量（處理3）后玉米產量與處理1之間均無顯著差異，玉米和大豆氮肥均減量和不施肥情況下（處理4、處理5），玉米產量均顯著降低，其中處理4比處理1、2、3分別降低6.81%、5.82%、5.72%;不施肥處理下玉米產量最低（處理5）。大豆產量在單一玉米和大豆氮肥減量情況下均無明顯變化（處理2和處理3），玉米和大豆氮肥均減量情況下（處理4），大豆產量降低，比處理1、2、3分別降低11.74%、8.94%、10.22%，差異未達顯著水平;不施肥處理下大豆產量最低（處理5）。以上結果表明施肥對玉米和大豆產量具有重要意義，玉米和大豆氮肥均減量對兩作物產量均產生不利影響，但玉米單一氮肥減量對間作玉米和大豆產量均影響不大，這可能與大豆本身具有固氮作用有關。

2.4 減氮施肥對間作玉米和大豆經濟效益的影響

由圖2可以看出，玉米-大豆間作體系中，單一玉米或大豆氮肥減量均對作物經濟效益影響不玉米、大豆及肥料按市場價格計算，其中每千克玉米價格為1.6元、大豆4.4元、尿素1.6元、過磷酸鈣0.4元、硫酸鉀2.1元，計 算經濟效益（產量×玉米或大豆價格-施肥量×肥料價格）。

顯著，但玉米和大豆氮肥均減量情況下，兩種作物經濟效益均顯著降低，其中處理4玉米經濟效益比處理1、2、3分別降低5.54%、6.14%、4.36%，大豆經濟效益分別降低12.15%、11.95%、11.10%。不施肥處理下，玉米和大豆經濟效益值均最低。

3 討論與結論

氮素是蛋白質的主要構成元素，是其細胞質、細胞核和酶的主要成分，氮素對玉米和大豆生物量積累、生育期的碳氮代謝、籽粒蛋白質含量及產量均具有直接聯系[7]，因此玉米和大豆生長期間，施用氮肥具有極其重要的作用和意義[8]。但同時，為避免過量施氮引起資源浪費，環境污染等問題，合理施氮必不可少。

本研究表明，肥料對玉米生長具有顯著促進作用，各施肥處理玉米生長性狀均顯著優于不施肥處理;單一玉米氮肥減量顯著降低玉米穗長，增加禿頂長;單一大豆氮肥減量對玉米各生長性狀均無顯著影響;玉米、大豆氮肥均減量降低玉米穗長、穗行數、行粒數、單穗重，增加禿頂長;玉米果穗直徑受氮肥影響較小，減量施氮對其影響不大。另外，玉米產量和經濟效益在單一玉米或大豆氮肥減量下均無顯著變化，只有玉米、大豆均減氮和不施肥情況下顯著降低。因此，從間作模式下玉米生長性狀、產量、經濟效益綜合考慮來看，單一大豆氮肥減量對玉米各農藝指標均無不利影響，究其原因，可能是間作模式下，大豆根瘤菌固氮作用提高了玉米氮元素吸收能力，滿足了玉米生長過程中對氮元素的需求，從而保障玉米各農藝指標正常生長。

玉米、大豆氮肥均減量會降低大豆株高、有效莢數、單株粒數，單株粒重，但單一玉米或大豆氮肥減量對大豆各生長指標均未有不利影響，且大豆產量和經濟效益也未有明顯變化，這與大豆本身具有固氮作用有很大關系。結合間作玉米各農藝性狀指標來看，單一大豆氮肥減量不僅對兩作物生長指標無明顯影響，產量和經濟效益也未受損害。由于單一玉米氮肥減量只對玉米穗長和禿頂長產生不利影響，對玉米產量和經濟效益影響并不明顯，因此，從化肥減量增效角度來看，玉米-大豆間作帶狀復合種植模式下，玉米帶或大豆帶單一氮肥減量均有利于提高系統生產力，為作物的生長提供所需氮素，又能降低氮素損失引起的環境風險。

前人研究表明，豆科與禾本科間作系統中，禾本科對氮素的吸收可緩解氮素對豆科作物結瘤固氮的抑制作用[9，10]，禾本科根系分泌物能夠促進豆科作物根瘤的生成[11]，從而提高豆科作物的結瘤固氮水平。王志國等[12]通過對華南地區甜玉米-大豆間作模式減氮處理發現，減量施氮能維持甜玉米-大豆間作模式系統作物產量、減少生產成本、降低環境污染風險。劉小明等[13]研究也表明，玉米-大豆套作減氮施肥可促進大豆花后光合特性的恢復和干物質的積累，進而提高大豆的經濟系數及產量，最終提高了系統總產。本研究結果同樣表明，間作玉米-大豆模式下，玉米或大豆氮肥減量50%，產量和經濟效益不受明顯影響，減氮施肥不僅充分發揮出禾本科-豆科間作模式中時空、水肥利用的高效互補，而且實現了氮肥的減量增效，這對于保護生態環境，促進農業可持續發展具有重要積極作用。另外，鑒于不同生態地區土壤類型、作物品種、種植模式等差異，關于減量施氮對玉米-大豆間作體系的影響、大豆生物固氮的作用機理以及系統氮素循環特征還有待于進一步研究。

參 考 文 獻：

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收稿日期：2019-06-09

基金項目：山東省農業重大應用技術創新項目（2017-糧經飼）;中央財政農業生產發展基金資助項目（Z175070020002）;山東省現代農業產業技術體系雜糧創新團隊建設項目（SDAIT-5-01）

作者簡介：田藝心（1986—），女，博士，副研究員，主要從事種子科學及雜糧栽培育種等。E-mail： tyxin213@? sina.com