紫花苜蓿还田条件下施氮量和肥料种类对玉米生物量及氮素吸收的影响

赵蕊 王怡针 苏港 葛均筑 臧凤艳 李子芳 王金龙 吴锡冬

摘要    本试验研究了紫花苜蓿还田条件下不同施氮量和肥料种类对玉米生物量及氮素吸收的影响。结果表明，施氮量对玉米叶片氮含量影响显著，肥料种类对玉米叶片氮含量和叶片氮吸收量影响显著，但对于其他观测指标则影响不显著。施用炭基肥条件下，籽粒生物量与叶片生物量成正相关，与籽粒氮含量成负相关，与茎秆氮含量成负相关。施用化肥条件下，籽粒生物量与籽粒氮含量成负相关。研究结果为紫花苜蓿用作旱田绿肥提供了数据参考。

关键词    紫花苜蓿还田;施氮量;炭基肥;绿肥;玉米;生物量

中图分类号    S365;S513        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）12-0001-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Effects  of  Nitrogen  Application  Amounts  and  Fertilizer  Types  on  Maize  Biomass  and  Nitrogen  Absorbability  Under  the  Condition  of  Returning  Alfalfa  to  Field

ZHAO Rui    WANG Yi-zhen    SU Gang    GE Jun-zhu    ZANG Feng-yan    LI Zi-fang    WANG Jin-long    WU Xi-dong *

（College of Agronomy & Resources and Environment， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384）

Abstract    The effects of nitrogen application amounts and fertilizer types on maize biomass and nitrogen absorbability under the condition of returning alfalfa to field were studied in this paper. The results indicated that nitrogen application amount significantly influenced leaf nitrogen content， fertilizer type significantly influenced leaf nitrogen content and leaf nitrogen uptake， however， these two factors had no significant effects on other characteristics. After the application of biochar-based fertilizer， seed biomass was positively related with leaf biomass but negatively related with seed or shoot nitrogen content. While with the application of chemical fertilizer， there was negative relationship between seed biomass and seed nitrogen content. This study could provide experimental data reference for the use of returning alfalfa to dryland field.

Key words    returning alfalfa to field; nitrogen application amount; biochar-based fertilizer; green manure; maize; biomass

化肥在促進粮食增产和农业生产发展中发挥了不可替代的作用，但长期过量施用化肥，会造成土壤养分结构失调、耕地退化和环境污染等问题。绿肥是一种养分完全的优质生物肥源，在提供农作物所需养分、改良土壤、改善农田生态环境等方面均有良好的作用[1]。紫花苜蓿（Medicago sativa L.）为多年生豆科草本植物，草质优良，营养丰富，也是一种古老的栽培绿肥作物，主要用作轮作倒茬养地。目前，关于紫花苜蓿作为绿肥还田的研究多见于南方水稻田[2]，而在天津玉米田这方面的研究还不多见。

因此，本试验以紫花苜蓿作为绿肥材料，研究紫花苜蓿还田条件下不同施氮量和肥料种类（化肥和炭基肥）对玉米生物量及氮素吸收的影响，旨在为紫花苜蓿用于天津旱田绿肥提供数据参考，为天津及周边地区化肥减施替代技术发展提供支撑。

1    材料与方法

1.1    试验概况

试验于2017年10月在天津市静海区原种场开展。冬闲期种植紫花苜蓿，2018年5月翻压还田用作绿肥，还田量为11.8 t/hm2。2018年5月26日播种夏玉米，品种为郑单958，种植密度为6.75万株/hm2。

1.2    试验设计

采用二因素随机区组设计，因素一为施氮量，分4个水平：100%（纯N 270 kg/hm2，为天津玉米田常用施氮量）、90%（纯N 243 kg/hm2）、80%（纯N 216 kg/hm2）和70%（纯N 189 kg/hm2）;因素二为肥料种类，包括化肥（尿素）和炭基肥2个水平。3次重复，24个小区，小区面积为9.6 m2（4.0 m×2.4 m）。计算出炭基肥里所含的磷、钾，添加适量过磷酸钙和硫酸钾，以保证所有小区磷、钾水平一致。田间管理同当地管理。

1.3    测定指标

2018年9月16日，收获玉米果穗、叶片和茎秆，自然风干后测定玉米籽粒生物量（干重）、叶片生物量和茎秆生物量。将风干后的籽粒、叶片和茎秆研磨成粉后，利用凯氏定氮仪测定玉米各部位含氮量。通过生物量和含氮量数据计算出籽粒、叶片和茎秆氮吸收量。玉米收获的同时，采集各小区土壤样品，测定土壤碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量、pH值、电导率、TDS和盐分含量等理化指标。

1.4    数据分析

利用SPSS 22.0软件（IBM，Chicago，IL，USA）对数据进行双因素方差分析和相关分析，利用Excel 2016进行图表制作。

2    结果与分析

2.1    施氮量、肥料种类及其交互作用对玉米各观测指标的影响

由表1可知，施氮量对玉米叶片氮含量影响显著，但对于其他观测指标则影响并不显著。肥料种类对玉米叶片氮含量和叶片氮吸收量影响显著，但未显著影响其他观测指标。施氮量和肥料种类的交互作用在所有观测指标中均不显著。

2.2    施氮量、肥料种类及其交互作用对玉米生长季后土壤指标的影响

由表2可知，施氮量和肥料种类对于土壤碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量、pH值、电导率、TDS、盐分含量影响均不显著。除土壤pH值外，施氮量和肥料种类的交互作用在所有土壤观测指标中均不显著。

2.3    玉米单株籽粒生物量与其他指标之间的相关关系分析

由图1可知，施用炭基肥条件下，籽粒生物量与叶片生物量成正相关，与籽粒氮含量成负相关，与茎秆氮含量成负相关。施用化肥条件下，籽粒生物量与籽粒氮含量成负相关。无论是施用炭基肥还是化肥，籽粒生物量与茎秆生物量和叶片氮含量之间未见显著相关关系。

3    结论与讨论

绿肥还田后所释放出的氮素去向较为复杂，大体上可分为支出部分及土壤存留部分[3]：支出部分可分为被当季作物吸收、淋溶作用迁移以及以气态形式逸失，土壤存留的氮一部分成为土壤腐殖质组分，一部分残留于秸秆中[4]。作物对氮素的利用情况受到土壤氮素水平的影响[5]，土壤氮素水平会影响绿肥的秸秆分解、矿质态氮的固持与矿化，进而影响作物对氮素的吸收[6]。我国很多地区在农业粮食生产中的不合理施用化肥导致土壤供氮能力差异较大，甚至绿肥还田的增产效果比不上传统农业[7]，这可能是因为作物不同生育时期需氮情况有所差异，只有秸秆氮素释放与作物需氮情况相耦合才能达到绿肥还田的增产目的。

本试验结果表明，施氮量对玉米叶片氮含量影响显著，肥料种类对玉米叶片氮含量和叶片氮吸收量影响显著，但对于其他观测指标包括生长季后土壤理化指标则影响不显著，说明玉米对绿肥氮素的吸收量受到较多因素的影响，可能和紫花苜蓿的还田量、紫花苜蓿的秸秆腐解等有关，也可能和试验地本底的土壤条件有关。其他研究也有类似发现，不同时期所施肥料类型与施肥量存在较大的差異[8]，推测土壤肥力是影响秸秆氮素当季回收率的主要因素，土壤肥力会影响到秸秆分解、矿质态氮的固持与矿化，进一步影响作物对秸秆氮素的吸收以及氮素向作物的籽粒中转移[5]。本试验还发现，无论施用炭基肥还是化肥，籽粒生物量与籽粒氮含量成负相关，和文献中报道的籽粒产量往往与籽粒蛋白质含量成负相关[9]较为一致。因此，绿肥还田后，还需关注施肥（下转第9页）

（上接第2页）

量和施肥类型对作物籽粒的碳氮比例、作物的灌浆特性与氮素转移特性间相互关系的影响。

4    参考文献

[1] 向小.翻压绿肥和减施化肥对小麦玉米体系作物产量、养分吸收及土壤特性的影响[D].雅安：四川农业大学，2012.

[2] 高小叶.紫花苜蓿绿肥对南方水稻生长和稻田生态系统碳、氮、磷积累和转运的影响[D].上海：上海交通大学，2016.

[3] 李梦颖.豆科绿肥还田对玉米生长和氮素利用的影响[M].雅安：四川农业大学，2018.

[4] 徐新宇，张玉梅，胡济生.应用15N示踪研究麦秸还田中氮的去向[J].土壤学报，1989（1）：64-71.

[5] 单鹤翔，卢昌艾，张金涛，等.不同肥力土壤下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响[J].植物营养与肥料学报，2012，18（1）：35.

[6] 汤树德，徐凤花，隋文志，等.保护性施氮对大豆生育和产量的影响[J].黑龙江八一农垦大学学报，1995，8（2）：15-24.

[7] 耿贵，汪景宽，於丽华，等.不同作物根系对黑土中各氮组分含量的影响[J].土壤通报，2010，41（6）：1344-1348.

[8] 谢志煌，李彦生，于镇华，等.秸秆还田与作物氮素利用关系研究[J].土壤与作物，2016，5（4）：261-268.

[9] 李世清，王瑞军，张兴昌，等.小麦氮素营养与籽粒灌浆期氮素转移的研究进展[J].水土保持学报，2004，18（3）：106-111.