栽培模式、施氮量對(duì)旱作春玉米農(nóng)田礦質(zhì)氮和產(chǎn)量的影響

張　悅，岳善超，李　婷，李世清,

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西 楊凌 712100；

2.西北農(nóng)林科技大學(xué)，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 楊凌 712100)

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栽培模式、施氮量對(duì)旱作春玉米農(nóng)田礦質(zhì)氮和產(chǎn)量的影響

張悅1，岳善超2，李婷1，李世清1,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西 楊凌 712100；

2.西北農(nóng)林科技大學(xué)，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 楊凌 712100)

摘要：研究了旱地不同栽培模式(全膜雙壟溝和傳統(tǒng)種植模式)和施氮量(0、170、200、230 kg·hm-2)對(duì)春玉米生長(zhǎng)期間礦質(zhì)氮和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：不同處理?xiàng)l件下，硝態(tài)氮主要分布在0～40 cm土層，施氮量越高土壤中硝態(tài)氮的含量也就越高，隨土層深度增加硝態(tài)氮含量降低；不同栽培模式對(duì)土壤中硝態(tài)氮的分布有明顯影響，全膜雙壟溝模式有助于玉米植株高效吸收利用土壤中的氮素，施氮量為0、170、200、230 kg·hm-2處理的吸氮量分別提高了89.3%、51.1%、66.6%和102.8%，所有處理的吸氮量平均提高77.4%，從而減少土壤硝態(tài)氮的殘留，而傳統(tǒng)種植模式的玉米植株利用土壤氮素效率低，易造成硝態(tài)氮?dú)埩粼谕寥乐?，?dāng)遇到強(qiáng)降雨時(shí)硝態(tài)氮的淋洗現(xiàn)象嚴(yán)重，將硝態(tài)氮遷至作物無法吸收利用的土壤深度，造成資源浪費(fèi)；而銨態(tài)氮在土壤中不易遷移，施氮量、栽培模式及玉米不同生育時(shí)期對(duì)銨態(tài)氮在土壤剖面中的分布幾乎沒有影響；玉米的植株吸氮量與玉米產(chǎn)量成正比，施氮處理植株吸氮量與產(chǎn)量顯著高于不施氮處理，但是不同施氮處理間的差異不顯著。全膜雙壟溝模式下春玉米的最佳施氮量為200 kg·hm-2，而傳統(tǒng)種植模式下的最佳施氮量為170 kg·hm-2，且在干旱地區(qū)宜采用全膜雙壟溝栽培模式種植春玉米。

關(guān)鍵詞：栽培模式；施氮量；硝態(tài)氮；產(chǎn)量；氮肥表觀損失；氮肥利用率

黃土高原氣候較干旱，降水是黃土高原地區(qū)水資源的主要補(bǔ)給來源[1-2]。年降雨量少而集中，時(shí)空分布極不均勻(主要集中在7-9月)，而田間蒸發(fā)量大，使得水分成為該地區(qū)限制農(nóng)作物生長(zhǎng)的主要因素。王麒翔等[3]對(duì)黃土高原近50年的降水變化特征研究表明，黃土高原地區(qū)缺水情形將會(huì)更為嚴(yán)峻，因暴雨導(dǎo)致的劇烈水土流失仍不會(huì)有明顯緩解。因此，如何高效利用有限的降水資源是提高黃土高原農(nóng)作物產(chǎn)量的關(guān)鍵。而地膜覆蓋能夠保蓄休閑期降雨，提高早春季節(jié)土壤含水量，減少土面無效蒸發(fā)，促進(jìn)土壤水分的有效利用[4-7]。此外，黃土高原地區(qū)早春溫度偏低，晝夜溫差較大，而玉米播種后種子在6℃～7℃時(shí)開始萌動(dòng)，但發(fā)芽緩慢，地溫在10℃以上時(shí)出苗才較快，20℃～24℃時(shí)，根系生長(zhǎng)健壯。楊祁峰[8]等進(jìn)行了不同覆膜方式的研究，結(jié)果表明各種方式的覆蓋均能提高土壤溫度，但以全膜雙壟溝栽培方式提高溫度幅度最大，而且該栽培方式耕層地溫最適宜玉米根系的生長(zhǎng)。

氮是所有生物體都必不可少的元素，對(duì)植物來說，氮是最重要又是最難管理的營(yíng)養(yǎng)元素[9]。其中，礦質(zhì)氮(硝態(tài)氮和銨態(tài)氮)是作物根系吸收氮的主要形式[10]。西歐一些國(guó)家一般以土壤礦質(zhì)氮作為推薦施肥的依據(jù)[11-13]。然而，近年來玉米氮肥不合理施用問題越來越嚴(yán)重，氮肥施用過量與不足同時(shí)并存，這不僅導(dǎo)致氮肥利用率低下，肥料增產(chǎn)效益下降，同時(shí)更造成了水體的污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅，直接影響到農(nóng)田系統(tǒng)的可持續(xù)利用[14-15]。

本試驗(yàn)主要研究了地膜覆蓋和施氮對(duì)春玉米生長(zhǎng)季節(jié)農(nóng)田礦質(zhì)氮的動(dòng)態(tài)變化的影響，以期在保證玉米高產(chǎn)的前提下尋求最佳施氮量，為旱地春玉米的合理施肥提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所長(zhǎng)武農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)站位于黃土高原中南部陜甘交界處陜西省咸陽市長(zhǎng)武縣洪家鎮(zhèn)王東村，北緯35°12′，東經(jīng)107°40′，海拔1 200 m，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年均降水584 mm，年均氣溫9.1℃，無霜期171 d，地下水埋深50～80 m，屬典型旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。地貌屬高原溝壑區(qū)，塬面和溝壑兩大地貌單元各占35%和65%。地帶性土壤為黑壚土，系統(tǒng)分類名稱為簡(jiǎn)育干潤(rùn)均腐土(Hap-UsticIsohumisol)，土體結(jié)構(gòu)均勻疏松，是黃土高原溝壑區(qū)典型代表性土壤。試驗(yàn)地0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為13.92 g·kg-1，土壤全氮含量0.97 g·kg-1，硝態(tài)氮含量10.79 mg·kg-1，銨態(tài)氮含量為2.14 mg·kg-1，有效磷含量11.0 mg·kg-1，pH值為8.36。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)包含兩個(gè)試驗(yàn)因素，即氮肥施用量和栽培模式。氮肥施用量分4個(gè)水平，分別為0(N0)、170(N170)、200(N200) kg·hm-2和230(N230) kg·hm-2。栽培模式采用全膜雙壟溝和傳統(tǒng)種植兩種模式，所謂的全膜雙壟溝(圖1)即大壟寬60 cm，高5 cm，小壟寬40 cm，高15 cm，周年覆膜；為減少其他因素的影響，傳統(tǒng)種植模式也采用同樣的壟作方式種植。所有試驗(yàn)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為30 m2，采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)方案。供試玉米品種為‘先玉335’，種植密度為80 000 株·hm-2。

圖1全膜雙壟溝模式

Fig.1Scheme of the whole film double furrow

氮肥分3次施入，基肥和種肥一次施入，八葉期和吐絲期分別追肥，3次的比例為4∶3∶3，氮肥為含氮量46%的尿素。磷肥和鉀肥做基肥和種肥，一次性施入。磷肥為含P2O512%的過磷酸鈣，施用量為P 40 kg·hm-2；鉀肥為含K2O 45%的硫酸鉀，施用量為K 80kg·hm-2。

于2013年4月24日播種，2013年9月10日收獲記產(chǎn)，玉米生育期降水量為413.3 mm。玉米生長(zhǎng)期間按時(shí)進(jìn)行定苗、除草及追肥等田間管理，農(nóng)田水分來源為天然降水。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與分析方法

1.3.1土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的測(cè)定在春玉米播種前(PT)、八葉期(V8)、吐絲期(R1)、乳熟期(R3)和完熟期(R6)，在小區(qū)內(nèi)取0～200 cm土樣，分為10層，每20 cm一層。

土樣采集后，一部分立即用烘干法測(cè)定土壤含水量，另一部分新鮮土樣帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。測(cè)定步驟:稱取5.00 g土壤鮮樣，加入50 mL濃度為1 mol·L-1的KCl溶液，25℃、200 r·min-1條件下震蕩1 h后過濾，浸提液冷藏保存或立即用流動(dòng)分析儀SYSLYZER 3000測(cè)定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。

1.3.2玉米植株氮吸收量的測(cè)定在玉米收獲時(shí)期(R6)，取植物樣品，每小區(qū)取3株。樣品取回后在105℃殺青30 min后，溫度降至70℃烘干，稱重。粉碎后采用凱氏定氮法測(cè)定植株全氮含量。

1.3.3相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式

(1) 土壤剖面不同層內(nèi)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量：

A=p×(50+v)/m

式中，A為硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量(mg·kg-1)；p為硝態(tài)氮、銨態(tài)氮測(cè)定濃度(mg·L-1)；50為浸提液體積(mL)；v為5g鮮土含水體積(mL)；m為烘干土質(zhì)量(g)。

(2) 土壤剖面不同層內(nèi)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮累積量：

A=h×ρ×p×10/100

式中，A為硝態(tài)氮、銨態(tài)氮累積量(kg·hm-2)；ρ為土壤容重(g·cm-3)；h為土層厚度(cm)；p為硝態(tài)氮、銨態(tài)氮濃度(mg·kg-1)。

(3) 其他指標(biāo)計(jì)算公式

氮表觀礦化(kg·hm-2)=不施氮區(qū)地上部吸氮量+收獲后土壤NO3--播前土壤NO3-

氮表觀損失(kg·hm-2)=播前土壤NO3-+施氮量+表觀礦化量-施氮區(qū)地上部吸氮量-收獲后土壤NO3-

氮肥利用率(%)=(施氮區(qū)地上部分氮累積量-不施氮區(qū)地上部分氮累積量)/施氮量×100%

1.3.4數(shù)據(jù)處理利用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2結(jié)果與分析

2.1不同栽培模式下施氮量對(duì)土壤硝態(tài)氮時(shí)空分布的影響

全膜雙壟溝處理?xiàng)l件下(圖2)，從整體來看隨施氮量增加土壤硝態(tài)氮含量也增加，且主要分布在0～40 cm的土層，隨深度的增加硝態(tài)氮含量減少。其中V8時(shí)期，N0處理0～40 cm土層的硝態(tài)氮含量顯著低于其他3個(gè)氮處理(P<0.05)，其他土層均無顯著差異。V8采樣后追施氮肥，R1時(shí)期的土樣分析表明施氮量高的處理殘留的硝銨態(tài)氮也主要?dú)埩粼?0 cm以上土層，下層無顯著差異。R1采樣后追施氮肥，之后由于較大的強(qiáng)降雨(7月22日，降雨120 mm)，使得玉米到R3時(shí)期時(shí)，除不施氮處理外其他處理的下層土壤中硝態(tài)氮含量有一定的增加，但未達(dá)到顯著程度。到玉米收獲時(shí)，下層土壤中硝態(tài)氮的含量有所減少，但不施氮處理的硝態(tài)氮含量最少。玉米的各個(gè)生育期，可以看出不施氮處理與施氮處理在0～20 cm土層的硝態(tài)氮含量有顯著差異(P<0.05)，但施氮處理之間的無顯著差異。

傳統(tǒng)種植條件下(圖3)，V8時(shí)期各處理的土壤硝態(tài)氮主要分布在0～20 cm土層，硝態(tài)氮含量為N230>N200>N170>N0，且N230處理在該土層的硝態(tài)氮含量顯著高于其他3個(gè)處理(P<0.05)，N200與N170處理在該土層的硝態(tài)氮含量顯著高于N0處理(P<0.05)，而20～200 cm土層間，各處理的硝態(tài)氮含量隨深度增加而減少，無顯著差異。V8采土樣后追施氮肥，到R1時(shí)期，由于強(qiáng)降雨的影響(7月22日降雨120 mm，7月23日采集土壤樣品)，導(dǎo)致施氮處理0～80 cm土層出現(xiàn)不同程度的硝態(tài)氮淋洗現(xiàn)象，使得施氮處理硝態(tài)氮含量顯著高于不施氮處理(P<0.05)，N170和N200處理的硝態(tài)氮主要淋洗到60 cm的土層深度，N230處理主要淋洗到80 cm的土層深度，不施氮處理沒有淋洗現(xiàn)象。R1采樣后追施氮肥，到R3時(shí)期時(shí)，表層硝態(tài)氮含量依然是N230>N200>N170>N0，然后隨深度增加硝態(tài)氮含量減少，N0、N170、N200在40～200 cm深度的硝態(tài)氮含量差異不顯著，但N230處理的硝態(tài)氮含量在60 cm土層突然增高，80 cm土層深度處出現(xiàn)峰值，然后逐漸降低，40～140 cm土層深度的硝態(tài)氮含量與其他3個(gè)處理差異顯著(P<0.05)，這是強(qiáng)降雨造成的高氮處理的硝態(tài)氮淋洗現(xiàn)象，160～200 cm深度的硝態(tài)氮含量與其他3個(gè)處理無顯著差異。到收獲期R6時(shí)，不施氮處理硝態(tài)氮含量最低，而高氮處理仍有明顯的硝態(tài)氮淋洗現(xiàn)象，硝態(tài)氮主要淋洗到80～120 cm土層間，與其他3個(gè)處理達(dá)到顯著水平(P<0.05)，140～200 cm土層相對(duì)于其他處理也有明顯的淋洗現(xiàn)象，但未達(dá)到顯著水平。

2.2不同栽培模式下施氮量對(duì)銨態(tài)氮在土壤剖面中分布的影響

李生秀等[16]研究表明，銨態(tài)氮在土壤中不易遷移。本試驗(yàn)結(jié)果表明，銨態(tài)氮含量在不同處理?xiàng)l件下變動(dòng)很小，在全膜雙壟溝處理?xiàng)l件下(圖4)，施氮對(duì)土壤中銨態(tài)氮的含量并沒有顯著影響，而隨土層深度增加，銨態(tài)氮的分布也無明顯規(guī)律。玉米各生育期的銨態(tài)氮含量都很低，銨態(tài)氮含量范圍在0.58～6.06 mg·kg-1之間，R3時(shí)期銨態(tài)氮含量稍高，這可能是強(qiáng)降雨造成的。到玉米收獲期，銨態(tài)氮的含量最低，低于2 mg·kg-1。

注：V8—八葉期；R1—吐絲期；R3—乳熟期；R6—完熟期。下同。

Note: V8—eighth leaf; R1—silking; R3—milk; R6—physiological maturity. The same below.

圖2全膜雙壟溝栽培模式下施氮量對(duì)土壤硝態(tài)氮時(shí)空分布的影響

Fig.2Effects of nitrogen application rate on soil nitrate distribution with the whole film double furrow cultivation pattern

傳統(tǒng)種植條件下(圖5)，施氮對(duì)土壤中銨態(tài)氮的含量沒有顯著影響，銨態(tài)氮含量均處于較低水平，V8、R1、R3時(shí)期的銨態(tài)氮含量稍高，含量范圍為2.67～6.92 mg·kg-1，且各處理間的銨態(tài)氮含量無顯著差異，玉米收獲時(shí)，銨態(tài)氮含量最低，各處理的銨態(tài)氮含量均低于2 mg·kg-1。

試驗(yàn)結(jié)果表明，氮肥施用量、栽培模式或玉米不同生育時(shí)期對(duì)銨態(tài)氮在土壤剖面中的分布影響很小，在同一處理的土壤剖面中，不同土層間也無明顯差異。

2.3不同栽培模式下施氮量對(duì)土壤中硝態(tài)氮累積量的影響

表1為全膜雙壟溝栽培模式種植的春玉米收獲后不同土層的硝態(tài)氮累積量。

表1　全膜雙壟溝模式下各處理不同

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示在0.05水平上差異顯著(P<0.05，LSD)，下同。

Note: Different letters in the same column represent significant differences among the treatments atP<0.05. The same below.

圖3傳統(tǒng)種植栽培條件下施氮量對(duì)土壤硝態(tài)氮時(shí)空分布的影響

Fig.3Effects of nitrogen application rate on soil nitrate accumulation distribution by the traditional planting cultivation

從表1中看出，硝態(tài)氮主要分布在0～40 cm的土層，N0、N170、N200和N230處理0～40 cm土層的硝態(tài)氮累積量分別占0～200 cm土層總累積量的46.0%、52.4%、46.1%、56.8%，是玉米所吸收氮素的主要供應(yīng)層。不施氮處理在40～100 cm土層的硝態(tài)氮累積量與施氮處理有顯著差異，施氮處理間無差異。各處理在100～200 cm土層的硝態(tài)氮累積量無差異。施氮處理在0～200 cm土層的硝態(tài)氮累積量顯著高于不施氮處理，而施氮處理之間無顯著差異。

表2為傳統(tǒng)種植模式下的春玉米收獲后不同土層的硝態(tài)氮累積量，傳統(tǒng)種植模式下各土層硝態(tài)氮的累積量都比全膜雙壟溝模式下的累積量高，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)種植模式下玉米吸收量少，使殘留在土壤中的硝態(tài)氮多。N0、N170、N200、N230處理在0～40 cm土層的硝態(tài)氮累積量較低，分別占0～200 cm土層總累積量的45.2%、27.5%、41.2%、26.8%，尤其是N230處理，硝態(tài)氮總累積量最多，達(dá)到221.6 kg·hm-2，0～40 cm的硝態(tài)氮累積量?jī)H占總累積量的26.8%，而40～100 cm土層的硝態(tài)氮累積量占0～200 cm土層總累積量的33.4%，100～200 cm土層的硝態(tài)氮累積量占總累積量的39.8%，有明顯的硝態(tài)氮淋洗現(xiàn)象。N230處理0～200 cm土層的累積量顯著高于其他處理，所以對(duì)于傳統(tǒng)種植處理該施氮量是過量的。

表2　傳統(tǒng)種植模式下各處理不同土層的

圖4全膜雙壟溝栽培模式下施氮量對(duì)土壤銨態(tài)氮時(shí)空分布的影響

Fig.4Effects of nitrogen application rate on soil ammonium distribution with the whole film double furrow cultivation patterns

2.4不同施氮量下玉米產(chǎn)量及植株吸氮量

從產(chǎn)量方面來看，同種栽培模式下，隨施氮量的增加，玉米產(chǎn)量也隨之增加(表3)，但是這種增加并不是無限制的，傳統(tǒng)種植模式下施氮量超過170 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量增加的不顯著，施氮230 kg·hm-2條件下產(chǎn)量反而降低，這可能是由于施氮過量造成的玉米倒伏的結(jié)果；全膜雙壟溝模式條件下隨施氮量增加玉米產(chǎn)量也增加，但不同施氮處理之間無顯著差異。全膜雙壟溝處理的產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)種植處理，這進(jìn)一步證明了覆膜栽培的優(yōu)越性。從玉米植株吸氮量方面來看，隨施氮量增加，玉米植株的吸氮量也隨之增加，且全膜雙壟溝處理的植株吸氮量顯著高于傳統(tǒng)種植處理(表3)。在傳統(tǒng)種植處理?xiàng)l件下，施氮處理的植株吸氮量顯著高于不施氮處理，施氮處理間無顯著差異，但施氮230 kg·hm-2時(shí)吸氮量減少，這可能也是玉米倒伏造成的；全膜雙壟溝處理?xiàng)l件下，N0處理與N170處理的植株吸氮量無顯著差異，但與N200、N230的植株吸氮量差異達(dá)到顯著水平。

表3　不同施氮量下玉米產(chǎn)量及植株吸氮量

注：CK、FM分別表示傳統(tǒng)種植模式(無覆蓋)、全膜雙壟溝模式(全膜覆蓋)，下同。

Note: CK and FM stand for the traditional planting pattern (non-mulching) and the whole film double furrow cultivation pattern (plastic film-mulching), and hereinafter.

圖5傳統(tǒng)種植栽培條件下施氮量對(duì)土壤銨態(tài)氮時(shí)空分布的影響

Fig.5Effects of nitrogen application rate on soil ammonium distribution by the traditional planting cultivation

2.5不同栽培模式下的氮肥利用率及表觀損失

在玉米的生長(zhǎng)過程中，0～100 cm的土層深度范圍是玉米根系吸收養(yǎng)分的主要土層[17]，其中0～100 cm土壤的播前硝態(tài)氮累積量為50.5 kg·hm-2，傳統(tǒng)種植模式條件下的氮表觀礦化為83.9 kg·hm-2，全膜雙壟溝模式條件下的氮表觀礦化為160.9 kg·hm-2。氮肥利用率的計(jì)算結(jié)果表明(表4)，在傳統(tǒng)種植條件下施氮處理間的氮肥利用率沒有顯著差異，N230處理的氮肥利用率較低，這可能是由于吐絲期玉米倒伏降低了玉米對(duì)氮肥的吸收造成的；在全膜雙壟溝條件下，N230處理的氮肥利用率顯著高于N170處理，而N200處理氮肥利用率與其他兩個(gè)氮肥處理無顯著差異。全膜雙壟溝模式的氮肥利用率顯著高于傳統(tǒng)種植模式的氮肥利用率，全膜雙壟溝條件下N170的氮肥利用率較低，這主要是由于全膜不施氮處理的吸氮量較高。

氮肥表觀損失的計(jì)算結(jié)果表明(表4)，在傳統(tǒng)種植下，玉米收獲后N170處理的氮肥表觀損失顯著低于N200與N230處理，在全膜雙壟溝下，N170處理顯著高于N230處理，而N200處理與其他兩個(gè)施氮處理無顯著差異。

表4　玉米全生育期0～100 cm土層氮肥利用率及表觀損失

3討論

3.1全膜雙壟溝栽培模式的增產(chǎn)效果與植株吸氮量的提高

全膜雙壟溝播技術(shù)集覆蓋抑蒸、壟溝集雨、壟溝種植技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)了保墑蓄墑、就地入滲和雨水富集的效果，適用于干旱地區(qū)玉米的種植，并能使玉米等作物增產(chǎn)30%以上[18]。有研究表明[19]，在2006年甘肅省中東部14個(gè)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)示范全膜雙壟溝播技術(shù)推廣試驗(yàn)中，玉米的產(chǎn)量較對(duì)照平均增產(chǎn)38.6%。張雷等[20]在榆中縣清水驛鄉(xiāng)開展的玉米不同覆膜模式試驗(yàn)，結(jié)果得出：全膜雙壟溝播較壟作條膜覆蓋栽培玉米產(chǎn)量?jī)粼? 444.2 kg·hm-2，增產(chǎn)37.9%。而本試驗(yàn)結(jié)果也表明，全膜雙壟溝模式種植的玉米較傳統(tǒng)栽培模式也均有增產(chǎn)效果，其中N0處理增產(chǎn)125.8%，N170處理時(shí)增產(chǎn)61.9%，N200處理時(shí)增產(chǎn)78.5%，N230處理時(shí)增產(chǎn)127.6%，所有處理平均增產(chǎn)98.45%，效果非常顯著。

產(chǎn)量的增加與玉米植株吸氮量的提高有著密不可分的關(guān)系，本試驗(yàn)結(jié)果表明，全膜雙壟溝模式種植的玉米較傳統(tǒng)栽培模式的吸氮量也都有提高，其中N0處理的吸氮量提高89.3%，N170處理提高51.1%，N200處理提高66.6%，N230處理提高102.8%，所有處理的吸氮量平均提高77.4%，有效地提高了旱作春玉米的吸氮量，進(jìn)而提高氮肥利用率，減少氮肥資源的浪費(fèi)。

3.2全膜雙壟溝栽培模式對(duì)氮肥表觀礦化的影響

栽培措施可以改變作物生長(zhǎng)的微環(huán)境，如土壤溫度、水分情況等，因而也會(huì)影響土壤中氮的存在形態(tài)及分布。Stanford等[21]證明在一定溫度范圍內(nèi)(-4℃～40℃)，隨溫度的升高，氮礦化數(shù)量和礦化速率均會(huì)增加。Jennifer等[22]的研究表明，溫度在25℃～35℃之間時(shí)氮礦化量最大，土壤水分含量高時(shí)氮礦化量也會(huì)增大。而覆膜可以增加土壤溫度、提高土壤水分、提高土壤微生物的活性等，進(jìn)而促進(jìn)氮素的礦化。關(guān)維剛等[23]研究表明，氮礦化量的大小為覆膜>覆草>常規(guī)，其中覆膜的氮礦化量是常規(guī)的2.24倍，覆草的氮礦化量是常規(guī)的2.15倍。而在本試驗(yàn)中，不施氮時(shí)，傳統(tǒng)栽培模式下的氮表觀礦化為83.9 kg·hm-2，全膜雙壟溝模式條件下的氮表觀礦化為160.9 kg·hm-2，全膜雙壟溝模式下的氮礦化量是傳統(tǒng)栽培模式下的1.92倍。結(jié)果表明，覆蓋能促進(jìn)土壤中氮素的礦化，進(jìn)而使玉米植株充分利用土壤中的氮素。

3.3全膜雙壟溝栽培模式對(duì)氮肥利用的影響

王喜慶[23]等研究認(rèn)為，地膜覆蓋后能使氮肥肥效明顯提高。但也有研究表明，地膜覆蓋后，反而使氮肥利用效率下降。Al-Assi等[24]的研究表明，地膜覆蓋能使土壤中有機(jī)氮的礦化速率增加，使得土壤中硝態(tài)氮含量顯著增加，從而導(dǎo)致氮肥肥效不明顯。例如本試驗(yàn)中，全膜雙壟溝模式下N170的氮肥利用率僅為14.4%，這是因?yàn)椴皇┑獥l件下全膜雙壟溝模式的土壤氮礦化多，進(jìn)而使玉米植株吸氮量高，降低了氮肥利用效率；而N200和N230處理的氮肥利用率則隨著覆膜而提高?？偟膩碚f，覆膜提高了氮肥的利用效率，使收獲后全膜雙壟溝栽培模式下的土壤硝態(tài)氮含量保持在較低的含量，即僅施氮處理的表層硝態(tài)氮含量接近10 mg·kg-1，下層土壤的硝態(tài)氮含量幾乎都在5 mg·kg-1以下。相反的，在傳統(tǒng)栽培模式條件下，玉米收獲后硝態(tài)氮的含量仍比較高，尤其是N230處理的下層土壤中硝態(tài)氮濃度較高，造成硝態(tài)氮的累積，易導(dǎo)致硝態(tài)氮的淋溶。

適宜的氮肥施用量能夠提高玉米產(chǎn)量，但這種增產(chǎn)效果并不是無限制的。對(duì)于全膜雙壟溝處理來說，施氮量為200 kg·hm-2時(shí)，玉米的產(chǎn)量、植株吸氮量、氮肥利用率與施氮量為230 kg·hm-2時(shí)均無顯著差異，綜合這些因素來考慮，施氮200 kg·hm-2為全膜雙壟溝條件下的最佳施氮量。在玉米的傳統(tǒng)栽培模式下，施氮量為200 kg·hm-2時(shí)的玉米植株吸氮量和產(chǎn)量等雖然高于施氮量170 kg·hm-2，但并未達(dá)到顯著的程度，而施氮230 kg·hm-2時(shí)玉米植株的吸氮量、產(chǎn)量、氮肥利用率等都低于170 kg·hm-2，但尚未達(dá)到顯著程度，這可能是由于施氮量過高引起的玉米倒伏造成了產(chǎn)量的下降，所以對(duì)于玉米的傳統(tǒng)栽培模式來說施氮170 kg·hm-2是最佳施氮量。

4結(jié)論

全膜雙壟溝栽培模式能顯著提高玉米產(chǎn)量、玉米植株吸氮量及氮肥利用率，減少土壤中硝態(tài)氮的累積；而傳統(tǒng)種植模式的玉米植株的氮肥利用率低，易造成硝態(tài)氮?dú)埩粼谕寥乐?，?dāng)遇到強(qiáng)降雨時(shí)硝態(tài)氮的淋洗現(xiàn)象嚴(yán)重，使硝態(tài)氮遷移至玉米植株難以利用的深度，造成養(yǎng)分浪費(fèi)。玉米的植株吸氮量與玉米產(chǎn)量成正比，施氮處理間的植株吸氮量與產(chǎn)量顯著高于不施氮處理，但施氮處理間的差異不顯著。綜合考慮，全膜雙壟溝模式下春玉米的最佳施氮量為200 kg·hm-2，而傳統(tǒng)種植模式下的最佳施氮量為170 kg·hm-2，且在干旱地區(qū)宜采用全膜雙壟溝栽培模式種植春玉米。

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Effects of cultivation patterns and nitrogen fertilization on

mineral nitrogen and yield of dryland spring maize

ZHANG Yue1，YUE Shan-chao2, LI Ting1, LI Shi-qing1,2

(1.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;

2.StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingontheLoessPlateau,

NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstract：A field experiment was carried out to study the effects of different cultivation patterns (the whole film double furrow mode and traditional planting pattern) and nitrogen application rate (0, 170, 200, 230 kg·hm-2) on the soilmineral nitrogen and grain yield of spring maize. The results showed that in the 0～200 cm soil profile, soil nitrate content was decreased as the depth of soil layers increased and the soil nitrate was mainly distributed in the 0～40 cm soil profile. With the increase of nitrogen application, soil nitrate content became increased. Different cultivation patterns had significant influences on the distribution of nitrate in soil. Compared to the traditional planting pattern, the whole film double furrow planting pattern reduced the soil nitrate due to the ability improvement of the plant N uptake from the soil. The N uptake of treatment N0, N170, N200, N230 were increased by 89.3%, 51.1%, 66.6% and 102.8%, with an average of 77.4%. In contrast to the soil nitrate, the ammonium in the soil was changed very slightly and was not affected by the amount of nitrogen application, cultivation patterns or different growth stages of spring maize. Compared to the traditional planting pattern, the whole film double furrow planting pattern could significantly improve grain yield and plant N uptake. In summary, the optimum nitrogen application rate of the whole film double furrow mode was 200 kg·hm-2, while the traditional planting pattern was 170 kg·hm-2. In conclusion, the whole film double furrow mode was more suitable for spring maize in dryland regions.

Keywords:cultivation patterns; amount of nitrogen application; nitrate; yield; apparent loss of nitrogen fertilizer; nitrogen use efficiency

中圖分類號(hào)：S513.04; S513.06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

通信作者：岳善超，男，博士，主要從事旱作農(nóng)業(yè)及植物營(yíng)養(yǎng)研究。 E-mail：yueshanchao@ms.iswc.ac.cn。

作者簡(jiǎn)介：張悅(1988—)，女，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事旱地作物高產(chǎn)高效研究。 E-mail：zhangyuetyl@163.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41401343)資助

收稿日期：2015-01-14

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.16

文章編號(hào)：1000-7601(2016)01-0099-09