玉米氮素吸收分配规律对不同种植模式的响应

孟维伟 南镇武 高华鑫 徐杰 白雪 刘灵艳 张正

摘要：为进一步明确玉米花生宽幅间作稳粮增油模式下玉米的氮素吸收分配规律及其与单作的差异。本试验在玉米单作、玉米花生行比2∶4间作种植模式下，均设置施氮、不施氮两个处理，研究不同种植模式下玉米干物质积累、氮素积累和分配及其对产量和氮素利用效率的影响。试验结果表明，间作模式下可以显著提高净面积干物质积累量、籽粒产量以及氮肥利用效率；施氮处理增加了不同种植模式下玉米干物质积累及氮素积累，进而有效提高了氮素收获指数。在本试验条件下，玉米花生行比2∶4且玉米施纯氮300 kg/hm2是间作玉米获得高产高效的适宜栽培方式。

关键词：玉米花生间作；干物质积累；籽粒产量；氮素利用

中图分类号：S513.04文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）04-0059-05

Abstract The experiment was conducted under two planting patterns as maize monoculture and maize-peanut intercropping with row ration of 2∶4 to further clarify the differences of nitrogen absorption and distribution regularities. Two treatments were set with nitrogen and no nitrogen application to study the dry matter accumulation， nitrogen accumulation and distribution and their effects on yield and nitrogen use efficiency in maize under the two planting patterns. The results showed that the dry matter accumulation， grain yield and nitrogen use efficiency could be significantly improved under the intercropping pattern. The application of nitrogen fertilizer increased the dry matter accumulation and nitrogen accumulation under different planting patterns， and further effectively increased the nitrogen harvest index. In these experiment conditions，applying 300 kg/hm2 nitrogen in the intercropping pattern was suitable for achieving high yield and high benefit of maize.

Keywords Maize-peanut intercropping； Dry matter accumulation； Grain yield； Nitrogen utilization

我国耕地面积仅占世界耕地面积的7%，人均占有耕地面积还达不到世界平均水平的二分之一，且耕地的储备资源明显不足[1]，是较为显著的资源约束型大国。随着我国人口的持续增长，人们对粮食的需求量也随之增加，因此迫切需要提高单位面积土地资源的产出，缓解土地资源不足与粮食需求持续增长的矛盾。花生是我国重要的经济作物和油料作物，由于粮食需求量的增加和耕地面积不充裕等原因的限制，花生的种植面积连年缩减。油料作物发展面临着与粮食作物争地的窘境，但以牺牲粮食安全为代价来发展油料作物的方式方法并不可行。

合理的间套作可以通过灵活运用不同作物不同生育时期的时空差异，合理集约利用水、肥、光、热等自然资源，具有增效、增产、稳产保收以及协调作物争地矛盾的重要意义。间套作已经是目前为止我国乃至世界解决粮食问题的重要途径和方法之一。国内外学者已针对传统间作模式下玉米、花生间作的作物产量形成、花生固氮、氮铁营养效应、光的分层立体高效利用、土壤酶活性、土壤环境等方面进行了大量的研究[2-5]，本研究在耕地面积不断减少和粮油争地矛盾突出的背景下，提出的玉米‖花生间作稳粮增油模式不同于传统间作，其核心在于缩短玉米株行距，保证间作玉米密度不减，稳定玉米总产量，扩大玉米花生间距，降低花生边行劣势，提高间作花生产量，是保障我国粮油安全的重要途径。该模式间作玉米净面积密度显著高于单作玉米密度，但其对氮素吸收利用规律尚缺乏系统研究。本试验重点研究了氮素对稳粮增油间作模式下玉米干物质积累及产量的影响，明确施氮及不施氮条件下单作与间作玉米对氮素的吸收、分配、利用规律及其生理基础，对合理使用氮肥，提高稳粮增油宽幅间作模式下玉米产量具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2016年6—10月在山东农业科学院玉米研究所龙山试验基地（东经117°32′，北纬36°43′）进行。试验地土壤为壤土，播种前0～20 cm土层土壤养分状况如表1。

1.2 供试材料与试验设计

试验以耐密、高产、紧凑型玉米品种登海605，以相对耐荫、高产花生品种花育25号为供试材料。在玉米‖花生行比2∶4 間作和玉米单作（对照）2 个种植模式下，间作体系中花生带正常施肥，施氮量为225 kg/hm2，均基肥施入。玉米‖花生间作体系中玉米（玉间）和单作玉米（玉单）进行氮肥处理，分别设不施氮、施纯氮300 kg/hm2 处理，基肥和大口期追肥比例为6∶4，每处理重复 3 次。各处理均基施磷肥（P2O5）150 kg/hm2和钾肥（K2O）150 kg/hm2。

单作玉米与玉米‖花生间作同时于2016年6月20日播种，2016年10月7日收获。种植规格（见图1）：单作玉米行距60 cm，株距27 cm， 种植密度为 6 万株/hm2。间作玉米小行距40 cm，玉米花生间距20 cm，玉米株距14 cm， 种植密度为6 万株/hm2；间作花生垄距80 cm，垄面宽50 cm，垄上种2行花生（行距25 cm），花生穴距10 cm，种植密度为16.5 万穴/hm2，单粒精播，其他管理措施同一般高产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品采集与测定 分别于玉米拔节期、开花期、灌浆期和成熟期采集每小区0～20 cm耕层土壤样品，晾干待测；用半微量凯氏定氮法测定土壤全氮。

1.3.2 植株样品采集与测定 在采集土壤样品的同时，每重复取3～5株玉米植株样品，分为叶、茎、籽粒及其他四部分。样品于105℃杀青30 min后，于80℃烘干至恒重，用于计算地上部干物重；样品粉碎后，用浓H2SO4-H2O2 消煮，半微量凯氏定氮法测定植株全氮。

1.3.3 成熟期测产 成熟期单作每小区收获中间5 m 两行玉米样段内所有雌穗，间作选一个带宽收取5 m样段内所有雌穗，均风干脱粒后测产。间作玉米产量是基于总间作带占地面积的产量，玉米净面积产量则为基于实际占地面积的产量。

1.3.4 氮素积累量与氮素利用率 氮素积累量即为某生育期单位面积植株氮的积累量。氮素相关参数计算公式[6，7]如下。

氮素收获指数（%）=成熟期单位面积植株籽粒氮素积累量/植株氮素总积累量×100；

氮肥农艺效率（kg/kg）=（施氮肥區产量-不施氮肥区产量）/施氮量；

氮肥利用率（%）=（施氮肥区植株氮积累量-不施氮肥区植株氮积累量）/施氮量×100；

氮肥偏生产力（kg/kg）= 施氮区产量/施氮量。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 11.5 统计软件处理并分析。

2 结果与分析

2.1 施氮和不施氮条件下不同种植模式对玉米关键生育时期干物质积累的影响

由图2可以看出，施氮和不施氮条件下不同种植模式的玉米比面积干物质积累量随生育进程而显著增加。不同种植方式下施氮处理的玉米比面积干物质显著高于不施氮处理，相同施氮条件下单作玉米各生育时期比面积干物质积累量显著高于间作玉米。表现为单作施氮处理比面积干物质积累量最高，单作不施氮与间作施氮处理的比面积干物质积累量无显著差异，都明显高于间作模式下不施氮的处理。由图2还可以看出，按照玉米净占地面积来计算，间作玉米净面积上干物质积累量显著高于单作玉米，施氮处理显著高于不施氮处理。表明施氮和间作增密均提高了玉米带的干物质积累量，利于间作玉米边行优势的充分发挥和间作玉米产量的相对稳定。

2.2 施氮和不施氮条件下不同种植模式对玉米关键生育时期氮素积累的影响

由图3可以看出，施氮和不施氮条件下不同种植模式的玉米氮素积累量随生育进程而先快速增加；灌浆至成熟期玉单不施氮及玉间施氮处理略有增加，玉单施氮及玉间不施氮处理呈降低趋势。不同种植方式下施氮处理的玉米氮素积累量显著高于不施氮处理，而相同施氮条件下单作玉米的氮素积累量显著高于间作玉米的氮素积累量。

由图3还可以看出，按照玉米净占地面积来计算，相同氮素处理下，开花期之后间作玉米净面积上氮素积累量显著高于单作玉米；同一种植模式下，施氮处理玉米氮素积累量显著高于不施氮处理。表明施氮和间作增密均提高了玉米带的氮素积累量。

2.3 施氮和不施氮条件下不同种植模式对成熟期玉米氮素分配的影响

由表2还可以看出，成熟期各处理玉米氮素分配均表现为籽粒氮素在植株中的积累量最高。不同器官氮素积累量及植株总氮素积累量均以单作施氮处理最高，其次为间作施氮处理，间作不施氮处理植株氮素积累量最低，表明间作条件下不施氮肥不利于玉米单株氮素积累量的增加。

从表3可以看出，不同种植模式及不同氮肥处理对氮素在玉米各器官中的分配规律影响较小，各处理均表现为籽粒氮素分配比例最高，占全株总量的56.7%以上。其次为茎、叶部位，其他部位氮素积累分配最少。不施氮条件下，间作和单作玉米各器官（茎除外）氮素分配比例无显著差异。与单作施氮处理相比，间作施氮处理提高了玉米籽粒和茎氮素分配比例，降低了叶片分配比例。

2.4 施氮和不施氮条件下不同种植模式对土壤全氮含量的影响

由表4可知，随着玉米植株的生长发育，土壤及肥料中的氮素逐渐被吸收、挥发而消耗，各处理土壤全氮含量在开花期之后随着生育期的推进而呈逐渐下降趋势。间作施氮处理下土壤全氮含量显著高于其他处理，这可能是间作施氮条件下，玉米对花生氮素的竞争吸收能力增强，对土壤全氮的吸收减少所导致的。

2.5 施氮和不施氮条件下不同种植模式对玉米产量的影响

由表5 可知，不同施氮处理的种植密度无显著差异。间作玉米比面积密度与单作密度无显著差异，但间作净面积密度明显高于玉米单作密度。从表5 还可以看出，不同种植模式下，施氮显著提高了玉米籽粒产量。不同氮肥处理下，间作降低了玉米间作面积产量，而显著增加了净占地面积产量。这是由于间作压缩了玉米的株行距，保证间作密度不减，充分发挥玉米的边行优势导致的。这也是玉米‖花生间作稳定玉米产量增加花生产量的关键技术之一。

2.6 施氮和不施氮条件下不同种植模式对玉米氮素利用效率的影响

由表6可以看出，氮素收获指数表现为施氮处理显著高于不施氮处理，但在相同施氮处理下不同种植模式对氮素收获指数影响不显著。氮肥农艺效率和氮肥偏生产力表现为单作玉米显著高于间作玉米，而氮肥利用率则表现为间作玉米显著高于单作玉米，由此表明间作模式下施氮显著提高了玉米的氮肥利用率，有利于肥料的有效利用。

3 讨论与结论

间套作提高土地当量比的核心在于充分利用温、光、热等资源和较高的产量优势。玉米花生间作是一种典型的传统间作模式，采用的是高秆作物与矮秆作物、禾本科与豆科作物间作的模式。前人研究表明，玉米花生间作利用玉米和花生对光的不同适应性，而充分利用地上部光热资源[8，9]，利用禾本科和豆科作物根系深浅、疏密不一，根系的密集分布范围不同等优点及豆科作物的根瘤固氮作用、禾本科作物对氮的竞争吸收，而充分利用地下部养分和养地效应[10，11]。在玉米花生间作体系中，玉米对氮肥的依赖性强，是一种需氮量很高的作物[12]，体系中的花生是对氮素需求量很低的作物，且可以通过根瘤固氮的形式为间作体系中的花生补充氮素营养物质，这可能是玉米花生间作系统体现氮素营养优势的主要原因[13]。合理的氮肥管理措施，是提高植株对氮素的吸收积累，满足作物生长发育的氮素需求的重要途径。

本研究间作模式中缩小了玉米的株行距，局部增加玉米密度，保障间作玉米密度与单作玉米密度一致的条件下进行，试验结果表明，适当的氮肥投入依旧是单作和间作玉米增产的主要途径。施氮处理在不同程度上增加了不同种植模式下玉米干物质积累量、氮素收获指数和籽粒产量。相同施氮处理条件下间作可以显著提高净面积干物质积累量和净面积籽粒产量，这可能是因为花生间作条件下玉米的深根系可以争取到更多的养分和水分，从而促进玉米净面积上的生物量增加，进而提高产量。

玉米整个生育期对氮素营养吸收情况的表现可以由氮素积累所直接反映出来。作物对氮素或氮肥的吸收利用效率可以从侧面描述氮素收获指数、氮肥农艺效率和氮肥偏生产力，也可以定量表示氮肥利用率[14]。廖敦平等[15]研究表明玉米与豆科作物间套作有利于提高玉米的氮素吸收效率。本试验结果表明施氮處理增加了单作和间作条件下玉米干物质积累以及氮素的积累，并且提高了氮素收获指数。在相同的施氮处理条件下，间作模式显著提高了间作玉米净面积氮素积累量和氮肥利用效率。本试验条件下，间作促进了玉米对土壤氮素的吸收利用，玉米花生行比2∶4且玉米施纯氮 300 kg/hm2 是稳粮增油模式下间作玉米获得高产高效的适宜栽培方式。

参 考 文 献：

[1] 李娜. 新常态下农业可持续发展的新问题及对策研究[J]. 中国农业资源与区划， 2016， 37（1）：30-33.

[2] Zuo Y， Zhang F. Effect of peanut mixed cropping with gramineous species on micronutrient concentrations and iron chlorosis of peanut plants grown in a calcareous soil[J]. Plant & Soil， 2008， 306（1/2）：23-36.

[3] 章家恩， 高爱霞， 徐华勤，等. 玉米/花生间作对土壤微生物和土壤养分状况的影响[J]. 应用生态学报， 2009， 20（7）：1597-1602.

[4] Mucherumuna M， Pypers P， Mugendi D， et al. A staggered maize-legume intercrop arrangement robustly increases crop yields and economic returns in the highlands of Central Kenya[J]. Field Crops Research， 2010， 115（2）：132-139.

[5] Kheroar S， Patra B C. Advantages of maize-legume intercropping systems[J]. Journal of Agricultural Science and Technology，2013， 3（3）：733-744.

[6] 孙旭东， 孙浒， 董树亭，等. 包膜尿素施用时期对夏玉米产量和氮素积累特性的影响[J]. 中国农业科学， 2017， 50（11）：2179-2188.

[7] 刘红恩， 李金峰， 刘世亮，等. 施用含锌尿素对夏玉米产量、氮素吸收及氮肥利用率的影响[J]. 江苏农业科学， 2016， 44（9）：94-97.

[8] 李来祥， 刘广才， 李隆. 小麦/玉米间作优势及地上部与地下部因素的相对贡献研究[J]. 中国农业科学， 2008， 38（1）：74-80.

[9] Li L， Sun J H， Zhang F S， et al. Wheat/maize or wheat/soybean strip intercropping. Ⅰ. Yield advantage and interspecific interactions on nutrients[J]. Field Crops Research， 2001， 71（2）：123-137.

[10]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.

[11]尹元萍， 张雅琼， 申毓晗，等. 玉米/大豆间作中大豆根系生长及氮磷养分吸收的特点[J]. 西南农业学报， 2014， 27（6）：2305-2310.

[12]焦念元， 宁堂原， 赵春，等. 施氮量和玉米-花生间作模式对氮磷吸收与利用的影响[J]. 作物学报， 2008， 34（4）：706-712.

[13]徐杰， 张正， 孟维伟，等. 施氮量对玉米花生宽幅间作体系农艺性状及产量的影响[J]. 花生学报， 2017， 46（1）：14-20.

[14]王小春， 杨文钰， 邓小燕，等. 玉/豆和玉/薯模式下玉米氮素吸收利用差异及氮肥调控效应[J]. 作物学报， 2014， 40（3）：519-530.

[15]廖敦平， 雍太文， 刘小明，等. 玉米-大豆和玉米-甘薯套作对玉米生长及氮素吸收的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2014， 20（6）：1395-1402.