摘要
冬小麦-夏玉米两熟轮作种植是我国北方重要的种植制度，农田生产持续高度依赖于化肥的使用，已引发了肥料利用效率降低与土壤质量下降的问题。绿肥作物作为一种天然肥源可替代化肥的使用，探索两熟农田的绿肥利用方式对实现稳产减氮非常必要。本研究在典型的麦-玉轮作区关中平原（杨凌）开展试验，设置绿肥小黑豆与夏玉米的4个不同间作处理模式，包括玉米和小黑豆1：1间作（M1S1），2：1间作（M2S1），2：2间作（M2S2）和玉米单作对照（CKM），研究在不改变夏玉米的种植密度情况下，不同间作系统的生产力和间作效应。通过三年的试验得出以下主要结论： （1）与单作相比，M1S1三年内平均稳产率在保持在98.7%，产量构成因素与对照无显著性差异，而M2S1和M2S2三年内表现不同程度的减产，籽粒产量分别降低11.9%-18.5%，7.1%-16.3%，2021-2022年产量构成因素中除百粒重分别显著（p＜0.05）提高了2.0%-3.0%，2.2%-3.4%外，穗行数和行粒数分别显著（p＜0.05）降低了2.0%-5.1%，0.1%-5.1%和3.3%-12.9%，3.8%-10.3%。 （2）间作处理较单作处理显著（p＜0.05）的增加了冠层光能截获（LI），两年试验中M1S1，M2S1和M2S2玉米全生育期光能截获量分别显著（p＜0.05）提高了4.1%-10.6%，17.0%-18.0%，19.0%-29.9%，间作光能截获量随着小黑豆带幅增宽而增加，同时也改变了间作群体中2种作物的光能截获结构，两年试验中间作处理M1S1，M2S1和M2S2的玉米和小黑豆平均光能截获量比值分别为84.4%：15.6%，81.7%：18.3%和70.2%：29.8%，表明随着小黑豆带幅增宽，更多的光能被小黑豆所利用。 （3）间作群体冠层结构的改变显著（p＜0.05）的影响了作物的净光合速率（Pn）。间作构建的宽窄行种植结构处理M2S1和M2S2宽行间作物表现出明显的光合优势，M2S1和M2S2宽行的玉米净光合速率平均较CKM分别显著（p＜0.05）提升了5.6%和19.7%，小黑豆的净光合速率也表现为M2S2＞M2S1＞M1S1，但M2S1和M2S2窄行的玉米净光合速率平均较CKM分别显著（p＜0.05）降低了17.5%和9.8%。 （4）不同间作带型改变了间作群体的根系分布，较单作玉米CKM处理增加了根系长度，影响了土壤速效氮、速效磷含量及含水量。M1S1间作带型在玉米生长期耕层土壤速效养分含量较CKM显著提高（p＜0.05）。间作小黑豆处理较CKM显著（p＜0.05）降低土壤含水量，且间作小黑豆主要利用表层土壤水分。 （5）间作种植冠层及土壤理化性质的改变，不同程度的影响了玉米植株形态建成过程。相较于CKM，M1S1的株高、茎粗、叶面积及干物质积累增长在生长前期较为缓慢，但后期生长无显著性（p＜0.05）差异；而M2S1和M2S2在前期生长速率显著（p＜0.05）提高，后期生长显著（p＜0.05）受到抑制。成熟期全株干物质积累量表现为：M2S1和M2S2的玉米较CKM平均显著（p＜0.05）降低了13.6%和21.9%。（6）玉米小黑豆间作能显著（p＜0.05）提高系统还田养分，间作绿肥小黑豆在 玉米收获期还田干物质及养分显著（p＜0.05）高于单作玉米。M1S1、M2S1和M2S2的平均还田干物质分别较CKM显著提高了50.2%、10.3%和9.7%（p＜0.05），平均还田氮素总量与磷素总量分别较CKM显著提高了182.9%、64.1%和77.8%与223%、75.6%和102.0%（p＜0.05）。 综合考虑玉米产量、土壤水分与养分、群体光能截获及后茬效应，M1S1间作能在保证玉米稳产的前提下，为麦玉轮作体系稳产减氮提供科学依据。
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