王　帥，王立波*，李玉璽，劉凌云，陳殿元**，王　楠，莊　巍(.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 農(nóng)學(xué)院，吉林 吉林 30; .磐石市農(nóng)業(yè)綜合執(zhí)法隊，吉林 磐石 3300)

玉米為高需氮的C4作物，較強(qiáng)的光合作用是其高產(chǎn)的必要保障，而適量施氮有利于促進(jìn)葉綠體合成，對提升玉米產(chǎn)量有顯著作用。據(jù)報道[1]，適量供氮可以增加葉綠素含量，通過提高玉米單株葉面積和葉面積指數(shù)來增強(qiáng)光合速率。然而，過量施氮也會因氨揮發(fā)、反硝化、淋溶以及地表徑流而使氮素流失[2-3]，通常，氮素?fù)p失率一般可達(dá)40%～50%[4]。因此，在確保玉米穩(wěn)產(chǎn)前提下，提高氮肥利用率已成為玉米栽培研究的焦點問題。

作為禾本科植物，玉米為須根系，將其與豆科植物間作可以增加玉米根系水平尺度的生態(tài)位[5]，形成復(fù)雜的復(fù)合根系系統(tǒng)，從而增加玉米對氮素的吸收，減少氮素?fù)p失，提高氮素利用率[6]。而紫花苜蓿(MedicagosativaL.)為多年生草本豆科植物，素有“牧草之王”的美譽，其莖直立、根系發(fā)達(dá)、枝葉茂盛，適應(yīng)性廣，喜溫暖、半濕潤氣候，可依靠根瘤中的類菌體在催化作用下將空氣中的分子態(tài)氮固定為銨態(tài)氮，為土壤提供可供植物利用的氮素，此外，玉米-紫花苜蓿間作可有效防治玉米田風(fēng)蝕和水蝕，通過生物固氮功能來培肥地力，二者間作能夠在獲取玉米產(chǎn)量的同時得到牧草資源，這在農(nóng)牧交錯區(qū)具有更為廣闊的推廣應(yīng)用潛力。

在玉米間作豆科植物對土壤養(yǎng)分的影響方面，張智暉[7]認(rèn)為，玉米-大豆間作可顯著提高土壤的速效鉀含量，同時降低土壤的有機(jī)質(zhì)含量；杜青峰等[8]通過竹豆、田菁、檉麻與夏玉米間作試驗，得出間作可使根際土壤硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量高于玉米單作；黃祥豐等[9]基于寬窄行的栽植模式，分析了間作紫花苜蓿對三倍體毛白楊紙漿林生長和地力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0～60 cm各土層有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量與間作前相比均有不同程度提高；胡舉偉等[10]研究指出，桑樹-苜蓿間作可使根際土壤堿解氮含量明顯增高。關(guān)于玉米間作對其本身生長發(fā)育性狀及群體狀況的影響也不乏報道，劉景輝等[11]研究指出，青貯玉米-紫花苜蓿間作可使玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)比單作玉米分別提高2.3%～20.9%、0.4%～7.6%和2.2%～19.6%。然而，基于不同施氮水平，在玉米“二比空”栽培基礎(chǔ)上間作紫花苜蓿對土壤養(yǎng)分的影響還鮮見報道。為此，在不同施氮水平下，采用玉米“二比空”栽培技術(shù)結(jié)合雙行間作紫花苜蓿模式，研究其對白漿土養(yǎng)分性狀的影響，通過土壤全氮、有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量的變化評價玉米-紫花苜蓿間作對白漿土地力培肥的效果，為玉米間作紫花苜蓿最佳施氮量的篩選提供理論參考。

1　材料和方法

1.1　試驗區(qū)概況

試驗地位于吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院北大地玉米試驗田(43°57′07″N、126°28′32″E，海拔190 m)，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤類型為白漿土，土壤含有機(jī)質(zhì)13.6 g/kg、全氮0.77 g/kg、堿解氮126.6 mg/kg、有效磷40.8 mg/kg、速效鉀134.9 mg/kg，pH值為5.42。

1.2　試驗設(shè)計

選擇耐密、緊湊型玉米品種先玉335作為供試玉米品種，采取“二比空”方式栽植，于2016年4月28日播種，種2壟、空1壟，壟寬64 cm、株距15.9 cm，種植密度約為6.5萬株/hm2，玉米在整個栽植過程不使用任何除草劑、采用人工除草方式進(jìn)行。紫花苜蓿選用北方型四級苜蓿，為雙子葉豆科植物，原產(chǎn)地加拿大，在5月18日玉米拔節(jié)期進(jìn)行紫花苜蓿間作播種，采取條播方式，在空壟頂端進(jìn)行雙行紫花苜蓿種植，行間距為30 cm，用種量約15 kg/hm2，具體間作模式見圖1。

圖1　玉米-紫花苜蓿間作模式

試驗設(shè)置140、175、200、225 kg/hm24個施氮水平和玉米單作、間作紫花苜蓿2種栽培方式，同時以玉米單作不施肥為CK，共設(shè)9個處理，具體見表1，每個處理重復(fù)3次，共計27個小區(qū)，每個小區(qū)寬約9.66 m(折合15條壟)，長為11 m，面積為106.26 m2，區(qū)組間設(shè)保護(hù)行，供試肥料為尿素、磷酸二銨和氯化鉀。

表1　不同栽培方式對應(yīng)的處理編號及具體施肥措施

1.3　測定項目及方法

采用五點采樣法分別在玉米拔節(jié)期(6月6日)、抽雄期(7月13日)、灌漿期(8月14日)、成熟期(9月20日)和收獲期(10月13日)采集各小區(qū)的土樣，剔除可見根系、植物殘體，帶回實驗室風(fēng)干、磨細(xì)過0.01 mm篩，測定有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，測試方法分別為重鉻酸鉀氧化—外加熱法、半微量凱氏定氮法、堿解擴(kuò)散法、NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法、CH3COONH4浸提—火焰光度法。玉米產(chǎn)量采用常規(guī)理論測產(chǎn)法進(jìn)行。

1.4　數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計和分析。采用SPSS 18.0單因素ANOVA和Duncan’s新復(fù)極差法分析處理間的差異顯著性。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同施氮水平下單作及間作紫花苜蓿對玉米產(chǎn)量的影響

由圖2所示，CK的玉米產(chǎn)量最低，與CK相比，M-N-28、M-N-35、M-N-40、M-N-45處理玉米產(chǎn)量分別增加37.7%、66.8%、78.5%、76.7%，I-N-28、I-N-35、I-N-40、I-N-45處理玉米產(chǎn)量分別增加80.4%、85.9%、95.8%、105.0%。可見，在同一玉米栽培模式下，玉米產(chǎn)量隨施氮水平增加(140～225 kg/hm2)呈逐漸增加的趨勢；相同施氮水平下，玉米間作紫花苜蓿在提升玉米產(chǎn)量方面較玉米單作更有優(yōu)勢。

不同小寫字母表示處理間在P<0.05水平上差異顯著圖2　不同處理的玉米產(chǎn)量

2.2　不同施氮水平下玉米單作及間作紫花苜蓿對白漿土全氮含量的動態(tài)影響

由表2可見，不同施氮水平下，M-N-28、M-N-35、M-N-40、M-N-45處理白漿土的全氮含量隨玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)整體表現(xiàn)為先增加后下降的趨勢。I-N-28、I-N-35處理和CK與上述規(guī)律基本相似；I-N-40處理白漿土全氮含量在拔節(jié)期至抽雄期變化并不明顯，但在收獲后則顯著降低；I-N-45處理白漿土全氮含量表現(xiàn)為先增后減再略有回升的規(guī)律。與拔節(jié)期相比，M-N-28處理在玉米收獲后可使白漿土全氮含量增加1.4%，而I-N-40處理全氮含量則顯著降低18.7%，其余各處理玉米拔節(jié)期與收獲后的白漿土全氮含量差異均不顯著。玉米單作條件下，隨施氮量增加，白漿土全氮含量出現(xiàn)峰值的時期從成熟期提早至抽雄期；而間作紫花苜蓿處理及CK白漿土全氮含量的峰值均出現(xiàn)在抽雄期。在玉米收獲后，與CK相比，M-N-28、M-N-35、M-N-40、M-N-45以及I-N-28、I-N-35、I-N-40、I-N-45處理的白漿土全氮含量均顯著降低，降幅分別為11.3%、17.5%、8.8%、6.3%以及18.8%、8.8%、7.5%、5.0%?？梢?，與玉米單作相比，在較低施氮量(140 kg/hm2)條件下，玉米間作紫花苜蓿可促進(jìn)白漿土全氮含量的消耗，而在175、200、225 kg/hm2施氮量下，玉米間作紫花苜蓿能有效降低白漿土全氮含量的損失。

表2　不同處理白漿土的全氮含量變化　g/kg

注：同列不同大寫字母表示同一時期不同處理間差異顯著(P<0.05)，同行不同小寫字母表示同一處理不同生育時期間差異顯著(P<0.05)；下同。

2.3　不同施氮水平下玉米單作及間作紫花苜蓿對白漿土有機(jī)質(zhì)含量的動態(tài)影響

由表3可知，不同施氮水平下，各處理對白漿土有機(jī)質(zhì)含量有不同的影響規(guī)律。玉米拔節(jié)期至抽雄期，除了I-N-45處理和CK外，其余處理白漿土有機(jī)質(zhì)含量均有不同程度的降低，M-N-28、M-N-35、M-N-40、M-N-45處理有機(jī)質(zhì)含量分別降低17.5%、21.0%、18.8%、7.5%；I-N-28、I-N-35、I-N-40處理白漿土有機(jī)質(zhì)含量分別降低14.9%、9.4 %、5.6%。由此可見，施氮量為140、175、200 kg/hm2時，玉米間作紫花苜蓿較玉米單作能有效降低玉米拔節(jié)期至抽雄期白漿土有機(jī)質(zhì)的損失。而在更高施氮量(225 kg/hm2)條件下，玉米間作紫花苜蓿則能使抽雄期的白漿土有機(jī)質(zhì)含量較拔節(jié)期提升13.9%，而CK在此階段有機(jī)質(zhì)含量僅提高2.9%。與拔節(jié)期相比，玉米收獲后M-N-28、M-N-35、I-N-40處理和CK的白漿土有機(jī)質(zhì)含量分別降低16.7%、1.7%、12.0%和11.0%，而M-N-40、M-N-45、I-N-28、I-N-35、I-N-45處理白漿土有機(jī)質(zhì)含量分別增加4.7%、18.7%、12.3%、33.6%、32.4%?？梢?，在玉米單作情況下，隨施氮量增加，白漿土有機(jī)質(zhì)含量由消耗轉(zhuǎn)為積累，施氮量為140 kg/hm2時玉米收獲后的白漿土有機(jī)質(zhì)含量較拔節(jié)期降低16.7%，而施氮量提升至225 kg/hm2時，有機(jī)質(zhì)含量則增加18.9%；在玉米間作紫花苜蓿模式下，除I-N-40處理玉米收獲后白漿土有機(jī)質(zhì)含量較拔節(jié)期降低12.0%外，其余處理均使白漿土有機(jī)質(zhì)含量得到不同程度的增加。

表3　不同處理白漿土的有機(jī)質(zhì)含量變化　g/kg

2.4　不同施氮水平下玉米單作及間作紫花苜蓿對白漿土速效養(yǎng)分含量的動態(tài)影響

由表4可知，隨玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)，各處理對白漿土堿解氮含量的動態(tài)影響規(guī)律不同。與拔節(jié)期相比，玉米收獲后除了M-N-40處理堿解氮含量有所提升外，其余處理堿解氮均有不同程度的消耗，M-N-28、M-N-35、M-N-45、I-N-28、I-N-35、I-N-40、I-N-45處理和CK白漿土堿解氮含量分別降低3.7%、37.0%、56.1%、28.7%、10.6%、43.1%、33.0%和22.3%?？梢?，玉米單作模式下，在供試最大施氮量(225 kg/hm2)下，白漿土堿解氮含量的損失程度也最大；玉米間作紫花苜蓿條件下，與其他施氮量相比，施氮量為175 kg/hm2時能夠有效降低白漿土堿解氮的損失。另外，玉米單作條件下，與拔節(jié)期相比，不同施氮水平下白漿土堿解氮含量均在玉米抽雄期達(dá)到峰值，與CK相同。

表4　不同處理白漿土的速效養(yǎng)分含量變化　mg/kg

玉米拔節(jié)期至收獲后，無論玉米單作還是間作紫花苜蓿，不同施氮處理白漿土有效磷含量均顯著低于CK?？梢?，施肥均有助于促進(jìn)玉米生長期間對白漿土有效磷的消耗。與拔節(jié)期相比，M-N-28和I-N-35處理玉米收獲后白漿土有效磷含量分別降低3.7%和2.3%，而M-N-35、M-N-40、M-N-45、I-N-28、I-N-40、I-N-45處理和CK玉米收獲后白漿土有效磷含量分別提高 28.4%、16.0%、7.4%、7.6%、12.6%、8.0%和10.3%。可見，玉米單作模式下，施氮量為175 kg/hm2時對于白漿土有效磷含量的積累最為有利；而在玉米間作紫花苜蓿模式下，施氮量為200 kg/hm2時更有利于有效磷的累積。

玉米拔節(jié)期至收獲后，無論玉米單作還是間作紫花苜蓿，不同施氮處理白漿土速效鉀含量均顯著低于CK?？梢姡┓誓軌虼龠M(jìn)玉米生長期間對白漿土速效鉀的消耗。此外，各處理下白漿土速效鉀含量隨玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)均表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢。與拔節(jié)期相比，玉米收獲后M-N-28、M-N-45、I-N-35處理和CK白漿土速效鉀含量可分別降低14.5%、2.1%、24.7%和3.5%，I-N-45處理白漿土速效鉀含量無顯著變化，而M-N-35、M-N-40、I-N-28、I-N-40處理白漿土速效鉀含量均有所提升，增幅分別為17.3%、16.5%、20.5%、14.4%?？梢姡谟衩组g作紫花苜蓿模式下，施氮量為175 kg/hm2時白漿土速效鉀含量被極大消耗，而在相同條件下將施氮量縮減至140 kg/hm2則可使速效鉀含量得到最大程度的累積。

3　結(jié)論與討論

在同一玉米栽培模式下，隨施氮水平增加，玉米產(chǎn)量也漸趨增加。相同施氮水平下，玉米間作紫花苜蓿在提升玉米產(chǎn)量方面比玉米單作更有優(yōu)勢。在玉米單作條件下，隨施氮量增加，白漿土全氮含量出現(xiàn)峰值的時期由成熟期提早至抽雄期；而間作紫花苜蓿條件下，白漿土全氮含量的峰值則出現(xiàn)在抽雄期(7月13日)，此時期地表溫度較高，促使地下水分不斷向地表集聚，使得土壤下層有效氮上移至表層，從而使全氮含量峰值出現(xiàn)在此階段[12-13]。在較低施氮水平(140 kg/hm2)下，玉米間作紫花苜蓿處理白漿土全氮含量低于玉米單作處理，這是因為紫花苜蓿自身所固定的氮素并不能滿足自身需求[14]，加之玉米生長需要氮素營養(yǎng)，因此表現(xiàn)為白漿土全氮含量低于玉米單作處理。而在施氮量175、200、225 kg/hm2條件下，紫花苜蓿更易汲取氮素營養(yǎng)，根系生長狀況良好，結(jié)瘤固氮作用更為明顯[15]，從而有效緩解了白漿土全氮含量的損失。

在施氮量為140、175、200 kg/hm2時，玉米間作紫花苜蓿能夠緩解玉米拔節(jié)期至抽雄期白漿土有機(jī)質(zhì)含量的下降；而在較高氮素供應(yīng)(225 kg/hm2)時，玉米間作紫花苜蓿使抽雄期白漿土有機(jī)質(zhì)含量較拔節(jié)期提升13.9%?？梢?，增施氮肥能夠在玉米間作紫花苜蓿生產(chǎn)中調(diào)節(jié)氮的代謝強(qiáng)度，提高氮素代謝酶活性，使玉米產(chǎn)量增加，進(jìn)而實現(xiàn)氮素積累和蛋白質(zhì)總量的增加，最終，通過根系分泌物的促進(jìn)作用間接提升土壤有機(jī)質(zhì)含量[16]，改善土壤肥力。在玉米單作情況下，隨施氮量增加，白漿土有機(jī)質(zhì)含量由消耗轉(zhuǎn)為積累。據(jù)悉，少量氮素供應(yīng)有助于微生物礦化作用的提升，而進(jìn)一步提升氮素供應(yīng)量，則通過提高玉米產(chǎn)量、植物根系生長量來間接提高植物殘體的還田數(shù)量，最終使有機(jī)質(zhì)含量得以累積；而在玉米間作紫花苜蓿模式下，與拔節(jié)期相比，玉米收獲后除I-N-40處理白漿土有機(jī)質(zhì)含量降低12.0%外，其余處理白漿土有機(jī)質(zhì)含量均增加。土壤中有機(jī)質(zhì)含量水平?jīng)Q定于微生物礦化程度以及植物根系生長量，因此，某一施氮水平會使礦化作用占優(yōu)勢，而適宜的氮素水平也可通過提高植物根系生長量以及抑制礦化作用，最終使有機(jī)質(zhì)含量水平得以提升。

在玉米單作模式下，最大施氮量(225 kg/hm2)處理白漿土微生物活性被提高，礦化作用增強(qiáng)，加之玉米產(chǎn)量(11 493.3 kg/hm2)達(dá)到最大，因此，白漿土堿解氮含量的消耗程度也最大；而在玉米間作紫花苜蓿模式下，與其他施氮水平相比，施氮量為175 kg/hm2時白漿土堿解氮的損失最低。拔節(jié)期至收獲后，無論玉米單作還是間作紫花苜蓿，白漿土有效磷和速效鉀含量不同程度地低于CK，即施肥能夠促進(jìn)玉米生長，進(jìn)而增加其對土壤磷、鉀素的吸收。與拔節(jié)期相比，收獲后，無論是玉米單作還是與紫花苜蓿間作，施氮200、225 kg/hm2均可有效促進(jìn)白漿土有效磷含量的積累。這是因為一方面，適量氮素能夠使更多的植物殘體進(jìn)入土壤[17]；另一方面，土壤堿性磷酸酶的活性也可被根系分泌物所活化[18]，紫花苜蓿根系分泌物可有效提高土壤難溶性磷的有效性[19]，2種作用均有利于土壤有效磷含量的增加。各處理白漿土速效鉀含量均隨玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)而表現(xiàn)為先降低后增高的變化規(guī)律，這主要是因為玉米或紫花苜蓿在生長期間可從土壤中獲取鉀素營養(yǎng)，而后期部分植物殘體進(jìn)入土壤使速效鉀含量略有提升，此外，由于有機(jī)酸等根系分泌物的釋放，在一定程度上能夠?qū)⒕徯р洺煞钟行Щ罱K使速效鉀含量進(jìn)一步提升[20]。在玉米間作紫花苜蓿模式下，施氮量為175 kg/hm2時白漿土速效鉀含量被極大消耗，而將施氮量縮減至140 kg/hm2則可白漿土速效鉀含量得到最大程度的累積。較低施氮水平可顯著降低玉米產(chǎn)量，因此也降低了玉米對速效鉀含量的消耗。

綜上，相同施氮水平下，玉米間作紫花苜蓿在提升玉米產(chǎn)量方面比玉米單作更有優(yōu)勢；較高施氮水平可有效降低玉米間作紫花苜蓿下白漿土全氮的損失，同時增加有機(jī)質(zhì)和有效磷含量，在此模式下，施氮175 kg/hm2能最大限度地減少堿解氮的損失、促進(jìn)速效鉀的消耗。

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