免费文献传递   相关文献

Effect of nitrogen fertilizer on dry matter accumulation and yield in wheat/maize/soybean intercropping systems

不同氮用量下小麦/玉米/大豆周年体系的干物质积累和产量变化



全 文 :书不同氮用量下小麦/玉米/大豆周年体系的
干物质积累和产量变化
陈远学1,陈晓辉1,唐义琴1,张福锁2,陈新平2,张朝春2,刘静1,徐开未1
(1.四川农业大学资源环境学院,四川 成都611130;2.中国农业大学资源与环境学院,北京100193)
摘要:通过2011,2012连续两年田间定位试验,研究了“小麦/玉米/大豆”套作体系在不同氮用量下(小麦,0,60,
120,180,240kgN/hm2,记为 WN1、WN2、WN3、WN4、WN5;玉米,0,97.5,195,292.5,390kgN/hm2,记为 MN1、
MN2、MN3、MN4、MN5;大豆SN1、SN2、SN3、SN4、SN5)的干物质积累和产量变化。结果表明,施氮显著提高了作
物地上部干物质积累量和籽粒产量(犘<0.01)。小麦各时期的干物质积累量和籽粒产量都随氮用量增加而呈增大
趋势,收获期干物质积累量以 WN4 处理最高,为20610kg/hm2,产量以 WN5 处理最高,为8176kg/hm2,但 WN3、
WN4、WN5 间无显著差异。玉米拔节期、喇叭口期和吐丝期的干物质积累量随氮用量增加而先增大后减小,在
MN3 时达最大;玉米成熟期干物质积累量和产量随氮用量增加而增大,在 MN5 处理最高,分别为13143kg/hm2
和6976kg/hm2,但 MN4、MN5 间差异不显著。大豆在盛花期、收获期的干物质积累和籽粒产量随氮用量增加而
呈先减少再增大的变化趋势,收获期干物质积累和籽粒产量以SN4 处理最高,分别为5457kg/hm2 和1977
kg/hm2,但 MN4、MN5 间差异不显著。小麦/玉米/大豆周年体系的总籽粒产量和产值随氮用量增加而增大,在N5
处理最高,分别为11959kg/hm2 和27288元/hm2,但总产值减去氮投入的产值效益在 N4 时最高,为25196
元/hm2,N3、N4、N5 间无显著差异。小麦、玉米、大豆的产值占体系周年总产值的比重分别为32%,55%,13%,因
此,小麦/玉米/大豆周年体系中玉米为主要作物,其次是小麦,再次是大豆。适宜施氮量小麦为120kg/hm2,玉米
为195~292.5kg/hm2,大豆可据苗情不施或适当追施氮肥,周年体系氮肥用量应为255~382.5kg/hm2。
关键词:小麦;玉米;大豆;套作体系;氮肥;干物质;籽粒产量
中图分类号:S510.62;S143.1  文献标识码:A  文章编号:10045759(2014)01007311
犇犗犐:10.11686/cyxb20140110  
  氮肥是粮食增产的主要肥力因素,对粮食产量增加的贡献率达40%左右[1]。我国是最大的发展中国家,以
占世界7%的耕地养活了22%的人口,但肥料氮的消费量约占全世界肥料氮使用量的1/3[2]。根据近30年的数
据统计[3],我国化肥总使用量持续增长,其中氮肥用量一直居高不下,在生产中,氮肥的盲目施用过量施用、当季
利用率低和环境污染问题三者并存。因此氮肥的合理施用成为农业高产高效和可持续发展的必然要求。
作为传统农业的精华,间套作在农业可持续发展上具有重要意义,在印度、东南亚、拉丁美洲、非洲等世界各
地普遍存在[4],在我国间作种植的耕地面积超过2800×104hm2[5]。四川盆地因光、热、水资源的特殊性,农业生
产有“两季有余,三季不足”的特点,因此四川旱地作物的间套作更是十分广泛,约占旱地种植面积的54%。在传
统的小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)/玉米(犣犲犪犿犪狔狊)、马铃薯(犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿)/玉米、玉米/甘薯(犇犻狅狊犮狅狉犲犪犲狊
犮狌犾犲狀狋犪)等间套作模式基础上,近年来旱地新三熟“小麦/玉米/大豆(犌犾狔犮犻狀犲犿犪狓)”周年间套模式在四川盆地得
到了快速发展,据研究,此模式集禾本科与禾本科、禾本科与豆科套作为一体,有效实现了土地的用养结合和养分
互补,能有效解决当前农村争地、争肥、争劳动力的矛盾[68]。虽然生产中“小麦/玉米/大豆”体系的种植面积在逐
年增加,前人也对小麦、玉米、大豆的栽培和施肥分别作了一些研究[915],但迄今将周年间套体系的3种作物小
麦、玉米、大豆一起作为研究对象的还很少,体系各作物的干物质积累和产量产值关系还缺乏针对性研究。为此,
第23卷 第1期
Vol.23,No.1
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
73-83
2014年2月
收稿日期:20130313;改回日期:20130606
基金项目:四川省科技支撑计划项目(13ZC1993),国家自然科学基金重大国际(地方)合作项目(30890130)和国家现代农业玉米产业技术体系项
目(CARS02)资助。
作者简介:陈远学(1971),男,重庆开县人,副教授,博士。Email:cyxue2002@aliyun.com
通讯作者。Email:xkwei@126.com
本研究利用在四川雅安建立的小麦/玉米/大豆周年体系定位试验,以不同施氮水平为因素,对“小麦/玉米/大豆”
周年间套体系中各作物的干物质积累和产量变化进行了研究,以期为该体系的氮肥合理施用与双高(高产高效)
生产提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
试验于2010年11月12日-2012年10月30日分两年度(2011,2012年)在四川农业大学雅安试验农场定
位进行。试验区属于亚热带季风气候,降雨多集中在7-9月份,全年降雨量可达2000mm,年均温16.2℃。试
验地土壤为紫色湿润雏形土(紫色大土),0~25cm耕层混合土样pH6.27,全氮1.28g/kg、有机质29.8g/kg、
碱解氮178mg/kg、速效钾71.2mg/kg,有效磷35.9mg/kg(NH4F-HCl法)[12]。
1.2 试验材料
供试品种小麦为“川麦37”,由四川省农业科学院作物所选育;玉米为“川单418”,由四川农业大学玉米研究
所选育;大豆为“贡选1号”,由四川省自贡市农业科学研究所选育。试验用肥料为尿素(含N46%),过磷酸钙
(含P2O512%)和氯化钾(含K2O60%),均购于当地门市部。
1.3 试验设计与实施
1.3.1 试验设计 试验在“小麦/玉米/大豆”周年间套作体系中进行,2011和2012年两年的试验设计方案相
同:小麦设5个氮(N)水平,分别为0,60,120,180,240kg/hm2(依次编号为 WN1、WN2、WN3、WN4、WN5),磷、
钾用量一致,为P2O590kg/hm2、K2O90kg/hm2;玉米同样设5个氮(N)水平,分别为0,97.5,195,292.5,390
kg/hm2(分别编号为 MN1、MN2、MN3、MN4、MN5),磷、钾用量一致,为P2O575kg/hm2,K2O105kg/hm2;大
豆作为小麦的后作,试验设计为大豆不施氮、磷、钾肥,因有前作小麦5个氮水平的影响,大豆各处理的基础肥力
不同,分别编号为SN1、SN2、SN3、SN4、SN5。
1.3.2 施肥方法 小麦播种时开深5cm左右的沟,50%的氮和全部磷、钾肥撒于沟内,然后播种回土;另于分蘖
期追施20%的氮,于拔节期追施30%的氮,均遇小雨天撒施。玉米打窝施底肥,窝深15cm左右,30%的氮和全
部磷、钾肥作底肥施于窝内,然后覆土移栽玉米苗;再于玉米拔节期追施30%的氮,于大喇叭口期追施40%的氮,
均采用兑清水冲施于株旁。大豆整个生育期间不施肥。
1.3.3 试验实施 采用田间裂区试验,每个氮水平为一个主裂区,主裂区之间间隔2m,裂区内设置4个小区作
为4次重复,重复间无田间间隔(图1)。小区面积2m×9m=18m2,小区幅宽2m,其中1m种4行小麦,另1
m为套作玉米预留地,即小麦/玉米采用1m/1m的田间配置(图2)。小麦分别于2010年11月12日(2011)和
2011年11月10日(2012)条播,行距25cm,播种量180kg/hm2;待小麦处于扬花期时,在预留地中种2行玉米,
分别于2011年4月6日(2011)和2012年4月5日(2012)采用肥团育苗移栽,玉米窄行距60cm(宽行距140
cm),窝距40cm(图2),每窝栽壮苗2株,密度5.0×104株/hm2;小麦收获后,玉米处于大喇叭口期时在小麦茬
地上点播2行大豆,分别于2011年6月15日(2011)和2012年6月12日(2012)点播,窝距33cm,行距40cm
(图2),每窝定苗2株,播种密度为6.06×104株/hm2。其他田间管理措施同当地高产田。小麦分别于2011年5
月28日(2011)和2012年5月28日(2012)收获(此时玉米处于6片展开叶期);玉米分别于2011年8月8日
(2011)和2012年8月6日(2012)收获(此时大豆处于初花期);大豆分别于2011年10月22日(2011)和2012年
10月30日(2012)收获。
1.4 测定项目与数据分析
1.4.1 干物质积累量 分别于小麦分蘖期(tileringstage,TS)、拔节期(jointingstage,JS)、扬花期(flowering
stage,FS)和成熟期(maturitystage,MS)随机采取20cm×100cm植株;玉米在拔节期(jointingstage,JS)、喇叭
口期(flareopeningstage,FS)、吐丝期(silkingstage,SS)和成熟期(maturitystage,MS)随机采取代表性2窝共4
株;大豆于盛花期(floweringstage,FS)和成熟期(maturitystage,MS)随机采3窝6株。以上植株样品均分茎、
叶、穗(苞)、籽粒制样,105℃杀青30min后70℃烘干称量[16]。
47 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.1
图1 田间试验裂区布置图
犉犻犵.1 犇犻犪犵狉犪犿狊犺狅狑犻狀犵狋犺犲狊狆犾犻狋狆犾狅狋犪狉狉犪狀犵犲犿犲狀狋犻狀狋犺犲犳犻犲犾犱犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋
 
图2 小区布置图
犉犻犵.2 犇犻犪犵狉犪犿狊犺狅狑犻狀犵狋犺犲狆犾狅狋犪狉狉犪狀犵犲犿犲狀狋
 
1.4.2 产量及产量构成 小麦收获1.0m×1.5m测产,用20cm×100cm的样品考种;玉米和大豆全实收测
产,随机采10株考种。
1.4.3 数据处理分析 分别阐述小麦、玉米、大豆的干物质量和产量时,干物质量和产量数据是以小麦、玉米、大
豆实际占用面积(小麦4行占1m,玉米2行占2m,大豆2行占1m)计算的。而在评估小麦/玉米/大豆周年体
系的产量、产值时,小麦、玉米、大豆的产量产值数据是以折算面积计算的(小麦、大豆以50%折算,玉米以100%
折算),因为在整个小区中小麦、大豆作为矮秆作物分别只占了50%的面积,而玉米作为高秆作物覆盖了整个小
区面积。
用Excel2007和SPSS19.0对数据进行统计、方差分析(LSD法)和作图。
2 结果与分析
2.1 不同氮用量下小麦、玉米、大豆干物质积累与分配
2.1.1 小麦干物质积累与分配 平均两年数据(如图3A、图3B所示)可以看出,套作小麦在不同时期均表现地
上部各营养器官的干物质量均随着氮肥用量的不断增加而增加。在分蘖期,WN1~WN5 处理地上部干物质总量
为414~1181kg/hm2,施氮处理比不施氮处理依次增加68.2%,121.3%,156.7%和185.3%;其中 WN4 和
WN5 两个处理间没有显著差异。拔节期小麦茎秆和叶片干物质量分别随着氮肥用量的增加而增加,WN1 处理
茎秆的干物质量为985kg/hm2,叶片干物质量为1025kg/hm2;从 WN2~WN5 处理,茎秆干物质量依次比 WN1
57第23卷第1期 草业学报2014年
增加52.9%,95.0%,96.7%和111.3%,叶片干物质量依次比 WN1 增加46.8%,113.4%,146.2%和162.2%,
但 WN3、WN4 和 WN5 三个处理间差异不显著。小麦扬花期地上部总干物质量以 WN5 处理最大,为9683
kg/hm2,其中茎秆5266kg/hm2,叶片1308kg/hm2,穗重715kg/hm2;WN5 处理的茎秆干物质量依次比WN1~
WN4 增加20.0%,26.7%,45.4%和45.4%,叶片依次增加26.4%,78.2%,111.7%和121.7%,穗依次增加
42.8%,94.9%,94.9%和112.1%,和拔节期结果一样,WN3、WN4 和 WN5 三个处理间差异也不显著。在收获
期,小麦茎秆和叶片干物质量依然随着施氮量的增加而增加,但穗(颖壳和籽粒)部分干物质量从 WN1~WN5 先
增大后减小,以 WN4 处理最大;地上部总干物质量也以 WN4 处理最大,WN3(19373kg/hm2)、WN4(20610
kg/hm2)、WN5(20548kg/hm2)三处理间差异不显著;其中 WN4 处理小麦茎秆干物质量(6881kg/hm2)依次比
WN1~WN5 增加23.0%,55.0%,68.6%和74.0%,叶片干物质量(2227kg/hm2)依次比 WN1~WN5 增加
26.9%,77.6%,111.4%和128.0%,颖壳干物质量(2706kg/hm2)依次比 WN1~WN5 增加24.9%,70.4%,
92.2%和83.8%,籽粒干物质量(8735kg/hm2)依次比 WN1~WN5 增加30.1%,73.2%,74.1%和68.1%。
从各营养器官的干物质量随着氮肥用量的变化情况来看,茎秆和叶片各时期都表现为随着氮肥用量的增加
而生物量不断增加,说明氮肥有利于套作小麦茎秆和叶片的生物量积累;收获期小麦穗(颖壳和籽粒)干物质量并
没有随着施氮量的增加而不断增加,说明施氮量过高,影响了套作小麦穗的干物质积累。小麦在拔节期叶片干物
质量和茎秆干物质量相当,拔节期以后茎秆干物质量迅速积累,约为叶片的3倍,并且相同氮水平下茎秆的干物
质从拔节期到扬花期在不断积累,叶片从拔节期到扬花期干物质为正积累,扬花期以后为负积累。
2.1.2 玉米干物质积累与分配 两年的试验结果所示(如图3C、图3D),施氮可以明显增加套作玉米地上部干
物质的积累,但是玉米在收获期之前,从 MN1~MN5 地上部干物质量并没有随着施氮量的增加而不断增加,而
是表现出先增大后降低的趋势。玉米从移栽至拔节期是和小麦的共生阶段,此时小麦处于生长旺盛期(扬花期~
收获期),玉米生长受氮肥和种间竞争共同影响,地上部干物质量积累以 MN3 处理最高,为727kg/hm2,其中茎
秆282kg/hm2,叶片446kg/hm2;MN3 处理干物质积累量与 MN2 处理差异不显著,与 MN1、MN4 和 MN5 差异
显著,是 MN1 的4.3倍,比MN4 和MN5 分别高出23.0%,33.2%。喇叭口期同样是MN3 处理地上部总干物质
量最大,为2370kg/hm2,其中茎秆1150kg/hm2,叶片1221kg/hm2;MN3 的干物质总积累量只与 MN1 不施氮
处理(470kg/hm2)有极显著差异,与其他施氮处理之间差异不显著。吐丝期依然是以 MN3 处理地上部干物质
积累量最大,为4806kg/hm2,其中茎秆2365kg/hm2,叶片1356kg/hm2,穗1085kg/hm2,但是 MN3 与 MN2、
MN4 和 MN5 处理没有显著性差异,只和 MN1 处理(1196kg/hm2)差异极显著。收获期从 MN1~MN5 地上部
生物量随着施氮量的增加不断增加,以 MN5 处理最高,为13143kg/hm2,其中茎秆2980kg/hm2,叶片1390
kg/hm2,穗(苞叶、苞芯和籽粒)8774kg/hm2;MN5 的干物质积累量是 MN1 处理的2.9倍,差异极显著,显著大
于 MN2 处理,增幅达42.6%,但和 MN3、MN4 之间差异不显著。
玉米在收获期之前,茎秆和叶片干物质积累量随着时期的推进不断增大,在拔节期叶片占地上部干物质总积
累量的主要部分,茎秆只占约40%左右;至喇叭口期茎秆和叶片干物质积累量持平;到吐丝期茎秆干物质积累量
反超叶片积累量,约占60%左右,叶片占40%左右;收获期时,除了不施氮处理各营养器官仍在不断积累外,其他
处理非籽粒部分干物质积累量都无显著变化。
2.1.3 大豆干物质积累与分配 如图3E、图3F,两年结果平均可以看出,大豆在盛花期和收获期,地上部干物
质积累量从SN1~SN5 都表现为先降低后增大再降低的趋势,并且两个时期都表现为SN4>SN5>SN1>SN3>
SN2。盛花期时大豆由于受玉米行间影响,地上部干物质积累量以SN4 最大,为2683kg/hm2,其中茎秆1445
kg/hm2,叶片1237kg/hm2;以SN2 处理最低,干物质为1642kg/hm2,其中茎秆831kg/hm2,叶片810kg/hm2,
并且SN2 和SN4 之间差异显著;而SN1 和SN3、SN4 以及SN5 之间无显著差异。收获期地上部总干物质积累量
也是SN4 处理最高,达5457kg/hm2,其中茎秆1711kg/hm2,荚皮1479kg/hm2,籽粒2268kg/hm2,SN4 和SN5
处理间无显著差异,但是与SN1、SN2、SN3 差异极显著;SN2 处理干物质积累量最低,为3531kg/hm2,其中茎秆
1022kg/hm2,荚皮968kg/hm2,籽粒1541kg/hm2,SN1、SN2 和SN3 三处理间无显著差异。
67 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.1
图3 小麦、玉米、大豆各时期地上部干物质积累与分配
犉犻犵.3 犇狔狀犪犿犻犮狊狅犳犱狉狔犿犪狋狋犲狉犪犮犮狌犿狌犾犪狋犻狅狀犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑狋犺狊狋犪犵犲犳狅狉狑犺犲犪狋,犿犪犻狕犲犪狀犱狊狅狔犫犲犪狀
 TS:小麦分蘖期Tileringstage;JS:小麦拔节期Jointingstage;FS:小麦扬花期/大豆盛花期Floweringstage/玉米喇叭口期Flareopeningstage;
SS:玉米吐丝期Silkingstage;MS:成熟期Maturitystage。不同小写字母代表处理间5%水平上差异显著。Differentsmallettersrepresentedsignifi
cantdifferencebetweentreatmentsat0.05level.
 
2.2 不同氮用量下小麦、玉米、大豆的产量
2.2.1 小麦产量和产量构成 如表1所示,小麦穗数、穗粒数和籽粒产量(实收产量)都是随氮用量的增加有逐
渐增加的趋势,2011年施氮处理小麦籽粒产量显著高于不施氮处理,施氮处理分别比不施氮处理增产26.1%,
35.6%,34.8%,54.0%;2012年施氮处理分别比不施氮处理增产35.4%,101.1%,97.1%,73.8%。施氮处理穗
数极显著大于不施氮处理,但是 WN4、WN5 之间无显著差异。穗粒数随着施氮量的增加先增加后减少,但
WN3、WN4 和 WN5 之间无显著差异,说明施氮有利于穗粒数的增加。与之相反,小麦千粒重的变化有随施氮量
的增加而不断减小的趋势,说明氮肥的投入不利于千粒重的增加。平均两年籽粒产量以 WN5 最高(为8176
77第23卷第1期 草业学报2014年
kg/hm2),其与 WN2、WN1 差异显著,但和 WN4、WN3 之间没有显著的差异。由此可知,该体系下套作小麦推荐
施氮量以120kg/hm2 为佳。
2.2.2 玉米产量和产量构成 如表2所示,玉米籽粒产量(实收产量)随着施氮量的增加而增加,施氮处理玉米
产量极显著地高于不施氮处理,但 MN4 与 MN5 间没有显著的差异。2011年籽粒产量以 MN5 处理最高(为
7284kg/hm2),施氮处理分别比不施氮处理增产98.3%,123.1%,108.5%和129.4%;2012年籽粒产量以 MN4
最高(为6762kg/hm2),施氮处理分别为不施氮处理的24.2,36.4,41.6和41.0倍,两年平均产量以 MN5 处理
最高(为6976kg/hm2),施氮处理分别比不施氮处理增产2.09,2.91,3.01和3.18倍。玉米穗数随着氮肥用量
的增加先增加后降低;玉米穗粒数、千粒重随着施氮量的增加有不断增加的趋势,并且和籽粒产量规律相似,施氮
处理显著高于不施氮处理,但 MN3、MN4 和 MN5 之间无显著差异。由此可看出,该体系下套作玉米的推荐施氮
量为195~292.5kg/hm2。
表1 小麦籽粒产量及产量构成
犜犪犫犾犲1 犌狉犪犻狀狔犻犲犾犱犪狀犱狔犻犲犾犱犮狅犿狆狅狀犲狀狋狊狅犳狑犺犲犪狋
年份
Year
处理
Treatment
穗数
Spikenumber(×106No./hm2)
穗粒数
Grainsnumber(No./穗Spike)
千粒重
1000seedweight(g)
籽粒产量
Grainyield(kg/hm2)
2011 WN1 3.9cB 40.0bA 46.6aA 6230cB
WN2 4.0cB 41.8abA 46.7aA 7856bAB
WN3 5.2bA 43.8aA 43.0bB 8446abA
WN4 6.0abA 42.8abA 39.4cC 8400abAB
WN5 6.0aA 40.8abA 42.6bB 9594aA
2012 WN1 3.3cC 29.0cB 44.4aA 3889dC
WN2 4.8bB 33.5bcAB 44.9aA 5264cB
WN3 5.8aAB 40.2abAB 45.0aA 7819aA
WN4 6.2aA 48.9aA 35.1bB 7666abA
WN5 6.4aA 43.8abAB 31.0cC 6758bA
平均Average WN1 3.6dB 34.5cB 45.5aAB 5059cC
WN2 4.4cB 37.6bcAB 45.8aA 6560bBC
WN3 5.5bA 42.0abAB 44.0bB 8132aA
WN4 6.1abA 45.8aA 37.2cC 8033aAB
WN5 6.2aA 42.3abAB 36.8cC 8176aA
 同列不同大小写字母分别表示差异达1%和5%显著水平。下同。Differentcapitalandsmallettersinsamecolumnrepresentedsignificantdiffer
enceatthe1%and5%levelsrespectively.Thesamebelow.
2.2.3 大豆产量和产量构成 如表3所示,两年大豆籽粒产量(实收产量)的变化规律相似,都表现为从SN1~
SN5 先降低后又显著增大。两年平均产量以SN4 最高(为1977kg/hm2),SN3 最低(为1254kg/hm2),SN4 与
SN1、SN2、SN3 间有极显著的差异,依次比SN1~SN3 增产31.3%,53.0%和57.7%,SN4 与SN5 间差异不显著。
大豆收获株数有从SN1~SN5 逐渐减小的趋势,株粒数从SN1~SN5 有增大的趋势,而千粒重从SN1~SN5 有不
断降低的趋势,但SN1、SN2、SN3 间和SN4 与SN5 间差异都不显著。
2.3 小麦/玉米/大豆周年体系总产量、产值及效益
体系周年产量和产值如表4所示,平均两年数据,3种作物产量和产值均随着施氮量的增加而有逐渐增加的
趋势,小麦和玉米的籽粒产量都以N5 处理最高,分别为4088和6976kg/hm2,大豆籽粒产量从N1~N5 先减少
后增大,以N4 处理最高,为989kg/hm2;体系周年总产量和总产值均以 N5 处理最高,分别为11959和27288
元/hm2,说明施氮有利于小麦/玉米/大豆周年体系增产,但N4 与N5 间差异并不显著。小麦/玉米/大豆周年体
87 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.1
系中,小麦、玉米、大豆的产值占周年体系总产值的比重在不施氮处理下分别为44%,29%和27%,在施氮处理下
分别为32%,55%和13%,说明实际生产条件下小麦/玉米/大豆体系中最主要的作物是玉米,其次是小麦,再次
是大豆,在使该体系中3种作物均衡增产的同时更要注重玉米的增产稳产。全年总产值减去氮肥投入后的产值
变化是N4>N5>N3>N2>N1,其中N3、N4 和N5 间无显著差异。该体系全年氮肥总投入超过382.5kg/hm2
时年收益将会下降,因此体系周年适宜氮用量为255~382.5kg/hm2,以255kg/hm2 最佳。
表2 玉米籽粒产量及产量构成
犜犪犫犾犲2 犌狉犪犻狀狔犻犲犾犱犪狀犱狔犻犲犾犱犮狅犿狆狅狀犲狀狋狊狅犳犿犪犻狕犲
年份
Year
处理
Treatment
穗数
Spikenumber(×104No./hm2)
穗粒数
Grainsnumber(No./穗Spike)
千粒重
1000seedweight(g)
籽粒产量
Grainyield(kg/hm2)
2011 MN1 4.1bC 369cB 225cB 3176cB
MN2 4.7aA 550bA 269bA 6298bA
MN3 4.5aAB 601aA 282aA 7085abA
MN4 4.6aA 565abA 278abA 6621abA
MN5 4.4bBC 551bA 285aA 7284aA
2012 MN1 3.2bB 57cC 131cC 159cC
MN2 5.1aA 415bB 208bB 4005cB
MN3 4.9aA 524aA 220bAB 5939bA
MN4 5.0aA 535aA 231abAB 6762aA
MN5 4.9aA 568aA 246aA 6669aA
平均Average MN1 3.7cB 214cC 178dC 1667dC
MN2 4.9aA 482bB 238cB 5151cB
MN3 4.7abA 562aA 251bcAB 6512bA
MN4 4.8abA 550aA 254abAB 6692abA
MN5 4.6bA 559aA 265aA 6976aA
表3 大豆籽粒产量及产量构成
犜犪犫犾犲3 犌狉犪犻狀狔犻犲犾犱犪狀犱狔犻犲犾犱犮狅犿狆狅狀犲狀狋狊狅犳狊狅狔犫犲犪狀
年份
Year
处理
Treatment
株数
Plantsnumber(×105No./hm2)
株粒数
Grainsnumber(No./株Plant)
千粒重
1000seedweight(g)
籽粒产量
Grainyield(kg/hm2)
2011 SN1 1.13aA 140bB 236aA 1707bB
SN2 1.10abAB 139bB 226abA 1571bB
SN3 1.09abcAB 131bB 228abA 1615bB
SN4 1.05bcB 230aA 229abA 2698aA
SN5 1.03cB 215aA 219bA 2485aA
2012 SN1 0.84aA 87aA 138aA 1304aA
SN2 0.83aA 82aA 142aA 1013bAB
SN3 0.81aA 111aA 136aA 893bB
SN4 0.77aA 107aA 134aA 1256aA
SN5 0.78aA 113aA 131aA 1092abAB
平均Average SN1 0.99aA 113bB 187aA 1506bBC
SN2 0.97aAB 110bB 184aA 1292bB
SN3 0.95abAB 121bB 182aA 1254bB
SN4 0.91bB 168aA 182aA 1977aA
SN5 0.90bB 164aA 175bA 1789aAB
97第23卷第1期 草业学报2014年
表4 2011年和2012年小麦/玉米/大豆体系年总产量、产值
犜犪犫犾犲4 犜狅狋犪犾狔犻犲犾犱犪狀犱犲犮狅狀狅犿犻犮狅狌狋狆狌狋狅犳狋犺犲犪狀狀狌犪犾狊狔狊狋犲犿犻狀2011犪狀犱2012
年份
Year
处理
Treatment
氮总用量
TotalN
application
(kg/hm2)
体系周年产量Totalgrain
yieldoftheannualsystem(kg/hm2)
小麦
Wheat
玉米
Maize
大豆
Soybean
总计
Total
增产率
Increase
rate
(%)
年产值
Annualoutput(元Yuan/hm2)
小麦
Wheat
玉米
Maize
大豆
Soybean
总计
Total
总产值-氮投入
Removenitrogen
output
(元Yuan/hm2)
2011 N1 0 3115 3176 854 7144dC - 6697 6670 3365 16732dC 16732cC
N2 127.5 3928 6298 786 11011cB 54 8445 13226 3097 24768cB 24203bB
N3 255 4223 7085 808 12116bAB 70 9079 14879 3184 27141bAB 26010abAB
N4 382.5 4200 6621 1349 12170bAB 70 9030 13904 5315 28249bA 26552abAB
N5 510 4797 7284 1243 13323aA 87 10314 15296 4897 30507aA 28245aA
2012 N1 0 1945 159 652 2755dD - 3890 353 2993 7235dD 7235dD
N2 127.5 2632 4005 507 7143cC 159 5264 8891 2327 16482cC 15908cC
N3 255 3910 5939 447 10295bB 274 7820 13185 2052 23056bB 21909bB
N4 382.5 3833 6762 628 11223aA 307 7666 15012 2883 25560bB 23839aA
N5 510 3379 6669 546 10594bAB 285 6758 14805 2506 24069aA 21774bB
平均 N1 0 2530 1667 753 4950dC - 5294 3511 3179 11984dD 11984cC
Average N2 127.5 3280 5151 646 9077cB 107 6855 11058 2712 20625cC 20055bB
N3 255 4066 6512 627 11205bcAB 172 8450 14032 2618 25099bB 23959aA
N4 382.5 4017 6692 989 11697abAB 189 8348 14458 4099 26905aAB 25196aA
N5 510 4088 6976 895 11959aA 186 8536 15051 3702 27288aA 25010aA
 产值计算采用当地当年收购价:2011年,小麦2.15元/kg,玉米2.10元/kg,大豆3.94元/kg;2012年,小麦2.00元/kg,玉米2.22元/kg,大豆
4.59元/kg。尿素价格2011年2.04元/kg,2012年2.07元/kg。Annualeconomicoutputarecountedaccordingtounitpriceatlocalyearandplace:
in2011,wheatis2.15yuan/kg,cornis2.10yuan/kgandsoybeanis3.94yuan/kg;in2012,wheatis2.00yuan/kg,cornis2.22yuan/kg,soybean
is4.59yuan/kg.Ureapricein2011is2.04yuan/kgandin2012is2.07yuan/kg.
3 讨论
资源的有效利用是间套作优势的生物学基础,一是充分利用地上部光热资源,不同的植物具有不同的光适应
特性[17],例如高秆和矮秆、禾本科和豆科、窄叶作物和宽叶作物、喜光作物和耐荫作物等的结合,间作套种能得到
更多的积温和光照,为作物高产创造条件;二是充分利用地下部水分和养分,这是由于间套作物的根系深浅、疏
密不一,根系的密集分布范围也不同,能够更好地利用不同土层的养分和水分[18]。本小麦/玉米/大豆周年间套
体系中,小麦和玉米同属于禾本科作物,禾本科与禾本科间作虽然具有产量优势,但两作物在共生期也存在竞争。
已有报道[1922]指出,小麦竞争能力强于玉米。小麦/玉米间套作中,在前期,小麦较玉米处于营养竞争优势;在竞
争结束后,由于玉米在地下部扩大了养分吸收空间和范围,植株对养分吸收得到了明显恢复[23],因此生物量和产
量也得到相应的恢复。本试验中,小麦在扬花期和扬花期以前,生物量都是随着施氮量的增加而增加,此时的体
系中只有小麦单一作物,当扬花期后玉米套作其中,小麦的生物量变化规律改变,收获期时地上部生物量以 WN4
最大,WN5 略微降低,说明从小麦扬花期至小麦收获期,小麦和套种玉米产生了一定的养分和空间等资源的竞
争,小麦处于竞争优势地位,玉米处于竞争相对弱势地位。至小麦和玉米共生期结束,玉米拔节期时地上部生物
量2011年以 MN2 处理最高,2012年以 MN3 处理最高,这是因为共生期玉米的生长既受氮肥的促进作用又受小
麦的抑制作用,低氮肥处理中小麦群体长势欠佳,小麦对玉米的竞争抑制作用要小于高氮肥处理。小麦收获后玉
米的生态位得到恢复和提高,尽管在玉米大喇叭口期时又在行间套进了大豆,但是玉米相对大豆处于竞争优势地
位,氮肥促进玉米生长的效应在小麦玉米共生期后逐渐得到加强,至收获时两年均以 MN5 处理的生物量最大。
大豆具有一定的自生固氮能力,并且为直根系深根作物,玉米为须根系浅根作物,二者可以充分利用不同层
08 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.1
次的水和矿质元素,有研究表明[24],当玉米与间作大豆根系完全相互作用时,玉米根系可以竞争到更多养分和水
分,从而促进玉米生长,最终促进其生物量的增加。李少明等[25]通过实验得出,玉米对氮的竞争能力比大豆强,
玉米生长始终处于优势地位,大豆生长处于不利地位,大豆对玉米吸收利用氮素具有促进作用。多数研究结
果[2627]认为,间作中存在豆科向禾本科的氮素转移。雍太文等[28]通过实验表明玉米和大豆间都有氮素转移,是
双向的,并以互惠为主[29]。本试验中,大豆生长既受玉米长势好坏的影响,又受土壤氮水平不同的影响。从
SN1~SN5大豆生物量表现为先降低后升高再降低。先降低是由于低氮肥处理中玉米长得小,其竞争作用较弱,
对大豆遮荫抑制作用较小;随着氮肥用量的增加,玉米植株长势旺盛,玉米对行间大豆的遮荫抑制作用也随之加
剧,致使大豆生长受到严重影响;两年数据显示在盛花期和收获期SN2 生物量都小于SN1 处理,也充分证实了
MN1和SN1 之间的竞争小于 MN2 和SN2 之间的竞争。后又升高可能是由于大豆种植区前作小麦施用的氮肥
供小麦吸收后仍有不同程度的残留,大豆虽为豆科植物具有自生固氮作用,但仍需要适量的土壤无机氮作为补
充[3031],因此,得到了一定的外源氮营养后大豆生长受到了促进,其生物量有所提高。由于玉米长势 MN5 较
MN4 更好,与套作大豆竞争作用加剧,致使大豆生物量SN5 较SN4 降低;也有可能是由于前作小麦残留氮素
SN5 过多,又抑制了大豆的生长。因此,玉米与大豆在不同氮用量下的相互关系很复杂,需要以后加以深入研究。
雍太文等[32]运用双佳值法得出小麦/玉米/大豆体系全年最佳施氮量为342.8kg/hm2,推荐3种作物小麦、
玉米、大豆氮肥配比应为33.76∶35.71∶30.54,分别的氮肥用量为115.73,122.41和104.69kg/hm2。本研究
在对大豆没施氮肥的情况下得出小麦推荐施氮120kg/hm2,玉米推荐施氮195~292.5kg/hm2,体系总推荐施
氮255~382.5kg/hm2。二者在全年推荐氮总用量和对小麦的推荐氮量上是基本一致的,区别在于前者减少了
玉米的氮量(122.41kg/hm2)而大大增加了大豆的施氮量(104.69kg/hm2),本研究中玉米推荐氮量相比高得
多,但这个用量(195~292.5kg/hm2)是接近生产实际的,因为笔者几年来的农户调查都显示川渝地区农民对玉
米的习惯施氮量平均在300kg/hm2 左右(没发表资料);本研究中大豆没施肥,目的是想充分利用大豆固氮活化
磷的特性[3334]去开发利用小麦茬地的肥力,以提高氮磷的肥料利用率,因为如果土壤基本肥力较高又对大豆施肥
或过量施肥的话会导致大豆植株徒长茎叶而影响其结荚和鼓粒。陈远学等[35]也研究发现,即使对大豆不施肥,
在高磷量残留小区大豆仍有徒长茎叶而影响结荚和鼓粒的现象。至于生产中套作大豆施不施肥,应根据土壤肥
力水平和苗情而定。
比较小麦/玉米/大豆周年体系各作物的产值比重发现,在一般施肥情况下,小麦、玉米、大豆的产值比重分别
为32%,55%和13%,即全年体系产值中玉米的产值占50%还多,小麦的产值比重接近1/3,而大豆的产值比重
最低,不过13%,说明本试验条件下小麦/玉米/大豆周年体系的中心作物是玉米,其次是小麦,大豆只是补充作
物,生产中应重视3种作物的协同增产[4,28],特别要重视小麦、玉米的搭配及玉米的栽培管理以最大限度地保证
小麦产量的同时获取玉米的最大产量;在小麦收后玉米的行间套与不套种大豆有13%左右的产值影响,因此,在
不影响小麦/玉米产量的情况下还是应尽量考虑大豆的种植[7],并采取科学的种植栽培管理措施以获取大豆的最
大产量,这是获得全年良好综合效益的必要措施。
4 结论
小麦/玉米/大豆周年体系中,小麦、玉米、大豆的籽粒产量分别为4060,6730和880kg/hm2,周年总产量为
11620kg/hm2,总产值可达27100元/hm2;3种作物中玉米是最主要作物,其次是小麦,再次是大豆。施氮有利
于小麦和玉米地上部干物质积累和产量提高,但过量施氮并不增加产量,适宜施氮量小麦为120kg/hm2,玉米为
195~292.5kg/hm2,大豆不施氮或根据苗情适当追氮,周年体系为255~382.5kg/hm2。
参考文献:
[1] 潘家荣,巨晓棠,刘学军,等.水氮优化条件下在华北平原冬小麦/夏玉米轮作中的化肥氮去向[J].核农学报,2009,23(2):
334340.
[2] 彭少兵,黄见良,钟旭华,等.提高中国稻田氮肥利用率的研究策略[J].中国农业科学,2002,35(9):10951103.
18第23卷第1期 草业学报2014年
[3] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴2011[M].北京:中国农业出版社,2011.
[4] 雍太文,杨文钰,向达兵,等.小麦/玉米/大豆套作的产量、氮营养表现及其种间竞争力的评价[J].草业学报,2012,21(1):
5058.
[5] 刘巽浩.耕作学[M].北京:中国农业出版社,1994:527.
[6] 雍太文.“麦/玉/豆”套作体系的氮素吸收利用特性及根际微生态效应研究[D].雅安:四川农业大学,2009.
[7] 杨文钰,雍太文,任万军,等.发展套作大豆,振兴大豆产业[J].大豆科学,2008,27(1):17.
[8] 邓小燕,王小春,杨文钰,等.“麦/玉/豆”模式下氮肥运筹对玉米碳氮代谢的影响[J].草业学报,2012,21(4):5261.
[9] 马东辉,王月福,周华,等.氮肥和花后土壤含水量对小麦干物质积累、运转及产量的影响[J].麦类作物学报,2007,27(5):
847851.
[10] 孙均华,刘建立,吕菲,等.施氮对稻麦轮作区小麦地上器官干物质及氮素累积运转的影响[J].麦类作物学报,2009,
29(5):892896.
[11] 马兴林,王庆祥,钱成明,等.不同施氮量玉米超高产群体特征研究[J].玉米科学,2008,16(4):158162.
[12] 李青军,张炎,胡伟,等.氮素运筹对玉米干物质积累、氮素吸收分配及产量的影响[J].植物营养与肥料学报,2011,
17(3):755760.
[13] 张含彬,伍晓燕,杨文钰.氮肥对套作大豆干物质积累与分配的影响[J].大豆科学,2006,25(4):404409.
[14] 闫艳红,杨文钰,张新全,等.施氮量对套作大豆花后光合特性、干物质积累及产量的影响[J].草业学报,2011,20(3):
233238.
[15] 苗锐,张福锁,李隆.玉米/蚕豆、小麦/蚕豆和大麦/蚕豆间作体系地上部、地下部生物量及作物含氮量分析[J].中国农学
通报,2008,24(7):148152.
[16] 魏艳丽,王辉,冯毅,等.减源对不同穗型小麦品种干物质积累及其运转的影响[J].麦类作物学报,2008,28(3):507
512.
[17] 张力文,钟国成,张力,等.3种鼠尾草属植物光合作用-光响应特性研究[J].草业学报,2012,21(2):7076.
[18] 王文秀,成马丽,聂宗顺,等.毕节地区马铃薯不同间套作栽培技术模式[J].贵州农业科学,2003,31(3):5051.
[19] LiL,SunJH,ZhangFS,犲狋犪犾.Wheat/maizeorwheat/soybeanstripintercropping.I.Yieldadvantageandinterspecificin
teractionsonnutrients[J].FieldCropsResearch,2001,71(2):123137.
[20] 刘广才,杨祁峰,李隆,等.小麦/玉米间作优势及地上部与地下部的相对贡献[J].植物生态学报,2008,32(2):477484.
[21] 余常兵,孙建好,李隆.种间相互作用对作物生长及养分吸收的影响[J].植物营养与肥料学报,2009,15(1):18.
[22] 叶优良,孙建好,李隆,等.小麦/玉米间作根系相互作用对氮素吸收和土壤硝态氮含量的影响[J].农业工程学报,2005,
21(11):3337.
[23] 刘广才,李隆,黄高宝,等.大麦/玉米间作优势及地上部因素和地下部因素的相对贡献研究[J].中国农业科学,2005,
38(9):17871795.
[24] 刘均霞,陆引罡,远红伟,等.玉米/大豆间作条件下作物根系对氮素的吸收利用[J].华北农学报,2008,23(1):173175.
[25] 李少明,赵平,范茂攀,等.玉米/大豆间作条件下氮素养分吸收利用研究[J].云南农业大学学报,2004,19(5):572574.
[26] JohansonA,JensonES.TransferofNandPfromintactordecomposingrootsofpeatobarleyinterconnectedbyanarbuscu
larmycorrhizalfungus[J].SoilBiology&Biochemistry,1996,28:7381.
[27] OfosuBuduKG,FujitaK,GamoK.Nitrogenfixationandnitrogenreleasefromrootsofsoybeancultivarbraganditsmu
tantsNts1116andNts1007[J].SoilScience&PlantNutrition,1993,39:497506.
[28] 雍太文,杨文钰,王小春,等.两种三熟套作体系中氮素的吸收利用及种间相互作用[J].四川农业大学学报,2009,27(2):
167172.
[29] LiL,YangSC,LiXL,犲狋犪犾.Interspecificcomplementaryandcompetitiveinteractionsbetweenintercroppedmaizeandfaba
bean[J].PlantandSoil,1999,212:205214.
[30] 董钻.大豆产量生理[M].北京:中国农业出版社,2000:347.
[31] PantaloneVJ,RebekeGJ,BuortJW.Phenatypiccontentionofroottraitinsoybeanandapplicabilitytoplantbreeding[J].
CropScience,1996,36(2):456459.
[32] 雍太文,杨文钰,樊高琼,等.麦/玉/豆套作种植模式氮肥周年平衡施用初步研究[J].中国土壤与肥料,2009,(3):
28 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.1
3135.
[33] ChantalH,ValentinF,DonaldLS.N2fixationandtransferinafieldgrownmycorrhizalcornandsoybean[J].Plantand
Soil,1991,133:177185.
[34] SampaioEVSB,TiessenH,AntoninoACD,犲狋犪犾.ResidualNandPfertilizereffectandfertilizerrecoveryoninter
croppedandsolecroppedcornandbeaninsemiaridnortheastBrazil[J].NutrientCyclinginAgroecosystems,2004,70:
111.
[35] 陈远学,周涛,黄蔚,等.小麦/玉米/大豆间套作体系中小麦施磷后效对大豆产量、营养状况的影响[J].植物营养与肥料学
报,2013,19(2):331339.
犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狅狀犱狉狔犿犪狋狋犲狉犪犮犮狌犿狌犾犪狋犻狅狀犪狀犱狔犻犲犾犱
犻狀狑犺犲犪狋/犿犪犻狕犲/狊狅狔犫犲犪狀犻狀狋犲狉犮狉狅狆狆犻狀犵狊狔狊狋犲犿狊
CHENYuanxue1,CHENXiaohui1,TANGYiqin1,ZHANGFusuo2,CHENXinping2,
ZHANGChaochun2,LIUJing1,XUKaiwei1
(1.ColegeofResourceandEnvironmentalSciences,SichuanAgriculturalUniversity,
Chengdu611130,China;2.ColegeofResourceandEnvironmentalSciences,
ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theeffectsofnitrogenfertilizer(onwheat0,60,120,180,240kgN/hm2,markedasWN1,WN2,
WN3,WN4,WN5;onmaize0,97.5,195,292.5,390kgN/hm2,markedasMN1,MN2,MN3,MN4,
MN5;onsoybeanasSN1,SN2,SN3,SN4,SN5)ondrymatteraccumulation(DMA)andgrainyield(GY)of
threecropsinthewheat/maize/soybeanrelaycroppingsystem werestudiedbyfieldexperimentin2011and
2012.Ⅰ)DMAandGYofthethreecropsincreasedsignificantlywithNapplication(犘<0.01).Ⅱ)Wheat
DMAandGYatthetileringstage(TS),jointingstage(JS),floweringstage(FS)andmaturitystage(MS)
increasedwithincreasingratesofN.DMAatMSwasthehighestintreatmentWN4(20610kg/hm2)andGYat
MSwasthehighestintreatmentWN5(8176kg/hm2)buttherewasnosignificantdifferencebetweenWN3,
WN4,andWN5treatments;Ⅲ)MaizeDMAatthejointingstage(JS),flareopeningstage(FS)andsilking
stage(SS)increasedinitialy,thendecreasedwithincreasingratesofN,andwashighestinMN3.MaizeDMA
andGYatMSincreasedwithincreasingratesofNandtheywerebothhighestintreatmentMN5with13143
and6976kg/hm2,respectively,whiletherewasnosignificantdifferencebetweenWN4andWN5.Ⅳ)Soybean
DMAatFSandMSandGYinitialydecreasedthenincreasedwithincreasingratesofN,anditsDMAandGY
werethehighestinSN4(5457and1977kg/hm2,respectively),whiletherewasnosignificantdifferencebe
tweenWN4andWN5.Ⅴ)TotalGYandeconomicoutput(TEO)ofthewheat/maize/soybeanannualrelay
croppingsystemrosewithincreasingratesofNandwerethehighestintheN5treatmentwith11959kg/hm2
and27288yuan/hm2,respectively.TheeconomicbenefitofTEOandNinputwashighestinN4treatmentwith
25196yuan/hm2andtherewasnosignificantdifferencebetweenN3,N4,andN5treatments.Theratioof
wheat,maizeandsoybeaneconomicoutputtoTEOofthesystemwas32%,55%,13%,respectively.Soin
thewheat/maize/soybeanannualrelaycroppingsystem maizeisthetopcropwithwheatsecondandsoybean
third.SuitableNratesare120kg/hm2forwheat,195-292.5kg/hm2formaize,255-382.5kg/hm2forthe
annualsystemwithproperNtopapplicationorwithnoapplicationforsoybeanaccordingtothegrowth.
犓犲狔狑狅狉犱狊:wheat;maize;soybean;relaycroppingsystem;nitrogen;drymatter;grainyield
38第23卷第1期 草业学报2014年