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麦−豆轮作体系周年施氮量对夏大豆氮素利用效率和产量的影响

符小文 张永杰 杜孝敬 厍润祥 安崇霄 房彦飞 徐文修 张娜

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Citation:

麦−豆轮作体系周年施氮量对夏大豆氮素利用效率和产量的影响

    作者简介: 符小文 E-mail:1178058108@qq.com;
    通讯作者: 徐文修, E-mail:xjxwx@sina.com
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31760371,31560372);新疆维吾尔自治区研究生科研创新项目(XJGRI2017061)。

Effect of annual nitrogen application rate on nitrogen use efficiency and yield of summer soybean in winter wheat-summer soybean rotation system

    Corresponding author: XU Wen-xiu, E-mail:xjxwx@sina.com ;
  • 摘要:   【目的】  探明伊犁河谷麦−豆轮作体系下施氮对夏大豆氮素利用及产量的影响,筛选出夏大豆高产的周年施氮组合。  【方法】  于2016—2018年在新疆伊宁县进行小麦−大豆轮作田间试验。前茬冬小麦设4个施氮水平,分别为0、104、173、242 kg/hm2,即WN0、WN1、WN2、WN3处理;在小麦各处理基础上,再设夏大豆3个施氮水平,分别为0、69、138 kg/hm2,即SN0、SN1、SN2处理。从大豆出苗后20天起,每10天取一次植株样,测定不同部位的氮素含量和生物量,收获期测产量及其构成,计算夏大豆的氮素利用效率。  【结果】  前茬麦季及大豆当季施氮量均显著影响夏大豆干物质及植株氮素积累量。在麦季施氮0~173 kg/hm2范围内,夏大豆当季施氮有利于增加植株干物质积累量及各器官氮素积累量,且小麦季施氮水平越低,夏大豆当季施氮对干物质积累及植株氮素积累的作用越显著。在麦季施氮量为173 kg/hm2时,夏大豆季施氮可增加产量,且以SN1处理产量最高;而当小麦季施氮量为104和242 kg/hm2时,夏大豆季SN1和SN2处理产量之间没有显著差异。在前茬小麦季施氮的基础上,夏大豆当季氮肥吸收利用率、农学利用率及偏生产力均随当季施氮量的增加而降低。  【结论】  在伊犁河谷冬小麦−夏大豆轮作体系下,前茬麦季施氮173 kg/hm2基础上,夏大豆当季施氮69 kg/hm2可获得较为理想的夏大豆产量和氮素利用效率。
  • 表 1  麦−豆周年施氮对夏大豆干物质积累量的影响 (g/plant)

    Table 1.  Effects of nitrogen application in wheat-soybean system on dry matter accumulation of summer soybean

    处理
    Treatment
    20172018均值 Mean

    Stem
    荚皮
    Pod husk
    籽粒
    Seed

    Total

    Stem
    荚皮
    Pod husk
    籽粒
    Seed

    Total

    Stem
    荚皮
    Pod husk
    籽粒
    Seed

    Total
    WN0SN02.92 c3.51 a5.84 a12.27 b2.22 c3.79 a5.51 c11.52 c2.57 c3.65 a5.68 b11.90 c
    SN13.49 b4.08 a6.97 a14.54 a2.57 b4.40 a6.27 b13.24 b3.03 b4.24 a6.62 a13.89 b
    SN24.02 a4.55 a7.29 a15.86 a2.82 a4.71 a6.88 a14.41 a3.42 a4.63 a7.09 a15.14 a
    WN1SN03.97 c3.83 a6.53 a14.33 b2.23 b4.06 a6.12 c12.41 c3.10 b3.95 a6.33 b13.37 b
    SN14.34 b4.11 a7.74 a16.19 a2.88 a4.61 a6.92 b14.4 1 b3.61 a4.36 a7.33 a15.30 a
    SN24.49 a4.33 a7.24 a16.06 a2.89 a4.82 a7.56 a15.27 a3.69 a4.58 a7.40 a15.67 a
    WN2SN04.13 c4.17 a6.27 b14.57 b2.76 b4.78 a7.12 c14.66 b3.45 c4.48 a6.70 c14.62 b
    SN14.33 b4.56 a8.14 a17.03 a2.98 a5.18 a8.03 a16.19 a3.65 b4.87 a8.09 a16.61 a
    SN24.63 a4.67 a 6.97 ab16.27 a 2.92 ab5.14 a7.52 b 15.58 ab3.77 a4.91 a7.25 b15.92 a
    WN3SN04.25 c4.21 a7.14 a15.60 a2.85 a5.16 a8.05 a16.06 a3.55 b4.69 a7.60 a15.83 a
    SN14.57 a4.62 a7.44 a16.63 a2.97 a5.08 a7.88 a15.93 a3.77 a4.85 a7.66 a16.28 a
    SN24.46 b4.75 a6.54 a15.75 a3.00 a4.93 a7.41 b15.34 a3.73 a4.84 a6.98 b15.55 a
    注(Note):SN0~SN2 代表大豆施氮量 0、69、138 kg/hm2; WN0~WN3 代表前茬小麦施氮量 0、104、173、242 kg/hm2。夏大豆成熟期叶片枯黄、掉落,未包含在此次调查中。同列数据后不同小写字母表示在相同前茬麦季施氮量下夏大豆季不同施氮量间差异显著 (P < 0.05)。SN0−SN2 represent N application rates of 0, 69 and 138 kg/hm2 in summer soybean; WN0−WN3 represent N application rates of 0, 104, 173 and 242 kg/hm2 in pre-wheat. Yellow and shed leaves of summer soybean at maturity were not included in this study. Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among different nitrogen application rates in summer soybean season under the same N rate in the previous wheat season (P < 0.05).
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    表 2  前茬小麦施氮处理下夏大豆当季施氮量对各器官氮素积累量的影响 (kg/hm2)

    Table 2.  N uptake in organs of summer soybean affected by seasonal N rate under different N treatments in previous wheat

    处理
    Treatment
    始花期 Flowering结荚期 Podding始粒期Start graining

    Stem

    Leaf

    Stipe

    Total

    Stem

    Leaf

    Stipe

    Pod

    Total

    Stem

    Leaf

    Stipe
    荚皮
    Pod husk
    籽粒
    Seed

    Total
    WN0SN07.42 b23.20 c3.08 b33.70 c8.82 c24.91 c4.46 b13.41 b51.60 c11.63 c24.67 c6.32 c15.07 b59.40 b117.09 c
    SN110.02 a29.16 b4.56 a43.74 b13.59 b31.59 b6.61 a15.78 ab67.57 b15.33 b32.18 b8.03 b19.31 ab64.86 b139.71 b
    SN211.70 a34.72 a5.16 a51.58 a15.75 a38.99 a7.82 a17.65 a80.21 a20.52 a41.11 a11.62 a23.88 a75.03 a172.16 a
    WN1SN08.19 b23.72 c4.05 a35.96 c9.60 b26.06 b5.43 b13.50 c54.61 c14.32 a24.59 b7.77 b15.55 a69.54 a131.77 c
    SN110.67 a30.79 b4.57 a46.03 b14.76 a36.12 a7.38 ab17.80 b76.06 b19.06 a35.47 a10.56 ab20.81 a72.91 a158.81 b
    SN211.35 a36.73 a5.91 a53.99 a16.47 a41.38 a8.59 a19.69 a86.13 a22.63 a41.96 a12.78 a23.01 a78.76 a179.14 a
    WN2SN012.24 b27.91 b4.86 a45.01 b16.08 a32.62 b7.64 a18.29 b74.63 b21.20 a30.90 c9.12 a19.23 a76.98 a157.43 a
    SN115.78 a37.72 a5.94 a59.44 a19.29 a39.10 a9.96 a21.73 a90.08 a24.13 a38.58 b11.17 a23.00 a80.50 a177.38 a
    SN214.85 a39.51 a6.01 a60.37 a18.37 a42.44 a9.03 a23.27 a93.11 a23.71 a45.04 a11.99 a24.04 a80.75 a185.52 a
    WN3SN011.87 a29.49 b4.80 a46.16 b16.46 a35.22 a6.61 a19.73 a78.02 b20.92 a34.18 a9.34 a22.11 a85.71 a172.26 a
    SN113.62 a34.39 a5.59 a53.60 a18.74 a36.46 a8.40 a20.81 a84.41 ab23.82 a38.42 a9.97 a23.28 a79.67 a175.16 a
    SN213.04 a36.22 a5.45 a54.71 a21.45 a40.16 a7.93 a21.52 a91.06 a23.94 a37.36 a10.81 a23.80 a79.84 a175.75 a
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    表 3  麦−豆周年施氮量对夏大豆产量及氮肥利用效率的影响

    Table 3.  Effects of annual nitrogen application rate on summer soybean yield and nitrogen fertilizer use efficiency under wheat-soybean system

    处理
    Treatment
    单株荚数
    Pods
    per plant
    单株粒数
    Seeds
    per plant
    百粒重
    100-seed weight
    (g)
    产量
    Yield
    (kg/hm2)
    氮肥回收率
    NRE
    (%)
    氮肥农学利用率
    NAE
    (kg/kg)
    氮肥偏生产力
    NPFP
    (kg/kg)
    WN0SN013.29 b36.08 b16.15 b2044.86 c
    SN116.86 a41.29 a 16.40 ab2418.35 b68.43 a5.41 a35.05 a
    SN216.39 a42.21 a17.20 a2544.06 a55.95 b3.62 b18.44 b
    平均 Mean15.51 39.86 16.58 2335.76 62.19 4.52 26.75
    WN1SN015.78 b41.12 a15.99 a2214.40 b
    SN117.71 a43.87 a16.22 a2726.86 a75.66 a7.43 a39.52 a
    SN217.03 a43.54 a16.57 a2722.08 a48.60 b3.68 b19.73 b
    平均 Mean16.84 42.84 16.26 2554.45 62.13 5.56 29.63
    WN2SN017.16 b43.90 c15.80 a2535.90 c
    SN118.93 a48.41 a16.39 a2988.93 a74.34 a6.57 a43.32 a
    SN218.38 a46.15 b16.88 a2726.99 b20.23 b1.38 b19.76 b
    平均 Mean18.16 46.15 16.36 2750.61 47.29 3.98 31.54
    WN3SN017.90 a46.34 a16.47 a2801.42 a
    SN118.53 a46.04 a16.16 a 2762.82 ab24.37 a–0.56 a 40.04 a
    SN218.07 a44.62 b16.23 a2678.46 b–0.71 b–0.89 a 19.41 b
    平均 Mean18.18 45.67 16.29 2747.57 11.83 –0.73 29.73
    双因素方差分析 Two-factor analysis of variance
    WN****ns********
    SN*************
    WN × SN****ns********
    注(Note):NRE—Nitrogen recovery efficiency; NAE—Nitrogen agronomic efficiency; NPFP—Nitrogen partial factor productivity. SN0~SN2 代表大豆施氮量 0、69、138 kg/hm2; WN0~WN3 代表前茬小麦施氮量 0、104、173、242 kg/hm2。表中数据为 2017、2018 年数据的均值;同列数据后不同小写字母表示在相同前茬麦季施氮量下夏大豆季施氮处理间差异显著 (P< 0.05)。SN0−SN2 represent N application rates of 0, 69 and 138 kg/hm2 in summer soybean;WN0−WN3 represent N application rates of 0, 104, 173 and 242 kg/hm2 in pre-wheat. The data in the table are the mean of data in 2017 and 2018. Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among nitrogen treatments in summer soybean season under the same N rate in the previous wheat season (P < 0.05). *—P < 0.05, **—P < 0.01, ns—Not significant.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-02-28
  • 网络出版日期:  2020-04-23
  • 刊出日期:  2020-03-01

麦−豆轮作体系周年施氮量对夏大豆氮素利用效率和产量的影响

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31760371,31560372);新疆维吾尔自治区研究生科研创新项目(XJGRI2017061)。
  • 摘要:   【目的】  探明伊犁河谷麦−豆轮作体系下施氮对夏大豆氮素利用及产量的影响,筛选出夏大豆高产的周年施氮组合。  【方法】  于2016—2018年在新疆伊宁县进行小麦−大豆轮作田间试验。前茬冬小麦设4个施氮水平,分别为0、104、173、242 kg/hm2,即WN0、WN1、WN2、WN3处理;在小麦各处理基础上,再设夏大豆3个施氮水平,分别为0、69、138 kg/hm2,即SN0、SN1、SN2处理。从大豆出苗后20天起,每10天取一次植株样,测定不同部位的氮素含量和生物量,收获期测产量及其构成,计算夏大豆的氮素利用效率。  【结果】  前茬麦季及大豆当季施氮量均显著影响夏大豆干物质及植株氮素积累量。在麦季施氮0~173 kg/hm2范围内,夏大豆当季施氮有利于增加植株干物质积累量及各器官氮素积累量,且小麦季施氮水平越低,夏大豆当季施氮对干物质积累及植株氮素积累的作用越显著。在麦季施氮量为173 kg/hm2时,夏大豆季施氮可增加产量,且以SN1处理产量最高;而当小麦季施氮量为104和242 kg/hm2时,夏大豆季SN1和SN2处理产量之间没有显著差异。在前茬小麦季施氮的基础上,夏大豆当季氮肥吸收利用率、农学利用率及偏生产力均随当季施氮量的增加而降低。  【结论】  在伊犁河谷冬小麦−夏大豆轮作体系下,前茬麦季施氮173 kg/hm2基础上,夏大豆当季施氮69 kg/hm2可获得较为理想的夏大豆产量和氮素利用效率。

    English Abstract

    • 我国在2012年已是世界上氮肥的最大生产国及消费国,氮肥施用量占全球的35%左右,但我国当季氮肥利用率仅为30%~35%,远远低于发达国家的50%~60%[1-2]。近年来,在全球气候变暖的背景下,伊犁河谷绿洲灌溉农业区冬小麦收获后可利用较多的光热资源复播大豆、油葵等作物,且复播面积不断扩大,尤其是复播大豆发展迅速,已成为当地主要的复播作物。在生产过程中,常常按照当季作物施肥习惯施肥,未完全考虑前茬小麦与后茬大豆的施肥状况,导致农田周年化肥投入过量,农田氮肥使用量增加。如何统筹周年施肥,减少化肥施用量,提高氮肥利用率,是当前亟需解决的问题。

      关于施氮量对单季小麦或大豆的影响研究,前人已在施氮量对其生长[3]、干物质积累和产量形成[4-5]、光合特性[6-7]及氮素利用效率[8]等方面进行了诸多研究,研究结果也为小麦、大豆的合理施氮提供了一定的理论依据。然而,不同于单季作物施肥规律,在周年多熟种植体系农田中,前茬作物收获后,土壤中仍残留较多的矿质氮可供后季作物利用[9-10],在给后茬作物施氮时应充分考虑前茬作物的氮肥后效。对多熟种植体系的相关研究表明,当前茬作物施氮量较高时,后茬作物不施或适量减施氮肥也可促进后茬作物的氮素吸收,增加产量,提高氮肥利用率[11-13]。但是,上述研究主要集中在西南多熟套作体系下,且研究对象多偏重于施氮对前茬作物的影响研究,而未充分考虑后茬作物当季施氮对其氮素利用及产量的影响。因此,本研究在伊犁河谷冬小麦-夏大豆轮作体系下,着重研究前茬麦季施氮及大豆当季施氮对后茬夏大豆的干物质、植株氮素、产量及氮肥利用率的影响。旨在为伊犁河谷麦后复播大豆合理施氮提供理论依据。

      • 试验于2016年10月至2018年10月在新疆伊宁县农业科技示范园进行。该区位于新疆维吾尔自治区西部,伊犁河谷中部,其地理坐标为北纬43°35′,东经81°13′,属中温带干旱型内陆山地气候,年平均气温9℃,年平均日照时数为2900 h,年均降水量340 mm,全年无霜期169~175天。土壤类型为灌溉壤土,2016、2017年播种前基础肥力指标分别为:有机质12.59、10.79 g/kg;全氮1.14、1.11 g/kg;硝态氮10.2、9.92 mg/kg;铵态氮3.31、3.60 mg/kg;有效磷19.9、19.0 mg/kg;速效钾183、180 mg/kg。冬小麦、夏大豆的供试品种均为当地主栽品种,分别为‘新冬42号’和‘黑河45号’。供试氮肥为尿素 (N 46.4%)。

      • 在冬小麦-夏大豆周年轮作体系下,设置前茬冬小麦施氮量与复播夏大豆施氮量的周年不同施氮量组合。采用双因素裂区试验设计,以前茬冬小麦的施氮量 (尿素折纯) 为主因子,共设4个施氮水平,分别为0、104、173、242 kg/hm2,分别标记为WN0、WN1、WN2、WN3,各施氮水平重复3次,小区面积为76.5 m2 (17 m × 4.5 m)。冬小麦分别在2016年10月15日、2017年10月18日以15 cm的等行距进行播种,播种量为300 kg/hm2,播种前结合整地各处理施入重过磷酸钙204 kg/hm2 (P2O5 44%) 和其施氮量的40%做基肥,剩余的氮肥作为追肥分别于拔节期、抽穗期各按施氮量的30%随水滴施。冬小麦分别在2017年7月4日、2018年6月30日收获;以复播大豆施氮量为副因子,共设3个施氮水平,分别为0、69、138 kg/hm2,分别标记为SN0、SN1、SN2。在冬小麦收获后,原位于冬小麦季的各小区定点划分出同等面积的3个小区作为夏大豆当季施氮量的3个施氮水平小区,小区面积为22.5 m2 (5 m × 4.5 m),共36个小区。为防止小区间的肥料相互渗漏,小区间均设1 m的隔离带。夏大豆分别在2017年7月6日、2018年7月2日播种,采用30 cm等行距播种,种植密度为52.5万株/hm2,夏大豆氮肥在始花期以随水滴施的形式进行追施。灌溉方式为滴灌,滴灌带以间距为60 cm的方式进行铺设,各小区灌水追肥由水表及施肥灌装置控制,其他田间栽培措施与大田相同。夏大豆的收获时间分别为2017年10月16日、2018年10月11日。

      • 在夏大豆出苗后20天开始取样,往后每隔10天取样一次,每个小区取样3株,分为茎、叶、柄、荚 (荚皮+籽粒) 烘干称重 (105℃烘箱中杀青30 min,后降至80℃烘至恒量,称干物质量) 即为干物质重,再将以上植株干物质样品粉碎后经H2O2−H2SO4联合消煮,用奈式比色法[14]测定植株各器官含氮量。另外,夏大豆成熟期叶片枯黄、掉落,未包含在此次测定中。

      • 夏大豆成熟后,分别于各小区取3个点,每个点划定2.4 m2 (1.2 m × 2 m) 进行人工实收,另选取具有代表性3个点的连续10株进行室内考种。调查株高、茎粗、单株荚数、单株粒数及百粒重等。

      • 植株氮素积累量 (kg/hm2) = 植株地上部干物重 × 氮含量;

        氮肥利用率 (%) = (施氮区氮素吸收量 −不施氮区氮素吸收量)/施氮量 × 100;

        氮肥农学利用率 (kg/kg) = (施氮区籽粒产量 − 不施氮区籽粒产量)/施氮量;

        氮肥偏生产力 (kg/kg) = 施氮区产量/施氮量。

      • 利用Excel 2010和SPSS 17.0进行数据统计分析和差异显著性检验。在前茬麦季的同一施氮水平下,夏大豆各施氮处理间各指标进行单因素方差分析,用Duncan法进行多重比较;考虑冬小麦季施氮、夏大豆当季施氮及其二者的交互作用对各指标的影响,进行双因素方差检验。

      • 在前茬麦季施氮的基础上,夏大豆当季再施氮有利于增加夏大豆干物质积累量 (表1)。在前茬麦季WN0~WN2处理时,夏大豆当季再施氮有利于增加夏大豆总干物质积累量。相比当季不施氮处理 (SN0) ,夏大豆当季施氮处理 (SN1、SN2) 显著增加了夏大豆总干物质积累量,但前茬麦季施氮过高 (WN3处理),夏大豆当季再施氮对干物质积累量无显著影响。在前茬麦季WN0~WN2处理的基础上,2017年夏大豆当季再施氮对夏大豆收获期茎的干物质积累量的影响,表现为夏大豆茎的干物质积累量随着当季施氮量的增加而增加的趋势,且各施氮处理均显著增加了茎的干物质积累量,但在前茬麦季施氮达到242 kg/hm2时,当季再施氮超过69 kg/hm2时,夏大豆茎的干物质积累量不再增加。两年夏大豆当季再施氮对夏大豆籽粒的影响有所差异,将2017与2018年夏大豆籽粒干物质积累量进行均值比较发现,同夏大豆当季再施氮对茎及总干物质的积累量影响一样,WN0~WN1处理下,当季施氮显著增加籽粒的干物质积累量,但当前茬麦季施氮达到173 kg/hm2时,当季施氮超过69 kg/hm2时,当季施氮不仅不增加籽粒的干物质积累量,反而还会降低籽粒的干物质积累量。说明在前茬麦季施氮的基础上,夏大豆当季再适量施氮有利于增加干物质积累量,但当季过量施氮则无显著作用。

        表 1  麦−豆周年施氮对夏大豆干物质积累量的影响 (g/plant)

        Table 1.  Effects of nitrogen application in wheat-soybean system on dry matter accumulation of summer soybean

        处理
        Treatment
        20172018均值 Mean

        Stem
        荚皮
        Pod husk
        籽粒
        Seed

        Total

        Stem
        荚皮
        Pod husk
        籽粒
        Seed

        Total

        Stem
        荚皮
        Pod husk
        籽粒
        Seed

        Total
        WN0SN02.92 c3.51 a5.84 a12.27 b2.22 c3.79 a5.51 c11.52 c2.57 c3.65 a5.68 b11.90 c
        SN13.49 b4.08 a6.97 a14.54 a2.57 b4.40 a6.27 b13.24 b3.03 b4.24 a6.62 a13.89 b
        SN24.02 a4.55 a7.29 a15.86 a2.82 a4.71 a6.88 a14.41 a3.42 a4.63 a7.09 a15.14 a
        WN1SN03.97 c3.83 a6.53 a14.33 b2.23 b4.06 a6.12 c12.41 c3.10 b3.95 a6.33 b13.37 b
        SN14.34 b4.11 a7.74 a16.19 a2.88 a4.61 a6.92 b14.4 1 b3.61 a4.36 a7.33 a15.30 a
        SN24.49 a4.33 a7.24 a16.06 a2.89 a4.82 a7.56 a15.27 a3.69 a4.58 a7.40 a15.67 a
        WN2SN04.13 c4.17 a6.27 b14.57 b2.76 b4.78 a7.12 c14.66 b3.45 c4.48 a6.70 c14.62 b
        SN14.33 b4.56 a8.14 a17.03 a2.98 a5.18 a8.03 a16.19 a3.65 b4.87 a8.09 a16.61 a
        SN24.63 a4.67 a 6.97 ab16.27 a 2.92 ab5.14 a7.52 b 15.58 ab3.77 a4.91 a7.25 b15.92 a
        WN3SN04.25 c4.21 a7.14 a15.60 a2.85 a5.16 a8.05 a16.06 a3.55 b4.69 a7.60 a15.83 a
        SN14.57 a4.62 a7.44 a16.63 a2.97 a5.08 a7.88 a15.93 a3.77 a4.85 a7.66 a16.28 a
        SN24.46 b4.75 a6.54 a15.75 a3.00 a4.93 a7.41 b15.34 a3.73 a4.84 a6.98 b15.55 a
        注(Note):SN0~SN2 代表大豆施氮量 0、69、138 kg/hm2; WN0~WN3 代表前茬小麦施氮量 0、104、173、242 kg/hm2。夏大豆成熟期叶片枯黄、掉落,未包含在此次调查中。同列数据后不同小写字母表示在相同前茬麦季施氮量下夏大豆季不同施氮量间差异显著 (P < 0.05)。SN0−SN2 represent N application rates of 0, 69 and 138 kg/hm2 in summer soybean; WN0−WN3 represent N application rates of 0, 104, 173 and 242 kg/hm2 in pre-wheat. Yellow and shed leaves of summer soybean at maturity were not included in this study. Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among different nitrogen application rates in summer soybean season under the same N rate in the previous wheat season (P < 0.05).
      • 表2所示,在前茬麦季施氮的基础上,夏大豆当季再施氮有利于增加大豆氮素积累量。在前茬麦季WN0及WN1处理的基础上,夏大豆当季SN1、SN2处理有利于增加全生育期大豆植株氮素总积累量,且随着当季施氮量的增加而增加;前茬施氮达到173~242 kg/hm2,当季再施氮也可显著增加大豆花荚期植株氮素积累量,但SN1处理与SN2处理间无显著差异。

        表 2  前茬小麦施氮处理下夏大豆当季施氮量对各器官氮素积累量的影响 (kg/hm2)

        Table 2.  N uptake in organs of summer soybean affected by seasonal N rate under different N treatments in previous wheat

        处理
        Treatment
        始花期 Flowering结荚期 Podding始粒期Start graining

        Stem

        Leaf

        Stipe

        Total

        Stem

        Leaf

        Stipe

        Pod

        Total

        Stem

        Leaf

        Stipe
        荚皮
        Pod husk
        籽粒
        Seed

        Total
        WN0SN07.42 b23.20 c3.08 b33.70 c8.82 c24.91 c4.46 b13.41 b51.60 c11.63 c24.67 c6.32 c15.07 b59.40 b117.09 c
        SN110.02 a29.16 b4.56 a43.74 b13.59 b31.59 b6.61 a15.78 ab67.57 b15.33 b32.18 b8.03 b19.31 ab64.86 b139.71 b
        SN211.70 a34.72 a5.16 a51.58 a15.75 a38.99 a7.82 a17.65 a80.21 a20.52 a41.11 a11.62 a23.88 a75.03 a172.16 a
        WN1SN08.19 b23.72 c4.05 a35.96 c9.60 b26.06 b5.43 b13.50 c54.61 c14.32 a24.59 b7.77 b15.55 a69.54 a131.77 c
        SN110.67 a30.79 b4.57 a46.03 b14.76 a36.12 a7.38 ab17.80 b76.06 b19.06 a35.47 a10.56 ab20.81 a72.91 a158.81 b
        SN211.35 a36.73 a5.91 a53.99 a16.47 a41.38 a8.59 a19.69 a86.13 a22.63 a41.96 a12.78 a23.01 a78.76 a179.14 a
        WN2SN012.24 b27.91 b4.86 a45.01 b16.08 a32.62 b7.64 a18.29 b74.63 b21.20 a30.90 c9.12 a19.23 a76.98 a157.43 a
        SN115.78 a37.72 a5.94 a59.44 a19.29 a39.10 a9.96 a21.73 a90.08 a24.13 a38.58 b11.17 a23.00 a80.50 a177.38 a
        SN214.85 a39.51 a6.01 a60.37 a18.37 a42.44 a9.03 a23.27 a93.11 a23.71 a45.04 a11.99 a24.04 a80.75 a185.52 a
        WN3SN011.87 a29.49 b4.80 a46.16 b16.46 a35.22 a6.61 a19.73 a78.02 b20.92 a34.18 a9.34 a22.11 a85.71 a172.26 a
        SN113.62 a34.39 a5.59 a53.60 a18.74 a36.46 a8.40 a20.81 a84.41 ab23.82 a38.42 a9.97 a23.28 a79.67 a175.16 a
        SN213.04 a36.22 a5.45 a54.71 a21.45 a40.16 a7.93 a21.52 a91.06 a23.94 a37.36 a10.81 a23.80 a79.84 a175.75 a

        在前茬麦季施氮的基础上,夏大豆当季再施氮有利于增加夏大豆植株各器官氮素积累量。在前茬麦季不施氮处理WN0及WN1处理的基础上,夏大豆当季再施氮 (SN1、SN2) 较当季不施氮 (SN0) 显著增加了夏大豆花荚期茎的氮素积累量。其中,在前茬不施氮处理下,大豆结荚期茎的氮素积累量在当季SN1处理与SN2处理间差异显著,且前茬麦季不施氮夏大豆当季再施氮对后期茎的氮素积累有促进的作用。而在前茬麦季WN2、WN3处理下,夏大豆当季再施氮对夏大豆结荚期茎氮素积累量没有作用;在前茬麦季施氮的基础上,夏大豆当季再施氮显著增加大豆花荚期及始粒期叶的氮素积累量,且前茬施氮量越低夏大豆当季施氮对大豆叶氮素积累的促进作用越明显;在前茬麦季不施氮 (WN0) 处理下,夏大豆季施氮显著增加大豆花荚期及始粒期叶柄的氮素积累量;在前茬麦季WN0、WN1及WN2处理时,夏大豆当季再施氮显著增加大豆荚果氮素积累量,其中,在前茬麦季WN0及WN1处理时,夏大豆当季SN1、SN2处理有利于增加大豆生育后期籽粒中氮素积累量。

        夏大豆可利用前茬麦季残留在土壤中的氮素,若前茬施氮量较少夏大豆季再施适量氮肥有利于增加夏大豆植株各器官氮素的积累量,进而增加大豆植株总的氮素积累量;若前茬施氮过高,夏大豆当季再施氮对夏大植株氮素积累的作用不显著。在前茬施氮低于173 kg/hm2时,当季再施少量氮肥,有利于增加大豆氮素积累量,若前茬麦季施氮量过大,夏大豆当季可不施氮。

      • 表3可知,大豆季各施氮处理的平均产量随麦季施氮量的增加呈先增后降的趋势。在麦茬施氮为173 kg/hm2时,大豆季各处理 (SN0、SN1、SN2) 的平均产量最高为2750.61 kg/hm2。而施氮水平较高的WN2和WN3处理条件下的大豆平均产量差异较小,但均高于麦茬WN0处理或WN1处理时的大豆平均产量。夏大豆产量也受当季施氮及其与前茬麦季施氮的交互作用的影响,在麦季不施氮时,夏大豆当季施氮可显著提高夏大豆产量,且产量随施氮量的增加而增加,且处理间差异显著;在麦季施氮WN1、WN2处理下,夏大豆当季再施氮也可显著增加夏大豆产量,但随当季施氮量的增加增产不显著或减产。其中在前茬麦季WN2处理的基础上,夏大豆当季SN1处理时大豆产量达到最高,为2988.93 kg/hm2。而在前茬麦季WN3处理下,夏大豆当季再施氮夏大豆产量有所降低。说明在前茬麦季施氮的基础上,夏大豆当季再施适量的氮肥有利于增加大豆产量。

        表 3  麦−豆周年施氮量对夏大豆产量及氮肥利用效率的影响

        Table 3.  Effects of annual nitrogen application rate on summer soybean yield and nitrogen fertilizer use efficiency under wheat-soybean system

        处理
        Treatment
        单株荚数
        Pods
        per plant
        单株粒数
        Seeds
        per plant
        百粒重
        100-seed weight
        (g)
        产量
        Yield
        (kg/hm2)
        氮肥回收率
        NRE
        (%)
        氮肥农学利用率
        NAE
        (kg/kg)
        氮肥偏生产力
        NPFP
        (kg/kg)
        WN0SN013.29 b36.08 b16.15 b2044.86 c
        SN116.86 a41.29 a 16.40 ab2418.35 b68.43 a5.41 a35.05 a
        SN216.39 a42.21 a17.20 a2544.06 a55.95 b3.62 b18.44 b
        平均 Mean15.51 39.86 16.58 2335.76 62.19 4.52 26.75
        WN1SN015.78 b41.12 a15.99 a2214.40 b
        SN117.71 a43.87 a16.22 a2726.86 a75.66 a7.43 a39.52 a
        SN217.03 a43.54 a16.57 a2722.08 a48.60 b3.68 b19.73 b
        平均 Mean16.84 42.84 16.26 2554.45 62.13 5.56 29.63
        WN2SN017.16 b43.90 c15.80 a2535.90 c
        SN118.93 a48.41 a16.39 a2988.93 a74.34 a6.57 a43.32 a
        SN218.38 a46.15 b16.88 a2726.99 b20.23 b1.38 b19.76 b
        平均 Mean18.16 46.15 16.36 2750.61 47.29 3.98 31.54
        WN3SN017.90 a46.34 a16.47 a2801.42 a
        SN118.53 a46.04 a16.16 a 2762.82 ab24.37 a–0.56 a 40.04 a
        SN218.07 a44.62 b16.23 a2678.46 b–0.71 b–0.89 a 19.41 b
        平均 Mean18.18 45.67 16.29 2747.57 11.83 –0.73 29.73
        双因素方差分析 Two-factor analysis of variance
        WN****ns********
        SN*************
        WN × SN****ns********
        注(Note):NRE—Nitrogen recovery efficiency; NAE—Nitrogen agronomic efficiency; NPFP—Nitrogen partial factor productivity. SN0~SN2 代表大豆施氮量 0、69、138 kg/hm2; WN0~WN3 代表前茬小麦施氮量 0、104、173、242 kg/hm2。表中数据为 2017、2018 年数据的均值;同列数据后不同小写字母表示在相同前茬麦季施氮量下夏大豆季施氮处理间差异显著 (P< 0.05)。SN0−SN2 represent N application rates of 0, 69 and 138 kg/hm2 in summer soybean;WN0−WN3 represent N application rates of 0, 104, 173 and 242 kg/hm2 in pre-wheat. The data in the table are the mean of data in 2017 and 2018. Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among nitrogen treatments in summer soybean season under the same N rate in the previous wheat season (P < 0.05). *—P < 0.05, **—P < 0.01, ns—Not significant.

        此外,前茬麦季不同施氮量也显著影响夏大豆的单株荚数和单株粒数。在麦季施氮WN1、WN2及WN3处理条件下,大豆季各施肥处理下大豆单株荚数的平均值相比对照WN0分别提高了8.58%、17.09%及17.21%;相对应的平均单株粒数也分别提高了8.46%、15.78%及14.58%,表明前茬麦季施氮有利于促进夏大豆单株荚数和单株粒数的提高。夏大豆当季施氮也显著影响其单株荚数及单株粒数。在前茬麦季不施氮或施氮量低于173 kg/hm2时,大豆当季施氮比不施氮有利于增加其单株荚数及单株粒数,但当前茬麦季施氮量达到最高的WN3处理时,大豆当季施氮对单株荚数则无显著影响,单株粒数反而随施氮量的增加而降低。

        表3也表明,前茬麦季施氮显著影响夏大豆当季氮肥利用率。在前茬麦季施氮处理的基础上,夏大豆当季氮肥利用率 (NRE) 基本随麦季施氮量的增加而降低,夏大豆当季各施氮处理 (SN0、SN1、SN2) 的均值表现为WN0 > WN1 > WN2 > WN3;前茬麦季适量施氮有利于提高夏大豆氮肥农学利用率 (NAE) 及氮肥偏生产力 (NPFP),相比较前茬麦季不施氮 (WN0) 处理,在前茬麦季WN1处理下,夏大豆当季各处理NAE、NPFP的均值均有所提高,但前茬施氮量过高反而不利于夏大豆NAE、NPFP的增加。在前茬麦季施氮的基础上,夏大豆季再施氮也显著影响当季氮肥利用率。夏大豆氮肥利用率、氮肥农学利用率及偏生产力均随当季施氮量的增加而降低,施氮处理之间均表现为SN1 > SN2处理。

      • 近年来,在间套作及复播轮作的一年多熟周年体系中氮肥施用方式及施氮量的研究备受重视[15-17]。若前茬作物施氮水平较高,在前茬作物收获后土壤中可残留较多的氮素供后茬作物吸收利用[18]。在氮素残留量高的土壤上,施肥虽然也能显著提高作物产量和吸氮量,但作物对肥料氮的利用率不高[19]。后茬作物再施少量氮肥仍能显著提高作物干物质积累量、氮素吸收量及产量,若前茬作物继续增加施氮量则相关指标不仅没有增加反而降低[18, 20]。王佳锐等[13]研究表明,大豆能充分利用前作小麦的施氮后效,在前茬麦季施氮120 kg/hm2时大豆生物量和籽粒产量达到最大值。陈晓辉等[12]也认为,后茬大豆植株氮素积累量及产量均先随麦季施氮量的增加而增加,当麦季施氮量超过180 kg/hm2时相关指标不再增加。本研究结果同前人研究结果一致,前茬麦季适量施氮有利于提高后季大豆干物质积累量、氮素利用及产量。在前茬麦季施氮低于173 kg/hm2 (WN2) 时,夏大豆当季再施氮有利于增加干物质积累量、各器官氮素含量及植株氮素积累量,且前茬麦季施氮水平越低,夏大豆当季再施氮作用越显著。前茬麦季施氮明显增加夏大豆单株荚数及粒数,促进夏大豆产量的增加。在麦季施氮104、173 kg/hm2基础上,夏大豆当季施氮69 kg/hm2时产量达最高值,而当季再施氮138 kg/hm2时,夏大豆产量降低;其中前茬麦季施氮173 kg/hm2基础上,夏大豆当季再施氮69 kg/hm2时产量达到最高,为2988.93 kg/hm2

        氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力是用来表示氮肥利用率的常用定量指标,可以从不同的侧面描述作物对氮素或氮肥的利用效率[21]。本研究结果表明,在冬小麦−夏大豆周年轮作体系下,夏大豆的氮肥吸收利用率随前茬麦季施氮量的增加而降低,而氮肥农学利用率及偏生产力均随麦季施氮量的增加呈先增后降趋势。在前茬麦季的基础上,夏大豆季再施氮氮肥吸收利用率、农学利用率及偏生产力均随夏大豆当季施氮量的增加而降低。本研究与吴光磊等[22]和李鑫[23]的研究结果基本一致。

      • 夏大豆产量的高低及氮素积累量均与前茬小麦施氮量以及当季大豆施氮量的多少密切相关,为了获取复播大豆高产,促进氮素利用率的提高,在前茬小麦施氮量大的高产田,复播大豆季可少施或不施氮肥。在本研究条件下,前茬小麦季施氮水平达到173 kg/hm2时,夏大豆当季在始花期再施氮肥69 kg/hm2有利于夏大豆产量和氮肥利用效率的提高,促进小麦−大豆周年轮作体系的高效生产。

    参考文献 (23)

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