小麦/玉米/大豆套作和施氮对玉米生长及氮吸收利用的影响

为研究小麦/玉米/大豆套作种植模式和施氮水平对玉米生长、产量及氮吸收利用规律的影响,进行了2个种植模式(玉米单作和小麦/玉米/大豆套作)和2013年3个施氮水平(0,180,360 kg/hm²)及2014年4个施氮水平(0,90,180,270 kg/hm²)的双因素随机区组实验,以期揭示施氮及套作对玉米产量的影响规律,为进一步提高小麦/玉米/大豆套作体系产量提供理论依据。研究结果表明,1)在N₀及N₉₀处理下套作玉米的产量分别比单作低20.5%、7.5%,表现为套作劣势,而在N₁₈₀、N₂₇₀、N₃₆₀处理下,套作玉米与单作玉米产量无显著差异。2)单/套作玉米地上部生物量在各生育时期均表现为随施氮量的增加先增加后略有降低,干物质积累速率均在吐丝期到收获期达到最大。相对单作,各施氮处理下小麦对套作玉米的茎秆生长均产生显著不利影响,在拔节期套作玉米茎秆生长率比单作低12.5%,这种影响随施氮量的增加而减小,在施氮量到达180 kg/hm²后影响不显著。3)在N₀、N₉₀处理下,单作玉米花期氮积累量在生殖生长期更多转运到籽粒,而在N₁₈₀、N₂₇₀、N₃₆₀处理下,套作花期前氮积累量转移到籽粒的比例更高。而两种模式下均以施氮180~270 kg/hm²下氮转运指标最优,这说明在该施氮条件下最有利于提高植株氮素转运机能。综上所述,适量施氮有利于稳定小麦/玉米/大豆套作种植模式中的玉米产量,提高氮的吸收转运效率,减轻小麦对玉米生长和氮吸收利用的影响,本研究条件下,套作玉米施氮量以180 kg/hm²为宜。     

施氮对单作和套作小麦产量和氮素利用特征的影响

小麦/玉米套作是四川主要的旱作模式,研究小麦的氮素吸收利用效率及套作玉米对小麦的影响有助于进一步提示套作小麦的增产优势、养分高效利用及了解玉米小麦间相互作用机理。本研究通过田间试验研究了不同氮水平下[0 kg(N)·hm-2、60 kg(N)·hm-2、120 kg(N)·hm-2和180 kg(N)·hm-2,分别记为N1、N2、N3和N4]小麦单作、小麦/空带和小麦/玉米套作3种模式中小麦的产量、氮素吸收利用特征和玉米对小麦的影响。结果表明:在不同的氮处理下,与单作小麦相比,小麦玉米套作的小麦始终表现出明显的产量优势,其生物量和籽粒产量比单作小麦平均增加15.7%和17.8%;套作小麦边行优势明显,其边行的地上部生物量、产量、吸氮量和氮肥偏生产力比单作行分别增加23.8%、27.3%、48.9%和19.1%,说明套作小麦比单作小麦对氮利用效率更高。不施氮(N1)和低氮(N2)处理小麦/玉米套作模式中小麦的生物量、产量比小麦/空带模式平均低6.5%和5.7%,但在中氮水平(N3)时小麦/玉米套作模式中小麦产量、地上部生物量、地上部吸氮量和氮肥偏生产力分别比小麦/空带模式高14.1%、5.0%、6.8%和4.5%。说明在小麦/玉米套作模式中套入玉米在施氮不足时小麦生长受到抑制,而在施氮充足时小麦生长得到促进。因此,套作小麦有边行优势和产量优势,小麦行间套作玉米时需要配施一定量的氮肥以消除小麦、玉米间的氮素竞争从而促进小麦的生长。     

小麦施氮后效和种植方式对大豆产量及农艺性状的影响

通过2013-2014年度田间试验,在种植小麦时设置不施氮、低氮、中氮、高氮4个氮肥施用量(0,60,120,180 kg/hm²),同时设置净作大豆(小麦-大豆)和套作大豆(小麦/玉米/大豆)两种种植模式,探究了前作小麦施氮后效及净作、套作两种种植方式对大豆产量和农艺性状的影响。结果表明,1)无论净作或套作,大豆均能利用前作小麦的施氮后效,生物量和籽粒产量均随施氮量增加呈先升高再降低的变化趋势,均在N₁₂₀处理(纯氮120 kg/hm²)时达到最大值,其中套作大豆籽粒产量最高为4133 kg/hm²,达高产水平。2)分枝期时大豆地上部生物量为净作显著高于套作,平均高 62.3%,而收获期时为套作显著高于净作,平均高 57.9%。与净作相比,套作大豆单株粒数、籽粒产量分别高63.9%和55.9%,百粒重二者间相差不大。净作大豆的籽粒重在主茎、分枝上分别占54.2%和45.8%,以在主茎上较多,而套作大豆的籽粒主要分布在分枝上,平均达68.9%。虽然套作大豆的倒伏率比净作大豆高5.2%,但空杆率、瘪荚率却分别低78.0%和25.4%。前作施氮量增加,套作大豆籽粒在分枝上的比例增大。3)大豆主茎长,在分枝期时为套作(平均39.5 cm)比净作(平均33.3 cm)显著高6.2 cm,而收获期时为净作(平均84.8 cm)比套作(平均74.4 cm)高10.4 cm;第一节间长,在分枝期、收获期均为套作(8.3和6.6 cm)大于净作(5.6和4.6 cm);分枝数,在分枝期时为净作(平均1.9个)显著高于套作(平均0.7个)1.2个分枝,而收获期时是套作(平均6.1个)高于净作(平均3.5个)2.6个分枝。同时套作大豆分枝数随前作施氮量增加而增加。说明在小麦-大豆和小麦/玉米/大豆体系中大豆能充分利用前作小麦的施氮后效;套作大豆前期虽受玉米的抑制影响,但玉米收获后能加快生长,可以通过合理的前作氮肥调控促进分枝、结荚和鼓粒,提高产量。     

不同施氮量对玉米产量及各器官养分积累的影响

通过田间定位试验,研究不同施氮量(0、90、180、270、390 kg/hm~2,分别记为N_0、N_1、N_2、N_3、N_4)对玉米千粒质量、籽粒产量、氮肥利用率及植株各器官养分积累的影响。结果表明:1)随着施氮量的增加,玉米植株生物量、籽粒产量均呈先增加后降低的趋势,都在N_2时达到最高,N_1、N_2、N_3、N_4处理玉米产量与N_0处理相比分别增加了83.8%、116.1%、109.7%、69.4%;植株生物量N_2处理分别比N_0、N_1、N_3、N_4处理高出197.5%、23.0%、9.4%、9.6%。2)玉米氮肥偏生产力、农学利用效率均随施氮量的增加而不断降低,氮收获指数为N_3(66.7%)N_2(63.8%)N_1(61.1%)N_0(57.7%)N_4(51.9%)。氮肥当季利用率随施氮量的增加逐渐降低,N_1、N_2处理相对较高,N_4处理最低,分别为85.9%、74.2%、29.9%。3)玉米同一器官对氮磷钾的吸收量差异明显,籽粒、叶片和芯对氮(N)的吸收大于磷(P)和钾(K),茎和叶鞘对K的吸收大于N和P,根对K的吸收大于P和N。4)玉米收获期土壤铵态氮、硝态氮含量都随施氮量增加而增加,土壤铵态氮含量处于较低水平,且在不同处理下均低于硝态氮含量。综上表明,长期最佳施用氮肥量为180 kg/hm~2,能获得较高产量和氮肥利用效率,保持土壤肥力,减少污染。