河套灌區(qū)玉米一穴雙株間作大豆種植模式最佳施氮量研究

苗三明，黨久占，趙曉宇，樊秀榮，孫祥春，王雪嬌，李強，張艷，張玉金

（1.臨河區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古臨河015000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院，內(nèi)蒙古呼和浩特010031）

玉米與大豆間作是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一種典型種植模式，該模式利用玉米和大豆株型及生理方面的差異，提高光合效應(yīng)及水肥利用效率，獲得比單作更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益[1-2]。玉米與大豆間作也是當前實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植效益最大化的主要輪作模式，一方面大豆的生物固氮可以為玉米提供氮素營養(yǎng)，另一方面玉米收獲后創(chuàng)造的土壤環(huán)境有利于促進大豆生物固氮[3]。河套灌區(qū)玉米生產(chǎn)中化肥用量高利用率低，土壤中肥料殘留多，連年地膜覆蓋使地膜殘留逐年加重，造成耕地質(zhì)量持續(xù)下降，面源污染日益加重，嚴重制約了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[4]。按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出的“綠色興農(nóng)、質(zhì)量興農(nóng)、生態(tài)優(yōu)先”的農(nóng)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展路徑[5]，2019年內(nèi)蒙古巴彥淖爾市開始示范推廣“玉米一穴雙株間作大豆綠色增效栽培技術(shù)”，該技術(shù)模式在減膜40%以上的同時，利用邊行優(yōu)勢、集中施肥及大豆固氮作用提高氮肥利用率，從而減少氮肥用量[6]，充分發(fā)揮玉米與大豆間作高產(chǎn)增效和改善生態(tài)的優(yōu)勢，推動河套灌區(qū)玉米生產(chǎn)走“產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”發(fā)展之路[7-8]。為確定河套灌區(qū)玉米一穴雙株間作大豆種植模式的最佳施氮量，完善施肥技術(shù)，筆者在巴彥淖爾市臨河區(qū)進行了玉米一穴雙株間作大豆種植模式下減施氮肥試驗。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2020年在內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)干召廟鎮(zhèn)棋盤村實施，屬中溫帶半濕潤大陸性氣候，四季變化明顯，年平均氣溫6.8℃，年溫差大，日溫差也大，無霜期為120～130 d，平均日照為1 100 h，年均降水量為250～300 mm，降水主要集中在夏季，夏季降水占全年降水量的近50%，秋雨多于春雨。地理位置為北緯40°28′，東經(jīng)107°15′。平均海拔為1 100 m，地勢平坦，土壤質(zhì)地為兩黃土，土壤肥力水平為有機質(zhì)含量15.1 g/kg、全氮含量0.92 g/kg、速效磷含量18.8 mg/kg、速效鉀含量150 mg/kg、pH值8.7。試驗地前茬作物為春小麥，常規(guī)耕作。

1.2 試驗材料

供試肥料：氮肥為心連心緩控釋尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O546%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。供試玉米品種為西蒙6號，大豆品種為中黃30。

1.3 試驗設(shè)計

采用2行玉米間作3行大豆的種植模式，帶寬2.2 m，玉米大豆間行距60 cm；玉米覆膜種植，1膜2行，占地1.0 m，行距40 cm，穴距20 cm，雙株種植，理論留苗90 900株/hm2；大豆3行占地1.2 m，行距30 cm，株距8 cm，單粒播種，理論留苗17.1萬株/hm2。每小區(qū)玉米種4膜8行，大豆3帶9行。小區(qū)長12.0 m，寬7.6 m，面積91.2 m2。

大豆種植施肥量為N 0 kg/hm2、P2O531.5 kg/hm2、K2O 12.5 kg/hm2。玉米種植磷、鉀肥施入量為P2O5294.0 kg/hm2、K2O 95.0 kg/hm2，氮肥設(shè)玉米雙株單種用量420 kg/hm2（CK），在此基礎(chǔ)上進行氮肥減施處理，分別設(shè)置氮肥減施10%（RAN1）、20%（RAN2）、30%（RAN3）、40%（RAN4），共5個處理，3次重復，采用隨機區(qū)組排列，氮、磷、鉀肥全部作種肥一次性施入，施肥量見表1。

表1 試驗肥料用量（折純）單位：kg/hm2

1.4 測定項目與方法

玉米成熟后，在中間行連續(xù)取20株，測量株高、穗位和莖粗；連續(xù)取20穗帶回室內(nèi)晾干，考種；取中間4行，實收測產(chǎn)。大豆成熟后，取中間1帶3行（14.4 m2），實收測產(chǎn)。根據(jù)如下公式計算效益。

效益/（元/hm2）=［玉米產(chǎn)量/（kg/hm2）×單價/（元/kg）+大豆產(chǎn)量/（kg/hm2）×單價/（元/kg）］-氮肥成本/（元/hm2）

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和繪制圖表，選用SPSS 20.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（statistical product and service solutions）進行方差分析和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥減施處理對玉米產(chǎn)量的影響

由表2可知，各處理玉米產(chǎn)量高低順序為RAN1＞CK＞RAN2＞RAN3＞RAN4，RAN1處理即氮肥減施10%玉米產(chǎn)量最高，為13 578.2 kg/hm2，RAN1、RAN2、CK處理間差異不顯著（P＞0.05），說明玉米高產(chǎn)氮肥最佳用量區(qū)間為氮肥減施0～20%。RAN1、RAN2、CK處理與RAN3、RAN4處理玉米產(chǎn)量差異極顯著（P＜0.01），RAN3和RAN4處理差異顯著（P＜0.05）。試驗結(jié)果表明，RAN2處理氮素水平達到試驗種植模式玉米需氮量，增加氮肥用量產(chǎn)量增加不明顯，但是如果減少氮肥用量產(chǎn)量明顯下降。方差分析表明，重復間差異不顯著（P＞0.05），而處理間差異顯著（P＜0.05），說明試驗地肥力均勻，試驗結(jié)果可靠。

表2 不同氮肥減施處理玉米產(chǎn)量結(jié)果

2.2 不同氮肥減施處理對玉米農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，隨著施氮量的減少玉米株高和穗位高逐漸降低，從RAN2處理開始降低幅度加大，但各處理間差異不顯著（P＞0.05），這一結(jié)果符合氮肥對植株生長影響效應(yīng)[8-9]。各處理間玉米莖粗無明顯差異（P＞0.05）。

表3 不同氮肥減施處理玉米農(nóng)藝性狀

2.3 不同氮肥減施處理對玉米經(jīng)濟性狀的影響

由表4可知，玉米穗長、穗粗、穗粒數(shù)和百粒重均以RNA1處理最高，其他處理呈逐漸降低趨勢，RAN1與RAN2、CK處理差異不顯著（P＞0.05），RAN1與RAN3、RAN4處理差異顯著（P＜0.05），這也是氮肥不足造成產(chǎn)量顯著降低的主要原因[10-11]。各處理間玉米禿尖差異不顯著（P＞0.05）。

表4 不同氮肥減施處理玉米經(jīng)濟性狀

2.4 不同氮肥減施處理對大豆產(chǎn)量的影響

由表5可知，各處理大豆產(chǎn)量高低順序為RAN4>RAN3>RAN2>CK>RAN1，以RAN4處理大豆產(chǎn)量最高，為1 094.3 kg/hm2，RAN4、RAN3、RAN2處理間差異不顯著（P＞0.05），RAN1、CK處理與RAN2、RAN3、RAN4處理差異顯著（P＜0.05），RAN4與RAN1處理間差異極顯著（P＜0.01），CK與RAN1處理間差異不顯著（P＞0.05）。處理間大豆產(chǎn)量差異主要是由于氮肥用量不同造成的，施氮量大，玉米植株高，葉片繁茂影響大豆受光；同時，大豆吸收較多氮肥，造成徒長、倒伏，結(jié)莢和成熟受到影響，產(chǎn)量降低[12-13]。

表5 不同氮肥減施處理大豆產(chǎn)量結(jié)果

2.5 不同氮肥減施處理對經(jīng)濟效益的影響

試驗各處理玉米、大豆產(chǎn)值按照2020年市場價格計算，玉米價格為2.40元/kg，大豆價格為5.20元/kg，所用氮肥心連心尿素價格為1 650.00元/t。由表6可知，與對照相比，效益最高的是RAN2處理，即氮肥減施20%，增效414.40元/hm2，其次是RAN1處理，RAN3和RAN4處理效益較差。試驗結(jié)果表明，RAN2處理經(jīng)濟效益最高，氮肥減量達到20%，生態(tài)效益顯著。

表6 不同氮肥減施處理的經(jīng)濟效益單位：元/hm2

3 討論與結(jié)論

氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，施入土壤的氮肥有50%～70%氮素流失到大氣和水體中，造成嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)增加、水體富營養(yǎng)化等[14-15]。我國是世界上最大的氮肥生產(chǎn)國和消費國，氮肥利用水平遠低于發(fā)達國家，由氮肥流失引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題已成為眾多專家和學者關(guān)注的焦點，減量施氮正是在這種背景下發(fā)展起來的一種高效施氮方式[16]。

劉小明等[17]研究表明，玉米-大豆套作減量一體化施肥有利于提高大豆光合特性和干物質(zhì)積累，提高大豆產(chǎn)量和玉米-大豆系統(tǒng)總產(chǎn)量。本試驗產(chǎn)量結(jié)果表明，河套灌區(qū)玉米一穴雙株間作大豆種植模式，氮肥減施10%處理玉米產(chǎn)量最高，為13 578.2 kg/hm2，玉米高產(chǎn)氮肥最佳用量區(qū)間為氮肥減施0～20%，最佳氮肥施用量為336～420 kg/hm2。黨久占等[6]研究表明，河套灌區(qū)玉米一穴雙株高密度栽培經(jīng)濟最佳施肥量為N 393.75 kg/hm2、P2O5291.90 kg/hm2、K2O 93.15 kg/hm2。本試驗全田效益結(jié)果表明，不同處理效益最高的是氮肥減施20%處理，比對照增效414.40元/hm2，其次是氮肥減施10%處理，氮肥減施30%、40%處理效益較差。綜合產(chǎn)量和效益結(jié)果初步確定，河套灌區(qū)玉米一穴雙株間作大豆種植模式的最佳施氮量為較玉米雙株單種用量420 kg/hm2減施20%，即施氮量為336 kg/hm2。

河套灌區(qū)推廣玉米一穴雙株間作大豆種植模式的技術(shù)目標是利用邊行優(yōu)勢，通過增加玉米、大豆種植密度，使玉米產(chǎn)量達到13 000 kg/hm2，增收與單作相當；大豆產(chǎn)量達到1 000 kg/hm2，大豆產(chǎn)值達5 200元/hm2以上；同時，提高氮肥利用率20%～30%，減少氮肥施用量60～90 kg/hm2；減少地膜用量40%以上[18]，使土壤環(huán)境得到改善，地力提升，從而解決農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及農(nóng)民持續(xù)增收的問題。試驗結(jié)果較玉米雙株單種氮肥減施20%，符合本模式減肥增效的預期目標。另外，本試驗玉米與大豆種植密度單一，玉米一穴雙株間作大豆種植模式的最佳種植密度還需試驗。