不同氮肥減施量下玉米針葉豌豆間作體系的產(chǎn)量及效益

盧秉林，車(chē)宗賢*，包興國(guó)，張久東，曹衛(wèi)東，吳科生，楊蕊菊，崔 恒

（1 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州 730070；2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘肅耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，甘肅蘭州 730070；3 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

施氮是作物增產(chǎn)的重要途徑，然而隨著種植業(yè)對(duì)化學(xué)氮肥的依賴性增大，生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中不合理的氮肥管理不僅降低了氮肥利用效率，而且造成了土壤質(zhì)量退化[1]、溫室氣體排放增加[2]、地下水硝酸鹽超標(biāo)[3]等一系列環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重制約了農(nóng)田的可持續(xù)發(fā)展，所以，在保證作物不減產(chǎn)的前提下減少化學(xué)氮肥用量，提高肥料利用效率，是保證糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。綠肥作為清潔的有機(jī)肥源，在培肥地力和替代化肥方面具有重要作用[4]。針葉豌豆作為一種優(yōu)質(zhì)綠肥，與玉米間作是河西綠洲灌區(qū)廣泛采用的種植模式[5-6]，相關(guān)研究已有大量報(bào)道，內(nèi)容涉及間作體系的作物產(chǎn)量[7]、土壤養(yǎng)分[8]、溫室氣體排放[9]、水分利用[10]和氮素吸收[11]等。合理施氮是獲得較高產(chǎn)量、維持土壤氮肥力和降低施氮引起環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。過(guò)高的施氮水平會(huì)抑制禾豆間作體系中豆科作物的固氮酶活性，降低其生物固氮作用，甚至出現(xiàn)氮阻遏現(xiàn)象，從而降低間作系統(tǒng)對(duì)氮素吸收和利用的優(yōu)勢(shì)[12]。較低的施氮水平雖然可以提高禾豆間作體系中豆科作物的根瘤數(shù)量和生物固氮能力，但是當(dāng)豆科作物可轉(zhuǎn)移供給禾本科作物的氮素不足以彌補(bǔ)因施氮水平降低對(duì)禾本科作物造成的缺素影響時(shí)，間作體系將會(huì)因?yàn)榛旌袭a(chǎn)量和組分產(chǎn)量的降低而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下降。所以，尋求玉米針葉豌豆間作體系的合理施氮水平則顯得尤為重要。河西綠洲灌區(qū)是我國(guó)玉米高產(chǎn)區(qū)之一，氮肥投入偏高，據(jù)調(diào)查，區(qū)域內(nèi)玉米生產(chǎn)過(guò)程中的施氮量一般為375～600 kg/hm2，為了減小氮肥殘效對(duì)研究結(jié)果的影響，本研究采用長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，將當(dāng)?shù)叵鄬?duì)較低的施氮量375 kg/hm2定為習(xí)慣施氮量，同時(shí)，豌豆的生物固氮量約為46 kg/hm2[13]，所以在本研究中，將20%設(shè)為間作針葉豌豆后的最大氮肥替代比例，通過(guò)探討河西綠洲灌區(qū)不同施氮水平下玉米針葉豌豆間作體系的產(chǎn)量及肥料貢獻(xiàn)率，為當(dāng)?shù)赜衩揍樔~豌豆間作體系的高效合理施氮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014—2019年在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘肅耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶愿珊禋夂颍０?465 m，年均溫度7.7℃，無(wú)霜期150天，日照時(shí)數(shù)3023 h，≥ 10℃的有效積溫為3016℃，年太陽(yáng)輻射總量140～158 kJ/cm2，屬于典型的兩季不足、一季有余的自然生態(tài)區(qū)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)始于2011年，分別在不施肥 (CK) 和習(xí)慣施肥 (N100) 水平下設(shè)置單作玉米處理，在95%(N95P)、90% (N90P)、85% (N85P)、80% (N80P) 和0% (N0P) 習(xí)慣氮肥用量水平下設(shè)置玉米針葉豌豆間作處理，共7個(gè)處理，3次重復(fù)，田間隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積21 m2(4.2 m × 5.0 m)。除不施肥處理外，各處理施磷量相同。習(xí)慣施肥定為100%施肥量，即施N 375 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2，其中N肥30%做基肥，30%拔節(jié)期追施，40%大喇叭口期追施，磷肥作基肥一次性施入。供試玉米品種為‘武科2號(hào)’。試驗(yàn)采用寬窄行種植，玉米帶寬40 cm，種2行玉米，株距20 cm，播種密度為75000株/hm2；針葉豌豆帶寬80 cm，種3行，行距20 cm。玉米于4月下旬播種，10月上旬收獲，針葉豌豆4月上旬播種，6月下旬收獲，二者共生期約為60天。玉米和針葉豌豆成熟時(shí)，收獲各小區(qū)的中間帶 (1.2 m × 5.0 m) 進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益核算。同時(shí)各小區(qū)收取20株測(cè)定株高、莖粗、穗位、穗長(zhǎng)、穗粗、禿頂長(zhǎng)度、穗粒數(shù)和百粒重等性狀指標(biāo)。

1.3 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)處理

穗位比 = 穗位/株高；

氮肥偏生產(chǎn)力 (kg/kg) = 施氮處理產(chǎn)量/施氮量；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率 (kg/kg) = (施氮處理產(chǎn)量 － 不施氮處理產(chǎn)量) /施氮量；

氮肥貢獻(xiàn)率 (%) = (施氮處理產(chǎn)量 － 不施氮處理產(chǎn)量) /施氮處理產(chǎn)量 × 100；

作物產(chǎn)值 (元/hm2) = 作物產(chǎn)量 × 作物價(jià)格；

間作針葉豌豆的成本 (元/hm2) = 針葉豌豆種子費(fèi)用 + 針葉豌豆種收的勞工費(fèi) - 減施化肥的費(fèi)用；

玉米針葉豌豆間作體系收益 (元/hm2) = 玉米產(chǎn)值 +針葉豌豆產(chǎn)值 - 間作針葉豌豆的成本。

采用Microsoft Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，采用DPS 7.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥減施對(duì)玉米針葉豌豆間作體系產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系玉米籽粒產(chǎn)量的影響 從不同供氮水平下間作針葉豌豆后的玉米籽粒產(chǎn)量 (圖1) 可以看出，相比習(xí)慣施肥處理，在化學(xué)氮肥減施5%時(shí)，除2019年減產(chǎn)0.74%外，2014—2018年增產(chǎn)0.21%～0.62%，6年平均增產(chǎn)0.21%，但差異均不顯著 (P ＞ 0.05)；在化學(xué)氮肥減施10%時(shí)，6年間的玉米籽粒產(chǎn)量下降0.78%～4.14%，年均減產(chǎn)2.1%，差異同樣不顯著 (P ＞0.05)；當(dāng)化學(xué)氮肥減施15%時(shí)，6年間的玉米籽粒產(chǎn)量均有所下降，年均降幅為3.27%，但是除2014年外，其余年份的降幅不明顯 (P ＞ 0.05)；當(dāng)化學(xué)氮肥減施20%時(shí)，6年間的玉米籽粒產(chǎn)量明顯下降 (P ＜ 0.05)，年均減產(chǎn)8.77%。可見(jiàn)，就玉米籽粒產(chǎn)量而言，通過(guò)間作針葉豌豆，可以在保證玉米不減產(chǎn)的前提下，減少15%的化學(xué)氮肥用量。

圖1 不同氮肥減施處理下間作體系玉米籽粒產(chǎn)量Fig. 1 Corn grain yield in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments

2.1.2 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系針葉豌豆籽粒和干草產(chǎn)量的影響 在玉米針葉豌豆間作體系中，化學(xué)氮肥減施15%時(shí)，可以年均收獲1419.11 kg/hm2針葉豌豆干草和1637.05 kg/hm2針葉豌豆籽粒；在化學(xué)氮肥減施20%時(shí)，可以年均收獲針葉豌豆籽粒和干草1568.64和1437.70 kg/hm2(圖2)，相比不施肥處理，差異均顯著 (P ＜ 0.05)。

圖2 不同氮肥減施處理下間作體系針葉豌豆籽粒和干草產(chǎn)量Fig. 2 Needle leaf pea grain yield and hay yield in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments

2.2 氮肥減施對(duì)玉米針葉豌豆間作體系中玉米產(chǎn)量各構(gòu)成要素的影響

2.2.1 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系玉米籽粒產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響 成穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重是玉米產(chǎn)量構(gòu)成的基礎(chǔ)。圖3顯示，化學(xué)氮肥減施5%～15%時(shí)間作針葉豌豆處理的玉米成穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重在各年份以及各年份的平均值均與習(xí)慣施肥處理差異不顯著 (P ＞ 0.05)，但是當(dāng)化學(xué)氮肥減施量達(dá)到20%時(shí)，相比習(xí)慣施肥處理，6年的平均成穗數(shù)降幅明顯 (P ＜ 0.05)，2014、2018年和6年的平均穗粒數(shù)也顯著降低 (P ＜ 0.05)，2017、2018、2019年和6年平均百粒重的降幅也達(dá)到了顯著水平(P ＜ 0.05)。

圖3 不同氮肥減施處理下間作體系玉米籽粒產(chǎn)量構(gòu)成要素Fig. 3 Corn grain yield components in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments

2.2.2 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系玉米主莖生長(zhǎng)的影響 玉米株高和莖粗是衡量產(chǎn)量的重要指標(biāo)，株高在很大程度上決定了玉米群體冠層對(duì)光的截獲能力和光能利用率，莖粗則在很大程度上決定了玉米的抗倒伏能力[14-15]。本研究結(jié)果 (圖4) 表明，在化學(xué)氮肥減施5%～20%的情況下，間作針葉豌豆后的玉米株高會(huì)受到明顯抑制，相比習(xí)慣施肥處理有所降低，其中6年平均降幅達(dá)5.47%～9.18%，差異顯著 (P ＜ 0.05)。在莖粗方面，除2016和2017年在化學(xué)氮肥減施5%時(shí)略有提高外，其余氮肥減施處理在各年份均有不同程度的降低，其中在化學(xué)氮肥減施5%～10%的情況下間作針葉豌豆時(shí)，相比習(xí)慣施肥處理，玉米6年的平均莖粗下降3.15%～3.41%，差異不顯著 (P ＞ 0.05)，但是當(dāng)化學(xué)氮肥減施15%～20%時(shí)，玉米莖粗下降明顯 (P ＜ 0.05)，降幅達(dá)8.26%～10.14%。同時(shí)，在化學(xué)氮肥減施5%～20%的情況下間作針葉豌豆，玉米穗位除2015和2016年外，其余年份的降幅均達(dá)到顯著水平 (P ＜0.05)，6年平均降低11.51%～13.70%，差異顯著(P ＜ 0.05)。而玉米穗位比，在化學(xué)氮肥減施5%～20%的情況下間作針葉豌豆后整體呈下降趨勢(shì)，但是不同化學(xué)氮肥減施水平下的降幅因年份不同而有所差異，其中6年的平均降幅為4.41%～9.19%，差異顯著 (P ＜ 0.05)。

圖4 不同氮肥減施處理下間作體系玉米主莖生長(zhǎng)狀況Fig. 4 Corn stem growth in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments

2.2.3 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系玉米果穗生長(zhǎng)的影響 圖5顯示，在化學(xué)氮肥減施5%～20%的情況下間作針葉豌豆，各年份的玉米穗長(zhǎng)與習(xí)慣施肥處理之間差異均不顯著 (P ＞ 0.05)，但是6年的平均玉米穗長(zhǎng)，只在化學(xué)氮肥減施5%～15%時(shí)與習(xí)慣施肥無(wú)明顯差異 (P ＞ 0.05)，而在化學(xué)氮肥減施20%時(shí)的降幅達(dá)到顯著水平 (P ＜ 0.05)。在化學(xué)氮肥減施5%～15%的情況下間作針葉豌豆，除2019年穗粗顯著降低外 (P ＜ 0.05)，其余年份及6年的平均穗粗均與習(xí)慣施肥處理相當(dāng)，差異不顯著 (P ＞0.05)。在化學(xué)氮肥減施5%～20%的情況下間作針葉豌豆，各年份及各年份的穗棒禿頂長(zhǎng)度平均值均與習(xí)慣施肥處理之間差異不顯著 (P ＞ 0.05)。

圖5 不同氮肥減施處理下間作體系玉米果穗生長(zhǎng)狀況Fig. 5 Corn ear growth in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments

2.3 氮肥減施對(duì)玉米針葉豌豆間作體系經(jīng)濟(jì)效益的影響

從玉米針葉豌豆間作體系的經(jīng)濟(jì)效益 (表1) 可以看出，在化學(xué)氮肥減施5%～20%時(shí)，針葉豌豆籽粒和干草6年的平均產(chǎn)值分別為4706～5060和1703～1840元/hm2，而且施肥處理顯著高于不施肥處理。由于玉米秸稈搬運(yùn)等費(fèi)用和其自身產(chǎn)值基本相當(dāng)，所以在玉米效益分析時(shí)未考慮秸稈產(chǎn)值，而玉米籽粒在化學(xué)氮肥減施5%～15%的情況下，6年的平均產(chǎn)值為28464～29487元/hm2，與習(xí)慣施肥處理之間差異不顯著。在化學(xué)氮肥減施5%～20%時(shí)，間作體系6年的平均收益為31523～34273 元/hm2，均顯著高于習(xí)慣施肥處理。其中，在化學(xué)氮肥減施15%時(shí)，間作體系6年平均收益為33238元/hm2，較習(xí)慣施肥處理增加3813元/hm2，增幅達(dá)12.96%；在化學(xué)氮肥減施20%時(shí)，間作體系6年平均收益為31523元/hm2，較習(xí)慣施肥處理增加2098元/hm2，增幅達(dá)7.13%。

表1 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系經(jīng)濟(jì)效益的影響 (元/hm2)Table 1 Economic benefits in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments (yuan/hm2)

2.4 氮肥減施對(duì)玉米針葉豌豆間作體系氮肥利用效率及氮肥貢獻(xiàn)率的影響

2.4.1 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系氮肥偏生產(chǎn)力的影響 肥料偏生產(chǎn)力是評(píng)價(jià)肥料效應(yīng)的適宜指標(biāo)，比較適合我國(guó)目前土壤和環(huán)境養(yǎng)分供應(yīng)量大、化肥增產(chǎn)效益下降的現(xiàn)實(shí)[16]。在化學(xué)氮肥減施5%～20%時(shí)，玉米間作針葉豌豆后的氮肥偏生產(chǎn)力隨施氮量的減少而增加 (表2)，相比習(xí)慣施肥處理，6年平均提高5.48%～14.04%，差異顯著。

表2 不同氮肥減施處理下間作體系氮肥偏生產(chǎn)力 (kg/kg)Table 2 Partial productivity of N fertilizer in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments

2.4.2 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響 農(nóng)學(xué)利用率反映了單位施肥量增加作物產(chǎn)量的能力[16-17]。在化學(xué)氮肥減施5%～15%時(shí)，玉米間作針葉豌豆后的氮肥農(nóng)學(xué)利用率均有所提高(表3)，其中在化學(xué)氮肥減施15%時(shí)，6年的平均氮肥農(nóng)學(xué)利用率相比習(xí)慣施肥處理提高8.42%，差異顯著。

表3 不同氮肥減施處理下間作體系氮肥農(nóng)學(xué)利用率 (kg/kg)Table 3 Nitrogen agronomic efficiency in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments

2.4.3 不同氮肥減施處理對(duì)間作體系氮肥肥料貢獻(xiàn)率的影響 肥料貢獻(xiàn)率是反映年投入肥料生產(chǎn)能力的指標(biāo)[18]。在化學(xué)氮肥減施5%～20%的情況下間作針葉豌豆，氮肥的肥料貢獻(xiàn)率整體隨施氮量的減少而降低，說(shuō)明氮肥施用量對(duì)氮肥肥料貢獻(xiàn)率作用明顯。但在化學(xué)氮肥減施5%時(shí)，玉米間作針葉豌豆的氮肥肥料貢獻(xiàn)率均高于習(xí)慣施肥處理（除2019年外），說(shuō)明玉米間作針葉豌豆在一定程度上可以提高化學(xué)氮肥的肥料貢獻(xiàn)率，但這種提高作用相對(duì)有限，在化學(xué)氮肥減施10%時(shí)，玉米間作針葉豌豆后的氮肥肥料貢獻(xiàn)率雖然與習(xí)慣施肥處理之間差異不顯著，但在數(shù)值上均呈下降趨勢(shì)；在化學(xué)氮肥減施15%時(shí)，玉米間作針葉豌豆后的氮肥肥料貢獻(xiàn)率除2019年顯著降低外，其余年份與習(xí)慣施肥處理之間差異不顯著。6年的平均氮肥肥料貢獻(xiàn)率在化學(xué)氮肥減施5%～10%時(shí)與習(xí)慣施肥處理之間差異不顯著，但在化學(xué)氮肥減施15%～20%時(shí)降幅明顯 (表4)。

表4 不同氮肥減施處理下間作體系氮肥肥料貢獻(xiàn)率 (%)Table 4 Nitrogen fertilizer contribution rate in corn/needle leaf pea intercropping system under different N reduction treatments

3 討論

許多研究結(jié)果表明，玉米針葉豌豆間作種植具有明顯的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，相比單作，能夠顯著提高玉米籽粒產(chǎn)量[18-20]。本研究結(jié)果與其相一致，在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行玉米生產(chǎn)時(shí)，可以通過(guò)間作針葉豌豆對(duì)玉米產(chǎn)量的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)來(lái)達(dá)到化學(xué)氮肥減施的目的，其中玉米長(zhǎng)期間作針葉豌豆，可以在保證玉米不減產(chǎn)的前提下，減少15%的化學(xué)施氮量。究其原因，主要是因?yàn)橛衩缀歪樔~豌豆根系分布的兼容性形成了種間促進(jìn)效應(yīng)[21]，在玉米針葉豌豆間作體系中，雖然針葉豌豆在共生期為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)種，玉米處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，玉米的生長(zhǎng)在一定程度上會(huì)受到抑制[22]，但二者的根系深淺不同，間作玉米的根系分布在針葉豌豆根系下方，并與上層土壤剖面的針葉豌豆根系交錯(cuò)在一起，可以吸收利用針葉豌豆從空氣中固定的部分氮素，同時(shí)，這種吸收利用又會(huì)刺激和促進(jìn)針葉豌豆的固氮作用，而在針葉豌豆收獲后的玉米單獨(dú)生長(zhǎng)期，玉米與針葉豌豆之間的競(jìng)爭(zhēng)作用消失，玉米的恢復(fù)效應(yīng)得以體現(xiàn)，此時(shí)玉米會(huì)有更多的根系延伸到針葉豌豆種植帶，從而吸收利用豌豆前期固定的氮素[19]，同時(shí)，針葉豌豆收獲時(shí)殘留在土壤中的地下根系在分解過(guò)程中還可以為后期和下茬玉米的生長(zhǎng)發(fā)育提供一定的養(yǎng)分，從而促進(jìn)豌豆收獲后玉米的快速恢復(fù)生長(zhǎng)。有研究表明，實(shí)現(xiàn)這種恢復(fù)生長(zhǎng)的前提條件是競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)的作物收獲后，競(jìng)爭(zhēng)能力弱的作物具有足夠長(zhǎng)的生長(zhǎng)時(shí)間[23]，在河西綠洲灌區(qū)，玉米針葉豌豆間作體系中，針葉豌豆6月下旬收獲，玉米在10月上旬收獲前具有3個(gè)多月的生長(zhǎng)恢復(fù)期，時(shí)間相對(duì)充足。同時(shí)，施氮水平的降低會(huì)提高豆科作物的結(jié)瘤量和生物固氮量[24-25]，而這種促進(jìn)作用在一定程度上又會(huì)彌補(bǔ)不同氮肥減施水平之間的差距。這種增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)在其它禾豆間作體系中也得到了證實(shí)，Li等[26]在我國(guó)西北地區(qū)通過(guò)連續(xù)4年的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比單作，間作蠶豆后的玉米產(chǎn)量增加了43%。Rusinamhodzi等[27]在非洲莫桑比克中部地區(qū)的禾豆間作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，間作豆科作物的玉米產(chǎn)量顯著提高了42.1%。但也有研究表明，盡管晚熟作物在后期進(jìn)行了恢復(fù)生長(zhǎng)，但其受到的損失并不能得到完全彌補(bǔ)，無(wú)法獲得高產(chǎn)[7]，究其原因，主要是由于間作豆科的品種和共生期的時(shí)間長(zhǎng)短有所差異所致，所以在玉米豌豆間作體系中，可以通過(guò)選擇生育期短且早熟的豌豆品種和適當(dāng)提前豌豆播期來(lái)縮短二者的共生期及緩解其共生期內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而降低體系減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，本研究結(jié)果表明，若只考慮玉米，間作針葉豌豆可以替代15%的化學(xué)氮肥用量，若考慮整個(gè)玉米針葉豌豆間作體系的混合產(chǎn)值，間作針葉豌豆則可以替代20%的化學(xué)氮肥用量。玉米針葉豌豆間作體系雖然會(huì)增加針葉豌豆種子以及種收的勞動(dòng)成本，但是因?yàn)樵黾恿酸樔~豌豆籽粒和干草收益，減少了化學(xué)氮肥投入，故而，整個(gè)間作體系的收益得到了顯著提高。

玉米針葉豌豆間作體系不僅在當(dāng)季具有增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，而且這種增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)隨種植年限的延長(zhǎng)呈遞增趨勢(shì)。對(duì)照玉米針葉豌豆間作體系前3年的玉米產(chǎn)量可以發(fā)現(xiàn)[28]，相對(duì)習(xí)慣施肥處理，在化學(xué)氮肥減施10%時(shí)，間作體系前3年的玉米產(chǎn)量平均降幅為0.63%，而后6年的平均降幅為0.21%；在化學(xué)氮肥減施15%時(shí)，間作體系前3年的玉米產(chǎn)量平均降幅為3.59%，而后6年的平均降幅為3.27%，可見(jiàn)，隨著間作年限的延長(zhǎng)，在相同氮肥減施水平下的玉米籽粒產(chǎn)量與習(xí)慣施肥之間的差距在不斷縮小。這主要是因?yàn)殚L(zhǎng)期間作過(guò)程中，一方面針葉豌豆的殘留物可為下茬作物提供的養(yǎng)分在不斷累積，另一方面玉米針葉豌豆在間作體系中的小倒茬減輕了長(zhǎng)期玉米單作造成的連作障礙[29-30]。產(chǎn)量構(gòu)成要素之間的協(xié)調(diào)發(fā)展是保證作物高產(chǎn)的重要途徑。本研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期間作針葉豌豆能夠確保在化學(xué)氮肥減施15%的情況下，成穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重不降低，但是株高和莖粗會(huì)受到明顯抑制，穗位和穗位比也會(huì)明顯下降。間作體系玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的抑制主要是因?yàn)榈蕼p施和針葉豌豆在共生期的競(jìng)爭(zhēng)所致，而對(duì)生殖生長(zhǎng)的影響不明顯主要是因?yàn)榘殡S針葉豌豆的收獲，玉米與針葉豌豆之間的競(jìng)爭(zhēng)作用消失，針葉豌豆殘留物的養(yǎng)分供應(yīng)在一定程度上彌補(bǔ)了化學(xué)氮肥減施的影響，同時(shí)，穗位比的下降，在一定程度上還會(huì)增強(qiáng)玉米的抗倒伏能力。當(dāng)化學(xué)氮肥減施量達(dá)到20%時(shí)，玉米針葉豌豆間作體系的玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)均會(huì)受到明顯抑制，說(shuō)明在玉米針葉豌豆間作體系中，針葉豌豆對(duì)玉米的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)無(wú)法彌補(bǔ)20%化學(xué)氮肥減施對(duì)玉米生長(zhǎng)造成的影響。但是，這是玉米間作針葉豌豆9年的試驗(yàn)結(jié)果所得，若進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的玉米針葉豌豆間作，會(huì)不會(huì)存在更大的化學(xué)氮肥替代潛力？還需要進(jìn)一步研究。

玉米針葉豌豆間作體系在氮素利用效率方面同樣具有明顯優(yōu)勢(shì)。有研究表明，在禾豆間作體系中，豆科作物的生物固氮作用是間作體系運(yùn)轉(zhuǎn)的重要?jiǎng)恿Γ梢栽鰪?qiáng)禾本科作物對(duì)土壤氮素的利用，進(jìn)而提高氮素的利用效率[31-32]。本研究結(jié)果表明，在化學(xué)氮肥減施5%～15%的情況下間作針葉豌豆，玉米的氮肥肥料貢獻(xiàn)率整體隨施氮量的減少而降低，而氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力卻有所提高，這與楊文亭等[33]研究結(jié)果相一致，說(shuō)明在玉米針葉豌豆間作體系中，玉米氮素吸收量的提高并不是完全依賴于消耗化肥氮，而是來(lái)自于氮素資源的互補(bǔ)利用，豆科作物主要是利用空氣中的氮素，而禾本科作物對(duì)土壤氮和肥料氮的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)刺激豆科作物的生物固氮，加快土壤中氮素的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度，使土壤氮和肥料氮轉(zhuǎn)化更有利于向禾本科作物氮素吸收的方向進(jìn)行，這可能也是在氮肥減施情況下間作針葉豌豆能夠促進(jìn)玉米增產(chǎn)的原因之一。但是，過(guò)高的施氮水平會(huì)抑制禾豆間作體系中豆科作物的生物固氮作用，降低禾豆間作優(yōu)勢(shì)，增大農(nóng)田氮素污染風(fēng)險(xiǎn)[34]。所以，合理的氮肥施用是發(fā)揮禾豆間作優(yōu)勢(shì)，提高氮素高效利用的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行玉米生產(chǎn)時(shí)，可以通過(guò)間作針葉豌豆對(duì)玉米產(chǎn)量的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)來(lái)減少化學(xué)氮肥用量，其中長(zhǎng)期間作針葉豌豆，可以在確保玉米不減產(chǎn)的情況下減少15%的化學(xué)氮肥施用量，同時(shí)因?yàn)樵鍪?419.11 kg/hm2針葉豌豆干草和1637.05 kg/hm2針葉豌豆籽粒，合計(jì)收益增加3813元/hm2，增幅明顯，而且氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著提高，氮肥肥料貢獻(xiàn)率除2019年顯著降低外，其余年份降幅不明顯。長(zhǎng)期間作針葉豌豆，可以在確保玉米針葉豌豆間作體系收益不減的情況下減少20%的化學(xué)氮肥施用量，雖然玉米籽粒產(chǎn)量降幅明顯，達(dá)到8.77%，但是同樣因?yàn)樵鍪?438 kg/hm2針葉豌豆干草和1569 kg/hm2針葉豌豆籽粒，合計(jì)收益增加2098元/hm2，增幅明顯，雖然氮肥肥料貢獻(xiàn)率降幅明顯，但是氮肥農(nóng)學(xué)利用率無(wú)明顯變化，氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高。