减量施氮对玉米-大豆带状套作系统干物质积累、转移及氮肥吸收利用特性的影响

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氮肥的过量施用和低效利用,造成资源浪费和环境污染,不利于农业可持续发展。为了减少氮肥的投入量,发挥氮肥的增产效益,本研究在玉米-大豆带状套作条件下,以玉米品种“川单418”和大豆品种“南豆12”为研究材料,设计了将玉米大喇叭口期追肥和大豆基肥同时施用的“减量一体化施氮”技术,并对施氮量和施肥距离进行优化调整。通过两年大田试验与池栽试验,研究了减氮36%(RNl)、减氮18%(RN2)及习惯施氮(CN)3种施氮水平和距离窄行玉米0cm (D1)、15 cm(D2)、30 cm (D3)、 45cm (D4)4种施肥距离对玉米-大豆带状套作系统中作物的干物质积累与运转,玉米、大豆的籽粒灌浆特性和氮素的吸收与利用,玉米、大豆及系统产量,大豆根系生长和固氮能力的影响。确立了各指标之间的相关关系,找出了玉米-大豆减量一体化施氮技术与带状套作复合群体生产水平相适应的最优施肥距离和最佳氮肥用量,为南方地区玉米-大豆带状套作系统的高效施肥技术提供理论与实践依据。主要研究结果如下:1.玉米-大豆减量一体化施氮促进了玉米、大豆植株地上部干物质的积累,加大了干物质向籽粒的转运,灌浆速率加快,单株粒数和单粒重提高。随着生育时期的推移,玉米和大豆的干物质积累遵循作物S型生长曲线。玉米花后干物质转移量、转移率和对籽粒的贡献率随施氮量的减少呈先增加后降低的变化趋势,以减氮18%(RN2)处理的最高,两年平均值比CN处理的分别高22.65%、18.75%、15.90%。大豆花前干物质转移量、转移率和对籽粒的贡献率均与玉米的变化规律一致,也以减氮18%处理最高,两年的平均值RN2比CN处理分别高47.83%、34.04%、27.07%。施肥距离以距离窄行玉米15~30cm施肥处理的效果最佳。与习惯施氮(CN)相比,减氮18%(RN2)提高了玉米和大豆的最大灌浆平均灌浆速率与最大灌浆速率,促进了籽粒灌浆。其中,与CN处理相比,RN2处理下玉米的V和Vmax提高了9.79%和10.76%,大豆的V和Vmax提高了32.59%和32.44%。2.玉米-大豆减量一体化施氮促进了植株对肥料氮素的吸收与积累,降低了作物对土壤氮素的吸收,提高了氮肥利用率。玉米、大豆各营养器官的氮素积累量随着生育时期的推移均呈现出单峰变化的趋势。随施氮量的减少,玉米、大豆和系统的籽粒吸氮量、地上部植株吸氮量、氮肥农学利用率和氮肥吸收利用率均呈先增加再降低的趋势,以RN2处理的最高。与CN处理相比,RN2处理的玉米、大豆籽粒吸氮量和系统植株总吸氮量分别提高了4.65%、6.91%和5.10%;氮肥农学利用率分别提高了58.03%、56.11%和59.79%,氮肥吸收利用率分别提高了35.13%、55.37%和43.62%。随着施肥位点与窄行玉米的距离增加,玉米和大豆地上部各器官的氮素积累量、植株氮素总吸收量、氮肥农学利用率和氮素的吸收利用率呈先上升后下降的趋势,均以距离玉米15-30cm施肥处理较高。与常规穴施(CK1)相比,RN2D2处理下玉米、大豆及玉米-大豆系统的地上部植株吸氮量、籽粒吸氮量、氮素收获指数、氮肥利用率和土壤总氮含量均显著提高,土壤氮素贡献率显著降低。3.玉米-大豆减量一体化施氮有利于促进大豆的根系生长和提高大豆根瘤固氮能力。在V5-R5时期,根瘤数、根瘤重、根干重、根体积、一级侧根数、主根长均以距离窄行玉米15 cm施肥处理最优。大豆单株的豆血红蛋白含量随着生育时期的推移呈增加的变化趋势,R5时期达最大值;大豆单株固氮酶活性随着生育时期的推移呈先增加后降低的变化趋势,R2时期达最大值。随着施肥位点距离大豆越远,大豆的豆血红蛋白的含量、根瘤固氮酶活性和各器官的酰脲含量均呈先增加后降低的趋势,均以距离窄行玉米15cm施肥处理的最高,与常规穴施(CK1)处理相比,V5、R2、R5三个时期的大豆单株豆血红蛋白含量分别提高了87.50%、72.22%和51.23%;固氮酶活性提高了87.88%、18.68%和72.8%;R8期,大豆荚果的酰脲含量显著提高了2.25%。4.玉米-大豆减量一体化施氮提高了玉米和大豆的产量及周年总产。与常规穴施(CK1)和不施氮(CK2)处理相比,玉米-大豆减量一体化施氮方式显著提高了玉米和大豆的产量及周年总产,且各施氮距离处理间差异显著。玉米、大豆产量和玉豆周年总产均以减氮18%处理最高,两年平均值比CN处理分别提高了4.95%、7.74%和5.47%。施肥距离间以距离窄行玉米15~30 cm处理较高。一体化施氮方式通过增加玉米穗粒数和百粒重、大豆株粒数和百粒重提高玉米和大豆的产量。当减氮18%(270 N kg/km2)时,随着施肥位点远离窄行玉米,玉米穗粒数、百粒重和产量呈先增加后下降的趋势;随着施肥位点远离大豆,大豆株粒数、百粒重和产量也呈先增加后下降的趋势。在施氮量和施肥距离的共同影响下,以RN2D2组合最优。RN2处理下,D2处理的玉米穗粒数和百粒重比D1(玉米穴施)处理分别提高了9.08%和4.75%;D2处理的大豆的单株粒数和百粒重比D4(大豆穴施)处理分别提高了24.75%和2.37%。
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