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华北典型城郊夏玉米大豆间作模式经济与环境效应研究

张亦涛  
【摘要】:华北城郊旱作大田夏播种植较单一,以玉米单作为主,平均亩产550kg,施氮量却高达375kg.hm~(-2),致使土壤硝态氮大量残留,硝酸盐淋溶风险较大;单作种植影响了生态系统伴生生物的组成和丰富度,导致土壤生物种类减少、生物多样性较差;长期单一的玉米单作也造成土地光热资源浪费,生态系统抗逆性降低。此外,城郊地区地理位置优越,但土地成本较高,除以传统的大田作物种植为主外,还有大量的设施蔬菜种植区和肉奶畜禽养殖场,而农作物可为畜禽养殖提供必要的饲料,尤其是玉米灌浆期以后的秸秆均可做青储饲料,籽粒也是重要的饲料原料。 针对上述问题,为筛选兼顾经济和环境效益的夏玉米间作模式,于2010年6月至2011年6月在华北城郊典型旱作大田,进行了玉米单作、大豆单作、小豆单作、玉米‖大豆和玉米‖小豆对比研究;2012年6月至10月,为实现夏玉米间作经济环境效益最大化,并便于机械化操作,确定间作体系条带配比,设置玉米单作、大豆单作、2:6玉米‖大豆、4:6玉米‖大豆和6:6玉米‖大豆5个处理,开展田间监测试验。结论如下: (1)玉米‖大豆是兼顾经济和环境效益的夏玉米间作模式。玉米‖大豆模式的经济效益最高,达到19,049元.hm~(-2),高出玉米单作2,054.62元.hm~(-2);其土地当量比大于1,间作优势明显,增产率达27%;该模式的作物吸氮能力最强,吸氮量达到276.67kg.hm~(-2),高出玉米单作6.17kg.hm~(-2);其土壤(0~200cm)硝态氮残留量低,相对传统的玉米单作,降低了56.66kg.hm~(-2)。夏播玉米‖大豆有效提高了后茬冬小麦产量、生物量和吸氮量,相对其他处理,籽粒产量、秸秆产量和吸氮量分别高出135~197kg.hm~(-2)、153~673kg.hm~(-2)和0.63~5.29kg.hm~(-2);其后茬(0~200cm)土壤硝态氮残留相对玉米单作降低了10.51%。 (2)4:6玉米‖大豆:即4行玉米与6行大豆组成的间作单元能有效利用光热,提高经济效益和吸氮量,降低土壤硝态氮残留,是兼顾经济与环境效益的间作条带配比。4:6玉米‖大豆各时期玉米光合特性普遍提高;相对单作玉米和6:6玉米‖大豆,抽雄期玉米净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率分别提高了1.02~1.84mmol.m-2.s~(-1)、0.02~0.04mmol.m-2.s~(-1)、2.08~4.24mmol.mol-1、0.37~1.56mol.m-2.s~(-1),灌浆期分别提高了0.30~1.10mmol.m-2.s~(-1)、0.01mmol.m-2.s~(-1)、2.12~6.69mmol.mol-1、0.13~0.30mol.m-2.s~(-1);但各指标高于或略低于2:6玉米‖大豆的玉米。4:6玉米‖大豆明显提高了经济效益,相对2:6玉米‖大豆、6:6玉米‖大豆,分别提高了1,618元.hm~(-2)、1,098元.hm~(-2);其作物吸氮量最高,达257.97kg.hm~(-2),高出其他处理0.20~98.29kg.hm~(-2);其土壤(0~40cm)硝态氮残留量较少,相对单作玉米、6:6玉米‖大豆分别降低了21.82kg.hm~(-2)、6.18kg.hm~(-2),但高于2:6玉米‖大豆4.53kg.hm~(-2)。


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