減量施氮對(duì)雨養(yǎng)區(qū)春玉米產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)的影響

吳得峰，姜繼韶，孫棋棋，王　蕊，李如劍，王志齊，劉洪星，崔全紅，郭勝利，，*，黨廷輝，，，巨曉棠

（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.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌712100；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193）

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減量施氮對(duì)雨養(yǎng)區(qū)春玉米產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)的影響

吳得峰1，姜繼韶2，孫棋棋2，王蕊1，李如劍3，王志齊3，劉洪星4，崔全紅1，郭勝利1，2，3*，黨廷輝1，2，3，巨曉棠4

（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.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌712100；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193）

摘要：通過(guò)3年田間試驗(yàn)，研究了減量施氮（N）對(duì)雨養(yǎng)區(qū)春玉米產(chǎn)量、溫室氣體排放、土壤硝態(tài)氮（NO-3-N）殘留的影響。試驗(yàn)于2013年4月至2015年9月在中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站進(jìn)行，供試作物為春玉米，半覆膜種植，設(shè)常規(guī)施氮（N200）和減量施氮（N150）2個(gè)處理，定期測(cè)定土壤礦質(zhì)N和氧化亞氮（N2O）氣體含量。結(jié)果表明：雖然N150處理較N200處理施N量減少了25%，但玉米產(chǎn)量無(wú)顯著變化（P＞0.05），三年平均為13.4（N200）、13.3（N150）t·hm-2；N150處理N2O累積排放量較N200處理降低24.3%；N200處理0～200 cm土壤剖面NO-3-N殘留量平均為210.2 kg·hm-2，N150處理則低至115.1 kg·hm-2；N200和N150處理的生育期耗水量差異不顯著（P＞0.05）。在渭北雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，春玉米在常規(guī)施N的基礎(chǔ)上減量25%，不僅能維持作物產(chǎn)量，還能有效降低N2O排放和NO-3-N的殘留。

關(guān)鍵詞：春玉米；減量施氮；產(chǎn)量；氧化亞氮；硝態(tài)氮

吳得峰，姜繼韶，孫棋棋，等.減量施氮對(duì)雨養(yǎng)區(qū)春玉米產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（6）：1202-1209.

WU De-feng，JIANG Ji-shao，SUN Qi-qi，et a1. Effect of reduced nitrogen ferti1ization on sPring maize Production and environmenta1 imPacts in rain-fed areas ［J］. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（6）∶1202-1209.

施用N肥是當(dāng)代糧食生產(chǎn)發(fā)展的需要，也是作物生產(chǎn)中獲得高產(chǎn)的重要措施［1］。中國(guó)耕地面積只占世界耕地總面積的7%左右，但是N肥施用量卻超過(guò)了世界N肥施用總量的25%，且仍在繼續(xù)增加［2］。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，2002年中國(guó)的N肥施用量已居世界首位，占全球N肥總施用量的30%［3］。近10年間，我國(guó)糧食產(chǎn)量增加了27%，單產(chǎn)增加了31.7%，而同期N肥用量卻增加了93.6%［4］。N肥的當(dāng)季利用率較低，全國(guó)平均僅為30%～41%［5］，因此長(zhǎng)期過(guò)量施用N肥會(huì)引起面源污染等問(wèn)題。例如，小麥連作農(nóng)田每年單施N肥（120 kg·hm-2）條件下，土壤0～200 cm土層NO-3-N累積量達(dá)到施N總量的55%以上［6］。高肥力土壤上，0～100 cm的土壤殘留率為20.9%～45.3%，損失率為10.3%～55.2%［7］。另外，N肥的大量施用還會(huì)增加農(nóng)業(yè)源溫室氣體（N2O、CH4、CO2）的排放，進(jìn)而加劇“溫室效應(yīng)”［8］。

減量施N、提質(zhì)增效成為我國(guó)農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的重要途徑。中國(guó)地形復(fù)雜，肥力不均，作物種類(lèi)多樣，不同的作物對(duì)肥料的需求量亦有差別［9］。如何因地制宜提出減量施N技術(shù)以促進(jìn)持續(xù)發(fā)展十分關(guān)鍵。劉宇等［10］在華南地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，與甘蔗常規(guī)施N （525 kg·hm-2）相比，減量施N（減量75%）顯著降低了N素盈余量（降幅為53%），從而降低了N素污染農(nóng)田環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。朱曉霞等［11］在魯西南地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，減量施N（減量30%）在保證小麥穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)，極大降低NO-3-N向土壤深層淋溶的風(fēng)險(xiǎn)。易瓊等［12］在華南稻區(qū)研究顯示，與常規(guī)處理（150 kg·hm-2）相比，減量施N（減量35%）能明顯降低CH4和N2O的季節(jié)性排放量。盡管近年來(lái)已開(kāi)展大量有關(guān)減量施N的研究，但主要集中在華中、華南地區(qū)，北方地區(qū)的研究也局限于減量施氮對(duì)作物產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分含量的影響，鮮有同時(shí)研究減量施氮對(duì)作物產(chǎn)量和生長(zhǎng)季溫室氣體累積排放量以及土壤養(yǎng)分影響的報(bào)道［13］。

黃土高原農(nóng)田面積14.6萬(wàn)km2，其中70%屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，土壤N素含量?jī)H為0.042%～0.077%，N肥投入是保證糧食生產(chǎn)的重要措施［14］。該區(qū)玉米播種面積190萬(wàn)hm2，占糧食作物面積的17.9%，總產(chǎn)91.4 億kg，占糧食總產(chǎn)的30.8%左右，是黃土高原主要的糧食作物之一［15］。玉米實(shí)際單位面積產(chǎn)量4812 kg· hm-2，居于黃土高原地區(qū)禾谷類(lèi)作物單產(chǎn)之首［15］。但該區(qū)農(nóng)田土壤長(zhǎng)期處于過(guò)量施N（200～300 kg·hm-2）條件，使得土壤剖面（0～300 cm）中NO-3-N殘留量已達(dá)900 kg·hm-2以上，占化肥投入總量的12%～50%［16］。過(guò)量施N不僅造成作物品質(zhì)下降、資源浪費(fèi)，還會(huì)引起環(huán)境問(wèn)題進(jìn)而制約農(nóng)業(yè)的高效和可持續(xù)發(fā)展［17］。本研究探討減量施N對(duì)黃土區(qū)春玉米產(chǎn)量、N2O年累積排放量和土壤剖面NO-3-N殘留量的影響，將為該地區(qū)制定減量施N的技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于陜西省長(zhǎng)武縣的中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站（107°40＇E，35°12＇N，海拔1220 m），屬典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。當(dāng)?shù)貫榘敫珊禎駶?rùn)性季風(fēng)氣候，年平均氣溫9.2℃，大于10℃積溫為3029℃，1985—2013年均降水量為560 mm，其中最高年份為954 mm，最低年份為296 mm，7—9月的降水量占年總量的57%。土壤為粘壤質(zhì)黑壚土，0～20 cm土層SOC（土壤有機(jī)碳）含量6.5 g·kg-1，全N含量0.8 g· kg-1，速效P含量5 mg·kg-1，CaCO3含量10.5%，PH8.4，粘粒含量（＜0.002 mm）24%。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

試驗(yàn)于2013年4月至2015年9月進(jìn)行，供試作物為春玉米，品種為先玉335，一年一季。采用半覆膜種植方式，供試地膜為0.008 mm×750 mm微地膜，株行距30 cm×60 cm，密度57 000株·hm-2。本研究設(shè)2個(gè)處理：①常規(guī)施氮（N200），施N量200 kg N·hm-2，據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)推廣部門(mén)的調(diào)查，春玉米氮肥施用量一般在200～300 kg N·hm-2；②減量施氮（N150），施N量150 kg N·hm-2，在常規(guī)施N基礎(chǔ)上減量25%。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)長(zhǎng)17.5 m，寬5.5 m，小區(qū)間距0.5 m，區(qū)組距1 m，四周保護(hù)行寬1 m。供試肥料為尿素（N 46%）和過(guò)磷酸鈣（P2O512%）。各處理施磷肥26 kg P·hm-2。所有肥料在播種前一次性作為基肥均勻撒施，然后翻入0～20 cm土壤。春玉米在2013年4月24日播種，當(dāng)年9月9日收獲；2014年4月30日播種，當(dāng)年9月15日收獲；2015年4月29日播種，當(dāng)年9月26日收獲。生長(zhǎng)期間人工及時(shí)去除雜草，玉米收獲后土壤休閑。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤礦質(zhì)N含量及水分測(cè)定

每個(gè)小區(qū)用直徑3 cm的土鉆分別在膜上和膜間采集0～20 cm土壤樣品各3個(gè)，充分混勻后作為該區(qū)土壤樣品，施肥后2、4、6、8 d采集，之后每隔10 d采集一次，較大降雨（＞40 mm）后的第1、3 d取土，之后每隔10 d采集一次。在玉米種植前和收獲后按20 cm一層取0～2 m土樣。土樣過(guò)3 mm篩后稱(chēng)取5.0 g，用50 mL KC1（1 mo1·L-1）溶液浸提，振蕩1 h后過(guò)濾，用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定NO-3-N含量，同時(shí)采用烘干稱(chēng)重法測(cè)定土壤含水量［18］。

1.3.2產(chǎn)量測(cè)定

玉米收獲期，每個(gè)小區(qū)選取4×4=16 m2（約90株玉米），把玉米穗棒全部取下稱(chēng)重，然后從中選取能代表該小區(qū)的15株，稱(chēng)重，帶回風(fēng)干后脫粒稱(chēng)重，計(jì)算產(chǎn)量（風(fēng)干籽粒含水量約為13%）。

1.3.3N2O采集與測(cè)定

N2O采用GC-靜態(tài)箱法測(cè)定。采樣箱體由不銹鋼材料制成，箱外層加泡沫以隔熱，在頂箱內(nèi)部的兩個(gè)對(duì)角安裝兩個(gè)風(fēng)扇，用來(lái)混勻箱內(nèi)的氣體。采氣時(shí)頂箱和底座之間采用密封條密封，用兩個(gè)鐵夾將箱子與底座夾在一起，防止漏氣。箱子上安裝1 m長(zhǎng)的平衡管，平衡箱內(nèi)外氣壓。在作物生長(zhǎng)期，每4 d采氣1次，休閑季每周1次（冬季11、12月和轉(zhuǎn)年1、2、3月根據(jù)天氣情況和排放量每10～20 d采集1次，4月播種前每周1次），施肥后每天1次，連續(xù)監(jiān)測(cè)7～10 d；大雨（＞20 mm）后，第1、3、5 d采氣。采樣時(shí)間一般為上午8：00—12：00。氣體采集時(shí)將采樣箱蓋40 min，在關(guān)箱后的第0、10、20、30、40 min分別用50 mL注射器抽取箱內(nèi)氣體，帶回室內(nèi)用氣相色譜（Agi1ent GC6820）測(cè)定N2O。

1.4計(jì)算方法與數(shù)據(jù)分析

玉米產(chǎn)量（t·hm-2）=15株玉米風(fēng)干重（kg）×57 000（株·hm-2）/（15×1000）［14］

土壤NO-3-N殘留量（kg·hm-2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤NO-3-N含量（mg·kg-1）/10［19］

N2O排放量（μg N2O-N·m-2·h-1））=273×M×60/10× H×［22.4×（273+T）］-1×dc/dt

式中：22.4為溫度為273K時(shí)的N2O摩爾體積，L·mo1-1；T為蓋箱時(shí)間內(nèi)平均大氣溫度，℃；M為每摩爾N2O 中N2的分子量，為28；H為采樣箱高度，cm；c為N2O氣體濃度，μL·L-1；t為關(guān)箱時(shí)間，min；dc/dt為采樣箱內(nèi)N2O氣體濃度的變化率，μL·L-1·min-1，t=0時(shí)dc/dt為曲線在0時(shí)刻的初始斜率［20］。

春玉米生育期耗水量（mm）=播種前土壤剖面的儲(chǔ)水量（mm）-收獲后土壤剖面儲(chǔ)水量（mm）+生育期降雨量（mm）［6］

土壤每層儲(chǔ)水量的計(jì)算公式：

Wi=ωβh/10

W=ΣWi

式中：Wi為每層土壤儲(chǔ)水量，mm；W為土壤總儲(chǔ)水量，mm；ω為每層土壤質(zhì)量含水量，%；β為每層土壤干容重，g·cm-3；h為土層厚度，取值為20 cm［21］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Exce1 2013和SAS 9.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用SAS軟件包中的PROC GLM程序進(jìn)行產(chǎn)量、0～200 cm剖面NO-3-N殘留量和N2O排放量的方差分析。用SigmaP1ot 10.0繪制作物生育期耗水量圖。

2　結(jié)果與分析

2.1減量施N對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

由表1可見(jiàn)，在為期3年的試驗(yàn)期間，N200、N150的產(chǎn)量分別為10.3～17.7、10.5～17.7 t·hm-2，平均值分別為13.4、13.3 t·hm-2。與N200相比，盡管N150降低了N肥施用量的25%，但產(chǎn)量并沒(méi)有降低。

表1　不同施N處理春玉米產(chǎn)量（t·hm-2）Tab1e 1 SPring maize grain yie1ds in different N treatments（t·hm-2）

2.2減量施N對(duì)N2O排放量和排放強(qiáng)度的影響

如表2所示，3年試驗(yàn)期間，N200、N150生長(zhǎng)季的N2O累積排放量分別為1.4、1.3、0.8 kg N2O·hm-2和1.0、0.9、0.7 kg N2O·hm-2，平均值分別為1.2、0.9 kgN2O·hm-2。與N200相比，N150處理顯著降低了生長(zhǎng)季N2O的累積排放量（P＜0.05），降幅分別為28.8% （2013年）、29.7%（2014年）、14.5%（2015年），平均減少量為0.3 kg N2O·hm-2。

表2　不同施N處理春玉米生長(zhǎng)季、休閑季的N2O排放量（kg N2O·hm-2）Tab1e 2 Cumu1ative N2O emissions during maize and fa11ow Periods in different N treatments（kg N2O·hm-2）

玉米生長(zhǎng)季N2O的累積排放量對(duì)全年累積排放的貢獻(xiàn)大于休閑季。生長(zhǎng)季N2O的累積排放量介于0.7～1.4 kg N2O·hm-2之間，平均值為1.0 kg N2O·hm-2，占全年總累積排放量的62.3%～72.6%。休閑季N2O的累積排放量介于0.4～0.6 kg N2O·hm-2之間，平均值為0.5 kg N2O·hm-2，占全年總累積排放量的27.9%～37.1%。

施N處理顯著影響全球增溫潛勢(shì)（GWP，kg CO2-eq·hm-2）和溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI，kg CO2-eq·t-1籽粒）。由表3可知，3年試驗(yàn)期間，N200、N150的GHGI變化范圍分別介于52～78、44～53 kg CO2-eq·t-1籽粒之間，平均值分別為64、48 kg CO2-eq·t-1籽粒。與N200相比，N150顯著降低了GHGI，降幅分別為32.1%（2013年）、25.4%（2014年）和15.4%（2015年），平均減少量為16 kg CO2-eq·t-1籽粒。

2.3減量施N對(duì)土壤剖面NO-3-N殘留的影響

如表4所示，3年試驗(yàn)期間，0～100 cm和100～200 cm土層的NO-3-N殘留量分別為63.8～148.9、34.7～92.8 kg·hm-2，平均值分別為101.7、60.9 kg·hm-2。0～100 cm NO-3-N的殘留量占0～200 cm剖面NO-3-N總殘留量的62.6%?？梢钥闯?，0～100 cm的作物根系活動(dòng)范圍內(nèi)有較高的殘留。

N200 0～200 cm土壤剖面NO-3-N殘留量介于172.6～241.7 kg·hm-2之間，均值為210.2 kg·hm-2； N150 0～200 cm土壤剖面NO-3-N殘留量介于100.3～143.0 kg·hm-2之間，均值為115.1 kg·hm-2。與N200相比，N150顯著降低了土壤剖面NO-3-N的殘留量（P＜0.05），降幅為40.8%～53.6%，平均降低95.0 kg·hm-2。

表3　不同施氮處理的GWP（kg CO2-eq·hm-2）和GHGI（kg CO2-eq·t-1籽粒）Tab1e 3 GWP（kg CO2-eq·hm-2）and GHGI（kg CO2-eq·t-1yie1d）in different N treatments

表4　不同施N處理土壤剖面NO-3-N殘留量（kg·hm-2）Tab1e 4 Amount of soi1 NO-3-N residues in different N treatments（kg·hm-2）

2.4減量施N對(duì)作物耗水量的影響

如圖1所示，N150和N200耗水量沒(méi)有顯著差異（P＞0.05）。3年試驗(yàn)期間，N200處理的耗水量介于347.4～487.6 mm之間，均值為430.3 mm；N150處理的耗水量介于330.0～470.2 mm之間，均值為405.3 mm。

3　討論

與N200相比，N150處理施N量在減少25%的基礎(chǔ)上，仍使春玉米產(chǎn)量穩(wěn)定在10.3～17.7 t·hm-2之間，平均值為13.3 t·hm-2。李欠欠等［22］結(jié)合西北地區(qū)陜西省長(zhǎng)武縣和東北地區(qū)吉林省梨樹(shù)縣對(duì)春玉米的研究結(jié)果認(rèn)為，在常規(guī)施N（長(zhǎng)武點(diǎn)N 250 kg·hm-2，梨樹(shù)點(diǎn)N300 kg·hm-2）的基礎(chǔ)上減量20%～33%對(duì)作物產(chǎn)量沒(méi)有顯著的影響，與Ju等［23］、Liu等［24］在華北地區(qū)夏玉米的研究中得出的結(jié)論相似。但是這些試驗(yàn)大多是在農(nóng)戶高本底N的土壤上取得的，短期內(nèi)可以利用這些土壤高量累積N來(lái)降低N肥的施用量，當(dāng)這些高累積N被消耗掉后，該施N量是否能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定的高產(chǎn)，也是一個(gè)值得研究的科學(xué)問(wèn)題［25］。

N肥運(yùn)籌是影響土壤N2O排放的重要因素［26］。N肥的施用量與N2O的生長(zhǎng)季累積排放量正相關(guān)［27］。本研究顯示，與N200相比，N150在施氮量減少25%的基礎(chǔ)上能顯著降低生長(zhǎng)季N2O的累積排放量，3年降幅分別為28.8%（2013年）、29.7%（2014年）和14.5% （2015年），平均減少量為0.3 kg N2O·hm-2。減量施N在滿足作物營(yíng)養(yǎng)需求的前提下能夠有效減少土壤發(fā)生硝化作用和反硝化作用的底物，進(jìn)而降低N2O的排放［28］。劉慧穎等［29］在東北地區(qū)通過(guò)3年定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)減量施N對(duì)N2O年累積量的降低幅度為10%；楊黎等［30］在東北地區(qū)關(guān)于春玉米的研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施N （265 kg·hm-2）相比，減量施氮（減20%）能夠降低N2O年累積排放量，降幅為9%。上述試驗(yàn)結(jié)果均小于本試驗(yàn)降低幅度（24.4%）。但是，馬銀麗等［31］在華北地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，氮肥減量33%可顯著降低N2O的累積排放量，降幅為44%。這可能是因?yàn)闁|北土壤屬于壤土，保水保肥性較好，施氮量減少25%，并不能顯著降低土壤N2O年累積排放量；而華北地區(qū)土壤類(lèi)型屬于褐土，且當(dāng)?shù)刈魑镌谏L(zhǎng)期間實(shí)施灌溉，促進(jìn)了農(nóng)田土壤N2O的釋放，而且該區(qū)較大降雨事件也是N2O排放的主要驅(qū)動(dòng)因素。較大降雨后，由于大量雨水排出了土壤中的空氣，容易形成厭氧環(huán)境，加速反硝化的速率，從而增加了N2O的排放［32］。此外，土壤干濕交替的過(guò)程中，其本身碳氮的礦化速率將增加［33-35］，而且細(xì)胞容易發(fā)生裂解作用［36-37］，使得土壤礦質(zhì)N增加，為N2O的產(chǎn)生提供了足夠的基質(zhì)。3年試驗(yàn)期間，2013年降雨事件引起的N2O的累積排放量約占全年的6.4%，2014年為12.5%，2015年為4.8%。

圖1　不同施N處理作物耗水量Figure 1 CroP water consumPtion in different N treatments

本研究結(jié)果表明，0～100 cm NO-3-N的殘留量占0～200 cm剖面NO-3-N總殘留量的62.6%，可以看出作物收獲以后，絕大多數(shù)NO-3-N殘留在土壤淺層［38］。但是黃土高原雨養(yǎng)區(qū)由于降雨量較小，土壤表層殘留的NO-3-N并不構(gòu)成諸如多雨區(qū)或者灌溉區(qū)那樣嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，而是在土壤剖面深度介于100～200 cm范圍內(nèi)累積起來(lái)，遇到較大降雨后才會(huì)隨著雨水下移，進(jìn)而對(duì)環(huán)境污染造成潛在威脅［39］。王宜倫等［40］在華北地區(qū)關(guān)于超高產(chǎn)夏玉米的研究表明，施N量為300 kg·hm-2時(shí)，可以基本維持土壤NO-3-N的平衡，但施N量為450 kg·hm-2時(shí)，土壤NO-3-N的殘留量顯著增加（增幅為24%）。王激清等［41］在華北地關(guān)于施N量對(duì)春玉米NO-3-N累積的研究中發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施N（300 kg·hm-2）相比，優(yōu)化施N（減量25%）處理顯著降低了土壤剖面的NO-3-N殘留量（降幅為22%）。本研究中，與N200（土壤剖面NO-3-N殘留量平均值為210.2 kg· hm-2）相比，N150顯著降低了土壤剖面NO-3-N的殘留量（P＜0.05）。

3年試驗(yàn)結(jié)果表明，N200的耗水量（平均值為430.3 mm）與N150（平均值為405.3 mm）相比沒(méi)有顯著差異。過(guò)量施N會(huì)使土壤及植物體當(dāng)中N素含量充分，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，葉面積較大，加速植物蒸騰作用的發(fā)生，進(jìn)而增加耗水量，降低水分利用率［42］。減量施N能夠降低作物對(duì)土壤水分的消耗［43］，對(duì)緩解地下水位下降以及土壤干燥化具有重要的意義［44］。

4　結(jié)論

3年試驗(yàn)期間，與N200相比，N150在施N量減少25%的情況下，可在保證產(chǎn)量基本不變的同時(shí)顯著降低N2O年累積排放量和土壤剖面NO-3-N的累積量。N200、N150的生育期耗水量沒(méi)有顯著差異。因此，在黃土高原雨養(yǎng)區(qū)，春玉米在常規(guī)施肥（200kg N·hm-2）基礎(chǔ)上減量25%是一項(xiàng)可行的保產(chǎn)增效田間技術(shù)。

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Effect of reduced nitrogen fertilization on spring maize production and environmental impacts in rain-fed areas

WU De-feng1，JIANG Ji-shao2，SUN Qi-qi2，WANG Rui1，LI Ru-jian3，WANG Zhi-qi3，LIU Hong-xing4，CUI Quan-hong1，GUO Sheng-1i1，2，3*，DANG Ting-hui1，2，3，JU Xiao-tang4
（1.Co11ege of Resources and Environment，Northwest A&F University，Yang1ing 712100，China；2. Institute of Soi1 and Water Conservation，Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources，Yang1ing 712100，China；3. Institute of Soi1 and Water Conservation，Northwest A&F University，Yang1ing 712100，China；4.Co11ege of Resources and Environmenta1 Sciences，China Agricu1tura1 University，Beijing 100193，China）

Abstract：An exPeriment was designed to examine effects of reduced nitrogen（N）ferti1ization on sPring maize Production，greenhouse gas emissions and soi1 nitrate nitrogen（NO-3-N）residue in under rain-fed farming systems. The three-year fie1d exPeriment was Performed at the Changwu State Key Agro-Eco1ogica1 ExPerimenta1 Station of the Loess P1ateau，Chinese Academy of Sciences. Two treatments：traditiona1 nitrogen（N200）and reduced nitrogen（N150）were emP1oyed. Soi1 minera1 nitrogen and N2O emissions were determined regu1ar1y. Resu1ts showed that there were no significant differences in maize grain yie1ds between N200（13.4 t·hm-2）and N150（13.3 t·hm-2）. However，the cumu1ative N2O emissions in N150 was decreased by 24.3%，comPared with that of N200. Within 0～200 cm soi1 Profi1e，NO-3-Nresidue in the N200 treatment was average1y 210.2 kg·hm-2，whi1e it was reduced to 115.1 kg·hm-2in N150 treatment. During the growth Period of sPring maize，the water consumPtion ranged from 354 to 493 mm，with no significant difference between the two treatments（P＞0.05）. Reducing 25%of N ferti1izer against the traditiona1 N ferti1ization not on1y guarantees the maize yie1ds，but a1so effective1y decreases the N2O emissions and soi1 NO-3-N residues in the croPPing system in the Weibei rain-fed agricu1tura1 area.

Keywords：sPring maize；reduced nitrogen ferti1ization；grain yie1d；nitrous oxide；NO-3-N

中圖分類(lèi)號(hào)：S153.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）06-1202-08 doi∶10.11654/jaes.2016.06.025

收稿日期：2015-11-19

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201103039）資助

作者簡(jiǎn)介：吳得峰（1989—），男，甘肅張掖人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橥寥捞佳h(huán)及生態(tài)環(huán)境。E-mai1：dfwu315@163.com

*通信作者：郭勝利E-mai1：s1guo@ms.iswc.ac.cn