耿赛男，李岚涛，苗玉红，谭金芳，王宜伦*

    (1 河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002；2 中山大学农学院，广东广州 510000)

    小麦、玉米是广泛种植的粮食作物，世界上以小麦、玉米为主食的人口分别约有40%和33%，中国是小麦、玉米生产和消费大国[1-2]，玉-麦轮作是我国重要的一年两熟集约种植模式[3]。氮是植物所必需的三大营养元素之一，外源氮肥投入是植物获取氮素的核心途径。小麦、玉米周年氮素需求量大，我国粮食作物的推荐平均施氮量不超过180 kg/hm2[4]，但我国玉-麦轮作主产区周年氮肥平均用量达545 kg/hm2，部分高产粮区甚至超过600 kg/hm2[5]，玉米生育期较短，但施氮量占周年氮肥用量的二分之一以上。中国集约化农田中高氮肥施用面积已达农田总面积的15%以上[6]。过量氮肥施用导致氮肥利用率低，土壤结构板结，土壤有机质含量下降，同时未被吸收的部分会进入土壤、大气和水体污染生态环境[5]。因此，在集约化农区，如何建立绿色可持续发展的轮作模式尤为重要。

    大豆的蛋白质和脂肪含量丰富，是世界各国重要的粮食贸易作物，是我国五大粮食作物之一[7]，大豆-小麦轮作也是我国重要轮作模式。豆科作物自身具有较强生物固氮能力，我国大豆种植区的生物固氮量最高可达150 kg/hm2[8]。Herridge等[9]认为，全球豆科作物年固氮量为1.3×108t，因此，大豆等豆科作物对氮肥依赖性低。此外，豆科作物还具有为后季作物提供氮素、降低其对氮肥的依赖性及提升其产量效益等。Vance[10]指出，后季作物中约有100 kg/hm2的氮来自前季豆科绿肥；Gan等[11]通过3年田间试验表明，与豆科作物轮作后，后季小麦产量、蛋白质含量和肥料利用率分别提高35.5%、50.9%和33.0%；减少豆科作物种植面积后，法国小麦产量15年内年平均降低0.035 t/hm2[12]。因此，深入探索轮作体系中豆科作物对后茬作物氮素供应机制的影响，对于降低氮素投入、提升氮素利用效率和实现作物优质高产等具有重要的理论和实践指导意义。综合国内外研究进展，以豆-麦和玉-麦轮作模式为例，从作物氮素需求特性、土壤物理特性，残留氮素转移和转化特性等方面，综合阐述豆科作物在轮作体系中的地位与作用，以期为进一步将豆科作物纳入轮作体系，实现集约种植模式氮肥优化管理和绿色可持续发展提供依据。

    1 玉-麦和豆-麦轮作体系前茬作物氮素供需特征

    1.1 玉米氮素需求、氮肥施用特征

    2010—2020 年间我国粮食作物种植面积平均稳定在11563万hm2 ......