秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響

冷冰濤，宋付朋

(1.山東郯城重坊農(nóng)村經(jīng)濟(jì)經(jīng)營(yíng)管理站 山東臨沂 276100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271018)

秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響

冷冰濤1，宋付朋2

(1.山東郯城重坊農(nóng)村經(jīng)濟(jì)經(jīng)營(yíng)管理站 山東臨沂 276100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271018)

以夏玉米為研究對(duì)象，通過(guò)田間試驗(yàn)研究了定量秸稈還田條件下不同施氮量在玉米上的效應(yīng)，以明確定量秸稈還田和不同氮量配施對(duì)玉米生長(zhǎng)、氮素利用率和土壤養(yǎng)分的影響，為秸稈還田和科學(xué)施氮提供理論和實(shí)踐依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在定量秸稈6 000 kg/hm2還田條件下，能有效提高玉米穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量，施氮量在180.0～270.0 kg/hm2時(shí)增產(chǎn)效果顯著，比施氮量75.0 kg/hm2和150.0 kg/hm2增產(chǎn)20.33%～26.15%；秸稈還田配施氮量180.0～300.0 kg/hm2，能有效提高玉米植株吸氮量、氮肥利用率并降低土壤氮素依存率，是田間試驗(yàn)條件下玉米種植定量秸稈6 000 kg/hm2還田的最優(yōu)配施氮量范圍；在秸稈還田條件下，不同施氮量可以微調(diào)玉米根區(qū)土壤酸堿度；配施氮量270.0～300.0 kg/hm2時(shí)，可有效提升土壤中全氮含量，并有效調(diào)節(jié)土壤有效磷和速效鉀含量。

秸稈還田；施氮量；玉米；氮素利用率；土壤養(yǎng)分

秸稈是農(nóng)作物的主要副產(chǎn)品，也是十分寶貴的生物資源[1]。我國(guó)秸稈主要來(lái)源于糧食作物和蔬菜，其數(shù)量巨大、來(lái)源廣泛，已成為我國(guó)重要的可再生有機(jī)資源。據(jù)研究，農(nóng)作物秸稈平均養(yǎng)分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為N 0.6%，P2O50.3%，K2O 1.0%及C 40%～50%，還含有豐富的有機(jī)質(zhì)和微生物[2]。利用作物秸稈及殘茬保護(hù)土壤，可有效維持土壤耕層生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提升肥力、蓄水保墑、保持水土、節(jié)約成本[3]。由于受“重糧食生產(chǎn)，輕廢物利用”思想的影響，加上農(nóng)村生產(chǎn)力水平落后和農(nóng)民環(huán)保意識(shí)淡薄，我國(guó)秸稈的利用率一直不高，整體利用率不足30%，且多以傳統(tǒng)利用方式為主[4- 5]，大部分農(nóng)作物秸稈被當(dāng)作廢棄物焚燒或遺棄在田間地頭[6]。

我國(guó)人多地少，施用化肥已成為提高糧食單產(chǎn)、解決糧食需求問(wèn)題的主要途徑，尤其氮肥的施用，對(duì)促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著重要作用。研究表明，如果停止施用氮肥，全世界農(nóng)作物將減產(chǎn)40%～50%[7]。我國(guó)是氮肥生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，1980年后的10年中，我國(guó)氮肥施用量增加了40.8%，占世界氮肥施用總量的30%[8]，但隨著氮肥的大量施入及氮肥利用率的不斷降低，其負(fù)面效應(yīng)也隨之加劇。

本研究以夏玉米為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)比分析定量秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)土壤理化性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響，探索秸稈還田條件下玉米生長(zhǎng)最適宜的氮肥施用量，從而解決我國(guó)秸稈利用率低和土壤大量施氮的矛盾，為我國(guó)玉米實(shí)際生產(chǎn)中氮肥施用的優(yōu)化管理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試秸稈：小麥秸稈，其養(yǎng)分含量為N 0.39%，P2O50.28%，K2O 1.04%。

供試肥料：普通顆粒尿素(N 46%)，山東中化平原化工有限公司；粉末狀過(guò)磷酸鈣(P2O514%)，湖北祥云(集團(tuán))化工股份有限公司；硫酸鉀(K2O 51%)，國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司。

供試土壤：土壤類(lèi)型為棕壤(土壤系統(tǒng)分類(lèi)為普通簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土)，pH為6.51(水土質(zhì)量比=2.5∶1.0)，電導(dǎo)率262.33 μS/cm，有機(jī)質(zhì)10.82 g/kg，全氮0.61 g/kg，有效磷57.64 mg/kg，速效鉀133.71 mg/kg。

供試玉米：鄭單958。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2013—2014年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院南校區(qū)試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理3次重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積2 m×3 m=6(m2)。所有小區(qū)隨機(jī)排列，試驗(yàn)田周邊設(shè)有保護(hù)行，各小區(qū)的播種、灌溉等田間管理均分別按照常規(guī)方式進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)方案

秸稈收獲后自然風(fēng)干，然后經(jīng)植株磨碎機(jī)打碎至平均長(zhǎng)度3～5 cm，再用旋耕犁與肥料作為基肥一次性施入耕層20 cm，最后旋耕、耙平。除空白對(duì)照(CK)外，其他各處理均一次性施入秸稈6 000 kg/hm2，帶入的N，P2O5和K2O分別為23.4，16.8和62.4 kg/hm2；氮肥按300.0，270.0，225.0，180.0，150.0和75.0 kg/hm2施用；P2O5和K2O的施用量分別用過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)充至120.0 kg/hm2和300.0 kg/hm2。

1.3 土壤樣品取樣及土壤養(yǎng)分的測(cè)定方法

試驗(yàn)測(cè)定玉米苗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期0～20 cm耕層土壤全氮、有效磷、速效鉀、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和pH等指標(biāo)，其中：土壤全氮測(cè)定采用半微量凱氏定氮法，有效磷測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀測(cè)定采用1 mol/L 乙酸銨(pH為7.0)浸提-火焰光度法，硝態(tài)氮以及銨態(tài)氮含量采用0.01 mol/L CaC2浸提- AA3型流動(dòng)注射分析儀測(cè)定，pH的測(cè)定采用pH計(jì)法。

收獲時(shí)對(duì)玉米產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定，等指標(biāo)于每小區(qū)取12株，考種后將籽粒曬干，通過(guò)換算將每小區(qū)產(chǎn)量折算成每公頃籽粒產(chǎn)量。

1.4 相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算方法

氮素利用率=(施氮區(qū)植株吸氮量-不施氮區(qū)植株吸氮量)/施氮量×100%

氮素依存率=無(wú)肥區(qū)植株吸氮量/施肥區(qū)植株吸氮量×100%

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

田間調(diào)查和室內(nèi)測(cè)定數(shù)據(jù)采用Excel和SAS程序軟件(SAS Institute，1999)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

玉米穗粒數(shù)和千粒重可以反映玉米產(chǎn)量的高低，秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量的影響見(jiàn)表2。

從表2可看出：秸稈還田條件下不同施氮量各處理的穗粒數(shù)均大于單施秸稈和空白處理，其中S1F3處理的穗粒數(shù)最大，達(dá)到569粒，較單施化肥處理提高1.43%；秸稈還田條件下不同施氮量各處理間玉米千粒重呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)，在秸稈配施氮量180.0～270.0 kg/hm2時(shí)玉米千粒重較大，其中S1F2處理的千粒重比單施化肥處理大9.22%，差異顯著。

表2 秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量的影響

秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響，各處理產(chǎn)量大小順序?yàn)镾1F4>S1F2>S0F1>S1F3>S1F1>S1F6>S1F5>CK>S1F0。S1F4處理的產(chǎn)量最高，比其余各處理的產(chǎn)量提高了0.72%～61.70%；S1F0處理的產(chǎn)量稍低于CK處理，但差異性不顯著。

2.2秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米氮素利用率的影響

秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米植株吸氮量、氮素利用率以及土壤氮素依存率的影響如表3所示。

表3 秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)玉米植株吸氮量、氮素利用率以及土壤氮素依存率的影響

由表3可看出：秸稈還田條件下不同施氮量處理的玉米植株吸氮量均高于單施秸稈處理和空白對(duì)照，分別高出3.86%～49.79%和18.89%～71.46%，差異顯著；在不同施氮量處理之間，隨著施氮量的減少，植株的吸氮量也隨之降低，且S1F1處理的植株吸氮量最高，比植株吸氮量最低處理的S1F6高60.04 kg/hm2，差異顯著。

從表3還可看出：秸稈還田條件下不同施氮量處理的氮素利用率均高于單施化肥處理，分別高出1.86%～11.30%；不同施氮量處理之間氮素利用率隨秸稈配施氮量的減少而呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，其大小順序?yàn)镾1F6>S1F5>S1F1>S1F2>S1F4>S1F3。盡管S1F5和S1F6處理的氮素利用率較高，但由于這2個(gè)處理植株吸氮量均較低，所以不能準(zhǔn)確反映秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)作物吸氮、固氮的促進(jìn)作用；而S1F1和S1F2處理，即秸稈配施氮量270.0～300.0 kg/hm2時(shí)，氮素利用率比單施化肥處理高4.80%～5.26%，此時(shí)玉米植株吸氮量和氮素利用率都維持在較高水平。

2.3秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響

2.3.1 對(duì)土壤pH的影響

土壤pH可以反映土壤的酸堿狀況，直接影響土壤養(yǎng)分的有效性和存在狀態(tài)，是土壤重要的化學(xué)指標(biāo)之一。秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤pH普遍高于單施化肥和空白處理，且不同施氮量處理之間土壤pH在玉米不同生育期總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)(圖1)。

圖1 玉米不同生育期土壤pH

從苗期至拔節(jié)期，秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤pH均高于單施化肥和空白處理，分別升高0.01～0.14和0.04～0.17，比單施秸稈處理降低了0.01～0.14；不同施氮量處理之間的土壤pH差異不顯著，各處理間變幅較小，僅為0.13。從抽穗期至成熟期，秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤pH均比單施化肥處理高0.08～0.25；與空白和單施秸稈處理相比，分別升高了0.01～0.19和0.01～0.09；不同施氮量處理之間差異不顯著，最大變幅僅為0.07。

2.3.2 對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響

秸稈還田條件下不同施氮量處理對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，秸稈還田條件下不同施氮量對(duì)土壤硝態(tài)氮含量具有保育作用，并以高量氮肥添加量(300.0 kg/hm2)的土壤硝態(tài)氮含量最為豐富。從苗期至拔節(jié)期，秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤硝態(tài)氮含量均高于單施秸稈處理，高出0.87%～156.10%；不同施氮量處理的土壤硝態(tài)氮含量的變化幅度為2.31～5.86 g/kg，以S1F1處理的土壤硝態(tài)氮含量最高，為5.86 g/kg，比其他處理高出24.68%～153.68%。從抽穗期至成熟期，與單施秸稈處理相比，秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤硝態(tài)氮含量高出12.30%～258.24%；S1F1處理的土壤硝態(tài)氮含量最高，比其他施氮處理高出4.19%～218.68%。

2.3.3 對(duì)土壤銨態(tài)氮含量的影響

秸稈還田條件下不同施氮量處理對(duì)土壤銨態(tài)氮含量的影響見(jiàn)圖3。

從圖3可見(jiàn)：在玉米的不同生育期，秸稈還田配施氮肥的模式在一定程度上提高了土壤銨態(tài)氮含量，并以高量氮肥添加量(270.0～300.0 kg/hm2)的土壤銨態(tài)氮含量最為豐富。從苗期至拔節(jié)期，秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤銨態(tài)氮含量比單施秸稈處理高出55.71%～134.98%，但是低于單施化肥處理18.58%～46.05%；不同施氮量處理的土壤銨態(tài)氮含量變化幅度為3.53～5.33 mg/kg，S1F1處理的土壤銨態(tài)氮含量最高，為5.33 mg/kg，比其他施氮處理高出3.69%～50.99%。從抽穗期至成熟期，秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤銨態(tài)氮含量比單施秸稈處理高出41.16%～163.92%，但比單施化肥處理低8.56%～51.09%；不同施氮量處理的土壤銨態(tài)氮含量變化幅度為3.20～5.98 mg/kg，以S1F1處理的土壤銨態(tài)氮含量最高，比其他施氮處理高6.22%～86.88%。

圖2 玉米不同生育期土壤硝態(tài)氮含量

圖3 玉米不同生育期土壤銨態(tài)氮含量

2.3.4 對(duì)土壤有效磷含量的影響

在秸稈還田條件下，不同施氮量處理對(duì)玉米不同生育期土壤有效磷含量的影響不同(圖4)，以苗期和拔節(jié)期差異較大。在苗期，秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤有效磷含量比單施秸稈處理高55.35%～92.82%；不同施氮量處理之間土壤有效磷含量差異不顯著，以S1F1處理的土壤有效磷含量最高，達(dá)38.99 mg/kg，比其他施氮處理高9.77%～24.13%。在拔節(jié)期，秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤有效磷含量比單施秸稈處理高57.65%～77.43%；不同施氮量處理的土壤有效磷含量變動(dòng)范圍在31.88～35.88 mg/kg，以S1F3處理的有效磷含量最高，達(dá)35.88 mg/kg，比其他施氮處理高9.77%～24.13%。

在秸稈還田條件下，不同施氮量處理較單施秸稈處理可以提高土壤有效磷含量，且隨著氮肥施用量的減少，土壤有效磷的含量也逐漸降低。S1F1處理的土壤有效磷含量在玉米各個(gè)生育期均最大，說(shuō)明秸稈還田條件下的氮肥施用量為300.0 kg/hm2時(shí)，最有利于土壤中有效磷的積累。其原因可能是秸稈配施高量氮肥可以促進(jìn)土壤中微生物的活動(dòng)，加快土壤秸稈的腐熟，從而提高土壤中有效磷含量。

2.3.5 對(duì)土壤速效鉀含量的影響

秸稈還田條件下不同施氮量處理的土壤速效鉀含量均低于單施化肥處理(圖5)。在玉米整個(gè)生育期中，前期土壤速效鉀含量較高，隨著玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤速效鉀含量逐漸降低，只有S1F2和S1F3處理可以將土壤速效鉀含量維持在較高水平。其原因可能是秸稈配施高量氮肥可以促進(jìn)玉米根系生長(zhǎng)發(fā)育，提高玉米根系對(duì)土壤中速效鉀的吸收能力。

圖4 玉米不同生育期土壤有效磷含量

圖5 玉米不同生育期土壤速效鉀含量

3 結(jié)語(yǔ)

(1)在6 000 kg/hm2秸稈還田的條件下，不同施氮量處理均可以提高玉米產(chǎn)量，并能有效提高玉米穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量；施氮量180.0～270.0 kg/hm2處理的增產(chǎn)效果顯著，比施氮量為75.0 kg/hm2和150.0 kg/hm2處理增產(chǎn)20.33%～26.15%。

(2)在秸稈還田條件下，配施氮量為180.0～300.0 kg/hm2時(shí)，玉米植株吸氮量和氮肥利用率均保持在較高水平，是定量秸稈6 000 kg/hm2還田最佳配施氮量范圍。

(3)在秸稈還田的條件下，不同施氮量可以微調(diào)玉米根區(qū)土壤的酸堿度；配施氮量270.0～300.0 kg/hm2時(shí)，可有效提升土壤中全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，并有效調(diào)節(jié)土壤有效磷和速效鉀含量。

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EffectsofDifferentNitrogenApplicationRatesonMaizeYieldandSoilNutrientunderConditionofStrawReturning

LENG Bingtao1, SONG Fupeng2

(1.Rural Economy Administration Station of Chongfang Town of Tancheng County, Shandong Province, Linyi 276100, China；2.College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai′an 271018, China)

Taking summer maize as research object, by field experiment a study is carried out of the effect of different nitrogen application rates under condition of quantitative straw returning on maize, in order to understand the impact of quantitative straw returning and different nitrogen application rates on maize growth, nitrogen use efficiency and soil nutrient, providing theoretical and practical basis for straw returning and scientific application of nitrogen. Experimental results show that under condition of straw returning 6 000 kg/hm2, maize ears, seeds per ear, thousand seed weight and yield are increased effectively, when nitrogen application rate is 180.0～270.0 kg/hm2, the yield increase effect is significant, compared with nitrogen application rate of 75.0 kg/hm2and nitrogen application rate of 150.0 kg/hm2, yield increases by 20.33%～26.15%; with straw returning, nitrogen application rate of 180.0～300.0 kg/hm2can improve nitrogen absorption content of maize and nitrogen use efficiency, and decrease soil nitrogen dependency rate, under field experimental conditions, this is the optimum range of nitrogen application rate with straw returning 6 000 kg/hm2for maize planting; under straw returning condition, different nitrogen application rates can adjust finely soil acidity or alkalinity in maize root area; when the nitrogen application rate is 270.0～300.0 kg/hm2, total nitrogen content in soil can be promote effectively, soil available phosphorus and available potassium content can be promoted effectively.

straw returning; nitrogen application rate; maize; nitrogen use efficiency; soil nutrient

冷冰濤(1988—)，男，碩士，從事秸稈還田方面研究；lengbingtao@yeah.net。

S147.22

:A

：1006- 7779(2016)03- 0080- 07

2016- 08- 30)