黃 凱 邢雅玲 賀永斌 李鵬程 李 晶

（定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 甘肅定西 743000）

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一,同時(shí)也是植物細(xì)胞原生質(zhì)的重要組成成分,是組成氨基酸、蛋白質(zhì)的必需化學(xué)元素,是核酸、葉綠素及多種酶、維生素、植物激素的組成成分，對(duì)植物生命活動(dòng)起重要的調(diào)節(jié)作用[1]。試驗(yàn)證明，氮素對(duì)作物增產(chǎn)具有顯著的效果，人們?yōu)榱俗非蟾弋a(chǎn)和高收入，不斷加大氮肥的施用量，引起資源的過(guò)度消耗和環(huán)境污染。間作具有較高的資源利用效率，但比較耗水，在小麥間作玉米的研究中，每公頃可增產(chǎn)3.75 t[2]，玉米間作大豆的研究中，玉米具有較高的吸氮量[3]。因此，研究禾豆間作中氮肥供應(yīng)和提高氮素利用率具有重要意義。相關(guān)研究表明，合理的間套作可以增產(chǎn)30%～50%。甘肅沿黃灌區(qū)小麥玉米間作籽粒產(chǎn)量分別比單作小麥、玉米提高16.97%和12.11%[4]。施肥后即進(jìn)行適宜灌溉或雨前表施可提高氮素利用率。旱地小麥田中將含水量調(diào)整為促進(jìn)作物生長(zhǎng)與減少氮淋溶的適宜范圍可明顯提高氮素利用率。有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施、氮肥與磷、鉀肥等配施均可提高氮素利用率[5]。朱兆良等的研究認(rèn)為,肥料的適當(dāng)深施,特別是粒肥深施,是目前減少氮素?fù)p失、提高氮素利用率最有效且較穩(wěn)定的一種方法[6]。另外,葉面肥的使用作為輔助手段對(duì)提高氮素利用率也有效果。有關(guān)研究表明,氮肥增效劑如脲酶抑制劑（UI）、硝化抑制劑（NI）等調(diào)節(jié)了氮肥形態(tài)的轉(zhuǎn)化從而提高了氮素利用率[7]。雖然我國(guó)在氮素利用率和多熟種植方面取得了很好的成績(jī)[8]，但是，用有機(jī)肥代替部分化肥進(jìn)行合理的間、套、輪作等措施提高氮素利用率的研究還鮮有報(bào)道。豆科與禾本科間作，豆科植物能夠利用根瘤菌固定大氣中的氮，豆科植物還能向禾本科植物轉(zhuǎn)移氮，禾本科作物則通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸收土壤有效氮，使其維持在一個(gè)相對(duì)較低的水平，減輕豆科植物的“氮阻遏”，促進(jìn)豆科作物的固氮[9]。豆科與禾本科間作，可以減少化肥氮的施入，既節(jié)省成本又減少了氮的消耗。本研究通過(guò)調(diào)整有機(jī)肥替代部分化肥的試驗(yàn)，探索有機(jī)肥替代化肥量的不同程度對(duì)冬小麥間作豌豆氮素利用率及產(chǎn)量的影響，確定高氮利用機(jī)制，探討一種冬小麥間作豌豆種植中有機(jī)肥與化肥的最優(yōu)配置方式，以提高作物產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年9月至2021年7月在定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地進(jìn)行。當(dāng)?shù)睾０? 920 m，年均氣溫6.4℃，大于10℃積溫為2 239.1℃，年降雨量400 mm左右，年蒸發(fā)量為1 531 mm。土壤類型為黃綿土，土層深厚，肥力均勻，貯水性能良好，土壤肥力中等。播前耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量為17.30 g/kg，含水量15.8%，水解氮、速效磷、速效鉀含量分別為85.20 mg/kg、44.65 mg/kg和248.60 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的冬小麥品種為隴中5號(hào)，其生育期為272～280 d，屬中晚熟品種；豌豆為定豌8號(hào)，其生育期100～110 d，為中晚熟品種，有抗旱、抗倒伏、抗根腐病的特點(diǎn)。化肥為尿素和過(guò)磷酸鈣。有機(jī)肥為甘肅綠能公司瑞奇有限公司生產(chǎn)的綠能有機(jī)肥，為黑褐色顆粒狀，有機(jī)質(zhì)含量≥30%，N+P2O5+K2O≥4%，腐植酸含量≥15%，有效活菌總數(shù)≥0.5×108個(gè)/g。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用帶狀種植，總帶寬240 cm，冬小麥帶寬110 cm，豌豆帶寬100 cm，冬小麥邊行與豌豆邊行的間距為30 cm。冬小麥于2020年9月22日播種，密度為375萬(wàn)株/hm2，用3行播種機(jī)露地種植6行，行距22 cm；豌豆采用露地溝播，3月25日播種，行距為20 cm，種植6行，播種量為225 kg/hm2，每小區(qū)種植2個(gè)間作單元。試驗(yàn)采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，施用常規(guī)化肥量為因素A，設(shè)置3個(gè)水平：A1為當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培施肥量（N 240 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 210 kg/hm2），A2、A3的氮素養(yǎng)分分別在A1基礎(chǔ)上減量15%和30%，磷肥、鉀肥用量同A1。生物有機(jī)肥施用量為因素B，設(shè)2個(gè)水平，B1：配施生物有機(jī)肥600 kg/hm2，B2：配施生物有機(jī)物為0。以不施氮為對(duì)照1（CK1），不施肥為對(duì)照2（CK2）。小區(qū)面積為38.4 m2（4.8 m×8.0 m）。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定各生育期冬小麥每小區(qū)隨機(jī)取20株，豌豆每小區(qū)隨機(jī)取20株，測(cè)定各生育期株高和葉面積。株高用米尺進(jìn)行測(cè)定，冬小麥葉面積采用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定，豌豆葉面積采用稱量法測(cè)定。

1.4.2 干物質(zhì)的測(cè)定各生育期冬小麥每小區(qū)隨機(jī)取20株，豌豆每小區(qū)隨機(jī)取20株，在105℃烘箱中烘15～30 min殺青，再在80℃恒溫下繼續(xù)烘干12 h，直到恒重，用電子天平稱量，測(cè)定其干物重。

1.4.3 植株養(yǎng)分的測(cè)定各生育期冬小麥每小區(qū)隨機(jī)取20株，豌豆每小區(qū)隨機(jī)取20株，用H2SO4-H2O進(jìn)行消煮，凱式定氮法測(cè)定其氮含量。

1.4.4 土壤養(yǎng)分的測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；土壤全氮用半微量凱氏法測(cè)定；土壤全磷用酸溶法測(cè)定；速效氮用1 mol/L的KCl提取，用德國(guó)產(chǎn)（AA3）連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定；速效磷用0.5 mol/L NaHCO3提取，鉬銻鈧法測(cè)定；速效鉀用1 mol/L NH4OAc提取，火焰光度法測(cè)定。

1.4.5 產(chǎn)量的測(cè)定在作物完全成熟時(shí)，豌豆每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取30株考種，測(cè)定株高、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、百粒重、生物量等；冬小麥每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取30株考種，測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重、容重等。收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)兩作物全打全收進(jìn)行計(jì)產(chǎn)。

1.5 相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算

作物吸氮量=∑作物各器官干物質(zhì)重×該器官氮含量。

氮素利用率（NUE）=（作物吸氮量-不施氮區(qū)作物吸氮量）/施氮量×100%[11-12]。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖,并使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各處理數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和最小顯著性檢驗(yàn)（LSR法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)冬小麥間作豌豆植株吸氮量的影響

由圖1可知，在配施有機(jī)肥的情況下，不同化肥施用量的冬小麥處理在整個(gè)生育期植株吸氮量表現(xiàn)為A1>A2>A3，在冬小麥苗期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了4.9%和9.4%；在冬小麥拔節(jié)期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了5.3%和14.0%；在冬小麥開花期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了3.9%和4.9%；在冬小麥灌漿期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了7.4%和9.9%；在冬小麥成熟期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了5.7%和11.1%。在不配施有機(jī)肥的情況下，不同化肥施用量的冬小麥處理在整個(gè)生育期植株吸氮量表現(xiàn)為A1>A2>A3,在冬小麥灌漿期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了7.2%和10.6%；在冬小麥成熟期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了3.6%和13.28%。在相同化肥施用量的情況下，是否配施有機(jī)肥的不同處理植株吸氮量表現(xiàn)為B1>B2，處理間差異顯著，表明配施有機(jī)肥可以提高冬小麥吸氮量。

圖1 不同處理對(duì)各生育期冬小麥吸氮量的影響

由圖2可知，在配施有機(jī)肥的情況下，不同化肥施用量的豌豆處理在整個(gè)生育期植株吸氮量表現(xiàn)為A1>A2>A3，在豌豆苗期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了6.3%和8.6%；在豌豆分枝期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了7.7%和12.0%；在豌豆結(jié)莢期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了2.3%和3.4%；在豌豆成熟期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了4.4%和15.2%。在不配施有機(jī)肥的情況下，不同化肥施用量的豌豆處理在整個(gè)生育期植株吸氮量表現(xiàn)為A1>A2>A3,在豌豆苗期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了2.7%和4.8%；在豌豆結(jié)莢期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了1.3%和3.5%；在豌豆成熟期，A1的植株吸氮量分別比A2和A3提高了0.9%和12.23%。在相同化肥施用量的情況下，是否配施有機(jī)肥的不同處理植株吸氮量表現(xiàn)為B1>B2，處理間差異顯著，表明配施有機(jī)肥可以提高豌豆吸氮量。

圖2 不同處理對(duì)各生育期豌豆吸氮量的影響

2.2 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)冬小麥間作豌豆植株氮素利用率的影響

由表1可知，在配施有機(jī)肥的條件下，不同常規(guī)化肥施用量處理的復(fù)合群體對(duì)氮素利用率表現(xiàn)為A3>A2>A1，A3較A1提高了12.98%，處理之間差異顯著，A2較A1提高了2.33%；豌豆對(duì)氮素利用率表現(xiàn)為A2>A3>A1，處理間差異不顯著，A2較A3提高4.16%，A2較A1提高了7.07%；冬小麥對(duì)氮素利用率表現(xiàn)為A3>A2>A1，A3較A1、A2處理差異顯著，A3較A1提高17.36%，A3較A2提高了10.37%。在不配施有機(jī)肥的條件下，不同常規(guī)化肥施用量處理的復(fù)合群體對(duì)氮素利用率表現(xiàn)為A2>A3>A1，A3比A1提高了11.31%，A2比A1提高了12.36%，A1與A2、A3處理間差異顯著；豌豆對(duì)氮素利用率表現(xiàn)為A2>A3>A1，各處理間差異顯著，A2較A3提高了6.85%，A2較A1提高了15.49%；冬小麥對(duì)氮素利用率表現(xiàn)為A3>A2>A1，A3與A2處理間差異不顯著，與A1存在顯著差異，A3較A2提高了1.52%，A3較A1提高了11.77%，A2較A1提高了10.10%。在配施不同量常規(guī)化肥的條件下，復(fù)合群體和冬小麥、豌豆各對(duì)氮素利用率均表現(xiàn)為B1>B2，即對(duì)復(fù)合群體施用生物有機(jī)肥能夠提高作物對(duì)氮素利用率。

表1 不同處理對(duì)冬小麥間作豌豆氮素利用率的影響

2.3 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)冬小麥間作豌豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.3.1 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)冬小麥間作豌豆產(chǎn)量的影響由表2可知，在配施有機(jī)肥的條件下，不同處理的冬小麥和豌豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及生物產(chǎn)量均表現(xiàn)為A1>A2>A3。A1與A2相比，冬小麥的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量之間均存在顯著差異，分別增產(chǎn)6.65%和7.32%，豌豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量之間差異不顯著差。A2與A3相比，冬小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量之間存在顯著差異，增產(chǎn)7.67%，生物產(chǎn)量間差異不顯著，豌豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量間均存在顯著性差異，分別增產(chǎn)11.40%和11.03%。A1B1處理與常規(guī)施肥（A1B2）相比，冬小麥和豌豆產(chǎn)量分別增產(chǎn)3.69%和12.71%。在相同的常規(guī)化肥水平下，配施有機(jī)肥的處理冬小麥和豌豆的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及生物產(chǎn)量均大于不配施有機(jī)肥處理的產(chǎn)量。A1B1的豌豆和冬小麥的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量均為最高，并且與其他處理差異顯著，與常規(guī)施肥（A1B2）相比，冬小麥和豌豆的經(jīng)濟(jì)混合產(chǎn)量和生物混合產(chǎn)量均增加5.22%和6.76%。這說(shuō)明在當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培施肥水平上配施有機(jī)肥可以進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量。

表2 不同處理對(duì)冬小麥間作豌豆體系混合產(chǎn)量的影響（單位：kg/hm2）

在化肥氮素減量15%配施有機(jī)肥處理下，與常規(guī)施肥（A1B2）相比，A2B1較A1B2豌豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量分別增產(chǎn)9.42%和10.32%，這說(shuō)明在間作體系中，常規(guī)化肥減量15%并配施有機(jī)肥與單純施常規(guī)化肥相比，有利于提高豌豆產(chǎn)量，并可能成為替代常規(guī)化肥的一種方式，對(duì)于替代成功的可行性還需要進(jìn)一步研究。

2.3.2 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)冬小麥間作豌豆冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成的影響由表3可知，在配施有機(jī)肥的條件下，不同常規(guī)化肥施用量的處理株高表現(xiàn)為A1>A3>A2，A1與A2、A3處理間差異顯著，株高分別為98.3 cm、87.6 cm和88.6 cm；穗長(zhǎng)表現(xiàn)為A1>A2>A3，A1與A2之間差異不顯著，但與A3處理間差異顯著；穗粒數(shù)A1與A2和A3之間差異不顯著，平均穗粒數(shù)分別為51.2粒、48.6粒和48.3粒；千粒重和容重A1、A2和A3之間差異均不顯著，千粒重分別為53.5 g、51.7 g和50.2 g，容重分別為785.6 g/L、778.7 g/L和770.6 g/L。

表3 不同處理對(duì)冬小麥間作豌豆體系冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成的影響

在不配施生物有機(jī)肥的條件下，不同常規(guī)化肥施用量對(duì)株高影響不顯著，不同處理的穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重、容重均表現(xiàn)為A1>A2>A3，穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重和容重各處理之間差異均不顯著。在常規(guī)化肥施用量相同的情況下，配施生物有機(jī)肥對(duì)株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重和容重的影響均表現(xiàn)為B1>B2，B1與B2處理間各指標(biāo)均存在顯著性差異。在施用常規(guī)化肥減量15%的條件下，株高B1與B2處理間差異不顯著，其余各指標(biāo)B1與B2處理間存在顯著性差異；在常規(guī)化肥減量30%的條件下，穗粒數(shù)和千粒重B1與B2處理間存在顯著性差異。

常規(guī)化肥施用量（A1B2）與常規(guī)化肥減量15%配施有機(jī)肥（A2B1）相比，株高差異不顯著，穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重和容重均表現(xiàn)為A1B2>A2B1，處理之間差異顯著。

3 討論與結(jié)論

減少化肥施用量，提高其利用效率和經(jīng)濟(jì)效益已成為當(dāng)代農(nóng)業(yè)研究的一個(gè)熱門課題。從氮素轉(zhuǎn)化利用的角度來(lái)看,有機(jī)肥實(shí)際上是某種意義上的氮素緩釋肥料[13]，有機(jī)肥氮部分替代無(wú)機(jī)氮可以先將肥料中的一部分氮暫時(shí)轉(zhuǎn)變成土壤氮庫(kù)中的有機(jī)態(tài)氮，減少氮素流失;待后期作物需要時(shí)逐漸釋放，供作物生長(zhǎng)利用,從而提高氮肥的利用率,具有供肥均衡持久的特點(diǎn)。大量研究表明[14-15]，分期施氮肥能夠提高水稻產(chǎn)量、吸氮量和氮素利用率。這一結(jié)論與冬小麥間作豌豆的研究中配施有機(jī)肥處理的吸氮量和氮素利用率顯著提高相似。

在相同的常規(guī)化肥水平下，配施有機(jī)肥處理的冬小麥和豌豆的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及生物產(chǎn)量均大于不配施有機(jī)肥處理的產(chǎn)量。這一結(jié)論與孫文濤等[16]的研究結(jié)果相似。常規(guī)化肥且配施有機(jī)肥處理（A1B1）的豌豆和冬小麥的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量均為最高，分別高于常規(guī)施肥（A1B2）5.22%和6.76%，較常規(guī)化肥減量15%且配施有機(jī)肥處理（A2B1）提高了5.97%和6.64%。即常規(guī)化肥且配施有機(jī)肥處理（A1B1）對(duì)作物產(chǎn)量的提高效果最好。

常規(guī)施肥處理（A1B2）豌豆的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量小于常規(guī)化肥減量15%且配施有機(jī)肥處理（A2B1），說(shuō)明在間作體系中，與單純施常規(guī)化肥（A1B2）相比，常規(guī)化肥減量15%并配施有機(jī)肥（A2B1）更有利于提高豌豆產(chǎn)量。因此在當(dāng)前施肥水平和技術(shù)配套條件下，配施有機(jī)肥且化肥減量15%左右是一種比較安全的減投增效、有利于可持續(xù)發(fā)展的措施。