全 文 ：收稿日期：!""#$%!$"# 接受日期：!""&$"!$%’
基金项目：国家“&()”计划项目（!""’*+%""!""）；国家科技支撑计划项目（!""’+,-!.+"&）资助。
作者简介：李玉英（%&’&—），女，河南南召人，博士，副教授，主要从事农业生态与可持续发展研究。/01234：455""6527889 :;
! 通讯作者 <=4："%"$’!()>’#>，/01234：4348;?6 :2@9 =A@9 :;
施氮量和蚕豆 !玉米间作对土壤无机氮
时空分布的影响
李玉英%，!，孙建好)，余常兵%，程 序>，张福锁%，李 隆%!
（% 中国农业大学资源与环境学院，北京 %""%&)；! 南阳师范学院生命科学与技术学院，河南南阳 >()"’%；)甘肃省
农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃兰州 ()""("；> 中国农业大学农学与生物技术学院，北京 %""%&)）
摘要：在田间条件下于 !""’!!""(年研究了不同氮水平下（B "、(.、%."、!!.、)"" C? D 71!）蚕豆 D玉米间作体系与其
相应单作体系土壤无机氮的时空分布规律，旨在为河西走廊灌区蚕豆 D玉米间作体系的氮素管理提供理论依据。
用土钻法采集土壤剖面样品，*2*4!浸提，流动分析仪测定土壤无机氮的方法研究了施氮量和蚕豆 D玉米种间相互
作用对土壤无机氮时间和空间变化特点。结果表明：灌漠土无机氮以 BE$) 0B为主。蚕豆和玉米无机氮含量在蚕
豆收获前种植方式间均无显著性差异，蚕豆收获后至玉米收获，间作显著降低了两种作物各层无机氮含量；无机氮
含量随着施氮量增加而显著增加。蚕豆收获后间作体系 "—%"" :1土层无机氮累积量略高于单作体系，且 "—%""
:1土层无机氮累积量高于 %""—%’" :1土层；玉米收获后，间作蚕豆和玉米土壤无机氮累积量在 "—%"" :1土层分
别平均降低了 .%F(G和 %’F’G，在 %""—%’" :1土层平均降低了 >!F%G和 ’F%G；与不施氮相比，施氮蚕豆和玉米
无机氮累积量在 "—%"" :1 土层分别平均增加了 >"F%G和 #%F.G，在 %""—%’" :1 土层分别增加了 ’&F’G和
>"F’G；与单作体系相比，间作体系 "—%"" :1和 %""—%’" :1土层土壤无机氮分别降低 >)F>G和 )>F%G。因此，施
氮肥显著增加土壤无机氮的累积，而豆科 D禾本科间作减少了土壤无机氮的残留。
关键词：蚕豆 D玉米间作；施氮；无机氮；灌漠土
中图分类号：H)>>F! 文献标志码：, 文章编号：%""#$.".I（!""&）">$"#%.$"&
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植物营养与肥料学报 !""&，%.（>）：#%.$#!)
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氮肥对提高农作物产量效果十分显著，我国已
经成为世界最大的化肥生产国和消费国，按粮食播
种面积计算，全国平均氮肥使用量达 9 /K- @ (#E［/1I］。过量施用氮肥，既严重浪费资源也影响
农产品品质，污染土壤、水体、大气生态环境及降低
生物多样性［I1/E］。L(4: 等［/I］研究发现，大豆 @春小
麦和大豆 @燕麦间作，收获后间作土壤残留的硝态氮
低于单作。M$)B"’+!".’CN$3($’ 和 8!:"5B’$-"5［/D］对不
同比例黑麦 @红三叶草、黑麦 @碗豆间作与碗豆、黑麦
单作研究发现，豆科作物间作 0—G0 3#土层中硝态
氮含量低于单作。叶优良［/<］对不同豆科 @玉米间
作、小麦 @玉米间作的研究表明，蚕豆收获后，间作蚕
豆、大豆、豌豆和玉米土壤硝态氮累积量均低于相应
的单作；玉米收获后，不同作物种植体系表现不一。
O.等［/2］对小麦 @玉米和蚕豆 @玉米间作研究表明，在
相同施氮量条件下，间作显著降低硝态氮在土壤中
的累积。P(.!#4)"和 83()Q,")［/>］通过模型研究发现
间作不但减少了农田养分污染，且保持了稳产。但
大多研究对于豆科 @禾本科间作体系作物生长期无
机氮动态变化尚未涉及。本试验在前期研究［/<1/F］
基础上，探讨了不同施氮条件下，蚕豆 @玉米间作、单
作玉米和单作蚕豆体系中土壤无机氮时空分布的动
态，旨在揭示土壤氮素对豆科结瘤固氮的影响，为基
于根际调控进行豆科 @禾本科间作生态系统施肥策
略提供科学依据，提高氮肥利用率和减少农业生态
环境污染。
) 材料与方法
)*) 供试材料
试验于 E002和 E00>年在甘肃省农业科学研究
院白云试验站（IFRI>S9，/0ERD0ST）进行，该站海拔
/<0D #，年降雨量 /<0 ##，年均气温为 >=> U，年蒸
发量 E0E/ ##，无霜期 /<0 ,左右，日照时数 I0EI (，
!/0U的有效积温为 I0/2U，年太阳辐射总量 /D0
!/试验在不同地块重复两年，E002年和 E00>年前
茬作物分别为大麦和小麦。供试土壤为石灰性灌漠
土，表层土质地为轻壤，E002和 E00>年 0—E0 3#土
壤基本理化性状分别为：BW（WEX，E=< Y /）F=0/、
>=>/，全氮 /=E0、/=I0 - @ K-，有机质 /D=I、/<=/ - @ K-，
速效磷 E>=E0、EE=>E #- @ K-，速效钾 /GI=0G、<<=0<
#- @ K-。播种前 0—E0、E0—D0、D0—20、20—F0、F0—
/00和 /00 3# 以下的土壤容重两年分别为 /=E2、
/=D>、/= 和 /=D>、/=<>、/=/=供试蚕豆品种为临蚕 < 号（ !"#"$ %$&$ O7 3* 7
O.’3$’ 947<），播种日期为 E002年 I月 /F日和 E00>
年 I月 /G日，收获日期为 E002 年 F 月 / 日和 E00>
年 >月 EG日。玉米品种为沈单 /2号（’($ )$*+ O7
3* 7 8("’-,$’ 947/2），播种日期为 E002年 D月 /G日
和 E00>年 D月 /<日，收获日期为 E002年 /0月 D日
和 E00>年 /0月 /日。
)*+ 试验设计
试验采用裂区设计，主处理为氮水平，设：9 0、
><、/<0、EE<、I00 K- @ (#E；副处理为种植方式，即：单
作蚕豆、单作玉米和蚕豆 @玉米间作，I 次重复。间
作按照替代试验方案设计，因此间作和单作作物的
种植规格一致。主区间筑埂，裂区排列；副区随机
排列。试验不施农家肥，各小区均施磷肥（三料过磷
酸钙，ZEX< DD?），施磷量为 Z >< K- @ (#E，播前以基
肥一次性撒施并翻入。氮肥（尿素，含氮量 D2?）按
设计要求分基肥 <0?、拔节肥和大喇叭口肥（结合
灌水）各 E采用带状间作，每小区种 D个组合带，其中一个
组合带为作物生长期间的取样带，另一个为作物成
熟时的计产带。带宽 /=E0 #，每带玉米为 E行，行距
2/F 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 /<卷
为 !"#! $，株距为 !"% $，占地 !"&! $；每带蚕豆为 ’
行，行间距为 !"’! $，株距为 !"’! $，占地 !"#! $；
相邻的玉米行和蚕豆行的距离为 !"% $，小区面积
为 ’("%) $’。单作玉米和单作蚕豆分别种植 *! 行
和 ’!行，小区面积均为 ’’"& $’。作物生长期间充
分灌水、人工除草、中耕及病害防治。
!"# 样品采集与测定
播前基础土壤理化性质参照文献［*+］测定。玉
米出苗后每隔 ’* ,至蚕豆收获，蚕豆与玉米收获期
中间以及玉米收获后共采 )次土样，在采样区按递
进式随机选 ’个采样点（单作和间作作物带均为对
应的作物行中间），采集 !—*!! -$土壤（两次收获
后采集 !—*)! -$，每 ’! -$一层），土样充分混合后
过 ’ $$筛。称取 *’ .土样置封口袋内于 / ’!0冰
箱保存；同时另取一份土样采用烘干法测定土壤含
水量。
浸提前将土样解冻，加入 *!! $1 !"!* $23 4 1
5653’，振荡 * 7，定性滤纸过滤，采用流动分析仪
（89:26;63<=>? %，@A8B C 1DE@@E，F6$G9?.，H>?I
$6;<）测定无机氮（BJ/% IB和 BFC# IB）含量。
土壤硝态氮和铵态氮的含量和累积量参照文献
［*K］计算。土壤无机氮含量和累积量为硝态氮和铵
态氮相应值之和。不同土层的硝态氮、铵态氮和无
机氮含量分别为各层的平均值。间作体系无机氮累
积量为两种间作作物的加权平均值。
数据用 LM-?2=2N: EO->3 ’!!%整理后，采用 P8P统
计软件进行方差分析（P8P Q;=:M:9:>，’!!*）［’!］。
$ 结果与分析
$"! 氮肥和间作对土壤无机氮含量的影响
土壤无机氮浓度反映了当时土壤供氮强度，还
反映了施氮水平对农田生态环境的影响。试验表
明，土壤中无机氮主要以 BJ/% IB为主。在整个生育
期土壤中 BJ/% IB含量平均为 #")# $. 4 R.，是 BFC# IB
含量（!"&% $. 4 R.）的 K"K+ 倍。且 BFC# IB在作物整
个生育期变化不大，不同作物及种植体系之间差异
也不大（图 *）。这与在该地区的有关研究［*K/*)］以
及其他旱地农田生态系统的报道［#，*’/*%］相似。
在整个生育期内，无论蚕豆带或是玉米带，
BJ/% IB含量的变化趋势一致，即：在玉米拔节期较
高，在玉米其他时期较低，而且拔节期后，随着玉米
生育进程的推进其含量是逐渐降低。从图 *看出，
在不同玉米生长时期，蚕豆区和玉米区 BJ/% IB含量
不同。在玉米生长前期（苗期、拔节期和大喇叭口前
期），玉米区 BJ/% IB含量比蚕豆区高；而蚕豆收获
后，在玉米区（*"!( $. 4 R.）于玉米收获时明显比蚕豆
区（’")( $. 4 R.）低。说明作物物种对土壤无机氮含量
的影响，也体现了作物不同生长时期土壤的差异。
图 *还看出，不同作物种植体系对土壤 BJ/% IB
含量的影响，在作物不同生育时期表现也不同。蚕
豆收获前，无论间作蚕豆或间作玉米均比对应的单
作略有增高，但差异不显著；蚕豆收获后（即玉米生
长后期），无论间作蚕豆或是间作玉米的 BJ/% IB含
量则显著低于对应的单作，降幅分别为 **"KS和
K+"%S。在玉米整个生育期内，间作蚕豆和间作玉
米分别比对应的单作区 BJ/% IB含量降低了 *#"!S
和 ’"#S。说明蚕豆收获后，与玉米间作的蚕豆带
中无机氮被间作玉米吸收利用，且蚕豆收获后氮素
有可能向玉米转移。
BJ/% IB含量随着施氮量增加而增加。与不施
氮相比，施氮后蚕豆体系和玉米体系 BJ/% IB分别平
均增加了 %K"’S和 (’"KS（图 *），显示出过量施氮
会存在一定生态环境风险。已有大量研究证明，化
学氮肥会带来环境问题［’，K，(/*’］。因此，优化间作生
态系统中氮肥施用是十分必要的。
$"$ 氮肥和间作对土壤无机氮累积量的影响
’"’"* 土壤无机氮累积的时空动态 氮肥和种间
相互作用对土壤剖面无机氮累积量的影响（图 ’）看
出，!—)!和 )!—*!! -$各土层土壤无机氮绝对累
积量（BJ/% IB与 BFC# IB之和）在蚕豆收获前，!—)!
-$土层间作蚕豆和间作玉米分别比相应单作高
+")S和 ’")S；)!—*!! -$土层高 (")S和 #"+S，
但差异不显著。蚕豆收获后（玉米生长后期）至玉米
收获，两种作物间作中各层无机氮累积量均显著降
低，!—)! -$ 土层平均降低了 K)"(S和 *+"’S，
)!—*!! -$土层平均降低了 #*"’S和 *"’S。与不
施氮相比，施氮蚕豆和玉米无机氮累积量分别平均
提高了 %)"&S和 #K"+S。但是，与不施氮相比，施
氮蚕豆和玉米无机氮累积量在 !—)! -$土层分别
提高了 ’’"#S和 K!")S；)!—*!! -$ 土层提高了
%!"*S和 #)"*S。尽管两年间试验设计和田间管理
相同，但试验年间土壤无机氮累积量存在显著差异，
可能与土壤的质地结构差异有关。已有研究表明，
土壤质地对其养分含量有明显影响［’*/’%］，本研究结
果反映了作物根系差异以及作物在不同时期对养分
需求的差异。
(*&#期 李玉英，等：施氮量和蚕豆 4玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响
图 ! 氮肥和间作对 "—!"" #$土壤硝态氮和铵态氮含量的影响
%&’(! )**+#,- .* / *+0,&1&23,&.4 345 &4,+0#0.66&4’ .4 /789 :/ 345 /;<= :/ #.4#+,03,&.4- &4 "8!"" #$ -.&1 13>+0
!"!"! 作物收获后土壤无机氮残留 不同种植方
式和施氮量在两作物收获后对土壤无机氮累积的影
响显著。蚕豆收获后，蚕豆和玉米间作处理，各个土
层无机氮累积均呈增加趋势，但不显著（! # $"$%）
（表 &）。在 $—&$$ ’(土层，间作蚕豆和间作玉米无
机氮累积量分别增加了 )"!*和 %"!*；&$$—&)$
’(分别增加了 +"%*和 +",*。但在蚕豆收获时，
氮肥显著影响蚕豆和玉米土壤无机氮累积（ ! -
$"$$$&，表 &）。$—&$$ ’(土层，施氮后蚕豆和玉米
分别平均增加了 .$"&*和 ,&"%*；&$$—&)$ ’(土
层分别增加了 &/"$*和 %."+*，均随施氮量增加而
增加。
,&, 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 &%卷
图 ! 氮肥和间作对不同土层土壤无机氮累积量的影响
"#$%! &’’()*+ ,’ - ’(.*#/#01*#,2 123 #2*(.).,44#2$ ,2 #2,.$12#) - 1))565/1*#,2 #2 3#’’(.(2* +,#/ /17(.+
玉米收获后，无论蚕豆或玉米由于种间相互作
用使各个土层无机氮累积量均显著地低于相应的单
作（表 !）。在 "—#"、#"—$""、$""—$#"和 "—$#" %&
土层，间作蚕豆分别降低了 #’()*、+)()*、+!($*
和 ),(,*；间作玉米分别降低了 $’(,*、$,(#*、
#($*和 $,(,*。但施氮肥处理，即使在作物全部收
获后，随着施氮量增加土壤无机氮仍呈增加趋势。
与不施氮相比，"—$"" %&土层，施氮比对照蚕豆和
玉米分别增加了 +"($*和 -$()*；在 $""—$#" %&
土层分别增加了 #.(#*和 +"(#*。
.$-+期 李玉英，等：施氮量和蚕豆 /玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响
表 ! 氮肥和间作对蚕豆 "—!#" $%土层土壤无机氮累积量的影响（两次收获）
&’()* ! +,,*$-. /, 0 ,*1-2)23’-2/4 ’45 24-*1$1/66247 /4 24/17’42$ 0 ’$$8%8)’-2/4 /, ,’(’ (*’4 24 "9!#" $% ./2) )’:*1 ’- -;/ <’1=*.-.
采样时间
!"#$%&’(
)&#*
土层深度
!+&% ,*$)-
（.#）
氮水平
/ 0")*
（1( 2 -#3）
无机氮累积量 4’+0("’&. / "..5#5%")&+’（1( 2 -#3）
366780 366980
单作
!&’(%* .0+$$&’(
间作
4’)*0.0+$$&’(
平均
:*"’
单作
!&’(%* .0+$$&’(
间作
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平均
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蚕豆收获
;"<" <*"’
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玉米收获
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注：同行中不同小写字母表示同一氮水平下相同时间种植方式差异达 @J显著水平；同列中不同大写字母表示同一土层相同时间差异达
@J显著水平，下同。
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>?@ 氮肥和间作对土壤无机氮相对累积量的影响
作物种类、作物种植体系和施氮量均影响着土
壤无机氮含量和绝对累积量，但对土壤无机氮相对
累积量影响较小（图 3）。
与 6—?66 .#土层无机氮累积量相比较，6—76
.#土层蚕豆土壤无机氮相对累积量在玉米苗期、拔
节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期和收获后依次为
7?A@J、@EABJ、76A9J、7?A6J、7@A3J和 @CA3J，平
均为 7?A?J；在 76—?66 .# 土层 7 个时期分别为
HCA@J、B6A7J、HEAHJ、HEA6J、HBACJ和 B?A@J，平
均为 HEA6J。蚕豆间作后减少了土壤无机氮在 6—
76 .#土层的相对累积量，但相对而言在 76—?66 .#
土层略高，但均不显著。施氮肥后使 6—76 .#土层
相对累积量高于 76—?66 .#土层，但氮水平间相对
累积量差异不显著。
在 6—?66 .#土层，玉米各层土壤无机氮相对
累积量在其生育期内的趋势与蚕豆的相近，并且种
植方式和氮水平对其相对累积量的影响也与蚕豆的
趋势一致。与 6—?66 .# 土层无机氮累积量相比
较，玉米土壤无机氮在 6—76 .#土层的相对累积量
在其生长的 7 个时期依次为 @EA@J、76ABJ、
@BA?J、7?A?J、7HABJ和 7@A7J，平均为 76ACJ；在
76—?66 .# 土层 7 个时期分别为 B6A@J、HEA7J、
B@AEJ、HCA7J、H7A7J和 HBABJ，平均为 HEAHJ。
63C 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ?@卷
表 ! 氮肥和间作对玉米 "—#$" %&土层土壤无机氮累积量的影响
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采样时间
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土层深度
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氮水平
/ 0")*
（1( 2 -#3）
无机氮累积量 4’+0("’&. / "..5#5%")&+’（1( 2 -#3）
366780 366980
单作
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间作
4’)*0.0+$$&’(
平均
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单作
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间作
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平均
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蚕豆收获
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玉米收获
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? 讨论
大量研究表明，间作可以减少土壤无机氮累积，
从而减轻了硝酸盐淋洗。J-&)#+0*和 !.-0K,*0［?9］通
过模型分析得出的结论与本研究结论相同。!)5*%$L
’"(*%［3@］研究发现，蚕豆 2大麦和蚕豆 2春小麦两个间
作体系均能减少土壤硝酸盐累积；M"55(""0,L/&*%>*’
等［3F］通过渗漏试验看出，豌豆 2大麦混作体系有少
量硝酸盐的淋洗。在河西走廊灌区蚕豆 2玉米间作
体系中，间作蚕豆土壤硝态氮累积量都低于单作；
与蚕豆间作的玉米在施 / B66 1( 2 -#3水平下低于单
作玉米，在 / @F6 1( 2 -#3 水平下高于单作玉米；随
氮肥用量增加，6—76 .# 硝态氮相对累积量增加，
?66—366 .#相对累积量降低。不同氮水平下土壤
氮素平衡变化表明，小麦 2玉米和蚕豆 2玉米间作增
加了作物对氮素的吸收，减少了土壤氮素盈余和表
观损失，且随施氮量增加而增多。在河西灌区施肥
与灌水结合，氮肥超过一定用量后，硝态氮可能因灌
水和降雨向 366 .#以下土层移动［?F］。在小麦 2玉米
2蚕豆间作体系中设 F个氮水平（/ 6、?66、366、B66、
@66 1( 2 -#3），所有种植方式中土壤剖面硝态氮的累
积量随施氮量的增加而增加。麦收后，小麦带土壤
中累积的硝态氮最多，其次为蚕豆带，玉米带土壤剖
面累积的硝态氮量最少，同时间作明显地减少土壤
剖面硝态氮的累积量。玉米收获后，种蚕豆带土壤
剖面硝态氮累积量比麦收时有明显地增加，土壤中
累积硝态氮由多到少依次为：单作小麦、单作蚕豆、
间作小麦、间作蚕豆、与蚕豆间作的玉米、与小麦间
作的玉米。有机肥与化肥的合理配施有助于降低土
壤硝态氮的累积［?7］。
本研究两年结果显示，蚕豆 2玉米间作，两作物
共生期间作和单作土壤氮素没有显著性差异。蚕豆
收获后，即玉米生长后期，两作物间作带内土壤无机
氮显著降低；玉米收获后，土壤无机氮累积从高至
?3C@期 李玉英，等：施氮量和蚕豆 2玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响
低依次为：单作蚕豆、单作玉米、间作蚕豆、间作玉
米。间作减少了土壤无机氮的累积，进而降低了农
业生态环境污染的发生机率。另外，无论在两作物
共生期或玉米生长后期，施氮都能使土壤无机氮显
著增加；不同土层无机氮累积存在差异，蚕豆和玉
米两次收获后，!""—!#" $%土层的无机氮累积量几
乎占到总累积的 &"’。由于间作体系充分利用了
土壤水分和养分，从而显著降低了土壤氮素盈余和
表观损失，但无论间作或单作，土壤氮素表观损失均
是随着施氮量增加而增加。河西走廊灌区，由于降
水少，灌水就成为保证农业生产的主要措施，都是在
施用氮肥后立即灌水。尽管间作可以减少土壤氮素
损失，但由于当前生产条件限制，土壤中氮素损失还
是比较严重的，几乎一半施氮量会因淋洗至 !"" $%
土层以下而损失。因此，在豆科 (禾本科间作农田生
态系统中，为减少土壤氮素损失（硝酸盐淋洗、氨挥
发过程等），在挖掘豆科生物固氮资源和环境养分的
同时，氮素养分资源管理，要基于根际调控进行合理
的养分投入，达到“开源节能”、“高产、高效”和“环境
友好”的目的。
参 考 文 献：
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