氮肥調(diào)控對小麥/玉米產(chǎn)量、氮素利用及農(nóng)田氮素平衡的影響

劉　歡,陳苗苗,孫志梅,3,劉建濤,甄文超

(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　071001;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)研究院,河北 保定　071001;

3.河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 保定　071001;4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院,河北 保定　071001)

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氮肥調(diào)控對小麥/玉米產(chǎn)量、氮素利用及農(nóng)田氮素平衡的影響

劉歡1,陳苗苗2,孫志梅1,3,劉建濤1,甄文超4

(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071001;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)研究院,河北 保定071001;

3.河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 保定071001;4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院,河北 保定071001)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)小麥/玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn),采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法,研究了不同氮肥管理措施對小麥/玉米產(chǎn)量、氮素利用及農(nóng)田氮素平衡的影響。結(jié)果表明,小麥季在農(nóng)民常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)減少追氮量不會對小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響,在施氮總量195 kg/hm2基礎(chǔ)上配施調(diào)控劑處理小麥增產(chǎn)8.3%~24.6%,氮肥偏生產(chǎn)力、表觀利用率和農(nóng)學(xué)效率及氮肥貢獻(xiàn)率均得到相應(yīng)提高。在玉米季,以一次性基施適量氮肥同時配施抑制劑的氮肥管理方案為最佳,在施氮240 kg/hm2水平上與不添加抑制劑等氮量一次性基施和基追結(jié)合處理相比,增產(chǎn)幅度分別為7.4%~9.6%和13.9%~16.2%,氮肥貢獻(xiàn)率、肥料偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率亦得到顯著提高;經(jīng)過一個輪作周期后,農(nóng)田土壤氮素盈余量為63.94~126.83 kg/hm2。在總施氮量435 kg/hm2的情況下,與單施尿素相比較,配施氮素調(diào)控劑的氮素盈余量降低了27.4%~44.2%,其中脲酶與硝化抑制劑配施效果最佳。但在總施氮量480 kg/hm2的情況下,即使施用了氮素調(diào)控劑,氮素平衡盈余率仍在20%以上,存在較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：冬小麥;夏玉米;氮肥調(diào)控;脲酶/硝化抑制劑;產(chǎn)量;氮素利用;農(nóng)田氮素表觀平衡

目前,我國氮肥過量施用現(xiàn)象已相當(dāng)普遍,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料利用率明顯下降[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國主要糧食作物氮肥利用率,已由20世紀(jì)末的35%,下降到目前的27%[2]。過低的肥料利用率,不僅意味著資源和能源的巨大浪費(fèi),超量的氮肥還會通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境,破壞生態(tài)平衡,對人類的健康生存構(gòu)成嚴(yán)重威脅[3]。因此,氮肥的合理施用,是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效與環(huán)境友好的重要前提。

華北地區(qū)是我國糧食主產(chǎn)區(qū),研究表明,該地區(qū)小麥/玉米輪作體系農(nóng)田氮素已處于大量贏余狀態(tài)[4]。在保證國家糧食安全的前提下,從提高氮肥施用的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益出發(fā),探討適應(yīng)于不同生態(tài)條件下的氮肥合理施用模式及調(diào)控技術(shù),成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中迫切需要解決的問題。脲酶和硝化抑制劑是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的氮素調(diào)控劑,前者可以抑制尿素在土壤中的水解,達(dá)到尿素緩釋長效目的,后者則可以通過抑制土壤硝化微生物硝化反應(yīng),延緩?fù)寥冷@態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化,減少肥料氮素?fù)p失。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對脲酶/硝化抑制劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中調(diào)控土壤氮素轉(zhuǎn)化,減少土壤氮素?fù)p失,提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率方面已有研究[5-7],但由于受土壤環(huán)境條件、作物體系等多方面因素的影響,對其應(yīng)用效果的報(bào)道也不太一致。本研究以華北平原典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)太行山前平原藁城地區(qū)和黑龍港流域深州地區(qū)為研究區(qū)域,通過一年兩季的田間小區(qū)試驗(yàn),研究了秸稈還田條件下小麥/玉米體系不同氮肥管理措施對作物產(chǎn)量、氮素利用以及農(nóng)田氮素輸入輸出平衡狀況的影響,以期為華北平原小麥/玉米輪作體系氮肥的科學(xué)施用及氮肥資源的高效管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料和方法

1.1供試材料

試驗(yàn)地播前耕層土壤基本理化性狀見表1。供試肥料為尿素(含N 46%)、重過磷酸鈣(含P2O546%)和氯化鉀(含K2O 60%)。

表1　供試土壤基本理化性狀

1.2小麥季試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012年10月-2013年6月進(jìn)行,藁城試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置不施氮肥,基施N 120 kg/hm2,追施N 75,120 kg/hm2,同時配施脲酶和硝化抑制劑(分別用UI和NI表示),共計(jì)9個處理,分別表示為:① N0;②N120+N120;③N120+NI+N120;④N120+NI+N120+NI;⑤N120+N75;⑥N120+NI+N75;⑦N120+UI+N75;⑧N120+UI+NI+N75;⑨N120+UI+NI+N75+NI。供試小麥品種為石新18,播量187.5 kg/hm2。

為進(jìn)一步了解施用抑制劑對小麥產(chǎn)量的影響,在衡水深州同時設(shè)置如下5個處理,分別為:①N0;②N120+N120;③N120+UI+N120;④N120+NI+N120;⑤N120+UI+NI+N120。各處理基追純N均為120 kg/hm2,供試小麥品種為良興99,播量300 kg/hm2。

兩試驗(yàn)點(diǎn)小區(qū)面積均為35 m2,各處理設(shè)3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列。底肥在按試驗(yàn)設(shè)計(jì)施用尿素的同時,按P2O5135 kg/hm2和K2O 105 kg/hm2的用量,于整地前一次性施入重過磷酸鈣和氯化鉀。2012年10月8-10日播種,拔節(jié)期追施尿素,脲酶抑制劑UI和硝化抑制劑NI根據(jù)設(shè)計(jì)要求于基肥或追肥前與肥料充分混勻后施入,其他管理措施同一般大田的常規(guī)管理。

小麥?zhǔn)斋@時,每小區(qū)收獲2個2 m2用于測定產(chǎn)量和生物量,之后取部分植物樣,分秸稈和籽粒兩部分,烘干粉碎后用于測定植株全氮含量。

1.3玉米季試驗(yàn)設(shè)計(jì)

藁城試驗(yàn)點(diǎn)在上茬小麥?zhǔn)斋@后繼續(xù)進(jìn)行玉米試驗(yàn)。設(shè)置一次基肥、基追結(jié)合、配施氮肥調(diào)控劑幾種施氮模式,施氮總量為240 kg/hm2,同時設(shè)置不施氮的處理作為對照,總計(jì)9個處理,分別為:①N0;②N90+N150;③N90+NI+N150;④ N90+NI+N150+NI;⑤N90+UI+NI+N150+NI;⑥N240;⑦N240+UI;⑧N240+NI;⑨N240+UI+NI。

為進(jìn)一步了解氮肥調(diào)控技術(shù)對玉米生長發(fā)育的影響,同時在衡水深州進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn),總施氮量195 kg/hm2,設(shè)置如下9個處理:①N0;②N75+N120;③N195;④N75+NI+N120;⑤N75+NI+N120+NI;⑥N195+NI;⑦N195+UI;⑧N195+UI+NI;⑨N75+UI+NI+N120+NI。

兩試驗(yàn)點(diǎn)供試玉米品種均為鄭單958,播量30 kg/hm2。小區(qū)面積均為35 m2,隨機(jī)區(qū)組排列。底肥在施用尿素的同時按P2O575 kg/hm2和K2O 105 kg/hm2的用量,于整地前一次性施入重過磷酸鈣和氯化鉀。脲酶抑制劑UI和硝化抑制劑NI根據(jù)設(shè)計(jì)要求于基肥或追肥前與肥料充分混勻后施入。2013年6月15-17日播種,追肥處理的肥料于大喇叭口期追施,其他管理措施同一般大田的常規(guī)管理。

玉米收獲時,每小區(qū)收獲2株玉米用于統(tǒng)計(jì)生物量和養(yǎng)分測定,再隨機(jī)連續(xù)收獲50穗現(xiàn)場稱重(用于產(chǎn)量統(tǒng)計(jì))后,再在其中隨機(jī)取15個玉米穗,帶回試驗(yàn)室自然風(fēng)干后考種,并統(tǒng)計(jì)出粒率。植物樣分莖稈、葉和籽粒3部分,粉碎后用于測定植株全氮含量。

1.4測定方法及相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算

粉碎后的植物樣品經(jīng)濃H2SO4-H2O2消煮后,凱氏蒸餾法測定全N[8]。

植株氮素累積與氮素利用相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式[9-10]:

氮肥貢獻(xiàn)率(NCR,%)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮區(qū)產(chǎn)量×100;

氮肥偏生產(chǎn)力(PFP-N,kg/kg)=施氮后的作物產(chǎn)量/施氮量;

氮肥農(nóng)學(xué)效率(NAE,kg/kg)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量;

氮肥表觀利用率(NUE,%)=(施氮植株累積吸氮量-不施氮植株累積吸氮量)/施氮量×100;

農(nóng)田氮素平衡盈余量=氮素輸入-氮素支出;

農(nóng)田氮素平衡盈余率(%)=(氮素輸入-氮素支出)/氮素支出×100。

在本研究中,計(jì)算小麥/玉米輪作體系周年農(nóng)田氮素平衡時,輸入項(xiàng)主要考慮化肥、秸稈還田帶入的氮量、灌溉以及大氣沉降帶入的氮量;輸出項(xiàng)主要考慮作物收獲帶走的氮以及氨揮發(fā)和硝態(tài)氮淋溶這2種主要的氮素?fù)p失途徑。氨揮發(fā)、灌溉帶入的氮量參考趙榮芳等[11]的研究結(jié)果,秸稈、大氣沉降帶入氮量參考斐宏偉等[12]的研究結(jié)果,硝態(tài)氮淋溶率參考徐鵬等[13]的研究結(jié)果,硝化抑制劑對硝態(tài)氮淋溶損失減少量參考Wolt[14]的研究結(jié)果。

數(shù)據(jù)用Excel 2003軟件進(jìn)行處理和繪圖,SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,多重比較采用Duncan法。

2結(jié)果與分析

2.1對小麥產(chǎn)量和氮素利用的影響

2.1.1對小麥產(chǎn)量的影響藁城試驗(yàn)結(jié)果表明(圖1),與對照N0比較,各施肥處理的產(chǎn)量均顯著提高,增產(chǎn)幅度為10.2%~37.3%。各施氮處理間比較,在底施氮素120 kg/hm2的基礎(chǔ)上,于拔節(jié)期追施氮素75 kg/hm2的小麥產(chǎn)量(N120+N75)與追施氮素120 kg/hm2(N120+N120)的產(chǎn)量基本相當(dāng),可見減量施氮并沒有對小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響。在195 kg/hm2施氮水平上,與單施氮肥相比,底肥同時配施UI或NI的處理,或追肥同時配施NI的處理,小麥均表現(xiàn)出了一定的增產(chǎn)趨勢,增產(chǎn)8.3%~24.6%。而與N120+N75和N120+N120相比,底施120 kg/hm2,追施75 kg/hm2的基礎(chǔ)上同時底施UI和NI(N120+UI+NI+N75),小麥產(chǎn)量分別提高了23.1%和19.5%。處理N120+UI+NI+N75+NI的產(chǎn)量最高,但與N120+UI+NI+N75差異不顯著。此結(jié)果表明,氮肥是影響小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。對目前底追純N各120 kg/hm2的高產(chǎn)管理方案而言,氮肥施用量還有下調(diào)空間。在底施氮肥的基礎(chǔ)上通過UI和NI的配合施用調(diào)控氮素轉(zhuǎn)化,可以顯著提高小麥產(chǎn)量。但綜合考慮生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益,于拔節(jié)期追施氮肥時再施用氮肥調(diào)控劑的意義不大。

對深州小麥產(chǎn)量結(jié)果的分析表明,與N0處理相比,各施肥處理的產(chǎn)量同樣顯著提高,但以N120+N120增產(chǎn)率最低,為6.5%,尿素配施脲酶和硝化抑制劑的處理增產(chǎn)率最高,達(dá)到26.1%。底肥配施UI、NI和UI+NI的3個處理,與N120+N120相比較,小麥產(chǎn)量亦顯著提高,增產(chǎn)率分別為11.4%,7.4%,18.4%。

2.1.2對小麥氮素利用效率的影響氮肥調(diào)控劑對藁城小麥氮素利用效率的影響結(jié)果表明(表2),與N120+N120處理相比較,N120+NI+N120和N120+NI+N120+NI的氮肥貢獻(xiàn)率分別提高了30.3%和37.2%,差異顯著。農(nóng)學(xué)效率和表觀利用率都得到顯著提高,可見抑制劑能增加小麥在生育期內(nèi)對氮素的吸收利用,從而有利于小麥在營養(yǎng)生長期所積累的干物質(zhì)有更大比例向生殖生長階段的轉(zhuǎn)化[15]。而減氮處理N120+N75與N120+N120相比較,氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥表觀利用率分別提高了19.5%和48.9%(P<0.05),說明在一定范圍減少氮肥用量能夠減少氮肥損失,提高氮肥利用效率。在減少氮肥施用量基礎(chǔ)上同時配施UI和NI時(N120+UI+NI+N75和N120+UI+NI+N75+NI),氮肥利用效率最高,但追肥時再配施NI的增效作用不顯著。

不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。圖2-3、表2-3同。

處理Treatments施氮量/(kg/hm2)Nlevel氮肥貢獻(xiàn)率/%NCR氮肥偏生產(chǎn)力/(kg/kg)PFP-N氮肥農(nóng)學(xué)效率/(kg/kg)NAE氮肥表觀利用率/%NUEN00----N120+N751959.26d38.98bc3.61d17.48dN120+NI+N7519516.75b42.49b7.12b30.63bN120+UI+N7519516.18b42.20b6.83b24.10cN120+UI+NI+N7519526.26a47.97a12.60a38.25aN120+UI+NI+N75+NI19527.17a48.57a13.20a35.72aN120+N12024011.87c32.61c3.87d11.74eN120+NI+N12024015.47b34.00c5.26c13.22dN120+NI+N120+NI24016.28b34.33c5.59c19.14cd

2.2對玉米產(chǎn)量和氮素利用的影響

2.2.1對玉米產(chǎn)量的影響對藁城玉米產(chǎn)量分析表明(圖2),與對照相比,各施肥處理的玉米產(chǎn)量顯著提高,增產(chǎn)幅度達(dá) 29.3%~50.3%。各施氮處理之間比較,以施氮量240 kg/hm2一次性基施,同時配施UI(N240+UI),或NI(N240+NI),或UI+NI(N240+UI+NI)的產(chǎn)量水平較高,與一次性基施等量氮素不添加抑制劑處理相比,增產(chǎn)7.4%~9.6%,與基追結(jié)合處理N90+N150相比,增產(chǎn)13.9%~16.2%,差異顯著,說明氮肥與抑制劑配施做底肥一次性施入就可滿足玉米整個生育期的氮素需求。在基追結(jié)合的施氮模式下,只有底追同時配施NI的產(chǎn)量(N90+NI+N150+NI)顯著高于N90+N150,其他2種施用抑制劑的方式(N90+NI+N150、N90+UI+NI+N150+NI)對玉米產(chǎn)量影響不顯著。

深州的產(chǎn)量結(jié)果與藁城試驗(yàn)點(diǎn)相似(圖3),同樣以不施氮肥的處理最低,以氮肥一次性基施同時配施抑制劑的N195+UI、N195+NI和N195+UI+NI的產(chǎn)量較高。與N195相比,增產(chǎn)7.2%~9.7%,而與N75+N120處理相比,增產(chǎn)率為9.5%~12.0%,差異顯著。基追結(jié)合施用氮肥的各處理之間相比較,N75+NI+N120+NI和N75+UI+NI+N120+NI的產(chǎn)量差異不大,但顯著高于N75+N120處理,而基肥配施硝化抑制劑的N75+NI+N120處理增產(chǎn)效果不明顯。一次性基施和底追結(jié)合2種氮肥施用模式相比較,在等施氮量條件下,無論單施氮肥還是氮肥中配施抑制劑,產(chǎn)量差異均不明顯。因此,考慮到施肥的勞動用工和成本,玉米季采用播前一次性基施并配施抑制劑的氮肥管理模式為最佳。

圖2　藁城不同處理的玉米產(chǎn)量

2.2.2對玉米氮素利用率的影響對藁城玉米氮素利用效率進(jìn)行分析,由表3可以看出,與小麥氮素利用率試驗(yàn)結(jié)果相似,一次性基施同時配施抑制劑的處理(N240+NI和N240+UI+NI)氮肥貢獻(xiàn)率、偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率及表觀利用率均高于N90+N150和N240。N240+NI處理與N240+UI處理相比,前者氮肥表觀利用

率顯著高于后者,與小麥試驗(yàn)結(jié)果相似,說明NI的增效作用優(yōu)于UI?；方Y(jié)合并配施抑制劑的氮肥調(diào)控模式雖然可以獲得較高的氮肥表觀利用率,但其他3個指標(biāo)卻沒有表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。由此可見,與基肥加追肥的氮肥管理模式相比,氮肥一次性基施在獲得較高產(chǎn)量的同時,由于節(jié)約了人工追肥的用工和費(fèi)用,施肥的經(jīng)濟(jì)效益也因而會得到進(jìn)一步提高。

圖3　深州不同處理的玉米產(chǎn)量

處理Treatments施氮量/(kg/hm2)Nrate氮肥貢獻(xiàn)率/%NCR氮肥偏生產(chǎn)力/(kg/kg)PFP-N氮肥農(nóng)學(xué)效率/(kg/kg)NAE氮肥表觀利用率/%NUEN00----N90+N15024022.66d40.08d9.89d25.72cN90+NI+N15024025.81c41.78cd11.58cd31.60abN90+NI+N150+NI24028.54bc43.38bc13.19bc33.77aN90+UI+NI+N150+NI24026.67c42.27cd12.07cd33.45aN24024027.06c42.50cd12.31cd27.90cN240+NI24033.45a46.58a16.39a33.16aN240+UI24032.08a45.64ab15.44ab28.62bcN240+UI+NI24032.50a45.92ab15.73ab33.29a

2.3氮肥調(diào)控對農(nóng)田氮素表觀平衡的影響

在小麥/玉米周年輪作體系的氮素輸入中,化學(xué)氮肥是農(nóng)田氮素的重要來源,約占氮素輸入總量的80%(表4)。在兩季總施氮量分別為435,480 kg/hm2的管理模式下,與單施尿素處理相比,施用抑制劑可使輪作體系兩季的氮肥表觀利用率分別提高14.5%~52.9%和19.6%~84.0%,其中又以小麥季減氮并配施UI和NI處理氮肥表觀利用率最高,達(dá)到35.51%。

從整體上看,藁城農(nóng)田各處理的氮平衡在周年生產(chǎn)中均有盈余,盈余量為63.94~126.83 kg/hm2。在兩季總施氮量分別為435,480 kg/hm2的情況下,與單施尿素相比較,配施抑制劑處理的氮素盈余量分別降低了27.4%~44.2%和0.9%~13.5%,其中UI與NI配施盈余量最低。施氮量480 kg/hm2時,即使施用了抑制劑,氮素平衡盈余率仍在20%以上,氮素?fù)p失風(fēng)險(xiǎn)較高。在施氮量435 kg/hm2時,單施氮肥的氮素平衡盈余率為23.71%;添加抑制劑處理(N120+NI+N75+N240+NI、N120+UI+N75+N240+UI、N120+UI+NI+N75+N240+NI+UI、N120+UI+NI+N75+NI+N90+UI+NI+N150+NI)的氮素平衡盈余率分別僅為15.87%,17.22%,13.24%,14.83%,基本可以實(shí)現(xiàn)氮素的表觀平衡[16]。

表4　小麥/玉米輪作體系氮素平衡狀況分析

3討論與結(jié)論

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高投入高產(chǎn)出的管理模式,雖然獲得了較高的作物產(chǎn)量,但其造成的浪費(fèi)和對環(huán)境的破壞,使得人們不得不從生態(tài)的角度重新審視農(nóng)田氮素的副作用。從本試驗(yàn)結(jié)果上看,華北地區(qū)小麥/玉米輪作體系秸稈還田條件下,在農(nóng)戶習(xí)慣施肥基礎(chǔ)上適當(dāng)減少小麥季氮肥(減氮19%)投入,不會對小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響。這一方面是由于冬小麥根系分布較深,對100～200 cm深層土壤氮素均能吸收,能夠高效回收利用前茬玉米季深層土壤殘留氮素[17];另一方面,在華北地區(qū)傳統(tǒng)種植模式中,較高的施氮量,使土壤中氮素存量超過獲得最高產(chǎn)量時作物的需氮量,加之長期高量施氮使土壤對減氮施肥有較強(qiáng)的緩沖能力,因此,減少氮肥用量近20%情況下也不會對小麥最終產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響,反而由于用氮量的減少,提高了施氮的經(jīng)濟(jì)效益,降低了施氮所帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。需要考慮的是,在當(dāng)?shù)赝寥婪柿l件下,減氮量多少以及減少氮肥用量后長期種植會不會對土壤供氮產(chǎn)生影響,需要進(jìn)一步探討。

研究氮素循環(huán)與平衡狀況,對氮素的輸入輸出等各個過程及其循環(huán)規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)分析,明確小麥/玉米輪作體系農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮素的來源和去向并對其進(jìn)行定量化,對于維持和提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力水平,提高氮肥資源利用效率具有重要意義。本研究結(jié)果表明,華北地區(qū)小麥/玉米周年輪作體系中,各施肥處理氮素平衡處于盈余狀態(tài),在當(dāng)前農(nóng)民的常規(guī)施肥習(xí)慣下(480 kg/hm2),氮素盈余量高達(dá)126.83 kg/hm2,雖然多余的氮素可以補(bǔ)充土壤氮庫,有利于培肥地力,但氮素輸入量遠(yuǎn)高于輸出量,造成氮素資源浪費(fèi)嚴(yán)重的同時存在較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明[22],耕地化肥投入量和氮養(yǎng)分盈余量呈極顯著線性相關(guān),因此，雖然施用氮肥可以顯著提高作物產(chǎn)量和吸氮量,但過量施肥使施入土壤中的累積氮量遠(yuǎn)高于作物吸氮量,必然造成農(nóng)田氮素盈余和損失,降低施肥經(jīng)濟(jì)效益。本試驗(yàn)結(jié)果表明,適當(dāng)減少氮肥投入和脲酶/硝化抑制劑配施可以有效減少華北地區(qū)小麥/玉米輪作體系農(nóng)田氮素盈余量,控制盈余率在20%以下,基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)田氮素的表觀平衡。

綜上所述,小麥季在農(nóng)民常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)減少氮肥用量不會對小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響,在195 kg/hm2施氮水平上,配施抑制劑處理可使小麥增產(chǎn)9.0%~24.6%;在玉米季,與不添加抑制劑等氮量一次性基施和基追結(jié)合處理相比,施氮240 kg/hm2并配施抑制劑一次性基施增產(chǎn)幅度分別為7.2%~9.7%和13.9%~16.2%。同時可促進(jìn)植株對氮素的吸收累積,提高氮素利用效率。小麥/玉米周年輪作體系中,適當(dāng)降低氮肥投入以及氮肥與調(diào)控劑的配施可以明顯減少氮素表觀平衡盈余量,降低氮素平衡盈余率,這對于減少氮肥資源的浪費(fèi)和緩解環(huán)境污染有著積極作用。

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Effects of Different Nitrogen Management Practice on Crop Yield,N Utilization and N Apparent Balance in Wheat/Maize Rotation System

LIU Huan1,CHEN Miao-miao2,SUN Zhi-mei1,3,LIU Jian-tao1,ZHEN Wen-chao4

(1.College of Resource and Environmental Science,Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China;2.College of Science and Technology,Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China;3.Key Laboratory for Farmland Eco-Environment of Hebei Province,Baoding071001,China;4.College of Plant Protection,Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China)

Abstract：In order to achieve high yield and high efficiency production in the wheat/maize rotation system,field experiments were conducted to investigate the effects of different nitrogen management practices on the crop yield,nitrogen utilization and N apparent balance.The results indicated that,based on the farmers routine fertilization,appropriately reducing the amount of nitrogen-dressing had no significant effect on wheat yield.The application of nitrogen regulators could increase the wheat yield by 8.3%-24.6% when nitrogen rate was 195 kg/ha,and thereby improve the N partial factor productivity,N use efficiency,N agronomic efficiency and N contribute rate.In the maize growing season,compared with the treatments applied equal amount nitrogen as basal fertilizer or base-topdressing fertilizer without the addition of nitrogen regulators,the combination of nitrogen with nitrogen regulators as basal fertilizer was the best nitrogen management practice,which increased the corn yield around 7.4%-9.6% and 13.9%-16.2% when nitrogen rate was 240 kg/ha.And the N contribute rate,N partial factor productivity and N agronomic efficiency were also increased.After a period of crop rotation,the surplus amount of soil nitrogen was 63.94-126.83 kg/ha.When the total amount of nitrogen was 435 kg/ha,compared with the single application of urea,the surplus amount of nitrogen in the treatment with nitrogen regulators reduced by 27.4%-44.2%,and the application of urease inhibitor combined with nitrification inhibitor had the most obvious effect.However,when the total amount of nitrogen was 480 kg/ha in wheat/maize rotation system,N balance surplus rate was still more than 20% even combined with the application of nitrogen regulators,which might cause a serious environmental risk.

Key words:Winter wheat;Summer maize;Nitrogen regulation;Urease/nitrification inhibitor;Yield;Nitrogen use efficiency;Apparent nitrogen balance

doi:10.7668/hbnxb.2016.01.037

中圖分類號：S158.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-7091(2016)01-0232-07

作者簡介：劉歡(1990-),男,河北邯鄲人,在讀碩士,主要從事植物營養(yǎng)與高效施肥研究。通訊作者：孫志梅(1969-),女,河北衡水人,教授,博士,博士生導(dǎo)師，主要從事新型肥料及高效施肥技術(shù)研究。

基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“糧食豐產(chǎn)科技工程”(2011BAD16B08;2012BAD04B06;2013BAD07B05)

收稿日期：2015-10-09