全 文 ：中国生态农业学报 2014年 12月 第 22卷 第 12期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Dec. 2014, 22(12): 1397−1404


* 国家科技支撑计划项目(2012BAD14B10)和国家自然科学基金项目(31160102)资助
** 通讯作者: 宋尚有, 主要从事作物栽培研究。E-mail: gssongshy@163.com
吴科生, 主要从事土壤肥料农田节水研究。E-mail: wukesheng218@163.com
收稿日期: 2014-07-24 接受日期: 2014-10-25
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.140869
施氮和豌豆/玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响*
吴科生1,3,5 宋尚有2** 李 隆4 孙建好5 包兴国5 李伟绮5
(1. 甘肃农业大学农学院 兰州 730070; 2. 甘肃农业科学研究院旱地农业研究所 兰州 730070; 3. 武威市农业技术推广
中心 武威 733000; 4. 中国农业大学资源与环境学院/教育部植物与土壤相互作用重点实验室 北京 100094;
5. 甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所 兰州 730070)
摘 要 为探明甘肃河西走廊绿洲灌区豌豆/玉米间作体系土壤无机氮时空分布现状和过量施用氮肥对环境
的影响, 2011 年在田间试验条件下, 采用土钻法采集土壤剖面样品, 采用 CaCl2溶液浸提、流动分析仪测定土壤无机
氮含量的方法, 研究了不同氮水平[0 kg(N)·hm−2、75 kg(N)·hm−2、150 kg(N)·hm−2、300 kg(N)·hm−2、450 kg(N)·hm−2]下
豌豆/玉米间作体系土壤无机氮时空分布规律。结果表明: 作物整个生育期内, 灌漠土无机氮以硝态氮为主, 其含
量是铵态氮的 7.55倍。在玉米整个生育期内, 与不施氮相比, 75 kg(N)·hm−2、150 kg(N)·hm−2、300 kg(N)·hm−2和
450 kg(N)·hm−2处理的土壤硝态氮含量分别增加 29.7%、67.5%、88.2%和 134.3%。与豌豆收获期相比, 在玉米
收获时土壤硝态氮含量平均降低 44.2%。间作豌豆和间作玉米分别比对应的单作在 0~120 cm土层硝态氮含量
降低 6.1%和 5.1%。豌豆/玉米间作体系土壤无机氮累积量在不同施氮量和不同生育时期都是表层(0~20 cm)最
高。豌豆收获后, 0~60 cm 土层土壤无机氮累积量间作豌豆和间作玉米分别比相应单作降低 4.9%和 1.9%,
60~120 cm土层降低 10.8%和 9.2%; 玉米收获后 0~60 cm土层平均降低 28.2%和 9.4%, 60~120 cm土层平均降
低 23.5%和 12.5%。土壤无机氮残留量间作豌豆比单作豌豆在 0~60 cm土层降低 4.9%, 60~120 cm降低 10.9%。
因此, 施用氮肥显著增加了土壤无机氮含量和累积量, 且主要影响土壤硝态氮。过量的氮肥投入会因作物不能
及时全部吸收而被大水漫灌和降雨等途径淋洗到土壤深层, 造成氮肥损失和农田环境污染。间作能显著降低
土壤无机氮浓度和累积量, 特别在作物生长后期对土壤无机氮累积的降低作用更加明显。
关键词 施氮肥 豌豆/玉米间作 土壤无机氮 硝态氮 残留量 积累量
中图分类号: S345 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)12-1397-08
Effects of nitrogen application and intercropping on spatio-temporal
distribution of soil inorganic nitrogen in pea/maize intercropping field
WU Kesheng1,3,5, SONG Shangyou2, LI Long4, SUN Jianhao5, BAO Xingguo5, LI Weiqi5
(1. College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. Institute of Dryland Agriculture, Gansu
Academy of Agricultural Science, Lanzhou 730070, China; 3. Wuwei Extend Center of Agricultural Technology, Wuwei 733000,
China; 4. Key Laboratory of Plant and Soil Interactions, Ministry of Education/College of Resources and Environmental Sciences,
China Agricultural University, Beijing 100094, China; 5. Institute of Soil and Fertilizers, Gansu Academy of Agricultural Sciences,
Lanzhou 730070, China)
Abstract The aim of this study was to determine nitrogen use efficiency and reduce environmental pollution caused by excessive
use of nitrogen fertilizer in pea/maize intercropping fields in irrigated areas of Hexi Corridor, Gansu Province. To that end, a field
experiment was conducted in 2011 to determine the spatial and temporal distributions of soil inorganic N (Nmin) in orthic anthrosol
soils under pea/maize intercropping at different N application rates (N 0 kg·hm−2, 75 kg·hm−2, 150 kg·hm−2, 300 kg·hm−2, 450 kg·hm−2).
Soil samples were collected in the 0−20, 20−40, 40−60, 60−80, 80−100 and100−120 cm soil layers and Nmin concentrations measured
by flow analysis of extracted CaCl2. The results showed that NO3−-N was the major form of Nmin in orthic anthrosol soils with a
concentration 7.55 times that of NH4+-N. During maize growth season, NO3−-N concentration increased by 29.7%, 67.5%, 88.2% and
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134.3% respectively under N rates of 75, 150, 300 and 450 kg·hm−2 over no N fertilization treatment. Compared with that after pea
harvest, NO3−-N concentration decreased by 44.2% after maize harvest. Soil NO3−-N concentration in the 0−120 cm soil layer under
intercropped pea/maize decreased respectively by 6.1%/5.1% over that of each corresponding monocultured crop. The highest soil
Nmin accumulation occurred in the 0−20 cm soil layer at different nitrogen application rates and growth stages. After pea harvest, Nmin
accumulation in the 0−60 cm soil layer under intercropped pea/maize respectively decreased by 4.9%/1.9%, and in the 60−120 cm
soil layer by 10.8%/9.2% compared with that of each corresponding monocultured crop. After maize harvest, soil Nmin accumulation
in the 0−60 and 60−120 cm soil layers under intercropped pea/maize decreased respectively by 28.2%/9.4% and 23.5%/12.5% over
each corresponding monocultured crop. Also soil Nmin residue in the 0−60 and 60−120 cm layers under intercropped pea decreased
respectively by 4.9% and 10.9% over monocultured pea. The study showed that nitrogen fertilizer application significantly increased
soil inorganic nitrogen concentration and accumulation with higher effect on soil NO3−-N. Also excessive N application resulted in
environmental pollution in the study area. Pea/maize intercropping significantly reduced soil inorganic nitrogen concentration and
accumulation. It was obvious that intercropping reduced soil inorganic nitrogen accumulation especially in the later growth stages of
the crops.
Keywords Nitrogen fertilizer application; Pea/maize intercropping; Soil inorganic nitrogen; NO3−-N; Residual amount; Ac-
cumulation
(Received Jul. 24, 2014; accepted Oct. 25, 2014)
近几年来, 豌豆/玉米间作已成为甘肃省河西绿
洲灌区农业生产中大面积推广的主要种植方式。然
而农民单纯的追求高产, 施肥却仍然延用之前的小
麦/玉米间作模式的施肥制度, 说明生产者尚未清楚
地掌握豌豆 /玉米间作体系中作物科学合理的施肥
制度, 致使生产中存在氮肥投入不断增加甚至过量
现象。据调查, 部分农民的施氮量从 20 世纪 80 年
代的 225 kg·hm−2增加到现在的 300 kg·hm−2, 甚至达
到了 450 kg·hm−2[1]。过量施用氮肥, 既严重浪费资
源又严重影响着农产品品质, 污染土壤、水体、大
气生态环境和降低生物多样性[2−7]。高亚军等[8]研究
表明, 施氮是造成土壤中硝态氮累积的主要原因。
土壤剖面硝态氮随着施氮量的增加而增加 [9−10], 施
氮量超过最佳施氮量会使收获后土壤硝态氮含量增
加[11−12]。Karpenstein-Machan 和 Stuelpnagel[13]对不
同比例黑麦/红三叶草、黑麦/豌豆间作与豌豆、黑麦
单作研究发现, 豆科作物间作 0~90 cm 土中硝态氮
含量低于单作。叶优良[14]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 , 间作的蚕
豆、大豆、豌豆和玉米土壤硝态氮累积量均低于相
应的单作。Li等[15]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。另有研究表明, 间作显著降低了玉米
收获后蚕豆和玉米带土壤无机氮含量[16]。但豌豆/玉
米间作体系的施肥制度和作物生长期无机氮动态变
化的相关大田研究并不多见。前期试验结果[1]明确
了豌豆/玉米间作体系的最佳施氮量, 豌豆施氮量在
75 kg·hm−2时产量最高, 玉米施氮量在 300 kg·hm−2
时产量最高。豌豆/玉米间作体系土地当量比(LER)
在不同施氮量下都大于 1。本试验在前期试验研究
的基础上, 进一步研究了不同氮肥用量下, 豌豆/玉
米间作体系土壤无机氮含量和累积的动态分布特征,
为减低因过量、不适期施肥和大水漫灌造成硝酸盐
淋洗导致土壤氮素损失和农田土壤环境污染提供理
论依据。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
试验于 2011年在甘肃省武威市凉州区白云村甘
肃省农业科学院绿洲灌溉试验站(38°37′N, 102°40′E,
海拔 1 504 m)进行。该地区属于典型的灌溉农业区,
大部分耕地是地下水灌溉, 地下水位 65 m以下。无霜
期 156 d左右, 年降雨量 160 mm, 年蒸发量 2 021 mm,
年平均气温 7.7 ℃, 年日照时数 3 023 h, ≥10 ℃的有
效积温为 3 016 ℃, 年太阳辐射总量 140~158 kJ·cm−2,
属典型的两季不足、一季有余的自然生态区。供试
土壤为石灰性灌漠土, 表土质地为轻壤, 土层深厚,
土壤理化性质见表 1。
表 1 试验区土壤基本理化特性
Table 1 Physical and chemical properties of soil in the experimental area
土层
Soil layer
(cm)
容重
Bulk density
(g·cm−3)
田间持水量
Field capacity
(%)
全氮
Total N
(g·kg−1)
全磷
Total P
(g·kg−1)
全钾
Total K
(g·kg−1)
速效磷
Available P
(g·kg−1)
速效钾
Available K
(g·kg−1)
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
PH
0~20 1.47 22.50 1.28 0.41 5.66 31.79 228 22.34 8.61
20~40 1,.49 19.72 1.13 0.39 6.47 29.67 197 19.72 8.38
第 12期 吴科生等: 施氮和豌豆/玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响 1399


1.2 试验设计
试验采用裂区设计, 主处理为氮梯度, 分别是:
0 kg(N)·hm−2(N0)、75 kg(N)·hm−2(N1)、150 kg(N)·hm−2
(N2)、300 kg(N)·hm−2(N3)、450 kg(N)·hm−2(N4)。副
处理为种植方式, 包括豌豆单作(各施氮水平按总施
氮量的 50%作基肥, 其余施氮量结合灌水一次性追
施)、玉米单作(施肥方法同上)和豌豆/玉米间作(施肥
方法同上)。共 15个处理, 3次重复, 小区面积 92.4 m2
(5.5 m×16.8 m)。每个主区均施 P2O5 120 kg·hm−2, 磷
肥用重过磷酸钙(含 P2O5 42%), 播前以基肥一次性
均匀撒施, 并结合整地翻入耕作层; 氮肥用尿素(含
纯 N46%)。豌豆/玉米间作和单作施肥制度一致, 均
按试验设计的水平施肥。
豌豆品种为针叶豌豆‘MZ-1’, 单作豌豆平作不
覆盖地膜, 播种密度为 85 万株·hm−2, 分行种植, 行
距 20 cm, 株距 10 cm, 每穴 3粒; 单作玉米品种为
‘武科 2号’, 平作, 条膜覆盖(膜宽 70 cm), 播种密度
88 500株·hm−2, 行距 40 cm, 株距 24 cm。间作按照
替代试验方案设计, 因此豌豆/玉米间作体系的播种
时间、品种和密度与单作相同。每小区种植 5个组合
带, 豌豆带宽 80 cm, 种 4 行豌豆; 玉米带宽 80 cm,
种 2行; 豌豆带和玉米带各占 50%。2011年 3月 24
日播种豌豆, 4月 17日播种玉米, 6月 25日收获豌豆,
10月 7日收获玉米。
1.3 测定项目与方法
播前采集基础土样, 测定土壤含水量, 并按照
参考文献[17]方法测定土壤理化性质。在豌豆苗期
(PS)、豌豆盛花灌浆期(PF)、豌豆收获期(PH)、玉米
吐丝期(MS)和玉米收获期(MH)分别采集土样 5 次,
取样深度为 0~120 cm, 每 20 cm为一层。土钻取样
在采样区按递进式随机选取 2个采样点(单作和间作
作物带, 均在对应的作物行植株间取样), 同时取出
同处理的同层两点土样混合均匀后过 2 mm筛。在混
合土样中称取 12 g土样装于自封袋内, 置于 −20 ℃冰
箱保存, 用于测定土壤无机氮; 同时另取一份土样
采用烘干法测定土壤含水量。
无机氮测定方法是浸提前将土样解冻 , 加入
100 mL 0.01 mol·L−1 CaCL2, 振荡 1 h, 定性滤纸过滤,
采用流动分析仪 (Autoanalyser 3, NRAN+LUEBBE,
Hamburg, Germany)测定无机氮(硝态氮和铵态氮)含量。
1.4 数据处理及分析
土壤硝态氮绝对累积量(kg·hm−2)=土层厚度(cm)×
土壤容重 (g·cm−3)×土壤硝态氮含量 (mg·kg−1) /10
(1)
土壤硝态氮相对累积量(%)=某层硝态氮绝对累
积量/整个剖面硝态氮累积量×100% (2)
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。间作体系无机氮累计量为两
种间作作物的加权平均值[15]。
采用 Microsoft Excel 2007对数据进行整理和计
算, SPSS11.5统计软件对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 氮肥和间作对豌豆和玉米土壤无机氮含量的
影响
不同施氮水平下, 不同作物土壤硝态氮含量变
化各异。在低氮环境下(0 kg·hm−2、75 kg·hm−2), 豌
豆土壤硝态氮含量几乎在整个生育期都高于玉米
(图 1), 这可能是在作物全生育期, 豌豆对土壤氮需
求较少, 而低氮环境中生长的玉米相对处于营养不
足状态, 大量吸收了玉米根区土壤的氮素而降低了
硝态氮含量, 且玉米带土壤硝态氮含量的降低程度
远大于豌豆。施氮量在 150 kg·hm−2及以上时, 豌豆
收获前, 玉米区的土壤硝态氮含量高于豌豆区; 豌
豆收获到玉米收获后, 玉米区的硝态氮含量明显低
于豌豆区。这可能是豌豆收获前玉米处于高氮环境,
而玉米在大喇叭口期以前需肥相对较少, 在孕穗到
成熟则是需肥较大, 从而显著降低了玉米根区的硝
态氮含量。因此施氮量高低和作物生长时期都会直
接影响土壤硝态氮含量。
作物不同生育时期, 间作和单作的土壤硝态氮
含量变化规律不同。豌豆收获后不施氮豌豆区土壤
硝态氮含量高于玉米区, 豌豆和玉米单作区土壤硝
态氮含量都高于相应间作, 硝态氮含量大小顺序为:
单作豌豆>间作豌豆>单作玉米>间作玉米(图 1)。施
氮量为 75 kg·hm−2 时, 豌豆区土壤硝态氮含量在整
个生育期均高于玉米。玉米吐丝期前豌豆间作高于
单作 , 吐丝期后豌豆间作土壤硝态氮含量低于单
作。当施氮量大于 150 kg·hm−2时, 在豌豆盛花期之
前玉米区土壤硝态氮含量高于豌豆区, 而之后豌豆
区土壤硝态氮含量高于玉米, 且单作豌豆高于间作
豌豆。玉米区土壤硝态氮含量的变化表现为豌豆收
获后, 间作区土壤硝态氮含量高于单作。原因是豌
豆收获后与玉米间作的豌豆带中无机氮被间作玉米
吸收利用, 豌豆收获后土壤中残留的部分氮素向玉
米发生了转移。
经计算, 在作物全生育期土壤硝态氮含量平均
为 8.45 mg·kg−1, 铵态氮含量为 1.12 mg·kg−1, 前者
是后者的 7.55 倍, 说明土壤中无机氮主要以硝态氮
形式存在。与不施氮相比, 75 kg·hm−2、150 kg·hm−2、
300 kg·hm−2和 450 kg·hm−2处理的土壤硝态氮含量
1400 中国生态农业学报 2014 第 22卷



图 1 氮肥和间作对豌豆/玉米间作体系不同生育期 0~120 cm土壤硝态氮和铵态氮含量的影响
Fig. 1 Effects of N fertilization and intercropping on NO3−-N and NH4+-N contents in 0−120 cm soil layer at different growth
stages of pea/maize intercropping system
PS: 豌豆苗期; PF: 豌豆盛花灌浆期; PH: 豌豆收获期; MS: 玉米吐丝期; MH: 玉米收获期。下同。PS: pea seedling stage; PF: pea
filling stage; PH: pea harvest stage; MS: maize silking stage; MH: maize harvest. The same below.

分别增加 29.7%、67.5%、88.2%和 134.3%。与豌豆
收获期相比, 在玉米收获时土壤硝态氮含量平均降
低 44.2%。玉米收获后间作豌豆和玉米的硝态氮含
量比对应的单作分别降低为 23.4%和 30.1%。在玉米
整个生育期内, 间作豌豆和间作玉米分别比对应的
单作区在 0~120 cm 土层硝态氮含量降低 6.1%和
5.1%。土壤铵态氮在作物各生育期变化不大, 不同
作物及种植方式之间差异也不大, 其含量变化范围
为 0.5~1.8 mg·kg−1(图 1), 铵态氮变化呈“M”型, 两
个最大值出现在豌豆盛花期和玉米吐丝期, 在玉米
收获期则含量降低到最小。这与该地区前人的相关
研究 [14,16], 以及其他旱地农田生态系统的报道 [4,12]
相似。
2.2 氮肥和间作对豌豆和玉米土壤无机氮时空分
布的影响
2.2.1 氮肥和间作对豌豆、玉米不同土层土壤无机
氮累积的影响
从图 2可以看出, 0~120 cm土层各生育期土壤
剖面无机氮累积量不施氮时为 29.3~78.6 kg·hm−2,
平均 55.1 kg·hm−2; 施氮量在 75 kg·hm−2时为 27.2~
84.9 kg·hm−2, 平均 63.1 kg·hm−2; 施氮量在 150 kg·hm−2
时, 为 36.5~129.1 kg·hm−2, 平均 81.5 kg·hm−2; 施氮
量在 300 kg·hm−2时, 为 40.9~129.7 kg·hm−2, 平均
92.4 kg·hm−2; 施氮量在450时, 为46.1~175.3 kg·hm−2, 平
均 105.6 kg·hm−2。从不同生育时期看, 土壤无机氮累
积量在豌豆盛花期最高, 豌豆苗期次之, 玉米收获期
最低。0~60 cm土层土壤无机氮累积量与不施氮相比,
75 kg·hm−2、150 kg·hm−2、300 kg·hm−2和 450 kg·hm−2
处理在玉米全生育期分别提高 23.0%、54.4%、92.2%
和 101.8%; 60~120 cm土层提高 6.3%、45.3%、46.5%
和 81.9%。可见随着施氮量的增加, 土壤无机氮累积
量大幅增加, 且增加幅度是上层(0~60 cm)大于下层
(60~120 cm)。间作对土壤无机氮累积量有降低作用,
随着作物生育期的向后推进, 降低程度更为明显。
豌豆收获后 0~60 cm土层间作豌豆和间作玉米分别
比相应单作低 4.9%和 1.9%; 60~120 cm 土层低
10.8%和 9.2%, 但差异不显著。玉米收获后, 两种作
物间作各土层无机氮累积量均有所降低, 0~60 cm土
层平均降低 28.2%和 9.4%, 60~120 cm土层平均降低
23.5%和 12.5%。
2.2.2 氮肥和间作对豌豆玉米收获后土壤无机氮累
积的影响
土壤无机氮的累积量在作物不同生育时期又可
认为是该时期土壤无机氮的残留量。特别是在作物
第 12期 吴科生等: 施氮和豌豆/玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响 1401



图 2 氮肥和间作对豌豆/玉米间作体系不同生育期 0~60 cm(a)和 60~120 cm(b)土层土壤无机氮累积量的影响
Fig. 2 Effects of N fertilization and intercropping on inorganic N accumulation in 0−60 cm (a) and 60−120 cm (b) soil layers at
different growth stages of pea/maize intercropping system
收获后土壤无机氮的累积量能反映当时土壤中无机
氮的残留程度。从表 2 看出, 施氮量和间作对豌豆
区土壤无机氮残留有不同影响。豌豆收获后施氮量
对豌豆区不同土层无机氮残留均呈同向增减趋势 ,
差异存在不同程度的显著性。0~60 cm 土层各施氮
量之间土壤平均无机氮残留量的差异显著。间作豌
豆比单作豌豆降低 4.9%, 但不同施氮量下间作与单
作差异不显著; 60~120 cm间作豌豆比单作豌豆降低
10.9%, 不施氮处理的间作和单作差异显著。玉米收
获后 0~60 cm 土层, 随施氮量增加, 土壤无机氮残
留增大, 但各处理间差异不显著。间作豌豆比单作
平均无机氮残留减低 28.2%; 60~120 cm土层, 间作
比单作平均无机氮残留降低 23.4%, 且不施氮处理
间作和单作差异显著。说明随着作物生育进程的推
后, 玉米生长后期需肥更大, 间作对土壤无机氮降
低程度, 后期(豌豆收获到玉米收获)大于前期。
从表 2 可知施氮量和间作对玉米区土壤无机氮
残留的影响。豌豆收获后 0~60 cm土层平均无机氮残
留量, 450 kg·hm−2与低氮水平(0 kg·hm−2、75 kg·hm−2、
150 kg·hm−2)间差异达显著水平; 间作豌豆比单作降
低 1.9%, 主要是因为豌豆收获前, 玉米经历了苗期
到大喇叭口期, 在此期间玉米生长缓慢对养分吸收
相对于后期较小。60~120 cm土层, 450 kg·hm−2处理
与其他处理差异显著 , 玉米间作比单作增加 9.2%。
玉米收获后 0~60 cm 土层, 最高施氮量的土壤平均
无机氮残留量与其他处理间差异显著, 玉米间作比
单作降低 9.3%; 60~120 cm土层, 75 kg·hm−2处理土
壤平均无机氮残留量显著低于其他处理; 玉米间作
比单作土壤无机氮残留降低 12.9%。可见玉米生长
后期, 随着需肥量的不断增大, 间作对土壤无机氮
的降低作用更加明显。
2.3 氮肥和间作对豌豆/玉米间作土壤无机氮相对
累积量的影响
豌豆 /玉米土壤无机氮相对累积量在不同施氮
量和不同生育时期都是表层(0~20 cm)最高(图 2)。
0~60 cm 土层豌豆区土壤无机氮相对累积量在豌豆
苗期、豌豆盛花期、豌豆收获期、玉米吐丝期、玉
米收获期依次为 54.2%、54.8%、52.5%、51.0%和
51.1%, 平均为 52.5%; 60~120 cm土层 5个时期分别
为 45.8%、45.2%、47.5%、49.0%和 48.9%, 平均为
47.3%。上层(0~60 cm)土层比下层(60~120 cm)高 5.2
个百分点。0~60 cm 土层玉米区土壤无机氮相对累
积量在豌豆苗期、豌豆盛花期、豌豆收获期、玉米
吐丝期、玉米收获期依次为 57.7%、49.6%%、43.7%、
44.2%和 47.8%, 平均为 48.6%; 在 60~120 cm土层 5
个时期分别为 42.3%、50.4%、56.3%、55.8%和 52.2%,
平均为 51.4%。上层(0~60 cm)土层比下层(60~120 cm)
低 2.8 个百分点。这可能是豌豆对氮素需求较少和
1402 中国生态农业学报 2014 第 22卷


表 2 氮肥和间作对豌豆、玉米 0~120 cm土层土壤无机氮累积量的影响(两次收获)
Table 2 Effects of N fertilization and intercropping on inorganic N accumulation in 0−120 cm soil layer at two harvests of
pea/maize intercropping system kg·hm−2
豌豆土壤 Pea soil 玉米土壤 Maize soil 采样时间
Sampling
time
土层深度
Soil
depth
(cm)
氮水平
N rate
(kg·hm−2)
单作
Single cropping
间作
Intercropping
平均
Mean
单作
Single cropping
间作
Intercropping
平均
Mean
0 27.4±5.4a 23.5±4.5a 25.5D 22.4±3.5a 22.8±2.0a 22.6BC
75 41.2±11.0a 37.9±13.9a 39.5C 18.8±4.7a 14.7±6.5a 16.7C
150 54.1±28.0a 45.4±11.9a 49.8BC 28.1±10.1a 16.8±9.4a 22.4BC
300 57.7±10.2a 51.6±3.4a 54.7B 46.1±19.8a 34.5±2.9a 40.3AB
450 72.5±17.2a 82.1±14.5a 77.3A 42.7±6.9a 66.2±24.2a 54.5A
0~60
平均
Mean
50.6 a 48.1 a 31.6 a 31.0 a
0 39.2±3.8a 24.9±7.3b 32.1B 29.5±2.6a 22.3±3.5a 25.9B
75 41.8±6.1a 40.8±9.9a 41.3AB 28.0±7.0a 34.0±12.5a 31.0B
150 42.9±6.7a 34.7±6.6a 38.8B 30.7±7.8a 42.4±9.6a 36.6B
300 51.5±0.7a 42.0±4.3a 46.8AB 37.8±15.4a 35.8±14.6a 36.8B
450 50.5±11.1a 58.9±21.7a 54.7A 52.7±7.7a 60.6±23.1a 61.6A
豌豆收获
Pea
harvest
60~120
平均
Mean
45.2a 40.3a 35.7 a 39.0 a
0 28.9±15.6a 22.0±3.1a 25.5A 12.9±5.2a 15.9±1.8a 14.4B
75 31.6±4.0a 19.1±1.1a 25.3A 14.1±4.0a 16.0±3.0a 15.0B
150 40.8±8.7a 28.5±1.9a 34.7A 17.8±1.8a 20.2±0.8a 19.0AB
300 31.9±1.7a 28.9±1.8a 30.4A 19.5±5.1a 16.0±3.5a 17.7B
450 45.0±27.7a 29.4±1.7a 37.2A 32.2±15.0a 19.4±0.9b 25.8A
0~60
平均
Mean
35.6a 25.6b 19.3a 17.5a
0 32.2±11.8a 17.2±2.8b 24.7BC 18.7±1.7a 13.4±3.0a 16.1AB
75 23.0±0.9a 19.9±0.2a 21.5C 13.1±1.4a 12.4±8.3a 12.8B
150 33.1±11.7a 26.0±4.8a 34.0AB 18.8±4.0a 23.7±2.7a 21.2AB
300 31.5±2.6a 27.6±1.2a 29.5ABC 27.8±6.9a 25.0±5.0a 26.4A
450 42.0±17.9a 33.1±1.2a 37.5A 37.4±14.2a 26.7±1.9b 27.1A
玉米收获
Maize
harvest
60~120
平均
Mean
32.4a 24.8a 23.2a 20.2a
同行中不同小写字母表示同一施氮水平下不同种植体系间差异显著(LSD, P<0.05); 最后一列(平均值)中不同大写字母表示不同施氮量间
在 LSD P<0.05水平下差异显著, 下同。Different lowercase letters in the same line indicate significant difference among different cropping systems
at the same N rate in one year at 5% level by LSD. Different capital letters in the last column of different soils (mean) show significant difference
among different N fertilizer rates in one year at 5% level by LSD. The same below.

根系较小, 而玉米对氮素的吸收较多, 并且玉米根
系相对主要集中在 60 cm以上所致。
3 讨论和结论
3.1 不同施氮量对豌豆玉米土壤无机氮时空分布
的影响
氮素在农田土壤中的时空分布与氮肥用量、土
壤质地、作物种类及种植模式、作物生育期、根系
在土壤中的分布、土壤含水量、灌水量及灌溉时期
等密切相关, 其中氮肥投入的多少会直接影响土壤
无机氮浓度的变化。进入土壤中的氮素仅有一部分
被作物吸收利用, 其余均以氨挥发、反硝化、淋洗
损失, 或者以不同形态贮存于土壤中, 其中硝态氮
淋洗是氮肥损失的重要途径之一 [18]。施氮量对
0~100 cm土体硝态氮积累有显著影响, 硝态氮累积
量随施氮量的增加而增加[19]。在北方农田, 施入土
壤的氮大部分经硝化作用被氧化成硝态氮, 是作物
吸收利用的主要形式[20−21]。本试验结果表明, 与不
施氮相比, 75 kg·hm−2、150 kg·hm−2、300 kg·hm−2和
450 kg·hm−2处理 0~120 cm 土层土壤硝态氮含量增
加 29.7%~134.3%, 土壤剖面无机氮累积量增加
14.5%~91.7%。可见豌豆/玉米间作和单作土壤中的
无机氮主要以硝态氮形式存在, 其含量和累积量随
着施氮量的增加而显著增加, 这与叶优良[14]和李玉
英等[16]在该研究区域的结果是相似的。从不同生育
时期看, 土壤无机氮累积量在豌豆盛花期最高, 豌
豆苗期次之, 在玉米收获期最低。这是因为豌豆苗
期和盛花期是距离两次施氮肥最近的时期, 在其他
条件相同的情况下, 土壤无机氮的高低主要决定于
施用氮肥用量。因此, 施用氮肥能显著增加土壤无
第 12期 吴科生等: 施氮和豌豆/玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响 1403


机氮含量和累积量, 且过量的氮肥投入会因作物不
能全部吸收而被大水漫灌和降雨等途径淋洗到土壤
深层, 造成氮肥损失和环境污染。
3.2 间作对豌豆玉米体系土壤无机氮时空分布的
影响
在禾本科/豆科间作体系中, 氮营养的主要促进
机制是氮转移, 即氮素由豆科作物向禾本科作物的
移动。包括当季伴随作物对豆科固定氮素的利用和残
留氮素对后茬作物的影响, 还包括豆科作物根区土
壤中高浓度氮肥直接被禾本科作物吸收[14]。Li 等[15]
的研究表明, 蚕豆/玉米间作时, 蚕豆根系不能生长
到玉米根区, 由此证明间作作物根区的土壤无机氮
累积量高低受作物根系分布的影响。本研究表明 ,
在玉米整个生育期内, 间作豌豆和间作玉米分别比
对应的单作在 0~120 cm土层硝态氮含量降低 6.1%
和 5.1%, 玉米收获后, 分别为 23.4%和 30.1%。豌
豆收获后 0~60 cm土层土壤无机氮累积量间作豌豆
和间作玉米分别比相应单作低 4.9%和 1.9%; 60~
120 cm土层低 10.8%和 9.2%。玉米收获后 0~60 cm
土层平均降低 28.2%和 9.4%, 60~120 cm土层平均降
低 23.5%和 12.5%。这可能主要是发生了氮素转移,
玉米根系直接吸收了豌豆区的无机氮, 并随着玉米
生长的推进, 后期(吐丝期、孕穗期)生长需肥量比前
期(苗期、拔节期、大喇叭口期)更大的原因。因此间
作能显著降低土壤无机氮浓度和累积量, 随着作物
生育期的推后, 间作对土壤无机氮累积的降低作用
更加凸显。
甘肃河西绿洲灌区光热资源丰富 , 蒸发量大 ,
降水稀少, 大水漫灌是该地区农业生产主要灌溉方
式 , 硝酸盐淋洗造成土壤中氮素严重损失不可避
免。本试验得出甘肃省河西绿洲灌区豌豆/玉米间作
体系不同生育期 0~120 cm 土层土壤无机氮时空分
布的现状特征, 其结果可为生产上适期、适量科学
施肥提供理论依据。同时在大田生产中可以采用豌
豆、玉米分别施肥方法, 一方面充分利用豆科生物
固氮作用减少氮肥投入量, 另一方面依据豌豆玉米
各自对养分的吸收特点。在今后更多设计豌豆玉米
间作体系控制氮肥总量、适期、适量、多次追肥方
法试验, 改变一次性过量施用氮肥的习惯, 以期达
到减低土壤中因大水漫灌造成硝酸盐淋洗导致土壤
氮素损失和农田土壤环境污染的目的。
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