不同施肥模式對(duì)華北平原小麥-玉米輪作體系產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮的影響

吉艷芝，馮萬(wàn)忠，郝曉然，彭亞靜，韓鵬輝，馬峙英，張麗娟*

1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000；2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院，河北 保定 071000

不同施肥模式對(duì)華北平原小麥-玉米輪作體系產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮的影響

吉艷芝1，馮萬(wàn)忠2，郝曉然1，彭亞靜1，韓鵬輝1，馬峙英1，張麗娟1*

1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000；2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院，河北 保定 071000

為了探索培育高產(chǎn)糧田的施肥模式，實(shí)現(xiàn)氮肥資源的高效利用與環(huán)境效益，以華北平原的小麥（Triticum aestivum）-玉米（Zea mays L.）輪作體系作為研究對(duì)象，通過(guò)2007─2011年4個(gè)輪作季，探討不同的施肥模式對(duì)作物產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮的影響。試驗(yàn)以處理A（當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)管理）作為對(duì)照，從測(cè)土確定施肥量、按作物生長(zhǎng)發(fā)育明確施肥時(shí)期、合理分配各時(shí)期的養(yǎng)分配比及增施有機(jī)肥等方面改變傳統(tǒng)施肥模式，設(shè)置3種高產(chǎn)施肥培育模式，分別為處理B（現(xiàn)有高產(chǎn)田推薦管理）、處理C（高肥料投入管理）和處理D（水肥高效管理），進(jìn)行田間小區(qū)試驗(yàn)。4個(gè)輪作季的總產(chǎn)量以處理D為最高，達(dá)75430 kg·hm-2，其次是處理C為75166 kg·hm-2，當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的產(chǎn)量最低。冬小麥季的吸氮量為處理C和D顯著高于A處理，分別高出444.78 kg·hm-2和310.20 kg·hm-2，但與處理B無(wú)顯著差異；處理D在夏玉米季的吸氮量為776.75 kg·hm-2，顯著高于處理A。處理B的氮肥偏生產(chǎn)力值最高為38.21，處理D為36.71，處理A和C均為28.33。各處理經(jīng)過(guò)4個(gè)輪作季后，土壤硝態(tài)氮均在120～160 cm出現(xiàn)累積峰，A、B、C和D的硝態(tài)氮峰值分別為58.65、28.98、105.89、45.29 mg·kg-1。在0～100cm土層，處理B的硝態(tài)氮累積量達(dá)到144.22 kg·hm-2，顯著高于處理A、C、D；所有處理在100～200 cm土層均出現(xiàn)較高的硝態(tài)氮累積，處理C高達(dá)1021.19 kg·hm-2；0～400 cm的土壤硝態(tài)氮累積量分別為724.27、711.92、1324.30、730.70 kg·hm-2。處理A、B、C、D在耕層土壤氮素的表觀損失分別為1298.95、653.18、1236.39和718.43 kg·hm-2，處理B、D顯著低于處理A、C，D和B間差異不顯著。因此，處理D是培育高產(chǎn)的理想施肥模式，合理的施肥量、科學(xué)的施肥時(shí)期以及有機(jī)無(wú)機(jī)的合理配比是達(dá)到高產(chǎn)、提高肥效和環(huán)境友好的關(guān)鍵。

施肥模式；土壤硝態(tài)氮；小麥-玉米輪作；華北平原

小麥（Triticum aestivum）-玉米（Zea maysL.）輪作是華北平原糧食作物的主要種植體系，糧食高產(chǎn)一直是人們追求的目標(biāo)。大量化學(xué)肥料的投入，成為創(chuàng)造高產(chǎn)的重要途徑之一。華北平原的小麥、玉米總產(chǎn)量由1990年的12166.8萬(wàn)t增加到2012年的12683.23萬(wàn)t，畝產(chǎn)也由534.12 kg上升到739.07 kg；化肥用量從1990年的681.8萬(wàn)t增加到2012年的1646.42萬(wàn)t，其中的氮肥用量由432.4萬(wàn)t上升到613.44萬(wàn)t(國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，2012)。22年間，在氮肥用量增加41.48%的基礎(chǔ)上，糧食產(chǎn)量?jī)H增加了4.24%，并沒有隨著氮肥用量的增加而迅速增加。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，山東省惠民、泰安及兗州縣和河南省的遂平、新鄉(xiāng)縣小麥季施氮量為120～729 kg·hm-2，平均為325 kg·hm-2（Cui等，2008）；河北省辛集小麥季投入純氮330 kg·hm-2，夏玉米季為300 kg·hm-2，有些田塊單季投入純氮高達(dá)500 kg·hm-2以上(劉新宇，2010)。黃紹敏等（2000）在潮土上的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施氮量超過(guò)225 kg·hm-2時(shí)硝態(tài)氮含量急劇增加，施氮量增加到300和375 kg·hm-2時(shí)，土體中硝態(tài)氮含量分別增加4.2和7.4倍（黃紹敏等，2000）。然而華北平原的氮肥利用率僅為10%～20%（Ju等，2006；潘家榮等，2009），大量的氮素以NO3--N的形態(tài)存在于土壤中（朱兆良等，2010；Ferguson等，2002），肥料氮的殘留率在20.9%～83.3%（李世娟等，2002；劉學(xué)軍等，2002）。劉新宇通過(guò)15N試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在河北保定經(jīng)過(guò)4季作物種植后，土壤剖面中仍有純N22.3～96.2 kg·hm-2的氮素殘留，累積總損失量可達(dá)9.3～55.3 kg·hm-2(劉新宇，2010)。殘留的硝態(tài)氮在大量降水或灌溉情況下，會(huì)淋失到土壤深層（寇長(zhǎng)林等，2003），造成地下水的硝酸鹽污染（Cao等，2005；Li等，2007；鐘茜等，2006）。科學(xué)合理的施肥是保證作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵。

目前很多學(xué)者從施肥量的角度或施肥量對(duì)單季作物產(chǎn)量及土壤氮素的影響進(jìn)行探討(劉新宇等，2010；趙營(yíng)等，2006；梁斌等，2012；趙偉等，2013)，但是對(duì)于多個(gè)小麥-玉米輪作季，以培育高產(chǎn)田為目的的增肥（增氮）、氮磷鉀肥與微肥配合以及有機(jī)無(wú)機(jī)配施的模式對(duì)土壤氮素的影響并未見過(guò)多的報(bào)道。因此，本研究選擇華北平原小麥-玉米作物輪作體系為研究對(duì)象，探索4年的高產(chǎn)培育施肥模式對(duì)作物產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮的影響，實(shí)現(xiàn)小麥-玉米高產(chǎn)、高效與環(huán)境友好的目標(biāo)，為華北地區(qū)的糧食安全和資源高效利用提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在河北省辛集市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬莊試驗(yàn)站。該試驗(yàn)地位于東經(jīng)115°07′～115°28′，北緯37°38′～38°08′之間，地處河北太行山前沖積平原，為河北省中高產(chǎn)麥區(qū)。屬東部季風(fēng)區(qū)溫暖帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，年平均氣溫12.5 ℃，年平均降水量488.2 mm，年平均濕度67%，年無(wú)霜期209 d，年日照2629.5 h，≥10 ℃的有效積溫5500～5800 ℃，壤質(zhì)潮土，土壤養(yǎng)分含量等級(jí)依據(jù)《全國(guó)養(yǎng)分含量等級(jí)表》的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)屬于二級(jí)水平。試驗(yàn)開始于2007年10月播種冬小麥，至2011年10月夏玉米收獲后結(jié)束，包括2007年─2011年的4年輪作，8季作物。土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以培育高產(chǎn)糧田為主要目的，設(shè)置4種高產(chǎn)施肥培育模式，分別為：處理A（當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)管理），處理B（現(xiàn)有高產(chǎn)田推薦管理），處理C（高肥料投入管理），處理D（肥料高效管理）。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)隨機(jī)排列，小區(qū)面積為6×8=48 m2。

2008年─2010年的冬小麥品種為石新828；2008年和2011年的夏玉米為鄭單958，2009年和2010年為豐玉4號(hào)。冬小麥播種量為處理A為225 kg·hm-2，其他處理為195 kg·hm-2；夏玉米所有處理的播種量均為45 kg·hm-2。2011年4個(gè)輪作的冬小麥、夏玉米的灌水量和施肥量見表2。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為重過(guò)磷酸鈣（P2O516%），鉀肥為氯化鉀（K2O 50%）。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic properties of the field experimental soil

表2 冬小麥和夏玉米在不同年份的灌水量和施肥量Table 2 Irrigation and fertilizing winter wheat and summer maize in different years

冬小麥的施肥時(shí)期：有機(jī)肥為腐熟干牛糞22.5 t/hm2作基肥，只用于處理C和處理D?；剩海?）氮肥—處理A是基施60%，拔節(jié)期追施40%；處理B為基施50%，拔節(jié)期追施50%；處理C是基施50%，拔節(jié)期追施25%，抽穗期追施25%；處理D為基施50%，拔節(jié)期追施35%，抽穗期追施15%；（2）磷、鉀肥全部基施；（3）在揚(yáng)花期，所有處理均葉面噴施硫酸銅、硫酸鋅、硼砂，噴施量分別4.5、2.25、2.25 kg·hm-2。

夏玉米的施肥時(shí)期：氮肥—處理A是基施15%，大喇叭口期追施75%；處理B、C、D是基施15%，大喇叭口期追施50%，灌漿期追施35%。所有處理的磷肥全部基施；鉀肥—處理A和B全部基施；C和D基施50%，大喇叭口期追施50%。C和D分別在基肥時(shí)施入硫酸鋅30和15 kg·hm-2。

田間管理措施：冬小麥底肥撒施后處理A和B旋耕15 cm，處理C和處理D深耕25 cm。播種量相同，采用“三密一疏”方式播種，行距分別為15和20 cm。

冬小麥和夏玉米其他管理措施同當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植。

1.3 樣品采集

植物樣品采集：在冬小麥的返青期、起身期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集10株樣品；收獲時(shí)在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選定（長(zhǎng)勢(shì)均勻、無(wú)病株）的1 m2小區(qū)的小麥穗全部剪下，數(shù)好穗數(shù)后帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行考種。夏玉米在苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、乳熟期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集3株植物樣。收獲時(shí)在每小區(qū)隨機(jī)取50株玉米植株待風(fēng)干后脫粒，稱重，考種。產(chǎn)量均為小區(qū)實(shí)收所得。

土壤樣品采集：在以上的關(guān)鍵期同時(shí)采集0～100 cm土壤樣品，其中在作物成熟期采集0～180 cm土壤樣品，間隔20 cm，放入封口袋，做好標(biāo)簽并保鮮。

1.4 樣品處理與測(cè)定

（1）植物樣品：取回后放入烘箱，105 ℃殺青半小時(shí)，然后65 ℃烘至恒重，稱重；待植株粉碎后，用H2SO4-H2O2消煮，然后用凱氏定氮法測(cè)定其中全氮(鮑士旦，2000)。

（2）土壤樣品：將新鮮土樣過(guò)5 mm篩，稱取12 g，用0.01 mol/L的CaCl2振蕩浸提1 h，過(guò)濾，流動(dòng)分析儀（Auto Analyzer 3-AA3，SEAL公司，德國(guó)）測(cè)定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮。剩余土樣風(fēng)干后，過(guò)1 mm篩處理，然后用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)土壤速效磷；用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)土壤速效鉀(鮑士旦，2000)。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

1.5.1 數(shù)據(jù)計(jì)算

本試驗(yàn)沒有考慮降水對(duì)各試驗(yàn)小區(qū)輸入的氮素，作物生長(zhǎng)期間土壤礦化氮根據(jù)不施氮處理作物吸氮量與試驗(yàn)前后礦質(zhì)氮累積量（Nmin）的凈變化估計(jì)。在干旱區(qū)土壤中，NH4+-N含量非常低，忽略不計(jì)，Nmin用NO3-N含量代替。不考慮氮肥激發(fā)效應(yīng)，假定施氮處理小區(qū)中土壤氮礦化量與不施氮處理小區(qū)的相同。高寧大等測(cè)定得出辛集土壤氮凈礦化量，冬小麥季為389 kg·hm-2，夏玉米季為190 kg·hm-2（高寧大等，2012）。

氮偏生產(chǎn)力=植株籽粒干重產(chǎn)量/施氮量。

生育期土壤氮素表觀損失=生育期施氮量+土壤起始Nmin+土壤氮素凈礦化量–作物攜出量–收獲后土壤殘留Nmin。

1.5.2 統(tǒng)計(jì)分析

采用excel和SAS 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、方差分析、統(tǒng)計(jì)分析和LSD檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物產(chǎn)量、吸氮量和氮肥偏生產(chǎn)力

由表3可見，4季的冬小麥合計(jì)產(chǎn)量中，處理B、C、D顯著高于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的處理A，分別比傳統(tǒng)增產(chǎn)3343、6688和5638 kg·hm-2，增產(chǎn)率為12.00%、23.30%和19.64%；2個(gè)高產(chǎn)培育的處理C和D也顯著高于當(dāng)?shù)赝扑]處理B，但C和D間差異不顯著。4季夏玉米的總產(chǎn)量以處理C和D最高，顯著高于其他2個(gè)處理，分別比A和B增產(chǎn)6269和7533 kg·hm-2，增產(chǎn)率為18.71%和22.49%。從4個(gè)周年的總產(chǎn)量看，處理D為最高，達(dá)75430 kg·hm-2，其次為處理C為75166 kg·hm-2，處理C和D差異不顯著，當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的產(chǎn)量最低。

小麥和玉米的吸氮量與其產(chǎn)量趨勢(shì)一致。冬小麥的4季合計(jì)吸氮量，處理C和D顯著高于A處理，分別高出444.78和310.20 kg·hm-2，但C和D間差異不顯著。夏玉米的4季合計(jì)吸氮量也是出現(xiàn)處理C和D間沒有顯著差異，處理D顯著高于處理A，A、B、C間差異不顯著。

氮肥偏生產(chǎn)力是產(chǎn)量與施氮量的比值。在冬小麥試驗(yàn)中，4年合計(jì)的施氮量以處理A最高，但氮肥偏生產(chǎn)力也最低；推薦施肥的B處理卻為施氮量最低，偏生產(chǎn)力最高；處理D的氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于處理A，增加率為40.94%，C與D間無(wú)顯著差異。夏玉米的氮肥偏生產(chǎn)力上，以處理B施氮量最低，而其氮肥偏生產(chǎn)力最高，但與A、D無(wú)顯著差異，顯著高于處理C。從周年的結(jié)果看，處理B的氮肥偏生產(chǎn)力值最高為38.21，處理D處于第二位，為36.71，處理A和C均為28.33。

表3 不同施肥處理的產(chǎn)量、吸氮量和氮肥偏生產(chǎn)力Table 3 Different fertilization treatment,nitrogen uptake and nitrogen partial productivity

因此，冬小麥和夏玉米的產(chǎn)量和吸氮量趨勢(shì)一致，但與產(chǎn)量間并不呈正比；氮肥偏生產(chǎn)力受產(chǎn)量和施氮量的影響，產(chǎn)量和施氮量均提高，并不會(huì)帶來(lái)高的偏生產(chǎn)力，只有低施氮量和高產(chǎn)量，才會(huì)提高氮肥偏生產(chǎn)力。可以看出，高產(chǎn)培育的處理措施D從提高作物產(chǎn)量和提高氮肥偏生產(chǎn)力上是切實(shí)可行的措施。

2.2 土壤硝態(tài)氮的運(yùn)移及深層累積

2.2.1 土壤硝態(tài)氮的運(yùn)移分布

4個(gè)輪作季之后土壤剖面硝態(tài)氮的運(yùn)移分布見圖1。0～100 cm根區(qū)土壤硝態(tài)氮含量較低，A、B、C和D平均硝態(tài)氮含量分別為8.87、29.32、10.50、10.53 mg·kg-1，這與作物根系吸收關(guān)系很大，且也存在向下淋失的現(xiàn)象。100 cm土層以下，4個(gè)處理發(fā)生了不同程度的累積，累積峰出現(xiàn)在120～160 cm，A、B、C和D的硝態(tài)氮峰值分別為58.65、28.98、105.89、45.29 mg·kg-1；累積峰值的大小與施氮量成正比，處理C的累積峰值顯著高于其他3個(gè)處理，處理B最低；培育措施D顯著低于A處理，但高于B處理。200 cm以下土層，各處理間硝態(tài)氮含量逐漸趨于一致，直到400 cm土層，4個(gè)處理間的土壤硝態(tài)氮含量差異不顯著。由此說(shuō)明，在本試驗(yàn)條件下，經(jīng)過(guò)8季作物種植，不同施肥處理的土壤硝態(tài)氮發(fā)生了顯著的淋溶，運(yùn)移前鋒已達(dá)200 cm土層，高氮的投入勢(shì)必造成硝態(tài)氮的高累積和強(qiáng)淋洗。

圖1 2011年夏玉米成熟期土壤硝態(tài)氮含量Fig. 1 Soil nitrate content in the summer maize maturity of 2011

2.2.2 土壤硝態(tài)氮的深層累積

4個(gè)輪作季收獲后土壤剖面硝態(tài)氮累積量見表4。4個(gè)處理在0～400 cm的土壤硝態(tài)氮累積量分別為724.27、711.92、1324.30、730.70 kg·hm-2，C處理顯著高于其他處理，其他處理間差異不顯著。0～200 cm土層的累積硝態(tài)氮與0～400 cm表現(xiàn)趨勢(shì)一致；其中100～200 cm土層中，以處理C累積量最大，達(dá)到1021.19 kg·hm-2，顯著高于其他3個(gè)處理；在0～100 cm的根區(qū)范圍，土壤硝態(tài)氮累積以處理B最大，達(dá)到144.22 kg·hm-2，處理A、C、D相差不大。

表4 4個(gè)輪作季后的土壤硝態(tài)氮累積量Table 4 Four postseason rotation nitrate accumulation of soil

處理B在0～100 cm土層出現(xiàn)了高累積，其他3個(gè)處理均在100～200 cm出現(xiàn)高累積，這與施氮量的多少有關(guān)系。A、C、D處理氮肥投入高于B，肥料的高投入超出作物需求，不能及時(shí)被吸收，所以出現(xiàn)較強(qiáng)的淋溶，C施氮量最高，因此高累積在100～180 cm土層，A和C僅累積在120～160 cm。處理D在高于推薦施肥量B，且低于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥A的情況下，0～400 cm的硝態(tài)氮累積量與A、B無(wú)顯著差異，其施肥處理對(duì)環(huán)境較是友好的。

2.3 土壤耕層氮表觀損失

如表5所示，通過(guò)氮平衡計(jì)算發(fā)現(xiàn)，4年的合計(jì)中農(nóng)戶習(xí)慣的A處理表觀損失最多，高達(dá)1298.95 kg·hm-2；其次為處理C，表觀損失高達(dá)1236 kg·hm-2；處理B表觀損失最少，但與處理D差異不顯著。每個(gè)輪作季和4年的合計(jì)均表現(xiàn)出土壤耕層氮素的表觀損失量隨著化肥N的增加而增加；不同時(shí)期的施氮量也是影響表觀損失的重要因素，處理A的化肥N雖然低于處理D，但是表觀損失卻出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

3 討論

小麥、玉米的產(chǎn)量并沒有隨著施氮量的增加而增加。華北平原7個(gè)地區(qū)9個(gè)小麥品種在不同施氮量處理?xiàng)l件下，產(chǎn)量并不是隨施氮量的升高而增加的，產(chǎn)生最大產(chǎn)量的施氮量范圍是N 75～225kg·hm-2，平均為N 150 kg·hm-2（倪玉雪等，2013）；李鑫在河北保定的試驗(yàn)得出，小麥季施氮量達(dá)到150 kg·hm-2時(shí)，籽粒產(chǎn)量最高為6233 kg·hm-2，氮肥利用率也最高；當(dāng)施氮量超過(guò)300 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量下降的同時(shí)，作物吸氮量也在減少（李鑫，2007）。徐杰等在河北吳橋的試驗(yàn)得出，玉米季相同施氮量（300 kg·hm-2）下，施肥時(shí)期由苗期：大喇叭口期=1:2調(diào)整為苗期：拔節(jié)：吐絲=1∶1∶1，玉米產(chǎn)量提高了2.7%；但是減氮到120 kg·hm-2時(shí)，施肥時(shí)期均為苗期：大喇叭口期=1∶2，產(chǎn)量仍提高了2.4%（徐杰等，2011）。本試的4個(gè)輪作季后，農(nóng)民傳統(tǒng)的A處理小麥季施肥量高達(dá)1130 kg·hm-2，產(chǎn)量卻為4個(gè)處理最低，僅有28710 kg·hm-2；而比處理A施氮量低2 kg·hm-2的C處理，產(chǎn)量最高達(dá)35398 kg·hm-2。玉米也出現(xiàn)類似的現(xiàn)象，施氮量最高的C處理，產(chǎn)量并不是最高；A和D在施氮量相差很少的情況下，產(chǎn)量卻相差7533 kg·hm-2。原因可能有二個(gè)：一是C和D處理在小麥季施入有機(jī)肥；二是施氮時(shí)期進(jìn)行調(diào)整。林立在山東桓臺(tái)的小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小麥季產(chǎn)量最高的為有機(jī)肥與緩控肥配施處理，達(dá)6369 kg·hm-2（林立，2011）；。牛新勝等對(duì)河北省部分縣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)施肥中的氮肥過(guò)量或超量的現(xiàn)象較為普遍，而且氮肥在生育期之間的配比不合理，表現(xiàn)為前氮較重，輕視鉀肥的使用（牛新勝和張宏彥，2010）。

表5 4個(gè)輪作季不同施肥處理的土壤氮素平衡Table 5 Four season crop rotations of different fertilization treatments of nitrogen balance

施氮量的增加會(huì)導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮的大量累積，趙營(yíng)等（2006）通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨施氮量的增加夏玉米產(chǎn)量變化不大，氮肥利用率隨施氮量的增加而降低，施氮可明顯提高0～160 cm剖面土壤硝態(tài)氮含量，累積峰主要在20～60 cm之間。玉米收獲后，隨著施氮量的增加氮素的損失量增加，施氮量為0、125、250、375 kg·hm-2時(shí)，硝態(tài)氮?dú)埩袅吭?21～221 kg·hm-2之間，殘留率近65%（趙營(yíng)等，2006）。但有機(jī)無(wú)機(jī)配施會(huì)降低土壤硝態(tài)氮的累積，梁斌等研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥對(duì)長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)配施土壤0～100 cm剖面硝態(tài)氮含量無(wú)顯著影響（梁斌等，2012）。趙偉等采用15N標(biāo)記田間微區(qū)試驗(yàn)法研究小麥-玉米輪作，3季作物收獲后，不施氮、單施化肥和有機(jī)無(wú)機(jī)配施的損失率分別為50%、23%和16%，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)配施可顯著提高肥料氮利用率，降低氮肥損失（趙偉等，2013）。譚德水等通過(guò)對(duì)玉米采用不同的減肥（減氮）及有機(jī)無(wú)機(jī)養(yǎng)分搭配模式，在0～100 cm土壤剖面不同土層內(nèi)，優(yōu)化氮磷鉀化肥、控釋氮肥、及有機(jī)肥和秸稈還田的采用可明顯降低硝態(tài)氮在土壤中的含量（譚德水等，2011）。本研究中，處理C和D均為有機(jī)無(wú)機(jī)配施的處理，土壤0～100 cm土層的硝態(tài)氮累積量較低，由于處理C為高投肥量，在4個(gè)輪作季后，過(guò)量的土壤氮素會(huì)淋溶到土壤深層，造成了120～160 cm土壤的累積，甚至還會(huì)繼續(xù)淋洗。處理D在0～400 cm土層的硝態(tài)氮累積量和耕層的表觀損失均較低，是培育高產(chǎn)田較為理想的施肥模式。

4 結(jié)論

在華北平原冬小麥-夏玉米輪作區(qū)，每公頃配施22.5 t的有機(jī)肥，冬小麥季的合理施氮量為210～240 kg·hm-2，4季的平均產(chǎn)量為8587.25 kg·hm-2，比傳統(tǒng)增產(chǎn)19.64%；氮肥偏生產(chǎn)力比傳統(tǒng)增加40.94%。夏玉米的合理施氮量為210～240 kg·hm-2，4季的平均產(chǎn)量為10258 kg·hm-2，比傳統(tǒng)增產(chǎn)22.49%；氮肥偏生產(chǎn)力比傳統(tǒng)增加29.58%。經(jīng)過(guò)4個(gè)輪作季，各處理土壤硝態(tài)氮均發(fā)生了顯著的淋溶，運(yùn)移前鋒已達(dá)200 cm土層，100～200 cm土層硝態(tài)氮累積最高達(dá)1021.19 kg·hm-2。因此，在在培育高產(chǎn)田的過(guò)程中，合理的施肥量，科學(xué)的施肥時(shí)期以及有機(jī)無(wú)機(jī)的合理配比是達(dá)到高產(chǎn)、提高肥效和環(huán)境友好的關(guān)鍵。

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Effects of Different Fertilization Pattern on the Yield of the Rotation System of Wheat and Maize and Soil Nitrate Accumulation in North China Plain

JI Yanzhi1, FENG Wanzhong2, HAO Xiaoran1, PENG Yajing1, HAN Penghui1, MA Zhiying1, ZHANG Lijuan1*

1. College of Resources and Environmental Sciences, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China; 2. Great Wall College, China University of Geosciences, Baoding 071000, China

In order to explore the fertilization modes of cultivating the high yield grain field, and realize the efficient utilization and environmental benefit of nitrogen fertilizer resources, the study was conducted with the rotation system of wheat and maize as the research objects in North China Plain to investigate the effects of different fertilization models on crop yield and soil nitrate accumulation through four rotations from 2007 to 2011. The experiment changed the local traditional fertilization model marked as treatment A (as the control treatment) from confirming the fertilizer amount by soil testing, clearing the fertilization period by crop growing, rational distributing the nutrient ratios in crop growing periods and increasing organic fertilization; set up three kinds of high yield and fertilizer cultivation mode, respectively with treatment B (existing high yield field recommended management), treatment C (high fertilizer input management), treatment D (water and fertilizer efficient management) for a field experiment. The yield of D was the best in four crop rotations, which was 75430 kg·hm-2, the second was treatment C, 75166 kg·hm-2, local traditional management was the minimum. The N uptake of wheat in treatment C and D was significantly higher than that in A treatment, which were increased 444.78 kg·hm-2and 310.20 kg·hm-2separately, but had no significant difference with treatment B; The N uptake of maize in treatment D was 776.75 kg·hm-2, significantly higher than that in treatment A. The PFPNof B was up to 38.21 mg·kg-1, D was 36.71 mg·kg-1, A and C both were 28.33 mg·kg-1. After four crop rotations, the accumulation peaks of soil nitrate nitrogen in each treatment were all in 120～160 cm soil layers , the accumulation value of mode A, B, C and D were 58.65 mg·kg-1, 28.98 mg·kg-1, 105.89 mg·kg-1and 45.29 mg·kg-1respectively. In 0～100 cm soil layers, the nitrate N accumulation value in mode B was to 144.22 kg·hm-2significantly higher than that in treatments A, C and D. All the treatments had the high nitrate N accumulation in 100～200 cm soil layers, and the highest value was 1021.19 kg·hm-2in treatment C. The total accumulative amounts of soil NO3--N of mode A, B, C, D in 0～400 cm soil layers reached 724.27, 711.92, 1324.30, 730.70 kg·hm-2respectively. Dealing with A, B, C, D, the soil nitrogen apparent losses in surface soil layer were 1298.95, 653.18, 1236.39 and 718.43 kg·hm-2separately, and nitrogen apparent losses in treatment of B, D were significantly lower than that in mode A and C, the difference between B and D wasn’t significant. Therefore, the treatment D was an ideal fertilization mode for cultivating crop high-yield. The reasonable fertilizer rate, scientific fertilizer period and the reasonable proportion of the organic and inorganic were the key of achieving high yield, improving fertilizer effectiveness and realizing environmental friendly effects.

fertilization mode; soil nitrate nitrogen; the rotation system of wheat and maize; North China Plain

S13

A

1674-5906（2014）11-1725-07

吉艷芝，馮萬(wàn)忠，郝曉然，彭亞靜，韓鵬輝，馬峙英，張麗娟. 不同施肥模式對(duì)華北平原小麥-玉米輪作體系產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(11): 1725-1731.

JI Yanzhi, FENG Wanzhong, HAO Xiaoran, PENG Yajing, HAN Penghui, MA Zhiying, ZHANG Lijuan. Effects of Different Fertilization Pattern on the Yield of the Rotation System of Wheat and Maize and Soil Nitrate Accumulation in North China Plain [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(11): 1725-1731.

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃糧食豐產(chǎn)科技工程河北省項(xiàng)目區(qū)（2013BAD07B05；2012BAD04B06；2011BAD16B08）

吉艷芝(1975年生)，女，副教授，主要從事土壤環(huán)境質(zhì)量研究。E-mail：jiyanzhi@hebau.edu.cn

*通信作者：張麗娟（1964年生），女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事土壤與植物營(yíng)養(yǎng)研究。E-mail：lj_zh2001@163.com

2014-09-17