劉　歡,陳苗苗,孫志梅,3,劉建濤,甄文超

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河北 保定　071001;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)研究院,河北 保定　071001;

3.河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 保定　071001;4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院,河北 保定　071001)

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氮肥調(diào)控對(duì)小麥/玉米產(chǎn)量、氮素利用及農(nóng)田氮素平衡的影響

劉歡1,陳苗苗2,孫志梅1,3,劉建濤1,甄文超4

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河北 保定071001;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)研究院,河北 保定071001;

3.河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 保定071001;4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院,河北 保定071001)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)小麥/玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn),采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法,研究了不同氮肥管理措施對(duì)小麥/玉米產(chǎn)量、氮素利用及農(nóng)田氮素平衡的影響。結(jié)果表明,小麥季在農(nóng)民常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)減少追氮量不會(huì)對(duì)小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響,在施氮總量195 kg/hm2基礎(chǔ)上配施調(diào)控劑處理小麥增產(chǎn)8.3%~24.6%,氮肥偏生產(chǎn)力、表觀利用率和農(nóng)學(xué)效率及氮肥貢獻(xiàn)率均得到相應(yīng)提高。在玉米季,以一次性基施適量氮肥同時(shí)配施抑制劑的氮肥管理方案為最佳,在施氮240 kg/hm2水平上與不添加抑制劑等氮量一次性基施和基追結(jié)合處理相比,增產(chǎn)幅度分別為7.4%~9.6%和13.9%~16.2%,氮肥貢獻(xiàn)率、肥料偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率亦得到顯著提高;經(jīng)過一個(gè)輪作周期后,農(nóng)田土壤氮素盈余量為63.94~126.83 kg/hm2。在總施氮量435 kg/hm2的情況下,與單施尿素相比較,配施氮素調(diào)控劑的氮素盈余量降低了27.4%~44.2%,其中脲酶與硝化抑制劑配施效果最佳。但在總施氮量480 kg/hm2的情況下,即使施用了氮素調(diào)控劑,氮素平衡盈余率仍在20%以上,存在較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：冬小麥;夏玉米;氮肥調(diào)控;脲酶/硝化抑制劑;產(chǎn)量;氮素利用;農(nóng)田氮素表觀平衡

目前,我國(guó)氮肥過量施用現(xiàn)象已相當(dāng)普遍,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料利用率明顯下降[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)主要糧食作物氮肥利用率,已由20世紀(jì)末的35%,下降到目前的27%[2]。過低的肥料利用率,不僅意味著資源和能源的巨大浪費(fèi),超量的氮肥還會(huì)通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境,破壞生態(tài)平衡,對(duì)人類的健康生存構(gòu)成嚴(yán)重威脅[3]。因此,氮肥的合理施用,是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效與環(huán)境友好的重要前提。

華北地區(qū)是我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū),研究表明,該地區(qū)小麥/玉米輪作體系農(nóng)田氮素已處于大量贏余狀態(tài)[4]。在保證國(guó)家糧食安全的前提下,從提高氮肥施用的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益出發(fā),探討適應(yīng)于不同生態(tài)條件下的氮肥合理施用模式及調(diào)控技術(shù),成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中迫切需要解決的問題。脲酶和硝化抑制劑是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的氮素調(diào)控劑,前者可以抑制尿素在土壤中的水解,達(dá)到尿素緩釋長(zhǎng)效目的,后者則可以通過抑制土壤硝化微生物硝化反應(yīng),延緩?fù)寥冷@態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化,減少肥料氮素?fù)p失。近年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)脲酶/硝化抑制劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中調(diào)控土壤氮素轉(zhuǎn)化,減少土壤氮素?fù)p失,提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率方面已有研究[5-7],但由于受土壤環(huán)境條件、作物體系等多方面因素的影響,對(duì)其應(yīng)用效果的報(bào)道也不太一致。本研究以華北平原典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)太行山前平原藁城地區(qū)和黑龍港流域深州地區(qū)為研究區(qū)域,通過一年兩季的田間小區(qū)試驗(yàn),研究了秸稈還田條件下小麥/玉米體系不同氮肥管理措施對(duì)作物產(chǎn)量、氮素利用以及農(nóng)田氮素輸入輸出平衡狀況的影響,以期為華北平原小麥/玉米輪作體系氮肥的科學(xué)施用及氮肥資源的高效管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料和方法

1.1供試材料

試驗(yàn)地播前耕層土壤基本理化性狀見表1。供試肥料為尿素(含N 46%)、重過磷酸鈣(含P2O546%)和氯化鉀(含K2O 60%)。

表1　供試土壤基本理化性狀

1.2小麥季試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012年10月-2013年6月進(jìn)行,藁城試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置不施氮肥,基施N 120 kg/hm2,追施N 75,120 kg/hm2,同時(shí)配施脲酶和硝化抑制劑(分別用UI和NI表示),共計(jì)9個(gè)處理,分別表示為:① N0;②N120+N120;③N120+NI+N120;④N120+NI+N120+NI;⑤N120+N75;⑥N120+NI+N75;⑦N120+UI+N75;⑧N120+UI+NI+N75;⑨N120+UI+NI+N75+NI。供試小麥品種為石新18,播量187.5 kg/hm2。

為進(jìn)一步了解施用抑制劑對(duì)小麥產(chǎn)量的影響,在衡水深州同時(shí)設(shè)置如下5個(gè)處理,分別為:①N0;②N120+N120;③N120+UI+N120;④N120+NI+N120;⑤N120+UI+NI+N120。各處理基追純N均為120 kg/hm2,供試小麥品種為良興99,播量300 kg/hm2。

兩試驗(yàn)點(diǎn)小區(qū)面積均為35 m2,各處理設(shè)3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列。底肥在按試驗(yàn)設(shè)計(jì)施用尿素的同時(shí),按P2O5135 kg/hm2和K2O 105 kg/hm2的用量,于整地前一次性施入重過磷酸鈣和氯化鉀。2012年10月8-10日播種,拔節(jié)期追施尿素,脲酶抑制劑UI和硝化抑制劑NI根據(jù)設(shè)計(jì)要求于基肥或追肥前與肥料充分混勻后施入,其他管理措施同一般大田的常規(guī)管理。

小麥?zhǔn)斋@時(shí),每小區(qū)收獲2個(gè)2 m2用于測(cè)定產(chǎn)量和生物量,之后取部分植物樣,分秸稈和籽粒兩部分,烘干粉碎后用于測(cè)定植株全氮含量。

1.3玉米季試驗(yàn)設(shè)計(jì)

藁城試驗(yàn)點(diǎn)在上茬小麥?zhǔn)斋@后繼續(xù)進(jìn)行玉米試驗(yàn)。設(shè)置一次基肥、基追結(jié)合、配施氮肥調(diào)控劑幾種施氮模式,施氮總量為240 kg/hm2,同時(shí)設(shè)置不施氮的處理作為對(duì)照,總計(jì)9個(gè)處理,分別為:①N0;②N90+N150;③N90+NI+N150;④ N90+NI+N150+NI;⑤N90+UI+NI+N150+NI;⑥N240;⑦N240+UI;⑧N240+NI;⑨N240+UI+NI。

為進(jìn)一步了解氮肥調(diào)控技術(shù)對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響,同時(shí)在衡水深州進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn),總施氮量195 kg/hm2,設(shè)置如下9個(gè)處理:①N0;②N75+N120;③N195;④N75+NI+N120;⑤N75+NI+N120+NI;⑥N195+NI;⑦N195+UI;⑧N195+UI+NI;⑨N75+UI+NI+N120+NI。

兩試驗(yàn)點(diǎn)供試玉米品種均為鄭單958,播量30 kg/hm2。小區(qū)面積均為35 m2,隨機(jī)區(qū)組排列。底肥在施用尿素的同時(shí)按P2O575 kg/hm2和K2O 105 kg/hm2的用量,于整地前一次性施入重過磷酸鈣和氯化鉀。脲酶抑制劑UI和硝化抑制劑NI根據(jù)設(shè)計(jì)要求于基肥或追肥前與肥料充分混勻后施入。2013年6月15-17日播種,追肥處理的肥料于大喇叭口期追施,其他管理措施同一般大田的常規(guī)管理。

玉米收獲時(shí),每小區(qū)收獲2株玉米用于統(tǒng)計(jì)生物量和養(yǎng)分測(cè)定,再隨機(jī)連續(xù)收獲50穗現(xiàn)場(chǎng)稱重(用于產(chǎn)量統(tǒng)計(jì))后,再在其中隨機(jī)取15個(gè)玉米穗,帶回試驗(yàn)室自然風(fēng)干后考種,并統(tǒng)計(jì)出粒率。植物樣分莖稈、葉和籽粒3部分,粉碎后用于測(cè)定植株全氮含量。

1.4測(cè)定方法及相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算

粉碎后的植物樣品經(jīng)濃H2SO4-H2O2消煮后,凱氏蒸餾法測(cè)定全N[8]。

植株氮素累積與氮素利用相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式[9-10]:

氮肥貢獻(xiàn)率(NCR,%)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮區(qū)產(chǎn)量×100;

氮肥偏生產(chǎn)力(PFP-N,kg/kg)=施氮后的作物產(chǎn)量/施氮量;

氮肥農(nóng)學(xué)效率(NAE,kg/kg)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量;

氮肥表觀利用率(NUE,%)=(施氮植株累積吸氮量-不施氮植株累積吸氮量)/施氮量×100;

農(nóng)田氮素平衡盈余量=氮素輸入-氮素支出;

農(nóng)田氮素平衡盈余率(%)=(氮素輸入-氮素支出)/氮素支出×100。

在本研究中,計(jì)算小麥/玉米輪作體系周年農(nóng)田氮素平衡時(shí),輸入項(xiàng)主要考慮化肥、秸稈還田帶入的氮量、灌溉以及大氣沉降帶入的氮量;輸出項(xiàng)主要考慮作物收獲帶走的氮以及氨揮發(fā)和硝態(tài)氮淋溶這2種主要的氮素?fù)p失途徑。氨揮發(fā)、灌溉帶入的氮量參考趙榮芳等[11]的研究結(jié)果,秸稈、大氣沉降帶入氮量參考斐宏偉等[12]的研究結(jié)果,硝態(tài)氮淋溶率參考徐鵬等[13]的研究結(jié)果,硝化抑制劑對(duì)硝態(tài)氮淋溶損失減少量參考Wolt[14]的研究結(jié)果。

數(shù)據(jù)用Excel 2003軟件進(jìn)行處理和繪圖,SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,多重比較采用Duncan法。

2結(jié)果與分析

2.1對(duì)小麥產(chǎn)量和氮素利用的影響

2.1.1對(duì)小麥產(chǎn)量的影響藁城試驗(yàn)結(jié)果表明(圖1),與對(duì)照N0比較,各施肥處理的產(chǎn)量均顯著提高,增產(chǎn)幅度為10.2%~37.3%。各施氮處理間比較,在底施氮素120 kg/hm2的基礎(chǔ)上,于拔節(jié)期追施氮素75 kg/hm2的小麥產(chǎn)量(N120+N75)與追施氮素120 kg/hm2(N120+N120)的產(chǎn)量基本相當(dāng),可見減量施氮并沒有對(duì)小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響。在195 kg/hm2施氮水平上,與單施氮肥相比,底肥同時(shí)配施UI或NI的處理,或追肥同時(shí)配施NI的處理,小麥均表現(xiàn)出了一定的增產(chǎn)趨勢(shì),增產(chǎn)8.3%~24.6%。而與N120+N75和N120+N120相比,底施120 kg/hm2,追施75 kg/hm2的基礎(chǔ)上同時(shí)底施UI和NI(N120+UI+NI+N75),小麥產(chǎn)量分別提高了23.1%和19.5%。處理N120+UI+NI+N75+NI的產(chǎn)量最高,但與N120+UI+NI+N75差異不顯著。此結(jié)果表明,氮肥是影響小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。對(duì)目前底追純N各120 kg/hm2的高產(chǎn)管理方案而言,氮肥施用量還有下調(diào)空間。在底施氮肥的基礎(chǔ)上通過UI和NI的配合施用調(diào)控氮素轉(zhuǎn)化,可以顯著提高小麥產(chǎn)量。但綜合考慮生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益,于拔節(jié)期追施氮肥時(shí)再施用氮肥調(diào)控劑的意義不大。

對(duì)深州小麥產(chǎn)量結(jié)果的分析表明,與N0處理相比,各施肥處理的產(chǎn)量同樣顯著提高,但以N120+N120增產(chǎn)率最低,為6.5%,尿素配施脲酶和硝化抑制劑的處理增產(chǎn)率最高,達(dá)到26.1%。底肥配施UI、NI和UI+NI的3個(gè)處理,與N120+N120相比較,小麥產(chǎn)量亦顯著提高,增產(chǎn)率分別為11.4%,7.4%,18.4%。

2.1.2對(duì)小麥氮素利用效率的影響氮肥調(diào)控劑對(duì)藁城小麥氮素利用效率的影響結(jié)果表明(表2),與N120+N120處理相比較,N120+NI+N120和N120+NI+N120+NI的氮肥貢獻(xiàn)率分別提高了30.3%和37.2%,差異顯著。農(nóng)學(xué)效率和表觀利用率都得到顯著提高,可見抑制劑能增加小麥在生育期內(nèi)對(duì)氮素的吸收利用,從而有利于小麥在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期所積累的干物質(zhì)有更大比例向生殖生長(zhǎng)階段的轉(zhuǎn)化[15]。而減氮處理N120+N75與N120+N120相比較,氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥表觀利用率分別提高了19.5%和48.9%(P<0.05),說明在一定范圍減少氮肥用量能夠減少氮肥損失,提高氮肥利用效率。在減少氮肥施用量基礎(chǔ)上同時(shí)配施UI和NI時(shí)(N120+UI+NI+N75和N120+UI+NI+N75+NI),氮肥利用效率最高,但追肥時(shí)再配施NI的增效作用不顯著。

不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。圖2-3、表2-3同。

處理Treatments施氮量/(kg/hm2)Nlevel氮肥貢獻(xiàn)率/%NCR氮肥偏生產(chǎn)力/(kg/kg)PFP-N氮肥農(nóng)學(xué)效率/(kg/kg)NAE氮肥表觀利用率/%NUEN00----N120+N751959.26d38.98bc3.61d17.48dN120+NI+N7519516.75b42.49b7.12b30.63bN120+UI+N7519516.18b42.20b6.83b24.10cN120+UI+NI+N7519526.26a47.97a12.60a38.25aN120+UI+NI+N75+NI19527.17a48.57a13.20a35.72aN120+N12024011.87c32.61c3.87d11.74eN120+NI+N12024015.47b34.00c5.26c13.22dN120+NI+N120+NI24016.28b34.33c5.59c19.14cd

2.2對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素利用的影響

2.2.1對(duì)玉米產(chǎn)量的影響對(duì)藁城玉米產(chǎn)量分析表明(圖2),與對(duì)照相比,各施肥處理的玉米產(chǎn)量顯著提高,增產(chǎn)幅度達(dá) 29.3%~50.3%。各施氮處理之間比較,以施氮量240 kg/hm2一次性基施,同時(shí)配施UI(N240+UI),或NI(N240+NI),或UI+NI(N240+UI+NI)的產(chǎn)量水平較高,與一次性基施等量氮素不添加抑制劑處理相比,增產(chǎn)7.4%~9.6%,與基追結(jié)合處理N90+N150相比,增產(chǎn)13.9%~16.2%,差異顯著,說明氮肥與抑制劑配施做底肥一次性施入就可滿足玉米整個(gè)生育期的氮素需求。在基追結(jié)合的施氮模式下,只有底追同時(shí)配施NI的產(chǎn)量(N90+NI+N150+NI)顯著高于N90+N150,其他2種施用抑制劑的方式(N90+NI+N150、N90+UI+NI+N150+NI)對(duì)玉米產(chǎn)量影響不顯著。

深州的產(chǎn)量結(jié)果與藁城試驗(yàn)點(diǎn)相似(圖3),同樣以不施氮肥的處理最低,以氮肥一次性基施同時(shí)配施抑制劑的N195+UI、N195+NI和N195+UI+NI的產(chǎn)量較高。與N195相比,增產(chǎn)7.2%~9.7%,而與N75+N120處理相比,增產(chǎn)率為9.5%~12.0%,差異顯著?；方Y(jié)合施用氮肥的各處理之間相比較,N75+NI+N120+NI和N75+UI+NI+N120+NI的產(chǎn)量差異不大,但顯著高于N75+N120處理,而基肥配施硝化抑制劑的N75+NI+N120處理增產(chǎn)效果不明顯。一次性基施和底追結(jié)合2種氮肥施用模式相比較,在等施氮量條件下,無論單施氮肥還是氮肥中配施抑制劑,產(chǎn)量差異均不明顯。因此,考慮到施肥的勞動(dòng)用工和成本,玉米季采用播前一次性基施并配施抑制劑的氮肥管理模式為最佳。

圖2　藁城不同處理的玉米產(chǎn)量

2.2.2對(duì)玉米氮素利用率的影響對(duì)藁城玉米氮素利用效率進(jìn)行分析,由表3可以看出,與小麥氮素利用率試驗(yàn)結(jié)果相似,一次性基施同時(shí)配施抑制劑的處理(N240+NI和N240+UI+NI)氮肥貢獻(xiàn)率、偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率及表觀利用率均高于N90+N150和N240。N240+NI處理與N240+UI處理相比,前者氮肥表觀利用

率顯著高于后者,與小麥試驗(yàn)結(jié)果相似,說明NI的增效作用優(yōu)于UI?；方Y(jié)合并配施抑制劑的氮肥調(diào)控模式雖然可以獲得較高的氮肥表觀利用率,但其他3個(gè)指標(biāo)卻沒有表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。由此可見,與基肥加追肥的氮肥管理模式相比,氮肥一次性基施在獲得較高產(chǎn)量的同時(shí),由于節(jié)約了人工追肥的用工和費(fèi)用,施肥的經(jīng)濟(jì)效益也因而會(huì)得到進(jìn)一步提高。

圖3　深州不同處理的玉米產(chǎn)量

處理Treatments施氮量/(kg/hm2)Nrate氮肥貢獻(xiàn)率/%NCR氮肥偏生產(chǎn)力/(kg/kg)PFP-N氮肥農(nóng)學(xué)效率/(kg/kg)NAE氮肥表觀利用率/%NUEN00----N90+N15024022.66d40.08d9.89d25.72cN90+NI+N15024025.81c41.78cd11.58cd31.60abN90+NI+N150+NI24028.54bc43.38bc13.19bc33.77aN90+UI+NI+N150+NI24026.67c42.27cd12.07cd33.45aN24024027.06c42.50cd12.31cd27.90cN240+NI24033.45a46.58a16.39a33.16aN240+UI24032.08a45.64ab15.44ab28.62bcN240+UI+NI24032.50a45.92ab15.73ab33.29a

2.3氮肥調(diào)控對(duì)農(nóng)田氮素表觀平衡的影響

在小麥/玉米周年輪作體系的氮素輸入中,化學(xué)氮肥是農(nóng)田氮素的重要來源,約占氮素輸入總量的80%(表4)。在兩季總施氮量分別為435,480 kg/hm2的管理模式下,與單施尿素處理相比,施用抑制劑可使輪作體系兩季的氮肥表觀利用率分別提高14.5%~52.9%和19.6%~84.0%,其中又以小麥季減氮并配施UI和NI處理氮肥表觀利用率最高,達(dá)到35.51%。

從整體上看,藁城農(nóng)田各處理的氮平衡在周年生產(chǎn)中均有盈余,盈余量為63.94~126.83 kg/hm2。在兩季總施氮量分別為435,480 kg/hm2的情況下,與單施尿素相比較,配施抑制劑處理的氮素盈余量分別降低了27.4%~44.2%和0.9%~13.5%,其中UI與NI配施盈余量最低。施氮量480 kg/hm2時(shí),即使施用了抑制劑,氮素平衡盈余率仍在20%以上,氮素?fù)p失風(fēng)險(xiǎn)較高。在施氮量435 kg/hm2時(shí),單施氮肥的氮素平衡盈余率為23.71%;添加抑制劑處理(N120+NI+N75+N240+NI、N120+UI+N75+N240+UI、N120+UI+NI+N75+N240+NI+UI、N120+UI+NI+N75+NI+N90+UI+NI+N150+NI)的氮素平衡盈余率分別僅為15.87%,17.22%,13.24%,14.83%,基本可以實(shí)現(xiàn)氮素的表觀平衡[16]。

表4　小麥/玉米輪作體系氮素平衡狀況分析

3討論與結(jié)論

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高投入高產(chǎn)出的管理模式,雖然獲得了較高的作物產(chǎn)量,但其造成的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的破壞,使得人們不得不從生態(tài)的角度重新審視農(nóng)田氮素的副作用。從本試驗(yàn)結(jié)果上看,華北地區(qū)小麥/玉米輪作體系秸稈還田條件下,在農(nóng)戶習(xí)慣施肥基礎(chǔ)上適當(dāng)減少小麥季氮肥(減氮19%)投入,不會(huì)對(duì)小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響。這一方面是由于冬小麥根系分布較深,對(duì)100～200 cm深層土壤氮素均能吸收,能夠高效回收利用前茬玉米季深層土壤殘留氮素[17];另一方面,在華北地區(qū)傳統(tǒng)種植模式中,較高的施氮量,使土壤中氮素存量超過獲得最高產(chǎn)量時(shí)作物的需氮量,加之長(zhǎng)期高量施氮使土壤對(duì)減氮施肥有較強(qiáng)的緩沖能力,因此,減少氮肥用量近20%情況下也不會(huì)對(duì)小麥最終產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響,反而由于用氮量的減少,提高了施氮的經(jīng)濟(jì)效益,降低了施氮所帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。需要考慮的是,在當(dāng)?shù)赝寥婪柿l件下,減氮量多少以及減少氮肥用量后長(zhǎng)期種植會(huì)不會(huì)對(duì)土壤供氮產(chǎn)生影響,需要進(jìn)一步探討。

研究氮素循環(huán)與平衡狀況,對(duì)氮素的輸入輸出等各個(gè)過程及其循環(huán)規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)分析,明確小麥/玉米輪作體系農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮素的來源和去向并對(duì)其進(jìn)行定量化,對(duì)于維持和提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力水平,提高氮肥資源利用效率具有重要意義。本研究結(jié)果表明,華北地區(qū)小麥/玉米周年輪作體系中,各施肥處理氮素平衡處于盈余狀態(tài),在當(dāng)前農(nóng)民的常規(guī)施肥習(xí)慣下(480 kg/hm2),氮素盈余量高達(dá)126.83 kg/hm2,雖然多余的氮素可以補(bǔ)充土壤氮庫(kù),有利于培肥地力,但氮素輸入量遠(yuǎn)高于輸出量,造成氮素資源浪費(fèi)嚴(yán)重的同時(shí)存在較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明[22],耕地化肥投入量和氮養(yǎng)分盈余量呈極顯著線性相關(guān),因此，雖然施用氮肥可以顯著提高作物產(chǎn)量和吸氮量,但過量施肥使施入土壤中的累積氮量遠(yuǎn)高于作物吸氮量,必然造成農(nóng)田氮素盈余和損失,降低施肥經(jīng)濟(jì)效益。本試驗(yàn)結(jié)果表明,適當(dāng)減少氮肥投入和脲酶/硝化抑制劑配施可以有效減少華北地區(qū)小麥/玉米輪作體系農(nóng)田氮素盈余量,控制盈余率在20%以下,基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)田氮素的表觀平衡。

綜上所述,小麥季在農(nóng)民常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)減少氮肥用量不會(huì)對(duì)小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響,在195 kg/hm2施氮水平上,配施抑制劑處理可使小麥增產(chǎn)9.0%~24.6%;在玉米季,與不添加抑制劑等氮量一次性基施和基追結(jié)合處理相比,施氮240 kg/hm2并配施抑制劑一次性基施增產(chǎn)幅度分別為7.2%~9.7%和13.9%~16.2%。同時(shí)可促進(jìn)植株對(duì)氮素的吸收累積,提高氮素利用效率。小麥/玉米周年輪作體系中,適當(dāng)降低氮肥投入以及氮肥與調(diào)控劑的配施可以明顯減少氮素表觀平衡盈余量,降低氮素平衡盈余率,這對(duì)于減少氮肥資源的浪費(fèi)和緩解環(huán)境污染有著積極作用。

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Effects of Different Nitrogen Management Practice on Crop Yield,N Utilization and N Apparent Balance in Wheat/Maize Rotation System

LIU Huan1,CHEN Miao-miao2,SUN Zhi-mei1,3,LIU Jian-tao1,ZHEN Wen-chao4

(1.College of Resource and Environmental Science,Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China;2.College of Science and Technology,Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China;3.Key Laboratory for Farmland Eco-Environment of Hebei Province,Baoding071001,China;4.College of Plant Protection,Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China)

Abstract：In order to achieve high yield and high efficiency production in the wheat/maize rotation system,field experiments were conducted to investigate the effects of different nitrogen management practices on the crop yield,nitrogen utilization and N apparent balance.The results indicated that,based on the farmers routine fertilization,appropriately reducing the amount of nitrogen-dressing had no significant effect on wheat yield.The application of nitrogen regulators could increase the wheat yield by 8.3%-24.6% when nitrogen rate was 195 kg/ha,and thereby improve the N partial factor productivity,N use efficiency,N agronomic efficiency and N contribute rate.In the maize growing season,compared with the treatments applied equal amount nitrogen as basal fertilizer or base-topdressing fertilizer without the addition of nitrogen regulators,the combination of nitrogen with nitrogen regulators as basal fertilizer was the best nitrogen management practice,which increased the corn yield around 7.4%-9.6% and 13.9%-16.2% when nitrogen rate was 240 kg/ha.And the N contribute rate,N partial factor productivity and N agronomic efficiency were also increased.After a period of crop rotation,the surplus amount of soil nitrogen was 63.94-126.83 kg/ha.When the total amount of nitrogen was 435 kg/ha,compared with the single application of urea,the surplus amount of nitrogen in the treatment with nitrogen regulators reduced by 27.4%-44.2%,and the application of urease inhibitor combined with nitrification inhibitor had the most obvious effect.However,when the total amount of nitrogen was 480 kg/ha in wheat/maize rotation system,N balance surplus rate was still more than 20% even combined with the application of nitrogen regulators,which might cause a serious environmental risk.

Key words:Winter wheat;Summer maize;Nitrogen regulation;Urease/nitrification inhibitor;Yield;Nitrogen use efficiency;Apparent nitrogen balance

doi:10.7668/hbnxb.2016.01.037

中圖分類號(hào)：S158.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-7091(2016)01-0232-07

作者簡(jiǎn)介：劉歡(1990-),男,河北邯鄲人,在讀碩士,主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與高效施肥研究。通訊作者：孫志梅(1969-),女,河北衡水人,教授,博士,博士生導(dǎo)師，主要從事新型肥料及高效施肥技術(shù)研究。

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“糧食豐產(chǎn)科技工程”(2011BAD16B08;2012BAD04B06;2013BAD07B05)

收稿日期：2015-10-09