秸稈還田配施氮肥對麥田氮素平衡和籽粒產(chǎn)量的影響

姜麗娜，胡乃月，黃培新，李金娜，楊娜娜，岳 影，李春喜

(河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453000)

秸稈還田配施氮肥對麥田氮素平衡和籽粒產(chǎn)量的影響

姜麗娜，胡乃月，黃培新，李金娜，楊娜娜，岳 影，李春喜

(河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453000)

為明確秸稈還田配施不同水平氮肥下麥田的氮素平衡狀況，在夏玉米秸稈全部還田的基礎(chǔ)上設(shè)置了不同的氮肥處理，測定了小麥植株全N含量、土壤硝態(tài)氮含量、氮肥氨揮發(fā)量和籽粒產(chǎn)量，分析了麥田不同土層硝態(tài)氮含量和積累量的變化趨勢以及施氮量對氮素利用效率和麥田氮素平衡的影響。結(jié)果表明，小麥植株氮含量、植株氮素總積累量、籽粒產(chǎn)量均隨施氮量的增加而顯著增加；施加氮肥使氮素養(yǎng)分利用率、氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低。與播種時期土壤硝態(tài)氮含量相比，成熟期硝態(tài)氮含量降低，且施氮處理下土壤硝態(tài)氮含量、硝態(tài)氮積累量高于不施氮處理；硝態(tài)氮積累量主要分布在麥田土壤表層，與施氮量成正相關(guān)關(guān)系。施氮量為0、160、220、280 kg·hm-2時，硝態(tài)氮淋失量分別為5.04、13.10、17.10、37.26 kg·hm-2。氮肥的氨揮發(fā)速率在施肥后第一天達(dá)到最高，隨后逐漸降低，遇到降雨或灌溉迅速降低至不施氮處理的氨揮發(fā)水平，氮肥氨揮發(fā)量與施氮量及時間存在正相關(guān)關(guān)系。160、220、280 kg·hm-2施氮量處理下，氮肥氨揮發(fā)量分別為0.65、0.77、1.01 kg·hm-2。從麥田氮素平衡來看，不施氮肥處理耗竭土壤氮素資源；施氮量為160 kg·hm-2時，有消耗土壤氮的風(fēng)險；施氮量為220 kg·hm-2時，氮素投入與氮素輸出保持平衡；施氮量為280 kg·hm-2時，有大量氮素?fù)p失到環(huán)境中的風(fēng)險。為有效控制氮素淋溶和氨揮發(fā)損失，兼顧產(chǎn)量和節(jié)約生產(chǎn)成本，該區(qū)推薦施氮量為220 kg·hm-2。

小麥；秸稈還田；氮肥；氮素利用率；產(chǎn)量；氮素平衡

作物秸稈是農(nóng)作物生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種生物資源。我國秸稈資源十分豐富，目前年產(chǎn)量已突破8×108噸[1]，相當(dāng)于N素7.5×106噸、K2O 1.2×107噸和P2O52.3×106噸[2]。秸稈還田既可以充分利用秸稈資源，減少焚燒秸稈對生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，又是發(fā)展可持續(xù)有機農(nóng)業(yè)不可替代的有效途徑[3]。氮肥對作物產(chǎn)量具有非常重要的影響，不適當(dāng)或過多的施加氮肥會導(dǎo)致氮利用率降低和肥料損失嚴(yán)重，同時大量氮將以地表徑流或氨揮發(fā)的形式進(jìn)入環(huán)境，引起水體富營養(yǎng)化或形成酸雨，污染水體、降低生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性[4-6]。科學(xué)合理的施用氮肥，是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和控制生態(tài)污染的重要途徑，也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要措施。前人的研究主要是通過土壤殘留硝態(tài)氮積累量[5,7]、土壤氮素表觀平衡[8-9]以及氮素投入與氮素支出[10-11]來評估小麥生育期的氮素平衡，較少考慮淋溶、揮發(fā)等氮素的損失。本研究在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，設(shè)置不同的氮肥施用水平，分析氮素的輸入(化肥、秸稈)和輸出(植株和籽粒產(chǎn)出、淋溶、揮發(fā))對麥田氮素平衡的影響，以期為該區(qū)冬小麥的高效栽培技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2015-2016年在河南省?？h矩橋鄉(xiāng)劉寨村開展，該地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季節(jié)氣候，地下水資源豐富。土壤類型為潮土，黏壤質(zhì)。播前0～20 cm土層含全氮1.72 g·kg-1、全磷0.63 g·kg-1、速效氮55.60 mg·kg-1、速效磷27.74 mg·kg-1、有機質(zhì)29.44 g·kg-1，pH為7.99。供試品種為周麥22。前茬夏玉米秸稈全部還田(秸稈全氮含量為171.92 kg·hm-2)，設(shè)置4個氮肥處理，分別為全生育期不施氮肥處理(N0)；底施純氮120 kg·hm-2，拔節(jié)期(2016年3月24日)分別追氮40、100、160 kg·hm-2(分別以N1、N2、N3表示)。基施農(nóng)用硫酸鉀112.5 kg·hm-2、過磷酸鈣138 kg·hm-2。小區(qū)面積49 m2(7 m×7 m)，3次重復(fù)。2015年10月12日施肥整地，10月13日播種，播量180 kg·hm-2，灌溉越冬水+拔節(jié)水+開花水，采用畦灌方式，每次灌水量為750 m3·hm-2，常規(guī)田間管理。于2016年6月4日收獲。小麥生育期降雨量如圖1所示。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 植株氮素含量的測定

于小麥成熟期各小區(qū)隨機取20株植株，分為籽粒、穗軸+穎殼、葉片、莖鞘，洗凈、80 ℃烘干至恒重，粉碎后采用硒粉-硫酸銅-硫酸消化，AA3流動分析儀測定植株各部位全氮含量[12]，折算植株氮素含量。

植株氮素積累量、氮素養(yǎng)分利用率、氮素收獲指數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥吸收利用率參照文獻(xiàn)[13]計算。

1.2.2 土壤硝態(tài)氮含量的測定

于小麥播種前(2015-10-08)、成熟期(2016-06-04)采集0～200 cm土壤樣品，越冬期(2015-12-22)、返青期(2016-03-07)、拔節(jié)期(2016-04-05)、開花期(2016-04-30)分別采集0～60 cm土壤樣品，以20 cm深度為一層。稱取10. 00 g 土壤樣品，加入50 mL 2 mol·L-1KCl溶液，振蕩1 h，懸液靜置3～5 min 后過濾，紫外分光光度法[14]測定各土層土壤硝態(tài)氮含量，參照文獻(xiàn)[3]計算土壤硝態(tài)氮積累量。

圖1 冬小麥生育期降雨量

1.2.3 氨揮發(fā)量的測定

分別在施加底肥(2015-10-08)、拔節(jié)期追肥(2016-03-24)后連續(xù)16 d進(jìn)行氨揮發(fā)原位監(jiān)測，采用通氣法[15]測定氨揮發(fā)量，并計算氨揮發(fā)速率[15]。

1.2.4 產(chǎn)量性狀測定

于成熟期(2016-06-04)，各小區(qū)隨機選取1.2 m2(1 m×1.2 m)，人工收割，脫粒，自然風(fēng)干后測產(chǎn)。同時，各小區(qū)隨機選取植株20株，調(diào)查其不孕小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重及千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

氮素平衡分析參考串麗敏等[16]和Brentrup等[17]的方法，以100～200 cm為氮素主要淋溶土層[16,18]，該土層硝態(tài)氮積累量計為硝態(tài)氮淋失量。肥料氨揮發(fā)損失量以施氮處理氨揮發(fā)損失量與不施氮處理的差值進(jìn)行估算[19]。 數(shù)據(jù)的多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥植株的氮素含量和累積量

隨著小麥生育期的推進(jìn)，植株氮含量呈先升高后降低的趨勢(圖2)。越冬至返青期，植株氮含量升高并達(dá)到最高值；返青至成熟期，植株氮含量持續(xù)降低，成熟期降至最低。受底施氮肥的影響，越冬期、返青期植株氮含量表現(xiàn)為N0處理顯著低于N1、N2、N3處理。拔節(jié)期追施氮肥后，由于各處理追施氮量不同，施氮處理間植株氮含量開始出現(xiàn)差異。拔節(jié)期植株氮含量以N2處理最高，N0處理最低，處理間差異均達(dá)顯著水平。開花期、成熟期植株氮含量以N3處理最高，顯著高于其他處理，其中，開花期以N0處理最低，成熟期以N0、N1處理較低。

不同氮肥處理下小麥植株氮積累量如圖3所示。隨著生育期的推進(jìn)，植株氮積累量呈上升趨勢，越冬至返青期緩慢升高，返青至拔節(jié)期迅速升高，拔節(jié)至成熟期緩慢升高，成熟期達(dá)到最高。越冬期、返青期和拔節(jié)期，植株氮積累量表現(xiàn)為N0處理顯著低于N1、N2、N3處理。受拔節(jié)期追施氮肥的影響，開花期植株氮積累量表現(xiàn)為N2處理顯著高于N0、N1處理，N2、N3處理間無顯著差異。成熟期植株氮積累量表現(xiàn)為N3>N2>N1>N0，處理間差異均達(dá)顯著水平。

2.2 小麥產(chǎn)量性狀和氮素利用效率

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看(表1)，成穗數(shù)表現(xiàn)為N2處理顯著高于N0、N1、N3處理，N1、N3處理間無顯著差異；穗長表現(xiàn)為N3顯著高于N0、N1、N2處理；穗粒數(shù)表現(xiàn)為N1處理顯著低于N0、N3處理；結(jié)實小穗數(shù)表現(xiàn)為N3處理顯著高于N1處理；千粒重則表現(xiàn)為N0處理顯著高于N1、N2、N3處理，N2、N3處理間無顯著性差異。不孕小穗數(shù)各處理間差異不顯著。從籽粒產(chǎn)量來看，施氮處理顯著高于不施氮處理， N2、N3處理顯著高于N1處理。說明施加氮肥有助于提高小麥成穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實小穗數(shù)，從而提高了籽粒產(chǎn)量。

圖柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

圖3 不同處理小麥植株氮的積累量

表1 不同處理下小麥的籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 1 Grain yield and yield components under different treatments

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。下同。

Different small letters following data in the same column mean significant difference at 0.05 level. The same below.

小麥氮素總積累量隨著施氮量的增加而增加，以N3處理最高，N0處理最低，各處理間差異顯著(表2)。說明增施氮肥能夠促進(jìn)小麥植株的氮素積累。氮素養(yǎng)分利用率表現(xiàn)為施氮處理顯著低于不施氮處理，不同施氮處理間差異不顯著。氮肥偏生產(chǎn)力隨施氮量的增加而降低，以N3處理最低，N1處理最高，處理間差異均達(dá)顯著水平。氮收獲指數(shù)、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮素利用效率在各處理間差異不顯著。

表2 不同處理下冬小麥的氮素利用效率Table 2 Nitrogen utilization efficiency of winter wheat under different treatments

TNAA:Total nitrogen accumulation amount; NUE:Nitrogen utilization efficiency; NHI:Nitrogen harvest index; NPFP:Nitrogen partial factor productivity; NAE:Nitrogen agronomic efficiency; NRE:Nitrogen recovery efficiency.

2.3 麥田氮素平衡狀況

2.3.1 土壤硝態(tài)氮

播種前土壤硝態(tài)氮含量高于成熟期(圖4)，其中，80～120 cm土壤硝態(tài)氮含量與成熟期N3處理差異不顯著(P<0.05)。成熟期N0、N1、N2、N3處理0～20 cm土壤硝態(tài)氮含量分別為播前的11.18%、14.77%、18.61%、41.47%。

圖4 播前及小麥成熟期土壤硝態(tài)氮含量

播前土層硝態(tài)氮含量以表層土最高(圖4)，隨土壤深度的增加，土壤硝態(tài)氮含量基本呈降低趨勢，20～200 cm土壤硝態(tài)氮含量顯著低于0～20 cm。其中，60～80 cm土層硝態(tài)氮含量較40～60 cm土層略有回升，80～120 cm土壤硝態(tài)氮含量持續(xù)降低，120～140 cm較100～120 cm土層略有回升，140～200 cm土壤硝態(tài)氮含量持續(xù)降低。20～80 cm土層硝態(tài)氮含量為0～20 cm土層的42.73%～55.90%，80～200 cm土層硝態(tài)氮含量僅為0～20 cm土層的20.68%～31.08%。

成熟期土壤硝態(tài)氮含量仍以表層土表現(xiàn)最高，隨著土壤深度的增加，土壤硝態(tài)氮含量持續(xù)降低，180～200 cm土壤硝態(tài)氮含量略有回升。整體而言，土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為N3處理顯著高于N0、N1、N2處理，除100～120 cm土層N0、N1處理高于N2處理外，其他土層均表現(xiàn)為N1、N2處理高于N0處理。

與播前土壤硝態(tài)氮含量趨勢一致，播前土壤硝態(tài)氮積累量高于成熟期(圖5)，成熟期N0、N1、N2、N3處理土壤硝態(tài)氮總積累量分別為播前的9.41%、24.99%、28.12%、74.70%。

播前土壤硝態(tài)氮積累量以表層土最高，隨著土壤深度的增加，土壤硝態(tài)氮積累量降低。0～20 cm土層硝態(tài)氮積累量顯著高于20 cm以下各土層。0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層硝態(tài)氮積累量分別為0～200 cm土壤硝態(tài)氮積累量的28.06%、15.98%、13.47%。

成熟期，N1、N2、N3處理0～200 cm土壤硝態(tài)氮積累量均高于N0處理。隨著施氮量的增加，0～200 cm土壤硝態(tài)氮積累量呈上升趨勢，N3處理顯著高于其他處理。N0處理，土壤硝態(tài)氮積累量在0～40 cm、100～120 cm、180～200 cm積累較多，合計占0～200 cm土壤硝態(tài)氮積累量的82.14%。N1處理土壤硝態(tài)氮積累量在0～20 cm、40～100 cm、180～200 cm積累較多，占0～200 cm的67.91%。N2處理土壤硝態(tài)氮積累量在0～40 cm、140～200 cm積累較多，占0～200 cm的79.17%。N3處理0～40 cm土層硝態(tài)氮積累量占0～200 cm 的31.83%。0～140 cm、160～180 cm土層硝態(tài)氮積累量表現(xiàn)為N3處理顯著高于N0、N1、N2處理；140～160 cm、180～200 cm土層硝態(tài)氮積累量表現(xiàn)為N2、N3處理顯著高于N0、N1處理，N2、N3處理間無顯著差異(P<0.05)。

2.3.2 氨揮發(fā)

施底肥后，施氮處理土壤氨揮發(fā)速率迅速增加(圖6)，在施肥后第1天達(dá)到最高值，為0.31 kg·hm-2·d-1，是N0處理的5.76倍。隨著時間的推移，施氮處理氨揮發(fā)速率整體呈下降趨勢，施肥后第2天和第3天，氨揮發(fā)速率迅速降低，分別為施肥后第1天的3/4和1/3。施肥后4～6 d土壤氨揮發(fā)速率與N0處理無顯著差異。由于第6天、第13天、第14天均出現(xiàn)了降雨，施肥后第7天開始，施氮處理不施氮處理與氨揮發(fā)速率趨于一致，且持續(xù)降低。

施基肥后，隨著時間的推進(jìn)，氨揮發(fā)積累量呈上升趨勢(圖6)。施氮處理氨揮發(fā)積累量顯著高于不施氮處理，至施肥后第16天，施氮處理氨揮發(fā)積累量為1.28 kg·hm-2，不施氮處理氨揮發(fā)積累量為0.67 kg·hm-2，施氮處理氨揮發(fā)積累量為不施氮處理的1.91倍。

圖5 0～200 cm土壤硝態(tài)氮積累量

圖6 基肥的氨揮發(fā)速率和積累量

小麥拔節(jié)期追施氮肥后，土壤氨揮發(fā)速率趨勢與施底肥后的變化規(guī)律基本一致(圖7)。各追氮處理土壤氨揮發(fā)速率在追施氮肥后第1天達(dá)到最大值，處理間表現(xiàn)為N0< N1< N2< N3，其中，N1、N2和N3處理土壤氨揮發(fā)速率分別為N0處理的8.45、23.34、56.44倍。在追施氮肥后第2天進(jìn)行了灌水，使得各處理氨揮發(fā)速率迅速降低，其中，N3處理氨揮發(fā)速率僅為第1天的1/8。受灌溉的影響，第3～12天各處理氨揮發(fā)速率幾乎為0，在第13～16天氨揮發(fā)速率雖略有回升，但較追肥后第1天仍然很低。在追肥后第1天和第2天，追氮處理氨揮發(fā)速率顯著高于不施氮處理，第3天后，追氮處理與不施氮處理差異不顯著。

從兩次施氮間比較，拔節(jié)期追施氮肥后第1天，N3處理土壤氨揮發(fā)速率與播前施氮處理無顯著差異，而N1、N2處理均顯著低于播前施氮處理。

圖7 追肥的氨揮發(fā)速率和積累量

拔節(jié)期追施氮肥后，隨著時間的推進(jìn)氨揮發(fā)積累量呈上升趨勢(圖7)。追氮處理氨揮發(fā)積累量顯著高于不施氮處理，各追氮處理間氨揮發(fā)積累量表現(xiàn)為N1

拔節(jié)期追施氮肥的氨揮發(fā)積累量顯著低于底施氮肥的氨揮發(fā)積累量，一方面可能是因為追肥氨揮發(fā)速率小于底肥氨揮發(fā)速率，另一方面則可能是由于追肥后進(jìn)行灌溉而導(dǎo)致氨揮發(fā)損失減少。追氮處理中，N3處理土壤氨揮發(fā)積累量為基施氮肥處理氨揮發(fā)積累量的37.04%。

2.3.3 氮素平衡

通過氮素投入(肥料氮、秸稈氮)和氮素輸出(植株氮、硝態(tài)氮淋失、氨揮發(fā)損失)的差值估算麥田的氮素平衡結(jié)果(表3)可知，從氮素投入來看，N0處理全部為秸稈氮，N1處理肥料氮、秸稈氮各半，N2、N3處理主要為肥料氮，秸稈氮分別占總投入的43.87%、38.04%。從氮素輸出途徑看，以植株氮為主要的輸出部分，占總輸出的91.26%～98.24%。其次為硝態(tài)氮淋失損失，占總輸出的1.76%～8.51%。氮肥氨揮發(fā)損失量最少，僅占總輸出的0～0.23%。不施加氮肥處理的硝態(tài)氮淋失和氨揮發(fā)損失很低或為0，氮素平衡為-113.70 kg·hm-2，說明氮素輸出遠(yuǎn)大于氮素投入，會造成土壤資源耗竭。在N1處理下，硝態(tài)氮淋失和氨揮發(fā)損失很低，氮素平衡為-20.33 kg·hm-2，氮素投入勉強滿足氮素輸出，但有耗竭土壤資源的風(fēng)險不利于土壤肥力的持續(xù)。N2處理下，植株氮產(chǎn)量較高，硝態(tài)氮淋失和氨揮發(fā)損失低，氮素平衡為8.18 kg·hm-2，氮素投入與氮素輸出保持平衡，屬于可持續(xù)類型。N3處理的植株氮產(chǎn)量最高，氮素平衡為13.90 kg·hm-2，氮素投入能夠滿足氮素輸出且有剩余，但投入成本高且硝態(tài)氮淋失和氨揮發(fā)損失量較高，有浪費資源和污染環(huán)境的危險。

表3 不同處理下麥田氮素平衡分析Table 3 Nitrogen balance of wheat field under different treatments

通過對播種前土壤肥力氮(0～40 cm土層氮積累量)、產(chǎn)量、收獲后土壤肥力氮、硝態(tài)氮淋失量(100～200 cm土壤硝態(tài)氮積累量)和氮肥利用效率的綜合分析(表4)，進(jìn)一步解析不同施氮水平下冬小麥土壤的氮素平衡。對于不施氮肥處理來說，雖然硝態(tài)氮淋失量很少，但較播種前土壤肥力，小麥?zhǔn)斋@后土壤氮肥力明顯降低，且產(chǎn)量很低，土壤氮素資源造成耗竭，不可取。N1處理(施氮量160 kg·hm-2)的氮肥利用效率較高、硝態(tài)氮淋失量較低，但較播種前土壤肥力，小麥?zhǔn)斋@后土壤氮肥力仍有降低現(xiàn)象，存在土壤氮肥力和產(chǎn)量降低的風(fēng)險，有消耗土壤氮的風(fēng)險。N2處理(施氮量220 kg·hm-2)的氮肥利用率為40.54%，硝態(tài)氮淋失量較低，土壤氮肥力和產(chǎn)量均表現(xiàn)良好，輸入與輸出保持平衡。N3處理(施氮量280 kg·hm-2)的氮肥利用率為41.84%，較播種前土壤肥力，小麥?zhǔn)斋@后土壤氮肥力提高，產(chǎn)量表現(xiàn)最好，但硝態(tài)氮淋失量最高，有大量氮素?fù)p失到環(huán)境中的風(fēng)險。

表4 不同施氮水平下麥田氮素平衡解析Table 4 Interpretation of soil nitrogen balance of winter wheat under different N levels

土壤N為0～40 cm土壤全氮積累量。

Soil N is the N accumulation of 0-40 cm soil.

3 討論與結(jié)論

氮素是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素。我國近年來由于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理的管理措施、過量施用氮肥以及秸稈腐解后所產(chǎn)生的氮素以各種形式進(jìn)入大氣或水環(huán)境中，造成資源浪費且污染環(huán)境[19]。有研究表明，秸稈還田條件下配施低量氮(162.0～202.5 kg·hm-2)和過量氮(324.0 kg·hm-2)情況下，整個生育期小麥植株含氮量呈單峰曲線變化，分別在拔節(jié)、開花和孕穗期出現(xiàn)高峰；配施高量氮(243.0、283.5 kg·hm-2)情況下小麥植株含氮量高峰期分別在越冬期和拔節(jié)至孕穗期出現(xiàn)[20]。適宜增加施氮量有利于提高植株氮素積累量[21]、氮肥利用效率和小麥籽粒產(chǎn)量[22-23]；過量施用氮肥則會造成氮素?fù)p失增加，氮素利用效率降低[24]。氮肥利用效率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、植株地上部氮肥吸收利用率和籽粒氮肥吸收利用率均隨施氮量的增加而顯著降低，而施氮處理的氮素收獲指數(shù)顯著高于不施氮處理[20]。本研究結(jié)果表明，小麥植株氮含量隨生育期推移呈單峰曲線變化，在返青期達(dá)到峰值。植物氮含量、植株氮素積累量均隨施氮量的增加而增加。施加氮肥能夠有效提高小麥成穗數(shù)、穗長、結(jié)實小穗數(shù)，從而提高產(chǎn)量。施氮肥280、220 kg·hm-2時小麥籽粒產(chǎn)量較不施氮肥處理提高24.44%、19.38%。增加氮肥能夠有效增加小麥氮素總積累量，但氮素養(yǎng)分利用率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低。不同施氮處理對氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮素利用效率和氮素收獲指數(shù)的影響不顯著。

有研究表明，氮肥氨揮發(fā)損失主要發(fā)生在施肥后的14 d內(nèi)[29]，其揮發(fā)峰出現(xiàn)在施肥后第一天[30]。施氮量是影響輪作體系氣態(tài)損失的重要因素，王秀斌等[29]、馬銀麗等[31]研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加氮揮發(fā)損失總量及其損失率均顯著增加。降雨也是影響氨揮發(fā)的重要因素，研究表明，施肥后如果發(fā)生降雨則氨揮發(fā)損失顯著減少[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，氨揮發(fā)速率在施肥后第一天迅速達(dá)到最高值，且與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系，隨后逐漸降低。基肥后第6天、第13天、第14 天出現(xiàn)降雨和追氮肥后進(jìn)行灌溉均導(dǎo)致各處理氨揮發(fā)速率迅速降低。研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥基肥氨揮發(fā)損失高于追肥[32]。在“基肥撒施后機械翻耕，追肥撒施后灌水”典型施肥模式下，施氮量為84.97～241.5 kg·hm-2時基肥氨揮發(fā)累積量在0.194～2.236 kg·hm-2之間，追肥氨揮發(fā)累積量在0.078～0.210 kg·hm-2之間，追肥氨揮發(fā)損失遠(yuǎn)低于基肥[15]。本研究中，基肥氨揮發(fā)積累量為0.670～1.280 kg·hm-2，追肥氨揮發(fā)積累量在0.077～0.474 kg·hm-2，追肥氨揮發(fā)最大積累量僅為基肥氨揮發(fā)最大積累量的37.03%。

劉新宇等[11]根據(jù)0～100 cm土體殘留的肥料氮、沉降帶入氮、灌溉水帶入氮、作物吸收土壤氮來評價土壤氮素平衡，結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，土壤氮素總平衡由虧缺轉(zhuǎn)為盈余，土壤根區(qū)硝態(tài)氮也由播前消耗轉(zhuǎn)為在播前的基礎(chǔ)上累加。楊憲龍等[9]根據(jù)殘留無機氮、表觀氮損失來評價小麥-玉米輪作體系氮素平衡，結(jié)果表明，氮盈余隨著施氮量的增加而顯著增加。趙 鵬等[10]根據(jù)氮肥氮、秸稈氮、灌溉水帶入氮、雨水帶入氮、種子帶入氮、籽粒和秸稈帶走氮來評價冬小麥-夏玉米農(nóng)田氮素平衡，結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，土壤氮素總平衡由虧缺轉(zhuǎn)為盈余，同等施氮水平下秸稈還田比秸稈不還田氮盈余增加。串麗敏等[16]研究也證明，由于秸稈還田有效增加了農(nóng)田氮素養(yǎng)分的輸入量，導(dǎo)致氮素總輸入高于不還田地區(qū)，考慮經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，避免氮素投入過量或不平衡，在秸稈還田地區(qū)應(yīng)適當(dāng)降低氮肥投入。本研究根據(jù)氮素投入(肥料氮、秸稈氮)和輸出(植株氮、淋失、揮發(fā))分析了麥田氮素平衡，并綜合考慮產(chǎn)量、土壤肥力、氮素利用率和氮素淋失對麥田氮素平衡進(jìn)行評價。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不施加氮肥處理會耗竭土壤氮素資源；施氮量為160 kg·hm-2時，有消耗土壤氮的風(fēng)險；施氮量為220 kg·hm-2時，輸入與輸出保持平衡；施氮量為280 kg·hm-2時，有大量氮素?fù)p失到環(huán)境中的風(fēng)險。因此，在秸稈還田條件下最有效的的調(diào)控措施是通過減少氮肥投入來實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

在秸稈還田條件下，增施氮肥，氮素養(yǎng)分利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均顯著降低，小麥植株氮素總積累量和籽粒產(chǎn)量提高。施氮量為220、280 kg·hm-2時小麥籽粒產(chǎn)量較高，比不施氮肥處理提高了19.38%、24.44%。成熟期0～160 cm土壤硝態(tài)氮含量、0～200 cm土壤硝態(tài)氮積累量在施氮量280 kg·hm-2處理下最高，顯著高于其他處理，有較高的氮肥淋失風(fēng)險。氨揮發(fā)速率與積累量均與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系，降雨和灌溉均能有效降低氨揮發(fā)速率，減少氨揮發(fā)損失。氮素投入與氮素輸出在施氮肥220 kg·hm-2時可保持平衡且損失較小。因此，為有效控制氮素淋溶損失、氨揮發(fā)損失、節(jié)約生產(chǎn)成本，該區(qū)推薦施氮量為220 kg·hm-2。

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EffectofCombinationofMaizeStrawandNApplicationonNBalanceandGrainYieldofWheat

JIANGLina,HUNaiyue,HUANGPeixin,LIJinna,YANGNana,YUEYing,LIChunxi
(College of Life Science，Henan Normal University,Xinxiang,Henan 453000，China)

Wheat;Straw return; N fertilizer; N use efficiency;Yield;N balance

時間：2017-08-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170808.0911.024.html

2016-11-24

2017-01-03

國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B14，2013BAD07B07)；國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0300203-3)

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李春喜(E-mail:13703731637@sina.com)

S512.1；S311

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