覆盖作物对玉米氮肥最佳施用量的影响：基于西部玉米带三年降水变率的研究

本研究通过三年田间试验，系统评估了不同覆盖作物（谷物黑麦、毛苕子及其混作）对玉米氮肥最佳施用量（AONR）的影响。结果表明覆盖作物虽影响氮素供应，但不会降低玉米在AONR下的产量，也不会增加AONR需求。研究强调降水变率是影响AONR和玉米产量的主导因素，为优化氮肥管理提供了重要依据。

　　

覆盖作物对玉米氮肥最佳施用量的影响研究

温度与降水变率

研究在2020-2023年间进行，监测了玉米生长季（5-10月）的温度和降水变化。所有年份月均温均高于30年均值，其中2022年7月温度异常偏高4.1°C。降水方面，2022年生长季降水量仅为30年均值（531mm）的一半（267mm），而2021年（510mm）和2023年（457mm）分别达到正常值的96%和86%。这种显著的降水变率为研究覆盖作物在不同水分条件下的表现提供了天然实验场。

覆盖作物生物量与氮含量特征

研究比较了谷物黑麦（Secale cereale L.）和毛苕子（Vicia villosa Roth）单作及混作的表现。三年数据显示，谷物黑麦生物量普遍高于毛苕子，2021年单作黑麦生物量达7.1 Mg ha^-1，显著高于毛苕子的2.3 Mg ha^-1。值得注意的是，混作体系中黑麦仍占据优势，2023年混作黑麦生物量（4.6 Mg ha^-1）是同期混作毛苕子（0.2 Mg ha^-1）的23倍。碳氮比（C:N）分析显示，谷物黑麦单作C:N为20-23，毛苕子单作为11-13，混作体系为17-18，这种差异预示着不同的氮释放动态。

氮肥最佳施用量的年度变异

研究采用线性平台模型（SSlinp函数）确定农学最佳氮肥施用量（AONR）。在降水接近正常的2021年，混作处理的AONR（188 kg N ha^-1）显著低于无覆盖作物处理（274 kg N ha^-1）。极端干旱的2022年，所有处理的AONR均明显降低，其中无覆盖作物处理的AONR最低（117 kg N ha^-1）。综合分析三年数据发现，谷物黑麦处理在零氮条件下的玉米产量（4.04 Mg ha^-1）显著低于毛苕子处理（6.46 Mg ha^-1），但在AONR下各处理间产量无显著差异。

环境因子与农艺管理的互作

研究揭示了降水对系统氮素动态的关键调控作用。在干旱条件下，覆盖作物的水分消耗可能加剧水分胁迫，这解释了2022年无覆盖作物处理在较低AONR下仍能保持相对较高产量的现象。研究还发现，谷物黑麦虽然可能引起短期氮固定（因其较高C:N比），但在施用适量氮肥（AONR）时不会造成玉米减产，这与前人关于C:N比<25的残体不会导致显著氮固定的研究一致。

可持续农业的实践启示

研究结果对优化氮肥管理具有重要指导意义：1）毛苕子通过生物固氮可减少后续作物对合成氮肥的需求；2）在干旱年份需特别关注覆盖作物对土壤水分的消耗；3）长期来看，覆盖作物与优化氮肥配合使用可改善土壤健康，这与近期关于土壤有机碳（SOC）固存的研究形成呼应。研究强调，将覆盖作物纳入种植系统时，无需整体增加氮肥用量，但需根据降水情况灵活调整管理策略。