绿肥还田减氮对玉米光合性能及产量的调控机制研究

针对氮肥密集型农业带来的环境压力，研究人员开展绿肥(GM)与化学氮肥配施对玉米光合性能及产量影响的研究。通过3年田间试验发现，减氮20%(N288)处理在维持土壤有机质(SOM)、总氮(TN)不降低的同时，显著改善土壤容重(SBD)和水分状况，优化玉米叶面积指数(LAI)、叶绿素含量(SPAD)及光合参数(Pn、Tr、Gs、Ci)，最终实现稳产。该研究为西北绿洲灌区玉米绿色高产施肥策略提供理论依据。

　　

---

在气候变化与粮食安全双重压力下，如何平衡农业生产与生态环境的关系成为全球性难题。西北绿洲灌区作为我国重要玉米产区，长期依赖高氮肥投入导致土壤退化、资源浪费等问题日益突出。传统小麦-玉米轮作体系中长达数月的麦后休耕期，更造成光热资源严重浪费。为此，甘肃农业大学Wang Pengfei团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表研究，创新性地提出利用麦后休耕期种植豆科绿肥(Common vetch)，探究其与减量氮肥配施对玉米产量形成的调控机制。

研究采用田间定位试验与多组学分析相结合的技术路线。2020-2022年在武威绿洲农业试验站设置5个处理：传统施氮(N360, 360 kg N ha^?1)及减氮10%-40%(N324-N216)，测定土壤理化性质(SWC、ST、SBD、SOM、TN、NO₃^--N等)、玉米光合参数(Pn、Tr、Gs、Ci)及产量构成因素。通过结构方程模型(SEM)解析各因子互作网络，并运用随机森林模型筛选关键驱动因子。

3.1 产量与生物量积累

减氮20%(N288)处理三年平均产量与传统施氮无显著差异(15.2 vs 15.6 t ha^?1)，而减氮40%(N216)减产28.1%。生物量积累(BA)呈现相同趋势，证实GM还田可补偿20%氮肥减量的产量损失。

3.2 土壤水热特性

N288处理使0-30 cm土层含水量提升9.2%，土壤温度波动幅度缩小0.8°C。绿肥分解形成的有机-矿物复合体改善土壤孔隙结构，增强保水调温能力。

3.3 土壤化学性质

减氮20%维持SOM(16.8 g kg^?1)和TN(1.32 g kg^?1)稳定，但NO₃^--N和NH₄⁺-N分别降低16.7%和21.6%，反映GM的氮素缓释效应。

3.4 光合生理特征

关键生育期测定显示，N288处理净光合速率(Pn)达28.7 μmol m^?2 s^?1，与N360相当。叶面积指数(LAI)和SPAD值同步维持高水平，证实GM通过延缓叶片衰老延长光合周期。

3.7 结构方程解析

SEM揭示"土壤化学性质→光合特性→产量"的核心路径(路径系数0.943**)。绿肥还田通过提升SOM和TN直接促进Pn和LAI，而土壤物理性质(SWC、ST)通过间接途径影响产量形成。

该研究首次阐明绿洲灌区"麦-绿肥-玉米"系统中减氮稳产的生理生态机制。实践层面，推荐每公顷还田37.5-39.4吨箭筈豌豆鲜草并配施288 kg氮肥，可在维持产量同时减少72 kg ha^?1氮肥投入。理论层面，揭示了豆科绿肥通过"土壤化学性质-光合性能"级联效应调控产量的新途径，为旱区农业绿色转型提供关键技术参数。未来需关注长期GM还田对土壤微生物群落及氮循环关键酶活性的影响。