论文部分内容阅读
农业生态系统是受土地管理和人类影响的复杂系统,良好的构成结构是农业生态系统可持续发展的先决条件。在农业生产过程中,施用氮肥能提高农作物生产能力,增加产量。但因氮肥的过量施用导致氮素流失,从而引发较为严重的生态问题。为实现农作物高产并减少施用化肥引发的环境污染问题,人们愈发重视减量施氮的研究。在本研究中,研究玉米大豆带状套作（IMS）系统,以玉米单作（MM）和大豆单作（SS）为对照,采用三种水平的氮肥:常量施氮（CN）、减量施氮（RN）和不施氮（NN）。试验分析了不同种植栽培模式和不同施氮量下的产量、干物质积累、养分积累等的变化。研究不同种植栽培模式下系统物质流动,并采用能流分析方法、能值分析方法评价系统环境经济效益,为优化玉米、大豆带状套作模式及施用氮肥管理提供理论依据。主要研究结果如下:1.在不同施氮水平处理下,玉米大豆带状套作（IMS）系统的土地当量比（LER）分别为1.84（NN）、1.66（RN）、1.89（CN）,LER均＞1,表现为套作优势。在不施氮（NN）、减量施氮（RN）、常量施氮（CN）水平处理下,玉米带状套作（IM）比玉米单作（MM）产量分别增加-11.49%、-13.62%、9.66%。而大豆带状套作（IS）比大豆单作（SS）产量降低6.89%、28.28%、27.44%。干物质积累量变化与产量变化相同。2.在相同施氮水平处理下,玉米带状套作（IM）与玉米单作（MM）相比,玉米中碳含量在不施氮（NN）、减量施氮（RN）和常量施氮（CN）处理中,分别提高了1.29%、-8.40%、-0.29%。而大豆带状套作（IS）与大豆单作（SS）相比,大豆碳含量分别降低了26.17%、14.62%、0.82%。玉米中氮含量在不施氮（NN）、减量施氮（RN）和常量施氮（CN）处理中,分别提高了13.53%、-6.71%、10.40%。而大豆带状套作（IS）与大豆单作（SS）相比,大豆氮含量分别降低了26.40%、29.18%、11.97%。玉米中磷含量在不施氮（NN）、减量施氮（RN）和常量施氮（CN）处理中,分别降低了8.33%、3.52%、17.62%。而大豆带状套作（IS）与大豆单作（SS）相比,大豆磷含量分别降低了34.83%、30.95%、8.95%。玉米中钾含量在不施氮（NN）、减量施氮（RN）和常量施氮（CN）处理中,分别提高了20.62%、-4.58%、6.85%。而大豆带状套作（IS）与大豆单作（SS）相比,大豆钾含量分别降低了16.54%、13.19%、3.36%。在三种栽培模式中,玉米单作模式在减量施氮条件下和带状套作模式、大豆单作模式中氮、钾产投比＞1,呈现亏损状态,而磷产投比＜1,呈现盈余状态。但在玉米单作模式常量施氮条件下,钾产投比＞1,呈现亏损状态,而氮、磷产投比＜1,呈现盈余状态。3.在玉米带状套作（IM）和玉米单作（MM）栽培模式下,玉米能量产出表现为减量施氮（RN）优于常量施氮（CN）优于不施氮（NN）;在大豆带状套作（IS）模式和大豆单作（SS）模式中,则表现为常量施氮（CN）优于减量施氮（RN）优于不施氮（NN）。在不同施氮水平处理下,IMS与MM、SS中能量产投比表现均为不施氮（NN）高于减量施氮（RN）高于常量施氮（CN）。在同一栽培模式下,减量施氮（RN）的能量产投比和能流循环指数均优于常量施氮（CN）。光能利用率在IMS和SS中,呈现CN优于RN优于NN,但在MM中呈现为RN优于CN优于NN。4.在玉米单作（MM）栽培模式下,能值产出表现为减量施氮（RN）优于常量施氮（CN）优于不施氮（NN）;在玉米大豆带状套作（IMS）模式和大豆单作（SS）模式中,则表现为常量施氮（CN）优于减量施氮（RN）优于不施氮（NN）。而在相同施氮水平下,则表现为玉米大豆带状套作（IMS）模式高于大豆单作（SS）、玉米单作（MM）。宏观经济价值表现相同。减量施氮（RN）相较于常量施氮（CN）降低了系统的能值投入,相较于不施氮（NN）提高了能值产出。减量施氮（RN）提高了宏观经济价值,降低了环境负载率。玉米相较于大豆环境负载率较高,能值产出率较低。从经济效益来说,带状套作栽培模式优于单作模式,且适当减少氮肥的施用,在一定空间内增加大豆种植面积或种植密度,以此提高玉米大豆带状套作模式的经济效益。5.在相同栽培模式中,常量施氮（CN）、减量施氮（RN）的产值均高于不施氮（NN）。在玉米大豆带状套作（IMS）、玉米单作（MM）及大豆单作（SS）模式中,净利润也是如此。而在产投比中,则出现不施氮（NN）处理下高于常量施氮（CN）和减量施氮（RN）的情况,因氮肥的投入在整个生产系统中,占较大的生产成本,且未考虑氮肥对环境的危害。在增施氮肥条件下,减量施氮（RN）产投比均高于常量施氮（CN）,减量施氮（RN）有助于提高玉米大豆带状套作栽培模式的经济效益。