丁文成，李書田，2，黃紹敏

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，北京 100081；2國際植物營養(yǎng)研究所（IPNI）北京辦事處，北京 100081；3河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002）

氮肥管理和秸稈腐熟劑對15N標記玉米秸稈氮有效性與去向的影響

丁文成1，李書田1，2，黃紹敏3

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，北京 100081；2國際植物營養(yǎng)研究所（IPNI）北京辦事處，北京 100081；3河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002）

【目的】研究氮肥用量、有機無機配合和添加秸稈腐熟劑對秸稈氮當季有效性、后效及去向的影響，為秸稈還田條件下的氮肥管理提供理論依據(jù)?！痉椒ā窟\用15N同位素示蹤技術(shù)，采用盆栽試驗連續(xù)種植一季冬小麥和兩茬玉米，研究15N標記玉米秸稈（15N-秸稈）氮的生物有效性和對土壤氮庫的貢獻。試驗推薦施氮量210 kg N·hm-2，約0.1 g N·kg-1土，秸稈粉碎后按3.0 g·kg-1土摻入每盆中。設(shè)4個氮水平：不施氮；100%化肥氮；80%化肥氮；有機無機配施（80%化肥氮+20%腐熟豬糞氮）。各施氮水平下設(shè)添加和不添加秸稈腐熟劑2種情況，腐熟劑用量為0.1 g·kg-1土。【結(jié)果】冬小麥吸氮量來自15N-秸稈氮的比例（%Ndfs）為6.30%—14.25%，施氮比不施氮減少%Ndfs，有機無機配施比單施氮肥提高%Ndfs，添加腐熟劑不影響冬小麥的%Ndfs。第一茬和第二茬玉米吸收氮的%Ndfs分別為1.13%—3.73%和1.67%—5.97%，不施氮高于施氮處理，施氮處理間無顯著差異，添加腐熟劑降低%Ndfs。冬小麥對15N-秸稈氮的當季利用率為7.14%—10.32%，第一茬玉米和第二茬玉米對殘留15N-秸稈的利用率分別為 3.75%—5.51%和 2.28%—3.18%。三茬后作物對15N-秸稈氮的利用率為13.13%—18.60%，土壤殘留率55.63%—69.16%，損失率17.26%—26.09%。三茬中施氮比不施氮提高15N-秸稈氮的利用率，不同氮肥管理不影響當季利用率和第二茬后效，氮肥減量（80%推薦氮）降低15N-秸稈氮第一茬后效和總利用率，但若配施有機肥則提高利用率。添加腐熟劑提高15N-秸稈氮當季、第一茬玉米和三茬總利用率，降殘留率和損失率。冬小麥和兩茬玉米收獲后土壤礦質(zhì)氮和微生物量氮含量變化較大，但其來源于15N-秸稈氮的比例都小于3%，施氮處理的影響不明顯，而添加腐熟劑增加冬小麥和第一茬玉米收獲后土壤礦質(zhì)氮%Ndfs，減少土壤微生物量氮%Ndfs，不影響第二茬玉米收獲后土壤礦質(zhì)氮和微生物量氮%Ndfs。三茬收獲后殘留的15N-秸稈氮中礦質(zhì)氮和微生物量氮也小于3%，說明殘留在土壤中的15N-秸稈氮主要以有機態(tài)氮存在?！窘Y(jié)論】在秸稈還田條件下，采用化肥氮與有機肥氮配施并結(jié)合施用秸稈腐熟劑是提高秸稈氮素轉(zhuǎn)化和有效性的有效措施。

玉米秸稈；秸稈腐熟劑；氮肥管理；氮素有效性；15N示蹤

0　引言

【研究意義】作物秸稈作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中重要的氮素來源，其還田是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實踐中的一項重要舉措［1］。中國秸稈資源豐富，據(jù)統(tǒng)計，目前秸稈年總量約為8.1億噸，占有機肥資源總量的16.4%，可提供約747萬噸N、228萬噸P2O5和1 190萬噸K2O［2］。2010年，中國玉米秸稈產(chǎn)量達到2.2億噸，約占中國農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量的28.57%［3］。冬小麥-夏玉米輪作作為一種重要的種植體系，該體系的秸稈還田對農(nóng)田土壤是一項重要的氮素補充。玉米秸稈具有較高的碳/氮比，合理的氮肥管理以及適當?shù)慕斩捀靹┨砑邮潜ＷC其氮素作物有效性的關(guān)鍵。研究冬小麥-玉米輪作體系中氮肥管理和秸稈腐熟劑對秸稈氮素轉(zhuǎn)化和供應(yīng)的影響，對科學(xué)合理地實施秸稈還田具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】大量研究表明［4-7］，秸稈還田不僅能夠提供氮素養(yǎng)分、提高土壤有機質(zhì)含量以及改善土壤理化性狀，同時作物秸稈與氮肥配合施用，具有提高農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)利用效率及氮肥利用率的作用［8-9］。但是秸稈還田存在腐解速率慢、養(yǎng)分釋放延遲的問題［10］，添加秸稈腐熟劑是加速秸稈腐解的重要措施之一。連續(xù)兩季稻田試驗表明，施用秸稈腐熟劑可以顯著增加水稻的氮素回收率，每公頃可節(jié)省43 kg N并增產(chǎn)270 kg籽粒［11］；另據(jù)報道［12-14］，施用秸稈腐熟劑可以促進秸稈腐解，縮短腐解轉(zhuǎn)化時間，增加養(yǎng)分釋放量；但也有報道稱腐熟劑對冬小麥秸稈腐解無明顯效果［15］。秸稈碳/氮比是最常用作預(yù)測秸稈分解過程中氮素固定或礦化的一項指標［16］，碳/氮比越高，秸稈初期分解越慢，這是由于其高于微生物同化所需碳氮比而減緩了礦化速率［17］，而玉米和冬小麥等作物秸稈的碳/氮比大多在30/1以上，因此，在生產(chǎn)中秸稈還田往往需要配施一定數(shù)量的氮肥。有研究報道高碳/氮比的玉米秸稈通過與氮肥配施，可以調(diào)節(jié)氮素的礦化與固定進程以減少氮素的損失［18］。有機無機配合施用是提高氮素利用率措施之一，有機肥可以替代部分化肥，從而可以減少化肥的施用［19］。【本研究切入點】目前，有關(guān)秸稈供氮的研究大多集中在碳/氮比的變化，而氮肥管理與秸稈腐熟劑結(jié)合，以及施用有機肥條件下秸稈氮素轉(zhuǎn)化和有效性研究較少。對秸稈氮素當季有效性的研究較多，對其后效及在土壤中的轉(zhuǎn)化和去向，尚無明確結(jié)論?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究采用盆栽試驗，利用15N同位素示蹤技術(shù)研究氮肥用量、化肥氮配施有機肥氮和添加腐熟劑對15N標記玉米秸稈氮的當季作物有效性和后效的影響及其去向，明確秸稈氮的供應(yīng)特點及影響因素，為秸稈還田下的氮肥科學(xué)施用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試土壤：試驗土壤類型為輕壤質(zhì)潮土，取自河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗示范基地（N34°47'，E113°40'）。土壤有機質(zhì)含量9.47 g·kg-1、全氮0.62 g·kg-1、堿解氮22.35 mg·kg-1、有效磷10.20 mg·kg-1、速效鉀112.96 mg·kg-1，pH 8.35。

15N標記玉米秸稈和未標記冬小麥秸稈：在溫室條件下利用盆栽試驗標記秸稈。稱取5 kg潮土裝入5 L的塑料桶中，氮、磷、鉀用量分別為N 0.2 g·kg-1、P2O50.1 g·kg-1和K2O 0.2 g·kg-1，氮肥用15N豐度為60%的（NH4）2SO4，磷肥用過磷酸鈣，鉀肥用氯化鉀。把肥料溶于1 000 mL水中，加入土壤中，第二天播種玉米種子，每盆6粒，出苗后定植4株。以不施氮為對照，等對照出現(xiàn)缺氮后收獲（播后60 d），烘干、粉碎、過 0.5 mm篩后備用。標記后玉米秸稈15N豐度為43.21%。冬小麥秸稈采用大田成熟期冬小麥秸稈，未標記15N。其他理化性狀見表1。

表1　供試秸稈的性質(zhì)Table 1 The properties of straws used in experiments

秸稈腐熟劑：采用北京市京圃園生物工程有限公司生產(chǎn)的有機廢物發(fā)酵菌曲，包含芽孢菌、米根菌和酵母菌等菌株及載體，有效活性菌含量大于0.5 億/g。

供試作物：試驗種植一季冬小麥（2013.10—2014.6）和兩茬夏玉米（2014.6—2014.9）。供試冬小麥品種為鄭麥7698，供試玉米品種為鄭單958。

1.2試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個氮水平：（1）不施氮（CK），（2）100%化肥氮（100%N），（3）80%化肥氮（80%N），（4）80%化肥氮+20%有機肥氮（80%N20%M）。各氮水平下設(shè)添加和不添加秸稈腐熟劑，共8個處理，4次重復(fù)。施氮量按田間推薦施氮量210 kg·hm-2，約相當于0.1 g N·kg-1土，氮肥用尿素。磷肥用過磷酸鈣（120 kg·hm-2，約0.05 g P2O5·kg-1土），鉀肥用氯化鉀（90 kg·hm-2，約0.04 g K2O·kg-1土），有機肥氮用腐熟豬糞（含N 1.86%、P2O53.11%、K2O 0.85%）。秸稈腐熟劑按0.1 g·kg-1土的用量摻入。

1.3盆栽試驗

于2013—2014年在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗示范基地進行。用無底漏的陶瓷盆裝土，每盆裝5 kg風(fēng)干土，粉碎過0.5 mm篩后的15N標記的玉米秸稈用量按3.0 g·kg-1土計（相當于秸稈還田量6 750 kg·hm-2），按處理與粉碎后的豬糞和腐熟劑一起均勻摻入土壤中。尿素和氯化鉀基施50%、返青期追施50%，磷肥則全部基施。所有化肥都溶于水中后，以溶液的形式施入，使土壤水分含量為20%。把施肥和灌水后的瓷盆隨機排列埋入土中。2013年10月16日播種，每盆播15粒小麥，覆土，出苗后每盆定植10株。生育期間保持土壤水分維持在最大持水量60%左右，定量澆水。2014年6月5日收獲冬小麥，植株按籽粒、秸稈和根系分開，全部于105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，粉碎后過0.25 mm篩。

冬小麥收獲后把土壤全部倒出、分散，再重新過2 mm篩，混勻后取50 g土壤樣品，大部分鮮樣用于礦質(zhì)氮和微生物量氮測定，少量土壤風(fēng)干后過0.15 mm篩，用于全氮測定。把取樣后的土壤全部重新裝入盆中，按冬小麥試驗設(shè)計和方案把秸稈、豬糞或腐熟劑均勻摻入土壤。不同的是秸稈用無15N標記的冬小麥秸稈，用量按3.0 g·kg-1土計（相當于秸稈還田量6 750 kg·hm-2），氮、磷、鉀化肥用量為210-75-90 kg N-P2O5-K2O·hm-2，約相當于0.1-0.03-0.04 g N-P2O5-K2O·kg-1土，氮、磷、鉀肥品種與冬小麥試驗相同，按冬小麥試驗的方法全部基施。2014年6月6日播種玉米，每盆播6粒，出苗后每盆定植4株。2014年8月1日收獲，分地上部和根系，全部于105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，粉碎后過0.25 mm篩。收獲后按照以上方法處理和采集土壤樣品后重新裝盆，再按以上方法種植玉米，并于2014年9月25日收獲。

1.4測定項目及計算方法

植株和土壤全氮含量及15N豐度：用ISOPRIME100·VARIO PYRD/CUBE穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀測定。

土壤NH4+-N和NO3--N測定：12.0 g新鮮土樣用100 mL 1 mol·L-1KCl溶液浸提，用SEALAA3流動注射分析儀測定，提取液酸化并真空冷凍干燥后，用ISOPRIME100穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀測定礦質(zhì)氮15N豐度。

土壤微生物量氮：用氯仿熏蒸法測定［20］，將氯仿熏蒸 24 h的 20.0 g土壤樣品用 80 mL 0.5 mol·L-1K2SO4提取，同時以不熏蒸為對照，浸提液過濾后用ANALYTIKJENA multi N/C 3100儀測定有機氮，土壤微生物量氮含量以熏蒸和未熏蒸土壤的有機氮之差除以kEN（0.54）得到，提取液酸化并真空冷凍干燥后，用ISOPRIME100穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀測定微生物量氮I5N豐度。

作物吸收氮來源于15N標記玉米秸稈的比例%= 100×（作物15N豐度-自然豐度）/（標記秸稈的15N豐度-自然豐度）

土壤中礦質(zhì)氮來源于15N標記玉米秸稈的比例%= 100×（礦質(zhì)氮15N豐度-自然豐度）/（標記秸稈的15N豐度-自然豐度）

土壤中微生物量氮來源于15N標記玉米秸稈的比例%=100×［熏蒸微生物量氮濃度×（熏蒸微生物量氮15N豐度-自然豐度）-未熏蒸微生物量氮濃度×（未熏蒸微生物量氮15N豐度-自然豐度）］/（熏蒸微生物量氮濃度-未熏蒸微生物量氮濃度）/（標記秸稈15N豐度-自然豐度）

土壤中殘留氮來源于15N標記玉米秸稈的比例%=100×（土壤15N豐度-自然豐度）/（標記秸稈的15N豐度-自然豐度）

15N標記玉米秸稈氮素的利用率%=100×作物吸收15N標記秸稈中氮量/15N標記秸稈總氮量

土壤中15N標記玉米秸稈氮素的殘留率%=100×（土壤總氮含量×土壤中殘留氮來源15N標記玉米秸稈氮比例）/15N標記玉米秸稈總氮量

15N標記玉米秸稈氮素的損失率%=100-15N標記玉米秸稈氮素的利用率%-土壤中15N標記玉米秸稈氮素的殘留率%

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)利用SAS9.1軟件進行方差分析和LSD多重比較，用Excel 2016軟件進行圖表制作。

2　結(jié)果

2.1冬小麥和玉米干物質(zhì)產(chǎn)量

對冬小麥來說，氮肥管理和添加秸稈腐熟劑顯著（P＜0.01或P＜0.001）影響籽粒、秸稈和根系生物量以及總生物量（表2）。施氮比不施氮顯著增加籽粒、秸稈和根系生物量以及總生物量，不同施氮處理對籽粒和總生物量的影響無顯著差異。添加腐熟劑顯著增加籽粒產(chǎn)量和生物量。

對后茬玉米來說，氮肥管理顯著（P＜0.01或 P ＜0.001）影響兩茬玉米秸稈和根系生物量和總生物量，而秸稈腐熟劑對第一茬玉米影響顯著（P＜0.05 或P＜0.01），而對第二茬影響不顯著（表3）。施氮比不施氮顯著增加兩茬玉米生物量，而第一茬玉米上不同施氮處理的影響差異不顯著，但第二茬玉米上化肥氮與有機肥氮配施比單施化肥氮降低生物量。添加腐熟劑顯著增加第一茬玉米生物量，但不影響第二茬玉米的生物量。

2.215N標記玉米秸稈氮對作物吸收氮的貢獻

冬小麥籽粒、秸稈、根系和整株吸收的氮中來源于15N-玉米的比例（%Ndfs）平均分別為 6.12% —14.45%、5.66%—11.91%、8.26%—12.62%和6.30% —14.25%，氮肥管理影響顯著（P＜0.001）。施氮比不施氮減少各部位的%Ndfs，有機無機配施比100%化肥氮處理增加秸稈和根系的%Ndfs，比80%化肥氮處理增加地上部的%Ndfs。添加秸稈腐熟劑增加秸稈的%Ndfs，對整株的%Ndfs影響不顯著（表4）。

對于15N-秸稈氮的后效來說（表 5），第一茬和第二茬玉米整株吸收氮的%Ndfs分別為 1.13%—3.73%和1.67%—5.97%，不施氮高于施氮處理，施氮處理間無差異，添加腐熟劑降低15N-秸稈氮對后茬玉米的貢獻。

表2　氮肥管理和腐熟劑對冬小麥生物量（g/盆）的影響Table 2 The effect of N management and microbial inoculants on biomass of winter wheat （g/pot）

表3　氮肥管理和腐熟劑對玉米生物量（g/盆）的影響Table 3 The effect of N management and microbial inoculants on biomass of corn （g/pot）

2.3作物對15N標記玉米秸稈氮的利用率

冬小麥對15N-秸稈氮的當季利用率平均為7.14% —10.32%，第一茬玉米和第二茬玉米對殘留的15N-秸稈氮的利用率分別平均為 3.75%—5.51%和 2.28%—3.18%，三茬累計13.13%—18.60%。施氮比不施氮提高三茬作物對15N-秸稈氮的利用率，不同施氮處理對當季利用率沒有影響，氮肥減量（80%推薦氮）降低15N-秸稈氮第一茬后效和總利用率，但有機無機配施則提高15N-秸稈氮的利用率。添加腐熟劑提高當季冬小麥和第一茬玉米對15N-秸稈氮利用率和三茬總利用率（表6）。

2.415N標記玉米秸稈氮的去向

2.4.1殘留率和損失率 除被作物吸收外，經(jīng)過冬小麥和兩茬玉米，平均有55.63%—69.16%的15N-秸稈氮殘留在土壤中，17.26%—26.09%損失在體系外（表6）。腐熟劑與氮肥管理及其交互作用顯著（P＜0.05 或P＜0.001）影響15N-秸稈氮的殘留率和損失率。不施氮處理的殘留率最高，損失率最低，施氮越多15N-秸稈氮的殘留率越低，損失率越高。添加腐熟劑可顯著降低15N-秸稈氮素的殘留率和損失率，提高秸稈氮的有效性。

表4　冬小麥吸收的氮來源于15N標記玉米秸稈氮的比例Table 4 The percentage of winter wheat nitrogen derived from15N-labeled corn straw （%Ndfs）

表5　玉米吸收的氮來源于15N標記玉米秸稈氮的比例Table 5 The percentage of corn nitrogen derived from15N-labeled corn straw （%Ndfs）

2.4.2土壤礦質(zhì)氮 冬小麥收獲后土壤礦質(zhì)氮（Nmin，NH4+-N+NO3--N）平均為4.87—6.37 mg·kg-1，施氮處理間差異不顯著，添加腐熟劑沒有顯著影響。Nmin中來源于15N-秸稈氮比例為0.51%—2.80%，隨化肥氮用量增加而降低，添加腐熟劑增加其來源于15N-秸稈氮的比例（表7）。

第一茬玉米收獲后，土壤Nmin含量平均為88.63 —105.01 mg·kg-1，100%化肥氮處理的礦質(zhì)氮含量顯著低于其他處理，添加腐熟劑顯著降低土壤Nmin。其來源于15N-秸稈氮的比例為 0.66%—0.78%，有機無機配施比其他施氮處理降低15N-秸稈氮的比例，而添加腐熟劑增加15N-秸稈氮的比例。

表6　氮肥管理和腐熟劑對15N標記玉米秸稈氮素利用率（NUE）、殘留率和損失率的影響Table 6 The effect of N management and microbial inoculants on NUE，residual rate and loss rate of15N-labeled corn straw N

表7　作物收獲后土壤礦質(zhì)氮含量（Nmin，mg·kg-1）及來源于15N標記玉米秸稈礦化的比例Table 7 Soil mineral N（Nmin，mg·kg-1）and the percentage derived from15N-labeled corn straw after crop harvests （%Ndfs）

第二茬玉米收獲后，土壤 Nmin含量平均為 21.01 —53.88 mg·kg-1，不施氮處理的Nmin含量顯著低于施氮處理，有機無機配施處理Nmin含量相對較高，添加腐熟劑顯著增加土壤Nmin含量。Nmin來源于15N-秸稈氮的比例平均為0.45%—1.16%，施氮處理間差異不明顯，腐熟劑影響不顯著。

2.4.3土壤微生物量氮 冬小麥收獲后土壤微生物量氮（microbial biomass nitrogen，MBN）含量平均為15.77—22.76 mg·kg-1，100%化肥氮處理土壤MBN高于80%化肥氮處理和有機無機配施處理，添加腐熟劑對土壤MBN影響不顯著（表8）。MBN中來源于15N-秸稈氮的比例平均為2.43%—2.54%，施氮處理間無顯著差異，添加秸稈腐熟劑降低來源于15N-秸稈氮的比例。

第一茬玉米收獲后，土壤MBN含量平均為40.46 —54.7 mg·kg-1，施氮處理間差異不顯著，添加腐熟劑無影響。MBN中來自15N-秸稈氮的比例平均為1.97% —2.18%，施氮處理小于不施氮處理，施氮處理間無差異，添加腐熟劑減少MBN中15N-秸稈氮的比例。

第二茬玉米收獲后，土壤 MBN的含量平均為12.49—20.99 mg·kg-1，80%化肥氮處理最高，腐熟劑的影響不顯著。MBN中來源于15N-秸稈氮的比例為1.32%—1.73%，施氮處理間無明顯差異，腐熟劑影響不顯著。

表8　作物收獲后土壤微生物量氮（MBN，mg·kg-1）及來源于15N標記玉米秸稈氮素的比例Table 8 Soil microbial biomass N （MBN，mg·kg-1） and the percentage derived from15N-labeled corn straw after crop harvests （%Ndfs）

3　討論

本研究表明，在連續(xù)種植和秸稈還田條件下，與100%化肥氮施用相比，80%化肥氮與20%有機肥氮配施不影響當季冬小麥的籽粒產(chǎn)量和生物量及第一茬玉米的生物量，但降低第二茬玉米生物量（表2和表3）。原因可能與持續(xù)添加秸稈尤其后兩茬加入 C/N高（50∶1）的冬小麥秸稈，提高了土壤C/N，增加秸稈分解過程微生物對速效氮的固定［21-22］，影響作物生長。梁斌等［23］在盆栽試驗中用秸稈氮替代50%的化肥氮的處理，冬小麥產(chǎn)量顯著低于單施尿素處理的結(jié)果也間接證明了這一點。因此，秸稈連續(xù)還田和有機無機配合施用下，應(yīng)適當增加氮肥推薦量，以保證秸稈礦化和作物吸收所需的有效氮。

15N標記玉米秸稈對當季冬小麥吸收氮的貢獻平均為 6.20%—14.25%，其當季回收率為 7.14%—10.32%，這一研究結(jié)果與其他研究結(jié)果有異同。HAYNES［24］田間土柱法研究指出，不施化肥氮條件下第一季冬小麥吸收氮來源于黑麥草/三葉草秸稈（7∶3混合）氮的比例為14%，當季回收率為10%，與本研究結(jié)果類似，但秸稈種類不同。單鶴翔等［25］的盆栽試驗結(jié)果指出，氮肥用量為150和300 kg·hm-2時冬小麥籽粒氮素來源于成熟玉米秸稈的比例為8%—11%，這一點與本研究基本一致，但對玉米秸稈氮素的當季回收率達到22.8%—33.1%，遠高于本研究結(jié)果。黃婷苗等［26］田間試驗表明，施氮量為200 kg N·hm-2時，未添加腐熟劑條件下，還田成熟玉米秸稈氮素對冬小麥籽粒吸收氮的貢獻為 0.7%，回收率僅為 1.9%，遠低于本試驗。CHEN等［27］田間微區(qū)試驗指出， 不添加腐熟劑與不施氮情況下15N標記水稻秸稈氮對第一季冬小麥吸收氮的貢獻為12%，與本試驗相似，當季回收率為 4.48%，低于本試驗。這些差異可能與土壤特性、秸稈種類及粉碎程度、C/N比、氮肥管理、是否添加腐熟劑等有關(guān)，但有待進一步研究。

當季作物對秸稈氮的利用率很低，大部分仍殘留在土壤中，因此，研究秸稈氮的后效對充分認識其轉(zhuǎn)化和有效性十分必要。本研究表明，第一茬和第二茬玉米對殘留秸稈氮的回收率為3.75%—5.51%和2.28%—3.18%，秸稈氮對作物吸氮的貢獻兩茬均小于6%，說明在施用氮肥和其他秸稈進一步還田條件下，殘留秸稈氮的有效性和貢獻降低。這一結(jié)果與其他研究結(jié)果類似。JENSEN［28］和LABERGE等［29］的田間微區(qū)試驗表明，豌豆秸稈施到土壤后，連續(xù)種植秋季作物大麥、油菜、小麥對豌豆秸稈氮回收率分別為 14%、3%和2%，春季種植作物大麥、油菜、小麥對豌豆秸稈氮利用率僅有6%、2%和2%，秸稈氮的貢獻小于5%，16.5年后生長2個月的大麥仍可回收到1.7%的殘留豌豆秸稈氮。FORTES等［30］等微區(qū)試驗發(fā)現(xiàn)，第一季甘蔗對上季地上部秸稈氮的當季利用率為13%，隨后三茬的利用率分別為7%、3%和5%，而對尿素氮的當季利用率為31%，三季后效分別5%、4%和4%。CHEN等［27］指出，水稻-小麥輪作體系下不施氮肥時，后四季作物對第一季后殘留的水稻秸稈氮的利用率共7.3%，大于從 2到 6茬作物秸稈還田下對殘留肥料氮的利用率（3.12%）。綜合以上研究結(jié)果說明，秸稈氮的后效不高，但優(yōu)于或相當于化肥氮的后效。LADHA等［31］總結(jié)多個研究結(jié)果指出，連續(xù)5季化肥氮的后效共計只有6%?；实膿p失較高，平均約45%［32］，而秸稈氮損失率低，大部分以有機氮殘留在土壤中［24，30，33］。本試驗種植3季后約56%—69%的15N標記玉米秸稈氮殘留在土壤中，損失17%—26%，施氮肥越多秸稈氮的損失越多。土壤礦質(zhì)氮和微生物量氮中來自秸稈氮的比例都小于3%，占殘留氮的比例也不到3%，因此，殘留的秸稈氮主要增加土壤有機氮庫，通過隨后的礦化為后季作物提供有效氮。

作物秸稈礦化過程中土壤無機氮水平和秸稈C/N比顯著影響微生物對秸稈氮的利用［34］。VITTI等［35］微區(qū)試驗研究甘蔗連續(xù)2年對甘蔗秸稈氮吸收指出，不施氮和施氮（150 kg·hm-2）處理甘蔗第一茬吸收甘蔗秸稈氮7.5%和11.3%，第二茬吸收2.0%和4.9%，表明施氮比不施氮有利于對甘蔗秸稈氮的吸收，尤其對C/N較大的秸稈，有機碳的加入會使氮素發(fā)生強烈的生物固持作用，土壤微生物與作物爭氮，使土壤有效氮含量降低［36-38］。本研究表明，不施氮比施氮增加當季和后茬作物吸氮中來自15N標記玉米秸稈氮的比例，但不施氮對秸稈氮的回收率最低，而施氮增加秸稈氮的回收率，卻降低秸稈氮的貢獻。這是由于不施氮土壤中的有效氮主要來源于土壤和礦化的秸稈，因此，增加秸稈氮占作物吸收氮的比例，而施氮后增加土壤微生物對氮的固定和秸稈氮的礦化，使作物吸收更多的秸稈氮，但由于植物吸收肥料氮的速率快而多［39］，降低了來自秸稈氮的比例。與80%化肥氮相比，80%化肥氮與20%有機肥氮配施處理增加三季作物對秸稈氮的利用率及當季作物吸收秸稈氮的比例，與100%化肥氮處理相當，說明有機無機配合有利于秸稈氮的轉(zhuǎn)化和有效性，因為有機無機配合施用不僅協(xié)調(diào)養(yǎng)分供應(yīng)與作物需求［40］，還改善土壤微生物狀況和酶活性［41-42］，有利于提高秸稈氮素轉(zhuǎn)化和有效性。

秸稈腐熟劑可加快作物殘茬的分解，因此有助于提高秸稈氮的有效性，但有關(guān)腐熟劑對作物秸稈腐解速率和作物生長以及產(chǎn)量的影響研究較多，添加腐熟劑一般促進秸稈腐熟和提高作物產(chǎn)量［43-45］。但有關(guān)腐熟劑對秸稈氮轉(zhuǎn)化和有效性影響很少涉及。本研究表明，添加秸稈腐熟劑顯著提高當季冬小麥產(chǎn)量和生物量以及隨后第一茬玉米的生物量，提高當季和第一茬對15N標記玉米秸稈氮的利用率和三茬總利用率，并減少損失率，但對第二茬玉米利用殘留15N標記玉米秸稈氮的影響不明顯，說明在秸稈持續(xù)還田下，腐熟劑對當季新施入的秸稈氮的促效明顯，但對未分解的殘留秸稈的分解作用逐漸減弱。因此，秸稈還田配合施用秸稈腐熟劑有助于提高秸稈氮轉(zhuǎn)化和有效性。

4　結(jié)論

當季冬小麥和隨后兩茬玉米吸收的氮來源于第一季施用的15N標記玉米秸稈氮的比例為 6.20%—14.25%、1.13%—3.73%和 1.67%—5.97%，利用率為7.14%—10.32%、3.75%—5.51%和2.28%—3.18%。三茬后作物吸收利用 13.13%—18.60%，土壤中殘留55.63%—69.16%，損失17.26%—26.09%。殘留的15N標記玉米秸稈氮主要以有機態(tài)氮存在，礦質(zhì)氮和微生物量氮均低于3%。施用氮肥提高秸稈氮素的利用率，尤其化肥氮與有機肥氮配合施用提高秸稈氮利用率及其對作物的貢獻。添加秸稈腐熟劑提高15N標記玉米秸稈氮有效性，減少損失，對其后效的影響逐漸下降。因此，在秸稈還田下，有機無機配合并結(jié)合施用秸稈腐熟劑是提高秸稈氮轉(zhuǎn)化和有效性的有效措施，有待田間試驗驗證。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩，李莉）

Bioavailability and Fate of Nitrogen from15N-labeled Corn Straw as Affected by Nitrogen Management and Straw Microbial Inoculants

DING Wen-cheng1，LI Shu-tian1，2，HUANG Shao-min3
（1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning，Chinese Academy of Agricultural Sciences/Ministry of Agriculture Key Laboratory of Crop Nutrition and Fertilization，Beijing 100081；2International Plant Nutrition Institute （IPNI） China Program，Beijing 100081；3Institute of Plant Nutrition and Resource Environment，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002）

【Objective】The purpose of this study was to demonstrate the effect of rate of nitrogen fertilization，fertilizer N combined with manure N and straw microbial inoculants on the transformation and bioavailability of nitrogen （N） from crop straw for providing scientific information and guidelines on N management under straw returning conditions. 【Method】Pot experiments were carried out using15N isotope techniques by continuously planting one season of winter wheat and two seasons of corn to study N availability from15N labeled corn straw （15N-straw） and its contribution to plant and soil. The recommended N rate was 210 kg N·hm-2，equivalent to 0.1 g N·kg-1soil. The crushed straw was incorporated into each pot at the rate of 3.0 g·kg-1soil. There were four N levels: control without N （CK），100% fertilizer N，80% fertilizer N and 80% fertilizer N plus 20% manure N. Each above treatment had two levels of microbial inoculants: 0 and 0.1 g·kg-1soil. A total of eight treatments with four replications for each were designed. 【Result】The percentage of N derived from15N-straw （%Ndfs） in winter wheat plant was 6.30% to 14.25%，reduced by N application compared with CK. Combination of fertilizer N and manure N resulted in higher winter wheat %Ndfs than fertilizer N alone. Addition of microbial inoculants did not significantly influence winter wheat %Ndfs compared with treatments without microbial inoculants. The %Ndfs in the following 1st and 2nd corn plant was，respectively，1.13% to 3.73% and 1.67% to 5.97%，reduced by N application but no difference existed between N treatments. Addition of microbial inoculants reduced corn plant %Ndfs from residual15N-straw. Recovery of15N （REN） from15N-straw by winter wheat was 7.14% to 10.32%，while the residual RENfrom15N-straw by the 1st and 2nd following corn was 3.75% to 5.51% and 2.28% to 3.18%，respectively. Total of 13.13% to 18.60% of15N-straw N was recovered，55.63% to 69.16% remained in soil and 17.26% to 26.09% lost after three times of cropping. N application increased RENcompared with CK. N management did not influence RENfrom15N-straw by winter wheat and the 2ndcorn，but 80% recommended fertilizer N decreased RENby the 1st corn and three crops，while increased when applied with manure. Addition of microbial inoculants significantly improved RENfrom15N-straw by winter wheat and the 1st season corn and total of three cropping，reduced residual and loss of N from15N-straw. The content of mineral N （Nmin） and microbial biomass N （MBN） after crop harvests varied greatly，but the %Ndfs in Nminand MBN was all less than 3% which was not greatly influenced by N fertilizer management. While，addition of microbial inoculants increased %Ndfs in soil Nminas well as decreased %Ndfs in soil MBN after winter wheat and 1st corn，but no effect after 2nd corn. The percentage of remained15N-straw in Nminand MBN after three crops was less than 3%，suggesting that the remained15N-straw N in soil after three cropping was in organic form. 【Conclusion】Combination of chemical fertilizer N with manure N and addition of microbial inoculants is the recommended practice to increase N availability of straw under the conditions of straw returning to field.

corn straw； straw microbial inoculants； N management； N availability；15N-labeled

2015-12-03；接受日期：2016-05-10

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”計劃）（2013CB127406）

聯(lián)系方式：丁文成，E-mail：wcding@126.com。通信作者李書田，Tel：010-82109745；E-mail：lishutian@caas.cn