施氮量对玉米花生宽幅间作体系农艺性状及产量的影响

徐 杰，张 正，孟维伟，高华鑫，刘灵艳，张佳蕾，南镇武，万书波*

(1.山东省农业科学院作物研究所/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室/ 小麦玉米国家工程实验室，山东 济南 250100；2.山东省农业科学院生物技术研究中心/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东 济南 250100)



施氮量对玉米花生宽幅间作体系农艺性状及产量的影响

徐 杰1，张 正1，孟维伟1，高华鑫1，刘灵艳1，张佳蕾2，南镇武1，万书波2*

(1.山东省农业科学院作物研究所/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室/ 小麦玉米国家工程实验室，山东 济南 250100；2.山东省农业科学院生物技术研究中心/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东 济南 250100)

玉米花生宽幅间作被认为是黄淮海平原缓解粮油争地矛盾，实现稳粮增油的种植模式之一。针对目前氮肥过量施用和豆科作物固氮被忽视的实际，2014-2015年在山东济南进行了玉米花生宽幅间作大田试验，研究不同施氮量下玉米花生间作体系作物籽粒产量和农艺性状。结果表明，间作玉米和间作花生分别在360 kg/hm2施氮水平上(按玉米带占地面积折算间作玉米田施氮量为141 kg/hm2)和90 kg/hm2施氮水平上(按花生带占地面积折算间作花生田施氮量为55 kg/hm2)时达到较高产量，两年平均分别为7939 kg/hm2和1845 kg/hm2；继续增加施氮量，虽然间作花生株高增加14%，但收获指数降低了12%，产量降低12%。玉米花生间作体系能够提高土地利用效率，土地当量比两年平均为1.08；同时能够显著提高氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率，不同施氮量梯度下，分别比玉米单作增加32.9%～43.4%和11.8%～69.2%。说明间作玉米带施氮141 kg/hm2、花生带施氮55 kg/hm2可获得较高的产量、土地利用效率和氮肥利用效率，是本试验条件下间作最优施氮量。

玉米花生间作；施氮量；农艺性状；产量

中国属于典型的资源约束型国家，耕地后备资源不多，自然资源的紧缺严重制约粮食生产的发展[1]。随着我国人口增加，粮食、油脂需求提高，粮食作物与油料作物争地的矛盾日趋严峻。而玉米与花生间作被认为是在黄淮海平原缓解粮油争地矛盾的一种重要种植方式[2]。因此提高玉米花生宽幅间作体系作物产量，对实现黄淮海平原稳粮增油具有重要的意义。

氮素是影响作物生长发育和产量形成的重要元素，玉米花生间作是一种禾本科作物与豆科作物间作的模式，豆科可向禾本科作物转移氮素[3]。研究表明，间作花生处于氮营养竞争劣势，全株氮含量略有降低，但是间作玉米对花生氮营养的竞争，不是间作花生生长的限制因素[4]。玉米是高需氮作物[2]，间作玉米在一定程度上提高了玉米对氮素的吸收，减少了土壤中硝态氮的残留[5-7]，但过高的氮肥施用量不仅不能持续提高作物产量及经济收益，而且还会降低氮肥的利用率，造成氮素的淋失及地下水源的污染[8]。

因此，生产中为了最大限度地提高作物产量和氮肥利用效率，即使是间作种植系统也要投入适量的氮肥[9]。本试验主要研究了施氮量对玉米花生间作体系农艺性状和产量的影响, 并分析了玉米花生间作体系对施氮量的响应规律及其调控, 对提高该区玉米花生间作的产量实现稳粮增油和氮肥利用效率具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014、2015年在山东省农业科学院作物研究所济南试验农场进行(36°42′ N，117°04′ E，海拔24 m)。供试玉米品种为鲁单818，花生品种为花育25。土壤质地为壤土，耕层土壤有机质含量12.5g/kg，碱解氮67.3mg/kg，速效磷13.77 mg/kg，速效钾131.2 mg/kg。

1.2 试验设计

大田试验，采用裂区设计，主区为氮肥梯度，设6个施氮水平，分别是 N0(对照)、N1、N2、N3、N4、N5，不同处理施氮量见表1。副处理为种植方式，包括在玉米单作、花生单作、玉米花生行比2:4间作三个种植模式。共18个处理，3次重复，54个小区。氮肥用尿素(含N 46%)；磷钾肥用量分别为P2O5：112.5 kg/hm2(过磷酸钙，含P2O516%)，K2O: 112.5 kg/hm2(硫酸钾，含K2O 50%)，磷钾肥作为底肥一次性施入。

玉米花生宽幅间作(2:4)带宽2.8m(附图)，每小区种4带，带长6 m，小区面积67.2 m2，玉米单作行距66 cm，每小区播种13行，合计宽8.5 m，小区面积51 m2；花生单作垄宽85 cm，共种10垄，合计宽8.5 m，小区面积51 m2。单作玉米株距25 cm，密度约60000 株/hm2；花生单作每垄播2行，行距35 cm，穴距15.7 cm，密度约150000 穴/hm2；间作玉米小行距50cm，株距12.5 cm密度约57000 株/hm2，间作花生播种规格与单作一致，密度约91000 穴/hm2，花生地膜覆盖，玉米行距花生垄30 cm，玉米花生行间距60 cm。间作试验地的前作均为冬小麦，于小麦收获后及时播种玉米和花生。2014年玉米、花生播种期为6月25日，玉米收获期为10月1日，花生收获期为10月8日。2015年玉米、花生播种期为6月26日，玉米收获期为10月4日，花生收获期为10月11日。田间管理同其他高产田。

表1 不同种植模式施氮量

注：玉米单作和间作氮肥底肥∶大口肥=1∶1，花生单作和间作氮肥均为底肥。

Note: Ratio of base and top dressing fertilizer applied to mono- and inter-cropping maize as 1∶1, and all fertilizer applied to both mono- and inter-cropping peanut was base type.

1.3 测定项目与方法

植株性状调查：于花生收获期，在每个小区选代表性地段连续取样10株，调查植株性状主茎高、分枝数，秕果数和饱果数。

干物质：花生成熟期，每小区选取样株5株，玉米成熟期每小区选取样株3株，烘干测定干物质。

籽粒产量：玉米和花生成熟收获期，玉米单作每小区取2行4m样段，玉米间作取一个带宽2m样段内所有雌穗，风干脱粒后测籽粒产量。花生取2垄2 m样段，测花生荚果产量。间作玉米和间作花生产量是基于总间作带占地面积的产量，玉米、花生净面积产量则为基于实际占地面积的产量。

氮肥偏生产力(Partial factor productivity nitrogen, PFPN, kg/kg)=产量/施氮量

氮肥农学利用率(Agronomic nitrogen use efficiency, ANUE, kg/kg)=(施氮区产量-对照区产量)/施氮量

土地当量比(Land equivalent ratio，LER)=Yim/Ysm+ Yip/Ysp

式中：Yim和Yip分别指在间作总面积上玉米和花生的籽粒产量(kg/hm2)；Ysm和 Ysp分别指单作玉米和花生的籽粒产量(kg/hm2)；LER用于衡量间作优势，当LER﹥1 时表示有间作优势，当 LER﹤1则无间作优势。

1.4 数据统计分析

采用 Microsoft Excel 2007 整理数据，用SAS 9.0(SAS Institute，USA)进行统计和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对玉米花生间作系统作物产量的影响

不同种植方式下作物产量均随施氮量的增加而先显著增加，当施氮量超过某一临界值时，再增施氮肥，作物产量无明显增加(表2)。2014年，玉米单作施氮量达到270 kg/hm2(N3)时获得较高产量，再增施氮肥各处理无显著差异，均显著高于N0、N1和N2处理；与单作玉米相比，各氮肥处理间作玉米产量均有不同幅度降低，玉米间作施氮量为360 kg/hm2(N4)处理获得较高产量，两年均达7700 kg/hm2以上，可实现玉米产量年际间的稳定，再增施氮肥对其产量无显著影响。花生单作各施氮处理表现为施氮量135 kg/hm2(N3)处理获得较高产量，再增施氮肥对单作花生产量影响不显著；而间作花生则表现为施氮量达90 kg/hm2(N2)处理即可获得较高产量，再增施氮肥对间作花生产量影响不显著。2015年不同种植方式作物产量变化规律和2014年基本一致。

2.2 施氮量对玉米花生间作系统作物农艺性状的影响

由表3可以看出，不同种植方式下，不同年份间花生株高和总分枝数随施氮量的增加而增加，N4和N5处理的株高、分枝数差异不显著，但是显著高于N0、N1和N2 处理。单作花生秕果数随施氮量的增加而降低，当施氮量为N3处理时再增施氮肥处理间秕果数无显著差异；花生间作处理间秕果数无显著差异。单作处理饱果数随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，N3与N4处理差异不显著，但是显著高于N0、N1、N2和N5处理。2015年各氮肥处理下单作花生饱果数差异不显著。 间作花生以N3处理饱果数最多，与N4和N5处理差异不显著，两年平均较N0和N1分别显著增加7%和5%。

表2 施氮量对玉米花生间作体系作物产量的影响

注：表中同列内不同小写字母表示处理间差异显著性p<0.05。下同

Note: Different lowercase letters in the same column indicate the significance of the differencep<0.05. The same as below

表3 不同施氮量对玉米花生间作体系花生植株性状的影响

2.3 施氮量对玉米花生间作系统作物干物质和收获指数的影响

由表4可知，不同种植方式下玉米干物质随施氮量的增加呈增加趋势，单作和间作玉米均为施氮量N5处理总干物质量最高，显著高于N0、N1、N2和N3处理；施氮量为N4处理总干物质量与N5处理的无显著差异。单作花生N3、N4、N5处理间干物质无显著差异，但均显著高于N0、N1和N2处理；间作花生施氮量为N2和N3处理间干物质差异不显著，但显著高于N0和N1处理，在N2基础上增加施氮量总干物质量无显著增加，过量施氮则有下降趋势。

单作玉米以N3处理收获指数最高，与N4处理差异不显著，较N0、N1、N3和N5处理分别显著增加15%，9%，7%和13%；间作玉米以N4处理收获指数最高，较N0、N1、N2、N3和N5处理分别显著提高17%、8% 、7%、8%和7%。单作花生N0和N1处理收获指数显著高于N5处理，分别增加15% 和11%；间作花生收获指数随施氮量的增加呈先降低后增加再降低的趋势，其中N0、N2 、N3和N4收获指数较高，且差异不显著，但均显著高于N1和N5处理，分别平均增加10%和15%。

表4 不同施氮量对玉米花生间作体系作物总干物质和收获指数的影响 (2015年)

表5 施氮量对玉米花生间作体系氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率和土地当量比的影响

2.4 施氮量对玉米花生间作系统作物氮肥利用和土地当量比的影响

由表5可知，不同种植模式下玉米、花生氮肥偏生产力均随施氮量的增加而显著降低。与N5处理相比，单作玉米N1、N2、N3和N4处理氮肥偏生产力两年平均分别显著提高326%、131%、67%和27%；单作花生两年平均分别显著提高328%、135%、74%和30%；间作体系两年平均分别显著提高336%、137%、65%、29%。同一氮素水平下与单作相比，间作体系氮肥偏生产力比玉米单作增加32.9%～43.4%。在不同种植模式下玉米、花生及间作体系氮肥农学利用效率均随施氮量的增加而呈先增加后降低的趋势。同一氮素水平下与单作相比，间作体系氮肥农学利用效率比玉米单作增加11.8%～69.2%。2014和2015年两年平均土地当量比为1.08，但不同施氮量对玉米花生间作体系土地当量比无显著影响。

3 讨论与结论

合理的氮肥管理措施，能够满足作物生育期间养分需求，提高植株氮素含量，从而促进植株体内外的生理生化反应，同时还提高了作物对光热资源的利用率以及水分利用效率，最终提高作物产量[9-11]。禾本科作物的增产主要依靠氮肥的投入，一定范围内，其产量随着施氮量的增加而增大[12]，本试验中单作玉米在施氮量270kg/hm2时产量最高，继续增施氮肥产量无显著增加，与前人研究结果一致[14]。但是间作系统和单作系统不同，本试验中，间作玉米施氮量在360 kg/hm2水平时获得较高的产量，这是由于间作系统压缩了单位面积上的玉米，提高了净面积玉米密度导致的。表明间作条件下应适当增加间作玉米带的施肥量。同时，由于禾本科作物竞争资源的能力高于豆科作物，尤其是禾本科作物吸收土壤无机氮的能力强[5]，促使与之间作的豆科作物固定更多的大气氮，因此间作豆科作物中的总氮来源于生物固定的比例要高于豆科作物单作种植[14]。吴科生等[12]研究表明，施氮量75 kg/hm2时，间作豌豆产量最大，继续增加氮肥用量对豌豆的增产作用减弱甚至会减低豌豆的产量，与本试验结果一致。单作花生施氮量为135 kg/hm2达到较高产量，而间作花生在施氮量90 kg/hm2时即可获得较大产量，这是因为豆科作物因自身具有结瘤固氮功能，并且在间作种植时可以缓解施氮对豆科根瘤菌形成和固氮作用的抑制效应[12]。因此在确定玉米花生间作种植模式合理施氮量时，不能简单照搬各种作物单作种植时的施氮量[15]，而应当充分利用间作种植优势，以最少的施氮量获得最大的效益。

本研究结果表明，玉米花生间作体系土地当量比在不同施氮量条件下平均为1.08，不同施氮处理间差异不显著，因为与单作相比，间作玉米不但接受更多的光、热、风等地上资源，而且可以更多地吸收花生的水分和养分等地下资源，所以也提高了土地利用效率[12]。研究表明，与单作相比，玉米和马铃薯间作可以显著提高氮肥偏生产力[16]，玉米和豌豆间作能够显著提高作物吸氮量和氮肥利用效率[17]，本研究中与玉米单作相比，间作体系显著提供氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率。前人研究表明间作系统不追施氮肥处理的土壤硝态氮含量维持在一个较稳定的水平上，而随着追肥量增多，土壤硝态氮含量增加越多[9]。本研究随着施氮量的增加玉米花生间作体系氮肥偏生产力显著降低，说明土壤中残留氮素增多，而土壤中残留的氮素存在很大的环境风险[18]，尤其是这些氮素淋失进入地下水将导致地下水硝酸盐含量超标[19]，因此在保证土壤氮素满足间作作物生长需求的情况下，应尽可能减少施氮量以降低其环境风险。

试验结果得出，与玉米单作比较，间作体系氮肥农学利用效率提高了11.8%～69.2%，不同氮肥用量对提高幅度影响较大。间作玉米和间作花生分别在360 kg/hm2施氮水平上(按照玉米带占地面积折算间作玉米田施氮量为141 kg/hm2)和90 kg/hm2施氮水平上(按照花生带占地面积折算间作花生田施氮量为55 kg/hm2)获得较高的产量，即间作条件下农田施氮量在196 kg/hm2可获得较高产量、土地利用效率和氮肥利用效率。为本试验条件下间作最优氮肥用量。考虑大田施肥的可操作性，推荐间作田适宜施氮量为196～210 kg/hm2。推荐施氮量较单作玉米传统施氮量240 kg/hm2减少12.5%～18.3%，可降低农田过量施氮造成的环境风险。本试验结果表明，玉米花生宽幅间作在实现稳粮增油的同时可达到减量施氮和氮肥高效利用的目的。

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Effect of Nitrogen Rate on the Agronomic Traits and Yield of Peanut/Maize under Wide Intercropping System

XU Jie1, ZHANG Zheng1, MENG Wei-wei1, GAO Hua-xin1, LIU Ling-yan1, ZHANG Jia-lei2, NAN Zhen-wu1, WAN Shu-bo2*

(1. Crop Research Institute, Shandong Academy of Agr. Sci./ Key Lab of Crop Genetic Improvement and Ecological Physiology of Shandong, Jinan 250100; 2. Biotechnology Research Center of Shandong Academy of Agricultural Sciences/ Key Lab of Crop Genetic Improvement and Ecological Physiology of Shandong, Jinan 250100)

Peanut/maize wide intercropping has been considered as one important mode to increase grain production and oil production, which can effectively alleviate land competition between grain and oil crops in Huanghuaihai Plain. Excessive fertilization as well as neglect of symbiotic N2fixation exists in local crop production. Thus field trials were conducted in Jinan of Shandong in 2014 and 2015 to study the effects of nitrogen on the grain yield and agronomic traits of peanut/maize under the wide intercropping system. On average over two years, maize achieved a higher yield of 7935 kg/hm2at 360kg/hm2nitrogen (Nitrogen rate of intercropped maize corrected by the occupied area of intercropped maize was 141 kg/hm2) under the intercropping system, and peanut produced a higher yield of 1845 kg/hm2at 90 kg/hm2nitrogen (Nitrogen rate of intercropped peanut corrected by the occupied area of intercropped peanut was 55 kg/hm2). With the increased nitrogen amount, plant height of intercropped peanut increased by 14%, but the harvest index decreased by 12%, causing the yield decreased by 12%. Meanwhile, the peanut/maize wide intercropping system significantly improved the land use efficiency, the land equivalent ratio averaged 1.08 in these two years. And compared to the monocropped maize, the nitrogen partial factor productivity and agronomic nitrogen use efficiency of the intercropping system increased by 32.9%～43.4% and 11.8%～69.2% respectively at different nitrogen rate. This illustrated that, the intercropped maize and peanut could produce high yield at 141 kg/hm2and 55 kg/hm2nitrogen rate, as well as increase land use efficiency and nitrogen use efficiency, and was the optimal nitrogen amount under this experiment condition.

intercropped maize/peanut; nitrogen rate; agronomic traits; yield

10.14001/j.issn.1002-4093.2017.01.003

2016-12-03

山东省2013年度农业重大应用技术创新课题“玉米//花生间作均衡增产增效技术体系研究”；山东省2014年度农业重大应用技术创新课题“小麦—玉米//花生周年肥水高效利用技术研究与示范”；山东省青年基金项目(ZR2015YL063)；山东省农业科学院青年基金(2016YQN02)；国家自然科学基金(31601252)

徐杰(1985-)，女，山东青岛人，山东省农业科学院作物研究所助理研究员，博士，主要从事作物高产高效栽培生理研究。E-mail: xujie0596@163.com

*通讯作者：万书波(1962-)，男，研究员，博士生导师，主要从事花生栽培生理研究。E-mail: wansb@saas.ac.cn

S565.2062; S344.2

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