韓 上，武 際，李 敏，唐 杉，王 慧，程文龍，石祖梁，桑亞松

（1.安徽省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230031；2.安徽農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，安徽 合肥 230036；3.農業(yè)農村部農業(yè)生態(tài)與資源保護總站，北京 100125；4.肥東縣農業(yè)技術推廣中心，安徽 合肥 231600）

秸稈作為含碳豐富的可再生資源，在還田時向土壤中輸了大量的碳和作物所需的各種營養(yǎng)元素，是保持和提高土壤肥力的重用手段［1-2］。氮素是影響作物產量的最主要養(yǎng)分因素之一，氮肥的合理施用是作物獲得高產的重要保證［3］。而當前農作物生產中施用的氮肥多為速效態(tài)，養(yǎng)分釋放迅速［4］。氮肥施入土壤后除了被作物吸收利用和在土壤剖面殘留，還有部分會通過各種途徑損失到環(huán)境中。過量施氮造成的氮素損失不利于作物高產和氮肥利用效率的提高，同時還會造成環(huán)境污染［5-6］。大量研究已經證實，秸稈還田初期微生物在分解秸稈時會消耗土壤中的氮素，出現(xiàn)與作物爭氮的現(xiàn)象［7-8］，而隨著秸稈的分解，秸稈中的氮素可以緩慢釋放出來供作物吸收利用［9-10］。但當前生產上，為防止秸稈還田前期與作物爭氮，許多地區(qū)仍會在當?shù)赝扑]施肥量的基礎上增施一定量的氮肥做基肥。

安徽省是我國糧食主產省，常年農作物種植面積超過860萬hm2［11］。目前糧食生產北方以小麥-玉米/大豆輪作，南方以水稻-小麥/油菜輪作為主，其中小麥和水稻播種面積位居各作物前兩位，占農作物總播種面積的50%以上［11］。隨著秸稈直接還田比例的進一步提高［12］，如何通過調整秸稈還田條件下的氮肥運籌，達到不增加氮肥用量和提高氮肥利用效率的目的變得尤為重要。前人已有不少關于秸稈還田條件下氮肥運籌的研究［13-15］，但大田條件下連續(xù)多年的研究并不多見，且不同區(qū)域和輪作制下研究結果并不一致［16-18］。為此，本研究以安徽水旱輪作區(qū)水稻和旱作區(qū)小麥為研究對象，比較秸稈直接還田條件下不同氮肥施用量和氮肥運籌組合連續(xù)多年的施用效果，為秸稈還田條件下氮肥的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2014～2017年分別在安徽省水旱輪作區(qū)肥東縣和旱作區(qū)太和縣進行。肥東點土壤為水稻土，太和點土壤為砂姜黑土。供試點耕層（0～20 cm）基本理化性質見表1。肥東點水稻品種為當?shù)赝茝V種植的C兩優(yōu)華占，育苗移栽，栽插密度22.5萬穴/hm2，前茬為小麥；太和點小麥品種為當?shù)刂髟缘闹茺?7，播量195 kg/hm2，前茬為玉米。

表1 供試土壤基本理化性質

1.2 試驗設計

試驗釆用裂區(qū)設計，氮肥用量為主區(qū)，氮肥運籌為副區(qū)。氮肥用量設低、中、高3個水平，其中中水平為當?shù)赝扑]氮肥用量；氮肥運籌設氮肥一次性基施、習慣基追比和后氮前移3個比例，另設不施氮肥處理作對照，共計10個處理，各處理前茬作物秸稈均全量還田。

肥東點2015、2016和2017連續(xù)3年水稻季各處理氮肥運籌見表2，各處理磷、鉀肥全部基施，用量為P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，小區(qū)面積40 m2，3次重復，隨機區(qū)組排列。太和點2014、2015和2016連續(xù)3年小麥季各處理氮肥運籌見表3，各處理磷、鉀肥全部基施，用量為P2O590 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，小區(qū)面積30 m2，3次重復，隨機區(qū)組排列。其它管理措施在水稻和小麥生育期內保持一致。供試肥料分別為尿素（N 46%），過磷酸鈣（P2O512%），氯化鉀（K2O 60%）。

表2 水稻季各處理氮肥運籌方式 （kg/hm2）

表3 小麥季各處理氮肥運籌方式 （kg/hm2）

1.3 測定項目及方法

在2015年水稻基肥施用前和2014年小麥基肥施用前，采集0～20 cm土層土樣，采用常規(guī)方法測定基本理化性質［19］。

在作物成熟期，按小區(qū)實收水稻和小麥籽粒計重。

根據(jù)參考文獻［20-21］計算如下參數(shù)：

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010進行數(shù)據(jù)分析和圖表處理，用SPSS 19.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田條件下氮肥運籌對水稻產量的影響

不同施氮處理的水稻產量存在明顯差異（表4）。不施氮處理（N0）連續(xù)3年的產量均處于最低水平，顯著低于施氮各處理；與N0相比，施氮各處理3年平均增產率在35.1%～53.5%。各施氮處理中，N255M7/2/1處理，即施氮量255 kg/hm2、氮肥運籌為7∶2∶1時在第1年和第3年產量最高，N210M7/2/1處理產量次之，二者3年平均產量無顯著差異；N210M5/3/2和N255M5/3/2處理3年平均產量也處于較高水平，N165M10/0/0處理產量最低。與N165M10/0/0處理相比，各施氮處理產量均有不同程度提升，說明在低氮條件下，氮肥一次性基施時水稻產量較低。相同氮肥施用量下，分次施氮的水稻產量無論是在低氮（N165）、中氮（N210）還是高氮（N255）條件下均高于一次性基施；其中均以7∶2∶1的氮肥運籌產量較高，5∶3∶2次之，但二者間連續(xù)3年產量差異均不顯著。

與推薦氮肥用量和習慣運籌方式處理（N210M5/3/2）相比，低氮（N165）各處理均顯著降低了水稻產量，降幅在6.51%～10.25%；N210M10/0/0處理也明顯降低了水稻產量，3年平均降幅為5.68%；而單純增加氮肥用量處理（N255M5/3/2）并沒有增加水稻產量；N255M7/2/1和N210M7/2/1處理3年平均增產率分別為1.98%和1.80%，產量略有增加。

2.2 秸稈還田條件下氮肥運籌對小麥產量的影響

與不施氮（N0）處理相比，施氮各處理顯著提高了小麥產量，3年平均增幅在55.8%～80.6%（表5）。各施氮處理中，2015年小麥產量以N285M6/4最高，N240M8/2和N285M8/2次之；2016年和2017年以N285M8/2最高，N285M6/4和N240M8/2次之；N195M10/0連續(xù)3年產量均處于最低水平。綜合3季產量，以N285M8/2處理，即施氮量285 kg/hm2、氮肥運籌為8∶2時產量最高，N285M6/4和N240M8/2處理產量次之，N195M8/2和N240M6/4處理產量也處于較高水平。在低氮肥用量（N195）時，8∶2的氮肥運籌產量最高，顯著高于6∶4和10∶0氮肥運籌處理；在中氮肥用量（N240）時，8∶2的氮肥運籌產量最高，6∶4的氮肥運籌產量也處于較高水平，二者均顯著高于氮肥一次性基施處理；在高氮肥用量（N285）時，8∶2和6∶4的氮肥運籌產量接近，顯著高于氮肥一次性基施處理。

表5 不同施氮處理對小麥產量的影響

與推薦氮肥用量和習慣運籌方式處理（N240M6/4）相比，低氮（N195）處理中N195M10/0和N195M6/4顯著降低了小麥產量，降幅分別為9.96%和4.31%，N195M8/2沒有降低小麥產量；N240M10/0和N285M10/0處理明顯降低了小麥產量，3年平均降幅為6.55%和5.75%；N285M8/2、N285M6/4和N240M8/2處理的產量均有一定程度增加，增幅分別為4.36%、4.31%和3.69%。

2.3 不同處理氮肥利用效率比較

不同施氮量和氮肥運籌處理下水稻和小麥的氮肥農學利用率和偏生產力結果見表6和表7。

水稻上，農學利用效率以N210M7/2/1處理，即施氮量210 kg/hm2、氮肥運籌為7∶2∶1時最高，達到了16.7 kg/kg，N165M7/2/1處理次之；而高氮（N255）條件下各處理農學利用效率整體較低。氮肥偏生產力整體上隨著氮肥用量的增加而降低；在同一氮肥用量下，氮肥一次性基施的偏生產力最低，7∶2∶1和5∶3∶2的氮肥運籌偏生產力較高。小麥中，氮肥農學利用效率和偏生產力均以N195M8/2處理最高，且顯著高于其他處理。各處理農學利用效率和偏生產力隨著氮肥用量的增加逐漸下降。在中氮（N240）和高氮（N285）條件下，以N240M8/2處理的農學利用效率和偏生產力最高，分別為13.8和31.1 kg/kg，N240M6/4次之。高氮各處理氮肥利用效率均較低，其中以N285M10/0處理最低，顯著低于其他各處理。

表6 不同施氮處理對水稻氮肥利用效率的影響

表7 不同施氮處理對小麥氮肥利用效率的影響

3 討論

前人在秸稈不還田條件下的大量研究表明［22-25］，無論是在水稻還是在小麥上，在氮肥運籌中適當減少基肥比例，進行氮肥的前氮后移，可更好地協(xié)調作物整個生育期對氮素的需求，提高氮素利用效率。而在秸稈還田條件下，隨著微生物對秸稈的分解，秸稈中逐漸釋放的養(yǎng)分也可為作物吸收利用［9，26-27］。本研究發(fā)現(xiàn)，與推薦施氮量下的習慣運籌相比，連續(xù)3年單純增施氮肥不會顯著提高水稻或小麥的產量，但減施氮肥則會顯著降低水稻或小麥產量。說明當前習慣運籌和施肥方式條件下，水稻和小麥的推薦施肥量均較合理。而推薦施氮量下氮肥前移在水稻和小麥上均獲得較高產量，且農學利用率和偏生產力在中氮和高氮各處理中也處于最高水平。這也表明，在秸稈還田條件下，傳統(tǒng)的氮肥運籌比例可進一步優(yōu)化；與前氮后移相比，后氮前移能更好地協(xié)調秸稈前期分解時土壤微生物與作物爭氮的矛盾，減少秸稈前期腐解對作物苗期生長發(fā)育產生的不利影響，進而獲得較高產量。綜合來看，秸稈還田條件下，在水稻和小麥上均可在不增加氮肥用量的基礎上通過優(yōu)化氮肥運籌達到作物高產和氮肥利用效率提高的目的。

在小麥上連續(xù)3年研究結果表明，與推薦施氮量下的習慣運籌處理（N240M6/4）相比，減施氮肥后氮前移處理（N195M8/2）的產量沒有下降，氮肥利用效率還有顯著提升。說明秸稈還田條件下，通過氮肥的合理運籌可以在當前推薦施氮量的基礎上，進一步降低小麥季的氮肥用量，達到減肥增效的目的。本研究同時發(fā)現(xiàn)，普通尿素作氮肥一次性基施時，在推薦施氮量的基礎上繼續(xù)增施氮肥不會顯著提高水稻或小麥產量，其中水稻產量3年平均只增加了1.3%，小麥增加了0.8%，而氮肥利用效率卻顯著下降。這可能是由于普通尿素易溶于水，一次性過量施用會造成氮素在作物生育前期通過NH3揮發(fā)、N2O排放、氮淋溶和徑流等途徑大量損失［4］。這也說明，一次性施肥條件下，想單純通過增加氮肥用量的方式來彌補一次性施肥造成的產量下降是不可行的，增施的氮肥還會造成一系列環(huán)境問題，緩控釋肥是冬小麥施肥輕簡化的方向［28-30］。

4 結論

綜合考慮作物產量和氮肥利用效率，本研究條件下，水稻的最優(yōu)氮肥用量和運籌方式組合是推薦施氮量下氮肥前移處理，即氮肥用量為210 kg/hm2、氮肥運籌為7∶2∶1；小麥的最優(yōu)氮肥用量和運籌方式組合也是推薦施氮量下氮肥前移處理，即氮肥用量為240 kg/hm2、氮肥運籌為8∶2。

連續(xù)3年試驗結果表明，同一氮肥用量條件下，氮肥一次性施用會明顯降低作物產量和氮肥利用效率。秸稈還田后增施氮肥并不會顯著提高水稻或小麥產量，還會使氮肥利用效率明顯下降。