玉米大豆间作节氮模式对作物生长和农田温室气体排放的影响

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合成氮肥的使用极大提高了粮食产量,缓解了全球粮食短缺问题。然而氮肥的过度使用,对农业生态系统的氮循环平衡造成了严重的影响,导致土壤板结,地力下降,农田温室气体排放过多,对环境造成了一定的破坏。玉米大豆间作是一种既能减肥减药、又能固氮减排的绿色种植模式。基于此,本研究以玉米大豆间作为研究对象,在2020年和2021年设置4个处理:单作玉米、单作大豆、玉米大豆间作、玉米大豆间作节氮,采用静态暗箱/气相色谱法进行全生长季监测,分析玉米大豆间作节氮模式对作物生长、农田温室气体排放的影响和土壤理化性质的变化规律,旨在探明在不降低产量前提下,玉米大豆间作模式下的最适氮肥施用量。结果主要如下:(1)玉米大豆间作的玉米的光合特性和地上部干物质积累量显著高于单作玉米的相关指标。收获期玉米大豆间作处理的玉米地上部氮积累量比玉米大豆间作节氮处理高5.28%~11.17%,而收获期玉米大豆间作节氮处理的大豆干物质比玉米大豆间作处理氮积累量高2.49%~3.67%。间作处理的土地当量比分别为1.1~1.21,大豆和玉米实际产量损失指数总和皆大于0,间作玉米和大豆的侵占力分别为0.08和-0.08,间作节氮处理的玉米和大豆的侵占力分别为0.07和-0.07;两年里间作节氮处理的氮肥偏生产力比间作处理高18.50%~26.10%。(2)从温室气体排放方面来看,单作玉米的N2O和CO2累积排放量要高于玉米大豆间作处理,其中单作玉米的N2O累积排放量比玉米大豆间作处理的高4.9%~7.45%,单作玉米的CO2的累积排放量比玉米大豆间作处理的高2.7%~10.28%,玉米大豆间作处理的N2O累积排放量比玉米大豆间作节氮处理的高14.42%~14.57%,玉米大豆间作处理的CO2累积排放量比玉米大豆间作节氮处理的高1.43%~1.59%。单作玉米比玉米大豆间作节氮的农田全球增温潜势高5.94%~11.42%,单作玉米比玉米大豆间作处理的农田全球增温潜势高5.78%~9.25%,玉米大豆间作处理的农田全球增温潜势比玉米大豆间作节氮处理高2.01%~2.79%。从土壤理化性质来看,单作玉米土壤的硝态氮、铵态氮和全氮的含量高于玉米大豆间作处理,收获期玉米大豆间作处理的土壤全氮的含量比玉米大豆间作节氮处理的高24.72%~26.1%。(3)从产量和经济效益来看,两年间玉米大豆间作处理和玉米大豆间作节氮处理的平均产量分别达到单作玉米产量的65.37%和62.85%,大豆的平均产量分别达到单作大豆产量的50.88%和49.27%,玉米大豆间作处理比玉米大豆间作节氮处理的玉米产量高2.34%~5.73%,2020年玉米大豆间作处理的大豆产量比玉米大豆间作节氮处理高8.71%,2021年玉米大豆间作节氮处理的大豆产量比玉米大豆间作处理高1.92%。间作处理的玉米穗重、穗长、穗粗、行粒数、穗行数和百粒重等要高于单作玉米,而间作节氮处理大豆的单株粒数、单株荚数和百粒重与单作大豆无显著差异。两年间各处理的总收入和净收入的大小均为:玉米大豆间作>玉米大豆间作节氮>单作玉米>单作大豆。两年里玉米籽粒的氮含量有着显著的差异,大豆籽粒的氮含量显著的高于玉米籽粒的氮含量。综上所述,本研究中玉米大豆间作节氮模式(N:150kg hm-2)的耕作措施可在适量减少氮肥的情况下,更大限度利用两作物的互补性和协调性,既可提升光热资源利用率,提高系统产量,又可减少农田温室气体排放,是本研究中一种比较好的种植方式。
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