Effects of planting density and nitrogen application on forage yield， quality and nitrogen use efficiency in a maize/forage soybean intercropping system

doi:10.11686/cyxb2021251

Abstract

Abstract:

A field experiment involving maize （Zea mays）/forage soybean （Glycine max） intercropping was conducted in the Hexi irrigation district in 2019 and 2020. Three planting densities of 7.5×10⁴ （D₁）， 9.0×10⁴（D₂） and 10.5×10⁴plant·ha^-1 （D₃）， and four nitrogen treatments of 0 （N₁）， 120 （N₂）， 240 （N₃） and 360 kg·ha^-1 （N₄） were set up to explore the effect of planting density and nitrogen application on forage yield， quality and nitrogen utilization. It was found that the hay yield and yield of crude protein of silage maize and forage soybean under the D₂and D₃treatments were significantly higher than those under the D₁ treatment， and the hay yield and yield of crude protein of silage maize， and the total hay yield under N₃ and N₄ treatments were significantly higher than those under N₂ and N₁ treatments. Among all treatments， D₂N₃ had the highest hay yield of 36.16 and 30.31 t·ha^-1 in 2019 and 2020， respectively. With increase in planting density， the contents of crude protein and crude fat of silage maize and forage soybean， and the total crude protein content and crude fat content showed a downward trend， while the contents of crude ash， neutral detergent fiber and acid detergent fiber increased. The total crude protein content and crude fat content increased while the contents of crude ash， neutral detergent fiber and acid detergent fiber decreased with the increase of nitrogen application rate. The total nitrogen content， nitrogen uptake and nitrogen use efficiency of the D₂ treatment were significantly higher than those of D₃， and the D₂ treatment had the highest agronomic efficiency of nitrogen use. The total nitrogen content and nitrogen uptake of N₂， N₃ and N₄ treatments were significantly higher than that of N₁， and the agronomic efficiency and nitrogen use efficiency of N₃ treatment were significantly higher than that of N₄. Among all treatments， D₂N₃ had the highest nitrogen use efficiency， which was 1.41 and 0.86 kg·kg^-1 in 2019 and 2020， respectively. Therefore， based on these results the D₂N₃ treatment is a recommended field management regime for silage maize/forage soybean intercropping systems in the Hexi irrigation area， and we advocate its promotion and adoption.

Key words: planting density, nitrogen application, silage corn, forage soybean, nitrogen use efficiency

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Figures/Tables 11

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种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	玉米Maize		秣食豆Forage soybean		总体 Total
种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	2019	2020	2019	2020	2019	2020
D₁	N₁	6.63e	5.91de	20.44c	17.70c	7.46f	6.95f
	N₂	9.99b	6.77cd	21.15bc	19.31ab	10.30b	7.90de
	N₃	8.99bc	8.24ab	22.79abc	21.70ab	9.89c	9.43b
	N₄	9.25bc	8.61a	24.60a	22.33a	9.87c	9.88a
D₂	N₁	6.54e	4.95e	16.82d	16.55cd	7.18f	6.04g
	N₂	8.07cd	5.86de	20.09c	18.29bc	9.44d	7.06f
	N₃	9.15bc	7.26bc	21.48abc	21.47ab	10.80a	8.45c
	N₄	9.31bc	8.07ab	23.97ab	21.44ab	10.61ab	9.17b
D₃	N₁	6.05e	5.10e	15.14d	14.47d	6.70g	6.05g
	N₂	7.13de	5.94de	19.92c	16.74cd	8.06e	6.92f
	N₃	9.17bc	6.65cd	20.37c	18.76bc	9.77c	7.68e
	N₄	11.89a	7.05c	20.87bc	18.95bc	10.39b	8.08d
平均 Average	D₁	8.72A	7.38A	22.25A	20.26A	9.38B	8.54A
	D₂	8.27A	6.53B	20.59B	19.44A	9.51A	7.68B
	D₃	8.56A	6.19B	19.08C	17.23C	8.73C	7.18C
	N₁	6.40D	5.32D	17.47C	16.24C	7.11C	6.35D
	N₂	8.40C	6.19C	20.39B	18.11B	9.27B	7.29C
	N₃	9.10B	7.38B	21.55B	20.64B	10.15A	8.52B
	N₄	10.15A	7.90A	23.15A	20.91A	10.29A	9.04A

种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	玉米Maize		秣食豆Forage soybean		总体 Total
种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	2019	2020	2019	2020	2019	2020
D₁	N₁	6.63e	5.91de	20.44c	17.70c	7.46f	6.95f
	N₂	9.99b	6.77cd	21.15bc	19.31ab	10.30b	7.90de
	N₃	8.99bc	8.24ab	22.79abc	21.70ab	9.89c	9.43b
	N₄	9.25bc	8.61a	24.60a	22.33a	9.87c	9.88a
D₂	N₁	6.54e	4.95e	16.82d	16.55cd	7.18f	6.04g
	N₂	8.07cd	5.86de	20.09c	18.29bc	9.44d	7.06f
	N₃	9.15bc	7.26bc	21.48abc	21.47ab	10.80a	8.45c
	N₄	9.31bc	8.07ab	23.97ab	21.44ab	10.61ab	9.17b
D₃	N₁	6.05e	5.10e	15.14d	14.47d	6.70g	6.05g
	N₂	7.13de	5.94de	19.92c	16.74cd	8.06e	6.92f
	N₃	9.17bc	6.65cd	20.37c	18.76bc	9.77c	7.68e
	N₄	11.89a	7.05c	20.87bc	18.95bc	10.39b	8.08d
平均 Average	D₁	8.72A	7.38A	22.25A	20.26A	9.38B	8.54A
	D₂	8.27A	6.53B	20.59B	19.44A	9.51A	7.68B
	D₃	8.56A	6.19B	19.08C	17.23C	8.73C	7.18C
	N₁	6.40D	5.32D	17.47C	16.24C	7.11C	6.35D
	N₂	8.40C	6.19C	20.39B	18.11B	9.27B	7.29C
	N₃	9.10B	7.38B	21.55B	20.64B	10.15A	8.52B
	N₄	10.15A	7.90A	23.15A	20.91A	10.29A	9.04A

种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	玉米Maize		秣食豆Forage soybean		总体 Total
种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	2019	2020	2019	2020	2019	2020
D₁	N₁	2.06c	2.90bc	5.62b	2.98bcd	2.22de	2.91b
	N₂	2.70ab	2.82c	4.55de	3.34abc	2.80abc	2.87b
	N₃	2.61ab	3.09abc	5.41bc	3.51ab	2.78abc	3.13ab
	N₄	2.46ab	3.60a	4.32de	3.47ab	2.55bcd	3.59a
D₂	N₁	1.64d	2.99bc	3.04g	3.06bcd	1.73fg	2.94b
	N₂	2.73ab	2.78c	6.95a	3.11bcd	3.15a	2.83b
	N₃	2.59ab	3.16abc	2.99g	3.66a	2.62bc	3.22ab
	N₄	2.87a	3.44ab	3.19g	3.76a	2.90ab	3.64a
D₃	N₁	1.37d	3.12abc	3.49fg	2.63d	1.51g	3.17ab
	N₂	1.67d	3.05abc	4.95bcd	2.86cd	1.93ef	3.15ab
	N₃	2.55ab	3.13abc	4.81cd	3.08bcd	2.73bc	3.22ab
	N₄	2.33bc	3.23abc	3.91ef	3.11bcd	2.44cd	3.39ab
平均 Average	D₁	2.46A	3.27A	4.98A	3.33A	2.59A	3.12A
	D₂	2.46A	3.10A	4.04B	3.40A	2.60A	3.24A
	D₃	1.98B	3.09A	4.29B	2.92B	2.15B	3.16A
	N₁	1.69C	3.02B	4.05C	2.89B	1.82B	3.01B
	N₂	2.37B	2.93B	5.48A	3.10B	2.63A	2.95B
	N₃	2.58A	3.17B	4.40B	3.42A	2.71A	3.19B
	N₄	2.55A	3.55A	3.81C	3.45A	2.63A	3.54A

种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	玉米Maize		秣食豆Forage soybean		总体 Total
种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	2019	2020	2019	2020	2019	2020
D₁	N₁	2.06c	2.90bc	5.62b	2.98bcd	2.22de	2.91b
	N₂	2.70ab	2.82c	4.55de	3.34abc	2.80abc	2.87b
	N₃	2.61ab	3.09abc	5.41bc	3.51ab	2.78abc	3.13ab
	N₄	2.46ab	3.60a	4.32de	3.47ab	2.55bcd	3.59a
D₂	N₁	1.64d	2.99bc	3.04g	3.06bcd	1.73fg	2.94b
	N₂	2.73ab	2.78c	6.95a	3.11bcd	3.15a	2.83b
	N₃	2.59ab	3.16abc	2.99g	3.66a	2.62bc	3.22ab
	N₄	2.87a	3.44ab	3.19g	3.76a	2.90ab	3.64a
D₃	N₁	1.37d	3.12abc	3.49fg	2.63d	1.51g	3.17ab
	N₂	1.67d	3.05abc	4.95bcd	2.86cd	1.93ef	3.15ab
	N₃	2.55ab	3.13abc	4.81cd	3.08bcd	2.73bc	3.22ab
	N₄	2.33bc	3.23abc	3.91ef	3.11bcd	2.44cd	3.39ab
平均 Average	D₁	2.46A	3.27A	4.98A	3.33A	2.59A	3.12A
	D₂	2.46A	3.10A	4.04B	3.40A	2.60A	3.24A
	D₃	1.98B	3.09A	4.29B	2.92B	2.15B	3.16A
	N₁	1.69C	3.02B	4.05C	2.89B	1.82B	3.01B
	N₂	2.37B	2.93B	5.48A	3.10B	2.63A	2.95B
	N₃	2.58A	3.17B	4.40B	3.42A	2.71A	3.19B
	N₄	2.55A	3.55A	3.81C	3.45A	2.63A	3.54A

种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	玉米Maize		秣食豆Forage soybean		总体 Total
种植密度 Planting density	施氮水平 Nitrogen levels	2019	2020	2019	2020	2019	2020
D₁	N₁	4.03ab	5.83ab	12.75a	6.98ab	4.41a	5.93ab
	N₂	3.75ab	5.27abc	12.08abc	7.38a	4.23a	5.46abcd
	N₃	3.54abc	4.75cd	10.59bcd	7.38a	3.97ab	4.98cde
	N₄	3.05c	4.49cd	10.80bcd	7.90a	3.45b	4.80de
D₂	N₁	4.18a	5.87a	11.39abcd	6.05b	4.62a	5.82abc
	N₂	3.45bc	5.10bc	10.60bcd	7.08ab	4.16a	5.31abcde
	N₃	3.62abc	4.61cd	9.92d	7.44a	4.14a	4.86de
	N₄	3.49bc	4.05d	10.12cd	7.37a	4.03ab	4.39e
D₃	N₁	3.74ab	5.94a	12.51ab	7.09ab	4.31a	6.18a
	N₂	3.75ab	4.87c	11.39abcd	7.65a	4.37a	5.24bcde
	N₃	3.74ab	4.47cd	9.83d	7.40a	4.23a	4.79de
	N₄	3.84ab	4.04d	11.19abcd	8.29a	4.38a	4.49e
平均 Average	D₁	3.59A	5.09A	11.56A	7.41AB	4.02B	5.30A
	D₂	3.69A	4.92A	10.51B	6.99B	4.24AB	5.09A
	D₃	3.77A	4.94A	11.23A	7.61A	4.32A	5.17A
	N₁	3.98A	5.90A	12.22A	6.71B	4.45A	5.98A
	N₂	3.65B	5.13B	11.36B	7.37A	4.25AB	5.34B
	N₃	3.63B	4.64C	10.11C	7.41A	4.11B	4.88C
	N₄	3.46B	4.25D	10.70BC	7.85A	3.95B	4.56C