不同氮用量下小麥/玉米/大豆周年體系的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量變化

陳遠(yuǎn)學(xué)，陳曉輝，唐義琴，張福鎖，陳新平，張朝春，劉靜，徐開未*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，四川成都611130;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193)

氮肥是糧食增產(chǎn)的主要肥力因素，對(duì)糧食產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn)率達(dá)40%左右［1］。我國(guó)是最大的發(fā)展中國(guó)家，以占世界7%的耕地養(yǎng)活了22%的人口，但肥料氮的消費(fèi)量約占全世界肥料氮使用量的1/3［2］。根據(jù)近30年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)［3］，我國(guó)化肥總使用量持續(xù)增長(zhǎng)，其中氮肥用量一直居高不下，在生產(chǎn)中，氮肥的盲目施用過量施用、當(dāng)季利用率低和環(huán)境污染問題三者并存。因此氮肥的合理施用成為農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效和可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，間套作在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展上具有重要意義，在印度、東南亞、拉丁美洲、非洲等世界各地普遍存在［4］，在我國(guó)間作種植的耕地面積超過2800×104hm2［5］。四川盆地因光、熱、水資源的特殊性，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有“兩季有余，三季不足”的特點(diǎn)，因此四川旱地作物的間套作更是十分廣泛，約占旱地種植面積的54%。在傳統(tǒng)的小麥(Triticum aestivum)/玉米(Zea mays)、馬鈴薯(Solanum tuberosum)/玉米、玉米/甘薯(Dioscorea esculenta)等間套作模式基礎(chǔ)上，近年來旱地新三熟“小麥/玉米/大豆(Glycine max)”周年間套模式在四川盆地得到了快速發(fā)展，據(jù)研究，此模式集禾本科與禾本科、禾本科與豆科套作為一體，有效實(shí)現(xiàn)了土地的用養(yǎng)結(jié)合和養(yǎng)分互補(bǔ)，能有效解決當(dāng)前農(nóng)村爭(zhēng)地、爭(zhēng)肥、爭(zhēng)勞動(dòng)力的矛盾［6-8］。雖然生產(chǎn)中“小麥/玉米/大豆”體系的種植面積在逐年增加，前人也對(duì)小麥、玉米、大豆的栽培和施肥分別作了一些研究［9-15］，但迄今將周年間套體系的3種作物小麥、玉米、大豆一起作為研究對(duì)象的還很少，體系各作物的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量產(chǎn)值關(guān)系還缺乏針對(duì)性研究。為此，本研究利用在四川雅安建立的小麥/玉米/大豆周年體系定位試驗(yàn)，以不同施氮水平為因素，對(duì)“小麥/玉米/大豆”周年間套體系中各作物的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量變化進(jìn)行了研究，以期為該體系的氮肥合理施用與雙高(高產(chǎn)高效)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2010年11月12日－2012年10月30日分兩年度(2011，2012年)在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)定位進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨多集中在7－9月份，全年降雨量可達(dá)2000 mm，年均溫16.2℃。試驗(yàn)地土壤為紫色濕潤(rùn)雛形土(紫色大土)，0～25 cm耕層混合土樣pH 6.27，全氮1.28 g/kg、有機(jī)質(zhì)29.8 g/kg、堿解氮 178 mg/kg、速效鉀 71.2 mg/kg，有效磷 35.9 mg/kg(NH4F － HCl法)［12］。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種小麥為“川麥37”，由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所選育;玉米為“川單418”，由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所選育;大豆為“貢選1號(hào)”，由四川省自貢市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育。試驗(yàn)用肥料為尿素(含N 46%)，過磷酸鈣(含P2O512%)和氯化鉀(含K2O 60%)，均購(gòu)于當(dāng)?shù)亻T市部。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在“小麥/玉米/大豆”周年間套作體系中進(jìn)行，2011和2012年兩年的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案相同:小麥設(shè) 5 個(gè)氮(N)水平，分別為 0，60，120，180，240 kg/hm2(依次編號(hào)為 WN1、WN2、WN3、WN4、WN5)，磷、鉀用量一致，為 P2O590 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2;玉米同樣設(shè) 5 個(gè)氮(N)水平，分別為 0，97.5，195，292.5，390 kg/hm2(分別編號(hào)為 MN1、MN2、MN3、MN4、MN5)，磷、鉀用量一致，為 P2O575 kg/hm2，K2O 105 kg/hm2;大豆作為小麥的后作，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為大豆不施氮、磷、鉀肥，因有前作小麥5個(gè)氮水平的影響，大豆各處理的基礎(chǔ)肥力不同，分別編號(hào)為 SN1、SN2、SN3、SN4、SN5。

1.3.2 施肥方法 小麥播種時(shí)開深5 cm左右的溝，50%的氮和全部磷、鉀肥撒于溝內(nèi)，然后播種回土;另于分蘗期追施20%的氮，于拔節(jié)期追施30%的氮，均遇小雨天撒施。玉米打窩施底肥，窩深15 cm左右，30%的氮和全部磷、鉀肥作底肥施于窩內(nèi)，然后覆土移栽玉米苗;再于玉米拔節(jié)期追施30%的氮，于大喇叭口期追施40%的氮，均采用兌清水沖施于株旁。大豆整個(gè)生育期間不施肥。

1.3.3 試驗(yàn)實(shí)施 采用田間裂區(qū)試驗(yàn)，每個(gè)氮水平為一個(gè)主裂區(qū)，主裂區(qū)之間間隔2 m，裂區(qū)內(nèi)設(shè)置4個(gè)小區(qū)作為4次重復(fù)，重復(fù)間無田間間隔(圖1)。小區(qū)面積2 m×9 m=18 m2，小區(qū)幅寬2 m，其中1 m種4行小麥，另1 m為套作玉米預(yù)留地，即小麥/玉米采用1 m/1 m的田間配置(圖2)。小麥分別于2010年11月12日(2011)和2011年11月10日(2012)條播，行距25 cm，播種量180 kg/hm2;待小麥處于揚(yáng)花期時(shí)，在預(yù)留地中種2行玉米，分別于2011年4月6日(2011)和2012年4月5日(2012)采用肥團(tuán)育苗移栽，玉米窄行距60 cm(寬行距140 cm)，窩距40 cm(圖2)，每窩栽壯苗2株，密度5.0×104株/hm2;小麥?zhǔn)斋@后，玉米處于大喇叭口期時(shí)在小麥茬地上點(diǎn)播2行大豆，分別于2011年6月15日(2011)和2012年6月12日(2012)點(diǎn)播，窩距33 cm，行距40 cm(圖2)，每窩定苗2株，播種密度為6.06×104株/hm2。其他田間管理措施同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。小麥分別于2011年5月28日(2011)和2012年5月28日(2012)收獲(此時(shí)玉米處于6片展開葉期);玉米分別于2011年8月8日(2011)和2012年8月6日(2012)收獲(此時(shí)大豆處于初花期);大豆分別于2011年10月22日(2011)和2012年10月30日(2012)收獲。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與數(shù)據(jù)分析

1.4.1 干物質(zhì)積累量 分別于小麥分蘗期(tillering stage，TS)、拔節(jié)期(jointing stage，JS)、揚(yáng)花期(flowering stage，F(xiàn)S)和成熟期(maturity stage，MS)隨機(jī)采取20 cm×100 cm 植株;玉米在拔節(jié)期(jointing stage，JS)、喇叭口期(flare opening stage，F(xiàn)S)、吐絲期(silking stage，SS)和成熟期(maturity stage，MS)隨機(jī)采取代表性2窩共4株;大豆于盛花期(flowering stage，F(xiàn)S)和成熟期(maturity stage，MS)隨機(jī)采3窩6株。以上植株樣品均分莖、葉、穗(苞)、籽粒制樣，105℃殺青 30 min 后 70℃烘干稱量［16］。

圖1 田間試驗(yàn)裂區(qū)布置圖Fig.1 Diagram showing the split plot arrangement in the field experiment

圖2 小區(qū)布置圖Fig.2 Diagram showing the plot arrangement

1.4.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 小麥?zhǔn)斋@1.0 m×1.5 m測(cè)產(chǎn)，用20 cm×100 cm的樣品考種;玉米和大豆全實(shí)收測(cè)產(chǎn)，隨機(jī)采10株考種。

1.4.3 數(shù)據(jù)處理分析 分別闡述小麥、玉米、大豆的干物質(zhì)量和產(chǎn)量時(shí)，干物質(zhì)量和產(chǎn)量數(shù)據(jù)是以小麥、玉米、大豆實(shí)際占用面積(小麥4行占1 m，玉米2行占2 m，大豆2行占1 m)計(jì)算的。而在評(píng)估小麥/玉米/大豆周年體系的產(chǎn)量、產(chǎn)值時(shí)，小麥、玉米、大豆的產(chǎn)量產(chǎn)值數(shù)據(jù)是以折算面積計(jì)算的(小麥、大豆以50%折算，玉米以100%折算)，因?yàn)樵谡麄€(gè)小區(qū)中小麥、大豆作為矮稈作物分別只占了50%的面積，而玉米作為高稈作物覆蓋了整個(gè)小區(qū)面積。

用Excel 2007和SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、方差分析(LSD法)和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮用量下小麥、玉米、大豆干物質(zhì)積累與分配

2.1.1 小麥干物質(zhì)積累與分配 平均兩年數(shù)據(jù)(如圖3A、圖3B所示)可以看出，套作小麥在不同時(shí)期均表現(xiàn)地上部各營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)量均隨著氮肥用量的不斷增加而增加。在分蘗期，WN1～WN5處理地上部干物質(zhì)總量為414～1181 kg/hm2，施氮處理比不施氮處理依次增加68.2%，121.3%，156.7%和185.3%;其中WN4和WN5兩個(gè)處理間沒有顯著差異。拔節(jié)期小麥莖稈和葉片干物質(zhì)量分別隨著氮肥用量的增加而增加，WN1處理莖稈的干物質(zhì)量為985 kg/hm2，葉片干物質(zhì)量為1025 kg/hm2;從WN2～WN5處理，莖稈干物質(zhì)量依次比WN1增加52.9%，95.0%，96.7%和 111.3%，葉片干物質(zhì)量依次比 WN1增加 46.8%，113.4%，146.2% 和 162.2%，但 WN3、WN4和WN5三個(gè)處理間差異不顯著。小麥揚(yáng)花期地上部總干物質(zhì)量以WN5處理最大，為9683 kg/hm2，其中莖稈5266 kg/hm2，葉片1308 kg/hm2，穗重715 kg/hm2;WN5處理的莖稈干物質(zhì)量依次比WN1～WN4增加20.0%，26.7%，45.4%和 45.4%，葉片依次增加 26.4%，78.2%，111.7%和 121.7%，穗依次增加42.8%，94.9%，94.9%和112.1%，和拔節(jié)期結(jié)果一樣，WN3、WN4和WN5三個(gè)處理間差異也不顯著。在收獲期，小麥莖稈和葉片干物質(zhì)量依然隨著施氮量的增加而增加，但穗(穎殼和籽粒)部分干物質(zhì)量從WN1～WN5先增大后減小，以WN4處理最大;地上部總干物質(zhì)量也以WN4處理最大，WN3(19373 kg/hm2)、WN4(20610 kg/hm2)、WN5(20548 kg/hm2)三處理間差異不顯著;其中WN4處理小麥莖稈干物質(zhì)量(6881 kg/hm2)依次比WN1～WN5增加23.0%，55.0%，68.6%和74.0%，葉片干物質(zhì)量(2227 kg/hm2)依次比WN1～ WN5增加26.9%，77.6%，111.4%和128.0%，穎殼干物質(zhì)量(2706 kg/hm2)依次比 WN1～WN5增加24.9%，70.4%，92.2%和 83.8%，籽粒干物質(zhì)量(8735 kg/hm2)依次比 WN1～WN5增加 30.1%，73.2%，74.1%和68.1%。

從各營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)量隨著氮肥用量的變化情況來看，莖稈和葉片各時(shí)期都表現(xiàn)為隨著氮肥用量的增加而生物量不斷增加，說明氮肥有利于套作小麥莖稈和葉片的生物量積累;收獲期小麥穗(穎殼和籽粒)干物質(zhì)量并沒有隨著施氮量的增加而不斷增加，說明施氮量過高，影響了套作小麥穗的干物質(zhì)積累。小麥在拔節(jié)期葉片干物質(zhì)量和莖稈干物質(zhì)量相當(dāng)，拔節(jié)期以后莖稈干物質(zhì)量迅速積累，約為葉片的3倍，并且相同氮水平下莖稈的干物質(zhì)從拔節(jié)期到揚(yáng)花期在不斷積累，葉片從拔節(jié)期到揚(yáng)花期干物質(zhì)為正積累，揚(yáng)花期以后為負(fù)積累。

2.1.2 玉米干物質(zhì)積累與分配 兩年的試驗(yàn)結(jié)果所示(如圖3C、圖3D)，施氮可以明顯增加套作玉米地上部干物質(zhì)的積累，但是玉米在收獲期之前，從MN1～MN5地上部干物質(zhì)量并沒有隨著施氮量的增加而不斷增加，而是表現(xiàn)出先增大后降低的趨勢(shì)。玉米從移栽至拔節(jié)期是和小麥的共生階段，此時(shí)小麥處于生長(zhǎng)旺盛期(揚(yáng)花期～收獲期)，玉米生長(zhǎng)受氮肥和種間競(jìng)爭(zhēng)共同影響，地上部干物質(zhì)量積累以MN3處理最高，為727 kg/hm2，其中莖稈282 kg/hm2，葉片446 kg/hm2;MN3處理干物質(zhì)積累量與MN2處理差異不顯著，與MN1、MN4和MN5差異顯著，是MN1的4.3倍，比MN4和MN5分別高出23.0%，33.2%。喇叭口期同樣是MN3處理地上部總干物質(zhì)量最大，為2370 kg/hm2，其中莖稈1150 kg/hm2，葉片1221 kg/hm2;MN3的干物質(zhì)總積累量只與MN1不施氮處理(470 kg/hm2)有極顯著差異，與其他施氮處理之間差異不顯著。吐絲期依然是以MN3處理地上部干物質(zhì)積累量最大，為4806 kg/hm2，其中莖稈2365 kg/hm2，葉片1356 kg/hm2，穗1085 kg/hm2，但是 MN3與 MN2、MN4和 MN5處理沒有顯著性差異，只和MN1處理(1196 kg/hm2)差異極顯著。收獲期從MN1～MN5地上部生物量隨著施氮量的增加不斷增加，以MN5處理最高，為13143 kg/hm2，其中莖稈2980 kg/hm2，葉片1390 kg/hm2，穗(苞葉、苞芯和籽粒)8774 kg/hm2;MN5的干物質(zhì)積累量是MN1處理的2.9倍，差異極顯著，顯著大于MN2處理，增幅達(dá)42.6%，但和MN3、MN4之間差異不顯著。

玉米在收獲期之前，莖稈和葉片干物質(zhì)積累量隨著時(shí)期的推進(jìn)不斷增大，在拔節(jié)期葉片占地上部干物質(zhì)總積累量的主要部分，莖稈只占約40%左右;至喇叭口期莖稈和葉片干物質(zhì)積累量持平;到吐絲期莖稈干物質(zhì)積累量反超葉片積累量，約占60%左右，葉片占40%左右;收獲期時(shí)，除了不施氮處理各營(yíng)養(yǎng)器官仍在不斷積累外，其他處理非籽粒部分干物質(zhì)積累量都無顯著變化。

2.1.3 大豆干物質(zhì)積累與分配 如圖3E、圖3F，兩年結(jié)果平均可以看出，大豆在盛花期和收獲期，地上部干物質(zhì)積累量從SN1～SN5都表現(xiàn)為先降低后增大再降低的趨勢(shì)，并且兩個(gè)時(shí)期都表現(xiàn)為SN4＞SN5＞SN1＞SN3＞SN2。盛花期時(shí)大豆由于受玉米行間影響，地上部干物質(zhì)積累量以SN4最大，為2683 kg/hm2，其中莖稈1445 kg/hm2，葉片1237 kg/hm2;以SN2處理最低，干物質(zhì)為1642 kg/hm2，其中莖稈831 kg/hm2，葉片810 kg/hm2，并且SN2和SN4之間差異顯著;而SN1和SN3、SN4以及SN5之間無顯著差異。收獲期地上部總干物質(zhì)積累量也是SN4處理最高，達(dá)5457 kg/hm2，其中莖稈 1711 kg/hm2，莢皮1479 kg/hm2，籽粒2268 kg/hm2，SN4和 SN5處理間無顯著差異，但是與 SN1、SN2、SN3差異極顯著;SN2處理干物質(zhì)積累量最低，為3531 kg/hm2，其中莖稈1022 kg/hm2，莢皮 968 kg/hm2，籽粒 1541 kg/hm2，SN1、SN2和 SN3三處理間無顯著差異。

圖3 小麥、玉米、大豆各時(shí)期地上部干物質(zhì)積累與分配Fig.3 Dynamics of dry matter accumulation in different growth stage for wheat，maize and soybean

2.2 不同氮用量下小麥、玉米、大豆的產(chǎn)量

2.2.1 小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成 如表1所示，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量(實(shí)收產(chǎn)量)都是隨氮用量的增加有逐漸增加的趨勢(shì)，2011年施氮處理小麥籽粒產(chǎn)量顯著高于不施氮處理，施氮處理分別比不施氮處理增產(chǎn)26.1%，35.6%，34.8%，54.0%;2012年施氮處理分別比不施氮處理增產(chǎn) 35.4%，101.1%，97.1%，73.8%。施氮處理穗數(shù)極顯著大于不施氮處理，但是WN4、WN5之間無顯著差異。穗粒數(shù)隨著施氮量的增加先增加后減少，但WN3、WN4和WN5之間無顯著差異，說明施氮有利于穗粒數(shù)的增加。與之相反，小麥千粒重的變化有隨施氮量的增加而不斷減小的趨勢(shì)，說明氮肥的投入不利于千粒重的增加。平均兩年籽粒產(chǎn)量以WN5最高(為8176 kg/hm2)，其與WN2、WN1差異顯著，但和WN4、WN3之間沒有顯著的差異。由此可知，該體系下套作小麥推薦施氮量以120 kg/hm2為佳。

2.2.2 玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成 如表2所示，玉米籽粒產(chǎn)量(實(shí)收產(chǎn)量)隨著施氮量的增加而增加，施氮處理玉米產(chǎn)量極顯著地高于不施氮處理，但MN4與MN5間沒有顯著的差異。2011年籽粒產(chǎn)量以MN5處理最高(為7284 kg/hm2)，施氮處理分別比不施氮處理增產(chǎn)98.3%，123.1%，108.5%和129.4%;2012年籽粒產(chǎn)量以MN4最高(為6762 kg/hm2)，施氮處理分別為不施氮處理的24.2，36.4，41.6和41.0倍，兩年平均產(chǎn)量以 MN5處理最高(為6976 kg/hm2)，施氮處理分別比不施氮處理增產(chǎn)2.09，2.91，3.01和3.18倍。玉米穗數(shù)隨著氮肥用量的增加先增加后降低;玉米穗粒數(shù)、千粒重隨著施氮量的增加有不斷增加的趨勢(shì)，并且和籽粒產(chǎn)量規(guī)律相似，施氮處理顯著高于不施氮處理，但MN3、MN4和MN5之間無顯著差異。由此可看出，該體系下套作玉米的推薦施氮量為195～292.5 kg/hm2。

表1 小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Table 1 Grain yield and yield components of wheat

2.2.3 大豆產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成 如表3所示，兩年大豆籽粒產(chǎn)量(實(shí)收產(chǎn)量)的變化規(guī)律相似，都表現(xiàn)為從SN1～SN5先降低后又顯著增大。兩年平均產(chǎn)量以SN4最高(為1977 kg/hm2)，SN3最低(為1254 kg/hm2)，SN4與SN1、SN2、SN3間有極顯著的差異，依次比SN1～SN3增產(chǎn)31.3%，53.0%和57.7%，SN4與SN5間差異不顯著。大豆收獲株數(shù)有從SN1～SN5逐漸減小的趨勢(shì)，株粒數(shù)從SN1～SN5有增大的趨勢(shì)，而千粒重從SN1～SN5有不斷降低的趨勢(shì)，但SN1、SN2、SN3間和SN4與SN5間差異都不顯著。

2.3 小麥/玉米/大豆周年體系總產(chǎn)量、產(chǎn)值及效益

體系周年產(chǎn)量和產(chǎn)值如表4所示，平均兩年數(shù)據(jù)，3種作物產(chǎn)量和產(chǎn)值均隨著施氮量的增加而有逐漸增加的趨勢(shì)，小麥和玉米的籽粒產(chǎn)量都以N5處理最高，分別為4088和6976 kg/hm2，大豆籽粒產(chǎn)量從N1～N5先減少后增大，以N4處理最高，為989 kg/hm2;體系周年總產(chǎn)量和總產(chǎn)值均以N5處理最高，分別為11959和27288元/hm2，說明施氮有利于小麥/玉米/大豆周年體系增產(chǎn)，但N4與N5間差異并不顯著。小麥/玉米/大豆周年體系中，小麥、玉米、大豆的產(chǎn)值占周年體系總產(chǎn)值的比重在不施氮處理下分別為44%，29%和27%，在施氮處理下分別為32%，55%和13%，說明實(shí)際生產(chǎn)條件下小麥/玉米/大豆體系中最主要的作物是玉米，其次是小麥，再次是大豆，在使該體系中3種作物均衡增產(chǎn)的同時(shí)更要注重玉米的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。全年總產(chǎn)值減去氮肥投入后的產(chǎn)值變化是N4＞N5＞N3＞N2＞N1，其中N3、N4和N5間無顯著差異。該體系全年氮肥總投入超過382.5 kg/hm2時(shí)年收益將會(huì)下降，因此體系周年適宜氮用量為255～382.5 kg/hm2，以255 kg/hm2最佳。

表2 玉米籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Table 2 Grain yield and yield components of maize

表3 大豆籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Table 3 Grain yield and yield components of soybean

表4 2011年和2012年小麥/玉米/大豆體系年總產(chǎn)量、產(chǎn)值Table 4 Total yield and economic output of the annual system in 2011 and 2012

3 討論

資源的有效利用是間套作優(yōu)勢(shì)的生物學(xué)基礎(chǔ)，一是充分利用地上部光熱資源，不同的植物具有不同的光適應(yīng)特性［17］，例如高稈和矮稈、禾本科和豆科、窄葉作物和寬葉作物、喜光作物和耐蔭作物等的結(jié)合，間作套種能得到更多的積溫和光照，為作物高產(chǎn)創(chuàng)造條件;二是充分利用地下部水分和養(yǎng)分，這是由于間套作物的根系深淺、疏密不一，根系的密集分布范圍也不同，能夠更好地利用不同土層的養(yǎng)分和水分［18］。本小麥/玉米/大豆周年間套體系中，小麥和玉米同屬于禾本科作物，禾本科與禾本科間作雖然具有產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，但兩作物在共生期也存在競(jìng)爭(zhēng)。已有報(bào)道［19-22］指出，小麥競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)于玉米。小麥/玉米間套作中，在前期，小麥較玉米處于營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);在競(jìng)爭(zhēng)結(jié)束后，由于玉米在地下部擴(kuò)大了養(yǎng)分吸收空間和范圍，植株對(duì)養(yǎng)分吸收得到了明顯恢復(fù)［23］，因此生物量和產(chǎn)量也得到相應(yīng)的恢復(fù)。本試驗(yàn)中，小麥在揚(yáng)花期和揚(yáng)花期以前，生物量都是隨著施氮量的增加而增加，此時(shí)的體系中只有小麥單一作物，當(dāng)揚(yáng)花期后玉米套作其中，小麥的生物量變化規(guī)律改變，收獲期時(shí)地上部生物量以WN4最大，WN5略微降低，說明從小麥揚(yáng)花期至小麥?zhǔn)斋@期，小麥和套種玉米產(chǎn)生了一定的養(yǎng)分和空間等資源的競(jìng)爭(zhēng)，小麥處于競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)地位，玉米處于競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)弱勢(shì)地位。至小麥和玉米共生期結(jié)束，玉米拔節(jié)期時(shí)地上部生物量2011年以MN2處理最高，2012年以MN3處理最高，這是因?yàn)楣采谟衩椎纳L(zhǎng)既受氮肥的促進(jìn)作用又受小麥的抑制作用，低氮肥處理中小麥群體長(zhǎng)勢(shì)欠佳，小麥對(duì)玉米的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用要小于高氮肥處理。小麥?zhǔn)斋@后玉米的生態(tài)位得到恢復(fù)和提高，盡管在玉米大喇叭口期時(shí)又在行間套進(jìn)了大豆，但是玉米相對(duì)大豆處于競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)地位，氮肥促進(jìn)玉米生長(zhǎng)的效應(yīng)在小麥玉米共生期后逐漸得到加強(qiáng)，至收獲時(shí)兩年均以MN5處理的生物量最大。

大豆具有一定的自生固氮能力，并且為直根系深根作物，玉米為須根系淺根作物，二者可以充分利用不同層次的水和礦質(zhì)元素，有研究表明［24］，當(dāng)玉米與間作大豆根系完全相互作用時(shí)，玉米根系可以競(jìng)爭(zhēng)到更多養(yǎng)分和水分，從而促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，最終促進(jìn)其生物量的增加。李少明等［25］通過實(shí)驗(yàn)得出，玉米對(duì)氮的競(jìng)爭(zhēng)能力比大豆強(qiáng)，玉米生長(zhǎng)始終處于優(yōu)勢(shì)地位，大豆生長(zhǎng)處于不利地位，大豆對(duì)玉米吸收利用氮素具有促進(jìn)作用。多數(shù)研究結(jié)果［26-27］認(rèn)為，間作中存在豆科向禾本科的氮素轉(zhuǎn)移。雍太文等［28］通過實(shí)驗(yàn)表明玉米和大豆間都有氮素轉(zhuǎn)移，是雙向的，并以互惠為主［29］。本試驗(yàn)中，大豆生長(zhǎng)既受玉米長(zhǎng)勢(shì)好壞的影響，又受土壤氮水平不同的影響。從SN1～SN5大豆生物量表現(xiàn)為先降低后升高再降低。先降低是由于低氮肥處理中玉米長(zhǎng)得小，其競(jìng)爭(zhēng)作用較弱，對(duì)大豆遮蔭抑制作用較小;隨著氮肥用量的增加，玉米植株長(zhǎng)勢(shì)旺盛，玉米對(duì)行間大豆的遮蔭抑制作用也隨之加劇，致使大豆生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響;兩年數(shù)據(jù)顯示在盛花期和收獲期SN2生物量都小于SN1處理，也充分證實(shí)了MN1和SN1之間的競(jìng)爭(zhēng)小于MN2和SN2之間的競(jìng)爭(zhēng)。后又升高可能是由于大豆種植區(qū)前作小麥?zhǔn)┯玫牡使┬←溛蘸笕杂胁煌潭鹊臍埩簦蠖闺m為豆科植物具有自生固氮作用，但仍需要適量的土壤無機(jī)氮作為補(bǔ)充［30-31］，因此，得到了一定的外源氮營(yíng)養(yǎng)后大豆生長(zhǎng)受到了促進(jìn)，其生物量有所提高。由于玉米長(zhǎng)勢(shì)MN5較MN4更好，與套作大豆競(jìng)爭(zhēng)作用加劇，致使大豆生物量SN5較SN4降低;也有可能是由于前作小麥殘留氮素SN5過多，又抑制了大豆的生長(zhǎng)。因此，玉米與大豆在不同氮用量下的相互關(guān)系很復(fù)雜，需要以后加以深入研究。

雍太文等［32］運(yùn)用雙佳值法得出小麥/玉米/大豆體系全年最佳施氮量為342.8 kg/hm2，推薦3種作物小麥、玉米、大豆氮肥配比應(yīng)為33.76∶35.71∶30.54，分別的氮肥用量為115.73，122.41 和104.69 kg/hm2。本研究在對(duì)大豆沒施氮肥的情況下得出小麥推薦施氮120 kg/hm2，玉米推薦施氮195～292.5 kg/hm2，體系總推薦施氮255～382.5 kg/hm2。二者在全年推薦氮總用量和對(duì)小麥的推薦氮量上是基本一致的，區(qū)別在于前者減少了玉米的氮量(122.41 kg/hm2)而大大增加了大豆的施氮量(104.69 kg/hm2)，本研究中玉米推薦氮量相比高得多，但這個(gè)用量(195～292.5 kg/hm2)是接近生產(chǎn)實(shí)際的，因?yàn)楣P者幾年來的農(nóng)戶調(diào)查都顯示川渝地區(qū)農(nóng)民對(duì)玉米的習(xí)慣施氮量平均在300 kg/hm2左右(沒發(fā)表資料);本研究中大豆沒施肥，目的是想充分利用大豆固氮活化磷的特性［33-34］去開發(fā)利用小麥茬地的肥力，以提高氮磷的肥料利用率，因?yàn)槿绻寥阑痉柿^高又對(duì)大豆施肥或過量施肥的話會(huì)導(dǎo)致大豆植株徒長(zhǎng)莖葉而影響其結(jié)莢和鼓粒。陳遠(yuǎn)學(xué)等［35］也研究發(fā)現(xiàn)，即使對(duì)大豆不施肥，在高磷量殘留小區(qū)大豆仍有徒長(zhǎng)莖葉而影響結(jié)莢和鼓粒的現(xiàn)象。至于生產(chǎn)中套作大豆施不施肥，應(yīng)根據(jù)土壤肥力水平和苗情而定。

比較小麥/玉米/大豆周年體系各作物的產(chǎn)值比重發(fā)現(xiàn)，在一般施肥情況下，小麥、玉米、大豆的產(chǎn)值比重分別為32%，55%和13%，即全年體系產(chǎn)值中玉米的產(chǎn)值占50%還多，小麥的產(chǎn)值比重接近1/3，而大豆的產(chǎn)值比重最低，不過13%，說明本試驗(yàn)條件下小麥/玉米/大豆周年體系的中心作物是玉米，其次是小麥，大豆只是補(bǔ)充作物，生產(chǎn)中應(yīng)重視3種作物的協(xié)同增產(chǎn)［4，28］，特別要重視小麥、玉米的搭配及玉米的栽培管理以最大限度地保證小麥產(chǎn)量的同時(shí)獲取玉米的最大產(chǎn)量;在小麥?zhǔn)蘸笥衩椎男虚g套與不套種大豆有13%左右的產(chǎn)值影響，因此，在不影響小麥/玉米產(chǎn)量的情況下還是應(yīng)盡量考慮大豆的種植［7］，并采取科學(xué)的種植栽培管理措施以獲取大豆的最大產(chǎn)量，這是獲得全年良好綜合效益的必要措施。

4 結(jié)論

小麥/玉米/大豆周年體系中，小麥、玉米、大豆的籽粒產(chǎn)量分別為4060，6730和880 kg/hm2，周年總產(chǎn)量為11620 kg/hm2，總產(chǎn)值可達(dá)27100元/hm2;3種作物中玉米是最主要作物，其次是小麥，再次是大豆。施氮有利于小麥和玉米地上部干物質(zhì)積累和產(chǎn)量提高，但過量施氮并不增加產(chǎn)量，適宜施氮量小麥為120 kg/hm2，玉米為195～292.5 kg/hm2，大豆不施氮或根據(jù)苗情適當(dāng)追氮，周年體系為255～382.5 kg/hm2。

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