河套灌区玉米一穴双株间作大豆种植模式最佳施氮量研究

苗三明，党久占，赵晓宇，樊秀荣，孙祥春，王雪娇，李强，张艳，张玉金

（1.临河区农业技术推广中心，内蒙古临河015000；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特010031）

玉米与大豆间作是我国农业生产中的一种典型种植模式，该模式利用玉米和大豆株型及生理方面的差异，提高光合效应及水肥利用效率，获得比单作更高的产量和经济效益[1-2]。玉米与大豆间作也是当前实现农业种植效益最大化的主要轮作模式，一方面大豆的生物固氮可以为玉米提供氮素营养，另一方面玉米收获后创造的土壤环境有利于促进大豆生物固氮[3]。河套灌区玉米生产中化肥用量高利用率低，土壤中肥料残留多，连年地膜覆盖使地膜残留逐年加重，造成耕地质量持续下降，面源污染日益加重，严重制约了农业可持续发展[4]。按照农业农村部提出的“绿色兴农、质量兴农、生态优先”的农业高质量可持续发展路径[5]，2019年内蒙古巴彦淖尔市开始示范推广“玉米一穴双株间作大豆绿色增效栽培技术”，该技术模式在减膜40%以上的同时，利用边行优势、集中施肥及大豆固氮作用提高氮肥利用率，从而减少氮肥用量[6]，充分发挥玉米与大豆间作高产增效和改善生态的优势，推动河套灌区玉米生产走“产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代农业”发展之路[7-8]。为确定河套灌区玉米一穴双株间作大豆种植模式的最佳施氮量，完善施肥技术，笔者在巴彦淖尔市临河区进行了玉米一穴双株间作大豆种植模式下减施氮肥试验。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2019—2020年在内蒙古巴彦淖尔市临河区干召庙镇棋盘村实施，属中温带半湿润大陆性气候，四季变化明显，年平均气温6.8℃，年温差大，日温差也大，无霜期为120～130 d，平均日照为1 100 h，年均降水量为250～300 mm，降水主要集中在夏季，夏季降水占全年降水量的近50%，秋雨多于春雨。地理位置为北纬40°28′，东经107°15′。平均海拔为1 100 m，地势平坦，土壤质地为两黄土，土壤肥力水平为有机质含量15.1 g/kg、全氮含量0.92 g/kg、速效磷含量18.8 mg/kg、速效钾含量150 mg/kg、pH值8.7。试验地前茬作物为春小麦，常规耕作。

1.2 试验材料

供试肥料：氮肥为心连心缓控释尿素（含N 46%），磷肥为过磷酸钙（含P2O546%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。供试玉米品种为西蒙6号，大豆品种为中黄30。

1.3 试验设计

采用2行玉米间作3行大豆的种植模式，带宽2.2 m，玉米大豆间行距60 cm；玉米覆膜种植，1膜2行，占地1.0 m，行距40 cm，穴距20 cm，双株种植，理论留苗90 900株/hm2；大豆3行占地1.2 m，行距30 cm，株距8 cm，单粒播种，理论留苗17.1万株/hm2。每小区玉米种4膜8行，大豆3带9行。小区长12.0 m，宽7.6 m，面积91.2 m2。

大豆种植施肥量为N 0 kg/hm2、P2O531.5 kg/hm2、K2O 12.5 kg/hm2。玉米种植磷、钾肥施入量为P2O5294.0 kg/hm2、K2O 95.0 kg/hm2，氮肥设玉米双株单种用量420 kg/hm2（CK），在此基础上进行氮肥减施处理，分别设置氮肥减施10%（RAN1）、20%（RAN2）、30%（RAN3）、40%（RAN4），共5个处理，3次重复，采用随机区组排列，氮、磷、钾肥全部作种肥一次性施入，施肥量见表1。

表1 试验肥料用量（折纯）单位：kg/hm2

1.4 测定项目与方法

玉米成熟后，在中间行连续取20株，测量株高、穗位和茎粗；连续取20穗带回室内晾干，考种；取中间4行，实收测产。大豆成熟后，取中间1带3行（14.4 m2），实收测产。根据如下公式计算效益。

效益/（元/hm2）=［玉米产量/（kg/hm2）×单价/（元/kg）+大豆产量/（kg/hm2）×单价/（元/kg）］-氮肥成本/（元/hm2）

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2007进行数据处理和绘制图表，选用SPSS 20.0数据处理系统（statistical product and service solutions）进行方差分析和相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥减施处理对玉米产量的影响

由表2可知，各处理玉米产量高低顺序为RAN1＞CK＞RAN2＞RAN3＞RAN4，RAN1处理即氮肥减施10%玉米产量最高，为13 578.2 kg/hm2，RAN1、RAN2、CK处理间差异不显著（P＞0.05），说明玉米高产氮肥最佳用量区间为氮肥减施0～20%。RAN1、RAN2、CK处理与RAN3、RAN4处理玉米产量差异极显著（P＜0.01），RAN3和RAN4处理差异显著（P＜0.05）。试验结果表明，RAN2处理氮素水平达到试验种植模式玉米需氮量，增加氮肥用量产量增加不明显，但是如果减少氮肥用量产量明显下降。方差分析表明，重复间差异不显著（P＞0.05），而处理间差异显著（P＜0.05），说明试验地肥力均匀，试验结果可靠。

表2 不同氮肥减施处理玉米产量结果

2.2 不同氮肥减施处理对玉米农艺性状的影响

由表3可知，随着施氮量的减少玉米株高和穗位高逐渐降低，从RAN2处理开始降低幅度加大，但各处理间差异不显著（P＞0.05），这一结果符合氮肥对植株生长影响效应[8-9]。各处理间玉米茎粗无明显差异（P＞0.05）。

表3 不同氮肥减施处理玉米农艺性状

2.3 不同氮肥减施处理对玉米经济性状的影响

由表4可知，玉米穗长、穗粗、穗粒数和百粒重均以RNA1处理最高，其他处理呈逐渐降低趋势，RAN1与RAN2、CK处理差异不显著（P＞0.05），RAN1与RAN3、RAN4处理差异显著（P＜0.05），这也是氮肥不足造成产量显著降低的主要原因[10-11]。各处理间玉米秃尖差异不显著（P＞0.05）。

表4 不同氮肥减施处理玉米经济性状

2.4 不同氮肥减施处理对大豆产量的影响

由表5可知，各处理大豆产量高低顺序为RAN4>RAN3>RAN2>CK>RAN1，以RAN4处理大豆产量最高，为1 094.3 kg/hm2，RAN4、RAN3、RAN2处理间差异不显著（P＞0.05），RAN1、CK处理与RAN2、RAN3、RAN4处理差异显著（P＜0.05），RAN4与RAN1处理间差异极显著（P＜0.01），CK与RAN1处理间差异不显著（P＞0.05）。处理间大豆产量差异主要是由于氮肥用量不同造成的，施氮量大，玉米植株高，叶片繁茂影响大豆受光；同时，大豆吸收较多氮肥，造成徒长、倒伏，结荚和成熟受到影响，产量降低[12-13]。

表5 不同氮肥减施处理大豆产量结果

2.5 不同氮肥减施处理对经济效益的影响

试验各处理玉米、大豆产值按照2020年市场价格计算，玉米价格为2.40元/kg，大豆价格为5.20元/kg，所用氮肥心连心尿素价格为1 650.00元/t。由表6可知，与对照相比，效益最高的是RAN2处理，即氮肥减施20%，增效414.40元/hm2，其次是RAN1处理，RAN3和RAN4处理效益较差。试验结果表明，RAN2处理经济效益最高，氮肥减量达到20%，生态效益显著。

表6 不同氮肥减施处理的经济效益单位：元/hm2

3 讨论与结论

氮肥在农业生产中占有重要地位，施入土壤的氮肥有50%～70%氮素流失到大气和水体中，造成严重的生态环境问题，如温室效应增加、水体富营养化等[14-15]。我国是世界上最大的氮肥生产国和消费国，氮肥利用水平远低于发达国家，由氮肥流失引发的生态环境问题已成为众多专家和学者关注的焦点，减量施氮正是在这种背景下发展起来的一种高效施氮方式[16]。

刘小明等[17]研究表明，玉米-大豆套作减量一体化施肥有利于提高大豆光合特性和干物质积累，提高大豆产量和玉米-大豆系统总产量。本试验产量结果表明，河套灌区玉米一穴双株间作大豆种植模式，氮肥减施10%处理玉米产量最高，为13 578.2 kg/hm2，玉米高产氮肥最佳用量区间为氮肥减施0～20%，最佳氮肥施用量为336～420 kg/hm2。党久占等[6]研究表明，河套灌区玉米一穴双株高密度栽培经济最佳施肥量为N 393.75 kg/hm2、P2O5291.90 kg/hm2、K2O 93.15 kg/hm2。本试验全田效益结果表明，不同处理效益最高的是氮肥减施20%处理，比对照增效414.40元/hm2，其次是氮肥减施10%处理，氮肥减施30%、40%处理效益较差。综合产量和效益结果初步确定，河套灌区玉米一穴双株间作大豆种植模式的最佳施氮量为较玉米双株单种用量420 kg/hm2减施20%，即施氮量为336 kg/hm2。

河套灌区推广玉米一穴双株间作大豆种植模式的技术目标是利用边行优势，通过增加玉米、大豆种植密度，使玉米产量达到13 000 kg/hm2，增收与单作相当；大豆产量达到1 000 kg/hm2，大豆产值达5 200元/hm2以上；同时，提高氮肥利用率20%～30%，减少氮肥施用量60～90 kg/hm2；减少地膜用量40%以上[18]，使土壤环境得到改善，地力提升，从而解决农业可持续发展以及农民持续增收的问题。试验结果较玉米双株单种氮肥减施20%，符合本模式减肥增效的预期目标。另外，本试验玉米与大豆种植密度单一，玉米一穴双株间作大豆种植模式的最佳种植密度还需试验。