施氮時期對冬小麥植株—土壤體系肥料氮去向的影響

摘 要：通過15N示蹤試驗，研究了黃淮地區(qū)施氮時期對冬小麥植株-土壤體系肥料氮去向的影響。結(jié)果表明：隨著施氮時期后移，小麥籽粒中的氮素含量增加，葉和莖中氮素含量降低。小麥植株氮素總積累量以拔節(jié)期追氮最高。拔節(jié)期追氮更有利于提高籽粒的氮素積累量，降低營養(yǎng)器官的氮素積累量，促進(jìn)營養(yǎng)器官中的氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運。不同施氮時期條件下，冬小麥的氮肥生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)均表現(xiàn)為拔節(jié)期追氮最高。拔節(jié)期追氮更有利于促進(jìn)強筋小麥品種氮素的吸收，提高中弱筋小麥品種氮素的利用。小麥植株氮素總積累量來源于肥料氮的比例隨施氮時期的后移呈降低趨勢。推遲施氮時期，植株氮素總積累量來自基肥氮的比例增加，來自追肥氮的比例減少。隨施氮時期后移，肥料氮在0～100 cm土壤中的殘留呈現(xiàn)增加趨勢。與起身期和孕穗期追氮相比，拔節(jié)期灌溉后追施氮肥，肥料氮在20～60 cm土壤中殘留量最大。綜合分析肥料氮在小麥季的去向得出，拔節(jié)期追氮肥料氮去向更均衡。

關(guān)鍵詞：黃淮地區(qū)；冬小麥；15N示蹤；施氮時期；氮素利用效率；氮去向

中圖分類號：S512.1+10.62 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2012）12-0060-06

Effects of Nitrogen Topdressing Stage on Fate of Fertilizer Nitrogen

in Winter Wheat-Soil System Using 15N Tracer Technique

Zhai XueXu1， Wang ZhenLin1*， Dai ZhongMin2， Wang Ping3，

Yin YanPing1， Cao Li1， Cui ZhengYong1， Wu GuangLei1

（ 1.Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology， Taian 271018， China；

2. Dezhou College， Dezhou 253023， China； 3. Taian Academy of Agricultural Sciences， Taian 271000， China）

Abstract In this study， the 15N-isotopic tracer experiment was conducted to study the effects of nitrogen topdressing stage on fate of fertilizer nitrogen in winter wheat-soil system. The results indicated that with the delay of nitrogen application， the N content of wheat grains increased， while that of leaves and stem decreased. The total N accumulation amount （TNAA） in plant was the highest when topdressing at jointing stage （JT）. N application at JT was beneficial to increasing the TNAA in grains， reducing the TNAA in vegetative organs， and promoting the transportation of N from vegetative organs to grains. The N productive efficiency and N harvest index of winter wheat were the highest when topdressing at JT compared to topdressing at the other stages. Nitrogen topdressing at JT was more conducive to promoting the N absorption of strong gluten wheat varieties and increasing the N utilization of the middle and weak gluten wheat varieties. The percentage of TNAA from fertilizer decreased with the delay of nitrogen application. Postponing the N topdressing stage， the percentage of TNAA from basal fertilizer increased， while that from topdressing fertilizer reduced. With the delay of nitrogen application， the residues of fertilizer N in 0～100-cm soil showed increasing trend. Compared to N application at stem elongation （SE） and booting stage （BT）， the residues of fertilizer N in 20～60-cm soil were higher as N application at JT after irrigation. The comprehensive analysis showed that the fate of fertilizer N was more balanced with N application at JT content.

Key words HuangHuai wheat area； Winter wheat； 15N tracer； Nitrogen topdressing stage； Nitrogen use efficiency； Fate of nitrogen

氮肥施入土壤后主要有三種去向：一是被農(nóng)作物吸收；二是以不同形態(tài)在土壤剖面中殘留；三是通過不同的機(jī)制和途徑損失。朱兆良[1]在總結(jié)國內(nèi)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，對我國農(nóng)田中化肥氮的去向進(jìn)行了初步估計：作物吸收35%、氨揮發(fā)11%、表觀硝化反硝化34%、淋洗損失2%、徑流損失5%，以及未知部分13%。

黨廷輝等[2]研究發(fā)現(xiàn)，尿素作基肥混施入耕層后，小麥當(dāng)季利用率為366%～384%，土壤殘留的氮素主要集中在0～40 cm土層中，土壤殘留率為292%～336%。因此，化肥氮利用率低，小麥當(dāng)季施入的氮肥很大部分累積在土壤中。殘留的氮素在土壤中主要以NO-3-N的形式存在[3～5]，導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮在土壤剖面中的累積更為突出。累積的硝態(tài)氮如不及時被作物吸收利用，在夏季持續(xù)的降水和大量灌溉條件下，發(fā)生向下移動逐漸移出作物根區(qū)，而且造成土壤深層NO-3-N累積量增加或直接進(jìn)入淺層地下水[6，7]，引起自然土壤和水體氮素富營養(yǎng)化、土壤酸化，甚至導(dǎo)致生物多樣性的減少[8]。

目前，大量研究者對肥料氮在小麥植株及土壤中的去向展開研究，然而缺乏在不同時期追施氮肥條件下將兩者聯(lián)系到一起的整體性。本研究針對小麥植株-土壤體系中施氮時期對氮素吸收利用及肥料氮去向的影響。通過15N微區(qū)試驗，研究黃淮地區(qū)施氮時期對冬小麥植株-土壤體系的肥料氮去向的影響，以期闡明麥田施氮時期與麥田肥料氮去向的關(guān)系，為小麥生產(chǎn)中減少氮肥損失、提高肥料利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

11 試驗設(shè)計

試驗于2009～2010年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗農(nóng)場進(jìn)行（36°09′N，117°09′E）。供試小麥品種為強筋小麥品種濟(jì)南17（簡寫為JN17）和中弱筋小麥品種煙農(nóng)24（簡寫為YN24）。試驗地前茬作物為玉米，秸稈直接還田。土壤質(zhì)地為壤土，0～20 cm耕層養(yǎng)分含量見表1。

試驗設(shè)3個施氮時期處理，即在基施1125 kg N/hm2基礎(chǔ)上，追施1125 kg N/hm2，分別于起身期（2010年3月21日）、拔節(jié)期（2010年4月10日）和孕穗期（2010年4月30日）施入，分別用SE （GS30）、JT （GS32）、BT （GS41） 表示[9]；追肥方式為開溝施肥后覆土，拔節(jié)期統(tǒng)一灌水。試驗所用氮肥為尿素，播前每公頃施用過磷酸鈣625 kg（折合P2O5 75 kg）和氯化鉀200 kg（折合K2O 120 kg）做基肥。于2009年10月10日播種，2010年6月10日收獲。小區(qū)面積為3 m×3 m=9 m2，行距25 cm，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。其它管理措施同一般高產(chǎn)農(nóng)田。

15N微區(qū)設(shè)在大田試驗的各小區(qū)內(nèi)，微區(qū)為無底鍍鋅鐵皮筒。微區(qū)長、寬、高為40 cm×35 cm×100 cm。試驗處理同大田試驗。每個處理設(shè)15N尿素基肥+普通尿素追肥和普通尿素基肥+15N尿素追肥兩種施肥方式。埋設(shè)方法：先將微區(qū)筒置于所在位置，將微區(qū)周圍挖開，套進(jìn)土柱中，微區(qū)頂端距地面5 cm，防止框體內(nèi)外肥料互混，保證鐵皮內(nèi)原狀土不被破壞。15N尿素（上?；ぱ芯吭荷a(chǎn)）的豐度為1018%。

12 測定項目與方法

121 植株樣品的采集 小麥成熟期取樣，按葉、穎殼+穗軸、莖+葉鞘及籽粒四部分分樣，105℃殺青30 min后70℃烘干至恒重，用于干物質(zhì)及全氮含量測定。

同時，將微區(qū)中小麥植株全部地上部取樣。隨機(jī)取出10株同樣按葉、穎殼+穗軸、莖+葉鞘及籽粒四部分分樣，烘至恒重，粉碎后用于15N豐度的測定。

122 土壤樣品的采集 播種前采集試驗地0～20 cm土壤樣品，測定土壤養(yǎng)分狀況。

小麥成熟期收獲后，在微區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇2點，用土鉆垂直取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm深度的土樣，等層混合均勻。風(fēng)干磨碎后用于測定土壤全氮及15N豐度。

123 分析項目及測定方法

①植株全氮含量及15N豐度的測定：用H2SO4-H2O2消化，以半微量凱氏定氮法測定植株各部分的含氮量。15N豐度用Iso prime 100型穩(wěn)定性同位素質(zhì)譜儀測定，稱取15N植株樣品5 mg。

②土壤全氮含量及15N豐度的測定：稱取風(fēng)干磨碎后土樣1 g（含氮量約1 mg），將土樣送入干燥的消煮管底部，加5%高錳酸鉀溶液1 ml，搖動消煮管，后緩緩加入8 ml濃硫酸，不斷轉(zhuǎn)動消煮管，將消煮管置于消煮爐上，用小火加熱，待管內(nèi)反應(yīng)緩和時加強火力至275℃，待消煮液和土粒全部變?yōu)榛野咨詭ЬG色后，繼續(xù)消煮1 h，冷卻，以半微量凱氏定氮法測定土壤含氮量。15N豐度用Iso prime 100型穩(wěn)定性同位素質(zhì)譜儀測定，稱取15N土壤樣品30 mg。

13 計算公式

15N原子百分超=15N豐度-03665

土壤各層全氮來自化肥氮的百分?jǐn)?shù)（%Ndff）

=土壤各層全氮的15N原子百分超化肥氮的15N原子百分超×100

植株氮素來自化肥氮的百分?jǐn)?shù)（%Ndff）

=植株中的15N原子百分超化肥氮的15N原子百分超×100

土壤各層來自15N肥料的氮量Ndff（kg/hm2）=土壤各層全氮含量（kg/hm2）×土壤各層%Ndff

植株氮素來自化肥氮的量Ndff（kg/hm2）=植物%Ndff×植物吸氮量（kg/hm2）

化肥氮氮素?fù)p失量（kg/hm2）=施氮量（kg/hm2）-植物Ndff（kg/hm2）-土壤Ndff（kg/hm2）

植株地上部的氮素積累量=植株樣本的全氮含量×單位面積植株干重

氮肥生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量施氮量

氮素吸收效率=植株氮素積累量施氮量

氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量植株氮素積累量

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量植株氮素積累量

14 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 705統(tǒng)計分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

21 施氮時期對小麥氮素積累和分配的影響

211 施氮時期對小麥成熟期氮素含量的影響 由表2可知，成熟期各器官的氮素含量以籽粒中最大，其次為葉，穎殼+穗軸和莖+葉鞘最低。相同施氮時期條件下，籽粒中氮素含量JN17明顯高于YN24；而其他器官中氮素含量JN17則低于YN24。

不同施氮時期條件下，JN17和YN24均以孕穗期追氮處理籽粒中氮素含量最高，拔節(jié)期追氮處理次之，起身期追氮最少。對于營養(yǎng)器官來說，隨著施氮時期的推遲，葉片和莖+葉鞘中氮素含量均表現(xiàn)為起身期追氮>拔節(jié)期追氮>孕穗期追氮；而穎殼+穗軸中氮素含量則表現(xiàn)為拔節(jié)期追氮>起身期追氮>孕穗期追氮。表明推遲施氮時期，能增加籽粒中氮素含量，降低葉和莖中的氮素含量。

212 施氮時期對小麥成熟期氮素積累量的影響 由表3可以看出，相同施氮時期條件下，成熟期各器官氮素積累量表現(xiàn)為籽粒>莖+葉鞘>葉片>穎殼+穗軸。JN17籽粒中的氮素積累量明顯高于YN24，說明強筋小麥品種更有利于籽粒中氮素的積累。

不同施氮時期條件下，JN17和YN24籽粒中氮素積累量均表現(xiàn)為拔節(jié)期追氮>孕穗期追氮>起身期追氮；營養(yǎng)器官中氮素積累量則表現(xiàn)為孕穗期追氮>起身期追氮>拔節(jié)期追氮。表明拔節(jié)期追氮有利于提高籽粒的氮素積累量，降低營養(yǎng)器官的氮素積累量。

22 施氮時期對小麥氮素利用率的影響

由表4可以看出，兩小麥品種的氮肥生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)在不同施氮時期條件下均表現(xiàn)為拔節(jié)期追氮最高，起身期和孕穗期追氮差異不顯著。

氮素吸收效率和氮素利用效率對施氮時期的響應(yīng)存在基因型差異，JN17的氮素吸收效率表現(xiàn)為拔節(jié)期追氮>孕穗期追氮>起身期追氮，YN24則表現(xiàn)為孕穗期追氮>拔節(jié)期追氮>起身期追氮；氮素利用效率JN17表現(xiàn)為起身期追氮>拔節(jié)期追氮>孕穗期追氮，YN24則表現(xiàn)為拔節(jié)期追氮>起身期追氮>孕穗期追氮。

綜合以上結(jié)果表明，拔節(jié)期追氮有利于提高

小麥的氮素生產(chǎn)效率和收獲指數(shù)，促進(jìn)強筋小麥品種氮素的吸收，提高中弱筋小麥品種氮素的利用效率。

23 施氮時期對小麥成熟期不同來源氮素在植株中分配的影響

由表5可知，JN17和YN24兩小麥品種氮素總積累量來源于肥料氮的百分比均有隨著施氮時期的后移而降低的趨勢。

不同施氮時期條件下，JN17和YN24小麥氮素總積累量來自基肥氮的百分比均隨施氮時期后移而呈現(xiàn)增加的趨勢，來自追肥氮的百分比呈降低的趨勢。

起身期追氮時，小麥氮素有將近一半來自肥料氮，吸收肥料氮比例最高，但氮素的總積累量較低；孕穗期追氮時，小麥氮素僅有3155%～3567%來自肥料氮，作物主要吸收土壤氮，小麥氮素總積累量來自追肥氮比例僅為277%～320%，大量的追肥氮不能被利用；而拔節(jié)期追氮時，氮素總積累量最高，分配較均勻。

24 施氮時期對成熟期小麥土壤肥料氮殘留量的影響

從表6中可以看出，肥料氮在成熟期小麥土壤0～100 cm層次中均有殘留，隨著深度的增加，

殘留量明顯減少，絕大部分肥料氮殘留在0～60 cm土層中。

不同施氮時期條件下，0～20 cm土層肥料氮殘留量以孕穗期追氮最高，20～40 cm和40～60 cm土層肥料氮殘留量均以拔節(jié)期追氮最高，這主要是因為拔節(jié)期灌水后追氮，肥料氮隨水分向更深土層移動。

25 施氮時期對肥料氮在小麥季中去向的影響

由表7可以得出，小麥吸收肥料氮的量及比例均隨著施氮時期的后移而呈現(xiàn)降低的趨勢。起身期、拔節(jié)期和孕穗期追氮，JN17小麥品種吸收肥料氮的比例分別為4946%、4337%和4148%；YN24分別為4449%、3616%和3306%。

小麥成熟期收獲后，肥料氮在0～100 cm土層殘留較多，隨著施氮時期后移而呈現(xiàn)增加的趨勢。起身期、拔節(jié)期和孕穗期追氮，JN17小麥品種肥料氮在0～100 cm土層殘留的比例分別為3191%、4107%和4204%；YN24分別為3578%、4787%和4968%。此外，隨著施氮時期后移，肥料氮的總損失呈先降低后升高的趨勢，這可能與拔節(jié)期灌水有關(guān)。

3 討論

31 施氮時期與小麥籽粒氮素含量的的關(guān)系，大量研究認(rèn)為隨著施氮時期后移，籽粒氮素含量呈增加的趨勢[10，11]。氮肥追施時期后移提高了植株來自土壤氮和肥料氮的積累，促進(jìn)了肥料氮向籽粒轉(zhuǎn)運[12，13]。茹德平[14]利用15N示蹤技術(shù)研究高產(chǎn)小麥的施氮規(guī)律，發(fā)現(xiàn)小麥對追加15N化肥的吸收利用率為284%～463%。本試驗結(jié)果表明，隨著施氮時期后移，小麥籽粒中的氮素含量增加，葉和莖中氮素含量降低，與前人研究結(jié)果[15]一致。小麥植株氮素總積累量以拔節(jié)期追氮最高，拔節(jié)期追氮更有利于提高籽粒的氮素積累量，降低營養(yǎng)器官的氮素積累量，促進(jìn)營養(yǎng)器官中的氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運。冬小麥的氮肥生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)在不同施氮時期條件下均表現(xiàn)為拔節(jié)期追氮最高，拔節(jié)期追氮有利于提高小麥的氮素生產(chǎn)效率和收獲指數(shù)，促進(jìn)強筋小麥品種氮素的吸收，提高中弱筋小麥品種氮素的利用。小麥植株氮素總積累量來源于肥料氮的比例隨施氮時期的后移呈降低趨勢，推遲施氮時期，植株氮素總積累量來自基肥氮的比例增加，來自追肥氮的比例減少。

32 關(guān)于小麥?zhǔn)┯玫屎蟮娜ハ騿栴}，學(xué)者們進(jìn)行過較多的研究[16～19]。王東等[20]研究結(jié)果表明，施純氮96～168 kg/hm2處理，增加了60 cm以上土層土壤硝態(tài)氮含量，降低了土壤氮素表觀損失量占施氮量的比例。武際等[21]研究認(rèn)為，不同氮肥施用時期和基追比例對0～20 cm土層土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均有顯著影響；氮肥施用時期后移，明顯提高了氮肥吸收利用率，減少了小麥全生育期土壤氮素的表觀盈余量。本研究認(rèn)為：隨施氮時期后移，肥料氮在0～100 cm土壤中的殘留呈現(xiàn)增加趨勢。與起身期和孕穗期追氮相比，拔節(jié)期灌水后追施氮肥，肥料氮在20～60 cm土壤深中殘留量最高。

33 向敏超等[16]研究結(jié)果表明，施氮量225 kg/hm2時，冬小麥氮肥的利用率為359%，100 cm土體中的殘留率為280%，損失率占445%；巨曉棠等[17]研究得出，施氮量120～360 kg/hm2時，肥料的當(dāng)季利用率為236%～446%，土壤殘留率為453%～209%，損失率為103%～552%；當(dāng)季冬小麥或夏玉米對化肥氮的吸收率約為238%～445%，0～100 cm土壤殘留率為209%～453%，損失率為103%～552%[22]；高肥力土壤上，冬小麥對肥料氮的回收率是232%～453%，0～100 cm土壤殘留率為209%～453%，損失率為94%～559%[23]。研究結(jié)果不盡相同，這主要是由于地區(qū)不同土壤質(zhì)地也不同。

在本試驗條件下，肥料氮在小麥季的去向表現(xiàn)為：起身期追氮，小麥植株吸收率為4449%～4946%，0～100 cm土壤殘留率為3191%～3578%，損失率為1864%～1973%；拔節(jié)期追氮，小麥植株吸收率為3616%～4337%，0～100 cm土壤殘留率為4107%～4787%，損失率為1556%～1597%；孕穗期追氮，小麥植株吸收率為3306%～4148%，0～100 cm土壤殘留率為4204%～4968%，損失率為1648%～1726%。綜合分析小麥植株吸收、土壤殘留和總損失得出，拔節(jié)期追氮肥料氮去向更均衡。參 考 文 獻(xiàn)：

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