氮肥用量對夏玉米產(chǎn)量、收益、農(nóng)學效率及氮肥利用率的影響

趙萍萍，王宏庭，郭軍玲，李 麗

（山西省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，山西太原030031）

氮肥在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。目前，我國的氮肥施用量約占全世界氮肥總用量的1/3，但當季利用率僅為30%～35%[1]。氮肥的不合理施用，一方面表現(xiàn)為投入增加、生產(chǎn)效益低下，造成資源的浪費；另一方面對環(huán)境產(chǎn)生了負面影響[2-6]，進而影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。氮肥的增產(chǎn)效益往往受生態(tài)類型、土壤條件、栽培管理等因素的影響。國內學者針對其所在地區(qū)的玉米生產(chǎn)條件已開展了氮肥施用量影響玉米產(chǎn)量、品質的一些研究[5-13]。趙營等[5]的研究結果表明，氮肥對夏玉米有明顯的增產(chǎn)作用，氮肥利用率隨著施氮量的增加而降低。易鎮(zhèn)邪等[6]的研究結果也表明，氮肥施用使夏玉米增產(chǎn)極顯著。

夏玉米是山西省晉南地區(qū)普遍種植的重要作物，針對夏玉米生產(chǎn)中如何發(fā)揮氮肥最大的增產(chǎn)潛力，提高氮肥利用率，同時減少對環(huán)境的負面影響，一直是我省玉米發(fā)展戰(zhàn)略面臨的重大課題。Bruulsema[14]等提出，肥料的最佳管理須同時兼顧實現(xiàn)農(nóng)田系統(tǒng)的生產(chǎn)力、利潤、持續(xù)性及環(huán)境的四大目標。

本研究針對山西省夏玉米普遍存在的盲目施肥問題，通過田間試驗明確當前夏玉米生產(chǎn)的最佳施氮量和氮肥的農(nóng)學效率，以達到高產(chǎn)、優(yōu)質、低耗、環(huán)境友好等多重目標，旨在為山西省的夏玉米生產(chǎn)提供理論支撐和實踐指導。

1 材料和方法

1.1 試驗地特性

試驗在山西省冬小麥—夏玉米輪作主產(chǎn)區(qū)臨汾市進行，該地屬半干旱溫帶大陸性氣候，年平均氣溫在12.6℃左右，年平均降水量為498 mm，無霜期195 d左右。試驗點位于襄汾縣農(nóng)場，土壤類型為石灰性褐土，質地中壤，前茬作物為小麥。播前（2009年5月22日）采集耕層土壤（0～20 cm）樣品，在國家測土施肥實驗室進行分析（ASI系統(tǒng)研究法）[15]，土壤的理化性質為pH 8.49， 有 機質 4.70 g/kg，NH4-N 為 6.8 mg/L，NO3-N為7.8 mg/kg，速效磷8.3 mg/kg，速效鉀128.2 mg/kg，有效鈣 1 930.0 mg/kg，有效鎂 240.3 mg/kg，有效硫 365.0 mg/kg，有效硼 1.2 mg/kg，有效銅1.1 mg/kg，有效鐵3.0 mg/kg，有效錳13.8 mg/kg，有效鋅 6.8 mg/kg。

1.2 試驗材料及設計

根據(jù)播前土壤的基礎肥力狀況，在保證磷、鉀肥供應的前提下，氮肥（N）施用在0～350 kg/hm2范圍內設 6 個水平：N0，N70，N140，N210，N280，N350，隨機區(qū)組設計，重復3次，小區(qū)面積為28 m2（7 m×4 m）。所用肥料為尿素（46%N）、過磷酸鈣（12%P2O5）和氯化鉀（60%K2O）。供試的玉米品種為鄭單958，2009年6月15日人工點種，播量37.5 kg/hm2，每小區(qū)種植168株，種植6行，每行28株，種植密度60 000株/hm2左右。6月22日出苗，7月10日定苗，7月22日追肥，10月13日收獲。灌溉、除草、治蟲、中耕等田間管理按當?shù)剞r(nóng)民習慣進行。磷肥和鉀肥于夏玉米5～6葉期施用（P2O590 kg/hm2，K2O60 kg/hm2），氮肥則在玉米拔節(jié)期一次性追施。整個玉米生育期降雨量為195.7 mm。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

收獲時每個試驗小區(qū)取植株樣品3株，在105℃殺青0.5 h后于60℃下烘干至恒質量，之后粉碎，過1 mm篩用于分析全氮。植株全氮用濃硫酸消煮，全自動定氮儀測定。有關收獲指數(shù)、農(nóng)學效益、氮肥利用率計算公式如下。

玉米收獲指數(shù)=經(jīng)濟產(chǎn)量/地上部生物量×100%；

N收獲指數(shù)=籽粒吸氮量/總吸氮量×100%；

氮農(nóng)學效率（kg/kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量－不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥利用率=（施氮區(qū)吸氮量－不施氮區(qū)吸氮量）/施氮量×100%；

凈收益（元/hm2）=經(jīng)濟產(chǎn)量×玉米價格-肥料施用量×肥料價格；

N素表觀平衡=N投入量-N吸收量。

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 氮肥用量對夏玉米生物量、經(jīng)濟產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響

在農(nóng)田生產(chǎn)條件下，作物生長發(fā)育受水、肥、氣、熱及栽培管理措施等因素的影響，經(jīng)濟產(chǎn)量和生物產(chǎn)量是表征綜合因素共同作用的參數(shù)，而收獲指數(shù)可反映作物同化產(chǎn)物在籽粒和營養(yǎng)器官上的分配比例，也是評價栽培成效的重要指標。在栽培管理措施相對一致的情況下，不同施氮量影響作物的生物產(chǎn)量、經(jīng)濟產(chǎn)量及收獲指數(shù)（表1）。從表1可以看出，施氮處理與不施氮處理比較，施氮均增加了夏玉米的生物量，增加了3.2%～17.0%，且隨著施氮量的增加生物量呈增加趨勢。方差檢驗結果顯示，處理間生物量差異達顯著水平（P=0.015）。多重比較進一步顯示，N350，N280，N210與 N0處理生物量有顯著差異，N350，N280與N70，N140之間差異也達顯著水平，與N210之間差異未達顯著，表明施用中高量氮肥可顯著增加夏玉米生物量。

從經(jīng)濟產(chǎn)量來看，不同施氮量較不施氮處理均有增產(chǎn)效應，增產(chǎn)幅度為913～1 712 kg/hm2，增產(chǎn)率為11.2%～20.9%。在施氮0～350 kg/hm2范圍內，N210處理取得最高產(chǎn)量，為9 897 kg/hm2，增產(chǎn)率為20.9%。方差檢驗結果顯示，各處理間產(chǎn)量差異達顯著水平（P=0.014）。多重比較進一步顯示，不同施氮量均與不施氮處理之間產(chǎn)量達顯著水平，施氮處理之間相互比較，N210，N280的產(chǎn)量與N70，N140處理之間產(chǎn)量達顯著水平，與N350之間不顯著，表明不同施氮量均顯著增加夏玉米產(chǎn)量，但產(chǎn)量增加與施氮量并不呈直線相關，而呈拋物線型。經(jīng)濟產(chǎn)量與不同氮肥施用量之間的關系可表示為：Y=-0.262X2+12.318X+8 218.2（R2=0.8967），求得最高產(chǎn)量施肥量為235kg/hm2。

就玉米收獲指數(shù)而言，不同施氮量也影響夏玉米的收獲指數(shù)，不同處理間玉米收獲指數(shù)差異達顯著水平（P=0.014）。多重比較顯示，N70，N140，N210與N0之間收獲指數(shù)達顯著差異，而N280，N350與N0之間收獲指數(shù)差異未達顯著水平，表明中低水平的施氮量有利于提高夏玉米的收獲指數(shù)，而高氮量施用對收獲指數(shù)沒有影響。

以上分析表明，中高施氮量可顯著增加夏玉米生物量，不同氮肥施用量均可顯著增加產(chǎn)量，中低施氮量有利于提高夏玉米的收獲指數(shù)，綜合表明，N210處理可獲得最高的玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)。

表1 不同氮肥用量對夏玉米生物量、產(chǎn)量、收獲指數(shù)、農(nóng)學效率及凈收益的影響

2.2 氮肥用量對夏玉米凈收益和氮肥農(nóng)學效率的影響

夏玉米的凈收益是評價施肥效果的重要參數(shù)。從表1可以看出，不同的施氮量影響夏玉米的凈收益，與不施氮（N0）相比，N210處理顯著增加了夏玉米的凈收益，而其他施氮處理盡管有凈收益增加，但均未達顯著水平，表明適宜的施氮量是增加夏玉米凈收益的關鍵，施肥不足或施肥過量，均不能帶來高收益。凈收益與不同氮肥施用量之間的關系可表示為：Y=-0.044 5X2+17.235X+12 894（R2=0.804 9），由此求得最高凈收益施肥量為194 kg/hm2。

從氮肥的農(nóng)學效率看，不同施氮量的農(nóng)學效率存在差異，且大體上隨著施氮量的增加呈減少趨勢，農(nóng)學效率變幅為3.3～13.1 kg/kg，可見，不足的施氮量雖能提高氮肥的農(nóng)學效率，但明顯降低了產(chǎn)量收益，而高施氮量的農(nóng)學效率低下，將增加引發(fā)生態(tài)環(huán)境負面效應的危險。在保證高產(chǎn)和高收益的條件下，N210處理的農(nóng)學效率為8.2 kg/kg。

2.3 氮肥用量對夏玉米氮養(yǎng)分吸收、氮養(yǎng)分收獲指數(shù)、氮平衡及氮肥利用率的影響

氮肥用量對夏玉米氮養(yǎng)分吸收、氮養(yǎng)分收獲指數(shù)、氮平衡及氮肥利用率有一定影響，結果如表2所示。

表2 氮肥用量對夏玉米氮養(yǎng)分吸收、氮養(yǎng)分收獲指數(shù)、氮平衡及氮肥利用率的影響

表2顯示，無論籽粒還是秸稈，氮含量隨著施氮量的增加大體上有增高的趨勢，氮吸收量也有同樣的趨勢，不施氮的處理氮吸收總量最低，為179.9 kg/hm2，施氮量最高的處理氮吸收總量最高，為279.2 kg/hm2。就氮收獲指數(shù)而言，不同氮肥施用量表現(xiàn)不一，N70和N210較N0略有提高，而 N140，N280，N350則較 N0下降。從氮的表觀平衡看，N280大體上滿足氮素平衡，低于此施氮量，氮素平衡處于虧缺狀態(tài)，高于此量則處于盈余狀態(tài)。本試驗獲得最高產(chǎn)量的施肥量N210（210 kg/hm2），氮素平衡虧缺51.0 kg/hm2。就氮肥利用率而言，N70處理取得最高的氮肥利用率，為44.2%；N350處理獲得最低的氮肥利用率，為28.3%；N210處理的氮肥利用率為38.6%，故N210處理可以實現(xiàn)高產(chǎn)、高收益，同時氮肥利用率也較高的研究目標。

3 討論

肥料在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，肥料的合理施用就是要根據(jù)不同作物解決需要什么肥，各需多少，在什么時期施，怎么施肥等一系列問題。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民根據(jù)各自對所種植作物的肥料需求和所經(jīng)營耕地土壤肥力的了解，在期望經(jīng)營收入和可支付投資能力間進行決策，決定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中投入肥料品種和數(shù)量。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術水平、經(jīng)營決策水平及經(jīng)濟能力上存在差異，不同農(nóng)戶在自己經(jīng)營耕地上的施肥狀況會有所差異。楊博等[16]2000年進行的農(nóng)田調查結果顯示，占所調查的樣本數(shù)25%的農(nóng)田施肥過量，主要集中在集約化生產(chǎn)程度較高的山西省南部地區(qū)，即小麥、玉米的主產(chǎn)區(qū)；占樣本數(shù)50%的農(nóng)田施肥不足，主要分布在山西省北中部地區(qū)，生產(chǎn)水平較低，以粗放式經(jīng)營為主。

筆者曾于2004年對山西省2種種植制度（一年一作、一年兩作）、2種土壤類型（褐土、潮土）的2個自然村（忻州市二十里鋪村和臨汾市南麻村）分別進行了全村300多戶農(nóng)民施肥調查，發(fā)現(xiàn)農(nóng)戶間氮肥施用的變異達43%，磷肥施用的變異在42%～70%之間，施肥不足和施肥過量的現(xiàn)象并存。施肥不足，作物生長所需的養(yǎng)分得不到充分供應，影響了作物的生長，無法獲得高產(chǎn)，進而影響農(nóng)民的收益，本試驗中的氮肥處理（N70，N140）均驗證了這一點；而施肥過量，一方面表現(xiàn)為投入增加、生產(chǎn)效益低下，造成資源的浪費，另一方面對環(huán)境產(chǎn)生了負面影響[2-6]，影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，本試驗中的氮肥處理（N280，N350）可以驗證這一點。

當前生產(chǎn)條件下，肥料最佳管理須同時兼顧實現(xiàn)農(nóng)田系統(tǒng)的生產(chǎn)力、利潤、持續(xù)性及環(huán)境的四大目標。本試驗結果表明，夏玉米的生物量隨施氮量的增加而增加，與一些學者的研究結果一致[5-9]，施肥量與經(jīng)濟產(chǎn)量的關系呈二次拋物線型，與游福欣等[9]研究的直線型不一致，可能因為氮肥施用量級范圍（N0～192 kg/hm2）偏低所致。本研究求得最高產(chǎn)量施氮量為235 kg/hm2，與吳波等[10]的研究結果（240 kg/hm2）相近，而求得的最佳經(jīng)濟施氮量194 kg/hm2，高于游福欣等[9]研究獲得的137 kg/hm2，這與土壤的肥力條件和氣候生態(tài)條件有關。從氮肥利用率看，本研究各處理的氮肥利用率（28.3%～44.2%）均高于趙營等報道的氮肥利用率（9.2%～22.6%），這也表明不同土壤條件和生態(tài)條件影響氮肥的效益和利用率。

綜上所述，山西省南部夏玉米種植區(qū)域，施氮可以增加夏玉米的生物量和產(chǎn)量，夏玉米的吸氮量隨施氮量的增加呈增加的趨勢。在施氮量0～350 kg/hm2范圍內，施氮210 kg/hm2可以獲得最高的經(jīng)濟產(chǎn)量（9 897 kg/hm2）和最高的純收益（14 970元/hm2），氮肥的農(nóng)學效益為8.2 kg/kg，較不施氮肥處理增產(chǎn)1 712 kg/hm2（增幅達20.9%），增收2 132元/hm2，可以實現(xiàn)高產(chǎn)、高收益，同時氮肥利用率（38.6%）也較高的研究目標。施氮量與產(chǎn)量和純收益之間的關系均符合二次函數(shù)曲線，求得最高產(chǎn)量施肥量為235 kg/hm2，經(jīng)濟施肥量為194 kg/hm2。

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