张文霞，李盼，殷文，陈桂平，樊志龙，胡发龙，范虹，何蔚

麦后复种绿肥及配施不同水平氮肥对小麦产量、品质及氮素利用的影响

张文霞，李盼，殷文，陈桂平，樊志龙，胡发龙，范虹，何蔚

甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室，兰州 730070

【目的】针对甘肃省河西地区春小麦种植氮肥投入量大、肥源单一、氮素利用率低及小麦品质差的问题，探究适宜的绿肥与减量配施氮肥的栽培技术对春小麦籽粒产量、品质及氮素吸收利用的影响，以期为河西灌区春小麦高产、优质和绿色生产方式提供理论依据。【方法】试验于2019—2021年在甘肃武威河西绿洲灌区进行，试验采用裂区设计方法，主区设单作小麦（W）和麦后复种豆科绿肥（W-G）两种种植模式；副区为5种施氮水平：农户传统施氮100% N肥（180 kg·hm-2，N4）、传统施氮的85% N肥（N3）、传统施氮的70% N肥（N2）、传统施氮的55% N肥（N1）及不施氮肥（N0）。【结果】麦后复种绿肥结合施氮85%（W-G-N3）可显著提高小麦籽粒和生物产量，W-G-N3较单作小麦模式下施氮85%（W-N3）和传统施氮（W-N4）籽粒产量分别提高16.7%—18.4%和13.6%—34.4%，W-G-N3较W-N3与W-N4生物产量分别提高11.3%（2020）与5.2%—11.6%（2020—2021），籽粒产量提高幅度大于生物产量，因而，W-G-N3处理具有较高的收获指数，较W-N3和W-N4收获指数分别提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。同时，W-G-N3可通过增加籽粒蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量改善营养品质，其中W-G-N3较W-N3蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量分别提高12.3%—16.1%、28.7%—47.2%和10.7%—11.1%；W-G-N3较W-N4蛋白质含量提高8.9%—12.4%，但W-G-N3与W-N4处理沉降值和湿面筋含量差异不显著。此外，W-G-N3较W-N3和W-N4有利于促进小麦吸收氮素及转化为籽粒产量，其中植株吸氮量分别提高42.2%—58.9%和35.2%—45.0%，氮肥利用率分别提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%，氮肥偏生产力分别提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%；W-G-N3处理也可补偿减氮造成的氮肥农学效率的降低，较W-G-N4氮肥农学效率提高74.2%—80.0%。相关分析表明，麦后复种绿肥配合适量减氮通过促进氮素吸收利用而增加籽粒产量，同时又可显著改善籽粒营养品质。【结论】麦后复种绿肥结合传统施氮量的85%（153 kg·hm-2）模式是河西绿洲灌区增加春小麦产量、改善籽粒品质和提高氮肥利用效率的适宜种植模式和施氮水平。

绿肥还田；施氮水平；籽粒产量；营养品质；氮素利用

0 引言

【研究意义】小麦（）作为我国重要的粮食作物之一，其产量和品质对粮食安全具有极其重要的作用，也是保证社会稳定及经济发展的根本[1]。随着人口增加及人民生活水平的提高，高产优质小麦的需求不断增加。目前，增加小麦产量主要源于氮肥的大量投入，但易造成氮肥利用率较低[2]。因此，研发增产稳产及提质增效的小麦栽培技术十分必要。【前人研究进展】小麦产量与品质不仅受自然环境与品种遗传特性控制，还与合理的耕作制度、水肥管理、种植密度和覆盖方式等农艺措施密切相关[3-4]。在众多因素中，施氮对小麦产量、品质以及氮素利用效率具有明显的调控作用[5-6]。研究发现，酰胺态氮肥在高氮（225 kg·hm-2）条件下能显著提高小麦籽粒产量，同时又可促进籽粒品质提升，尤其提高籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值等指标[7]；相反，不合理施用氮肥会导致小麦籽粒产量、加工品质以及营养品质的下降，当施氮总量超过240 kg·hm-2时，植株吸氮量不再增加，导致氮素利用率下降[8-9]。长期施用大量化学肥料会造成土壤氮素资源的浪费，致使耕地质量不断恶化，给农田生态环境带来巨大破坏[5,10]。因此，在保证小麦产量与稳定营养品质的基础上，合理地减少化学氮肥的施用，对于小麦生产具有重要意义。众多研究表明，复种翻压绿肥可使土壤中腐殖质含量增加，显著提高土壤微生物数量、酶活性以及有机质含量[11-13]，同时，豆科绿肥具有较好的固氮作用，可显著提高土壤中氮素含量[14]。此外，有研究表明绿肥还田能够促进作物生长发育，可显著提高产量且利于改善作物品质[15-16]。在传统单作小麦模式的基础上，小麦收获后复种豆科绿肥可有效为后茬作物提供养分，在保障农田肥力的前提下，又可减少化学氮肥的投入，实现产量和品质的协同提升，从而达到节本增效及改善环境的目的[17]。【本研究切入点】西北河西绿洲灌区光热资源丰富，且降水主要集中在7—9月份，麦后休闲期长，造成自然资源严重浪费，而针对该地区集成绿肥的栽培技术研究以提高主栽作物产量及光热资源利用为主[14,17]。在化学氮肥配施绿肥的研究中，前人以关注作物生产力、生理特性及农田土壤质量等方面的表现为主[13-14]，对复种绿肥调控小麦籽粒产量、品质和氮素吸收利用单一研究较多[18-19]，但对其同步增产、提质及增效研究不足，因此，需要进一步优化栽培技术，挖掘同步增加产量、提升品质以及提高氮素利用的潜力。【拟解决的关键问题】在河西绿洲灌区单作小麦的基础上，设置麦后复种豆科绿肥毛叶苕子（）和夏季休闲两种种植模式，系统研究麦后复种绿肥与不同施氮水平对小麦籽粒产量、品质及氮素吸收利用的影响，为增产稳产及提质增效的小麦栽培提供理论依据及技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

于2018年在甘肃省武威市黄羊镇甘肃农业大学绿洲农业试验基地进行田间定位试验。该基地隶属甘肃河西走廊东端，属温带大陆性干旱气候，年平均气温7.2 ℃，年均≥10 ℃积温约2 985 ℃，年均太阳辐射达6 000 MJ·m-2，适宜种植春小麦，麦后农田休闲期长，可复种豆科绿肥。土壤类型为灌漠土，0—30 cm土层土壤pH 8.2、土壤容重1.57 g·cm-3、有机质含量12.5 g·kg-1、全氮含量0.68 g·kg-1、铵态氮含量1.87 mg·kg-1、硝态氮含量12.51 mg·kg-1、全磷（P2O5）含量1.41 g·kg-1、速效磷含量29.2 mg·kg-1、速效钾含量152 mg·kg-1。试验年份春小麦生育期内降水及气温状况如图1。该地区小麦多采用传统单作模式，以施用大量化学氮肥为主要增产方式，但长期施肥造成籽粒产量、品质和氮素利用效率下降以及农田土壤退化愈发严重。

图1 2020和2021年试验区小麦生育期内降水量和气温变化

1.2 试验设计

2018年度开展预备试验，本文采用2020年和2021年小麦生长季的试验数据。试验采用裂区设计，主区为两种不同的种植模式，即麦后复种绿肥处理（W-G）与单作小麦处理（W）。副区为5个施氮水平：100% N肥（N4）、不施氮肥（N0）、55% N肥（N1）、70% N肥（N2）、85% N肥（N3），其中100% N肥为传统小麦施氮水平180 kg·hm-2；共计10个处理，3次重复，即30个小区，小区面积为44 m2（8 m×5.5 m）。

小麦品种为宁春4号，绿肥采用毛叶苕子，品种为土库曼苕子。小麦播种密度为675万粒/hm2，条播，行距15 cm；毛叶苕子播种量为25 kg·hm-2，条播，行距15 cm。2020与2021年小麦播种时间分别为3月20日与3月17日，收获时间分别为7月23日与7月26日；2019与2020年绿肥播种时间分别为8月1日与7月31日，翻压还田时间分别为10月19日与10月21日。小麦收获后移除小麦秸秆并立即整理土地播种绿肥，并于10月中下旬采用秸秆还田机全量粉碎还田并旋耕。

施P肥和灌水制度与地方高产田保持一致，即小麦生育期施P2O590 kg·hm-2，全作基肥；采用统一灌水水平，灌水方式为滴灌，冬储灌1 200 m3·hm-2，春小麦在苗期、孕穗期、灌浆期分别灌水750、900、750 m3·hm-2，麦后复种毛叶苕子苗期、分枝期、现蕾前期分别灌水500、500、600 m3·hm-2。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 小麦产量 小麦成熟期每个小区取4 m×1.5 m样方单独收割测产，风干后计算单位面积生物产量并进行脱粒称重，采用PM 8188型谷物水分测定仪测定籽粒含水率，重复5次并取其平均值，按13%籽粒含水量折合计算单位面积籽粒产量[19]，并计算收获指数：收获指数=籽粒产量/生物产量。

1.3.2 小麦籽粒品质相关指标测定 采用FOSS近红外品质分析仪NIRS DS 2500进行小麦籽粒容重、硬度、降落数值、淀粉含量、蛋白质含量、灰分含量、沉降值以及湿面筋含量等指标的测定。

1.3.3 小麦氮素含量测定与氮素利用相关指标计算 小麦成熟期按每小区随机取样20株（不包括根系），在105 ℃烘箱中30 min杀青，然后调至80 ℃恒温连续烘干至恒重，称重后用粉碎机粉碎过0.2 mm筛，后装入带标号的自封袋中带回实验室，取已粉碎制好的植株样品采用全自动碳氮分析仪测定各植株氮素含量（%），计算公式如下[20-21]：植株吸氮量（kg·hm-2）=植株干重×含氮量；氮肥利用率（NUE，%）=（施氮区地上部吸氮量-对照区地上部吸氮量）/施氮量×100；氮肥偏生产力（NPFP，kg·kg-1）=施氮肥区小麦籽粒产量/施氮量；氮肥农学效率（NAE，kg·kg-1）=（施氮肥区小麦籽粒产量-不施氮肥区小麦籽粒产量）/施氮量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2019和Origin 2021整理、汇总数据并制作图表，SPSS 19.0进行方差分析（two-way ANOVA）、显著性检验（Duncan法，＜0.05）和相关性分析（Person法）。

2 结果

2.1 麦后复种绿肥和不同施氮水平对小麦产量和收获指数的影响

2.1.1 籽粒产量 不同种植模式、施氮水平下小麦籽粒产量在两个试验年份间存在显著差异，但二者交互作用对籽粒产量无显著影响（图2）。麦后复种绿肥（W-G）较单作模式（W）籽粒产量提高11.4%—17.4%；适量减氮（传统施氮的85% N肥）具有较高的籽粒产量，其中施氮85%（N3）较施氮55%（N1）和施氮70%（N2）籽粒分别增产22.4%—37.1%和16.5%—18.9%。麦后复种绿肥结合施氮85%（W-G-N3）较单作小麦模式下施氮55%（W-N1）、施氮70%（W-N2）、施氮85%（W-N3）和传统施氮（W-N4）处理的籽粒产量分别提高37.3%—51.5%、35.7%—38.2%、16.7%—18.4%和13.6%—34.4%。因此，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%的条件下仍可实现小麦增产的目标。

2.1.2 生物产量 种植模式、施氮水平及二者交互作用对小麦的生物产量影响较显著（图2）。两个试验年度中，W-G较W生物产量提高10.8%—13.8%。N3较N0、N1、N2生物产量分别提高51.9%—55.4%、11.6%—13.4%与5.7%—9.7%，但N3与N4间生物产量差异不显著。与W-N4相比，W-G-N3生物产量提高5.2%—11.6%。2020年，W-G-N3较W-N3生物产量提高11.3%，而2021年差异不显著。可见，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%的条件可有效增加地上部生物产量，利于增强小麦增产潜力。

2.1.3 收获指数 种植模式对小麦收获指数影响不显著，但施氮水平及其与种植模式二者交互作用对小麦收获指数影响显著（图2）。N3较N0、N1、N2和N4小麦收获指数分别提高19.2%—22.6%、7.7%— 22.7%、6.1%—12.3%和5.8%—6.8%，而W-G与W间收获指数无显著差异。与W-N3和W-N4处理相比，W-G-N3收获指数分别提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。因此，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%的条件可促进河西绿洲灌区小麦光合同化物运转与分配而获得较高的收获指数。

2.2 麦后复种绿肥和不同施氮水平对小麦籽粒品质的影响

种植模式对小麦灰分含量和硬度无显著影响，但施氮水平以及其与种植模式二者的交互作用对灰分含量和硬度影响较显著（表1）。两年间，适量减施氮肥（N3）的籽粒具有较高的灰分含量和硬度，N3较N0、N1、N2灰分含量分别提高14.5%—18.7%、11.4%—12.2%、4.4%—8.3%，硬度分别提高7.5%— 19.2%、2.0%—3.7%、3.1%—3.7%；而W-G与W的灰分含量和硬度差异不显著。W-G-N3较W-N0、W-N1和W-N2处理的籽粒灰分含量分别提高6.4%—8.2%、2.0%—9.7%、6.4%—6.8%，W-G-N3较W-N0、W-N1处理的小麦硬度分别提高15.8%—19.8%、14.9%— 18.7%，而W-G-N3与W-N3处理间灰分含量和硬度差异不显著。

W-G和W代表小麦复种绿肥和单作小麦；N0、N1、N2、N3和N4处理依次为不施氮、农户传统施氮的55%、70%、85%和100% N肥。同一年份不同字母表示处理间在P＜0.05水平差异显著。下同

种植模式、施氮水平对小麦籽粒湿面筋含量和沉降值影响显著，但二者的交互作用对湿面筋含量和沉降值影响不显著（表1）。2021年，W-G的籽粒具有较高的湿面筋含量和沉降值，较W分别提高9.8%和45.7%，而2020年W-G与W的湿面筋含量和沉降值差异不显著；同时N3较N0、N1、N2和N4的湿面筋含量分别提高31.0%—34.6%、21.3%—25.7%、16.7%— 26.0%和14.4%—17.2%，N3较N0、N1和N2的沉降值分别提高67.3%—78.2%、44.2%—59.4%和8.0%— 28.7%。W-G-N3较W-N1、W-N2和W-N3处理的沉降值分别提高76.1%—84.8%、85.7%—59.0%和28.7%— 47.2%，湿面筋含量分别提高27.2%—34.4%、19.3%— 46.0%和10.7%—11.1%，但W-G-N3与W-N4处理间湿面筋含量和沉降值差异不显著。

种植模式、施氮水平以及二者的交互作用对小麦籽粒蛋白质含量影响显著，但种植模式和施氮水平以及二者交互作用对降落数值、容重和淀粉含量影响不显著（表1）。两试验年份中，W-G较W小麦籽粒蛋白质含量提高3.3%—8.2%，N3较N0、N1、N2和N4分别提高24.3%—25.3%、17.3%—18.3%、13.3%— 19.0%和8.9%—10.1%。W-G-N3有利于提高小麦籽粒蛋白质含量，较W-N3和W-N4处理分别提高12.3%—16.1%和8.9%—12.4%；而W-G-N3与W-N3处理间降落数值、容重和淀粉含量差异不显著。

上述结果表明，麦后复种绿肥可使得小麦籽粒灰分含量、硬度、降落数值、容重和淀粉含量保持稳定，而湿面筋含量、沉降值和蛋白质含量进一步提高，其中以W-G-N3调优效应突出。因此，麦后复种绿肥配套传统施氮量的85%是河西绿洲灌区改善小麦籽粒品质的可行措施。

表1 不同种植模式及施氮水平下小麦籽粒品质的差异

**和*分别表示在0.01和0.05概率水平下显著；NS表示差异不显著。同列数据后不同小写字母表示同一年中处理间在＜0.05水平差异显著

** and * indicate significance at 0.01 and 0.05 probability levels, respectively; NS indicates non-significant difference. Different lowercase letters after the data in the same column indicate significant differences among treatments at＜0.05 level in the same year

2.3 麦后复种绿肥和不同施氮水平对小麦氮素吸收利用的影响

2.3.1 植株吸氮量 种植模式、施氮水平以及二者的交互作用均对小麦植株吸氮量影响显著（图3）。与W相比，W-G的植株吸氮量提高45.1%—48.1%；N3较N1和N2的植株吸氮量分别提高29.7%—30.3%和11.9%—16.7%，而N3与N4无显著差异。W-G-N3处理可显著提高植株吸氮量，较W-N2、W-N3和W-N4处理分别提高61.1%—76.0%、42.2%—58.9%和35.2% —45.0%。说明麦后复种绿肥配套传统施氮量的85%可促进小麦对氮素的吸收利用。

图3 麦后复种绿肥对减氮小麦植株吸氮量的影响

2.3.2 氮肥利用效率 种植模式、施氮水平均对小麦氮肥利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率影响显著，但二者的交互作用对氮肥利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率并无显著影响（图4）。W-G较W小麦氮肥利用率和氮肥偏生产力分别提高7.7%—11.0%和7.7%—11.9%，而氮肥农学效率降低34.2%—44.7%。两年中，N3较N2氮肥利用率提高5.8%—18.0%，而2020年N3与N4无显著差异，2021年N3较N4提高8.7%；N3较N4氮肥偏生产力提高14.0%—37.0%，较N2降低2.1%—3.2%；N3较N2、N4氮肥农学效率分别提高26.5%—28.7%、40.8%—45.6%。W-G-N3较W-N3和W-N4处理氮肥利用率分别提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%，氮肥偏生产力分别提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%，氮肥农学效率分别降低25.2%— 29.9%和3.0%—14.3%，但W-G-N3较W-G-N4氮肥农学效率提高74.2%—80.0%。由此表明，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%的条件不仅可以促进小麦从土壤中吸收相对较高的氮素，还可以将吸收的氮素更好地转化为籽粒产量。

2.4 小麦籽粒产量、品质和氮素利用的相关性分析

不同种植模式和施氮水平对小麦籽粒硬度、蛋白质含量、灰分含量、沉降值和湿面筋含量具有显著影响（表2）。基于两年数据，综合小麦的籽粒产量、硬度、蛋白质含量、灰分含量、沉降值、湿面筋含量和植株吸氮量、氮肥利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率指标进行相关性分析。籽粒产量与籽粒硬度、蛋白质含量、灰分含量、沉降值和湿面筋含量均呈显著的正相关关系，说明麦后复种绿肥结合适量减施氮肥在获得较高产量的基础上可改善籽粒品质，利于实现小麦高产、优质。小麦植株吸氮量和氮肥利用率不仅与籽粒产量呈显著正相关，而且与籽粒硬度、蛋白质含量、灰分含量、沉降值和湿面筋含量也呈显著正相关；氮肥偏生产力与硬度呈显著负相关，而氮肥农学效率与硬度呈显著正相关。可见，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%可通过促进小麦对氮素的吸收利用，提高小麦产量并改善籽粒品质，进而达到节氮增效的作用。

3 讨论

3.1 复种绿肥及适量减氮对小麦产量的影响

栽培措施是影响作物生长发育的重要因素，可通过采用适宜的种植模式、合理的施氮水平，优化农艺管理措施，改善农田生态环境，来保证作物的产量和品质[22-23]。黄明等研究发现，合理施用氮肥可显著提高小麦籽粒产量、生物产量和收获指数[24]，这与本研究结果一致。由于豆科绿肥有较好的养分供应能力，利于作物正常生长，尤其当化学肥料和豆科绿肥通过一定比例配合施用可有效促进作物对养分吸收利用，从而为实现稳产高产奠定基础[25]。本研究表明，麦后复种绿肥配施85%氮肥处理具有显著增产优势，其原因在于，第一，豆科绿肥毛叶苕子与根瘤菌共生固氮，弥补了土壤中的氮素含量[24]，进而促进小麦生长期的氮素持续供应[26]，保证小麦营养生长的高效进行，利于穗部籽粒的形成和灌浆[27]，从而促进作物高产，同时又减少了部分化学氮肥的投入[28]；第二，豆科绿肥翻压还田可显著提高土壤有机质含量，促进土壤中微生物和生物酶对营养物质的分解与释放，进而调节土壤理化性质，持续增加土壤中的有效养分，使得小麦生长阶段对养分的需求得到保证[29]；第三，绿肥和无机氮肥合理配施，能充分利用无机氮肥快速释放养分和绿肥保肥缓释的优点，提升土壤肥力，同时，小麦生长期有充足的氮肥供应得以保证，进而促使小麦高产[30]。苟志文等通过长期田间定位试验发现，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%显著提高了小麦的单位面积穗数和千粒重[14,31]，说明籽粒增产主要源于小麦单位面积穗数和千粒重的协同提高。因此，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%的生产模式在河西绿洲灌区能够显著提高小麦籽粒产量和生物产量，因而获得较高的收获指数，利于节氮增产。

图4 麦后复种绿肥对减氮小麦氮肥利用效率的影响

表2 不同种植模式及施氮水平下小麦籽粒产量、品质和氮素利用的相关性

GY、H、PC、AC、SV、WGC、NU、NUE、NPFP和NAE分别表示小麦的籽粒产量、硬度、蛋白质含量、灰分含量、沉降值、湿面筋含量和植株吸氮量、氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率指标。**和*分别表示在0.01和0.05水平相关性显著

GY, H, PC, AC, SV, WGC, NU, NUE, NPFP, and NAE represent grain yield, hardness, protein content, ash content, sedimentation value, wet gluten content, and N uptake, N fertilizer use efficiency, N fertilizer partial factor productivity, and N fertilizer agronomic efficiency indexes of wheat, respectively. ** and * indicate significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively

3.2 复种绿肥及适量减氮对小麦籽粒品质的影响

氮肥对小麦籽粒品质具有很大影响，合理施用氮肥对小麦籽粒品质的形成有明显的调节作用[24]。在对小麦籽粒品质进行综合评定时，一般以籽粒蛋白质含量、沉降值及湿面筋含量为主要的品质指标[32]。研究表明，施氮量对不同品种小麦的蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值具有显著影响[33]。氮素是决定蛋白质含量的基础，氮素供应不足，会延长氮素在植株体内转运时间，从而降低籽粒蛋白质含量[34]。唐继伟等研究表明，高氮量处理（＞120 kg·hm-2）可显著增加籽粒蛋白质和湿面筋含量[35]，这与本研究结果基本一致，而本研究发现，传统单作小麦模式减施氮肥会使小麦籽粒品质降低，而麦后复种绿肥及减氮15%模式可显著弥补减施氮肥对小麦籽粒品质带来的不利影响，在维持籽粒灰分含量、硬度、降落数值、容重和淀粉含量稳定的基础上，使得籽粒湿面筋含量、沉降值和蛋白质含量进一步提高，从而改善小麦籽粒品质，其原因可能是，第一，种植绿肥可以改善土壤氮素供应过程，为小麦的生长持续提供养分，从而提高小麦籽粒的品质[36]；第二，绿肥具有固氮作用，有效调节土壤中氮素的储存与供应，为后茬小麦提供部分氮素养分，同时弥补传统单作模式下减少氮肥用量造成的品质下降，保证小麦籽粒品质提升[37]，同时减少化学肥料投入；第三，绿肥在改善土壤氮库的同时，也改善了碳库，以及部分磷、钾和其他中微量元素等养分，从而促进了小麦生长和养分吸收，提高了小麦品质[38]。同时，本研究发现，小麦产量指标与籽粒品质指标（硬度、蛋白质含量、灰分含量、沉降值和湿面筋含量）呈显著的正相关关系，说明在合理减少化学氮肥施入的基础上，麦后复种豆科绿肥有利于小麦增产提质。

3.3 绿肥还田及适量减氮对小麦氮素吸收利用的影响

氮素有利于作物产量的形成以及实现高产，种植豆科绿肥能够通过生物固氮提高土壤氮素含量[20]。因此，绿肥翻压还田有助于提高土壤氮含量，进而达到培肥地力的作用。汝晨等[39]研究发现，随着施氮量的增加，小麦氮素的吸收量也显著提高，增加施氮量可以增加小麦植株营养器官中的氮素留存量。张向前等[20]研究表明，麦后复种绿肥并全量翻压较不复种绿肥翻耕处理的玉米氮素利用率和氮肥偏生产力提高。氮肥农学效率是反映单位施氮量作物增产能力的重要指标，适量施用氮肥能显著提高作物产量，又可获得较高的氮肥农学效率[40]。张磊等[41]研究表明，在减施氮20%—40%条件下，种植豆科绿肥能够显著提高水稻氮肥农学效率。本研究表明，麦后复种绿肥并全量翻压可显著提高小麦氮肥利用效率，且能替代部分化学氮肥进行氮素供给，尤其在传统施化学氮肥85%的基础上，小麦氮肥利用率和氮肥偏生产力显著提高，这与前人研究结果基本一致[19]。主要原因是，当季小麦收获后复种绿肥并全量翻压，不仅能在一定程度上有效提高土壤中氮素含量，还能避免无机氮素无效损失[42]；同时，豆科绿肥可大量固氮，向土壤中储存大量的氮素，当小麦对氮素的需求量增加时，土壤中的氮素通过微生物进行转化释放，满足小麦生长发育需求，从而有效提高氮肥利用率[43]；相对充足的养分供应可有效提高小麦籽粒产量[26]，进而提高氮肥偏生产力，但其氮肥农学效率降低，其原因可能为绿肥翻压后其所含的养分可以快速释放到土壤中，补充土壤养分[44]，进而结合所施入的化学氮肥，保证作物生长所需的养分供应，使得传统不施氮处理小麦产量低于不施氮复种绿肥处理小麦产量，从而导致氮肥农学效率有所降低。此外，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%模式较麦后复种绿肥配合施100%氮肥模式，氮肥农学效率显著提高，说明在绿肥还田的同时，若投入过量的氮素，反而不利于单位施氮量作物增产能力的提高，因为不合理的施用化学肥料会恶化农田耕地结构，加速养分流失，造成土壤肥力下降，进而导致作物减产[45]。另外，绿肥还田能为微生物创造有利环境，绿肥和适宜的氮肥结合，可优化氮素的供应模式，促进产量形成[46]，进而提高单位施氮量的增产能力。同时，本研究发现，小麦植株吸氮量和氮肥利用率与籽粒产量和籽粒品质指标（蛋白质含量、灰分含量、沉降值、硬度和湿面筋含量）均呈显著正相关关系。因此，在河西绿洲灌区，施用化学氮肥85%的同时搭配麦后复种绿肥模式可显著提高小麦氮素利用效率，同时兼顾优质和高产。

4 结论

麦后复种绿肥种植模式在适量减氮条件下可使春小麦获得较高的籽粒产量和生物产量，因籽粒产量提高幅度大于生物产量而获得较高的收获指数，其中以麦后复种绿肥结合传统施氮量85%（153 kg·hm-2）模式下春小麦增产效果突出。该模式可通过增加小麦籽粒蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量而提升小麦籽粒品质，并有利于促进小麦氮素吸收转化，从而提高植株吸氮量、氮肥利用率和氮肥偏生产力。因此，麦后复种绿肥结合传统施氮量85%是河西绿洲灌区小麦生产中增产、提质以及增效的可行种植模式及施氮水平。

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Effects of multiple green manure After wheat combined with different levels of nitrogen fertilization on wheat yield, grainquality, and nitrogen utilization

ZHANG WenXia, LI Pan, YIN Wen, CHEN GuiPing, FAN ZhiLong, HU FaLong, FAN Hong, HE Wei

College of Agronomy, Gansu Agricultural University/State Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070

【Objective】Aiming at the problems of large nitrogen input, single fertilizer source, low nitrogen utilization rate, and poor quality of wheat in spring wheat cultivation in Hexi areas of Gansu Province, the objective of this study is to explore the effects of suitable green manure and reduced nitrogen fertilizer cultivation techniques on grain yield and quality, and nitrogen absorption and utilization of spring wheat, and to provide a theoretical basis for high yield, high quality, and green production of wheat in Hexi irrigation areas.【Method】A split plot experiment was conducted from 2019 to 2021 in the Hexi oasis irrigation areas of Gansu province. Two cropping patterns of multiple green manure after wheat (W-G) and sole wheat (W) were set in the main plot. There were five N fertilizer levels in the sub-plot: 100% of conventional N fertilizer by the farmer (180 kg·hm-2, N4), 85% of conventional N fertilizer (N3), 70% of conventional N fertilizer (N2), 55% of conventional N fertilizer (N1), and no N fertilizer (N0).【Result】Multiple green manure after wheat combined with 85% N application (W-G-N3) was effectively increased wheat grain yield and biomass. The grain yield of W-G-N3was increased by 16.7%-18.4% and 13.6%-34.4%, respectively, compared with the 85% N application (W-N3) and conventional N application (W-N4) treatments for the sole wheat. The biomass of W-G-N3was increased by 11.3% (2020) and 5.2%-11.6% (2020 to 2021), respectively, compared with the W-N3and W-N4treatments. The increase of grain yield was greater than that of biomass, thus, the W-G-N3treatment had higher harvest index, which was 4.9%-15.9% and 8.0%-20.5% higher than that of W-N3and W-N4treatments. Meanwhile, the W-G-N3treatment improved grain quality of wheat by increasing protein content, sedimentation value, and wet gluten content, among which, the protein content, sedimentation value, and wet gluten content of W-G-N3were increased by 12.3%-16.1%, 28.7%-47.2%, and 10.7%-11.1%, respectively, compared with W-N3; The protein content of W-G-N3was increased by 8.9%-12.4% compared with W-N4, but the differences in sedimentation value and wet gluten content between W-G-N3and W-N4were not significant. In addition, the W-G-N3treatment was beneficial to promote nitrogen uptake and conversion to grain yield in wheat compared with W-N3and W-N4treatments, in which the N uptake was increased by 42.2%-58.9% and 35.2%-45.0%, N use efficiency was increased by 12.0%-20.6% and 5.9%-20.4%, respectively, and N partial factor productivity was increased by 3.6%-18.3% and 28.1%-58.1%, respectively. The W-G-N3treatment could compensate for the reduction of N agronomic efficiency, which was 74.2%-80.0% higher than W-G-N4treatment. The correlation analysis showed that multiple green manure after wheat combined with moderate reduction of N fertilizer increased grain yield by promoting efficient nitrogen uptake and utilization, and also significantly improved grain nutritional quality.【Conclusion】The combination of multiple green manure after wheat with 85% (153 kg·hm-2) nitrogen application is the suitable cropping pattern and nitrogen application level to boost wheat yield, improve wheat grain quality, and increase nitrogen use efficiency in Hexi oasis irrigated areas.

green manure returning to field; nitrogen application level; grain yield; nutritional quality; nitrogen utilization

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.007

2023-01-09；

2023-02-21

国家重点研发计划（2021YFD1700202-02）、国家自然科学基金（32101857，U21A20218）、国家绿肥产业技术体系（CARS-22-G-12）、甘肃省科协青年人才托举工程项目（2020-12）、甘肃农业大学伏羲青年人才项目（Gaufx-03Y10）

张文霞，E-mail：1757948408@qq.com。通信作者殷文，E-mail：yinwen@gsau.edu.cn。通信作者陈桂平，E-mail：chengp@gsau.edu.cn

（责任编辑 杨鑫浩，岳梅）