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氮肥对我国粮食增产发挥了重要作用,然而绿色农业驱动的低氮投入已成为农业可持续发展的重要举措。粮菜轮作是北方两熟区一种重要的高效种植模式,关中平原是北方典型的两熟地区,其中大蒜-玉米轮作系统中长期存在施肥不当、缺乏周年统筹的问题。因此,本研究于2019-2021年在陕西杨凌连续两年进行大蒜和玉米两季不同施氮量的组合试验,在大蒜季设置两个施氮水平:常规施氮量(G1,300 kg hm-2)和减氮20%(G2,240 kg hm-2),玉米季设置三个施氮水平:常规施氮量(M1,220 kg hm-2)、减氮20%(M2,176 kg hm-2)和减氮40%(M3,132 kg hm-2),探究周年氮肥统筹对大蒜-玉米轮作系统作物生长、光合特性、产量、养分吸收利用及经济效益的影响。主要研究结果和结论如下:(1)周年氮肥统筹对大蒜-玉米轮作系统作物光合特性的调控两季氮肥统筹对轮作系统中作物的光合能力有明显的调控作用。随施肥水平的降低,作物叶片SPAD、光合速率呈现逐渐下降趋势。大蒜季减氮G2较G1施肥水平大蒜的SPAD、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率群体光合速率分别显著降低7.1%、14.1%、29.8%、24.8%和35.7%(P<0.05)。大蒜季施肥G2较G1同样降低了玉米的光合性能。玉米季施肥水平对大蒜光合性能的影响差异较小。玉米季M2和M1水平在前茬G1条件下的玉米光合性能差异不明显,减氮M3显著降低了玉米的光合性能;玉米季减氮M2和M3显著降低了G2施肥下的玉米光合性能(P<0.05)。各施氮组合中,G1M2较常规G1M1处理的大蒜光合性能没有显著差异,玉米G1M2较常规G1M1在吐丝期的SPAD、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率甚至显著提高了6.1%、6.0%、10.3%和12.6%(2020年)。G1M2的施肥组合在减少氮肥投入的同时保证大蒜和玉米良好的叶绿素状况、气孔开放程度和气体交换,促进光合产物的积累,保证作物的生长发育。(2)周年氮肥统筹对大蒜-玉米轮作系统作物生长的影响大蒜季G2较G1施肥水平减缓了大蒜和玉米的生长,两年大蒜的株高、茎粗、叶面积指数和干物质积累平均降幅分别为16.8%、12.3%、16.0%和17.7%,玉米分别降低4.8%、6.7%、14.3%和12.0%。玉米季施肥水平M1和M2对大蒜和玉米生长形态指标影响差异不显著,减氮M3水平显著减缓了作物的生长。大蒜季G1和玉米季M2的施肥组合既能保障作物生长需求又能减少化肥投入。(3)周年氮肥运筹下大蒜-玉米轮作系统产量及氮素吸收的影响周年合理氮肥统筹可稳定轮作系统作物产量。与常规施肥模式G1M1相比,G1M2的大蒜产量没有显著降低,而其它施肥组合的产量降低了3.2%-39.3%,同时该模式下玉米能够充分利用上季氮肥残留,增加穗粒数或百粒重,两年产量提高1.4%-4.8%,而玉米季过量减氮则会造成1.2%-25.8%的减产(P<0.05)。大蒜和玉米植株氮素总积累量整体表现为随施肥量降低而减少。大蒜季G2与G1施肥水平相比,大蒜氮素总积累量2020年和2021年分别平均显著降低了21.7%和34.2%,玉米氮素总积累量两年分别显著降低了3.5%和6.6%(P<0.05)。玉米季施肥水平对大蒜氮素总积累量整体表现为随施肥量的减少先增后降趋势,玉米氮素总积累量随施肥量的减少逐渐降低,在G1施肥水平下M2与M1没有显著差异。两年大蒜和玉米整体以G1M1和G1M2的氮素积累量最高。适量减少施肥量可以促进叶片、茎秆中的氮素向籽粒的转运,提高籽粒收获器官的氮素吸收分配比。(4)周年氮肥统筹对大蒜-玉米轮作系统氮肥利用效率及经济效益的影响两季减氮均显著影响作物的氮肥利用率。大蒜季G2较G1施肥水平整体上降低了氮肥利用率,大蒜两年分别平均显著降低10.5%和32.0%(P<0.05),玉米两年分别平均显著降低9.4%和18.4%(P<0.05)。玉米季M2施肥水平下大蒜氮肥利用率较高。玉米季减氮在G1条件下对玉米氮肥利用率的影响表现为先增后降,G2条件下表现为逐渐降低。与常规施肥G1M1相比较,G1M2和G2M2处理的大蒜氮肥利用率2020年提高了14.8%和20.0%,G1M1和G1M2的氮肥利用率2021年达到53.34%、51.71%。玉米季G1M2的氮肥利用率两年分别为47.64%和62.99%,较G1M1分别显著提高15.7%和20.8%(P<0.05)。因此,大蒜季施肥300 kg hm-2+玉米季减氮20%(176 kg hm-2)的施肥模式可有效提高轮作系统氮肥利用效率,提高农田系统资源利用。两年大蒜净经济效益以常规施肥模式较高,而G1M2处理的玉米净经济效益与常规G1M1没有显著差异,两年增收幅度为3.1%和11.3%,其它减氮模式大蒜收益降低6.1%-55.7%,玉米降低1.4%-22.7%。周年净经济效益均以G1M1最高,而G1M2的并没有显著降低,说明周年合理的氮肥统筹能够降低投入成本、保证产量和经济效益。综上所述,大蒜季常规施氮300 kg hm-2+玉米季适量减氮20%(176 kg hm-2)的施肥模式可保证轮作周期内作物的光合生产能力和植株的生长发育,促进氮素在蒜头/籽粒中的积累,有效提高氮肥利用率,在保证作物产量的同时减少投入,实现轮作系统减肥增效。