麥后復種綠肥及配施不同水平氮肥對小麥產量、品質及氮素利用的影響

張文霞，李盼，殷文，陳桂平，樊志龍，胡發龍，范虹，何蔚

麥后復種綠肥及配施不同水平氮肥對小麥產量、品質及氮素利用的影響

張文霞，李盼，殷文，陳桂平，樊志龍，胡發龍，范虹，何蔚

甘肅農業大學農學院/省部共建干旱生境作物學國家重點實驗室，蘭州 730070

【目的】針對甘肅省河西地區春小麥種植氮肥投入量大、肥源單一、氮素利用率低及小麥品質差的問題，探究適宜的綠肥與減量配施氮肥的栽培技術對春小麥籽粒產量、品質及氮素吸收利用的影響，以期為河西灌區春小麥高產、優質和綠色生產方式提供理論依據?！痉椒ā吭囼炗?019—2021年在甘肅武威河西綠洲灌區進行，試驗采用裂區設計方法，主區設單作小麥（W）和麥后復種豆科綠肥（W-G）兩種種植模式；副區為5種施氮水平：農戶傳統施氮100% N肥（180 kg·hm-2，N4）、傳統施氮的85% N肥（N3）、傳統施氮的70% N肥（N2）、傳統施氮的55% N肥（N1）及不施氮肥（N0）?！窘Y果】麥后復種綠肥結合施氮85%（W-G-N3）可顯著提高小麥籽粒和生物產量，W-G-N3較單作小麥模式下施氮85%（W-N3）和傳統施氮（W-N4）籽粒產量分別提高16.7%—18.4%和13.6%—34.4%，W-G-N3較W-N3與W-N4生物產量分別提高11.3%（2020）與5.2%—11.6%（2020—2021），籽粒產量提高幅度大于生物產量，因而，W-G-N3處理具有較高的收獲指數，較W-N3和W-N4收獲指數分別提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。同時，W-G-N3可通過增加籽粒蛋白質含量、沉降值和濕面筋含量改善營養品質，其中W-G-N3較W-N3蛋白質含量、沉降值和濕面筋含量分別提高12.3%—16.1%、28.7%—47.2%和10.7%—11.1%；W-G-N3較W-N4蛋白質含量提高8.9%—12.4%，但W-G-N3與W-N4處理沉降值和濕面筋含量差異不顯著。此外，W-G-N3較W-N3和W-N4有利于促進小麥吸收氮素及轉化為籽粒產量，其中植株吸氮量分別提高42.2%—58.9%和35.2%—45.0%，氮肥利用率分別提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%，氮肥偏生產力分別提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%；W-G-N3處理也可補償減氮造成的氮肥農學效率的降低，較W-G-N4氮肥農學效率提高74.2%—80.0%。相關分析表明，麥后復種綠肥配合適量減氮通過促進氮素吸收利用而增加籽粒產量，同時又可顯著改善籽粒營養品質?！窘Y論】麥后復種綠肥結合傳統施氮量的85%（153 kg·hm-2）模式是河西綠洲灌區增加春小麥產量、改善籽粒品質和提高氮肥利用效率的適宜種植模式和施氮水平。

綠肥還田；施氮水平；籽粒產量；營養品質；氮素利用

0 引言

【研究意義】小麥（）作為我國重要的糧食作物之一，其產量和品質對糧食安全具有極其重要的作用，也是保證社會穩定及經濟發展的根本[1]。隨著人口增加及人民生活水平的提高，高產優質小麥的需求不斷增加。目前，增加小麥產量主要源于氮肥的大量投入，但易造成氮肥利用率較低[2]。因此，研發增產穩產及提質增效的小麥栽培技術十分必要。【前人研究進展】小麥產量與品質不僅受自然環境與品種遺傳特性控制，還與合理的耕作制度、水肥管理、種植密度和覆蓋方式等農藝措施密切相關[3-4]。在眾多因素中，施氮對小麥產量、品質以及氮素利用效率具有明顯的調控作用[5-6]。研究發現，酰胺態氮肥在高氮（225 kg·hm-2）條件下能顯著提高小麥籽粒產量，同時又可促進籽粒品質提升，尤其提高籽粒蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值等指標[7]；相反，不合理施用氮肥會導致小麥籽粒產量、加工品質以及營養品質的下降，當施氮總量超過240 kg·hm-2時，植株吸氮量不再增加，導致氮素利用率下降[8-9]。長期施用大量化學肥料會造成土壤氮素資源的浪費，致使耕地質量不斷惡化，給農田生態環境帶來巨大破壞[5,10]。因此，在保證小麥產量與穩定營養品質的基礎上，合理地減少化學氮肥的施用，對于小麥生產具有重要意義。眾多研究表明，復種翻壓綠肥可使土壤中腐殖質含量增加，顯著提高土壤微生物數量、酶活性以及有機質含量[11-13]，同時，豆科綠肥具有較好的固氮作用，可顯著提高土壤中氮素含量[14]。此外，有研究表明綠肥還田能夠促進作物生長發育，可顯著提高產量且利于改善作物品質[15-16]。在傳統單作小麥模式的基礎上，小麥收獲后復種豆科綠肥可有效為后茬作物提供養分，在保障農田肥力的前提下，又可減少化學氮肥的投入，實現產量和品質的協同提升，從而達到節本增效及改善環境的目的[17]?！颈狙芯壳腥朦c】西北河西綠洲灌區光熱資源豐富，且降水主要集中在7—9月份，麥后休閑期長，造成自然資源嚴重浪費，而針對該地區集成綠肥的栽培技術研究以提高主栽作物產量及光熱資源利用為主[14,17]。在化學氮肥配施綠肥的研究中，前人以關注作物生產力、生理特性及農田土壤質量等方面的表現為主[13-14]，對復種綠肥調控小麥籽粒產量、品質和氮素吸收利用單一研究較多[18-19]，但對其同步增產、提質及增效研究不足，因此，需要進一步優化栽培技術，挖掘同步增加產量、提升品質以及提高氮素利用的潛力?！緮M解決的關鍵問題】在河西綠洲灌區單作小麥的基礎上，設置麥后復種豆科綠肥毛葉苕子（）和夏季休閑兩種種植模式，系統研究麥后復種綠肥與不同施氮水平對小麥籽粒產量、品質及氮素吸收利用的影響，為增產穩產及提質增效的小麥栽培提供理論依據及技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

于2018年在甘肅省武威市黃羊鎮甘肅農業大學綠洲農業試驗基地進行田間定位試驗。該基地隸屬甘肅河西走廊東端，屬溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫7.2 ℃，年均≥10 ℃積溫約2 985 ℃，年均太陽輻射達6 000 MJ·m-2，適宜種植春小麥，麥后農田休閑期長，可復種豆科綠肥。土壤類型為灌漠土，0—30 cm土層土壤pH 8.2、土壤容重1.57 g·cm-3、有機質含量12.5 g·kg-1、全氮含量0.68 g·kg-1、銨態氮含量1.87 mg·kg-1、硝態氮含量12.51 mg·kg-1、全磷（P2O5）含量1.41 g·kg-1、速效磷含量29.2 mg·kg-1、速效鉀含量152 mg·kg-1。試驗年份春小麥生育期內降水及氣溫狀況如圖1。該地區小麥多采用傳統單作模式，以施用大量化學氮肥為主要增產方式，但長期施肥造成籽粒產量、品質和氮素利用效率下降以及農田土壤退化愈發嚴重。

圖1 2020和2021年試驗區小麥生育期內降水量和氣溫變化

1.2 試驗設計

2018年度開展預備試驗，本文采用2020年和2021年小麥生長季的試驗數據。試驗采用裂區設計，主區為兩種不同的種植模式，即麥后復種綠肥處理（W-G）與單作小麥處理（W）。副區為5個施氮水平：100% N肥（N4）、不施氮肥（N0）、55% N肥（N1）、70% N肥（N2）、85% N肥（N3），其中100% N肥為傳統小麥施氮水平180 kg·hm-2；共計10個處理，3次重復，即30個小區，小區面積為44 m2（8 m×5.5 m）。

小麥品種為寧春4號，綠肥采用毛葉苕子，品種為土庫曼苕子。小麥播種密度為675萬粒/hm2，條播，行距15 cm；毛葉苕子播種量為25 kg·hm-2，條播，行距15 cm。2020與2021年小麥播種時間分別為3月20日與3月17日，收獲時間分別為7月23日與7月26日；2019與2020年綠肥播種時間分別為8月1日與7月31日，翻壓還田時間分別為10月19日與10月21日。小麥收獲后移除小麥秸稈并立即整理土地播種綠肥，并于10月中下旬采用秸稈還田機全量粉碎還田并旋耕。

施P肥和灌水制度與地方高產田保持一致，即小麥生育期施P2O590 kg·hm-2，全作基肥；采用統一灌水水平，灌水方式為滴灌，冬儲灌1 200 m3·hm-2，春小麥在苗期、孕穗期、灌漿期分別灌水750、900、750 m3·hm-2，麥后復種毛葉苕子苗期、分枝期、現蕾前期分別灌水500、500、600 m3·hm-2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 小麥產量 小麥成熟期每個小區取4 m×1.5 m樣方單獨收割測產，風干后計算單位面積生物產量并進行脫粒稱重，采用PM 8188型谷物水分測定儀測定籽粒含水率，重復5次并取其平均值，按13%籽粒含水量折合計算單位面積籽粒產量[19]，并計算收獲指數：收獲指數=籽粒產量/生物產量。

1.3.2 小麥籽粒品質相關指標測定 采用FOSS近紅外品質分析儀NIRS DS 2500進行小麥籽粒容重、硬度、降落數值、淀粉含量、蛋白質含量、灰分含量、沉降值以及濕面筋含量等指標的測定。

1.3.3 小麥氮素含量測定與氮素利用相關指標計算 小麥成熟期按每小區隨機取樣20株（不包括根系），在105 ℃烘箱中30 min殺青，然后調至80 ℃恒溫連續烘干至恒重，稱重后用粉碎機粉碎過0.2 mm篩，后裝入帶標號的自封袋中帶回實驗室，取已粉碎制好的植株樣品采用全自動碳氮分析儀測定各植株氮素含量（%），計算公式如下[20-21]：植株吸氮量（kg·hm-2）=植株干重×含氮量；氮肥利用率（NUE，%）=（施氮區地上部吸氮量-對照區地上部吸氮量）/施氮量×100；氮肥偏生產力（NPFP，kg·kg-1）=施氮肥區小麥籽粒產量/施氮量；氮肥農學效率（NAE，kg·kg-1）=（施氮肥區小麥籽粒產量-不施氮肥區小麥籽粒產量）/施氮量。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2019和Origin 2021整理、匯總數據并制作圖表，SPSS 19.0進行方差分析（two-way ANOVA）、顯著性檢驗（Duncan法，＜0.05）和相關性分析（Person法）。

2 結果

2.1 麥后復種綠肥和不同施氮水平對小麥產量和收獲指數的影響

2.1.1 籽粒產量 不同種植模式、施氮水平下小麥籽粒產量在兩個試驗年份間存在顯著差異，但二者交互作用對籽粒產量無顯著影響（圖2）。麥后復種綠肥（W-G）較單作模式（W）籽粒產量提高11.4%—17.4%；適量減氮（傳統施氮的85% N肥）具有較高的籽粒產量，其中施氮85%（N3）較施氮55%（N1）和施氮70%（N2）籽粒分別增產22.4%—37.1%和16.5%—18.9%。麥后復種綠肥結合施氮85%（W-G-N3）較單作小麥模式下施氮55%（W-N1）、施氮70%（W-N2）、施氮85%（W-N3）和傳統施氮（W-N4）處理的籽粒產量分別提高37.3%—51.5%、35.7%—38.2%、16.7%—18.4%和13.6%—34.4%。因此，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%的條件下仍可實現小麥增產的目標。

2.1.2 生物產量 種植模式、施氮水平及二者交互作用對小麥的生物產量影響較顯著（圖2）。兩個試驗年度中，W-G較W生物產量提高10.8%—13.8%。N3較N0、N1、N2生物產量分別提高51.9%—55.4%、11.6%—13.4%與5.7%—9.7%，但N3與N4間生物產量差異不顯著。與W-N4相比，W-G-N3生物產量提高5.2%—11.6%。2020年，W-G-N3較W-N3生物產量提高11.3%，而2021年差異不顯著?？梢?，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%的條件可有效增加地上部生物產量，利于增強小麥增產潛力。

2.1.3 收獲指數 種植模式對小麥收獲指數影響不顯著，但施氮水平及其與種植模式二者交互作用對小麥收獲指數影響顯著（圖2）。N3較N0、N1、N2和N4小麥收獲指數分別提高19.2%—22.6%、7.7%— 22.7%、6.1%—12.3%和5.8%—6.8%，而W-G與W間收獲指數無顯著差異。與W-N3和W-N4處理相比，W-G-N3收獲指數分別提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。因此，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%的條件可促進河西綠洲灌區小麥光合同化物運轉與分配而獲得較高的收獲指數。

2.2 麥后復種綠肥和不同施氮水平對小麥籽粒品質的影響

種植模式對小麥灰分含量和硬度無顯著影響，但施氮水平以及其與種植模式二者的交互作用對灰分含量和硬度影響較顯著（表1）。兩年間，適量減施氮肥（N3）的籽粒具有較高的灰分含量和硬度，N3較N0、N1、N2灰分含量分別提高14.5%—18.7%、11.4%—12.2%、4.4%—8.3%，硬度分別提高7.5%— 19.2%、2.0%—3.7%、3.1%—3.7%；而W-G與W的灰分含量和硬度差異不顯著。W-G-N3較W-N0、W-N1和W-N2處理的籽?；曳趾糠謩e提高6.4%—8.2%、2.0%—9.7%、6.4%—6.8%，W-G-N3較W-N0、W-N1處理的小麥硬度分別提高15.8%—19.8%、14.9%— 18.7%，而W-G-N3與W-N3處理間灰分含量和硬度差異不顯著。

W-G和W代表小麥復種綠肥和單作小麥；N0、N1、N2、N3和N4處理依次為不施氮、農戶傳統施氮的55%、70%、85%和100% N肥。同一年份不同字母表示處理間在P＜0.05水平差異顯著。下同

種植模式、施氮水平對小麥籽粒濕面筋含量和沉降值影響顯著，但二者的交互作用對濕面筋含量和沉降值影響不顯著（表1）。2021年，W-G的籽粒具有較高的濕面筋含量和沉降值，較W分別提高9.8%和45.7%，而2020年W-G與W的濕面筋含量和沉降值差異不顯著；同時N3較N0、N1、N2和N4的濕面筋含量分別提高31.0%—34.6%、21.3%—25.7%、16.7%— 26.0%和14.4%—17.2%，N3較N0、N1和N2的沉降值分別提高67.3%—78.2%、44.2%—59.4%和8.0%— 28.7%。W-G-N3較W-N1、W-N2和W-N3處理的沉降值分別提高76.1%—84.8%、85.7%—59.0%和28.7%— 47.2%，濕面筋含量分別提高27.2%—34.4%、19.3%— 46.0%和10.7%—11.1%，但W-G-N3與W-N4處理間濕面筋含量和沉降值差異不顯著。

種植模式、施氮水平以及二者的交互作用對小麥籽粒蛋白質含量影響顯著，但種植模式和施氮水平以及二者交互作用對降落數值、容重和淀粉含量影響不顯著（表1）。兩試驗年份中，W-G較W小麥籽粒蛋白質含量提高3.3%—8.2%，N3較N0、N1、N2和N4分別提高24.3%—25.3%、17.3%—18.3%、13.3%— 19.0%和8.9%—10.1%。W-G-N3有利于提高小麥籽粒蛋白質含量，較W-N3和W-N4處理分別提高12.3%—16.1%和8.9%—12.4%；而W-G-N3與W-N3處理間降落數值、容重和淀粉含量差異不顯著。

上述結果表明，麥后復種綠肥可使得小麥籽?；曳趾俊⒂捕?、降落數值、容重和淀粉含量保持穩定，而濕面筋含量、沉降值和蛋白質含量進一步提高，其中以W-G-N3調優效應突出。因此，麥后復種綠肥配套傳統施氮量的85%是河西綠洲灌區改善小麥籽粒品質的可行措施。

表1 不同種植模式及施氮水平下小麥籽粒品質的差異

**和*分別表示在0.01和0.05概率水平下顯著；NS表示差異不顯著。同列數據后不同小寫字母表示同一年中處理間在＜0.05水平差異顯著

** and * indicate significance at 0.01 and 0.05 probability levels, respectively; NS indicates non-significant difference. Different lowercase letters after the data in the same column indicate significant differences among treatments at＜0.05 level in the same year

2.3 麥后復種綠肥和不同施氮水平對小麥氮素吸收利用的影響

2.3.1 植株吸氮量 種植模式、施氮水平以及二者的交互作用均對小麥植株吸氮量影響顯著（圖3）。與W相比，W-G的植株吸氮量提高45.1%—48.1%；N3較N1和N2的植株吸氮量分別提高29.7%—30.3%和11.9%—16.7%，而N3與N4無顯著差異。W-G-N3處理可顯著提高植株吸氮量，較W-N2、W-N3和W-N4處理分別提高61.1%—76.0%、42.2%—58.9%和35.2% —45.0%。說明麥后復種綠肥配套傳統施氮量的85%可促進小麥對氮素的吸收利用。

圖3 麥后復種綠肥對減氮小麥植株吸氮量的影響

2.3.2 氮肥利用效率 種植模式、施氮水平均對小麥氮肥利用率、氮肥偏生產力和氮肥農學效率影響顯著，但二者的交互作用對氮肥利用率、氮肥偏生產力和氮肥農學效率并無顯著影響（圖4）。W-G較W小麥氮肥利用率和氮肥偏生產力分別提高7.7%—11.0%和7.7%—11.9%，而氮肥農學效率降低34.2%—44.7%。兩年中，N3較N2氮肥利用率提高5.8%—18.0%，而2020年N3與N4無顯著差異，2021年N3較N4提高8.7%；N3較N4氮肥偏生產力提高14.0%—37.0%，較N2降低2.1%—3.2%；N3較N2、N4氮肥農學效率分別提高26.5%—28.7%、40.8%—45.6%。W-G-N3較W-N3和W-N4處理氮肥利用率分別提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%，氮肥偏生產力分別提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%，氮肥農學效率分別降低25.2%— 29.9%和3.0%—14.3%，但W-G-N3較W-G-N4氮肥農學效率提高74.2%—80.0%。由此表明，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%的條件不僅可以促進小麥從土壤中吸收相對較高的氮素，還可以將吸收的氮素更好地轉化為籽粒產量。

2.4 小麥籽粒產量、品質和氮素利用的相關性分析

不同種植模式和施氮水平對小麥籽粒硬度、蛋白質含量、灰分含量、沉降值和濕面筋含量具有顯著影響（表2）。基于兩年數據，綜合小麥的籽粒產量、硬度、蛋白質含量、灰分含量、沉降值、濕面筋含量和植株吸氮量、氮肥利用率、氮肥偏生產力和氮肥農學效率指標進行相關性分析。籽粒產量與籽粒硬度、蛋白質含量、灰分含量、沉降值和濕面筋含量均呈顯著的正相關關系，說明麥后復種綠肥結合適量減施氮肥在獲得較高產量的基礎上可改善籽粒品質，利于實現小麥高產、優質。小麥植株吸氮量和氮肥利用率不僅與籽粒產量呈顯著正相關，而且與籽粒硬度、蛋白質含量、灰分含量、沉降值和濕面筋含量也呈顯著正相關；氮肥偏生產力與硬度呈顯著負相關，而氮肥農學效率與硬度呈顯著正相關。可見，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%可通過促進小麥對氮素的吸收利用，提高小麥產量并改善籽粒品質，進而達到節氮增效的作用。

3 討論

3.1 復種綠肥及適量減氮對小麥產量的影響

栽培措施是影響作物生長發育的重要因素，可通過采用適宜的種植模式、合理的施氮水平，優化農藝管理措施，改善農田生態環境，來保證作物的產量和品質[22-23]。黃明等研究發現，合理施用氮肥可顯著提高小麥籽粒產量、生物產量和收獲指數[24]，這與本研究結果一致。由于豆科綠肥有較好的養分供應能力，利于作物正常生長，尤其當化學肥料和豆科綠肥通過一定比例配合施用可有效促進作物對養分吸收利用，從而為實現穩產高產奠定基礎[25]。本研究表明，麥后復種綠肥配施85%氮肥處理具有顯著增產優勢，其原因在于，第一，豆科綠肥毛葉苕子與根瘤菌共生固氮，彌補了土壤中的氮素含量[24]，進而促進小麥生長期的氮素持續供應[26]，保證小麥營養生長的高效進行，利于穗部籽粒的形成和灌漿[27]，從而促進作物高產，同時又減少了部分化學氮肥的投入[28]；第二，豆科綠肥翻壓還田可顯著提高土壤有機質含量，促進土壤中微生物和生物酶對營養物質的分解與釋放，進而調節土壤理化性質，持續增加土壤中的有效養分，使得小麥生長階段對養分的需求得到保證[29]；第三，綠肥和無機氮肥合理配施，能充分利用無機氮肥快速釋放養分和綠肥保肥緩釋的優點，提升土壤肥力，同時，小麥生長期有充足的氮肥供應得以保證，進而促使小麥高產[30]。茍志文等通過長期田間定位試驗發現，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%顯著提高了小麥的單位面積穗數和千粒重[14,31]，說明籽粒增產主要源于小麥單位面積穗數和千粒重的協同提高。因此，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%的生產模式在河西綠洲灌區能夠顯著提高小麥籽粒產量和生物產量，因而獲得較高的收獲指數，利于節氮增產。

圖4 麥后復種綠肥對減氮小麥氮肥利用效率的影響

表2 不同種植模式及施氮水平下小麥籽粒產量、品質和氮素利用的相關性

GY、H、PC、AC、SV、WGC、NU、NUE、NPFP和NAE分別表示小麥的籽粒產量、硬度、蛋白質含量、灰分含量、沉降值、濕面筋含量和植株吸氮量、氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率指標。**和*分別表示在0.01和0.05水平相關性顯著

GY, H, PC, AC, SV, WGC, NU, NUE, NPFP, and NAE represent grain yield, hardness, protein content, ash content, sedimentation value, wet gluten content, and N uptake, N fertilizer use efficiency, N fertilizer partial factor productivity, and N fertilizer agronomic efficiency indexes of wheat, respectively. ** and * indicate significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively

3.2 復種綠肥及適量減氮對小麥籽粒品質的影響

氮肥對小麥籽粒品質具有很大影響，合理施用氮肥對小麥籽粒品質的形成有明顯的調節作用[24]。在對小麥籽粒品質進行綜合評定時，一般以籽粒蛋白質含量、沉降值及濕面筋含量為主要的品質指標[32]。研究表明，施氮量對不同品種小麥的蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值具有顯著影響[33]。氮素是決定蛋白質含量的基礎，氮素供應不足，會延長氮素在植株體內轉運時間，從而降低籽粒蛋白質含量[34]。唐繼偉等研究表明，高氮量處理（＞120 kg·hm-2）可顯著增加籽粒蛋白質和濕面筋含量[35]，這與本研究結果基本一致，而本研究發現，傳統單作小麥模式減施氮肥會使小麥籽粒品質降低，而麥后復種綠肥及減氮15%模式可顯著彌補減施氮肥對小麥籽粒品質帶來的不利影響，在維持籽?；曳趾俊⒂捕取⒔德鋽抵怠⑷葜睾偷矸酆糠€定的基礎上，使得籽粒濕面筋含量、沉降值和蛋白質含量進一步提高，從而改善小麥籽粒品質，其原因可能是，第一，種植綠肥可以改善土壤氮素供應過程，為小麥的生長持續提供養分，從而提高小麥籽粒的品質[36]；第二，綠肥具有固氮作用，有效調節土壤中氮素的儲存與供應，為后茬小麥提供部分氮素養分，同時彌補傳統單作模式下減少氮肥用量造成的品質下降，保證小麥籽粒品質提升[37]，同時減少化學肥料投入；第三，綠肥在改善土壤氮庫的同時，也改善了碳庫，以及部分磷、鉀和其他中微量元素等養分，從而促進了小麥生長和養分吸收，提高了小麥品質[38]。同時，本研究發現，小麥產量指標與籽粒品質指標（硬度、蛋白質含量、灰分含量、沉降值和濕面筋含量）呈顯著的正相關關系，說明在合理減少化學氮肥施入的基礎上，麥后復種豆科綠肥有利于小麥增產提質。

3.3 綠肥還田及適量減氮對小麥氮素吸收利用的影響

氮素有利于作物產量的形成以及實現高產，種植豆科綠肥能夠通過生物固氮提高土壤氮素含量[20]。因此，綠肥翻壓還田有助于提高土壤氮含量，進而達到培肥地力的作用。汝晨等[39]研究發現，隨著施氮量的增加，小麥氮素的吸收量也顯著提高，增加施氮量可以增加小麥植株營養器官中的氮素留存量。張向前等[20]研究表明，麥后復種綠肥并全量翻壓較不復種綠肥翻耕處理的玉米氮素利用率和氮肥偏生產力提高。氮肥農學效率是反映單位施氮量作物增產能力的重要指標，適量施用氮肥能顯著提高作物產量，又可獲得較高的氮肥農學效率[40]。張磊等[41]研究表明，在減施氮20%—40%條件下，種植豆科綠肥能夠顯著提高水稻氮肥農學效率。本研究表明，麥后復種綠肥并全量翻壓可顯著提高小麥氮肥利用效率，且能替代部分化學氮肥進行氮素供給，尤其在傳統施化學氮肥85%的基礎上，小麥氮肥利用率和氮肥偏生產力顯著提高，這與前人研究結果基本一致[19]。主要原因是，當季小麥收獲后復種綠肥并全量翻壓，不僅能在一定程度上有效提高土壤中氮素含量，還能避免無機氮素無效損失[42]；同時，豆科綠肥可大量固氮，向土壤中儲存大量的氮素，當小麥對氮素的需求量增加時，土壤中的氮素通過微生物進行轉化釋放，滿足小麥生長發育需求，從而有效提高氮肥利用率[43]；相對充足的養分供應可有效提高小麥籽粒產量[26]，進而提高氮肥偏生產力，但其氮肥農學效率降低，其原因可能為綠肥翻壓后其所含的養分可以快速釋放到土壤中，補充土壤養分[44]，進而結合所施入的化學氮肥，保證作物生長所需的養分供應，使得傳統不施氮處理小麥產量低于不施氮復種綠肥處理小麥產量，從而導致氮肥農學效率有所降低。此外，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%模式較麥后復種綠肥配合施100%氮肥模式，氮肥農學效率顯著提高，說明在綠肥還田的同時，若投入過量的氮素，反而不利于單位施氮量作物增產能力的提高，因為不合理的施用化學肥料會惡化農田耕地結構，加速養分流失，造成土壤肥力下降，進而導致作物減產[45]。另外，綠肥還田能為微生物創造有利環境，綠肥和適宜的氮肥結合，可優化氮素的供應模式，促進產量形成[46]，進而提高單位施氮量的增產能力。同時，本研究發現，小麥植株吸氮量和氮肥利用率與籽粒產量和籽粒品質指標（蛋白質含量、灰分含量、沉降值、硬度和濕面筋含量）均呈顯著正相關關系。因此，在河西綠洲灌區，施用化學氮肥85%的同時搭配麥后復種綠肥模式可顯著提高小麥氮素利用效率，同時兼顧優質和高產。

4 結論

麥后復種綠肥種植模式在適量減氮條件下可使春小麥獲得較高的籽粒產量和生物產量，因籽粒產量提高幅度大于生物產量而獲得較高的收獲指數，其中以麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%（153 kg·hm-2）模式下春小麥增產效果突出。該模式可通過增加小麥籽粒蛋白質含量、沉降值和濕面筋含量而提升小麥籽粒品質，并有利于促進小麥氮素吸收轉化，從而提高植株吸氮量、氮肥利用率和氮肥偏生產力。因此，麥后復種綠肥結合傳統施氮量85%是河西綠洲灌區小麥生產中增產、提質以及增效的可行種植模式及施氮水平。

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Effects of multiple green manure After wheat combined with different levels of nitrogen fertilization on wheat yield, grainquality, and nitrogen utilization

ZHANG WenXia, LI Pan, YIN Wen, CHEN GuiPing, FAN ZhiLong, HU FaLong, FAN Hong, HE Wei

College of Agronomy, Gansu Agricultural University/State Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070

【Objective】Aiming at the problems of large nitrogen input, single fertilizer source, low nitrogen utilization rate, and poor quality of wheat in spring wheat cultivation in Hexi areas of Gansu Province, the objective of this study is to explore the effects of suitable green manure and reduced nitrogen fertilizer cultivation techniques on grain yield and quality, and nitrogen absorption and utilization of spring wheat, and to provide a theoretical basis for high yield, high quality, and green production of wheat in Hexi irrigation areas.【Method】A split plot experiment was conducted from 2019 to 2021 in the Hexi oasis irrigation areas of Gansu province. Two cropping patterns of multiple green manure after wheat (W-G) and sole wheat (W) were set in the main plot. There were five N fertilizer levels in the sub-plot: 100% of conventional N fertilizer by the farmer (180 kg·hm-2, N4), 85% of conventional N fertilizer (N3), 70% of conventional N fertilizer (N2), 55% of conventional N fertilizer (N1), and no N fertilizer (N0).【Result】Multiple green manure after wheat combined with 85% N application (W-G-N3) was effectively increased wheat grain yield and biomass. The grain yield of W-G-N3was increased by 16.7%-18.4% and 13.6%-34.4%, respectively, compared with the 85% N application (W-N3) and conventional N application (W-N4) treatments for the sole wheat. The biomass of W-G-N3was increased by 11.3% (2020) and 5.2%-11.6% (2020 to 2021), respectively, compared with the W-N3and W-N4treatments. The increase of grain yield was greater than that of biomass, thus, the W-G-N3treatment had higher harvest index, which was 4.9%-15.9% and 8.0%-20.5% higher than that of W-N3and W-N4treatments. Meanwhile, the W-G-N3treatment improved grain quality of wheat by increasing protein content, sedimentation value, and wet gluten content, among which, the protein content, sedimentation value, and wet gluten content of W-G-N3were increased by 12.3%-16.1%, 28.7%-47.2%, and 10.7%-11.1%, respectively, compared with W-N3; The protein content of W-G-N3was increased by 8.9%-12.4% compared with W-N4, but the differences in sedimentation value and wet gluten content between W-G-N3and W-N4were not significant. In addition, the W-G-N3treatment was beneficial to promote nitrogen uptake and conversion to grain yield in wheat compared with W-N3and W-N4treatments, in which the N uptake was increased by 42.2%-58.9% and 35.2%-45.0%, N use efficiency was increased by 12.0%-20.6% and 5.9%-20.4%, respectively, and N partial factor productivity was increased by 3.6%-18.3% and 28.1%-58.1%, respectively. The W-G-N3treatment could compensate for the reduction of N agronomic efficiency, which was 74.2%-80.0% higher than W-G-N4treatment. The correlation analysis showed that multiple green manure after wheat combined with moderate reduction of N fertilizer increased grain yield by promoting efficient nitrogen uptake and utilization, and also significantly improved grain nutritional quality.【Conclusion】The combination of multiple green manure after wheat with 85% (153 kg·hm-2) nitrogen application is the suitable cropping pattern and nitrogen application level to boost wheat yield, improve wheat grain quality, and increase nitrogen use efficiency in Hexi oasis irrigated areas.

green manure returning to field; nitrogen application level; grain yield; nutritional quality; nitrogen utilization

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.007

2023-01-09；

2023-02-21

國家重點研發計劃（2021YFD1700202-02）、國家自然科學基金（32101857，U21A20218）、國家綠肥產業技術體系（CARS-22-G-12）、甘肅省科協青年人才托舉工程項目（2020-12）、甘肅農業大學伏羲青年人才項目（Gaufx-03Y10）

張文霞，E-mail：1757948408@qq.com。通信作者殷文，E-mail：yinwen@gsau.edu.cn。通信作者陳桂平，E-mail：chengp@gsau.edu.cn

（責任編輯 楊鑫浩，岳梅）