秸秆还田与施氮水平对大豆氮素吸收分配及产量的影响
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.24271
杨栗恒1 , 尚磊1 , 王孟雪1 , 张云贵2 , 张敏3 , 王鹏1,4
1. 黑龙江八一农垦大学,黑龙江 大庆 163319
2. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081
3. 北大荒集团黑龙江大西江农场有限公司,黑龙江 嫩江 161448
4. 农业农村部东北平原农业绿色低碳重点实验室,黑龙江 大庆 163319
基金项目: 国家重点研发计划子课题(2022YFD1000105)
Effects of straw returning and nitrogen application levels on nitrogen absorption and distribution and yield of soybean
YANG Li-heng1 , SHANG Lei1 , WANG Meng-xue1 , ZHANG Yun-gui2 , ZHANG Min3 , WANG Peng1,4
1. Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing Heilongjiang 163319
2. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081
3. Beidahuang Group Heilongjiang Daxijiang Farm Co. Ltd.,Nenjiang Heilongjiang 161448
4. Key Laboratory of Low-carbon Green Agriculture in Northeastern China,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Daqing Heilongjiang 163319
摘要
通过探究玉米-大豆轮作体系下玉米秸秆连续还田与施氮水平对大豆干物质、氮素积累分配及产量的影响,为黑土区大豆氮素养分管理提供理论依据。以‘黑河 43’为供试大豆品种,在秸秆未还田试验区设置常规施肥(N 49.2 kg/hm2 ,N2-)处理,在高肥试验区(G,有机质含量≥ 45 g/kg)与低肥试验区(D,有机质含量 <45 g/ kg)分别设置秸秆还田条件下不施肥处理(CK)、不施氮肥处理(N 0 kg/hm2 ,N0)、常规减氮 30% 处理(N 34.4 kg/ hm2 ,N1)、常规施氮处理(N 49.2 kg/hm2 ,N2)、常规增氮 20% 处理(N 59.0 kg/hm2 ,N3)。分析了大豆不同生育时期根、茎、叶、荚和籽粒氮素积累分配、大豆生物量和产量的变化行为。结果表明,2 年 2 试验区秸秆还田与秸秆未还田相比显著提高了大豆产量、干物质量和氮素积累量,增加幅度分别为 15.1%~26.0%、44.1%~287.4% 和 15.6%~54.4%。秸秆还田 6~7 年后,2 年 2 试验区大豆产量、干物质量和氮素积累量均以施氮量 N 34.4 kg/hm2(N1) 处理最高,与施氮量 N 49.2 kg/hm2 (N2)处理相比,增加幅度分别为 0.4%~2.1%、0.9%~24.0% 和 10.3%~20.7%; 2022 年与施氮量 N 49.2 kg/hm2 (N2)处理相比,施氮量 N 59.0 kg/hm2 (N3)处理大豆产量、植株干物质积累量和氮素积累量呈现出降低趋势,在高肥试验区降低程度更为显著。综上,玉米-大豆轮作体系下玉米秸秆连续还田能够显著提高大豆氮素吸收积累量及产量,以秸秆还田下常规减氮 30%(N 34.4 kg/hm2 ,N1)为黑土区大豆适宜氮肥用量。
Abstract
The effects of continuous returning of corn straw and nitrogen application level on dry matter,nitrogen accumulation and distribution and yield of soybean under maize-soybean rotation system were investigated to provide theoretical basis for nitrogen nutrient management of soybean in black soil area.In this study,Heihe 43 was used as the test soybean variety,and a conventional fertilization(N 49.2 kg/hm2 ,N2-)treatment was set up in the experimental area without straw returning.In the high-fertilizer test area(G,organic matter content ≥ 45 g/kg)and the low-fertilizer test area(D,organic matter content <45 g/kg),no fertilizer treatment(CK),no nitrogen fertilizer treatment(N 0 kg/hm2 , N0),conventional nitrogen reduction 30% treatment(N 34.4 kg/hm2 ,N1),conventional nitrogen application treatment (N 49.2 kg/hm2 ,N2),and conventional nitrogen increase 20% treatment(N 59.0 kg/hm2 ,N3)were set up under the condition of straw returning.The changes of nitrogen accumulation and distribution in roots,stems,leaves,pods and grains,biomass and yield of soybean at different growth stages were analyzed.The results showed that compared with no straw returning,straw returning significantly increased soybean yield,dry matter mass and nitrogen accumulation by 15.1%- 26.0%,44.1%-287.4% and 15.6%-54.4%,respectively. After 6-7 years of straw returning,the yield,dry matter mass and nitrogen accumulation of soybean in 2 years and 2 fertilizer areas were the highest in the treatment of N 34.4 kg/hm2 (N1). Compared with the treatment of N 49.2 kg/hm2 (N2),the increase rates were 0.4%-2.1%,0.9%-24.0% and 10.3%- 20.7%,respectively.In 2022,compared with the treatment of N 49.2 kg/hm2 (N2),the yield,dry matter accumulation and nitrogen accumulation of soybean treated with N 59.0 kg/hm2 (N3)showed a decreasing trend,and the degree of reduction was more significant in high fertilizer area.In summary,the continuous returning of corn straw to the field under the maize-soybean rotation system could significantly increase the nitrogen absorption and accumulation and yield of soybean. The conventional nitrogen reduction of 30%(N 34.4 kg/hm2 ,N1)under straw returning was the suitable rate of nitrogen fertilizer for soybean in black soil area.
氮素是作物生长发育中重要的营养元素之一,施用氮肥是提高作物产量的重要方式[1]。而氮肥不合理施用现象在实际生产中广泛存在[2],特别是过量施氮,导致氮肥利用率低、资源浪费、环境污染严重的问题越来越突出[3-5]。因此,如何合理施用氮肥以达到作物高产及最大限度地减少氮素损失的目的是值得研究的问题。
玉米秸秆中富含大量的碳(C,45.0%~50.0%)、氮(N,0.4%~0.5%)、磷(P,0.2%~0.3%)、钾(K,0.5%~0.7%)等营养元素[6]。通过秸秆还田可以补充土壤的大量营养元素[7]。但玉米秸秆还田后会造成土壤碳氮比过高[8],秸秆分解过程中会与作物发生争氮现象[9],易造成作物前期缺肥,进而影响产量[8]。秸秆配施氮肥可以有效缓解秸秆腐解过程中与作物争氮的状况[10]。前人针对大豆氮肥调控技术做了大量研究[11-14],氮肥施用量对大豆的生长发育及产量具有显著影响,但对秸秆连续还田及结合施氮量对大豆氮素转运及产量的影响鲜见报道。因而,如何运筹连续秸秆还田与氮肥配施,提高农田生产力、减少环境污染是目前东北地区农业生产中值得研究的重要课题。本研究利用田间试验,分析玉米-大豆轮作体系下连续玉米秸秆还田与施氮水平对大豆干物质量、氮素积累分配及产量的影响,明确玉米-大豆轮作体系下连续秸秆还田的长期效果和大豆适宜施氮量,为黑土区大豆减肥丰产提供理论依据与技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2022 和 2023 年在黑龙江省北大荒农垦集团九三分公司大西江农场进行(48°58′54″N,124°57′52″E),玉米秸秆还田措施始于 2011 年, 2022 年秸秆未还田和秸秆还田高、低肥试验区前茬作物均为玉米;2023 年秸秆未还田试验区前茬作物为大豆(2022 和 2023 年秸秆未还田试验区为同一地块),秸秆还田高、低肥试验区前茬作物为玉米。受农场管理模式影响,秸秆未还田试验区选择与低肥试验区土壤性质相近地块开展试验,种植模式为玉米-大豆轮作,一年一熟制,无灌溉,玉米种植为青贮玉米,大豆秸秆秋季打包离田。试验区土壤类型为黑土,其基本理化性质如表1所示。
1试验地土壤基本理化性状
注:G:高肥试验区;D:低肥试验区;W:秸秆未还田。
1.2 试验设计
供试大豆品种为当地主栽品种‘黑河 43’,为亚有限结荚习性,由北大荒垦丰种业股份有限公司大西江农场分公司提供。试验所用肥料为尿素 (N 46%),重过磷酸钙(P2O5 46%),磷酸二铵(N 18%,P2O5 46%),硫酸钾(K2O 50%)。试验所用肥料均为北大荒集团统一供肥。秋季前茬作物收获后,通过机械深翻作业将秸秆进行翻埋还田,作业深度达 30 cm 以上,进行秋起垄春施肥,肥料以机械条施方式施入,所有肥料全部作为基肥一次性施入。
试验采用大区设计,共设置 3 个试验区,秸秆未还田试验区(W):秸秆未还田 + 常规施肥处理(N2-);秸秆还田条件下高肥试验区(G)、低肥试验区(D):不施肥处理(CK)、不施氮肥处理 (N0)、常规减氮 30% 处理(N1)、常规施氮处理 (N2)、常规增氮 20% 处理(N3),具体施肥量详见表2。大豆种植采用宽台大垄匀密栽培模式,每个处理 12 垄(550 m/ 垄),垄宽 1.1 m,处理面积 7260 m2。垄上 3 行种植,种植密度每公顷为 36 万株。其他田间管理措施均与当地大田生产一致。2022 年 5 月 7 日播种,9 月 29 日收获;2023 年 4 月 30 日播种,10 月 1 日收获。
2各处理施肥量
注:N2-:秸秆未还田 + 常规施肥;CK:秸秆还田 + 不施肥;N0:秸秆还田 + 不施氮;N1:秸秆还田 + 常规减氮 30%;N2:秸秆还田 + 常规氮量; N3:秸秆还田 + 常规增氮 20%。
1.3 样品采集
2022 和 2023 年于大豆始花期(R1)、始粒期 (R5)、成熟期(R8)进行取样(2022 年受疫情原因影响大豆始粒期未取样),选择长势均匀植株,按照垄上 3 行左∶中∶右 =3 ∶ 4 ∶ 3 取 10 株植株样品,每个处理 3 次重复,分成根、茎、叶(含叶柄)、荚、粒 5 个部分放入烘箱 105℃杀青 30 min 后,75℃烘干至恒重后称干重。将烘干的样品粉碎过筛后待测。
1.4 测定项目
1.4.1 植株氮含量测定
植株和籽粒样品用 H2SO4-H2O2 消煮,凯氏定氮法[15]测植株各部分氮含量。
1.4.2 成熟期大豆产量测定
大豆成熟期,根据种植面积、地力和大豆长势情况将试验田分成 3 个测产点。每一测产点采取对角线 5 点取样法,每个样点离地头 5 m,每个处理于中间 4 垄随机选点,连续调查 10 株的荚数、粒数,测定株粒数、百粒重等,并计算籽粒产量。
1.4.3 计算方法
植株各器官氮素积累量 = 各器官干重 × 各器官含氮量
各器官氮素分配比例 = 各器官的氮素积累量 / 氮素总积累量 ×100%
1.5 数据处理
采用 Excel 2010 处理数据,采用 SPSS 22.0 进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1 秸秆还田与施氮水平对大豆干物质积累的影响
2.1.1 秸秆还田对大豆干物质积累的影响
不同试验年份和秸秆还田处理对大豆干物质积累量的影响均达到极显著水平(P<0.01)。连续秸秆还田显著提高大豆主要生育时期干物质积累量,但增加幅度因肥力水平而异(图1)。与秸秆未还田相比,秸秆还田下高肥试验区和低肥试验区大豆始花期干物质积累量分别提高了 52.9%~66.6% 和 44.1%~59.4%,始粒期分别提高了 158.6% 和 178.9%,成熟期分别提高了 193.1%~282.7% 和269.7%~287.4%。秸秆还田下大豆干物质积累量在高肥试验区和低肥试验区之间无显著差异。综合 2 年试验结果表明,连续秸秆还田(6~7 年)显著提高大豆干物质积累量,尤其在大豆生长发育后期促进优势更为明显。
1秸秆还田对大豆干物质积累的影响
注:GN2:高肥试验区 + 秸秆还田 + 常规氮量;DN2:低肥试验区 + 秸秆还田 + 常规氮量;WN2-:秸秆未还田 + 常规氮量。R1、R5、R8 分别为始花期、始粒期、成熟期。不同小写字母表示同一年份相同生育期处理间差异显著(P<0.05)。方差分析中,Y、T 分别代表年份、处理,* 和 ** 分别表示效应在 0.05 和 0.01 水平显著,NS 表示效应不显著。下同。
2.1.2 施氮水平对大豆干物质积累的影响
不同试验年份和处理对大豆干物质积累量的影响均达到极显著水平(P<0.01)。试验区对大豆干物质积累量的影响显著。施氮对大豆干物质积累量影响显著(图2)。大豆干物质积累量随着施氮水平增加总体呈现降低趋势。除 2022 年低肥试验区R1 期以 N2 处理最高外,2 年 2 个试验区在大豆 R1、R5 和 R8 期干物质积累量均以 N1 处理达到最大值,较 N2 处理分别提高了 3.98%~24.0%、1.4%~2.6% 和 0.9%~14.4%。可见,连续秸秆还田 6~7 年后施用氮肥显著影响大豆干物质积累量,无论在高肥试验区和低肥试验区 N1 水平基本可以满足大豆对氮素的需求。
2不同施氮水平大豆植株干物质积累量
注:方差分析中 E 代表试验区。
2.2 秸秆还田与施氮水平对大豆氮素积累及分配的影响
2.2.1 秸秆还田对大豆氮素积累及分配的影响
不同试验年份和秸秆还田处理对大豆氮素积累量的影响均达到极显著水平(P<0.01)。连续秸秆还田对大豆氮素积累量影响显著,R8 期高肥试验区和低肥试验区秸秆还田后氮素积累量较秸秆未还田分别提高了 15.6%~32.2% 和 50.9%~54.4%,大豆氮素积累量在 R1 期高、低肥试验区间无显著差异,在 R5、R8 期高肥试验区显著低于低肥试验区(图3A)。说明秸秆连续还田有利于大豆氮素积累,但土壤肥力较高时,过量施用氮肥有抑制大豆氮素吸收的作用。随着生育期的推进,大豆叶片、茎秆和根系的氮素分配比例逐渐降低(图3B)。2 年高肥试验区和低肥试验区秸秆还田 R8 期大豆籽粒的氮素占比较秸秆未还田分别提高了 0.4%~3.3% 和 1.3%~1.5%,说明秸秆还田能够促进氮素向大豆粒转运。
3秸秆还田对大豆氮素积累量及各器官分配的影响
2.2.2 施氮水平对大豆氮素积累及分配的影响
不同试验年份、试验区、处理和试验区与处理交互作用对大豆氮素积累量的影响均达到极显著水平(P<0.01)。由图4可知,施氮对大豆氮素积累量的影响存在显著差异。2 年低肥试验区 N1 和 N2 处理间大豆植株氮素积累量无显著差异,均显著高于 N0 处理,且在 N1 处理达到最高。除 2023 年高肥试验区 R1 期外,2 年高肥试验区 R1 期、R5 期和 R8 期大豆氮素积累量均以 N1 处理最高,显著高于其他处理,较 N2 处理分别提高了 10.6%~11.8%、4.8% 和 10.3%~20.7%。2 年试验结果表明,在连续秸秆还田 6~7 年后,施氮肥会显著影响大豆氮素积累,无论在高肥试验区和低肥试验区 N1 水平基本可以满足大豆对氮素的需求,过高施氮则抑制大豆对氮素的积累,尤以高肥试验区更为显著。
图5可知,随着大豆生育期的推移,大豆氮素在茎秆、叶片和荚皮中的分配比例逐渐降低, R1 和 R5 期大豆叶片氮素分配比例最高,R8 期大豆籽粒氮素分配比例最高。进一步分析不同氮肥用量看出,随着施氮水平的提高,R1 和 R5 期 N2 处理大豆叶片氮素占比最高,较 N1 处理分别增加了 1.1%~2.3% 和 0.7%~0.8%。R8 期 N1 处理大豆籽粒氮素占比最高,较 N2 处理分别增加了 0.3%~0.9%。综合 2 年结果表明,连续 6~7 年秸秆还田条件下减施氮肥(N1 处理)能够显著提高大豆籽粒氮素分配比例,高施氮水平能够促进氮素向大豆叶片分配,但没有促进氮素向大豆籽粒的分配。
4不同施氮水平大豆植株氮素积累量
5不同施氮水平大豆各器官氮素分配
2.3 秸秆还田与施氮水平对大豆农艺性状及产量构成因素的影响
2.3.1 秸秆还田对大豆农艺性状及产量构成因素的影响
年份对大豆农艺性状及产量构成因素影响不显著,秸秆还田和年份与秸秆还田交互作用均对农艺性状及产量构成因素影响极显著(表3)。秸秆还田处理大豆节数、单株荚数和单株粒数较秸秆未还田分别提高了 18.9%~23.6%、15.9%~73.2% 和 24.5%~58.5%,且 2 年秸秆还田低肥试验区大豆单株荚数和单株粒数均高于秸秆还田高肥试验区,但肥力水平间无显著差异。秸秆还田对大豆株高和百粒重的影响在年际间存在差异,2022 年 2 种肥力水平下均表现为秸秆还田处理显著高于秸秆未还田处理,分别提高了 68.1%~73.6% 和 1.6%~2.6%。可见,长期秸秆还田有利于大豆株高、节数、单株荚数和单株粒数的增加,秸秆还田对大豆单株荚数和单株粒数的促进作用在低肥力水平下更为明显。
2.3.2 施氮水平对大豆农艺性状及产量构成因素的影响
年份对农艺性状及产量构成因素影响不显著,试验区对大豆单株荚数影响显著;施氮水平对大豆株高影响极显著,对大豆百粒重影响显著;年份与施氮水平交互作用对大豆株高、单株粒数均存在显著影响;试验区与施氮水平交互作用对大豆节数影响不显著,但对大豆株高、单株荚数、单株粒数、百粒重均影响显著(表4)。高肥试验区大豆单株荚数、单株粒数及百粒重均低于低肥试验区,但株高高于低肥试验区。说明土壤肥力较高时能够有效促进大豆营养生长,同时加剧了营养生长与生殖生长的竞争,导致大豆生殖生长减弱。
3秸秆还田对大豆农艺性状及产量构成因素的影响
注:GN2:高肥试验区 + 秸秆还田 + 常规氮量;DN2:低肥试验区 + 秸秆还田 + 常规氮量;WN2-:秸秆未还田 + 常规氮量;同列数据后不同小写字母表示同一年份处理间差异显著(P<0.05)。方差分析中, Y、T 分别代表年份、处理,* 和 ** 分别表示效应在 0.05 和 0.01 水平显著,NS 表示效应不显著。下同。
2年 2 个试验区结果可知,随着施氮水平增加,大豆株高呈降低趋势,高肥试验区和低肥试验区均以 N1 处理最高,分别较 N2 处理提高了 1.3%~4.9% 和 1.7%~1.9%;2 种肥力水平下施氮水平对大豆单株荚数的影响表现为当施氮水平大于 N1 时不再显著增加,并存在降低趋势。施氮水平对大豆单株粒数的影响在不同肥力水平下存在差异,高肥试验区促进作用未达到显著性,低肥试验区当施氮水平大于 N1 时不再显著增加且存在降低趋势。2 种肥力水平下大豆百粒重随施氮水平增加呈先升高后降低的趋势,均以 N1 处理达到最大值, N1 与 N2 处理间无显著差异。综合 2 年试验结果表明,适宜施氮能够促进大豆株高、单株荚数、单株粒数和百粒重的提高,过高施氮对大豆生长及产量构成存在抑制作用。
4不同施氮水平大豆农艺性状及产量构成因素
注:方差分析中,E 代表试验区。
2.4 秸秆还田与施氮水平对大豆产量影响
2.4.1 秸秆还田对大豆产量影响
不同试验年份和秸秆还田处理对大豆产量的影响均达到极显著水平(P<0.01)。2 年大豆产量均表现为秸秆还田处理显著高于秸秆未还田处理(图6)。与秸秆未还田处理相比,2022 年高肥试验区和低肥试验区秸秆还田处理大豆产量分别提高了 22.4% 和 26.0%,2023 年分别提高了 15.1% 和 21.0%。2 年高肥试验区和低肥试验区秸秆还田处理大豆产量未表现出显著差异。可见,无论土壤肥力高低,秸秆还田能够提高大豆产量。
6秸秆还田对大豆产量影响
2.4.2 不同施氮水平对大豆产量影响
不同试验年份、处理和试验区与处理交互作用对大豆产量的影响均达到极显著水平(P<0.01), 2022 年高肥试验区和 2023 年低肥试验区施氮处理大豆产量与不施氮处理相比无显著变化(图7)。 2022 年 CK 和 N0 处理高肥试验区大豆产量分别达到 2820.3 和 2970 kg/hm2,分别占当地推荐施肥处理产量 92.2% 和 96.5%;2023 年 CK 和 N0 处理低肥试验区大豆产量分别达到 2737.3 和 2866.1 kg/ hm2,占当地常规施肥量(N2)95.5% 和 99.9%。2 年 2 试验区大豆产量均以 N1 处理最大,较 N2 处理提高了 0.4%~2.1%。随施氮量增加,大豆产量呈降低趋势,但没有达到显著性水平,2022 年 N3 处理较 N2 处理降低了 1.6%~3.0%。2 年试验结果表明,连续秸秆还田 6~7 年条件下,不施氮肥(N0) 基本上可满足当地大豆产量需求;当氮肥用量大于 N1 水平时,氮肥增产效果不显著,大豆产量呈下降趋势。
7不同施氮水平对大豆产量影响
3 讨论
3.1 秸秆还田和施氮水平对大豆干物质量及氮素积累量的影响
作物的氮素吸收与利用是产量形成的关键因素[16]。游来勇等[17] 在小麦上研究表明,秸秆还田有利于提高氮素吸收利用,促进干物质积累。本试验结果表明,与秸秆未还田处理相比,连续 6~7 年秸秆还田处理大豆干物质积累量提高 2~3 倍,氮素积累量提高幅度为 15.6%~54.4%,其原因可能是单独施用氮肥养分释放较快,能够满足作物生长前期对养分的需求,作物生长后期供氮能力下降,不能满足作物生育后期对养分的需求[18]。适宜的施氮水平能为大豆植株提供良好的营养条件[19-20],有助于植株吸收养分[21],促进植株干物质的积累[22]和对氮素的吸收[23],能显著提高植株氮素的积累量[24]。本研究 2 年 2 试验区大豆干物质积累量与植株氮素积累量变化趋势一致,均在 N1 处理达到最高,较 N2 处理增幅分别为 0.9%~24.0% 和 4.8%~20.7%。适量施用氮肥同样有利于养分向生殖器官分配[25-26]。本研究中,施氮 34.4 kg/hm2 (N1)的籽粒氮素分配比率最高,较施氮 49.2 kg/hm2 (N2)增幅为 0.3%~0.9%。随外源氮水平增加,大豆植株氮素积累量呈先增加后降低的变化趋势[27],说明大豆对氮素水平的需求有一定的阈值[28],过量地施入氮肥引起植株营养生长过快[29],会制约植株对营养成分的吸收[30],不利于养分向籽粒转运[31],与本研究结果一致,2022 年 N3 处理大豆植株干物质积累量、大豆植株氮素积累量和大豆籽粒氮素分配比例与 N1 处理相比均显著降低。在高肥试验区这种抑制作用更为显著,其原因可能是土壤有机质与碱解氮在不同土层下均表现出极强的线性关系[32],土壤碱解氮随着土壤有机质增加而增加,且关联系数以碱解氮最高速效钾次之,有效磷最低[33]
3.2 秸秆还田和施氮水平对大豆农艺性状及产量的影响
秸秆还田对于产量的影响具有不确定性,有研究表明,秸秆还田能增加水稻单位面积有效穗数和每穗粒数及水稻产量[34],还能提高棉花的总铃数、单铃重及籽棉产量[35-36],也有研究表明秸秆还田下产量较不还田出现下降的现象[37-38]。本试验结果表明,连续 6~7 年秸秆还田可显著提高大豆的单株荚数、单株粒数及产量[39]。在 2 种肥力水平下秸秆还田较秸秆未还田单株荚数、单株粒数和产量分别提高了 15.9%~73.2%、24.5%~58.5% 和 15.1%~26.0%;其一部分原因是连续 6~7 年秸秆还田后,秸秆中富含氮、磷、钾等养分,经过腐解释放能够供给下茬作物利用[40],另一部分原因是秸秆还田能协调土壤供肥特性与植株需肥规律之间的关系。大量研究表明,碳氮比大的作物秸秆会通过增加氮素的固化造成氮素限制[41],在中后期随着养分的释放对作物产生积极效应[16]。研究发现,秸秆还田配施氮肥可以增强物质合成并提高向籽粒转运的效率[42],显著促进作物产量[43]。申晓慧[44]指出,氮素水平过低,不能满足大豆生长的需求,产量较低,而氮素水平过高,抑制了大豆的固氮作用,也不利于获得较高产量,与本研究结果一致,大豆产量随着施氮量的增加呈先升高后降低的趋势[45-46],2022 年 N3 处理较 N2 处理大豆产量降低了 1.6%~3.1%,因此 2023 年减少了 N3 处理。2 年 2 种肥力水平上大豆产量均在 N1 处理达到最高, 2022 年和 2023 年 N1 处理较 N2 处理大豆产量分别提高 0.4%~1.2% 和 1.6%~2.1%,说明连续秸秆还田后减氮 30% 有利于增加大豆产量,这与刘红杰等[47]在小麦上和张斯梅等[48]在粳稻上研究结果相同。
4 结论
玉米-大豆轮作下秸秆连续还田能显著提高大豆产量、干物质量和氮素积累量,有利于大豆生长发育和促进产量性状形成。连续 6~7 年秸秆还田后,适宜氮肥用量对大豆生长发育和提高产量具有显著促进作用,但过高的氮肥用量反而抑制大豆生长发育和产量形成。秸秆连续还田下常规减氮 30% (N 34.4 kg/hm2)可显著提高大豆氮素积累量,具有明显的氮分配优势,可以作为本地区玉米-大豆轮作体系中大豆的适宜氮肥用量,但高肥试验区大豆施氮量能否进一步优化将是下一步研究的重要内容。
1秸秆还田对大豆干物质积累的影响
2不同施氮水平大豆植株干物质积累量
3秸秆还田对大豆氮素积累量及各器官分配的影响
4不同施氮水平大豆植株氮素积累量
5不同施氮水平大豆各器官氮素分配
6秸秆还田对大豆产量影响
7不同施氮水平对大豆产量影响
1试验地土壤基本理化性状
2各处理施肥量
3秸秆还田对大豆农艺性状及产量构成因素的影响
4不同施氮水平大豆农艺性状及产量构成因素
史校艳, 王志强, 谷庆昊, 等. 施氮量对不同茬口冬小麦产量及氮肥利用率的影响[J]. 生态学杂志,2019,38(7):2041-2048.
张福锁, 王激清, 张卫峰, 等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报,2008,45(5):915-924.
Subbarao G V, Ito O, Sahrawat K L,et al. Scope and strategies for regulation of nitrification in agricultural system-challenges and opportunities[J]. Critical Reviews in Plant Sciences,2006,25(4):303-335.
吕殿青, 同延安, 孙本华, 等. 氮肥施用对环境污染影响的研究[J]. 植物营养与肥料学报,1998,4(1):8-15.
高祥照, 马文奇, 杜森, 等. 我国施肥中存在问题的分析[J]. 土壤通报,2001,32(6):258-261.
肖鑫, 况帅, 王滨, 等. 玉米秸秆还田形态对棕壤性土土壤肥力及烤烟产量品质的影响[J]. 中国土壤与肥料,2024(2):42-50.
苏珊珊, 张吉立, 彭程, 等. 秸秆还田条件下大豆-玉米轮作体系中氮素对玉米产量和氮利用效率的影响[J]. 中国土壤与肥料,2023(5):68-75.
高永祥, 李若尘, 张民, 等. 秸秆还田配施控释掺混尿素对玉米产量和土壤肥力的影响[J]. 土壤学报,2021,58(6):1507-1519.
Huang T, Yang H, Huang C C,et al. Effect of fertilizer N rates and straw management on yield-scaled nitrous oxide emissions in a maize-wheat double cropping system[J]. Field Crops Research,2017,204:1-11.
Unkovich M J, Pate J S. An appraisal of recent field measurements of symbiotic N2 fixation by annual legumes[J]. Field Crops Res,2000,65:211-228.
申晓慧. 不同氮肥施用量对大豆根际土壤微生物数量及产量的影响[J]. 大豆科学,2014,33(2):283-286.
雍太文, 董茜, 刘小明, 等. 施肥方式对玉米-大豆套作体系氮素吸收利用效率的影响[J]. 中国油料作物学报,2014,36(1):84-91.
雍太文, 刘小明, 刘文钰, 等. 减量施氮对玉米-大豆套作体系中作物产量及养分吸收利用的影响[J]. 应用生态学报,2014,25(2):474-482.
申晓慧, 姜成, 冯鹏, 等. 不同水肥措施对大豆产量及农艺性状的影响[J]. 农学学报,2014,4(1):1-3.
鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社,2000.
张宇杰, 王志强, 马鹏, 等. 麦秆还田下水氮耦合对水稻氮素吸收利用及产量的影响[J]. 中国水稻科学,2022,36(4):388-398.
游来勇, 李冰, 王昌全, 等. 秸秆还田量对麦-稻轮作体系作物产量、氮素吸收利用效率的影响[J]. 核农学报,2015,29(12):2394-2401.
刘楚桐, 陈松岭, 金鑫鑫, 等. 控释氮肥减量配施对土壤氮素调控及夏玉米产量的影响[J]. 中国土壤与肥料,2021(2):108-115.
邸伟, 金喜军, 马春梅, 等. 施氮水平对大豆氮素积累与产量影响的研究[J]. 核农学报,2010,24(3):612-617.
金喜军, 马春梅, 龚振平, 等. 大豆鼓粒期对肥料氮的吸收与分配研究[J]. 植物营养与肥料学报,2010,16(2):395-399.
唐海明, 程爱武, 徐一兰, 等. 长期有机无机肥配施对双季稻区水稻干物质积累及产量的影响[J]. 农业现代化研究,2015,36(6):1091-1098.
Zhao J L, Wang X G, Zhuang J,et al. Fine-crush straw returning enhances dry matter accumulation rate of maize seedlings in Northeast China[J]. Agronomy,2021,11(6):11-44.
Mo R X, Jiang L G, Guo L,et al. Effect of nitrogen application on contents of different forms of nitrogen in rice plants[J]. Agricultural Science & Technology,2011,12(10):1484-1489.
李红星, 高飞, 任佰朝, 等. 夏玉米秸秆还田量和施氮量对冬小麦产量和氮素利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2022,28(7):1260-1270.
Zhang J H, Liu J L, Zhang J B,et al. Effects of nitrogen application rates on translocation of dry matter and nitrogen utilization in rice and wheat[J]. Acta Agronomica Sinica,2010,36(10):1736-1742.
Zhang Q X, Gao Y H, Yan B,et al. Perspective on oil flax yield and dry biomass with reduced nitrogen supply[J]. Oil Crop Science,2020,5(2):42-46.
董守坤, 龚振平, 祖伟. 氨素营养水平对大豆氮素积累及产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2010,16(1):65-70.
房彦飞, 符小文, 徐文修, 等. 周年施氮对冬小麦-夏大豆轮作产量及土壤氮素含量的影响[J]. 核农学报,2021,35(5):1178-1187.
李青风, 高杰, 彭秋, 等. 不同时期追氮量和比例对糯高粱“红缨子”产量、氮积累、转运以及氮肥利用率的影响[J]. 中国土壤与肥料,2023(9):105-110.
王丽萍, 白岚方, 王天昊, 等. 不同施氮水平对青贮玉米植株氮素积累和转运的影响[J]. 作物杂志,2023(4):165-173.
Cui Z L, Zhang H Y, Chen X P,et al. Pursuing sustainable productivity with millions of smallholder farmers[J]. Nature,2018,555:363-366.
王艳杰, 付桦. 雾灵山地区土壤有机质全氮及碱解氮的关系[J]. 农业环境科学学报,2005(S1):85-90.
周启运, 郑重谊, 荊永锋, 等. 湘南稻作烟区不同土层土壤有机质含量与氮磷钾关系研究[J]. 作物杂志,2021(5):114-119.
刘梦红, 李红宇, 杜俊, 等. 秸秆还田与蘖肥增氮对寒地水稻产量和氮素吸收、利用的影响[J]. 中国农业大学学报,2023,28(9):49-59.
Zhao J H, Liu Z X, Gao F,et al. A 2-year study on the effects of tillage and straw management on the soil quality and peanut yield in a wheat-peanut rotation system[J]. Journal of Soils and Sediments,2021,21:1698-1712.
刘艳慧, 王双磊, 李金埔, 等. 棉花秸秆还田对土壤速效养分及微生物特性的影响[J]. 作物学报,2016,42(7):1037-1046.
Ma L J, Kong F X, Wang Z,et al. Growth and yield of cotton as affected by different straw returning modes with an equivalent carbon input[J]. Field Crops Research,2019,243:107616.
Xu C L, Li R D, Song W W,et al. Integrating straw management and seeding to improve seed yield and reduce environmental impacts in soybean production[J]. Agronomy,2021,11(6):1033.
Zhou X J, Liang Y, Chen H,et al. Effects of rhizobia inoculation and nitrogen fertilization on photosynthetic physiology of soybean[J]. Photosynthetica,2006,44(4):530-535.
Yin H J, Zhao W Q, Li T,et al. Balancing straw returning and chemical fertilizers in China:role of straw nutrient resources[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2018,81:2695-2702.
Zhao Y, Wang J, Cai Z C,et al. Short-term effects of nitrapyrin,rice straw and its biochar application on N transformation in soils of humid subtropical China[J]. Acta Agriculturae Scandinavica Section B-Soil and Plant Science,2018,68(5):448-456.
白伟, 逄焕成, 牛世伟, 等. 秸秆还田与施氮量对春玉米产量及土壤理化性状的影响[J]. 玉米科学,2015,23(3):99-106.
Li L, Zhang Z, Tian H,et al. Nitrogen deep placement combined with straw mulch cultivation enhances physiological traits,grain yield and nitrogen use efficiency in mechanical potseedling transplanting rice[J]. Rice Science,2022,29(1):89-100.
申晓慧. 不同氮肥施用量对大豆根际土壤微生物数量及产量的影响[J]. 大豆科学,2014,33(2):283-286.
党科, 宫香伟, 吕思明, 等. 糜子/绿豆间作模式下施氮量对绿豆叶片光合特性及产量的影响[J]. 作物学报,2021,47(6):1175-1187.
夏雪, 谷洁, 高华, 等. 施氮水平对土壤水解酶活性和作物产量的影响[J]. 自然资源学报,2010,25(5):756-765.
刘红杰, 任德超, 倪永静, 等. 秸秆还田下减氮对土壤养分、酶活性和冬小麦产量的影响[J]. 作物杂志,2023(4):210-214.
张斯梅, 顾克军, 张传辉, 等. 麦秸全量还田下减氮施肥对粳稻产量形成和氮素吸收利用的影响[J]. 江苏农业学报,2023,39(2):360-367.
《中国土壤与肥料》招聘启事
关闭