混作豆科饲草及减氮对青贮玉米生产系统土壤理化特性和产量的影响

doi:10.11686/cyxb2024527

摘要/Abstract

摘要：

针对河西绿洲灌区青贮玉米氮肥投入高、土壤质量下降等问题，本研究在减氮条件下，探讨混作豆科饲草对青贮玉米生产系统土壤理化特性及产量的影响，以期为该区土壤健康管理和青贮玉米可持续生产提供科学依据和理论支撑。试验于2023-2024年在武威绿洲农业综合试验站开展，采用裂区设计，主区为3个种植模式（M：青贮玉米单作；MH：青贮玉米-秣食豆混作；ML：青贮玉米-拉巴豆混作），裂区为3个施氮水平（N₃： 360 kg·hm^-2； N₂： 306 kg·hm^-2； N₁： 252 kg·hm^-2）。结果表明，与M模式氮肥减施30%处理相比，MH和ML模式相同施氮水平下土壤容重分别降低5.5%和8.0%、孔隙度分别提高6.6%和10.8%、pH分别降低0.9%和1.0%、有机质分别提高3.9%和5.1%、全氮含量分别提高9.2%和10.4%、全磷含量分别提高8.7%和10.9%、全钾含量分别提高9.4%和12.0%、硝态氮含量分别提高26.4%和29.8%、铵态氮含量分别提高19.1%和25.1%、有效磷含量分别提高8.8%和10.6%、速效钾含量分别提高5.7%和10.1%。此外，与M模式相比，MH模式下饲草产量和能量产量分别提高23.1%和25.2%，ML模式下分别提高30.5%和33.6%；MH模式下减氮30%处理饲草产量和能量产量与传统施氮差异不显著，但ML模式下较之提高20.5%和17.8%；并且，与M模式传统施氮处理相比，MH模式减氮30%处理饲草产量和能量产量分别提高15.8%和17.8%，ML减氮30%处理分别提高23.8%和28.6%。因此，青贮玉米混作拉巴豆结合施氮量252 kg·hm^-2可改善土壤理化性质、提高饲草产量，可作为绿洲灌区青贮玉米生产的适宜种植模式和施氮量。

关键词: 混作, 施氮, 青贮玉米, 土壤理化, 饲草产量

Abstract:

In response to the issues of high nitrogen fertilizer input and declining soil quality in the Hexi Oasis irrigation area for silage maize （Zea mays） production， this study investigated the effects of mixed leguminous forages on soil physicochemical properties and yield of silage maize under reduced nitrogen supply. The aim was to provide a scientific basis and theoretical support for development of recommendations for soil health management and sustainable production of silage maize in this region. The experiment was conducted at the Wuwei Oasis Agricultural Comprehensive Experimental Station from 2023 to 2024 using a split-plot design. The main plots consisted of three crop planting patterns ［M： monoculture of silage maize； MH： mixed of silage maize and soybean （Glycine max）； ML： mixed of silage maize and lablab bean （Dolichos lablab）］， while the subplots comprised three nitrogen application levels （N₃： 360 kg·ha^-1； N₂： 306 kg·ha^-1； N₁： 252 kg·ha^-1）. The results showed that compared to the M planting pattern with a 30% reduction in nitrogen fertilizer， the soil bulk density in MH and ML patterns under the same nitrogen level was reduced by 5.5% and 8.0%， respectively； porosity was increased by 6.6% and 10.8%， respectively； pH was decreased by 0.9% and 1.0%， respectively； organic matter was increased by 3.9% and 5.1%， respectively； total nitrogen content was increased by 9.2% and 10.4%， respectively； total phosphorus content was increased by 8.7% and 10.9%， respectively； total potassium content was increased by 9.4% and 12.0%， respectively； nitrate nitrogen content was increased by 26.4% and 29.8%， respectively； ammonium nitrogen content was increased by 19.1% and 25.1%， respectively； available phosphorus content was increased by 8.8% and 10.6%， respectively； and available potassium content was increased by 5.7% and 10.1%， respectively. In addition， compared to the M planting pattern， the forage yield and energy yield in the MH planting pattern were increased by 23.1% and 25.2%， respectively， and in the ML planting pattern by 30.5% and 33.6%， respectively. Under the MH planting pattern with a 30% reduction in nitrogen， the forage yield and energy yield did not differ significantly from traditional nitrogen application， but under the ML pattern， they were increased by 20.5% and 17.8%， respectively. Moreover， the forage yield and energy yield in the MH planting pattern with a 30% reduction in nitrogen were increased by 15.8% and 17.8%， respectively， compared to the traditional nitrogen application in the M planting pattern， and in the ML pattern with a 30% reduction in nitrogen， they were increased by 23.8% and 28.6%， respectively. Therefore， ML patten combined with a nitrogen application rate of 252 kg·ha^-1 improved soil physicochemical properties and increased forage yield， and can be recommended as a suitable cropping pattern and nitrogen rate for silage maize production in the oasis irrigation area.

Key words: mixed cropping, nitrogen application, silage maize, soil physical and chemical, forage yield

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图/表 10

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种植模式 Cropping pattern	施氮水平 N application rate	全氮Total nitrogen		全磷Total phosphorus		全钾Total potassium
种植模式 Cropping pattern	施氮水平 N application rate	2023	2024	2023	2024	2023	2024
M	N₃	1.05ef	1.06d	1.43e	1.44e	20.42d	20.51d
	N₂	1.03f	1.03e	1.42e	1.43e	20.36d	20.44d
	N₁	0.96g	0.98f	1.41e	1.43e	20.25d	20.34d
MH	N₃	1.08abc	1.12ab	1.51d	1.50d	21.50c	21.54c
	N₂	1.07bcd	1.10bc	1.53c	1.54c	22.28b	22.38b
	N₁	1.06de	1.07d	1.56b	1.55bc	22.37b	22.41b
ML	N₃	1.10a	1.13a	1.52cd	1.52d	21.58c	21.59c
	N₂	1.09ab	1.11ab	1.56b	1.57b	22.25b	22.29b
	N₁	1.07cde	1.09cd	1.60a	1.59a	22.71a	23.38a
显著性Significance （P value）
种植模式Cropping pattern （C）		**	**	**	**	**	**
施氮水平Nitrogen application level （N）		**	**	**	**	**	**
年Year （Y）		NS	NS	NS	NS	NS	NS
C×N		**	**	**	**	**	**
Y×C×N		NS	NS	NS	NS	NS	NS

种植模式 Cropping pattern	施氮水平 N application rate	全氮Total nitrogen		全磷Total phosphorus		全钾Total potassium
种植模式 Cropping pattern	施氮水平 N application rate	2023	2024	2023	2024	2023	2024
M	N₃	1.05ef	1.06d	1.43e	1.44e	20.42d	20.51d
	N₂	1.03f	1.03e	1.42e	1.43e	20.36d	20.44d
	N₁	0.96g	0.98f	1.41e	1.43e	20.25d	20.34d
MH	N₃	1.08abc	1.12ab	1.51d	1.50d	21.50c	21.54c
	N₂	1.07bcd	1.10bc	1.53c	1.54c	22.28b	22.38b
	N₁	1.06de	1.07d	1.56b	1.55bc	22.37b	22.41b
ML	N₃	1.10a	1.13a	1.52cd	1.52d	21.58c	21.59c
	N₂	1.09ab	1.11ab	1.56b	1.57b	22.25b	22.29b
	N₁	1.07cde	1.09cd	1.60a	1.59a	22.71a	23.38a
显著性Significance （P value）
种植模式Cropping pattern （C）		**	**	**	**	**	**
施氮水平Nitrogen application level （N）		**	**	**	**	**	**
年Year （Y）		NS	NS	NS	NS	NS	NS
C×N		**	**	**	**	**	**
Y×C×N		NS	NS	NS	NS	NS	NS

种植模式 Cropping pattern	施氮水平 N application rate	硝态氮 Nitrate nitrogen		铵态氮 Ammonium nitrogen		有效磷 Available phosphorus		速效钾 Available potassium
种植模式 Cropping pattern	施氮水平 N application rate	2023	2024	2023	2024	2023	2024	2023	2024
M	N₃	16.83e	17.42e	7.36d	8.96d	28.66d	28.74d	148.44e	148.96d
	N₂	15.82f	16.82e	7.07e	8.67e	28.55d	28.61d	148.39e	148.39d
	N₁	14.26g	15.26f	7.05e	8.65e	28.52d	28.58d	147.24e	147.24d
MH	N₃	17.98d	18.98d	8.54c	10.14c	30.62c	30.66c	153.04d	153.44c
	N₂	18.99bc	19.99bc	8.63c	10.23c	31.20b	31.34b	154.40cd	155.20bc
	N₁	19.57ab	20.57b	8.88b	10.48b	31.22b	31.41b	156.13bc	156.13b
ML	N₃	18.16cd	19.16cd	8.57c	10.17c	30.69c	30.71c	155.41bc	155.41bc
	N₂	19.05bc	20.05bc	8.68c	10.28c	31.23b	31.41b	156.89b	156.89b
	N₁	20.52a	21.52a	9.66a	11.25a	31.86a	31.96a	163.45a	164.25a
显著性Significance
种植模式Cropping pattern （C）		**	**	**	**	**	**	**	**
施氮水平Nitrogen application level （N）		**	**	**	**	**	**	**	**
年Year （Y）		NS	NS	NS	NS	NS	NS	NS	NS
C×N		**	**	**	**	**	**	**	**
Y×C×N		NS	NS	NS	NS	NS	NS	NS	NS

种植模式 Cropping pattern	施氮水平 N application rate	硝态氮 Nitrate nitrogen		铵态氮 Ammonium nitrogen		有效磷 Available phosphorus		速效钾 Available potassium
种植模式 Cropping pattern	施氮水平 N application rate	2023	2024	2023	2024	2023	2024	2023	2024
M	N₃	16.83e	17.42e	7.36d	8.96d	28.66d	28.74d	148.44e	148.96d
	N₂	15.82f	16.82e	7.07e	8.67e	28.55d	28.61d	148.39e	148.39d
	N₁	14.26g	15.26f	7.05e	8.65e	28.52d	28.58d	147.24e	147.24d
MH	N₃	17.98d	18.98d	8.54c	10.14c	30.62c	30.66c	153.04d	153.44c
	N₂	18.99bc	19.99bc	8.63c	10.23c	31.20b	31.34b	154.40cd	155.20bc
	N₁	19.57ab	20.57b	8.88b	10.48b	31.22b	31.41b	156.13bc	156.13b
ML	N₃	18.16cd	19.16cd	8.57c	10.17c	30.69c	30.71c	155.41bc	155.41bc
	N₂	19.05bc	20.05bc	8.68c	10.28c	31.23b	31.41b	156.89b	156.89b
	N₁	20.52a	21.52a	9.66a	11.25a	31.86a	31.96a	163.45a	164.25a
显著性Significance
种植模式Cropping pattern （C）		**	**	**	**	**	**	**	**
施氮水平Nitrogen application level （N）		**	**	**	**	**	**	**	**
年Year （Y）		NS	NS	NS	NS	NS	NS	NS	NS
C×N		**	**	**	**	**	**	**	**
Y×C×N		NS	NS	NS	NS	NS	NS	NS	NS

指标 Parameter	SCCY	DPC	间接通径系数Indirect path coefficient
指标 Parameter	SCCY	DPC	pH	TN	TK	NH₄⁺-N	TP	BD	AP	AK	SP	NO₃^--N	SOM
pH	-0.548**	0.160	-	0.005	-0.091	0.201	-0.319	-0.061	-0.014	-0.265	0.194	-0.255	-0.103
TN	0.538**	-0.009	-0.085	-	0.080	-0.172	0.292	0.048	0.006	0.206	-0.184	0.255	0.100
TK	0.820**	0.131	-0.111	-0.006	-	-0.247	0.431	0.077	0.019	0.324	-0.258	0.339	0.120
NH₄⁺-N	0.805**	-0.262	-0.123	-0.006	0.123	-	0.433	0.075	0.019	0.341	-0.260	0.341	0.124
TP	0.842**	0.454	-0.112	-0.006	0.125	-0.251	-	0.076	0.018	0.333	-0.257	0.343	0.123
BD	-0.770**	-0.084	0.115	0.005	-0.119	0.233	-0.404	-	-0.023	-0.319	0.246	-0.307	-0.111
AP	0.356**	0.035	-0.064	-0.002	0.070	-0.138	0.233	0.057	-	0.170	-0.152	0.116	0.307
AK	0.822**	0.369	-0.115	-0.005	0.115	-0.242	0.408	0.073	0.016	-	-0.242	0.310	0.134
SP	0.798**	-0.269	-0.115	-0.006	0.126	-0.253	0.432	0.077	0.019	0.331	-	0.332	0.125
NO₃^--N	0.826**	0.380	-0.107	-0.006	0.117	-0.235	0.408	0.069	0.011	0.302	-0.235	-	0.123
SOM	0.755**	0.158	-0.104	-0.006	0.099	-0.205	0.351	0.060	0.007	0.312	-0.212	0.295	-