保护性耕作和施氮促进土壤碳氮矿化提高玉米光合特性和产量

　　

摘要：

【目的】 探究保护性耕作和施氮对土壤碳氮矿化特性及其对玉米光合特性和产量的影响机理，为提高西北旱区土壤肥力、促进玉米生产提供依据。【方法】 通过两年（2019—2020年）玉米田间定位试验，以传统耕作（CT）为对照，设置3种保护性耕作措施（免耕：NT；小麦季免耕玉米季旋耕：OT；起垄免耕：RNT）和2个施氮水平（N0：0；N2：170 kg N·hm^-2），共6个处理。系统研究保护性耕作和施氮对土壤养分含量、碳氮矿化特性、玉米光合生理特征和产量的影响。【结果】 保护性耕作和施氮显著提高了土壤养分含量（P<0.05），N2水平下NT、OT和RNT处理土壤有机碳（SOC）、微生物量碳（MBC）、全氮（TN）和微生物量氮（MBN）含量较CT分别提高了8.6%—24.7%、18.9%—27.0%、8.9%—20.2%和0.3%—24.9%。施氮显著增加了土壤碳矿化累积量（C_min）、氮矿化累积量（N_min）及其矿化速率，保护性耕作进一步提高了土壤碳、氮矿化特性。C_min和N_min分别在RNTN2和OTN2处理下达到最大值，较其他处理分别提高了4.0%—30.2%和8.0%—52.4%。保护性耕作和施氮显著提高了玉米叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）（P<0.05），两年玉米Pn、Tr和Gs均在OTN2处理达到最大值。两年玉米产量均表现为OTN2>RNTN2>NTN2>CTN2>NTN0>CTN0处理，最高产量分别为10.52和10.91 t·hm^-2，较其他处理分别平均提高了24.5%和27.5%。基于结构方程模型分析发现，保护性耕作主要通过增加土壤养分含量，促进了土壤有机碳氮矿化，提升了土壤有效氮供应能力，进而促进玉米光合能力增强，实现玉米增产。【结论】 在西北旱区，保护性耕作和施氮对于促进土壤碳氮矿化、提升玉米产量和维持土壤生产力具有重要意义，推荐小麦季免耕玉米季旋耕结合施氮为玉米增产提效最优管理措施。