中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (4): 740-754.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.009
麻碧娇(), 陈桂平(
), 苟志文, 殷文(
), 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚
收稿日期:
2023-03-09
接受日期:
2023-06-14
出版日期:
2024-02-16
发布日期:
2024-02-20
通信作者:
联系方式:
麻碧娇,E-mail:2563730403@qq.com。陈桂平,E-mail:chengp@gsau.edu.cn。麻碧娇与陈桂平为同等贡献作者。
基金资助:
MA BiJiao(), CHEN GuiPing(
), GOU ZhiWen, YIN Wen(
), FAN ZhiLong, HU FaLong, FAN Hong, HE Wei
Received:
2023-03-09
Accepted:
2023-06-14
Published:
2024-02-16
Online:
2024-02-20
摘要:
【目的】针对河西绿洲灌区作物生产中氮肥施用过量、水资源利用效率与经济效益较低等问题,探讨麦后复种绿肥及适量减施化学氮肥对小麦农田耗水特性及经济效益的影响。【方法】2019-2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验,主区设置麦后复种绿肥(W-G)和单作小麦(W)两种种植模式;副区为5个施氮水平,分别为不施氮肥(N0)、常规施氮(180 kg·hm-2,N4)、减施45%氮肥(N1)、减施30%氮肥(N2)和减施15%氮肥(N3)。测定不同处理下小麦绿肥体系产量、水资源利用效率及经济效益。【结果】麦后复种绿肥以及适量减施化学氮肥显著提高小麦籽粒产量和系统生物热能产,2019和2020年,W-G较W处理籽粒产量分别提高10.8%和12.4%,系统生物热能产分别提高37.8%和40.3%;麦后复种绿肥结合减氮15%(W-G-N3)较单作小麦结合减氮15%(W-N3)和单作小麦传统施氮(W-N4)处理小麦分别增产6.9%-16.7%和7.9%-13.6%,生物热能产提高52.0%-62.2%和27.1%-58.9%。W-G较W小麦生育阶段耗水量降低6.3%-16.0%,W-G-N3较W-N3和W-N4小麦季耗水量分别降低13.4%-20.5%和20.8%-29.0%,W-G由于绿肥生长季消耗水分,总耗水量显著高于W。W-G较W小麦水分利用效率分别提高7.9%和19.2%;2019年度 W-G-N3较W-N3和W-N4小麦水分利用效率分别提高23.5%和5.1%,差异显著。W-G-N3可有效提高系统单位耗水生物热能产,较W-N3和W-N4分别提高2.7%-14.5%和9.3%-17.5%。W-G较W增加了成本投入,总产值也随之提高;2019年度W-G-N3较W-N3和W-N4纯收益分别提高9.8%和9.5%,2020年度W-G-N3较W-N3和W-N4纯收益则分别降低了15.6%和15.7%;2019和2020年W-G较W产投比分别降低20.7%和23.1%,W-G-N3较W-N3和W-N4产投比降低比例均为14.8%-23.1%,W-G因较多的资源投入降低了系统单方水效益。【结论】在河西绿洲灌区,麦后复种绿肥结合适量减施化学氮肥能够提高作物产量和经济效益,水资源利用效率也随之提高,其中麦后复种绿肥结合减量15%施氮处理的综合效果最好,可作为提高水资源利用及农民收益的理想种植模式及施氮水平。
麻碧娇, 陈桂平, 苟志文, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚. 河西灌区减氮条件下小麦复种绿肥的水分利用及经济效益[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 740-754.
MA BiJiao, CHEN GuiPing, GOU ZhiWen, YIN Wen, FAN ZhiLong, HU FaLong, FAN Hong, HE Wei. Water Utilization and Economic Benefit of Wheat Multiple Cropping with Green Manure Under Nitrogen Reduction in Hexi Irrigation Area of Northwest China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(4): 740-754.
表1
复种绿肥及不同施氮水平下系统产量"
年份 Year | 种植模式 Cropping pattern | 施氮水平 N fertilizer level | 小麦 Wheat | 绿肥Green manure | 系统生物热能产 Energy yield (MJ·hm-2) | |
---|---|---|---|---|---|---|
籽粒产量 Grain yield (kg·hm-2) | 秸秆产量 Straw yield (kg·hm-2) | 生物量 Biomass (kg·hm-2) | ||||
2019 | W-G | N0 | 7363 cd | 12398 ab | 6290 bc | 382413 ab |
N1 | 7455 c | 11498 bcd | 6710 ab | 409432 a | ||
N2 | 8132 b | 10283 de | 7481 a | 391909 ab | ||
N3 | 9187 a | 9592 ef | 5754 bc | 373781 ab | ||
N4 | 8810 ab | 10710 cde | 6928 ab | 379036 ab | ||
W | N0 | 5923 e | 11858 bc | - | 293136 cd | |
N1 | 6722 d | 13590 a | - | 338460 bc | ||
N2 | 7224 cd | 10575 cde | - | 293135 cd | ||
N3 | 8592 ab | 8775 f | - | 245862 d | ||
N4 | 8512 ab | 12510 ab | - | 235164 d | ||
2020 | W-G | N0 | 4320 f | 8039 bc | 3802 a | 243282 c |
N1 | 6632 d | 11206 ab | 3662 a | 322469 ab | ||
N2 | 7206 c | 10790 ab | 3976 a | 340093 ab | ||
N3 | 8408 a | 11228 ab | 3506 a | 354332 a | ||
N4 | 8005 a | 13326 a | 3366 a | 372887 a | ||
W | N0 | 4097 f | 5097 c | - | 141186 d | |
N1 | 6125 e | 12200 a | - | 276369 bc | ||
N2 | 6195 e | 11052 ab | - | 249287 c | ||
N3 | 7205 c | 8178 bc | - | 218427 c | ||
N4 | 7401 b | 11630 ab | - | 278743 bc | ||
显著性(P值) Significance (P value) | ||||||
种植模式Cropping pattern (C) | * | NS | - | ** | ||
施氮水平N application rate (N) | ** | ** | - | NS | ||
种植模式×施氮水平 C×N | NS | NS | - | NS |
表2
复种绿肥及不同施氮水平下作物各生育阶段耗水量"
年份 Year | 种植模式 Cropping pattern | 施氮水平 N fertilizer level | 小麦播前-收获 Before wheat-harvest (mm) | 小麦收获-绿肥翻压 Wheat harvest-green manure incorporation (mm) | 总耗水量 Total water consumption (mm) |
---|---|---|---|---|---|
2019 | W-G | N0 | 342.1 def | 225.5 a | 567.6 b |
N1 | 372.8 cde | 145.3 b | 518.1 c | ||
N2 | 404.1 abc | 123.8 b | 527.8 bc | ||
N3 | 318.1 f | 229.3 a | 547.4 bc | ||
N4 | 393.1 bc | 221.7 a | 614.8 a | ||
W | N0 | 328.9 ef | - | 328.9 g | |
N1 | 384.1 bcd | - | 384.1 ef | ||
N2 | 425.7 ab | - | 425.7 de | ||
N3 | 367.5 cde | - | 367.5 fg | ||
N4 | 447.8 a | - | 447.8 d | ||
2020 | W-G | N0 | 427.3 ab | 122.9 a | 550.2 ab |
N1 | 361.9 bc | 118.6 a | 480.6 cd | ||
N2 | 472.0 a | 112.6 a | 584.6 a | ||
N3 | 363.9 bc | 132.9 a | 496.8 bcd | ||
N4 | 405.5 abc | 126.8 a | 532.3 abc | ||
W | N0 | 363.6 bc | - | 363.6 e | |
N1 | 331.9 c | - | 331.9 e | ||
N2 | 492.1 a | - | 492.1 cd | ||
N3 | 457.8 a | - | 457.8 d | ||
N4 | 459.7 a | - | 459.7 d | ||
显著性(P值)Significance(P value) | |||||
种植模式 Cropping pattern (C) | NS | - | ** | ||
施氮水平 N application rate (N) | ** | - | ** | ||
种植模式×施氮水平 C×N | * | - | * |
表3
复种绿肥及不同施氮水平对经济效益的影响"
处理 Treatments | 2019 | 2020 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
总产值 Gross output (yuan/hm2) | 纯收益 Net benefit (yuan/hm2) | 产投比 Output/input | 总产值 Gross output (yuan/hm2) | 纯收益 Net benefit (yuan/hm2) | 产投比 Output/input | |
W-G-N₀ | 22514 c | 11536 de | 2.05 cd | 21158 d | 9118 ef | 1.76de |
W-G-N₁ | 22320 c | 11179 e | 2.00 d | 23982 a | 11771 c | 1.96 cd |
W-G-N₂ | 23331 b | 12146 cd | 2.09cd | 22004 bc | 9749 de | 1.80 de |
W-G-N₃ | 25445 a | 14215 a | 2.27 c | 24047 a | 11747 c | 1.96 cd |
W-G-N₄ | 25083 a | 13808 ab | 2.22cd | 20686 d | 8341 f | 1.68 e |
W-N₀ | 18958 f | 11465 de | 2.53 b | 18881 e | 10641 d | 2.29 b |
W-N₁ | 21576 d | 13920 ab | 2.82 a | 21328 cd | 12918 b | 2.54 a |
W-N₂ | 21373 de | 13672 ab | 2.78 a | 17910 f | 9455 e | 2.12 c |
W-N₃ | 20693 e | 12948 bc | 2.71ab | 22412 b | 13912 a | 2.64 a |
W-N₄ | 20776 e | 12986 bc | 2.72 ab | 22479 b | 13933 a | 2.63 a |
[1] |
殷文, 陈桂平, 柴强, 赵财, 冯福学, 于爱忠, 胡发龙, 郭瑶. 前茬小麦秸秆处理方式对河西走廊地膜覆盖玉米农田土壤水热特性的影响. 中国农业科学, 2016, 49(15): 2898-2908. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2016.15.004.
|
|
|
[2] |
高仁才, 陈松鹤, 马宏亮, 莫飘, 柳伟伟, 肖云, 张雪, 樊高琼. 秋闲期秸秆覆盖与减氮优化根系分布提高冬小麦产量及水氮利用效 率. 中国农业科学, 2022, 55(14): 2709-2725. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2022.14.003.
|
|
|
[3] |
陈伟, 李亚新, 王红阳, 王佳, 孙从建. 黄土丘陵区坡耕地与撂荒地土壤水分对降雨的响应特征. 生态学报, 2022, 42(1): 332-339.
|
doi: 10.1016/j.chnaes.2022.02.002 |
|
[4] |
袁金华, 俄胜哲, 车宗贤. 灌溉定额和绿肥交互作用对小麦/玉米带田产量和养分利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(2): 223-234.
|
|
|
[5] |
doi: 10.1016/j.agwat.2020.106340 |
[6] |
陈桂平, 郑德阳, 郭瑶, 范虹, 殷文. 绿洲灌区地膜秸秆交替覆盖玉米农田土壤水分利用特征. 干旱地区农业研究, 2021, 39(4): 54-63.
|
|
|
[7] |
李婧, 张达斌, 王峥, 姚鹏伟, 赵娜, 曹群虎, 鱼昌为, 曹卫东, 高亚军. 施肥和绿肥翻压方式对旱地冬小麦生长及土壤水分利用的影响. 干旱地区农业研究, 2012, 30(3): 136-142.
|
|
|
[8] |
张帆. 冬季作物-双季稻轮作种植模式氮、磷、钾养分循环与产量可持续性特征. 中国生态农业学报(中英文), 2019, 27(5): 705-716.
|
|
|
[9] |
马丽, 隋鹏, 高旺盛, 李丰蓉. 太行山前平原不同种植模式水资源利用效率分析. 干旱地区农业研究, 2008, 26(2): 177-183.
|
|
|
[10] |
张奇茹, 谢英荷, 李廷亮, 刘凯, 姜丽伟, 曹静, 邵靖琳. 有机肥替代化肥对旱地小麦产量和养分利用效率的影响及其经济环境效应. 中国农业科学, 2020, 53(23): 4866-4878. doi: 10.3864/j.issn.0578- 1752.2020.23.012.
|
|
|
[11] |
doi: 10.2134/agronj15.0086 |
[12] |
doi: 10.1016/j.eja.2018.04.013 |
[13] |
张少宏, 王俊,
|
|
|
[14] |
李含婷, 柴强, 王琦明, 胡发龙, 于爱忠, 赵财, 殷文, 樊志龙, 范虹. 绿洲灌区不同施氮水平下玉米绿肥间作模式的水分利用特征. 中国农业科学, 2021, 54(12): 2608-2618. doi: 10.3864/j.issn.0578- 1752.2021.12.011.
|
|
|
[15] |
苟志文, 殷文, 徐龙龙, 何小七, 王琦明, 柴强. 绿洲灌区复种豆科绿肥条件下小麦稳产的减氮潜力. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(12): 2195-2203.
|
|
|
[16] |
姚致远, 王峥, 李婧, 鱼昌为, 曹群虎, 曹卫东, 高亚军. 旱地基于豆类绿肥不同轮作方式的经济效益分析. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(1): 76-84.
|
|
|
[17] |
吕广德, 亓晓蕾, 张继波, 牟秋焕, 吴科, 钱兆国. 中、高产型小麦干物质和氮素累积转运对水氮的响应. 植物营养与肥料学报, 2021, 27(9): 1534-1547.
|
|
|
[18] |
马忠明, 王平, 陈娟, 包兴国. 适量有机肥与氮肥配施方可提高河西绿洲土壤肥力及作物生产效益. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(5): 1298-1309.
|
|
|
[19] |
马龙, 王书停, 史雷, 张然, 王楷, 郑伟, 李紫燕, 翟丙年. 有机肥配施氮肥对西北旱地冬小麦产量、品质及土壤生物学特性的影响. 应用生态学报, 2022, 33(10): 2718-2724.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202210.014 |
doi: 10.13287/j.1001-9332.202210.014 |
|
[20] |
华一帆, 秦际远, 王洁, 张秀, 初金鹏, 郑飞娜, 于海涛, 贺明荣, 代兴龙. 播种方式与缓控释氮肥一次性基施对冬小麦干物质积累转运和产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(12): 2185-2200.
|
|
|
[21] |
郝立冬, 贾森, 刘绍武, 郭海滨, 于立河. 施用硅肥对田间春小麦花后源库关系的影响. 干旱地区农业研究, 2014, 32(6): 119-124.
|
|
|
[22] |
刘蕊, 常单娜, 高嵩涓, 周国朋, 韩梅, 张久东, 曹卫东, 孙小凤. 西北小麦与豆科绿肥间作体系箭筈豌豆和毛叶苕子生物固氮效率及氮素转移特性. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(12): 2184-2194.
|
|
|
[23] |
卢秉林, 车宗贤, 张久东, 包兴国, 吴科生, 杨蕊菊. 氮肥减量下长期间作毛叶苕子根茬还田对玉米产量及氮肥利用率的影响. 中国农业科学, 2022, 55(12): 2384-2397. doi: 10.3864/j.issn.0578- 1752.2022.12.010.
|
|
|
[24] |
doi: 10.1016/j.jenvman.2022.115859 |
[25] |
张久东, 包兴国, 曹卫东, 车宗贤, 卢秉林, 杨新强. 河西灌区小麦与豆科作物间作和复种模式研究. 核农学报, 2015, 29(4): 786-791.
doi: 10.11869/j.issn.100-8551.2015.04.0786 |
|
|
[26] |
doi: 10.1111/jpe.v59.10 |
[27] |
黄晶, 高菊生, 刘淑军, 曹卫东, 张杨珠. 冬种紫云英对水稻产量及其养分吸收的影响. 中国土壤与肥料, 2013(1): 88-92.
|
|
|
[28] |
苏向向, 于爱忠, 吕汉强, 王玉珑. 绿洲灌区小麦复种绿肥并翻压还田对翌年玉米产量形成及氮素吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(7): 1208-1218.
|
|
|
[29] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2022.108855 |
[30] |
高嵩涓, 周国朋, 曹卫东. 南方稻田紫云英作冬绿肥的增产节肥效应与机制. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(12): 2115-2126.
|
|
|
[31] |
麻碧娇, 苟志文, 殷文, 于爱忠, 樊志龙, 胡发龙, 赵财, 柴强. 干旱灌区麦后复种绿肥与施氮水平对小麦光合性能与产量的影响. 中国农业科学, 2022, 55(18): 3501-3515. doi: 10.3864/j.issn.0578- 1752.2022.18.003.
|
|
|
[32] |
殷文, 柴强, 于爱忠, 赵财, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 郭瑶. 间作小麦秸秆还田对地膜覆盖玉米灌浆期冠层温度及光合生理特性的影响. 中国农业科学, 2020, 53(23): 4764-4776. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2020.23.004.
|
|
|
[33] |
杨封科, 何宝林, 董博, 王立明. 不同降雨年型黑膜垄作对土壤水肥环境及马铃薯产量和效益的影响. 中国农业科学, 2021, 54(20): 4312-4325. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.20.006.
|
|
|
[34] |
李富翠, 赵护兵, 王朝辉, 李小涵, 刘慧, 李可懿, 周玲. 旱地夏闲期秸秆覆盖和种植绿肥对冬小麦水分利用及养分吸收的影响. 干旱地区农业研究, 2012, 30(1): 119-125.
|
|
|
[35] |
张少宏. 填闲种植对旱作农田水氮平衡及作物产量的影响[D]. 西安: 西北大学, 2022.
|
|
|
[36] |
陈姣, 张池, 陈玉佩,
|
|
|
[37] |
doi: 10.1038/srep26856 pmid: 27225842 |
[38] |
doi: 10.2134/agronj2015.0244 |
[39] |
王林, 王琦, 张恩和, 刘青林, 俞华林. 间作与施氮对秸秆覆盖作物生产力和水分利用效率的影响. 中国生态农业学报, 2014, 22(8): 955-964.
|
|
|
[40] |
苟志文, 殷文, 柴强, 樊志龙, 胡发龙, 赵财, 于爱忠, 范虹. 干旱灌区小麦间作玉米麦后复种绿肥的可持续性分析. 中国农业科学, 2022, 55(7): 1319-1331. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.07.005.
|
|
|
[41] |
doi: 10.1016/j.eja.2022.126641 |
[42] |
赵财, 柴强, 冯福学, 殷文, 胡发龙, 周文斌. 不同灌水水平下一膜两年覆盖间作农田耗水特征及经济效益研究. 中国生态农业学报, 2016, 24(6): 744-752.
|
|
|
[43] |
郝娜, 武志海, 张立祯, 金鸿明, 王旗, 张悦. 间套作作物水分利用效率的研究综述. 中国农学通报, 2017, 33(20): 23-28.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb16100118 |
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb16100118 |
|
[44] |
郭瑶, 陈桂平, 殷文, 赵财, 于爱忠, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 柴强. 地膜玉米免耕轮作小麦的减水减氮效应. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(2): 389-399.
|
|
[1] | 张余周, 王一钊, 高茹茜, 刘逸凡. 小麦根系构型及抗旱性研究进展[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1633-1645. |
[2] | 周全, 路秋梅, 赵张晨, 武宸冉, 符笑歌, 赵玉娇, 韩勇, 蔺怀龙, 陈微林, 牟丽明, 李兴茂, 王长海, 胡银岗, 陈亮. 244份春小麦苗期抗旱性的鉴定[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1646-1657. |
[3] | 张颖, 石婷瑞, 曹瑞, 潘文秋, 宋卫宁, 王利, 聂小军. ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1658-1673. |
[4] | 燕雯, 金秀良, 李龙, 徐子涵, 苏悦, 张跃强, 景蕊莲, 毛新国, 孙黛珍. 基于无人机多源影像数据的灌浆期人工合成小麦抗旱性评价[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1674-1686. |
[5] | 臧少龙, 刘淋茹, 高越之, 吴珂, 贺利, 段剑钊, 宋晓, 冯伟. 基于无人机影像多时相的小麦品种氮效率分类识别[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1687-1708. |
[6] | 范虹, 殷文, 胡发龙, 樊志龙, 赵财, 于爱忠, 何蔚, 孙亚丽, 王凤, 柴强. 绿洲灌区密植对氮肥减量玉米产量的补偿潜力[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1709-1721. |
[7] | 韩潇杰, 任志杰, 李双静, 田培培, 卢素豪, 马耕, 王丽芳, 马冬云, 赵亚南, 王晨阳. 不同施氮量对土壤团聚体碳氮含量及小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1766-1778. |
[8] | 赵博慧, 张影全, 景东林, 刘保华, 程媛媛, 苏玉环, 唐娜, 张波, 郭波莉, 魏益民. 基于多年定点的小麦籽粒质量稳定性研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1833-1844. |
[9] | 何永强, 张金盔, 徐劲松, 丁晓雨, 程勇, 许本波, 张学昆. 14-羟基芸苔素甾醇生长调节剂对油菜生长和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1444-1454. |
[10] | 李永飞, 李战魁, 张战胜, 陈永伟, 康建宏, 吴宏亮. 氮肥后移对高温胁迫下春小麦旗叶生理特性和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1455-1468. |
[11] | 张素心, 申格, 余强毅, 吴文斌. 中国耕地种植制度遥感探测及其时空特征[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1469-1489. |
[12] | 董慧雪, 陈倩, 郭晓江, 王际睿. 小麦穗发芽抗性机制及抗性育种研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1237-1254. |
[13] | 刘泽厚, 王琴, 叶美金, 万洪深, 杨宁, 杨漫宇, 杨武云, 李俊. 人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1255-1266. |
[14] | 梁王壮, 唐雅楠, 刘佳荟, 郭晓江, 董慧雪, 祁鹏飞, 王际睿. 小麦发芽对面粉质量与加工产品品质的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1267-1280. |
[15] | 高晨凯, 刘水苗, 李煜铭, 赵志恒, 邵京, 于昊琳, 吴鹏年, 王艳丽, 关小康, 王同朝, 温鹏飞. 冬小麦水分利用效率相关驱动因子及其预测模型构建[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1281-1294. |
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