麦茬土壤残留氮对夏大豆根瘤、根系发育及产量的影响OA北大核心CSTPCD

【目的】研究黄淮海平原冬小麦-夏大豆轮作制度麦茬土壤残留氮对后茬大豆土壤硝态氮含量与分布的影响,明晰大豆季土壤硝态氮动态变化与根瘤、根系发育的相互关系,揭示麦茬残留氮和大豆季土壤氮动态变化对大豆产量的影响途径。【方法】根据黄淮海一年两熟区麦茬土壤残留氮水平,设置土壤硝态氮含量为5.25 mg·kg^(-1)(N_(5))、10.00 mg·kg^(-1)(N_(10))、20.00 mg·kg^(-1)(N_(20))、40.00 mg·kg^(-1)(N_(40))和60.00 mg·kg^(-1)(N_(60))共5个残留氮水平,于2021—2022年连续两年开展田间微区模拟试验。于大豆播前、六叶期、盛花期和鼓粒初期测定根层(0—40 cm)土壤硝态氮含量,六叶期和鼓粒初期分析大豆地上部和地下部生物量、根瘤干重以及根系构型指标,收获季全小区测产计算大豆产量。【结果】残留氮增加大豆季土壤硝态氮含量,且随降雨迅速下移,2021和2022年处理间根层土壤硝态氮含量差异分别延续至鼓粒初期和六叶期。2021年大豆六叶期各处理根层土壤硝态氮含量分别为23.44—24.42、24.98—28.07、16.99—28.21、23.81—45.34、33.37—53.78 mg·kg^(-1);2022年分别为7.63—7.84、8.02—8.86、8.32—8.71、9.43—10.01、15.40—17.92 mg·kg^(-1)。在大豆生育期内,六叶期的根层土壤硝态氮含量与大豆产量显著相关,土壤硝态氮含量17.83—40.33 mg·kg^(-1)时大豆产量随其升高而增加;7.63—17.83或40.33—53.78 mg·kg^(-1)时产量随其升高而降低;7.63或40.33 mg·kg^(-1)时产量最高。六叶期,根层土壤硝态氮含量增加提高地上部生物量、根系面积和根系宽度,但降低地下部生物量、根瘤干重、侧根数和根尖数。鼓粒初期,地上部生物量、根表面积、根系宽度和根尖数仍受六叶期根层土壤硝态氮含量的影响,随其升高而呈现先降低后升高再降低的变化趋势。受六叶期根层土壤硝态氮含量显著影响的根瘤和根系指标中,根瘤干重、根表面积、根系宽度和根尖数是影响大豆产量的主要因素。【结论】麦茬土壤残留氮在时间和空间上持续影响后茬大豆季土壤氮水平,并通过影响大豆关键生育时期(六叶期)的根层土壤硝态氮含量调节大豆根瘤和根系发育,进而影响其地上部生物量及产量。建议根据残留氮水平适量、适期施氮,控制麦茬大豆苗期根层硝态氮含量7.63或40.33 mg·kg^(-1),以提升氮肥利用效率、获得较高产量。