麥/玉/豆周年套作體系氮素積累分配及轉運

陳曉輝， 徐開未， 唐義琴， 劉 靜， 陳新平， 張朝春， 陳遠學*

(1 四川農業大學資源環境學院， 四川成都 611130； 2 中國農業大學資源與環境學院， 北京 100193)

作物間套作是中國傳統精細農業的精華，能夠充分利用光、熱、水、土、肥等農業資源，提高農作物產量，在全國各地仍廣有分布[1]，每年間套作種植面積約有0.2億公頃[2]。西南地區特別是四川盆地氣候為高溫寡照，因而廣泛采用作物間套作，川渝地區間套作面積約占旱地總種植面積的54%，間套作模式有幾十種之多[3]。近年來，旱地新三熟“小麥/玉米/大豆”間套體系在川渝黔的種植面積逐年增加。雖然對小麥、玉米、大豆的栽培和施肥已有大量研究報道[4-7]，但對3種作物體系進行研究的還較少。陳遠學等[8]研究了小麥/玉米/大豆間套作體系中不同施磷水平對玉米葉面積指數、干物質積累動態和磷肥利用效率的影響，小麥施磷后效對后作大豆產量、營養狀況的影響[9]，還研究比較了小麥/玉米/大豆、小麥/玉米/甘薯兩種三熟套作體系和小麥/大豆、小麥/甘薯、蠶豆/玉米三種兩熟輪作體系中小麥、玉米干物質積累分配、產量、氮素利用效率及體系產量產值的變化[10]。本研究利用四川雅安“小麥/玉米/大豆”定位試驗，研究不同氮肥用量下“麥/玉/豆”周年套作體系中各作物的氮素積累分配和花后氮素轉運特征，旨在明確體系內各作物的氮素營養吸收特性，為該體系的氮肥合理施用及高產高效生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

1.2 試驗材料

供試作物品種：小麥為“川麥37”，玉米為“川單418”，大豆為“貢選1號”，分別由四川省農業科學院作物研究所、四川農業大學玉米研究所、四川省自貢市農業科學研究所選育。試驗用肥料為尿素，過磷酸鈣和氯化鉀，均購于當地農資市場。

1.3 試驗設計與實施

1.3.1 試驗設計 小麥設5個氮(N)水平，分別為0、 60、120、180、240 kg/hm2(依次編號為WN1、WN2、WN3、WN4、WN5)，磷、鉀用量一致，為P2O590 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2；玉米同樣設5個氮(N)水平，分別為0、 97.5、 195、 292.5、 390 kg/hm2, 編號為MN1、MN2、MN3、MN4、MN5，磷、鉀用量一致，為P2O575 kg/hm2、 K2O 105 kg/hm2；大豆作為小麥后茬作物，不施氮、磷、鉀肥，因有前作小麥5氮水平的影響，大豆各處理的基礎肥力不同，分別編號為SN1、SN2、SN3、SN4、SN5。

1.3.2 施肥方法 小麥開溝深5 cm左右，50%的氮和全部磷、鉀肥作為底肥均勻撒于溝內，然后在肥料旁播種后回土；于分蘗期追施20%的氮，拔節期追施30%的氮，均遇小雨天均勻撒施。玉米打窩深15 cm左右，30%的氮和全部磷、鉀肥作底肥施于窩內，然后覆土移栽玉米苗；于拔節期追施30%的氮，大喇叭口期追施40%的氮，方法是用清水溶解尿素后緩慢沖施于玉米株旁，不施氮處理以沖灌等量清水為對照。大豆整個生育期間不施肥，以充分利用小麥季剩余的土壤養分。

1.4 測定項目與數據分析

1.4.1 干物質量 分別于小麥揚花期和成熟期隨機采取20 cm樣段長、100 cm寬(4行)的植株；玉米在吐絲期和成熟期隨機采取代表性2窩共4株；大豆于盛花期和成熟期隨機采3窩6株。以上植株樣品均分莖、葉、穗(苞、穎殼、莢皮)、籽粒制樣，105℃殺青30 min后， 70℃烘干稱量。

1.4.2 產量 小麥收獲1.5 m 樣段長、1 m寬(4行)的穗測產，玉米和大豆全小區實收測產。

1.4.3 植株氮含量 每種作物分部位烘干后粉碎，經H2O2-H2SO4聯合消煮，用FOSS 8400全自動凱氏定氮儀測定全氮含量。

1.4.4 數據處理 相關指標計算公式如下[11-12]：

氮素積累量 = 生物量 × 氮含量；

各器官氮素分配比例(%)= 各器官的氮素積累量/氮素總積累量 × 100；

營養器官氮素轉移量 = 開花期營養器官氮素積累量-成熟期營養器官氮素積累量；

營養器官氮素轉移率(%)= 營養器官氮素轉移量/開花期營養器官氮素積累量×100；

營養器官氮素貢獻率(%)=營養器官氮素轉移量/成熟期籽粒氮素積累量×100；

在麥/玉/豆周年體系中，小麥、大豆為矮稈作物分別占用了一半的小區面積(生態位)，而玉米為高稈作物，葉幅寬覆蓋了整個小區，因此，在計算體系周年總產量時，小麥、大豆產量以50%折算，玉米產量不折算。整個體系全年的肥料用量折算方法同產量。

所有數據用Excel 2007進行計算，用SPSS 19.0進行方差分析和顯著性檢驗，以LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 施氮對套作小麥、玉米、大豆氮素積累分配的影響

2.1.1 小麥 由表1可知，2011和2012年小麥葉、莖鞘、 穗軸穎殼、 籽粒的氮積累量平均分別為21.6、28.2、16.5、152.3 kg/hm2，地上部氮積累總量為218.6 kg/hm2；氮主要積累在籽粒中，占到71.5%，其次在莖鞘，占12.2%，葉、穗軸穎殼中分別只占9.2%、7.1%。

表1 套作小麥成熟期氮素在不同器官中的積累和分配

2.1.2 玉米 從表2可看出，玉米各器官的氮積累量總體上是2011年比2012年大，各處理葉、莖鞘、苞葉芯、籽粒的氮積累量兩年平均分別為14.7、12.3、7.6、73.5 kg/hm2，地上部氮積累總量為108.1 kg/hm2；氮主要積累在籽粒中，占到67.2%，其次在葉和莖鞘中，分別占13.9%和11.8%，苞葉芯僅占7.0%。

表2 套作玉米成熟期氮素在不同器官中的積累(kg/hm2)和分配(%)

2.1.3大豆 從表3看出，大豆籽粒、莖稈、莢皮吸氮量和地上部氮素總積累量2011年比2012年明顯要大，雖然年度間有差異，但從SN1到SN5，都有逐漸增大的趨勢，兩年平均結果均以SN4和SN5兩個處理顯著高于另外三個處理，而在SN1、 SN2、SN3、SN4與SN5間無顯著性差異；SN4處理相比SN1、 SN2、 SN3處理，莖氮積累量分別增加38.0%、68.3%、70.4%，莢皮氮積累量分別增加117.3%、90.1%、53.4%，籽粒氮積累分別增加46.1%、44.0%、36.8%，地上部氮積累總量分別增加52.9%、50.4%、40.6%。說明小麥收獲后土壤中殘留的氮素顯著影響了大豆的生長及對氮的吸收。

表3 套作大豆成熟期氮素在不同器官中的積累(kg/hm2)和分配(%)

2.2 施氮對套作小麥、玉米、大豆花后氮素轉運的影響

表4 花后套作小麥營養器官氮素向籽粒的轉移

表5 花后套作玉米營養器官氮素向籽粒的轉移

表6 花后套作大豆營養器官氮素向籽粒的轉移

2.3 體系產量

3 討論與結論

表7 小麥/玉米/大豆周年套作體系總產量

籽粒中氮素主要有兩個來源, 一是根系吸收，另一個是其他營養器官的氮素再分配。在作物生育后期，根系吸收(氮素)能力下降，從其他器官轉運出的氮素對籽粒氮素的積累極其重要。此外，植株是一個由籽粒、根、莖、葉等器官組成的有機整體，各生育階段各器官氮素的積累分配、轉運協調有序的配合才能保證作物良好的生長[22-23]。籽粒的形成主要取決于花前物質轉移以及花后物質生產，籽粒建成期強大的庫容需要吸收足夠外源營養與活化花前存儲的營養物質[24]。本研究中，三種作物的營養器官向籽粒中的氮素轉移量均隨著施氮量的增加不斷增加，當施氮量套作小麥達180 kg/hm2、套作玉米達292.5 kg/hm2時，繼續增加氮肥投入，轉移量無顯著差異。施氮顯著降低了套作小麥和玉米的氮素從營養器官向籽粒中的轉移率，但對套作大豆無明顯影響，說明外界氮肥的投入使得作物更多的通過根系吸收氮素并轉移至籽粒，從而減少了氮素從營養器官向籽粒中轉移。

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