侯云鵬, 孔麗麗, 李 前, 尹彩俠, 秦裕波, 于 雷, 王立春, 王 蒙

?

覆膜滴灌條件下氮肥運(yùn)籌對(duì)玉米氮素吸收利用和土壤無機(jī)氮含量的影響*

侯云鵬, 孔麗麗, 李 前, 尹彩俠, 秦裕波, 于 雷, 王立春**, 王 蒙**

(農(nóng)業(yè)部東北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所 長(zhǎng)春 130033)

為解決吉林省半干旱區(qū)覆膜滴灌條件下合理施氮問題, 通過兩年(2016—2017年)田間試驗(yàn), 研究了覆膜滴灌等氮量投入條件下, 不同運(yùn)籌模式(N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔節(jié)肥; N3: 30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥; N4: 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥)對(duì)春玉米產(chǎn)量、氮素利用效率、關(guān)鍵生長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)氮素積累特征以及生育期內(nèi)土壤無機(jī)氮含量變化和氮素平衡的影響。結(jié)果表明, 分次施氮各處理(N2、N3、N4)玉米產(chǎn)量顯著高于100%基肥處理(N1), 其中N4處理玉米產(chǎn)量最高, 較N1處理分別提高22.44%(2016年)和35.31%(2017年)。與N1處理相比, N2、N3、N4顯著提高了玉米氮素吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力, 提高幅度依次為52.02%~83.21%、63.69%~120.78%、11.85%~22.46%(2016年)和92.44%~129.38%、127.23%~203.09%、22.10%~34.01%(2017年), 且均以N4處理最高。施氮顯著提高了玉米拔節(jié)期至成熟期氮積累量, 其中開花期至成熟期氮積累量以N4處理最高。與N1處理相比, N2、N3、N4提高了玉米開花期至成熟期0~20 cm土壤無機(jī)氮含量, 并降低成熟期40~100 cm土壤無機(jī)氮含量。土壤-作物系統(tǒng)氮素平衡中, N2、N3、N4處理較N1處理顯著降低了氮素表觀損失量, 其中N4處理氮素表觀損失量最低。綜上所述, 在本試驗(yàn)條件下, 總施氮量210 kg·hm?2時(shí), 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥為該區(qū)域覆膜滴灌條件下氮肥最佳運(yùn)籌模式。

春玉米; 氮肥運(yùn)籌; 氮素利用效率; 土壤無機(jī)氮含量; 氮素平衡

春玉米()是吉林省主要糧食作物, 種植面積占吉林省糧食作物種植面積的74.83%, 產(chǎn)量占全國(guó)玉米總量的12.48%[1], 在國(guó)家糧食安全中占有舉足輕重的地位。在吉林省春玉米主產(chǎn)區(qū)中, 西部半干旱區(qū)占全省玉米種植面積的30%以上[2], 該地區(qū)降雨量少, 且年內(nèi)分配不均, 極易造成玉米因生長(zhǎng)前期缺水生長(zhǎng)緩慢, 后期干旱引起早衰, 造成玉米減產(chǎn), 使玉米產(chǎn)量遠(yuǎn)低于全省平均產(chǎn)量水平[3], 水資源短缺成為吉林省半干旱區(qū)玉米生產(chǎn)的首要限制因子。近年來, 玉米覆膜滴灌技術(shù)作為一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)被引入吉林省西部半干旱區(qū), 該技術(shù)的引用有效改善了該區(qū)域土壤水熱狀況, 緩解了水分無效蒸發(fā)等問題, 表現(xiàn)出顯著的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)[4-5], 得到了大面積的推廣應(yīng)用, 截至2015年, 應(yīng)用面積已達(dá)玉米總播種面積的10%[6]。但目前玉米覆膜滴灌條件下, 氮肥管理仍沿用以基施為主的傳統(tǒng)施肥方式, 并未根據(jù)玉米氮素需求規(guī)律在滴灌條件下隨水滴施, 不當(dāng)?shù)氖┓史绞皆谙拗屏擞衩桩a(chǎn)量和氮素利用效率進(jìn)一步提高的同時(shí), 還造成氮素?fù)p失嚴(yán)重和污染環(huán)境等不良后果[7-9]。因此, 明確覆膜滴灌中氮肥合理施用已成為該地區(qū)玉米生產(chǎn)中亟待解決的問題。

目前, 關(guān)于滴灌施肥對(duì)作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用和土壤氮素供應(yīng)影響的研究較多, 這些研究均表明適宜的滴灌施肥模式可以顯著提高養(yǎng)分利用效率, 增加作物產(chǎn)量, 并可降低土壤氮素淋失[7,9-11]。然而滴灌施肥條件下, 不同地點(diǎn)所獲得的最佳施氮模式卻各不相同。如李青軍等[12]認(rèn)為覆膜滴灌最佳施氮模式為5次施氮; 而陳天宇等[13]和張凌一等[14]研究表明, 在覆膜滴灌條件下, 3次施氮方式對(duì)玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率的提高效果最好, 5次施氮雖滿足了玉米生長(zhǎng)后期對(duì)氮肥的需求, 但存在前期施氮量不足的問題; 劉慧迪等[15]卻研究指出, 在覆膜滴灌種植模式下, 以50%氮肥基施, 另外50%氮肥在玉米葉齡指數(shù)45%時(shí)追施的方式對(duì)玉米生育后期干物質(zhì)積累、產(chǎn)量、氮素利用效率和光合利用效率提高效果最好?？梢姴煌囼?yàn)地點(diǎn)由于氣候條件和土壤類型等因素的差異, 導(dǎo)致氮肥不同施用時(shí)期及比例對(duì)調(diào)控作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的效果不同, 且相同模式下作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用特性因地點(diǎn)不同也存在差異, 根據(jù)這些研究結(jié)果很難指導(dǎo)當(dāng)?shù)睾侠硎┑?。鑒于此, 本研究依據(jù)前期研究確定氮肥適宜用量的基礎(chǔ)上, 通過連續(xù)兩年田間試驗(yàn), 探索在覆膜滴灌等量氮肥條件下, 氮肥不同施用時(shí)期及比例對(duì)玉米關(guān)鍵生長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)氮素積累特征、氮素利用效率、土壤無機(jī)氮運(yùn)移規(guī)律和玉米成熟期氮素平衡影響, 旨在完善滴灌施肥模式中氮肥調(diào)控機(jī)理, 為吉林省半干旱區(qū)高效養(yǎng)分管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本概況

試驗(yàn)于2016年和2017年在吉林省乾安縣父字村吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)基地位于吉林省西北部, 中溫帶半干旱氣候, 據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)立的氣象站測(cè)定結(jié)果, 2016年和2017年玉米生育期降雨量分別為286.6 mm和294.9 mm, ≥10 ℃有效積溫分別為3 025 ℃和2 861 ℃, 2016年和2017年具體玉米生育期內(nèi)不同月份平均降雨量和溫度詳見圖1。供試土壤類型為淡黑鈣土, 質(zhì)地為沙壤, 2016年和2017年播前0~20 cm層土壤基本養(yǎng)分狀況: 有機(jī)質(zhì)含量分別為17.39 g·kg?1和18.63 g·kg?1, 全氮分別為1.21 g·kg?1和1.28 g·kg?1, 有效磷含量分別為14.98 mg·kg?1和13.89 mg·kg?1, 速效鉀含量分別為109.38 mg·kg?1和114.26 mg·kg?1, pH分別為8.06和7.84。0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm和80~100 cm土壤無機(jī)氮含量(硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量之和, mg·kg?1)分別為13.05、11.96、8.65、6.79、4.38和16.72、10.78、7.97、4.76、4.02。

圖1 2016—2017年試驗(yàn)區(qū)玉米生育期降雨量與平均氣溫

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素設(shè)計(jì), 在玉米覆膜滴灌施肥高產(chǎn)施氮量210 kg·hm?2基礎(chǔ)上[16], 設(shè)4種氮肥運(yùn)籌比例: 100%基肥(N1), 50%基肥+50%拔節(jié)肥(N2), 30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥(N3), 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥(N4); 另設(shè)不施氮處理作為對(duì)照(N0)。不同施氮處理磷(P2O5)鉀(K2O)肥用量一致, 分別為80 kg·hm?2和100 kg·hm?2, 均在播種前作基肥條施。試驗(yàn)用氮肥為尿素(N 46%), 磷肥為重過磷酸鈣(P2O546%), 鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)。兩年玉米品種均為‘翔玉998’, 種植密度為75 000株·hm?2。采用大壟雙行覆膜栽培模式, 大壟寬130 cm, 其中壟上行距為40 cm, 壟間行距為90 cm, 地膜寬度為120 cm。每個(gè)小區(qū)4壟寬, 小區(qū)面積60 m2, 兩邊設(shè)有2壟保護(hù)行。2016年和2017年玉米種植日期分別為5月1日和5月4日。播種后進(jìn)行覆膜與鋪設(shè)滴灌帶, 覆膜與鋪設(shè)滴灌帶同步進(jìn)行。滴灌帶選用內(nèi)鑲片式, 滴頭相距30 cm。滴灌帶鋪設(shè)于大壟中間, 每條滴灌帶控制2行玉米。不同施氮處理兩年玉米生育期灌水總量均為240 mm, 其中在玉米播前、苗期和拔節(jié)期灌水量分別為20 mm, 大口期、開花期和灌漿期灌水量分別為60 mm, 各處理在同一時(shí)間灌溉, 通過水表控制同等灌水量。試驗(yàn)水源為地下水, 各小區(qū)單獨(dú)配18 L壓差式施肥罐, 施肥開始前按各處理所需將氮肥加入施肥罐, 加滿水后充分?jǐn)嚢? 使其完全溶解。先滴清水30 min, 然后打開施肥閥進(jìn)行施肥, 時(shí)間為120 min, 施肥完畢后繼續(xù)滴清水30 min。試驗(yàn)期間采用人工除草的方式控制雜草。2016年和2017年玉米收獲日期分別為10月1日和9月30日。

1.3 樣品采集與測(cè)定

分別于玉米苗期、拔節(jié)期、大口期、開花期、灌漿期和成熟期(相應(yīng)為播種后28 d、53 d、70 d、85 d、112 d、141 d)采集不同處理具有代表性玉米植株, 每小區(qū)取植株5株(苗期取40株), 于105 ℃殺青30 min后, 70 ℃烘干至恒重, 稱重計(jì)算不同處理植株生物量。植株樣本粉碎過0.05 mm篩, 測(cè)定氮含量。

采集植株樣品的同時(shí)在各小區(qū)分別取0~20 cm土壤樣品, 在玉米收獲后取0~100 cm土壤樣品, 每20 cm為一層(共5層), 每小區(qū)隨機(jī)取5點(diǎn), 同層次土壤混合為1個(gè)土樣后放入冰盒, 帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍保存, 用于測(cè)定土壤無機(jī)氮含量。

植株樣本全氮采用H2SO4-H2O2法消煮, 凱氏定氮法測(cè)定; 土壤樣本無機(jī)氮含量(土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量)采用2 mol·L?1KCl溶液(土液比1∶5)震蕩浸提, 流動(dòng)注射分析儀測(cè)定。

成熟期選取小區(qū)中間兩行進(jìn)行測(cè)產(chǎn)(30 m2), 計(jì)算收獲指數(shù)。并選取有代表性的30個(gè)果穗進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定穗粒數(shù)及千粒重。

1.4 參數(shù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

收獲指數(shù)(%)=籽粒產(chǎn)量/總生物量×100 (1)

氮素吸收利用率(%)=(施氮區(qū)作物總吸氮量-不施氮區(qū)作物總吸氮量)/施氮量×100 (2)

氮素農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg?1)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)玉米產(chǎn)量)/施氮量 (3)

氮素偏生產(chǎn)力(kg·kg?1)=施氮區(qū)作物產(chǎn)量/施氮量(4)

土壤氮素凈礦化量(kg·hm?2)=不施氮肥區(qū)作物地上部分氮積累量+不施氮肥區(qū)土壤殘留無機(jī)氮量-不施氮肥區(qū)起始無機(jī)氮量 (5)

氮素表觀損失量(kg·hm?2)=施氮量+土壤起始無機(jī)氮積累量+土壤氮素凈礦化量-作物氮攜出量-土壤無機(jī)氮?dú)埩袅?(6)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS進(jìn)行單因素和雙因素方差分析, 用Sigma Plot 10.0制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理對(duì)春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知, 試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚順O顯著影響玉米產(chǎn)量, 且試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚肀憩F(xiàn)出極顯著的交互作用。與不施氮肥處理(N0)相比, 各施氮處理增產(chǎn)效果達(dá)顯著水平(<0.05), 增產(chǎn)幅度分別為22.81%~50.37% (2106年)和21.05%~63.79%(2017年)。在相同施氮量下, 分次施氮各處理(N2、N3、N4)玉米產(chǎn)量均顯著高于100%基肥處理(N1,<0.05)。其中N4處理增產(chǎn)幅度最高, 較N1處理分別提高22.44%(2016年)和35.31%(2017年), 后依次為N3和N2處理。產(chǎn)量構(gòu)成因素中, 試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚盹@著或極顯著影響玉米穗粒數(shù)和千粒重, 且試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚肀憩F(xiàn)出極顯著的交互作用, 而對(duì)玉米穗數(shù)無顯著影響。兩年的試驗(yàn)結(jié)果表明, 施氮提高了玉米穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù), 其中玉米穗粒數(shù)、千粒重差異達(dá)顯著水平(<0.05); 分次施氮各處理(N2、N3、N4)玉米穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)均高于100%基肥處理(N1), 并以N4處理提高幅度最大, 玉米穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)較N1處理依次提高9.03%、11.96%、5.18%(2016年)和19.98%、19.67%、8.17%(2017年), 后依次為N3和N2處理, 而不同施氮處理間玉米穗數(shù)差異均不顯著(>0.05)。

表1 不同施氮處理下玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素

N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔節(jié)肥; N3: 30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥; N4: 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥。同列數(shù)據(jù)后不同字母表示在5%水平上差異顯著。Y: 年份; F: 施肥處理; *和**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著。N1: 100% basal fertilizer; N2: 50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer; N3: 30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer; N4: 20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer. Values followed by different letters in the same column are significantly different at 5% level. Y: year; F: fertilization treatment. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.2 不同施氮處理對(duì)玉米氮素積累及氮素利用效率的影響

由表2可知, 除苗期和拔節(jié)期外, 試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚盹@著影響玉米其他各生育期氮積累量, 其中試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚韺?duì)玉米開花期至成熟期氮積累量表現(xiàn)出顯著或極顯著的交互作用。與不施氮肥處理(N0)相比, 除苗期外, 其他生育期施氮處理顯著提高了玉米氮積累量(<0.05)。在相同施氮量下, 苗期各施氮處理氮積累量差異不顯著; 拔節(jié)期和大口期氮積累量以100%基肥處理(N1)最高, 較分次施氮各處理(N2、N3、N4)依次提高7.76%~16.29%和4.91%~9.51%(2016年)、11.11%~24.22%和4.03%~ 14.52%(2017年); 開花期至成熟期, 分次施氮各處理(N2、N3、N4)氮積累量高于100%基肥處理(N1), N2、N3、N4的提高幅度依次為5.44%~10.20%、12.56%~20.96%、14.75%~23.58%(2016年)和11.03%~ 15.20%、20.92%~26.21%、24.96%~34.92%(2017年), 其中以N4處理玉米開花期至成熟期氮積累量最高, 后依次為N3和N2處理。

由表2還可知, 試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚盹@著影響玉米氮素利用效率, 且試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚肀憩F(xiàn)出極顯著的交互作用。在相同施氮量下, 分次施氮各處理(N2、N3、N4)氮素吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力均顯著高于100%基肥處理(<0.05), 提高幅度依次為52.02%~ 83.21%、63.69%~120.78%、11.85%~22.46%(2016年)和92.44%~129.38%、127.23%~203.09%、22.10%~34.01% (2017年)。其中N4處理氮素吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力最高, 后依次為N3和N2處理。

表2 不同施氮處理下玉米氮素積累動(dòng)態(tài)變化和氮素利用效率

N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔節(jié)肥; N3: 30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥; N4: 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥。同列數(shù)據(jù)后不同字母表示在5%水平上差異顯著。Y: 年份; F: 施肥處理; *和**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著。N1: 100% basal fertilizer; N2: 50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer; N3: 30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer; N4: 20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer. Values followed by different letters in the same column are significantly different at 5% level. Y: year; F: fertilization treatment. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.3 不同施氮處理對(duì)玉米生長(zhǎng)季土壤無機(jī)氮含量動(dòng)態(tài)變化的影響

由圖2可知, 兩年玉米生育期內(nèi)0~20 cm土壤無機(jī)氮含量趨勢(shì)一致。均表現(xiàn)玉米苗期無機(jī)氮含量最高, 然后隨生育進(jìn)程推進(jìn)逐漸下降趨勢(shì), 其中灌漿期達(dá)到最低, 成熟期有所回升。與不施氮肥處理(N0)相比, 施氮處理顯著提高了玉米各生育時(shí)期土壤無機(jī)氮含量(<0.05), 在相同施氮量下, 100%基肥處理(N1)土壤無機(jī)氮含量在玉米苗期至拔節(jié)期最高, 大口期至成熟期則低于分次施氮各處理(N2、N3、N4), 其中大口期土壤無機(jī)氮含量以N2處理最高, 后依次為N3和N4處理, 開花期至成熟期土壤無機(jī)氮含量以N4處理最高, 后依次為N3和N2處理。

2.4 不同施氮處理對(duì)玉米收獲后0~100 cm土壤剖面無機(jī)氮含量變化的影響

由圖3可知, 耕層(0~20 cm)土壤無機(jī)氮含量最高, 并隨土層深度的增加呈逐漸下降趨勢(shì); 與不施氮肥處理(N0)相比, 施氮處理顯著提高了0~100 cm土壤無機(jī)氮含量(<0.05)。在相同施氮量下, 分次施氮各處理(N2、N3、N4)0~20 cm和20~40 cm土層無機(jī)氮含量最高, 較100%基肥處理(N1)依次提高19.12%~56.29%和22.97%~56.56%(2016年)、42.83%~70.80%和21.02%~65.86%(2017年), 其中以N4處理土壤無機(jī)氮含量最高, 后依次為N3和N2處理; 40~60 cm、60~80 cm和80~100 cm土壤無機(jī)氮含量則以100%基肥處理(N1)最高, 較分次施氮各處理(N2、N3、N4)依次提高1.82%~23.89%、14.43%~ 34.86%、18.53%~50.98%(2016年)和12.86%~24.36%、4.09%~16.09%、22.58%~49.91%(2017年); 而分次施氮各處理40~100 cm土壤無機(jī)氮含量無明顯差異。

圖2 不同施氮處理下春玉米生長(zhǎng)季0~20 cm土壤無機(jī)氮含量動(dòng)態(tài)變化

N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔節(jié)肥; N3: 30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥; N4: 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥。N1: 100% basal fertilizer; N2: 50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer; N3: 30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer; N4: 20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer.

圖3 不同施氮處理下春玉米收獲后0~100 cm土壤無機(jī)氮含量

N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔節(jié)肥; N3: 30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥; N4: 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥。N1: 100% basal fertilizer; N2: 50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer; N3: 30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer; N4: 20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer.

2.5 不同施氮處理對(duì)春玉米生長(zhǎng)季氮素平衡的影響

由表3可知, 試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚盹@著或極顯著影響作物氮素?cái)y出量、殘留無機(jī)氮和氮表觀損失量, 且試驗(yàn)?zāi)攴莺褪┓侍幚肀憩F(xiàn)出顯著或極顯著的交互作用。在氮素輸入項(xiàng)中, 以施氮量所占比例最高, 分別占施氮處理氮素輸入中的52.96%(2016年)和54.74%(2017年); 在氮素輸出項(xiàng)中, 以作物攜出量為主, 分別占氮素輸出項(xiàng)的41.65%~63.44% (2016年)和41.08%~66.27%(2017年)。相同施氮量下, 分次施氮各處理(N2、N3、N4)作物氮素?cái)y出量和無機(jī)氮?dú)埩袅烤哂?00%基肥處理(N1), 提高幅度依次為14.75%~23.58%和3.35%~9.63%(2016年)、24.96%~34.92%和7.41%~15.54%(2017年), 其中作物氮素?cái)y出量差異達(dá)顯著水平(<0.05); 而氮表觀損失量顯著低于100%基肥處理(N1,<0.05), 降低幅度分別為23.76%~42.07%(2016年)和37.66%~ 56.91%(2017年)。表明通過氮肥分次施入, 顯著提高了玉米氮素吸收和土壤無機(jī)氮?dú)埩? 進(jìn)而減少氮素?fù)p失。而在分次施氮各處理中, 氮表觀損失量以N4處理最低, 后依次為N3和N2處理。

表3 不同施氮處理下0~100 cm剖面土壤氮素表觀平衡

N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔節(jié)肥; N3: 30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥; N4: 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥。同列數(shù)據(jù)后不同字母表示在5%水平上差異顯著。Y: 年份; F: 施肥處理; *和**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著。N1: 100% basal fertilizer; N2: 50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer; N3: 30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer; N4: 20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer. Values followed by different letters in the same column are significantly different at 5% level. Y: year; F: fertilization treatment. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

3 討論

大量研究表明[4,17-20], 施氮通過增加單位面積穗粒數(shù)和千粒重, 而最終提高產(chǎn)量。這與本研究中施氮顯著提高了每穗粒數(shù)和粒重的結(jié)果一致。說明施氮可提高光合產(chǎn)物的生成、轉(zhuǎn)運(yùn)及向籽粒中分配累積能力, 進(jìn)而提高穗粒數(shù)和千粒重。而相關(guān)研究指出, 施氮模式不同會(huì)影響光合產(chǎn)物形成、轉(zhuǎn)運(yùn)速率和籽粒中分配積累能力, 其中開花期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段是春玉米穗粒數(shù)形成的關(guān)鍵時(shí)期, 開花后籽粒灌漿期是粒重形成的關(guān)鍵時(shí)期[21-22], 此階段養(yǎng)分積累對(duì)產(chǎn)量形成最為重要。本研究中, 100%基肥處理、50%基肥+50%拔節(jié)肥處理和30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥處理由于在玉米生長(zhǎng)前期過量施氮和忽略花后追施氮肥, 使玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段消耗了大量光合產(chǎn)物用于蛋白質(zhì)的合成, 降低碳水化合物在營(yíng)養(yǎng)器官的累積和向穗部的轉(zhuǎn)運(yùn)量[23-24], 不利于穗粒結(jié)構(gòu)的發(fā)育[25], 使穗粒數(shù)和千粒重下降。而20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+ 10%灌漿肥處理使氮素養(yǎng)分在玉米整個(gè)生育期均衡供應(yīng), 在滿足玉米生育前期對(duì)氮素需求的同時(shí), 又及時(shí)彌補(bǔ)了玉米開花期至成熟期氮素虧缺, 促進(jìn)花絲生長(zhǎng)和提高穗部籽粒灌漿速率, 使玉米穗粒數(shù)和粒重增加, 最終獲得高產(chǎn)。

施氮時(shí)期與比例不同, 會(huì)引起作物氮素吸收速率不同, 導(dǎo)致作物不同生育時(shí)期植株氮積累量也不相同, 繼而直接影響玉米產(chǎn)量和氮素利用效率[26-28]。相關(guān)研究指出, 作物產(chǎn)量受玉米花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏氮素轉(zhuǎn)運(yùn)和花后氮素吸收的雙重影響[29], 而調(diào)控作物花后吸收的氮向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)是提高氮肥利用率的重要措施[30]。因此, 投入氮肥能否滿足玉米整個(gè)生育期對(duì)氮素的需求, 對(duì)提高作物產(chǎn)量十分重要。王宜倫等[31]通過對(duì)夏玉米氮素吸收規(guī)律研究發(fā)現(xiàn), 玉米吐絲后氮素積累量占總積累量的40.3%~47.8%, 通過分次施氮可促進(jìn)玉米生育后期氮素吸收積累以及向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn), 進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量和氮素利用效率。本研究結(jié)果表明, 100%基肥處理玉米苗期至大口期氮積累量最高, 而開花期至成熟期氮積累量卻低于分次施氮各處理, 這表明全部氮肥基施使植株前期生長(zhǎng)過快, 中后期氮素供應(yīng)不足, 導(dǎo)致玉米生育后期衰老進(jìn)程加速, 造成玉米成熟期氮積累量較低; 而分次施氮各處理在不同生育期氮積累量也存在差異, 50%基肥+50%拔節(jié)肥處理和30%基肥+50%拔節(jié)肥+10%大口肥+10%開花肥處理僅促進(jìn)玉米拔節(jié)期至開花期氮素積累, 對(duì)玉米花后氮積累量的提高效果較差; 而20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥處理既能滿足玉米花前較高的氮素積累, 又能保證玉米開花期后氮素營(yíng)養(yǎng)供給, 使各營(yíng)養(yǎng)器官保持較高的活力, 提高玉米花后氮素吸收能力, 進(jìn)而達(dá)到提高成熟期氮素積累和提高氮肥利用效率的目的。

氮肥施入土壤后經(jīng)水解后轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮, 是作物吸收利用的主要方式。而土壤氮素能否滿足作物不同生育時(shí)期對(duì)氮素養(yǎng)分的需求, 直接影響作物產(chǎn)量[32]。石玉等[33]指出, 土壤剖面無機(jī)氮含量的變化因施氮量和施氮時(shí)期的不同而異; 而武際等[34]研究表明, 前期施氮量過大, 會(huì)因超過作物吸收能力和土壤固持能力, 造成土壤剖面無機(jī)氮淋洗至土壤深層; 而增加氮肥追施次數(shù), 可使耕層土壤維持較高的供氮能力, 并可減少氮素淋失, 進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量及氮素利用效率。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致, 與100%基肥處理相比, 分次施氮各處理顯著提高了玉米開花期至成熟期土壤無機(jī)氮含量, 并且顯著降低了玉米收獲后深層土壤無機(jī)氮含量, 表明增加氮肥追施次數(shù), 在顯著降低氮素淋失的同時(shí), 為春玉米生長(zhǎng)中后期生長(zhǎng)發(fā)育提供了優(yōu)越的氮營(yíng)養(yǎng)環(huán)境。夏曉亮等[35]認(rèn)為, 作物在生長(zhǎng)前期對(duì)氮素需求量低于中后期, 因此提高作物生育中后期土壤無機(jī)氮含量對(duì)提高作物產(chǎn)量十分重要。而本研究中20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥處理在玉米開花期至成熟期土壤無機(jī)氮含量最高, 所獲得玉米產(chǎn)量、總吸氮量和氮素利用效率也最高。進(jìn)一步證明提高玉米生育中后期土壤無機(jī)氮含量可以促進(jìn)玉米氮素積累和產(chǎn)量形成。

氮肥施入土壤后除了被作物吸收外, 一部分以無機(jī)氮形態(tài)或有機(jī)結(jié)合形態(tài)殘留在土壤剖面中, 而另一部分通過氨揮發(fā)、硝化－反硝化、淋洗或徑流等途徑淋洗至根層以下?lián)p失[36-37]。而氮素?fù)p失量大直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境問題[33,38]。因此, 土壤-作物體系氮素平衡是評(píng)價(jià)氮肥合理施用與否的關(guān)鍵。鄒曉錦等[39]研究指出, 分次施氮可顯著提高作物攜出量和土壤氮素殘留量, 并能顯著降低氮素?fù)p失。本研究結(jié)果與前人結(jié)果趨勢(shì)一致, 與100%基肥處理相比, 分次施氮各處理顯著提高玉米氮素?cái)y出量和土壤無機(jī)氮?dú)埩袅? 并顯著降低土壤氮素?fù)p失量。由此可見, 根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)氮肥的不同需求, 采用氮肥分次施用, 尤其是在作物生長(zhǎng)旺盛時(shí)期追施氮肥, 可以有效減少農(nóng)田氮素的淋溶損失。

4 結(jié)論

在覆膜滴灌模式下, 分次施氮可提高玉米開花期至成熟期氮素積累量, 并顯著提高了氮素利用效率。分次施氮通過優(yōu)化玉米穗粒數(shù)和粒重, 顯著提高了玉米產(chǎn)量。并且在提高玉米開花期至成熟期土壤耕層無機(jī)氮含量的同時(shí), 降低了玉米成熟期氮素向深層土壤的淋失。土壤-作物系統(tǒng)的氮素平衡中, 分次施氮在提高作物攜出量和土壤殘留無機(jī)氮的同時(shí), 顯著降低了土壤氮素?fù)p失量, 其中氮肥20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥處理在提高玉米產(chǎn)量、氮素吸收利用和降低土壤氮素?fù)p失等方面效果最佳, 因此, 在總施氮量210 kg·hm?2時(shí), 20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大口肥+20%開花肥+10%灌漿肥為該區(qū)域覆膜滴灌條件下最佳氮肥運(yùn)籌模式。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒 2016[M]. 北京: 中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2016: 10 National Bureau of Statistics of People’s Republic of China. China Statistical Yearbook 2016[M]. Beijing: China Statistics Press, 2016: 10

[2] 趙炳南, 朱風(fēng)文, 楊威, 等. 吉林省西部半干旱區(qū)玉米灌溉現(xiàn)狀分析及對(duì)策[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 35(6): 8–10 ZHAO B N, ZHU F W, YANG W, et al. Current status and strategies of maize irrigation in semi-arid area of western Jilin Province[J]. Journal of Jilin Agricultural Sciences, 2010, 35(6): 8–10

[3] 曹玉軍, 魏雯雯, 徐國(guó)安, 等. 半干旱區(qū)不同地膜覆蓋滴灌對(duì)土壤水、溫變化及玉米生長(zhǎng)的影響[J]. 玉米科學(xué), 2013, 21(1): 107–113 CAO Y J, WEI W W, XU G A, et al. Effects of different films on soil water, temperature and corn growth characteristics under drip-irrigation conditions in semi-arid region[J]. Journal of Maize Sciences, 2013, 21(1): 107–113

[4] 徐泰森, 孫揚(yáng), 劉彥萱, 等. 膜下滴灌水肥耦合對(duì)半干旱區(qū)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]. 玉米科學(xué), 2016, 24(5): 118–122 XU T S, SUN Y, LIU Y X, et al. Effects of combinations of water and nitrogen on growth and yield of drip irrigation under plastic film mulching maize in western Jilin Province[J]. Journal of Maize Sciences, 2016, 24(5): 118–122

[5] 孫云云, 高玉山, 竇金剛, 等. 半干旱區(qū)玉米降解地膜覆蓋栽培綜合效應(yīng)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2011, 27(30): 27–31 SUN Y Y, GAO Y S, DOU J G, et al. Comprehensive effects of degradable plastic film mulching cultivation for maize in semi-arid region[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011, 27(30): 27–31

[6] 王蒙. 吉林半干旱區(qū)春玉米膜下滴灌條件下水肥高效利用研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2017 WANG M. Strategies for achieving high irrigation and fertilization efficiency for spring maize under mulched drip irrigation in semi arid area of Jilin Province[D]. Beijing: China Agricultural University, 2017

[7] 朱金龍, 危常州, 朱齊超, 等. 膜下滴灌春玉米氮素吸收規(guī)律與增產(chǎn)效應(yīng)[J]. 玉米科學(xué), 2014, 22(6): 121–125 ZHU J L, WEI C Z, ZHU Q C,et al. Effect of N absorption and yield enhancement on spring maize under drip irrigation and film mulch[J]. Journal of Jilin Maize Sciences, 2014, 22(6): 121–125

[8] 黃興法, 趙楠, 任夏楠, 等. 寧夏引黃灌區(qū)膜下滴灌春玉米適宜施肥量試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2015, 34(12): 28–31 HUANG X F, ZHAO N, REN X N,et al. Experimental research on fertilizer requirement of spring maize under drip irrigation in Ningxia Irrigation Area[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2015, 34(12): 28–31

[9] HOU Z N, LI P F, LI B G, et al. Effects of fertigation scheme on N uptake and N use efficiency in cotton[J]. Plant and Soil, 2007, 290(1/2): 115–126

[10] WANG M, WANG L C, CUI Z L, et al. Closing the yield gap and achieving high N use efficiency and low apparent N losses[J]. Field Crops Research, 2017, 209: 39–46

[11] LI J S, ZHANG J J, RAO M J. Wetting patterns and nitrogen distributions as affected by fertigation strategies from a surface point source[J]. Agricultural Water Management, 2004, 67(2): 89–104

[12] 李青軍, 張炎, 胡偉, 等. 氮素運(yùn)籌對(duì)玉米干物質(zhì)積累、氮素吸收分配及產(chǎn)量的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(3): 755–760 LI Q J, ZHANG Y, HU W,et al. Effects of nitrogen management on maize dry matter accumulation, nitrogen uptake and distribution and maize yield[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2011, 17(3): 755–760

[13] 陳天宇, 楊克軍, 李佐同, 等. 松嫩平原西部膜下滴灌種植方式下氮肥追施對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素積累的影響[J]. 玉米科學(xué), 2016, 24(5): 105–111 CHEN T Y, YANG K J, LI Z T, et al. Effects of nitrogen fertilizer top dressing frequency and amount on grain yield and nitrogen accumulation under mulch film drip irrigation[J]. Journal of Maize Sciences, 2016, 24(5): 105–111

[14] 張凌一, 李波, 魏新光, 等. 遼寧棕壤土區(qū)不同滴灌施氮模式對(duì)玉米光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2017, 36(3): 26–31ZHANG L Y, LI B, WEI X G, et al. Impact of different nitrogen modes on maize photosynthetic characteristics, yield and quality under drip fertilization in Liaoning brown soil regions[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2017, 36(3): 26–31

[15] 劉慧迪, 楊克軍, 李佐同, 等. 松嫩平原西部膜下滴灌玉米基于葉齡指數(shù)的適宜追氮量研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(3): 811–820LIU H D, YANG K J, LI ZT, et al. Suitable amount of N topdressing based on leaf age index of maize using mulched drip irrigation technology in Western Songnen Plain[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(3): 811–820

[16] 侯云鵬, 孔麗麗, 李前, 等. 滴灌施氮對(duì)春玉米氮素吸收、土壤無機(jī)氮含量及氮素平衡的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2018, 32(1): 238–245 HOU Y P, KONG L L, LI Q, et al. Effects of drip irrigation with nitrogen on nitrogen uptake, soil inorganic nitrogen content and nitrogen balance of spring maize[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2018, 32(1): 238–245

[17] 梁熠, 馬琨, 朱海燕, 等. 深松與施氮量對(duì)春玉米產(chǎn)量及氮素吸收利用率的影響[J]. 玉米科學(xué), 2014, 22(2): 129–134 LIANG Y, MA K, ZHU H Y,et al. Effect of subsoiling strategies and nitrogen application on the nitrogen utilization efficiency and grain yield of spring maize[J]. Journal of Maize Sciences, 2014, 22(2): 129–134

[18] 侯云鵬, 韓立國(guó), 孔麗麗, 等. 不同施氮水平下水稻的養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及土壤氮素平衡[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(4): 836–845 HOU Y P, HAN L G, KONG L L,et al. Nutrient absorption, translocation in rice and soil nitrogen equilibrium under different nitrogen application doses[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(4): 836–845

[19] 曹勝彪, 張吉旺, 董樹亭, 等. 施氮量和種植密度對(duì)高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量和氮素利用效率的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(6): 1343–1353 CAO S B, ZHANG J W, DONG S T,et al. Effects of nitrogen rate and planting density on grain yield and nitrogen utilization efficiency of high yield summer maize[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2012, 18(6): 1343–1353

[20] CHEN Y L, XIAO C X, WU D L, et al. Effects of nitrogen application rate on grain yield and grain nitrogen concentration in two maize hybrids with contrasting nitrogen remobilization efficiency[J]. European Journal of Agronomy, 2015, 62: 79–89

[21] 葛均筑, 徐瑩, 袁國(guó)印, 等. 覆膜對(duì)長(zhǎng)江中游春玉米氮肥利用效率及土壤速效氮素的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(2): 296–305GE J Z, XU Y, YUAN G Y,et al. Effects of film mulching on nitrogen use efficiency of spring maize and soil available nitrogen variations in the middle reaches of Yangtze River[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(2): 296–305

[22] 王云奇, 陶洪斌, 王璞, 等. 施氮模式對(duì)夏玉米產(chǎn)量和籽粒灌漿的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 20(12): 1594–1598 WANG Y Q, TAO H B, WANG P,et al. Effect of nitrogen application patterns on yield and grain-filling of summer maize[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012, 20(12): 1594–1598

[23] 王玉雯, 郭九信, 孔亞麗, 等. 氮肥優(yōu)化管理協(xié)同實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)和氮肥高效[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(5): 1157–1166 WANG Y W, GUO J X, KONG Y L,et al. Nitrogen optimize management achieves high grain yield and enhances nitrogen use efficiency of rice[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(5): 1157–1166

[24] NAKANO H, MORITA S, KITAGAWA H, et al. Grain yield response to planting density in forage rice with a large number of spikelets[J]. Crop Science, 2011, 52(1): 345–350

[25] 李朝蘇, 湯永祿, 吳春, 等. 施氮量對(duì)四川盆地小麥生長(zhǎng)及灌漿的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(4): 873–883 LI C S, TANG Y L, WU C, et al. Effect of N rate on growth and grain filling of wheat in Sichuan Basin[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(4): 873–883

[26] 吳迪, 黃紹文, 金繼運(yùn). 氮肥運(yùn)籌、配施有機(jī)肥和坐水種對(duì)春玉米產(chǎn)量與養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2009, 15(2): 317–326WU D, HUANG S W, JIN J Y. Effects of nitrogen fertilizer management, organic manure application and bed-irrigation sowing on maize yield, and nutrient uptake and translocation[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(2): 317–326

[27] 馬興華, 梁曉芳, 劉光亮, 等. 氮肥用量及其基追施比例對(duì)烤煙氮素利用的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(6): 1655–1664 MA X H, LIANG X F, LIU G L,et al. Effect of nitrogen application rate and base and topdressing ratio on nitrogen utilization of flue-cured tobacco[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(6): 1655–1664

[28] 姜濤. 氮肥運(yùn)籌對(duì)夏玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及植株養(yǎng)分含量的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19(3): 559–565JIANG T. Effects of nitrogen application regime on yield, quality and plant nutrient contents of summer maize[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(3): 559–565

[29] 馬冬云, 郭天財(cái), 王晨陽, 等. 施氮量對(duì)冬小麥灌漿期光合產(chǎn)物積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及分配的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2008, 34(6): 1027–1033 MA D Y, GUO T C, WANG C Y,et al. Effects of nitrogen application rates on accumulation, translocation, and partitioning of photosynthate in winter wheat at grain filling stage[J]. Acta Agronomica Sinica, 2008, 34(6): 1027–1033

[30] KICHEY T, HIREL B, HEUMEZ E, et al. In winter wheat (L.), post-anthesis nitrogen uptake and remobilisation to the grain correlates with agronomic traits and nitrogen physiological markers[J]. Field Crops Research, 2007, 102(1): 22–32

[31] 王宜倫, 李潮海, 譚金芳, 等. 氮肥后移對(duì)超高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量及氮素吸收和利用的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2011, 37(2): 339–347 WANG Y L, LI C H, TAN J F,et al. Effect of postponing N application on yield, nitrogen absorption and utilization in super-high-yield summer maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37(2): 339–347

[32] 姜濤, 李瑋. 氮肥運(yùn)籌對(duì)夏玉米氮素利用及土壤無機(jī)氮時(shí)空變異的影響[J]. 玉米科學(xué), 2013, 21(6): 101–106 JIANG T, LI W. Effects of nitrogen fertilization on nitrogen utilization and spatial-temporal distributions of soil inorganic nitrogen in summer maize[J]. Journal of Maize Sciences, 2013, 21(6): 101–106

[33] 石玉, 于振文. 施氮量及底追比例對(duì)小麥產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮含量和氮平衡的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(11): 3661–3669 SHI Y, YU Z W. Effects of nitrogen fertilizer rate and ration of base and topdressing on yield of wheat, content of soil nitrate and nitrogen balance[J]. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(11): 3661–3669

[34] 武際, 郭熙盛, 楊曉虎, 等. 氮肥施用時(shí)期及基追比例對(duì)土壤礦質(zhì)氮含量時(shí)空變化及小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 19(11): 2382–2387 WU J, GUO X S, YANG X H, et al. Effects of application time and basal/topdressing ratio of nitrogen fertilizer on the spatiotemporal variation of soil NO3--N and NH4+-N contents and the grain yield and its quality of wheat[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2008, 19(11): 2382–2387

[35] 夏曉亮, 石祖梁, 荊奇, 等. 氮肥運(yùn)籌對(duì)稻茬小麥土壤硝態(tài)氮含量時(shí)空分布和氮素利用的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2010, 47(3): 490–496 XIA X L, SHI Z L, JING Q,et al. Effects of nitrogen fertilization on spatial-temporal distributions of soil nitrate and nitrogen utilization in wheat season of rice-wheat systems[J]. Acta Pedologica Sinica, 2010, 47(3): 490–496

[36] 巨曉棠, 劉學(xué)軍, 鄒國(guó)元, 等. 冬小麥/夏玉米輪作體系中氮素的損失途徑分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002, 35(12): 1493–1499 JU X T, LIU X J, ZOU G Y, et al. Evaluation of nitrogen loss way in winter wheat and summer maize rotation system[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2002, 35(12): 1493–1499

[37] 栗麗, 洪堅(jiān)平, 王宏庭, 等. 施氮與灌水對(duì)夏玉米土壤硝態(tài)氮積累、氮素平衡及其利用率的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(6): 1358–1365 LI L, HONG J P, WANG H T, et al. Effects of nitrogen application and irrigation on soil nitrate accumulation, nitrogen balance and use efficiency in summer maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(6): 1358–1365

[38] LI X D, MASUDA H, KOBA K, et al. Nitrogen isotope study on nitrate-contaminated groundwater in the Sichuan Basin, China[J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2007, 178(1/4): 145–156

[39] 鄒曉錦, 張?chǎng)? 安景文. 氮肥減量后移對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用及農(nóng)田氮素平衡的影響[J]. 中國(guó)土壤與肥料, 2011, (6): 25–29 ZOU X J, ZHANG X, AN J W. Effect of reducing and postponing of N application on yield, plant N uptake, utilization and N balance in maize[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2011, (6): 25–29

Effects of nitrogen fertilizer management on nitrogen absorption, utilization and soil inorganic nitrogen content under film mulch drip irrigation of maize*

HOU Yunpeng, KONG Lili, LI Qian, YIN Caixia, QIN Yubo, YU Lei, WANG Lichun**, WANG Meng**

(Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast Region, Ministry of Agriculture / Agricultural Resources and Environment Research Institute, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun 130033, China)

For reasonable application of nitrogen fertilizer under film mulch and drip irrigation in the semi-arid region of Jilin Province, a field experiment was conducted to investigate the effects of different nitrogen doses on spring maize yield, nitrogen utilization efficiency, nitrogen accumulation characteristics, soil inorganic nitrogen content and nitrogen balance during the growth period. The drip-irrigated film mulch experiment was conducted in 2016–2017 for N1 (100% basal fertilizer), N2 (50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer), N3 (30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer) and N4 (20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer) nitrogen inputs. The results showed that grain yield under N2, N3 and N4 treatments were all significantly higher than that under N1 treatment. The highest maize yield was obtained under N4 treatment, increasing by 22.44% (2016) and 35.31% (2017) over that under N1 treatment. Absorption utilization efficiency, agronomic efficiency and partial factor productivity of nitrogen under N2, N3 and N4 treatments were all significantly higher than those under N1 treatment, respectivelyincreasing in the ranges of 52.02%-83.21%, 63.69%-120.78%, 11.85%-22.46% (in 2016) and 92.44%-129.38%, 127.23%-203.09%, 22.10%-34.01% (in 2017). The highest increase was under N4 treatment.Nitrogen accumulation increased significantly with increasing nitrogen fertilizer application from jointing stage to mature stage, with the highest value under N4 treatment after flowering stage. Compared with N1 treatment, soil inorganic nitrogen content improved at the 0–20 cm soil layer under N2, N3 and N4 treatments after flowering stage, but dropped at the 40–100 cm soil layer at maturity stage. Nitrogen loss significantly reduced under N2, N3 and N4 treatments compared with that under N1 treatment, and it was lowest under N4 treatment in terms of nitrogen balance of the soil-crop system. In conclusion, optimum management strategy was obtained for 20% nitrogen base fertilizer, 30% dose at jointing stage, 20% at belling stage, 20% at flowering stage and 10% at filling stage. This gave a total nitrogen fertilizer application of 210 kg·hm-2under the experimental field conditions.

Spring maize; Nitrogen management; Nitrogen utilization efficiency; Soil inorganic nitrogen content; Nitrogen balance

s: WANG Lichun, E-mail: wlc1960@163.com; WANG Meng, E-mail: wangmeng0703@163.com

Jan. 22, 2018;

Apr. 28, 2018

10.13930/j.cnki.cjea.180104

S513.062

A

1671-3990(2018)09-1378-10

王立春, 主要從事玉米栽培與土壤肥料研究, E-mail: wlc1960@163.com; 王蒙, 主要從事高效施肥研究, E-mail: wangmeng0703@163.com 侯云鵬, 主要從事養(yǎng)分資源高效利用方面研究。E-mail: exceedfhvfha@163.com

2018-01-22

2018-04-28

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2017YFD0300604) and the International Plant Nutrition Institute (IPNI) Project (NMBF-Jilin-2018).

* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFD0300604)和國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)研究所(IPNI)項(xiàng)目(NMBF-Jilin-2018)資助

侯云鵬, 孔麗麗, 李前, 尹彩俠, 秦裕波, 于雷, 王立春, 王蒙. 覆膜滴灌條件下氮肥運(yùn)籌對(duì)玉米氮素吸收利用和土壤無機(jī)氮含量的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2018, 26(9): 1378-1387

HOU Y P, KONG L L, LI Q, YIN C X, QIN Y B, YU L, WANG L C, WANG M. Effects of nitrogen fertilizer management on nitrogen absorption, utilization and soil inorganic nitrogen content under film mulch drip irrigation of maize[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(9): 1378-1387