全 文 ：减量施氮与大豆间作对蔗田氮平衡的影响∗
刘　 宇１，２，３　 章　 莹１，２，３　 杨文亭１，２，３　 李志贤１，２，３　 管奥湄１，２，３　 王建武１，２，３∗∗
（ １华南农业大学热带亚热带生态研究所， 广州 ５１０６４２； ２农业部华南热带农业环境重点实验室， 广州 ５１０６４２； ３华南农业大学
广东省高等学校农业生态与农村环境重点实验室， 广州 ５１０６４２）
摘　 要　 通过 ２０１０—２０１３年的大田试验，探讨了 ２个施氮水平（３００和 ５２５ ｋｇ·ｈｍ－２）和 ３种
种植模式（甘蔗、大豆单作及甘蔗⁃大豆 １ ∶ ２ 间作）对蔗田大豆固氮、甘蔗和大豆氮素累积及
氨挥发和氮淋溶的影响．结果表明： 与大豆单作相比，甘蔗⁃大豆间作的大豆固氮效率下降，但
不同施氮水平间作模式之间无显著差异．不同施氮水平和种植模式对甘蔗、大豆氮素累积无
显著影响．减量施氮水平下氨挥发量低于常规施氮处理，不同施氮水平和种植模式对氮淋溶
量无显著影响．除 ２０１１年甘蔗单作减量施氮水平下出现蔗田氮素亏缺（－６６．２２ ｋｇ·ｈｍ－２）外，
其余不同年份不同种植模式下氮素都处于盈余状态（７３．１０～４００．０３ ｋｇ·ｈｍ－２），施氮水平显著
影响了蔗田的氮素盈亏，且常规施氮水平下氮素盈余量显著高于减量施氮处理，过高的氮素
盈余增加了氮素污染农田环境的风险．从培肥地力、降低氮素污染环境的风险和节约生产成
本等方面考虑，减量施氮水平下甘蔗⁃大豆间作模式具有一定的生态合理性．
关键词　 甘蔗⁃大豆间作； 减量施氮； 氮平衡； 氨挥发； 氮淋溶
∗国家重大基础研究计划项目（２０１１ＣＢ１００４００）、国家科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＤ１４Ｂ１６⁃０４）和广东省科技计划项目（２０１２Ａ０２０１００００３）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｗａｎｇｊｗ＠ ｓｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２０１４⁃０８⁃０１收稿，２０１４⁃１０⁃２５接受．
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０３－０８１７－０９　 中图分类号　 Ｓ３４４．２　 文献标识码　 Ａ
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ ｏｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ
ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｆｉｅｌｄ． ＬＩＵ Ｙｕ１，２，３， ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇ１，２，３， ＹＡＮＧ Ｗｅｎ⁃ｔｉｎｇ１，２，３， ＬＩ Ｚｈｉ⁃ｘｉａｎ１，２，３， ＧＵＡＮ
Ａｏ⁃ｍｅｉ１，２，３， ＷＡＮＧ Ｊｉａｎ⁃ｗｕ１，２，３ （ １Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉ⁃
ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４２， Ｃｈｉｎａ； ２Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｇｒｏ⁃Ｅｎ⁃
ｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｒｏｐｉｃｓ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４２， Ｃｈｉｎａ； ３Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｇｒｏｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｒｕｒａｌ Ｅｎ⁃
ｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｒｅｇｕｌａｒ Ｈｉｇｈｅｒ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ， Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４２， Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（３）： ８１７－８２５．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｆｏｕｒ⁃ｙｅａｒ （２０１０－２０１３） ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ
ｐｌａｎｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎｓ （ｓｕｇａｒｃａｎｅ， ｓｏｙｂｅａｎ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ １：２ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ） ｗｉｔｈ
ｔｗｏ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎｐｕｔ ｌｅｖｅｌｓ （３００ ａｎｄ ５２５ ｋｇ·ｈｍ－２） ｏｎ ｓｏｙｂｅａｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｉｘａｔｉｏｎ， ｓｕｇａｒｃａｎｅ ａｎｄ
ｓｏｙｂｅａｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ， ａｎｄ ａｍｍｏｎｉａ ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｉｎ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｆｉｅｌｄ．
Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｙｂｅａｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｉｘａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ （ＮＦＥ） ｏｆ ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒ⁃
ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ＮＦＥ
ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｗｏ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ． Ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒ⁃
ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｄｉｄ ｎｏｔ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ａｎｄ ｓｏｙｂｅａｎ． Ｔｈｅ ａｍｍｏｎｉａ
ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎｐｕｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎ⁃
ｔｉｏｎａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎｐｕｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ
ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎｐｕｔ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎｓ． Ｔｈｅ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｆｉｅｌｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ｂａｌａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｄｏｍｉｎａｔｅｄ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｂｕｄｇｅｔ ｏｆ ｓｕｇａｒ⁃
ｃａｎｅ ｆｉｅｌｄ． Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｕｒ⁃ｙｅａｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ， ａｌｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｌｅａｖｅｄ ａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｕｒｐｌｕｓ （ｆｒｏｍ ７３．１０ ｔｏ
４００．０３ ｋｇ·ｈｍ－２）， ｅｘｃｅｐｔ ａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｅｆｉｃｉｔ ｏｆ ６６．２２ ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ ２０１１ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｇａｒ⁃
ｃａｎｅ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｕｒｐｌｕｓ ｍｉｇｈｔ ｉｎ⁃
ｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ． Ｉｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ， ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ
ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｉｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｒｉｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｆｅｒｔｉｌｉ⁃
ｔｙ， ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓａｖｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｉｎ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｆｉｅｌｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ； ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒａｔｅ； ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｂａｌａｎｃｅ； ａｍｍｏｎｉａ
ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ； ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ．
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ３月　 第 ２６卷　 第 ３期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｍａｒ． ２０１５， ２６（３）： ８１７－８２５
　 　 施用氮肥是作物获得高产的重要措施之一，但
是，过量施用氮肥带来的利用率下降、氮肥损失严重
等问题日益突出［１］ ．有研究表明，高施氮明显增加表
层土壤（０～２０ ｃｍ）碱解氮含量、硝态氮含量和氮素
残留量，并显著增加肥料氮素总残留量和残留
率［２］；麦田中高浓度氮肥处理下孕穗期和灌浆期的
渗漏水硝态氮和铵态氮质量浓度超过我国生活饮用
水卫生标准（ＧＢ ５７４９—０６） ［３］规定的 ２０ ｍｇ·Ｌ－１，
对地表水和地下水水质构成了潜在威胁［４］ ．目前，过
量施氮造成的环境风险以及土壤硝态氮的残留引起
了广泛关注［５－６］ ．
甘蔗是我国主要糖料作物，生育期内对肥水需
求量较大，其中氮是限制其生长和产量形成的首要
因素［７－８］ ．长期以来，由于蔗区生产缺乏科学指导，偏
施和过量施用氮肥，使甘蔗施肥成本居高不下，严重
影响施肥的增产效果．鲁如坤等［９］研究发现，２０ 世
纪 ９０年代广东省的氮素盈余达到 １８５％．甘蔗前期
生长缓慢，种植行距较宽（１２０ ｃｍ），苗期土地裸露
期，光照和土地资源利用不充分［１０］ ．研究表明，间作
能提高水分［１１］、养分［１２］和光能［１３］的利用效率，还可
以减少杂草和病虫害的发生［１４－１５］，提高土地利用效
率［１６］ ．豆科⁃禾本科间作体系中存在种间氮素互补利
用机制，即禾本科作物通过竞争吸收土壤氮素，减少
土壤氮素对固氮酶活性的抑制，进而促进豆科作物
的生物固定［１７－１９］ ．由于豆科作物吸收土壤氮素减
少，节约的土壤氮可用来供禾本科作物吸收利用，对
减少氮肥用量和维持土壤肥力的可持续性具有重要
的现实意义．
华南地区属于亚热带气候区域，降水较多，且大
多是红壤，容易发生硝态氮的淋溶作用［２０］ ．因此，甘
蔗⁃大豆间作的种植模式引起了广泛关注，其在甘蔗
经济效率和土地利用率上的优势均得到体现［２１－２２］ ．
研究甘蔗不同种植制度下氮素的平衡状况，对
氮素的输入、输出等过程进行系统分析，明确典型种
植制度下蔗田生态系统中氮素的来源和去向并对其
进行定量化，对于了解华南地区蔗田土壤肥力和氮
素平衡状况，科学施肥，合理调控农田氮素循环与平
衡，保护和改善农田生态环境，促进农业持续健康发
展具有重要意义［２３］ ．本文通过 ４ 年的定位试验，研
究了减量施氮和甘蔗⁃大豆间作对蔗田氮平衡与氮
循环特征的影响，以期为华南地区甘蔗种植的氮素
优化管理提供科学参考．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 研究区概况
试验于 ２０１０年 ３月—２０１３年 １２月在华南农业
大学教学试验农场（２３°０８′ Ｎ， １１３°１５′ Ｅ）进行．该
区地处亚热带，气候属亚热带典型的季风海洋气候，
光热资源充足，年日照时数 １２８９～１７８０ ｈ，太阳辐射
总量 １０５．３ ｋＪ·ｃｍ－２，年均气温 ２１．９ ～ ２２．８ ℃，极端
最高气温 ３８．６～３９．３ ℃，极端最低气温 ０～２．３ ℃，年
降雨量 １３８４ ～ ２２７８ ｍｍ，约 ８５％的降水集中在 ４—９
月．试验地土壤为赤红壤， 耕层有机质 ２１􀆰 ０８
ｇ·ｋｇ－１，碱解氮 ７５． ３８ ｍｇ · ｋｇ－１，速效磷 ７５􀆰 ０４
ｍｇ·ｋｇ－１，速效钾 ６１．７１ ｍｇ·ｋｇ－１ ．
１􀆰 ２　 试验设计
供试甘蔗品种为粤糖 ００⁃２３６（Ｓａｃｃｈａｒｕｍ ｓｉｎｅｎｓｉｓ
Ｒｏｘｂ． ｃｖ． Ｙｕｅｔａｎｇ ００⁃２３６），其特点是特早熟高糖、高
产，萌芽快而整齐，萌芽率高，分蘖力强，成茎率高，
由华南农业大学农场提供．供试大豆品种为毛豆 ３
（Ｇｌｙｃｉｎｅ ｍａｘ ｃｖ． Ｍａｏｄｏｕ Ｎｏ．３），为早熟品种，生育期
约为 １００ ｄ，由华南农业大学农学院提供．
采用施氮水平、种植模式二因素设计．２ 种施氮
水平：常规施氮水平参考当地甘蔗施氮量： ５２５
ｋｇ·ｈｍ－２，减量施氮 ３００ ｋｇ·ｈｍ－２；２ 种甘蔗种植模
式：甘蔗单作，甘蔗⁃大豆 １ ∶ ２ 间作；一个不施肥的
大豆单作为对照；共计 ５个处理（表 １）．试验采取随
机区组设计，３次重复，小区长 ５．５ ｍ、宽 ４．８ ｍ，小区
面积为 ２６．４ ｍ２ ．甘蔗行距 １２０ ｃｍ，每小区均种植 ４
行，每行 ３８段双芽苗，大豆行距 ３０ ｃｍ，株距 ２０ ｃｍ，
大豆单作 １６行，甘蔗⁃大豆（１︰ ２）间作种植 ８行，
每行种 ２５穴，每穴在苗期定植 ２株．
２０１０年田间试验于３月１５日播种甘蔗 ，３月
表 １　 甘蔗⁃大豆间作田间试验设计
Ｔａｂｌｅ １　 Ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎ⁃
ｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
施氮水平
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒａｔｅ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
种植方式
Ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ
ＭＢ ０ 单作大豆
Ｓｏｙｂｅａｎ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ
ＭＳ⁃Ｎ１ ３００ 单作甘蔗
Ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ
ＳＢ２⁃Ｎ１ ３００ 甘蔗⁃大豆（１︰ ２）间作
Ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ １：２ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ
ＭＳ⁃Ｎ２ ５２５ 单作甘蔗
Ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ
ＳＢ２⁃Ｎ２ ５２５ 甘蔗⁃大豆（１ ∶ ２）间作
Ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ １：２ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ
８１８ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
１６日播种大豆，６ 月 ２０ 日大豆收获，１２ 月 ２６ 日甘
蔗收获． ２０１０ 年 ３ 月 １３ 日施基肥 ［氯化钾 １５０
ｋｇ·ｈｍ－２，过 磷 酸 钙 １０５０ ｋｇ · ｈｍ－２， 复 合 肥
（Ｎ ∶ Ｐ ∶ Ｋ＝ １５ ∶ １５ ∶ １５）７５０ ｋｇ·ｈｍ－２］，５ 月 ８ 日
追施攻蘖肥，追施氯化钾 ３００ ｋｇ·ｈｍ－２，常规施氮处
理追施尿素 ２２５ ｋｇ·ｈｍ－２，减量施氮处理追施尿素
１１３ ｋｇ·ｈｍ－２；７ 月 １ 日施攻茎肥，常规施氮处理追
施尿素 ６７２ ｋｇ·ｈｍ－２，减量施氮处理追施尿素 ２９５
ｋｇ·ｈｍ－２ ．甘蔗⁃大豆间作种植采取畦沟模式，大豆
种植在畦上，畦宽 ９０ ｃｍ，甘蔗种植在沟里，沟宽
３０ ｃｍ．基肥施在种植甘蔗的沟里，然后盖层细土
（５ ｃｍ），以后追肥全部施在种植甘蔗的沟里，再培
土，大豆整个生育期不施肥、大豆收获后将叶和茎秆
还田于蔗行，覆土，最后畦成为沟，有利于排水．其他
田间管理与当地甘蔗种植一致．
２０１１年 ２ 月 ２６ 日播种甘蔗，３ 月 ６ 日播种大
豆，６月 ２日大豆收获，１２月 １８日甘蔗收获．２０１１ 年
２月 ２６日施基肥，５ 月 ７ 日追施攻蘖肥，６ 月 ２５ 日
追施攻茎肥，其他田间管理与 ２０１０年一致．
２０１２年 ２ 月 ２５ 日播种甘蔗，３ 月 １０ 日播种大
豆，６月 ３日大豆收获，１２月 １６日甘蔗收获．２０１２ 年
２月 ２４日施基肥，５ 月 ３ 日追施攻蘖肥，６ 月 ２７ 日
追施攻茎肥，其他田间管理与 ２０１０年一致．
２０１３年 ３ 月 ９ 日播种甘蔗，３ 月 １６ 日播种大
豆，６月 ３ 日大豆收获，１２ 月 ８ 日甘蔗收获．２０１３ 年
３月 ８日施基肥，５月 ５ 日追施攻蘖肥，６ 月 ３０ 日追
施攻茎肥，其他田间管理与 ２０１０年一致．
１􀆰 ３　 研究方法
依据输入、输出平衡法计算氮素平衡．主要从蔗
田氮输入（种子氮、肥料氮、大豆固氮、大豆秸秆还
田氮）和氮输出（收获甘蔗氮、豆荚氮、氨挥发、淋溶
氮）两个方面分析减量施氮和甘蔗⁃大豆间作对蔗田
氮平衡的影响．
１􀆰 ３􀆰 １种子氮的计算 　 根据种植要求，甘蔗每小区
需要 １６株蔗种，每公顷需要 ６０００株，根据收获的甘
蔗氮含量平均为每株 ３．４５ ｇ，每公顷蔗种含有氮素
２０．７ ｋｇ．甘蔗⁃大豆间作模式下，每公顷需要大豆种
子 ３．０３×１０５粒，大豆单作需要 ６．０６×１０５粒．根据文献
［２４］，大豆种子中蛋白质含量为 ４５％，氮素含量为
０．０７２％，大豆的百粒重为 ０．０１８ ｋｇ，甘蔗⁃大豆间作
模式下，豆种含氮量为 ３．９３ ｋｇ·ｈｍ－２，大豆单作模
式下豆种含氮量为 ７．８６ ｋｇ·ｈｍ－２ ．
１􀆰 ３􀆰 ２肥料氮　 常规施氮水平下蔗田施氮量为 ５２５
ｋｇ·ｈｍ－２；减量施氮水平下蔗田施氮量为 ３００
ｋｇ·ｈｍ－２ ．
１􀆰 ３􀆰 ３大豆固氮的测定 　 植株样品烘干磨碎后，利
用 Ｄｅｌｔａ ＰＬＵＳ ＸＰ 同位素比值质谱仪（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｎｎｉ⁃
ｇａｎ， ＵＳＡ）测定植株d１５Ｎ丰度．植物体中来自固氮作
用固定的氮，其１５Ｎ 丰度与大气的１５Ｎ 丰度接近，而
土壤通常有比较高的d１５Ｎ值．因此，按照下式计算固
氮植物的固氮率（％Ｎｆｉｘ） ［２５］：
％Ｎｆｉｘ ＝（d１５Ｎｒｅｆ－d１５Ｎｓａｍ） ／ （d１５Ｎｒｅｆ–d１５Ｎ）
大豆总固氮量 ＝％Ｎｆｉｘ ×大豆植株全氮含量×大
豆植株干质量
式中：d１５Ｎｒｅｆ为甘蔗的１５Ｎ 丰度；d１５Ｎｓａｍ为大豆的１５Ｎ
丰度；d１５Ｎ为无氮条件下沙培大豆植株的１５Ｎ 丰度．
１􀆰 ３􀆰 ４作物收获时的氮素　 甘蔗、大豆收获时，分别
在各小区取有代表性的甘蔗 ３ 株、大豆 ５ 株，１０５ ℃
下杀青 ３０ ｍｉｎ，８０ ℃烘干至恒量．测定干物质量．其
中，大豆豆荚和茎叶分开测定．植株样品烘干后，用
高速万用粉碎机（天津泰斯特仪器有限公司）磨碎，
植株氮素含量分析用 Ｈ２ＳＯ４⁃Ｈ２Ｏ２ 湿灰化法消煮，
凯氏定氮仪测定［２６］ ．把大豆秸秆氮累积计入氮输
入，大豆豆荚氮累积计入氮输出，甘蔗氮累积计入氮
输出．
１􀆰 ３􀆰 ５ 施肥后氨气挥发的收集 　 采用王朝辉等［２７］
的通气装置原位测定施肥后氨气挥发量（图 １）．该
装置用聚氯乙烯硬质塑料管制成，内径 １５ ｃｍ、高 １０
ｃｍ．分别将 ２块厚 ２ ｃｍ、直径 １６ ｃｍ的海绵均匀浸以
１５ ｍＬ的磷酸甘油溶液（５０ ｍＬ 磷酸＋４０ ｍＬ 丙三
醇，定容至 １０００ ｍＬ）后，置于硬质塑料管中，下层的
海绵距管底 ５ ｃｍ，上层的海绵与管顶部相平．
土壤挥发氨的捕获于施肥后的当天开始，在各
小区的不同位置，分别放置 ２个通气装置，次日早晨
７：００取样．取样时，将通气装置下层的海绵取出，迅
速按小区分别装入塑料袋中，密封，同时换上另一
块涂过磷酸甘油的海绵．上层的海绵视其干湿情况
图 １　 测定田间氨挥发的通气装置［２７］
Ｆｉｇ．１　 Ｖｅｎｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ａｍｍｏｎｉａ ｖｏｌａｔｉｌｉ⁃
ｚａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｓｏｉｌ ｉｎ ｆｉｅｌｄ［２７］ ．
９１８３期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 刘　 宇等： 减量施氮与大豆间作对蔗田氮平衡的影响　 　 　 　 　
３～７ ｄ更换 １次．把取下的下层海绵带回试验室，用
ＫＣｌ浸提⁃靛酚蓝比色法［２８］测定其中吸收的氨．
氨挥发（ＷＮＨ３⁃Ｎ， ｋｇ·ｈｍ
－２·ｄ－１）计算公式［２９］：
ＷＮＨ３⁃Ｎ ＝［Ｍ ／ （Ａ×Ｄ）］×１０
－２ ．其中：Ｍ为单个通气装置
平均每次测的氨量（ＮＨ３⁃Ｎ， ｍｇ）；Ａ 为捕获装置的
截面积（ｍ２）；Ｄ为每次连续捕获的时间，试验中以 １
ｄ为 １ 个测定循环单位．田间氨挥发量为各个施氮
时期测定的总和．
１􀆰 ３􀆰 ６硝酸盐淋溶的收集　 甘蔗根系都在 ６０ ｃｍ 以
上的土层，６０ ｃｍ以下几乎没有甘蔗根系的存在，６０
ｃｍ以下的养分甘蔗无法吸收，导致养分的浪费，特
别是硝态氮，过高的浓度很可能污染地下水．硝酸盐
淋溶的收集采用离子交换树脂袋法［３０］ ．准备 ４８ 个
树脂袋，由尼龙针织品改制而成，尼龙袋大小为
５ ｃｍ×５ ｃｍ，每袋苯乙烯系阴阳离子交换树脂（杭州
争光树脂有限公司）约为 １０ ｇ，密封后在甘蔗种植
前一天埋在 ６０ ｃｍ 土壤深处，每小区埋 ２ 个，共 ２４
个．树脂袋在大豆收获期取出，去除泥土后用密封袋
装好，放入冰盒内带回实验室分析．树脂袋中的树脂
放入锥形瓶中加 １００ ｍＬ １ ｍｏｌ·Ｌ－１的氯化钾溶液，
摇床振荡（２５０ ｒ·ｍｉｎ－１， ６０ ｍｉｎ），用定量滤纸过
滤，硝态氮含量用紫外分光光度法测定［３１］ ．在大豆
收获期，把之前埋入的树脂袋取出后，每小区再在
６０ ｃｍ土壤深处放入 ２ 个树脂袋，共 ２４ 个，在甘蔗
收获期取出，按之前的方法测定硝态氮含量．
硝酸盐淋溶氮（ＷＮＯ３⁃Ｎ，ｋｇ·ｈｍ
－２）的计算公式：
ＷＮＯ３⁃Ｎ ＝（Ｍ１＋Ｍ２） ／ Ａ×１０
２ ．其中：Ｍ１为大豆收获后单
个树脂袋收集的硝态氮（ｍｇ）；Ｍ２为甘蔗收获后单个
树脂袋收集的硝态氮（ｍｇ）；Ａ为捕获面积（ｃｍ２）．
１􀆰 ４　 数据处理
采用 Ｅｘｃｅｌ ２００３ 和 ＳＰＳＳ １７．０ 软件进行数据统
计分析，利用 Ｄｕｎｃａｎ多重比较方法检验差异显著性
（α＝ ０．０５）．图表中数据为平均值±标准误．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 减量施氮与甘蔗⁃大豆间作对大豆固氮的影响
由表 ２ 可知，２０１２ 和 ２０１３ 年单作大豆固氮效
率显著高于甘蔗⁃大豆间作，而 ２０１０ 和 ２０１１ 年则无
显著差异．甘蔗⁃大豆间作模式下，不同施氮水平处
理大豆固氮效率无显著差异．从年际间来看，２０１０年
不同处理下大豆固氮效率显著高于其他 ３ 年，２０１２
和 ２０１３ 年单作大豆固氮效率显著高于 ２０１１ 年；
２０１１和 ２０１２ 年间作大豆固氮效率显著高于 ２０１３
年．４年中，单作大豆固氮量显著高于间作，间作下
不同施氮量之间大豆固氮量无显著差异．从年际间
来看，２０１０年单作大豆固氮量最高并显著高于 ２０１２
和 ２０１３年，２０１２和 ２０１３年之间无显著差异．减量施
氮水平下，２０１０ 和 ２０１１ 年大豆固氮量显著高于
２０１２和 ２０１３ 年．常规施氮水平下，２０１０ 年大豆固氮
量显著高于其他年份，比 ２０１１、２０１２ 和 ２０１３ 年分别
提高 ２６．１％、４０．０％和 ２５７．４％．
２􀆰 ２　 减量施氮与甘蔗⁃大豆间作对甘蔗、大豆氮素
累积量的影响
由表 ３可知，２０１３年常规施氮水平下甘蔗氮素
累积量显著高于减量施氮水平下甘蔗氮素累积量，
特别是常规施氮间作处理下，而其他年份各处理间
甘蔗氮素累积量无显著差异．从年际间来看，减量施
氮条件下，甘蔗单作中，２０１１ 和 ２０１２ 年甘蔗氮素累
积量显著高于 ２０１０ 和 ２０１３ 年，甘蔗⁃大豆间作中，
２０１１ 年甘蔗氮素累积量显著高于 ２０１０ 年，提高
８０􀆰 ７％，２０１２和 ２０１３ 年间无显著差异．常规施氮水
平下，甘蔗单作中 ２０１１年甘蔗氮素累积量显著高于
２０１０年，提高了 ５２．３％，２０１２和 ２０１３ 年间无显著差
异；甘蔗⁃大豆间作中，２０１０ 年甘蔗累积量显著低于
其他 ３年，其他 ３年之间无显著差异．
由于大豆叶和茎秆还田，所以大豆的氮素累积
表 ２　 减量施氮和甘蔗⁃大豆间作条件下大豆的固氮效率和固氮量
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｓｏｙｂｅａｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｉｘａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｆｉｘｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｕｎｄｅｒ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒ⁃
ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
固氮效率 Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｉｘａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ （％）
２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３
固氮量 Ｆｉｘｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ （ｋｇ·ｈｍ－２）
２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３
ＭＢ ８７．４±２．７Ａａ ５７．３±１．８Ｃａ ７１．１±１．２Ｂａ ６７．９±２．１ＢＣａ １５０．４９±１．５９Ａａ １１５．３５±１０．３０ＡＢａ ６０．３４±３．７３Ｂａ ７８．４５±２．１８Ｂａ
ＭＳ⁃Ｎ１ － － － － － － － －
ＳＢ２ ⁃Ｎ１ ７９．４±６．６Ａａ ５５．６±３．０Ｂａ ６０．１±０．７Ｂｂ ３４．９±７．８０Ｃｂ ７６．６９±７．２３Ａｂ ７４．８７±６．８９Ａｂ ３０．２４±３．２７Ｂｂ ３０．９８±９．３１Ｂｂ
ＭＳ⁃Ｎ２ － － － － － － － －
ＳＢ２ ⁃Ｎ２ ７８．４±３．９Ａａ ５０．３±９．２ＢＣａ ６３．５±２．５Ｂｂ ２６．４±４．８Ｃｂ ７４．３４±４．６３Ａｂ ５８．９６±３．４９Ｂｂ ３０．９７±４．９５Ｂｂ ２０．８０±２．６７Ｂｂ
同行不同大写字母表示不同年份间差异显著，同列不同小写字母表示同一年份不同种植模式间差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ
ｓａｍｅ ｒｏｗ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｙｅａｒｓ， ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎ
ｔｈｅ ｓａｍｅ ｙｅａｒ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
０２８ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
表 ３　 减量施氮和甘蔗⁃大豆间作对甘蔗氮素累积量的影响
Ｔａｂｌｅ ３ 　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｓｕｇａｒｃａｎｅ － ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ ｏｎ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３
ＭＢ － － － －
ＭＳ⁃Ｎ１ ８６．７５±５．０２Ｂａ ２０６．８０±２３．２１Ａａ １７６．８１±１６．２１Ａａ １１６．３３±６．９３Ｂｂ
ＳＢ２ ⁃Ｎ１ ９５．９１±１８．０７Ｂａ １７３．３５±２９．８５Ａａ １５４．６２±１２．２７ＡＢａ １１７．９３±２０．７０ＡＢｂ
ＭＳ⁃Ｎ２ １２４．７３±６．３１Ｂａ １９０．３６±２２．０４Ａａ １６２．４７±１４．１１ＡＢａ １４０．８１±１５．７９ＡＢａｂ
ＳＢ２ ⁃Ｎ２ １２４．８３±１０．１５Ｂａ １８５．６８±２０．４８Ａａ １８４．２５±２３．８６Ａａ １９５．２９±２７．１３Ａａ
分为大豆秸秆氮素和大豆豆荚氮素．由表 ４ 可知，４
年中，大豆单作豆荚氮素积累量均高于间作豆荚氮
素累积量，且除 ２０１１ 年外，其余 ３ 年均达到显著水
平．２０１０年，各处理间豆荚氮累积量从高到低依次
为：单作、常规施氮间作、减量施氮间作，且各处理间
差异达到显著水平；２０１１ 年，不同处理下大豆豆荚
氮累积量无显著差异；２０１２ 和 ２０１３ 年，单作大豆豆
荚氮累积量显著高于间作，间作不同施氮水平下无
显著差异．从年际间来看，２０１１年大豆豆荚氮累积量
除常规施氮间作下与 ２０１０年无显著差异外，其余各
处理都显著高于其他年份；２０１０ 年各处理大豆豆荚
氮累积量都显著高于 ２０１２ 和 ２０１３ 年，２０１２ 和 ２０１３
年各处理大豆豆荚氮累积量无显著差异．
４年中，单作大豆秸秆氮累积量均显著高于间
作大豆．间作条件下，２０１０年大豆秸秆氮累积量在不
同施氮水平间达到显著水平，而 ２０１１、２０１２ 和 ２０１３
年在不同施氮水平间无显著差异．从年际间来看，大
豆单作和减量施氮条件下甘蔗⁃大豆间作的大豆秸
秆氮累积量均为 ２０１０ 和 ２０１１ 年显著高于 ２０１２ 和
２０１３ 年，常规施氮甘蔗⁃大豆间作下大豆秸秆氮累
积量为 ２０１１年显著高于 ２０１０、２０１２和 ２０１３年．
２􀆰 ３　 减量施氮与甘蔗⁃大豆间作对蔗田氨挥发和淋
溶氮的影响
由表 ５可知，４年中常规施氮单作条件下，蔗田
氨挥发量均高于其他处理，且在 ２０１１、２０１２ 和 ２０１３
年均达到显著水平；另外，在 ２０１０、２０１１ 和 ２０１２ 年，
常规施氮水平下氨挥发量均高于减量施氮水平，且
在 ２０１１年差异显著．从年际间来看，２０１１ 年各处理
下蔗田氨挥发量均显著高于其他 ３ 年；减量施氮水
平下，２０１２ 和 ２０１３ 年蔗田氨挥发量无论单作或是
间作均显著高于 ２０１０ 年；常规施氮水平下，２０１２ 和
２０１３年甘蔗单作蔗田氨挥发量显著高于 ２０１０ 年，
甘蔗⁃大豆间作蔗田氨挥发量在 ３ 年间无显著差异．
４年来，各处理下蔗田氮淋溶量均无显著差异．从年
表 ４　 减量施氮和甘蔗⁃大豆间作对大豆豆荚和秸秆氮累积量的影响
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒａｔｅｓ ａｎｄ ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ ｏｎ ｓｏｙｂｅａｎ ｐｏｄ ａｎｄ ｓｔａｌｋｓ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｃｃｕｍｕ⁃
ｌａｔｉｏｎ （ｋｇ·ｈｍ－２）
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
豆荚 Ｐｏｄ
２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３
秸秆 Ｓｔａｌｋ
２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３
ＭＢ ６６．２９±１．７０Ｂａ ８７．３１±６．４４Ａａ ４０．２８±４．６４Ｃａ ４５．０２±４．５５Ｃａ ９７．８４±２．５５Ａａ １１３．９３±１１．１９Ａａ ４３．５３±１．７９Ｂａ ５０．３９±３．１３Ｂａ
ＭＳ⁃Ｎ１ － － － － － － － －
ＳＢ２ ⁃Ｎ１ ４１．２５±４．０５Ｂｃ ６７．８３±４．３８Ａａ ２７．１１±１．７５Ｃｂ ３０．５３±１．３３Ｃｂ ６１．４９±４．５２Ａｂ ６６．６１±２．７８Ａｂ ２５．０２±６．２４Ｂｂ ２５．９２±５．８３Ｂｂ
ＭＳ⁃Ｎ２ － － － － － － － －
ＳＢ２ ⁃Ｎ２ ５３．４４±３．３１Ａｂ ６２．１９±４．８１Ａａ ２０．２８±１．１８Ｂｂ ２２．５３±０．７２Ｂｂ ３９．６６±３．２３Ｂｃ ６４．７６±１１．５４Ａｂ ２７．０９±３．８９Ｂｂ ２９．４９±３．９３Ｂｂ
表 ５　 减量施氮和甘蔗⁃大豆间作对氨挥发和氮淋溶的影响
Ｔａｂｌｅ ５　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ ｏｎ ａｍｍｏｎｉａ ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｎｉｔｒｏ⁃
ｇｅｎ （ｋｇ·ｈｍ－２）
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
氨挥发量 Ａｍｍｏｎｉａ ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３
淋溶氮量 Ｌｅａｃｈｉｎｇ ｎｉｔｒｏｇｅｎ
２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３
ＭＢ － － － － － － － －
ＭＳ⁃Ｎ１ ０．３１±０．０６Ｃａ ８．０４±０．２９Ａｃ ０．５７±０．０２ＢＣｂ ０．９６±０．０５Ｂａ ６８．４４±６．２２Ｂａ １７２．０７±２７．５８Ａａ ６０．７１±２．８９Ｂａ ９０．０４±１．０６Ｂａ
ＳＢ２ ⁃Ｎ１ ０．３３±０．１４Ｃａ ６．９９±０．０８Ａｂｃ ０．５６±０．０１ＢＣｂ ０．７４±０．０３Ｂｂ ４４．４４±１６．６０Ｂａ １０１．０４±１４．１３Ａａ ６０．８１±２．９２Ｂａ ８３．２５±７．５１ＡＢａ
ＭＳ⁃Ｎ２ ０．５９±０．１５Ｃａ １０．３０±０．２４Ａａ １．１１±０．１３Ｂａ ０．９７±０．０２ＢＣａ ６３．９９±８．８７Ｂａ １６５．８７±４０．２８Ａａ ６０．２４±２．２３Ｂａ ７８．２０±１．１５Ｂａ
ＳＢ２ ⁃Ｎ２ ０．５２±０．１８Ｂａ ８．９９±０．５２Ａｂ ０．６０±０．０３Ｂｂ ０．８３±０．０３Ｂｂ ８４．８１±１９．７１Ｂａ １３９．６３±２０．１２Ａａ ５９．４６±３．０１Ｂａ ７８．９２±２．９５Ｂａ
１２８３期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 刘　 宇等： 减量施氮与大豆间作对蔗田氮平衡的影响　 　 　 　 　
表 ６　 甘蔗⁃大豆间作系统中的氮素平衡
Ｔａｂｌｅ ６　 Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｂａｌａｎｃｅ ｉｎ ｓｕｇａｒｃａｎｅ－ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ （ｋｇ·ｈｍ－２）
年
Ｙｅａｒ
处 理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
氮输入 Ｎ ｉｎｐｕｔ
化肥氮
Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
Ｎ
大豆固氮
Ｆｉｘｅｄ
Ｎ
种子氮
Ｓｅｅｄ
Ｎ
大豆秸秆氮
Ｓｔｒａｗ
Ｎ
氮输出 Ｎ ｏｕｔｐｕｔ
甘蔗氮
Ｓｕｇａｒｃａｎｅ
Ｎ
豆荚氮
Ｂｅａｎ
ｐｏｄ Ｎ
氨挥发
Ａｍｍｏｎｉｕｍ
ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
淋溶氮
Ｌｅａｃｈｉｎｇ
Ｎ
氮素盈亏
Ｐｒｏｆｉｔ ａｎｄ
ｌｏｓｓ Ｎ
２０１０ ＭＢ － １５０．４９ ７．８６ ９７．８４ － ６６．２９ － － １８９．９０ｃ
ＭＳ⁃Ｎ１ ３００ － ２０．７０ － ８６．７５ － ０．３１ ６８．４４ １６５．２０ｃ
ＳＢ２ ⁃Ｎ１ ３００ ７６．６９ ２４．６３ ６１．４９ ９５．９１ ４１．２５ ０．３３ ４４．４５ ２８０．８７ｂ
ＭＳ⁃Ｎ２ ５２５ － ２０．７０ － １２４．７３ － ０．５９ ６３．９９ ３５６．３９ａ
ＳＢ２ ⁃Ｎ２ ５２５ ７４．３４ ２４．６３ ３９．６６ １２４．８３ ５３．４４ ０．５２ ８４．８１ ４００．０３ａ
２０１１ ＭＢ － １１５．３５ ７．８６ １１３．９３ － ８７．３１ － － １４９．８３ａｂ
ＭＳ⁃Ｎ１ ３００ － ２０．７０ － ２０６．８０ － ８．０４ １７２．０７ －６６．２２ｃ
ＳＢ２ ⁃Ｎ１ ３００ ７４．８７ ２４．６３ ６６．６１ １７３．３４ ６７．８３ ６．９９ １０１．０４ １１６．９１ｂ
ＭＳ⁃Ｎ２ ５２５ － ２０．７０ － １９０．３６ － １０．３０ １６５．８７ １７９．１７ａｂ
ＳＢ２ ⁃Ｎ２ ５２５ ５８．９６ ２４．６３ ６４．７６ １８５．６８ ６２．１９ ８．９９ １３９．６３ ２７６．８６ａ
２０１２ ＭＢ － ６０．３４ ７．８６ ４５．１８ － ４０．２８ － － ７３．１０ｃ
ＭＳ⁃Ｎ１ ３００ － ２０．７０ － １７６．８１ － ０．５７ ６０．７１ ８２．６１ｃ
ＳＢ２ ⁃Ｎ１ ３００ ３０．２４ ２４．６３ ２６．３３ １５４．６５ ２７．１０ １．１２ ６０．８１ １３７．５２ｂ
ＭＳ⁃Ｎ２ ５２５ － ２０．７０ － １６２．４７ － ０．５６ ６０．２４ ３２２．４３ａ
ＳＢ２ ⁃Ｎ２ ５２５ ３０．９７ ２４．６３ ２８．３１ １８４．２０ ２０．２８ ０．６０ ５９．４６ ３４４．３７ａ
２０１３ ＭＢ － ７８．４５ ７．８６ ５０．３９ － ４５．０２ － － ９１．６８ｃ
ＭＳ⁃Ｎ１ ３００ － ２０．７０ － １１６．３３ － ０．９６ ９０．０４ １１３．３７ｃ
ＳＢ２ ⁃Ｎ１ ３００ ３０．９８ ２４．６３ ２５．９２ １１７．９３ ３０．５３ ０．７４ ８３．２５ １４９．０８ｂｃ
ＭＳ⁃Ｎ２ ５２５ － ２０．７０ － １４０．８１ － ０．９７ ７８．２０ ３２５．７２ａ
ＳＢ２ ⁃Ｎ２ ５２５ ２０．８０ ２４．６３ ２９．４９ １９５．２９ ２２．５３ ０．８３ ７８．９２ ３０２．３５ａ
际间来看，２０１１年各处理蔗田氮淋溶量显著高于其
他 ３年，其他 ３年各处理间均无显著差异．这可能是
由于 ２０１１年降雨量较其他 ３年大，导致蔗田氮素大
量淋溶损失．
２􀆰 ４　 减量施氮与甘蔗⁃大豆间作对蔗田氮素盈亏的
影响
由表 ６可知，从氮素盈亏来看，除 ２０１１ 年甘蔗
单作减量施氮水平下出现氮素亏缺外，其余不同年
份、不同种植模式下的氮素都处于盈余状态，但是施
氮水平显著影响了种植系统中氮素的盈亏．常规施
氮水平下氮素盈余量显著高于减量施氮处理，过高
的氮素盈余增加了氮素污染农田环境的风险．大豆
单作由于自身的生物固氮作用和秸秆还田，氮素也
有一定的盈余．减量施氮水平下，４ 年来甘蔗⁃大豆间
作氮素盈余显著高于甘蔗单作，特别是 ２０１１年甘蔗
单作出现了氮素亏损，间作下则盈余，表明减量施氮
下间作有利于降低氮素亏缺的风险．综合来看，常规
施氮水平下，无论甘蔗单作还是甘蔗⁃大豆间作，除
２０１１ 年外，其余 ３ 年蔗田氮素盈余都高于 ３００
ｋｇ·ｈｍ－２，处于高盈余水平，增加了氮素污染农田环
境的风险．而减量施氮水平下，蔗田氮素盈余则约为
１００ ｋｇ·ｈｍ－２ ．另外，甘蔗单作减量施氮处理可能造
成蔗田氮素亏缺（２０１１ 年），甘蔗⁃大豆间作减量施
氮处理则不会出现亏缺．这表明甘蔗⁃大豆间作与减
量施氮既保证了蔗田氮素有一定盈余，又避免了盈
余过高而污染农田生态环境．
３　 讨　 　 论
从氮素输入来看，在间作体系中，由于豆科作物
对土壤无机氮的竞争能力弱于禾本科作物［３２］，其固
氮效率往往高于单作．在本研究中，４ 年来大豆单作
固氮效率均高于间作，且在 ２０１２ 和 ２０１３ 年达到显
著水平．有研究表明，蚕豆在较高氮水平下倾向于从
土壤中吸收氮素，而不是共生固氮［３３］ ．本研究中，单
作大豆中没有施氮，而间作条件下施了大量的氮肥，
可能是导致间作大豆固氮效率下降的原因．另外，４
年的单作固氮量均显著高于间作固氮量，这主要是
因为单作条件下每公顷大豆的生物量是间作的 ２
倍．本研究中，甘蔗生长期长达 １２ 个月，有足够的时
间分解作物秸秆；大豆秸秆采取还田处理，实现养分
循环利用，保持土壤养分和微生物生物量［３４］，在一
定程度上增加了蔗田氮素盈余，且大豆单作显著高
于甘蔗⁃大豆间作，主要原因还是单作条件下每公顷
大豆的生物量是间作的 ２ 倍．综合来看，甘蔗⁃大豆
２２８ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
间作由于大豆固氮作用和大豆秸秆还田能在一定程
度上增加蔗田氮素盈余．
从氮素输出来看，４ 年来甘蔗收获时的氮素累
积量除 ２０１３年各处理间存在显著差异外，其余 ３ 年
各处理间均无显著差异，说明减量施氮没有显著影
响甘蔗氮素累积．单作大豆豆荚氮累积量均高于间
作，主要是因为单作条件下每公顷大豆的生物量是
间作的 ２倍．影响农田氨挥发损失的因素主要包括：
土壤因素（土壤质地、通气状况、ｐＨ、土壤含水量和
温度等）、农业措施（氮肥品种、施肥量、施肥和灌溉
方式）和气候因素（温度、降水和光照）等［３５］ ．本研究
中，４ 年来常规施氮的氨挥发量均高于减量施氮水
平，并且在 ２０１１和 ２０１２年达到显著水平，说明当氮
肥施用量提高， 氮的损失量也会相应提高．这与乔
峻等［３６］的研究结果一致．在常规施氮水平下，间作
下氨挥发量均比单作低，说明高施氮量下间作具有
降低蔗田氨挥发的作用．但是从整个氮平衡看，氨挥
发只占蔗田氮输出的很小一部分，这与王肖娟等［３７］
认为氨挥发不是氮素损失的主要途径相一致．施肥
量是影响农田土壤 ＮＯ３
－ ⁃Ｎ 淋失的重要因素之一，
过量或不当施肥会导致硝酸盐在土壤中大量积累，
进而出现淋溶现象［３８］ ．本研究中，４年来不同处理下
蔗田氮淋溶量均未产生显著差异，可能是由于在甘
蔗的种植过程中不断培土，甘蔗垄高于田平面达 ３０
ｃｍ，而华南地区降雨较多，大量的氮素经过表层冲
洗流失掉了．具体原因还有待进一步研究．但是在蔗
田氮平衡中，氮淋溶是氮素损失的重要途径，特别是
在 ２０１１年减量施氮甘蔗单作处理下，由于氮淋溶损
失过多而导致土壤氮库出现了亏损．
在氮平衡的估算方面，从施氮水平看，４ 年来在
减量施氮处理下，除 ２０１１年单作下蔗田氮素出现亏
损外，其余处理下均表现出一定的氮盈余，特别是间
作条件下盈余更多．本课题组经过 ３ 年的试验研究
表明，减量施氮处理对甘蔗产量、品质均未产生显著
影响［３９－４０］，说明减量施氮下能够满足蔗田氮素供
应．这与本研究中施氮水平对甘蔗氮累积量未产生
显著影响相一致．而在常规施氮下，蔗田氮素盈余过
高，加之华南地区常年降水量多，容易造成农田氮素
流入附近水域而造成水体污染．从种植模式看，甘蔗
间作能够整合利用土地资源和光、热资源，集约利用
时间和空间，提高单位面积产量，从而获得较好的经
济效益和生态效益［４１－４３］ ．本研究期间，不管常规施
氮还是减量施氮，甘蔗⁃大豆间作处理下蔗田氮盈余
均高于甘蔗单作，而且在减量施氮水平下达到显著
差异，特别是 ２０１１年甘蔗单作减量施氮水平下蔗田
氮素出现亏缺，而甘蔗⁃大豆间作仍有一定盈余，说
明减量施氮水平下甘蔗⁃大豆间作既保证了蔗田一
定的氮素盈余，又避免了盈余过高造成农田生态环
境污染．此外，在蔗田氮平衡的估算中，不同处理下
蔗田氮素基本处于盈余状态，但是土壤氮素在每季
甘蔗收获后是否也有盈余还有待研究．
４　 结　 　 论
通过 ４年的大田试验可知，相比常规施氮，减量
施氮未对甘蔗氮素累积产生显著影响，在间作条件
下减量施氮未对大豆氮豆荚素、秸秆氮素累积产生
显著影响；减量施氮水平下氨挥发量比常规施氮少，
有益于减少氮素损失．甘蔗⁃大豆间作种植模式下，
大豆的固氮效率较大豆单作低，蔗田氮盈余高于甘
蔗单作，且在减量施氮下达到显著水平．通过对氮平
衡的估算可知，常规施氮下蔗田氮素盈余过多，过多
氮素的施入会降低氮肥的利用效率，增加氮素污染
农田环境的风险；减量施氮水平下，蔗田氮素盈余适
中，且甘蔗⁃大豆间作有益于避免因减量施氮而造成
的蔗田氮素亏缺．综合来看，减量施氮能够降低氮素
污染农田环境的风险，节约生产成本，甘蔗⁃大豆间
作有益于培肥地力，增加蔗田氮盈余，而避免蔗田减
量施氮出现氮素亏缺．因此，减量施氮水平下甘蔗⁃
大豆间作种植模式具有一定的生态合理性．
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［３９］　 Ｙａｎｇ Ｗ⁃Ｔ （杨文亭）， Ｌｉ Ｚ⁃Ｘ （李志贤）， Ｌａｉ Ｊ⁃Ｎ （赖
健宁）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｇａｒｃａｎｅ⁃ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ
ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｍａｊｏｒ ａｇ⁃
ｒｏｎｏｍｉｃ ｔｒａｉｔｓ ｏｆ ｓｕｇａｒｃａｎｅ． Ａｃｔａ Ａｇｒｏｎｏｍｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ （作
物学报）， ２０１４， ４０（３）： ５５６－５６２ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［４０］　 Ｌｉ Ｚ⁃Ｘ （李志贤）， Ｗａｎｇ Ｊ⁃Ｗ （王建武）， Ｙａｎｇ Ｗ⁃Ｔ
（杨文亭）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ， ｑｕａｌｉｔｙ， ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ ｏｆ ｓｕｇａｒｃａｎｅ
ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｅｄ ｗｉｔｈ ｓｏｙｂｅａｎ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｅｃｏｌｏｇｙ （应用生态学报）， ２０１１， ２２（３）： ７１３－ ７１９
（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［４１］　 Ｋａｍｒｕｚｚａｍａｎ Ｍ， Ｈａｓａｎｕｚｚａｍａ Ｍ． Ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ
ｐｒｏｆｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｓ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ
ａｓ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐ ｉｎ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｒｅａｓ ｏｆ Ｂａｎｇｌａｄｅｓｈ． Ｂａｎｇｌａｄｅｓｈ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２００７， ３２： ４３３－４４４
［４２］　 Ｇａｎａ ＡＫ， Ｂｕｓａｒｉ ＬＤ． Ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｔｕｄｙ ｉｎ ｓｕｇａｒｃａｎｅ．
Ｓｕｇａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００３， ５： １９３－１９６
［４３］　 Ｆｅｎｇ Ｙ⁃Ｘ （冯奕玺）． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｕｇｒａｃａｎｅ ／ ｐｅａｎｕｔ， ｓｏｙ⁃
ｂｅａｎ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇ ｏｎ ｙｉｅｌｄｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｃｒｏｐｓ． Ｇｕａｎｇｘｉ Ｓｕｇ⁃
ａｒｃａｎｅ ＆ Ｃａｎｅｓｕｇａｒ （广西蔗糖）， ２００６（１）： ４６－ ４７
（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
作者简介　 刘　 宇，男，１９８９ 年生，硕士研究生．主要从事循
环农业间套作研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ８２７４１５７１２＠ ｑｑ．ｃｏｍ
责任编辑　 孙　 菊
５２８３期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 刘　 宇等： 减量施氮与大豆间作对蔗田氮平衡的影响