减氮下不同肥料配施对麦玉复种体系作物氮素积累分配及产量的影响

普布仓决 王金平 姚丽茹 朱员正 贺峥峥 韩娟

摘 要 为探索陕西关中地区冬小麦-夏玉米复种体系氮肥减量增效潜力，构建适宜的作物养分管理体系，于2018-2019年采用田间试验研究了减氮并配施不同肥料对麦玉复种体系作物生长状况、植株氮素积累分配、作物产量以氮素利用效率的影响。试验设置5个处理：常规施氮（225 kg·hm-2，N100）；减氮20%（180   kg·hm-2，N80）；减氮配施生物炭（180 kg·hm-2，生物炭22 500 kg·hm-2，N80 +BC）；减氮配施缓释肥（180 kg·hm-2，尿素∶缓释肥=1∶1，N80 +S）；减氮配施微生物菌肥（180 kg·hm-2，微生物菌肥3 600   kg·hm-2，N80 +BF）。结果表明：减氮及其配施不同肥料对夏玉米大喇叭口期后株高、干物质和氮素积累没有显著影响；而N80+BF促进了夏玉米氮素向籽粒中的分配；N80+BC提高了夏玉米产量和收获指数，且较N80处理分别显著提高8.3%和20.1%；减氮下三种配施处理均能提高夏玉米氮农学利用率和氮肥偏生产力，且以N80+BC处理表现最佳，较N100分别显著提高43.3%和29.0%，较N80分别显著提高45.8%和  8.3%；N80+BC和N80+BF还能显著提高夏玉米氮肥表观表观回收率，二者较N100显著增加18.1%和  10.7%，较N80处理显著增加26.9%和19.0%。与N80相比，N80+BF有效提高了冬小麦扬花期和成熟期分蘖数、茎蘖成穗率以及成熟期干物质和氮素积累量，并能显著提高冬小麦穗数和产量，增幅分别为13.7%和16.2%。减氮下3种配施處理均能提高冬小麦氮农学利用率、氮肥偏生产力和氮素利用率，其中氮农学利用率和氮肥偏生产力在N80+BF处理表现最佳，较N100分别显著提高了31.2%和28.4%，较N80分别显著提高了33.7%和16.2%，氮素利用率在N80+S处理表现最佳。综上所述，减氮及其配施处理中，180 kg·hm-2配施生物炭（22 500 kg·hm-2）和180 kg·hm-2配施微生物菌肥（3 600 kg·hm-2）更有利于作物生长，促进氮素积累与分配，提高作物产量和氮素利用效率，实现关中地区麦玉复种体系氮肥管理的“减量增效”。

关键词 夏玉米-冬小麦；氮肥减量；肥料配施；产量；氮素利用率

氮素是决定作物产量的关键因素［1］。自20世纪80年代初以来，为追求高产，中国化肥投入量增加了约3.6倍［2］，其中氮肥的投入占化肥总投入的比例最高。而在氮肥投入水平快速增长的背景下，氮肥利用率显著低于国际水平，其中小麦和玉米的氮肥利用率仅有28.2%和26.1%［3］。陕西关中地区是我国重要的粮产主产区，冬小麦-夏玉米复种是该的主要种植模式，因此，实现该地区小麦和玉米的高产增效对保障中国粮食生产有着重要意义。但是目前该地区农业生产中普遍存在着氮肥过量投入和忽视有机肥施用等问题，小麦和玉米单季投入氮肥量分别高达286   kg·hm-2和332 kg·hm-2，过量施氮农户分别占55. 3%和78. 2%［4-5］。长期过量且单一施用氮肥不仅未能显著提高作物产量，反而导致土壤功能退化，造成氮肥利用率低、养分不平衡和资源浪费，同时还会引发一系列生态环境问题［6-8］。因此，如何在保证作物产量的前提下通过调整肥料类型优化氮肥使用量，建立高效的作物养分管理策略是该地区农业生产中亟需解决的关键问题。生物炭是一种良好的土壤改良剂，能够改良土壤理化性质，提高作物养分吸收率，促进作物生长和发育［9］。首先，生物炭具有发达的多孔结构和丰富的含氧官能团，可以提高土壤的保水能力，降低土壤体积质量，减少土壤养分元素的淋失，保持较高的土壤肥力［10］。生物炭还包括大量的有机质和丰富的养分元素为作物提供所需养分，促进作物生长和发育［11］，提高作物干物质重量和产量［12- 13］。研究表明，减氮条件下基施生物炭可以显著提高氮素吸收利用率［14］。柳瑞等［15］研究表明，氮肥减施或配施稻秆生物炭能有效保持土壤养分，促进水稻对氮素的吸收，提高氮素利用率。向伟等［16］研究表明，相较于常规施氮配施生物炭后作物产量提高9.9%～11.98%，氮肥利用效率和氮肥偏生产力分别提高了7.7%～8.1%和  52.3%～57.1%，柳瑞等［17］通过稻田试验发现，稻秆生物炭替代20%～40%的氮肥时，能够达到水稻稳产的目的。

缓释肥具有肥效期长且稳定的特点，单次施用即可满足玉米在整个生育期对养分的需求［18］。杨峰等［19］研究认为缓释肥不仅能提高作物产量氮肥利用效率，还能减少玉米生育后期土壤中养分残留，降低氮损失。在水稻大田试验中，施用缓释肥后显著提高氮素利用率和水稻产量，缓释肥尤其在氮肥减量的研究中起到稳产增产的作用［20-22］。李若楠等［23］和王薇等［24］研究认为氮肥减量基础上配施缓释肥可以实现小麦稳产增产的同时，还能降低成本，提高经济效益；常凤等［25］研究表明，减氮20%配施缓释肥对冬小麦具有较明显的增产效果，氮肥利用率较高。

微生物菌肥含有大量的活性有益微生物，通过其生命活动来满足作物生长发育所需要的营养［26］。大量研究表明，微生物菌肥具有改善土壤结构、提高作物的肥料利用率、提高土壤有效养分、增加作物对养分的吸收、减少病虫害、提高作物抗病能力等多种功能［27-33］，从而提高作物产量和品质。Michael等［34］认为氮肥减量23%～52%基础上配施生物菌肥，能够实现减肥增效的目的，同样杨国威等［35］也研究发现，生物菌肥替代氮肥50%时，作物产量比常规施氮处理提高了7.9%，黄鹏等［36］研究表明，在氮肥减量15%以内时，配施生物菌肥可以实现玉米增产稳产的效果，并可以提高资源利用效率。综上可见，生物炭、缓释肥及微生物菌肥与普通氮肥配施受到越来越多的关注，但是3种不同肥料在麦玉复种体系氮肥减量化生产中的作用尚不明确，仍需进一步研究实证。

因此，本研究以关中地区小麦-玉米周年复种体系为研究对象，在氮肥减量下配施不同类型肥料（生物炭、缓释肥和微生物菌肥），探究不同施肥处理下夏玉米-冬小麦周年复种体系作物群体生长状况、植株氮素积累分配、作物产量以氮素利用效率的影响。旨在明确满足该地区麦玉增产增收和资源高效利用的施肥方案，以期为关中地区氮肥减量增效技术的应用和绿色可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年6月-2019年6月在陕西省咸阳市泾阳县云阳镇西北农林科技大学斗口试验站（东经108°88′，北纬34°61′）进行。2018年夏玉米和2018-2019年冬小麦全生育期内降水量分别为176.79 mm和79.3 mm，两季作物生育期降雨量及日平均温度如图1。播前土层（0～20 cm）基本理化性质如下：pH 8.3，有机质17.05   g·kg-1，全氮1.13 g·kg-1，全磷 0.58   g·kg-1，速效磷14.12 mg·kg-1，碱解氮60.49 mg·kg-1，速效钾286.00 mg·kg-1。

1.2 试验设计

田间试验采取单因素随机区组设计，设置5处理：以常规施氮（播前基施112.5 kg·hm-2+拔节追施112.5 kg·hm-2，N100）为对照，设置4个减氮及其配施处理：减氮20%（播前基施90   kg·hm-2+拔节追施90 kg·hm-2，N80）；减氮配施生物炭（夏玉米播前基施90 kg·hm-2和生物炭22 500 kg·hm-2 +拔節追施90   kg·hm-2，N80+BC），减氮配施缓释肥（播前基施180 kg·hm-2，尿素∶缓释肥=1∶1，N80+S）；减氮配施微生物菌肥（播前基施90 kg·hm-2和微生物菌肥3 600 kg·hm-2+拔节追施90   kg·hm-2，N80+BF），除了小麦季没有基施生物炭以外，两季作物施肥量一致。磷肥（P2O5，16%）和钾肥（K2O，56%）分别以120 kg·hm-2和90 kg·hm-2的施用量于两季作物播前基施，每个处理重复3次，共15个小区，小区面积为45.5 m2（3.5 m×13 m）。玉米和小麦供试品种分别为‘陕单609和 ‘小偃22。供试肥料中的氮肥为普通尿素（N≥46%）；生物炭为小麦秸秆在450 ℃厌氧热解制备而得（含氮量  0.49%），购自南京勤丰秸秆科技有限公司，其基本理化性质为pH 10.40，有机碳含量467.05 g·kg-1，全磷0.61 g·kg-1，全钾20.03 g·kg-1，钙10.02   g·kg-1，C/N比为79.10，灰分含量 20.8%；缓释肥（N∶P2O5∶K2O=28∶6∶6）购自奥磷丹公司；微生物菌肥为富朗微生物菌剂（有效活菌数≥6.0亿/g，含解淀粉芽孢杆菌和地衣芽胞杆菌，含氮量2%，不含磷和钾等养分）。

夏玉米播种时间为2018年6月13日，密度均为6.75万株·hm-2，在播种后和拔节追肥后进行定量灌溉，灌水量均为100 mm。冬小麦播种时间为2018年10月7日，行距25 cm，播量187.5 kg·hm-2，在越冬前和拔节追肥后进行定量灌溉，灌水量均为100 mm，灌溉方式采取微喷灌，其他同当地常规管理措施相一致。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 群体指标测定 夏玉米株高：在夏玉米各关键生育时期选取5株，用米尺测量株高。

冬小麦茎蘖动态：在冬小麦苗期于各小区选取长势均匀1 m2进行标记并统计基本苗数，在越冬期、拔节期、扬花期和成熟期调查标记区的分蘖数，并计算茎蘖成穗率。

干物质量：在夏玉米关键生育时期每个小区随机选取3株鲜样，在冬小麦关键生育时期每个小区选取具有代表性的连续20 cm鲜样，二者植株样品按照植株不同部位分样处理，在105 ℃下杀青30 min，转80 ℃烘干至恒量。

1.3.2 氮素积累与分配 将烘干称量后的玉米和小麦植株各器官进行粉碎过筛，采用H2SO4—H2O2消解-靛酚蓝比色法测定其全氮含量。根据各器官氮含量计算植株含氮量。氮素积累与分配相关计算公式如下：

植株氮素积累量（kg·hm-2）=植株干物质量/1 000×植株氮素含量

各器官氮素积累量（g·株-1）=各器官干物质积累量×氮素含量

各器官氮素分配比例 = 各器官氮素积累量/整株氮素积累量×100%

1.3.3 产量性状测定 夏玉米成熟期随机选取各小区长势均匀的15株，统计穗粒数，测量穗粗和穗长、百粒质量，并各小区随机取20穗，在晾晒后脱粒测定14%水量含量下的产量。

冬小麦成熟期于各小区内收割长势均匀的  1 m2的植株，调查小麦穗数，并取20 cm植株样统计穗粒数，脱粒后测定14%含水量下的产量以及千粒质量。

1.3.4 氮素利用效率测定 氮素利用效率相关计算公式如下：

氮农学利用率（kg·kg-1）=（施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量）/施氮量

氮肥偏生产力（kg·kg-1）=籽粒产量/施氮量

氮素利用率（kg·kg-1）=籽粒产量/成熟期植株地上部氮素积累量

氮肥表观回收率（%）=（成熟期施氮区植株氮素积累量-不施氮区植株氮素积累量）/总施氮量

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2019、 SAS 9.4和Origin 2021软件进行数据整理、分析及作图。

2 结果与分析

2.1 减氮下不同肥料配施对麦玉复种体系作物生长的影响

2.1.1 对夏玉米株高和冬小麦茎蘖动态的影响 夏玉米株高随着生育期的推进呈逐渐递增的趋势，吐丝期达到最高（图2）。拔节期，N100处理玉米株高显著高于其他处理；而大喇叭口期和吐丝期，减氮及其配施处理N80、N80+BC、N80+S、N80+BF与N100间均无显著差异。

冬小麦茎蘖数在整个生育期内呈先升后降趋

势，拔节期达到峰值（表1）。越冬期茎蘖数表现为N100＞N80+BF＞N80＞N80+S＞N80+BC，N100显著高于N80+BC，但和其他处理无显著差异；扬花期表现为N80+BF＞N100＞N80 +BC＞N100+S＞N80，其中N80 +BC、N80+S、N80+BF 与N100之间均无显著差异，成熟期表现趋势与扬花期一致，且N80+BF 较N80冬小麦茎蘖数在扬花期和成熟期分别显著提高12.0%和13.8%；冬小麦茎蘖成穗率表现为N80+BF＞N80+S＞N80 +BC＞N100＞N80，其中N80 +BC、N80+S、N80+BF较N100茎蘖成穗率提高了4.2%～11.6%，较N80提高了4.5%～11.9%，且N80 +BF处理效果最佳。

2.1.2 对夏玉米和冬小麦地上部干物质积累的影响 夏玉米干物质积累量随着生育期的推进呈逐渐递增的趋势，成熟期达到最高（图3）。拔节期各处理干物质积累量表现为N100＞N80+BC＞N80+S＞N80+BF＞N80，N100显著高于N80、  N80+BF，但N80+BC、N80+S与N100间无显著差异，且N80+BC和N80+S较N80分别显著提高22.8%和19.5%；而大喇叭口期至成熟期，减氮及其配施处理N80、N80+BC、N80+S、N80+BF与N100间均无显著差异。

冬小麦干物质积累量也随着生育期的推进而呈逐渐递增的趋势，成熟期达到最高（图3）。拔节期各处理干物质积累量表现为N80+S＞N100＞N80 +BC＞N80＞N80+BF，所有减氮及其配施处理与N100间均无显著差异，且N80+S较N80显著提高了16.9%；成熟期表现为N100＞N80+BF＞N80+BC＞N80+S＞N80，N100显著高于N80、N80+BC、N80+S，但与N80+BF间无显著差异，且N80+BF较N80显著提高了12.7%。

2.2 减氮下不同肥料配施对麦玉复种体系作物养分积累及分配的影响

2.2.1 对夏玉米和冬小麦地上部植株氮素积累的影响 夏玉米吐丝期和成熟期地上部植株氮素积累在各处理间均无显著差异（P < 0.05，图4）。吐丝期地上部植株氮积累量表现为N80+S＞N100＞N80＞N80+BF＞N80+BC，在成熟期则表现为N100＞N80+BC＞N80+BF＞N80+S＞N80。可见，减氮不会影响夏玉米植株氮素积累。

冬小麦扬花期地上部植株氮素积累在各处理间均无显著差异（图4），而成熟期各处理间存在一定差异。成熟期植株氮素积累量表现为N100＞N80+BF＞N80+BC＞N80＞N80+S，N100显著高于N80、N80+BC 和N80+S，但与N80+BF无显著差异，且N80+BF较N80处理增加了13.4%。可见，微生物菌肥可弥补减氮对冬小麦干物质积累造成的负效应。

2.2.2 对夏玉米和冬小麦地上部植株氮素分配的影响 夏玉米成熟期不同器官中籽粒的氮素含量及分配比例最大（表2）。不同器官氮素含量在各处理间均无显著差异。在茎+叶+苞叶中氮素分配比例表现为N80+BC＞N100＞N80＞N80+S＞N80+BF，其中N100显著高于N80+BF，但与其他处理无显著差异；在籽粒中氮素分配表现为N80+BF＞N80＞N100＞N80+S＞N80+BC，其中N80+BF较 N100 和N80分别提高了8.5%和  5.2%。

冬小麦成熟期不同器官中也是籽粒的氮素含量及分配比例最大（表2）。在茎叶中氮素含量表现为N100＞N80+BC＞N80＞N80+BF＞N80+S，N100显著高于N80+S、N80+BF，但与N80、N80+BC间无显著差异；在籽粒中表现为N100＞N80+BF＞N80＞N80+BC＞N80+S，N100显著高于  N80+S，但与N80、N80+BC、 N80+BF间均无显著差异。冬小麦各器官氮素分配比例均没有受到减氮的影响，且减氮下三种配施处理N80+BC、N80+S和 N80+BF相比N100和N80还能在一定程度上提高冬小麦籽粒中的氮分配比例。

2.3 减氮下不同肥料配施对麦玉复种体系作物产量及氮素利用率的影响

2.3.1 对夏玉米和冬小麦产量的影响 夏玉米穗粗、穗长、穗粒数和百粒质量均在各处理间均无显著差异，而产量和收获指数在各处理间存在一定的差异（表3）。产量表现为N80+BC＞N80+S＞N100＞N80+BF＞N80，收獲指数则表现为N80+BC＞N80+S＞N80+BF＞N100＞N80，其中N80+BC较N100夏玉米产量和收获指数分别提高了3.2%和16.7%，较N80分别显著提高了8.3%和20.1%，其余减氮处理与N100之间无显著差异。

冬小麦穗粒数和收获指数在各处理间均无显著差异，而穗数、千粒质量和产量在在各处理间存在一定的差异（表3），且主要通过提高穗数来增加冬小麦产量。穗数和产量均表现为N80+BF＞N100＞N80+BC＞N80+S＞N80，其中N80+BF 较N100冬小麦穗数和产量分别提高4.0%和2.7%，较N80分别显著提高13.7%和16.2%；千粒质量表现出N80+BC＞N80+S＞N100＞N80+BF＞N80，N80、N80+BC、N80+S、N80+BF与N100无显著差异，且N80+BC和N80+S较N80均显著提高3.7%。

2.3.2 对夏玉米和冬小麦氮素利用率的影响 夏玉米氮农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥表观回收率在各处理间均存在一定的差异，氮素利用率各处理间无显著差异（表4）。氮农学利用率N80+BC处理表现最高，较N100和N80分别显著提高了43.3%和45.8%；氮肥偏生产力表现出N80+BC＞N80+S＞N80+BF＞N80＞N100，其中N80、N80+BC、N80+S、N80+BF较N100分别显著提高19.1%、29.0%、25.6%、19.8%，且N80+BC较N80显著提高8.3%；氮肥表观回收率表现为N80+BC＞N80+BF＞N100＞N80+S＞N80，其中N80+BC和N80+BF较N100分别显著提高18.1%和10.7%，较N80分别显著提高26.9%和19.0%。

冬小麦氮农学利用率、氮素利用率、氮肥偏生产力和氮肥表观回收率在各处理间均存在一定的差异（表4）。氮农学利用率在N80+BF处理表现最大，较N100和N80分别显著提高31.2%和  33.67%；氮素利用率表现出N80+S处理表现最大，较N100和N80分别显著提高了21.9%和  16.6%；氮肥偏生产力表现出N80+BF＞N80+BC＞N80+S＞N80＞N100，其中 N80+BC、N80+S、N80+BF較N100分别显著提高22.1%、  20.1%、  28.4%，且N80+BF还显著高于N80，增幅为 16.17%；氮肥表观回收率表现为N80+BF＞N80+BC＞N100＞N80＞N80+S，其中N80+BF、N80+BC较N100和N80均有所提高，但差异不显著。

3 讨  论

3.1 减氮下不同肥料配施对麦玉复种体系作物生长的影响

稳定的群体结构是保证作物产量的前提，而保持群体的稳定则需要良好的个体发育。氮肥是影响作物生长发育的关键因素。研究表明，氮肥减施或减氮配施生物炭对水稻株高没有显著影响［17］，与常规施氮相比，减氮配施缓释肥或生物炭不会造成玉米后期株高降低［37-38］。本研究与上述结论相似，本研究中，夏玉米拔节期常规施氮处理株高较高，但是大喇叭口期之后减氮及其配施处理的株高均接近于常规施氮处理，且没有显著差异。说明减氮情况下，通过基施可以满足玉米前期生长需求，随着试验周期的延长，后期通过追肥和生物炭、缓释肥和微生物菌肥的肥效优势来满足玉米生长所需养分，使株高增加效应逐步显现，最终与常规施氮处理之间无显著差异。研究表明，过量施用氮肥会造成冬小麦无效分蘖的增多，从而导致茎蘖成穗率的降低［39］，氮肥减量下配施生物炭或生物菌肥均能显著提高22.9%～31.4%的冬小麦茎蘖成穗率［40］。本研究中，减氮配施微生物菌肥处理（N80+BF）较单纯减氮处理（N80）显著提高了冬小麦扬花期和成熟期茎蘖数；减氮下三种配施处理（N80+BC、N80+S和N80+BF）均能提高冬小麦茎蘖成穗率（4.2%～  11.9%），其中以减氮配施微生物菌肥处理（N80+BF）效果最佳，这与孙利华等［41］研究结果相似。原因可能是微生物菌肥改善土壤理化性质，促进作物对营养元素的吸收，进而增加冬小麦有效分蘖数。其次，微生物菌肥具有保肥供肥的特点，减少了养分的淋失，延缓了肥料释放速率，可以满足小麦中后期养分供应需求，进而提高成穗率［42］。

干物质积累是作物产量形成的物质基础，丛艳霞等［43］认为增强作物生育期内干物质的积累能力是提高籽粒产量的有效途径。氮素是影响作物干物质积累的重要因素，但是过量施氮会对作物生长带来很多不利影响。适量减氮对作物植株的干物质积累具有促进作用，本研究中，减氮配施微生物菌肥处理（N80 +BF）与单纯减氮（N80）相比能显著促进冬小麦成熟期干物质的积累。这可能是由于微生物菌肥中的活体微生物能够促进植株的新陈代谢，增加小麦的叶面积指数和光合速率，促进光合产物的积累及向穗部的分配，调控茎鞘物质的转运特性，从而有效提高小麦地上部干物质积累量［44］。

3.2 减氮下不同肥料配施对麦玉复种体系作物氮素积累及分配的影响

作物养分积累是其干物质积累的基础，是影响作物产量的重要因素，侯云鹏等［45］研究表明，玉米地上部氮、磷、钾养分积累与产量均存在显著或极显著正相关关系。在作物的生长发育过程中，植株内的养分处于不断的吸收、同化、转运和分配的动态中［46］。研究表明，在施氮量300   kg·hm-2的基础上分别减氮25%、50%和75%时不仅可以提高玉米籽粒的氮素积累量，还能促进花前营养器官中氮素向籽粒的分配［47］。本研究中，常规施氮（225 kg·hm-2）基础上减氮20%对夏玉米吐丝期和成熟期植株氮素积累量没有显著影响，这与胡迎春等［37］的研究结论一致。许永胜等［48］认为施用生物菌肥可以促进燕麦成熟期植株对氮素的吸收，本研究中，与常规施氮相比，减氮配施微生物菌肥不仅不会影响冬小麦氮素积累量，与单纯减氮（N80）相比，还能有效提高冬小麦成熟期氮素积累量。说明微生物菌肥可弥补减氮对冬小麦氮素积累造成的负效应，分析可能是微生物菌肥中的固氮菌依赖植物根系分泌物生长和固氮，通过固氮作用为作物提供氮素［49］；或者微生物菌肥中的微生物可以通过合成或分解土壤中的有机质为作物提供氮素等养分［50］。

氮肥是作物高产稳产最基本的物质保证，但是过量施用氮肥使植株营养器官氮素代谢旺盛，不利于氮素向籽粒中的分配［51］，减少供氮可以促进营养体氮素再转运［47］。王士红等［52］在棉花试验上研究发现，施氮量过大导致植株生殖器官氮素分配比例下降，降低施氮量可以促进氮素的高效利用。本研究中，夏玉米和冬小麦成熟期植株各器官氮素含量及分配比例均以籽粒中最大，减氮不仅不会影响夏玉米各器官中的氮素含量，减氮配施微生物菌肥还有利于促进氮素向玉米籽粒中的分配。这是因为微生物菌肥肥效具有长效性且稳定的特点，有效协调了氮素在玉米花前和花后植株中的分配，既能保持较高的转运量，也能满足玉米生育后期叶片正常的光合作用，保障玉米在生殖生长阶段仍保持较高的同化能力，进而提高籽粒中的氮素分配［47］。本研究还发现，冬小麦籽粒中氮素含量在配施生物炭和微生物菌肥中没有受到减氮的影响，说明减氮基础上通过配施生物炭和微生物菌肥可有效保证冬小麦籽粒氮素含量维持在较稳定的水平；减氮没有抑制氮素向冬小麦各器官中的分配，减氮下配施生物炭、缓释肥和微生物菌肥可在一定程度上促进氮素向小麦籽粒的分配，这可能是生物炭、缓释肥和微生物菌肥养分时效长，可以保持土壤养分供应能力，促进作物养分的吸收，有效协调氮素的积累和再转运［53-54］，有利于保持小麦成熟期籽粒同化物分配比例。

3.3 减氮下不同肥料配施对麦玉复种体系作物产量及氮素利用率的影响

玉米产量是通过果穗粗、穗长、穗粒数、百粒质量和收获指数等产量构成因素来体现的。马星竹等［55］认为适当减少氮肥施用量可以提高土壤速效养分含量和养分利用率，增加玉米籽粒产量。柳瑞等［17］在水稻试验中研究发现，氮肥减量 40%的基础上配施生物炭较于常规施氮显著提高早稻产量18.07%，而相较于单纯减氮显著增加早稻产量 14%左右。也有研究表明，施用生物炭能够促进玉米地下部根系生长发育，延缓根系衰老，进而提高作物产量性状［56］。刘洪亮等［57］研究发现，与常规施肥相比，施用微生物肥处理显著提高棉花和番茄产量，增幅达3.7%～10.9%。本研究中，常规施氮（220 kg·hm-2）基础上减氮 20%不会降低夏玉米产量，这与李恩尧等［58］的研究结果一致，且与单纯减氮相比，减氮下配施生物炭、缓释肥和微生物菌肥均能在一定程度上增加夏玉米和冬小麦产量，其中在夏玉米中减氮配施生物炭处理表现最优，增产幅度为8.3%，而在冬小麦中减氮配施微生物菌肥处理表现最佳，增产幅度为16.2%。说明通过配施生物炭（夏玉米季）和微生物菌肥（冬小麥季）以达到氮肥减量化具有可行性。其原因可能是生物炭提高土壤养分总含量，促进速效养分的供［59］，有效提高小麦叶面积指数，实现叶片光合产物转运到穗部，从而提高夏玉米产量；微生物菌肥具有保肥特性，可显著抑制土壤氮素流失和挥发，有效提高氮素利用率［60］，进而提高冬小麦产量。

适当减少氮肥施用量，有利于提高氮肥利用率和氮肥生理效率［61-62］，胡娟等［63］研究表明，在常规施肥（200 kg·hm-2）基础上减氮20%，并配施缓控释肥能够提高玉米的NAE、NfP、NupE、NHI和NUE。刘诗璇等［64］发现传统尿素与控释尿素以7∶3或者5∶5配施，均能提高NAE和NfP。窦露等［65］研究发现，与常规施肥相比，氮肥配施生物菌肥可以显著提高冬小麦的NAP、NfP以及RE。Ven等［66］认为生物炭的施用可以显著提高作物氮肥利用率，孟繁昊等［67］研究发现，施氮水平在150 kg·hm-2时配施生物炭，春玉米的产量可以达到峰值，并能显著提高作物氮肥利用率。本研究结果显示，减氮下3种配施处理（N80+BC、N80+S和N80+BF）均能增加夏玉米和冬小麦氮农学利用率和氮肥偏生产力，其中夏玉米季中配施生物炭处理（N80+BC）表现最优，与常规施氮和单纯减氮相比氮农学利用率显著增加了43.3%～45.8%，氮肥偏生产力显著增加了28.9%～30.0%；而在冬小麦季中配施微生物菌肥处理（N80+BF）表现最佳，与常规施氮和单纯减氮相比氮农学利用率显著增加了31.2%～  33.67%，氮肥偏生产力显著增加了16.2%～  28.4%；N80+BC和N80+BF处理均能提高夏玉米和冬小麦氮肥表观回收率，且在夏玉米季中达到显著水平显著，二者较常规施氮显著增加了10.7%～18.1%，较单纯减氮显著增加了19.0%～26.9%。说明生物炭和微生物菌肥在氮肥减量中起到积极的增效作用，这是因为生物炭通过提高土壤团聚体稳定性来促进作物对土壤氮素养分的吸收［68］，加上生物炭具有独特的孔隙结构有利于改善紧密性土壤物理结构，促进土壤微生物繁殖，从而活化容易被固定的氮素养分［69-70］，进一步提高植株对作物氮素养分的吸收和利用；微生物菌肥通过固氮作用，将空气中的氮转化供植物体吸收利用［71］，加上微生物菌肥含有大量的活性有益微生物，能够帮助溶解土壤中的氮素养分，促进植株对氮素的吸收和利用［69，72］。本研究中，减氮下3种配施处理（N80+BC、N80+S和N80+BF）还能增加冬小麦氮素学利用率，其中减氮配施缓释肥处理达到显著水平，与常规施氮和单纯减氮相比显著增加了16.6%～21.9%，说明适量减氮配施缓释肥可提高冬小麦氮素利用率。

4 结 论

短期内减氮对夏玉米干物质及氮素积累无显著影响，而减氮配施微生物菌肥（N80 +BF）促进夏玉米氮素向籽粒中的分配，减氮配施生物炭（N80 +BC）保证夏玉米产量和氮素利用效率（NAE、NfP、RE）处于最佳状态。减氮配施微生物菌肥（N80 +BF）有效提高了冬小麦扬花期和成熟期分蘖数及茎蘖成穗率，增加了冬小麦成熟期干物质和氮素积累量，进而提高了冬小麦产量，且获得更高的氮素利用效率。综上所述，180   kg·hm-2配施生物炭（22 500 kg·hm-2）和180 kg·hm-2配施微生物菌肥（3 600 kg·hm-2）实现增产的同时节约氮肥资源，二者均可视为关中地区麦玉周年复种体系减氮增效的可行施肥模式。

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Effects of Different Fertilizers on Nitrogen Accumulation and

Distribution and Yield of Wheat-maize Multiple

Pubucangjue，WANG Jinping，YAO Liru，ZHU Yuanzheng，HE Zhengzheng and HAN Juan

（College of Agronomy，Northwest A&F University，Yangling Shaanxi 712100，China）

Abstract To explore the potential for reducing nitrogen fertilizer and improving efficiency in winter wheat-summer maize multiple cropping system in Guanzhong area of Shaanxi Province， and to establish a suitable crop nutrient management system， a field experiment was conducted to investigate the effects of nitrogen reduction combined with different fertilizers on crop growth， plant nitrogen accumulation and distribution， crop yield and nitrogen use efficiency in wheat-maize multiple cropping system from 2018 to 2019. Five treatments were set as follows ∶ conventional nitrogen application （225 kg·hm-2， N100）; nitrogen reduction 20% （180 kg·hm-2， N80）; nitrogen reduction combined with biochar（180 kg·hm-2， biochar 22 500 kg·hm-2，N80 +BC）; nitrogen reduction combined with slow-release fertilizer（180 kg·hm-2， urea  slow-release fertilizer = 1∶1， N80 +S）; nitrogen reduction combined with microbial fertilizer（180 kg·hm-2， microbial fertilizer 3 600 kg·hm-2，N80 + BF）.The results showed that nitrogen reduction and its combination with different fertilizers had no significant effect on plant height， dry matter and nitrogen accumulation of summer maize after large bell stage. The application of N80 +BF promoted the distribution of nitrogen in summer maize towards grain development， while N80 +BC increased the yield and harvest index of summer maize by 8.3% and 20.1%， respectively. Under nitrogen reductions， all three combined treatments increased Nitrogen Agronomic Efficiency （NAE） and Nitrogen Fertilizer Productivity （NFP） of summer maize. N80 +BC treatment exhibited the best performance，showing an significant increase of 43.3% and 29.0% compared to N100， and a significant increase of 45.8% and 8.3% compared to N80， in terms of NAE and NFP， respectively. Both N80 +BC and N80 +BF significantly increased Recovery Efficiency （RE） of summer maize， with a significant increase of 18.1% and 10.7% compared to N100， and a significant increase of 26.9% and 19.0% compared with N80. Compared to N80， N80 +BF effectively increased the tiller number， tiller spike rate， dry matter and nitrogen accumulation during flowering and maturity stages， and significantly increased the spike number and yield of winter wheat by 13.7% and   16.2%， respectively. The NAE， NFP and NUE of winter wheat were improved by the three treatments under nitrogen reduction. Among them， NAE and NFP N80 +BF treatment performed best， with a remarkable increase of 31.2% and 28.4%，respectively，compared with N100， and these parameters increased by 33.7% and 16.2% when compared to the N80 treatment. NuE performed best in N80 +S treatment. In summary， in the treatment of nitrogen reduction and its combined application， 180 kg·hm-2 combined with biochar（22 500 kg·hm-2） and 180   kg·hm-2 combined with microbial fertilizer （3 600 kg·hm-2） are more conducive to crop growth， promote nitrogen accumulation and distribution， improve crop yield and nitrogen utilization rate， and realize the‘ reduction and efficiency of nitrogen management in wheat-maize multiple cropping system in Guanzhong area.

Key words Summer maize and winter wheat; Nitrogen fertilizer reduction; Fertilizer application;Yield; Nitrogen use efficiency

Received  2022-12-15    Returned 2023-03-17

Foundation item  Shaanxi Province Key R&D Plan（No.2018ZDXM-NY-002）.

First author Pubucangjue， female， master student.Research area： efficient farming system and crop cultivation technology in arid areas.E-mail：pbcj030065@163.com

Corresponding   author HAN Juan，female，Ph.D，professor. Research area：efficient utilization of crop water and fertilizer in arid area. E-mail：hjepost@nwsuaf.edu.cn

（責任编辑：成 敏 Responsible editor：CHENG  Min）