趙亞麗,于淑婷,穆心愿,冀保毅,郭海斌,薛志偉,李潮海*

(1.河南農業(yè)大學 農學院/河南糧食作物協同創(chuàng)新中心,河南 鄭州 450002； 2.信陽農林學院,河南信陽 464000； 3.安陽市農業(yè)科學院,河南 安陽 455000； 4.駐馬店市農業(yè)科學院,河南 駐馬店 463000)

深耕加秸稈還田下施氮量對土壤碳氮比、玉米產量及氮效率的影響

趙亞麗1,于淑婷1,穆心愿1,冀保毅2,郭海斌3,薛志偉4,李潮海1*

(1.河南農業(yè)大學 農學院/河南糧食作物協同創(chuàng)新中心,河南 鄭州 450002； 2.信陽農林學院,河南信陽 464000； 3.安陽市農業(yè)科學院,河南 安陽 455000； 4.駐馬店市農業(yè)科學院,河南 駐馬店 463000)

為明確深耕加秸稈還田條件下的適宜施氮量,研究了深耕加秸稈還田條件下不同施氮量[0、240、270、300(當地生產平均施氮水平)、330、360 kg/hm2N]對土壤碳氮比、玉米產量及氮效率的影響。結果表明,深耕加秸稈還田下增施氮肥可以提高玉米植株干物質和氮素積累量,增加土壤有機質和全氮含量,調節(jié)土壤碳氮比,進而提高玉米籽粒產量和氮效率。深耕加秸稈還田條件下,隨著施氮量的增加,土壤有機質和全氮含量增加，碳氮比降低；玉米植株干物質積累量、氮素積累量、籽粒產量及氮素農學效率、氮素表觀利用率均先增加后降低,以330 kg/hm2處理最高,其籽粒產量、氮素農學效率、氮素表觀利用率比當地生產平均施氮水平300 kg/hm2處理分別顯著提高9.3%、23.6%、46.7%,但其產量與360 kg/hm2處理差異不顯著。表明，深耕加秸稈還田條件下,玉米需適當增加氮肥施用量,試驗區(qū)玉米適宜氮肥用量以330 kg/hm2(較當地平均施氮水平高10%)為宜。

玉米； 深耕加秸稈還田； 施氮量； 產量； 土壤碳氮比； 氮效率

黃淮海地區(qū)是我國三大玉米主產區(qū)之一[1],但該區(qū)土壤存在耕層變淺、土壤緊實、耕層活土量少等問題,嚴重影響了該區(qū)玉米的穩(wěn)產和高產[2]。同時,大量的作物秸稈被棄置或露天焚燒,不僅浪費資源,而且造成環(huán)境污染[3]。研究表明,深耕和秸稈還田可以有效降低土壤緊實度[4],改善土壤通透性[5],增加土壤團聚體穩(wěn)定性[6]，降低土壤容重[7-8]，增加土壤酶活性[9-10],提高土壤肥力[11],進而促進作物根系生長發(fā)育[12-14]并提高作物產量[15-25]。因此,深耕結合秸稈還田已成為該區(qū)玉米生產中重要的增產技術措施[26]。但秸稈還田極易造成土壤碳氮比失調、秸稈分解與苗爭氮的現象,對玉米生長和產量形成不利[27-28]。前人研究表明,秸稈還田下的作物產量與施氮量呈二次拋物線關系,隨著施氮量的增加,作物產量逐漸增加,但超過一定施氮量時,產量反而下降[27,29-30]。秸稈還田配施適量氮肥可以有效提高作物的氮效率[28,31]。但前人主要圍繞秸稈還田條件下的最佳施氮量進行研究,有關深耕加秸稈還田條件下適宜施氮量的研究尚未見報道。為此，研究深耕加秸稈還田條件下施氮量對土壤碳氮比、玉米產量及氮效率的影響,以期為深耕加秸稈還田條件下氮肥的優(yōu)化管理和玉米高產栽培提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2012年在河南省溫縣趙堡試驗站(34°57′N、113°09′E)進行。該地區(qū)位于豫北平原西部,屬暖溫帶大陸性季風氣候,無霜期210 d,多年平均氣溫14.3 ℃,日照時間2 300 h,降水量552.4 mm。試驗地土壤為粉質黏壤土(砂?！梅哿！灭ち?17∶64∶19),0～20 cm土壤主要理化性狀為：土壤容重1.31 g/cm3，有機質含量9.17 g/kg、全氮含量1.042 g/kg、速效氮含量86.50 g/kg、速效磷含量27.59 mg/kg、速效鉀含量115.24 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設置6個施氮量處理，即施純氮 0(N0)、240(N240)、270(N270)、300(N300,當地生產平均施氮水平)、330(N330)、360(N360)kg/hm2。氮肥(尿素,N含量46%)按4∶6分別在玉米拔節(jié)期和大喇叭口期施入。磷(過磷酸鈣,P2O5含量12%)、鉀(硫酸鉀,K2O含量59%)肥全部在玉米播前做基肥一次性施入,P2O5和K2O用量均為150 kg/hm2。小麥成熟收獲后,小麥秸稈粉碎后覆蓋地表還田,玉米鐵茬播種。玉米成熟收獲后,先將玉米秸稈粉碎至5 cm左右的小段,采用鏵式犁深翻耕1遍,作業(yè)深度為30 cm,將秸稈全量翻埋還田,隨后耙地2遍。各處理的秸稈還田量相同,小麥秸稈還田量為6 800 kg/hm2,玉米秸稈還田量為9 300 kg/hm2。大區(qū)試驗設計,小區(qū)面積為4.8 m×50 m。供試玉米品種為鄭單958,種植密度67 500株/hm2,株距25 cm,行距60 cm。適時灌水。所有小區(qū)的田間管理同一般大田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株干質量和氮含量 玉米成熟期,每個處理選取3個點,每個點選取長勢均勻一致的3個植株樣品。分莖、葉、穗3部分,105 ℃殺青30 min,然后80 ℃烘至恒質量,測定植株干質量。烘干樣品粉碎后過篩,采用凱氏定氮法測定氮含量[32]。

1.3.2 土壤有機質和全氮含量 玉米成熟期,每個處理選取3點,測定0～30 cm土層有機質含量和全氮含量。其中，土壤有機質含量采用重鉻酸鉀氧化法測定,全氮含量采用凱氏定氮法測定[32]。

1.3.3 產量 玉米成熟后,每個處理選取3點,每點收獲2 m雙行果穗,脫粒,烘干,稱質量。籽粒產量以14%含水量計算。

1.3.4 氮效率 氮效率可用氮素農學效率(N agronomic efficiency,NAE)、氮素表觀利用率(N apparent utilization efficiency,NAUE)和氮收獲指數(N harvest index,NHI)等指標表示[33-34],各指標計算公式為：NAE=(施氮處理籽粒產量-不施氮處理籽粒產量)/施氮量，NAUE= (施氮處理地上部分吸氮量-不施氮處理地上部分吸氮量)/施氮量×100%，NHI=(施氮處理籽粒吸氮量-不施氮處理籽粒吸氮量)/(施氮處理地上部分吸氮量-不施氮處理地上部分吸氮量)×100%。

1.4 數據統(tǒng)計分析

利用Excel 2003進行數據處理,利用SPSS 16.0對試驗數據進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 深耕加秸稈還田下施氮量對植株干物質和氮素積累量的影響

2.1.1 干物質積累量 由圖1可知，深耕加秸稈還田下配施氮肥可以提高玉米植株干物質積累量,施氮處理的植株干物質積累量比不施氮處理平均顯著提高27.1%。深耕加秸稈還田條件下,玉米植株干物質積累量隨著施氮量的增加先增加后降低,以N330處理最高,比當地生產平均施氮水平N300處理顯著提高10.9%,但與N360處理差異不顯著。

不同字母代表處理之間差異顯著(P<0.05),下圖同

2.1.2 氮素積累量 由圖2可知，深耕加秸稈還田下配施氮肥可以提高玉米植株氮素積累量,施氮處理的植株氮素積累量比不施氮處理平均顯著提高26.8%。深耕加秸稈還田條件下, 玉米植株氮素積累量隨著施氮量的增加先增加后趨于平穩(wěn)，以N330處理最高,比當地生產平均施氮水平N300處理顯著提高9.9%,但與N360處理差異不顯著。

圖2 深耕加秸稈還田下施氮量對玉米植株氮素積累量的影響

2.2 深耕加秸稈還田下施氮量對土壤碳氮比的影響

由表1可知，深耕加秸稈還田下增施氮肥可以增加土壤有機質和全氮含量,施氮處理0～30 cm土層有機質和全氮含量分別比不施氮處理平均顯著增加20.3%和55.0%。深耕加秸稈還田條件下,0～30 cm土層有機質和全氮含量均隨著施氮量的增加而增加,以N360處理最高,但與N330處理差異不顯著。此外,深耕加秸稈還田下配施氮肥還可以調節(jié)土壤碳氮比,且土壤碳氮比隨著施氮量的增加而降低,以N360處理最低,比當地生產平均施氮水平N300處理顯著降低6.9%,但與N330處理差異不顯著。表明，深耕加秸稈還田下增加氮肥用量可以有效地調節(jié)土壤碳氮比。

表1 深耕加秸稈還田下施氮量對0～30 cm土層土壤碳氮比的影響

注：同列不同字母代表處理之間差異顯著(P<0.05),下表同。

2.3 深耕加秸稈還田下施氮量對玉米籽粒產量的影響

由圖3可知，深耕加秸稈還田下配施氮肥可以提高玉米籽粒產量,施氮處理產量比不施氮處理平均顯著提高35.9%。深耕加秸稈還田條件下,玉米籽粒產量隨著施氮量的增加先增加后降低,以N330處理最高,比當地生產平均施氮水平N300處理顯著提高9.3%,但與N360處理差異不顯著。綜上，深耕加秸稈還田后,氮肥施用量以330 kg/hm2為宜。

圖3 深耕加秸稈還田下施氮量對玉米籽粒產量的影響

2.4 深耕加秸稈還田下施氮量對氮效率的影響

由表2可知，深耕加秸稈還田下配施氮肥可以提高玉米氮素農學效率和氮素表觀利用率,且二者隨著施氮量的增加先增加后降低,均以N330處理最高,分別比當地生產平均施氮水平N300處理顯著提高23.6%和46.7%。但是,N330處理的氮收獲指數最低,比當地生產平均施氮水平N300處理低4.0%,但差異不顯著。

表2 深耕加秸稈還田下施氮量對氮效率的影響

3 結論與討論

深耕結合秸稈還田是黃淮海地區(qū)玉米生產中的一項重要增產技術措施,不僅可以有效降低土壤緊實度[4],改善土壤通透性[5],還可以增加土壤生物活性[9],提高土壤肥力[11],進而提高作物產量[15-16]。本研究結果表明,深耕加秸稈還田條件下,玉米產量隨著施氮量的增加先增加后降低 ,以N330處理最高。這與前人在秸稈還田條件下的研究結果相似,秸稈還田下的作物產量與施氮量呈二次拋物線關系[27,29-30]。

本研究結果還表明,深耕加秸稈還田下配施氮肥不僅可以提高玉米植株干物質積累量,還增加了土壤中的有機質和全氮含量,促進了植株對氮素的吸收,提高了氮效率,這與前人研究結果一致[28,31]。這可能是因為：深耕加秸稈還田可以改善土壤特性,調節(jié)農田小氣候,提高土壤的供氮能力和供氮潛力,促進玉米的生長發(fā)育和根系對氮素的吸收；深耕加秸稈還田配施氮肥可以激發(fā)土壤氮素的礦化,增加土壤堿解氮含量,提高土壤氮庫的累積和活性成分含量,改善土壤的供氮能力,有利于玉米對氮素的吸收利用；深耕加秸稈還田配施氮肥可以降低和緩解土壤中氮素的硝化作用,減少氮素損失[28]。

土壤碳氮比是表征土壤質量變化的重要指標,對作物生長發(fā)育具有重要影響[35]。 如果土壤碳氮比較低,則有利于微生物在有機質分解過程中的養(yǎng)分釋放,促進土壤中有效氮的增加；反之,碳氮比較高,微生物在分解有機質的過程中存在氮受限,從而與作物產生對土壤無機氮的競爭,不利于作物的生長[35]。而作物秸稈本身的碳氮比一般都比較高,為 8.0左右,秸稈的腐解需要充足的氮源,如果秸稈還田后配施常規(guī)氮肥用量極易造成土壤碳氮比失調、秸稈分解與苗爭氮的現象,對作物生長和產量形成不利[27-28]。因此,秸稈還田下需要增施一定量的氮肥。而深耕結合秸稈還田措施對土壤生態(tài)環(huán)境的調控效應和對作物生長發(fā)育的促進效應大于單獨秸稈還田措施[36],故深耕加秸稈還田下與秸稈還田下的適宜氮肥用量有所差異。本研究結果表明,深耕加秸稈還田條件下,玉米需適當增加氮肥施用量,試驗區(qū)玉米氮肥用量以高于當地生產平均施氮水平的10%即330 kg/hm2為宜。

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Effects of Nitrogen Application Rate on Soil C/N,Maize Yield and Nitrogen Efficiency under Condition of Deep Tillage and Straw Returning

ZHAO Yali1,YU Shuting1,MU Xinyuan1,JI Baoyi2,GUO Haibin3,XUE Zhiwei4,LI Chaohai1*

(1.Agronomy College,Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, Zhengzhou 450002,China; 2.Xinyang Agriculture and Forestry University,Xinyang 464000,China; 3.Anyang Academy of Agricultural Sciences,Anyang 455000,China; 4.Zhumadian Academy of Agricultural Sciences,Zhumadian 463000,China)

In order to define the optimum application rate of nitrogen fertilizer,the effects of different nitrogen application rate(0，240，270，300，330，360 kg/ha)on soil C/N,maize yield,nitrogen efficiency under the condition of deep tillage and straw returning were investigated.The results showed that,the increase of the application rate of nitrogen fertilizer increased the accumulation amount of dry matter and nitrogen of maize,improved the contents of soil organic matter and total nitrogen,regulated the soil C/N,thus increased the maize grain yield and nitrogen efficiency.Under the condition of deep tillage and straw returning,with the increase of application rate of nitrogen,the contents of soil organic matter and total nitrogen increased,while soil C/N decreased;dry matter accumulation amount,nitrogen accumulation amount,grain yield of maize,nitrogen agronomic efficiency and nitrogen apparent utilization efficiency increased first and then decreased,the treatment with N 330 kg/ha reached the highest values,which grain yield,nitrogen agronomic efficiency and nitrogen apparent utilization efficiency increased by 9.3%,23.6% and 46.7% compared with the treatment with the local average nitrogen application rate 300 kg/ha,respectively.However,there was no significant difference in grain yield between the treatment the treatment with N 330 kg/ha and the treatment with N 360 kg/ha.In conclusion,the application rate of nitrogen fertilizer need to be added appropriately under the condition of deep tillage and straw returning,and N 330 kg/ha(10% higher than the local average nitrogen application rate)was an optimum application rate of nitrogen for maize in the experimental area.

maize; meep tillage and straw returning; nitrogen application rate; yield; soil C/N; nitrogen efficiency

2016-04-10

農業(yè)部現代玉米產業(yè)技術體系項目(CARS-02-19)；公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項(201203100)

趙亞麗(1980-)，女，河南許昌人，副教授，博士，主要從事玉米生理生態(tài)研究。E-mail:zhaoyali2006@126.com

*通訊作者：李潮海(1956-)，男，河南鞏義人，教授，博士，主要從事玉米生理生態(tài)研究。E-mail:lichaohai2005@163.com

S513;S143.1

A

1004-3268(2016)10-0050-05