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豆科绿肥光叶紫花苕覆盖还田对春玉米产量和氮素利用的影响

添加时间:2019-07-01 10:59 来源:未知 作者:优选论文网
  摘要:为探明豆科绿肥光叶紫花苕 (Vicia villosa Roth var. glabrescens) 覆盖还田对春玉米产量和氮素利用的影响, 采用盆栽试验, 测定不施氮肥 (N0) 、单施氮肥 (N1) 、豆科绿肥半量还田配施氮肥 (N2) 、全量还田配施氮肥 (N3) 处理下春玉米的产量、氮素吸收与转运、氮肥利用率以及土壤残留15N的当季回收率。结果表明:绿肥覆盖还田配施氮肥处理 (N2、N3) 的籽粒产量和生物产量比单施氮 (N1) 处理的有所提高, 且叶、籽粒和地上部植株氮素吸收量均显着高于N1处理的, 但茎、叶氮素转运量及转运率与N1处理的无显着差异;与N1处理相比, 绿肥覆盖还田配施氮肥处理显着提高或明显提高玉米氮肥利用率, 但土壤残留15N当季回收率 (28.13%~31.43%) 处理间无显着差异。2种绿肥覆盖还田处理对玉米产量、植株氮素吸收与转运、氮肥利用率和土壤残留15N回收率的影响无显着差异。
  
  关键词:玉米; 光叶紫花苕; 覆盖还田; 产量; 氮肥利用率; 土壤残留15N回收率;
 
  
  玉米作为主要的粮经饲兼用作物, 在中国粮食生产中占有重要地位[1,2].四川玉米主要分布在丘陵山区, 土层较浅, 土壤较为瘠薄。豆科绿肥作为一种养分完全的优质生物有机肥源, 在养分供应、培肥土壤、涵养水分等方面都具有重要作用[3,4,5,6], 其生物固氮作用还能为农田提供有价值的生态系统服务[7,8], 尤其对于减少农田化学氮肥投入具有重要意义。
  
  近年来, 随着绿色发展上升到国家战略地位, 耕地质量有机质提升和化肥农药零增长行动的实施, 绿肥作物的种植与还田利用已成为重要研究领域。大量已有研究主要涉及绿肥作物翻压还田对后茬作物的生长与产量[2,9,10]、养分吸收利用[11,12]以及土壤物理、化学、生物特性的影响[13,14,15,16].有关绿肥覆盖还田方式研究较少, 且主要集中在西北地力贫瘠、水分匮缺的特定区域[17,18,19], 以及秸秆覆盖还田的动态腐解过程分析[20].在四川丘陵旱地, 由于农村劳动力数量不足、年龄偏大, 不少地方出现冬闲–春玉米旱地一熟制种植模式;因而合理利用旱地冬闲季节种植绿肥并就地还田利用, 对于该区域玉米生产具有重要的经济和生态意义。本试验中, 探讨豆科绿肥光叶紫花苕 (Vicia villosa Roth var.glabrescens) 不同覆盖还田量配施氮肥对春玉米产量、氮素吸收利用和土壤15N回收率的影响, 以期为春玉米生产中豆科绿肥的还田利用提供参考。
  
  1 材料与方法
  
  1.1 试验材料
  
  供试玉米品种为正红311.前茬豆科绿肥为光叶紫花苕 (Vicia villosa Roth var.glabrescens) .玉米盆栽试验所用含标记15N的耕层土壤来自前茬豆科绿肥大田试验小区。2015年10月播种光叶紫花苕, 施用的氮肥为15N标记尿素 (丰度为5%, 购自上海化工研究院) ;2016年3月豆科绿肥初花时, 挖取耕层土壤 (0~15 cm) , 充分混匀风干, 用于玉米盆栽试验, 并取风干后土样测定15N丰度。
  
  1.2 盆栽试验设计与管理
  
  春玉米盆栽试验于2016年3-9月在成都市温江区惠和村四川农业大学教学科研基地进行。前茬种植的光叶紫花苕单位面积生物量为7 500 kg/hm2.盆栽盆钵直径为28 cm, 高28 cm, 每个盆钵均填装前茬豆科绿肥耕层土壤15 kg, 含15N标记氮素8.11mg, 棕壤土。播种前盆栽土壤的碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为312.64、3.23、8.24 mg/kg;有机质、全氮含量分别为47.3、0.89 g/kg.
  
  试验设4个处理:N0, 不施氮肥;N1, 单施氮肥150 kg/hm2;N2, 豆科绿肥半量 (每盆16.25 g) 覆盖还田配施氮肥150 kg/hm2;N3, 豆科绿肥全量 (每盆32.50 g) 覆盖还田配施氮肥150 kg/hm2.每个处理种植6盆, 吐丝期和成熟期各取样3盆。磷肥 (P2O5) 、钾肥 (K2O) 施用量参照大田用量, 分别为90、135 kg/hm2.2016年3月20日装土, 3月21日进行玉米底肥和豆科绿肥覆盖处理, 将前茬收获风干的光叶紫花苕切成3~5 cm小段后均匀地覆盖在盆栽土表, 3月31日移栽相同规格 (二叶一心) 的玉米幼苗, 每盆1株。2016年6月在吐丝期时取样, 进行干物质、全氮含量测定;2016年7月下旬 (成熟期) 取样, 进行干物质、全氮和15N丰度测定。
  
  1.3 测定项目与方法
  
  玉米吐丝期, 取回样品, 分离茎、叶、雄穗、雌蕊、根系;成熟期, 取回样品, 分离茎、叶、雄穗、苞叶、穗轴、籽粒、根系;105℃下杀青30 min, 65~75℃烘干, 称重。吐丝期样品粉碎过筛 (孔径0.850 mm) 后, 采用凯氏定氮仪测定全氮含量。成熟期的样品先用普通粉碎机粉碎, 过筛 (孔径0.850mm) , 再取部分样品, 用超细植物粉碎机粉碎过筛 (孔径0.150 mm) .粉碎样品送河北省农林科学院遗传生理研究所, 测定器官全氮含量 (K–05自动定氮仪) 和15N丰度 (美国热电公司同位素比率质谱仪Thermo–Fisher Delta V Advantage IRMS) .
  
  相关指标计算公式为:
  
  经济系数=籽粒干质量/地上部植株干质量;
  
  叶片 (茎秆) 氮素转运量=吐丝期叶片 (茎秆) 氮素含量-成熟期叶片 (茎秆) 氮素含量;
  
  叶片 (茎秆) 氮转运率=吐丝期至成熟期叶片 (茎秆) 的氮转运量/吐丝期叶片 (茎秆) 氮积累量×100%;
  
  氮肥农学利用率= (施氮处理作物产量-不施氮处理作物产量) /施氮量;
  
  氮肥偏生产力=施氮处理籽粒产量/氮肥的投入量;
  
  氮肥贡献率= (施氮处理籽粒产量-不施氮处理籽粒产量) /施氮处理籽粒产量×100%;
  
  氮收获指数=籽粒氮素含量/地上部植株氮素含量×100%;
  
  氮肥表观利用率= (施氮处理吸氮量-不施氮处理吸氮量) /施氮量×100%;
  
  土壤残留15N回收率=∑ (植株器官干质量×器官氮素百分比含量×植株器官15N原子百分超) /盆栽土壤投入的15N量×100%.
  
  1.4 数据处理
  
  应用Excel 2003进行数据整理;采用SPSS19.0进行方差分析 (ANOVA) 和多重比较 (LSD法) .表格中的数据均为3次重复的平均值。
  
  2 结果与分析
  
  2.1 绿肥覆盖还田对春玉米产量和经济系数的影响
  
  由表1可知, 春玉米3个施氮处理 (N1、N2、N3) 的籽粒产量、生物产量均显着高于N0处理的, 经济系数也显着或明显大于N0处理的。绿肥覆盖配施氮肥处理 (N2、N3) 的生物产量、籽粒产量与N1处理的相比均有所提高, 其中N3处理的生物产量显着高于N1处理的。N2、N3对籽粒产量、生物产量和经济系数的影响无统计学意义。
  
  表1 4种处理的春玉米产量及经济系数

  
  同列不同小写字母表示差异显着 (P<0.05) .
  
  2.2 绿肥覆盖还田对春玉米氮素吸收与转运的影响
  
  从表2可以看出, 春玉米成熟期, 各施氮处理 (N1、N2、N3) 的茎、叶、籽粒及地上部植株氮素吸收量均显着或明显高于N0处理的。与N1处理相比, N2、N3的叶、籽粒和地上部植株氮素吸收量均显着提高。N3处理的茎秆氮素吸收量也显着高于N1处理的。N3处理茎秆、叶的氮素吸收量均显着高于N2处理的, 而籽粒及植株地上部氮素吸收量则差异不显着。
  
  表2 4种处理的春玉米的氮素吸收量

  
  同列不同小写字母表示差异显着 (P<0.05) .
  
  氮素转运分析结果 (表3) 表明, N1、N2、N3处理的茎秆、叶片氮素转运量与转运率均无显着差异。与N1相比, N2、N3的茎秆氮素转运量与转运率均有所提高, 而叶片氮素转运率则有所降低。
  
  表3 3种处理的春玉米的氮素转运量和转运率

  
  2.3 绿肥覆盖还田对玉米氮收获指数及氮肥利用率的影响
  
  由表4可知, 与N1处理相比, N2、N3有利于提高玉米的氮肥贡献率和氮收获指数, 但影响不显着;N2、N3的氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥表观利用率均显着或明显高于N1处理的。
  
  表4 3种处理的春玉米的氮收获指数与氮肥利用率

  
  同列不同小写字母表示差异显着 (P<0.05) .
  
  2.4 绿肥覆盖还田对春玉米土壤残留15N回收率的影响
  
  由表5可知, 4个处理间的植株地上部15N吸收量和土壤残留15N回收率无显着差异, 但相比N0, N1、N2、N3的均有所提高。3个施氮处理 (N1、N2、N3) 的籽粒15N所占比例显着高于N0处理的。与N2处理相比, N3处理的植株地上部15N吸收量和土壤残留15N回收率均有所提高, 而籽粒15N所占比例有所下降。
  
  表5 4种处理的春玉米的土壤残留15N的回收率

  
  同列不同小写字母表示差异显着 (P<0.05) .
  
  3 结论与讨论
  
  绿肥还田配施化肥是有机无机配施的重要形式之一。本研究中, 绿肥覆盖还田配施氮肥处理 (N2、N3) 的籽粒产量比单施化肥 (N1) 处理的有所提高, 且N3处理的生物产量显着高于N1处理的, 说明绿肥与氮肥配施能够提高春玉米产量。谢树果等[9]研究表明, 绿肥翻压与化肥减量配施对玉米增产效果明显。杨璐等[10]也报道, 翻压绿肥配合化肥减量15%处理的春玉米籽粒产量和地上部吸氮量显着高于单施化肥处理。ASTIER等[21]研究显示, 不施氮条件下, 豌豆绿肥覆盖或翻压还田处理下玉米籽粒产量和生物产量均显着高于无绿肥还田处理, 且翻压还田处理的玉米籽粒产量显着高于覆盖还田处理。本试验结果显示, 2种绿肥覆盖还田量处理对玉米籽粒产量、生物产量和经济系数的影响无统计学意义。王莉等[22]研究也表明, 绿肥还田量对江南丘陵双季稻的产量无显着影响。可见, 绿肥的施用量并非越多越好。
  
  本研究中, 2种绿肥覆盖配施氮肥处理的叶、籽粒和地上部植株氮素吸收量均显着高于单施化肥N1处理的, N3处理茎秆氮素吸收量也显着高于N1处理的。本试验结果与杨璐等[10]的研究结果类似, 绿肥翻压还田提高了春玉米植株地上部和籽粒氮素积累量。本研究结果表明, 与单施化肥处理相比, 绿肥覆盖还田配施氮肥处理可提高玉米氮肥利用率和氮收获指数, 而不同绿肥覆盖还田量处理对玉米氮肥利用率的影响无显着差异。这与农作物秸秆覆盖还田的研究结果[23,24,25,26,27,28]类似, 即与单施化肥处理相比, 秸秆覆盖还田处理的氮肥利用率均得到有效提高。
  
  本试验中, 2种绿肥覆盖还田配施氮肥处理的土壤残留15N回收率与单施化肥处理的无显着差异。与N2处理相比, N3处理的植株地上部15N吸收量和土壤残留15N回收率均有所升高, 但差异不显着。由于本研究结果是基于盆栽试验条件的, 尚需大田试验验证, 还可利用15N同位素标记技术进一步研究含标记15N的豆科绿肥覆盖还田后, 其15N氮素对当季作物吸氮的贡献率、土壤残留率和损失率。
  
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