秸稈覆蓋條件下不同施氮水平對春玉米產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

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(1.黑龍江大學(xué) 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引 言

黑龍江省作為糧食種植的第一大省，近年來春玉米每年種植面積在600萬hm2以上，隨著春玉米產(chǎn)量的不斷提高，玉米秸稈量也在不斷增加。受技術(shù)條件的限制，玉米秸稈的利用率并不高，大部分玉米秸稈被焚燒，從而引起大氣污染等環(huán)境問題[1-2]。秸稈覆蓋作為秸稈還田提高秸稈利用率的常見方式之一，對養(yǎng)分資源的循環(huán)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。然而，玉米秸稈碳氮比值較高，在其分解過程中與土壤微生物爭奪氮素而影響作物的生長[3-4]。為提高作物產(chǎn)量盲目地大量施用氮肥，不僅沒有提升作物產(chǎn)量還會降低氮肥利用效率。因此，研究秸稈覆蓋下氮肥配施量對作物產(chǎn)量的增加及氮肥利用效率的提高具有重要的意義。當(dāng)前國內(nèi)外秸稈覆蓋的研究多數(shù)集中在土壤水分狀況[5-7]、土壤肥力[8-10]及土壤溫度等方面，只有少數(shù)的研究集中在秸稈覆蓋后作物產(chǎn)量及肥料利用率上，且研究的結(jié)果還不一致[11-13]。關(guān)于秸稈覆蓋配施氮肥對東北春玉米產(chǎn)量及在農(nóng)田黑土上氮肥利用效率的研究還少有報導(dǎo)。本文以此為切入點，利用呼蘭區(qū)秸稈還田試驗研究平臺，研究了不同施氮量水平下秸稈覆蓋對春玉米產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響，旨為農(nóng)田黑土區(qū)秸稈全量覆蓋還田氮肥的合理施用及玉米增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗于2017年4月末在黑龍江省哈爾濱市呼蘭區(qū)(126.58°E，45.90°N)進行。該實驗區(qū)位于黑龍江省第一積溫帶，年平均氣溫3.3 ℃，7月份平均氣溫23.1 ℃，1月份平均氣溫19.4 ℃。年平均降水量505.4 mm，≥10 ℃的有效積溫2 700 ℃，土壤類型為薄層黑土(均腐土，CST)，試驗前土壤有機碳19.05 g·kg-1，全氮1.79 g·kg-1，全磷0.35 g·kg-1，速效氮134 mg·kg-1，有效磷76.6 mg·kg-1，pH為6.02。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗始于2015年，每年秋天玉米收獲后，將玉米秸稈破碎進行覆蓋。試驗包括了秸稈覆蓋和施氮量水平兩個因素，采用裂區(qū)試驗設(shè)計，秸稈覆蓋為主因素，施氮量水平為副因素，3次重復(fù)。秸稈覆蓋包括秸稈覆蓋、秸稈不覆蓋兩個處理，秸稈覆蓋量為7 500 kg·hm-2，氮肥為尿素(含N 46%)，施氮量設(shè)4個施氮水平(純N)(0、135 kg·hm-2、180 kg·hm-2、225 kg·hm-2)，所有施氮肥的處理，施氮量的2/3在玉米拔節(jié)期左右追施，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，P2O5為150 kg·hm-2，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 50%)，K2O為75 kg·hm-2，試驗每個副區(qū)的面積為24 m2，供試的玉米品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N禾豐6號，于2017年5月5日人工播種，9月26日收獲，整個生育期人工追肥、除草管理。

1.3 樣品采集與測定

在春玉米的收獲期，每個小區(qū)選取3個2 m2樣方用于統(tǒng)計測產(chǎn)，重復(fù)3次，然后整個小區(qū)全部收獲，風(fēng)干后測春玉米產(chǎn)量并對春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素進行調(diào)查，計算春玉米的穗數(shù)、穗粒數(shù)及百粒重。

1.4 計算公式及統(tǒng)計方法

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)玉米產(chǎn)量-不施氮區(qū)玉米產(chǎn)量)/氮肥施用量[14]；

氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量[14];

利用SPSS20.0對數(shù)據(jù)進行分析，采用Duncan多重檢驗法對各個處理進行差異顯著性檢驗，Sigma plot12.0繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量水平下秸稈覆蓋對春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

無論有無秸稈覆蓋，春玉米株高、穗長及穗粗均呈現(xiàn)出隨施氮量的增加而增加的趨勢，且增加的幅度分別為1.08%～23.9%、3.23%～23.4%和2.65%～6.96%之間，施氮量在(純N)225 kg·hm-2時，達到最高，見表1。與無秸稈覆蓋相比，在施氮量(純N)(0～180 kg·hm-2)較低時，秸稈覆蓋降低了春玉米株高、穗長和穗粗，降低的幅度分別在2.71%～6.55%、4.26%～10.1%和3.92%～7.74%；而在施氮量(純N)(225 kg·hm-2)較高時，秸稈覆蓋使春玉米株高增加了6.41%、穗長增加6.38%、穗粗增加5.67%，且與其它施氮量水平之間差異達到了顯著水平(P<0.05)，說明在施氮量較低的情況下，秸稈覆蓋不利于春玉米生長，只有適當(dāng)增加氮肥的施用量，秸稈覆蓋才利于春玉米生長。不同施氮量水平下秸稈覆蓋對春玉米百粒重影響與對株高、穗長和穗粗的影響規(guī)律基本一致，在施氮量為(純N)225 kg·hm-2時，秸稈覆蓋比無秸稈覆蓋百粒重增加4.29%。但施氮量(純N)225 kg·hm-2與施氮量(純N)180 kg·hm-2之間沒有達到差異顯著水平(P>0.05)。不同施氮量水平下秸稈覆蓋對春玉米禿尖、行數(shù)和行粒數(shù)影響沒有表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。

表1 不同施氮量水平秸稈覆蓋對春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 1 Yield components in different nitrogen application rates under straw cover

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different letters mean significant difference at 0.05 level.The same is as below.

2.2 不同施氮量水平下秸稈覆蓋對春玉米產(chǎn)量的影響

無論有無秸稈覆蓋，不同施氮量水平下春玉米產(chǎn)量變化的規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)出隨施氮量的增加春玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)遞增的趨勢，見圖1，施氮量在225 kg·hm-2時春玉米的產(chǎn)量最高，分別為12 046 kg·hm-2、12 928 kg·hm-2，其次為施氮量180 kg·hm-2時春玉米產(chǎn)量分別為11 321 kg·hm-2、10 834 kg·hm-2，不施氮肥的春玉米產(chǎn)量最低，分別為8 977 kg·hm-2、7 987 kg·hm-2。與無秸稈覆蓋相比，秸稈覆蓋施氮量在0、135 kg·hm-2、180 kg·hm-2水平下春玉米產(chǎn)量分別降低了11.0%、7.68%和4.30%。只有在施氮量達到225 kg·hm-2時，秸稈覆蓋下春玉米產(chǎn)量顯著高于無秸稈覆蓋下春玉米產(chǎn)量6.82%(P<0.05)，說明只有在高氮水平下秸稈覆蓋對春玉米產(chǎn)量的增加是有利的。本研究中的4個氮肥水平，以施氮量在225 kg·hm-2配合秸稈覆蓋方式在實際運用的價值較高。

2.3 不同施氮量水平下秸稈覆蓋對春玉米氮肥利用效率的影響

用以表征農(nóng)田肥料利用效率最常用的是肥料農(nóng)學(xué)利用效率和肥料偏生產(chǎn)力。不同施氮量水平下秸稈覆蓋對春玉米的肥料農(nóng)學(xué)利用效率、肥料偏生產(chǎn)力的影響，見表2。不同施氮量水平氮肥農(nóng)學(xué)利用效率呈現(xiàn)出隨施氮量增加而增高的趨勢，增加的幅度為8.27%～22.0%。與無秸稈覆蓋相比，秸稈覆蓋下不同施氮量水平春玉米氮肥農(nóng)學(xué)利用效率較高，分別比無秸稈覆蓋高1.59%、2.80%和8.32%。肥料偏生產(chǎn)力是指施氮區(qū)產(chǎn)量與氮肥施用量的比值。無論是有無秸稈覆蓋，不同施氮量水平肥料偏生產(chǎn)力均呈現(xiàn)出隨氮肥施用量的增加而降低的趨勢，降低幅度分別在74.8%～53.5%和69.0%～57.5%之間。與無秸稈覆蓋相比，秸稈覆蓋下各施氮量水平降低幅度較小。

圖1 不同施氮量水平秸稈覆蓋對春玉米產(chǎn)量的影響Fig.1 Maize yields in different nitrogen application rates under straw cover

表2 不同施氮量水平秸稈覆蓋對春玉米氮肥利用率的影響Table 2 Nitrogen utilizaiton efficiencies in different nitrogen application rates under straw cover

3 討 論

關(guān)于秸稈覆蓋對作物產(chǎn)量的影響，國內(nèi)外很多研究認(rèn)為，秸稈覆蓋后主要減少土壤水分蒸發(fā)量，使玉米有一個適宜的水分環(huán)境，增強了土壤保墑的能力，提高了土壤水分的利用效率，從而對玉米的生長和產(chǎn)量產(chǎn)生影響。氮肥的施用是提高作物產(chǎn)量的有效手段之一[15]，但當(dāng)施氮量達到一定水平后，作物產(chǎn)量會出現(xiàn)下降趨勢[16]。本研究中，在低施氮量(純N)(0～180 kg·hm-2)下秸稈覆蓋后降低了春玉米株高、穗長、穗粗和百粒重等主要的產(chǎn)量構(gòu)成因素，對春玉米的生長產(chǎn)生不利的影響，這與李洪文等研究認(rèn)為秸稈覆蓋后可增加玉米千粒重、提高產(chǎn)量的結(jié)論相反[17]，主要原因應(yīng)與秸稈的覆蓋量、研究區(qū)域的溫度有關(guān)[18]。本研究中玉米秸稈覆蓋是秸稈全部還田覆蓋，秸稈覆蓋量較大，導(dǎo)致春玉米生長初期地溫偏低，使玉米生育期延遲，籽粒灌漿受到影響，進而使產(chǎn)量降低[19]。但在施氮量達到(純N)225 kg·hm-2時，秸稈覆蓋促進了春玉米的生長，增加了春玉米株高、穗長、穗粗、百粒重和產(chǎn)量，這進一步說明秸稈覆蓋對玉米產(chǎn)量的影響與氮肥的供應(yīng)水平有很大的關(guān)系。本研究將秸稈覆蓋條件下氮肥施用量、產(chǎn)量進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示氮肥施用量與產(chǎn)量間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.9015)，證明了玉米產(chǎn)量在秸稈覆蓋條件下受氮肥施用量的影響。單鶴翔的研究曾指出，秸稈還田的條件下，土壤供氮水平是主要的影響因素[20]。秸稈覆蓋下地溫雖低，但充足的氮肥供應(yīng)量提高了土壤養(yǎng)分，改善土壤的結(jié)構(gòu)，促進根系的生長[21-22]，從而增強了春玉米的生長發(fā)育，使春玉米的產(chǎn)量高于無秸稈覆蓋下春玉米的產(chǎn)量。本研究中，秸稈覆蓋下春玉米氮肥農(nóng)學(xué)利用效率表現(xiàn)出隨施氮量的增加而增加的趨勢，偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加而呈遞減的趨勢，說明秸稈覆蓋后作物產(chǎn)量及氮肥的利用效率與施氮量有關(guān)，綜合考慮氮肥農(nóng)學(xué)利用效率與偏生產(chǎn)力可以反映出施肥量實際價值，本研究中施氮量(純N)225 kg·hm-2時，獲得的產(chǎn)量最高，氮肥利用效率較高，偏生產(chǎn)力與施氮量(純N)180 kg·hm-2時接近，進一步說明秸稈覆蓋下適當(dāng)提高氮肥的施用量在生產(chǎn)中實際運用的價值較高。

4 結(jié) 論

不同施氮量下秸稈覆蓋對春玉米產(chǎn)量及氮肥利用效率產(chǎn)生影響。在低施氮量下(純N)(0～180 kg·hm-2)，秸稈覆蓋會降低春玉米株高、穗長、穗粗及百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素，不利于春玉米生長，降低產(chǎn)量；在高施氮量(純N)225 kg·hm-2下，秸稈覆蓋后促進玉米生長，提高玉米株高、穗長、穗粗和百粒重，增加春玉米的產(chǎn)量。秸稈覆蓋利于氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的提高，且其隨著施氮量的增加而增加，氮肥偏生產(chǎn)力則呈遞減趨勢，綜合施氮量、秸稈覆蓋和產(chǎn)量，以施氮量為225 kg·hm-2配合秸稈覆蓋方式在實際運用的價值較高。

參考文獻(References)：

[1] 譚周進,李 倩,李建國,等.稻草還田量對晚稻土微生物數(shù)量及活度的動態(tài)影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境學(xué)學(xué)報,2006,25(3):670-673.

TAN Z J,LI Q,LI J G,et al.Effect of returning quantity of rice-straw to soil on quantities and activity of microbial in paddy soil[J]. Journal of Agro-Environment Sciences,2006,25(3)：670-673.

[2] 劉禹池，曾祥忠，馮文強，等.稻-油輪作下長期秸稈還田與施肥對作物產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2014,20(6)：1450-1459.

LIU Y C,ZENG X Z,FENG W Q,et al.Effects of long-term straw mulch and fertilization on crop yields and soil physical and chemical properties under rice-rapeseed rotation[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2014,20(6)：1450-1459.

[3] 李 瑋，喬玉強，陳 歡，等.玉米秸稈還田配施氮肥對冬小麥土壤氮素表觀盈虧及產(chǎn)量的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2015,21(3)：561-570.

LI W,QIAO Y Q,CHEN H,et al. Effects of combined maize straw and N application on soil nitrogen surplus amount and yield of winter wheat[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2015,21(3)：561-570.

[4] 王旭東，陳鮮妮，王彩霞，等.農(nóng)田不同肥力條件下玉米秸稈腐解效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009,25(10)：252-257.

WANG X D,CHEN X N,WANG C X,et al.Decomposition of corn stalk in cropland with different fertility[J].Transactions of the CSAE,2009,25(10)：252-257.

[5] 程宏波，柴守璽，陳玉章，等.西北旱地春小麥不同覆蓋措施的溫度和產(chǎn)量效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報，2015,35(19)：6316-6325.

CHENG H B，CHAI S X，CHEN Y Z,et al.Effect of mulching method on soil temperature and grain yield of spring wheat in rainfed agricultural areas of northwestern China[J].Acta Ecologica Sinica,2015,35( 19) : 6316-6325．

[6] 宋淑亞，劉文兆，王 俊，等.覆蓋方式對玉米農(nóng)田土壤水分、作物產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].水土保持研究，2012,19(2)：210-212,217.

SONG S Y,LIU W Z,WANG J,et al.Effects of different mulching modes on soil moisture,grain yield and water use efficiency in a corn field[J].Research of Soil and Water Conservation,2012,19(2)：210-212,217.

[7] 王 林，王 琦，張恩和，等.間作與施氮對秸稈覆蓋作物生產(chǎn)力和水分利用效率的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2014,22(8)：955-964.

WANG L,WANG Q,ZHANG E H,et al.Effect of nitrogen application on productivity and water use efficiency of wheat/maize intercropping system under straw mulching[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2014,22(8):955-964.

[8] 李蓉蓉，王 俊，毛海蘭，等.秸稈覆蓋對冬小麥農(nóng)田土壤有機碳及其組分的影響[J].水土保持學(xué)報，2017,31(3)：187-192.

LI R R,WANG J,MAO H L,et al.Effects of straw mulching on soil organic carbon and fractions of soil carbon in a winter wheat field[J].Journal of Soil and Water Conservation,2017,31(3)：187-192.

[9] 張亞麗，呂家瓏，金繼運，等.施肥和秸稈還田對土壤肥力質(zhì)量及春小麥品質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2012,18(2)：307-314.

ZHANG Y L,Lü J L,JIN J Y,et al.Effects of chemical fertilizer and straw return on soil fertility and spring wheat quality[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer Science,2012,18(2)：307-314.

[10] ZHANG Z S,GUO L J,LIU T Q,et al.Effect of tillage practices and straw returning methods on greenhouse gas emissions and net ecosystem economic budget in rice-wheat cropping systems in central China[J].Atmospheric Environment,2015,122:636-644.

[11] 袁嫚嫚,鄔 剛,胡 潤，等.秸稈還田配施化肥對稻油輪作土壤有機碳組分及產(chǎn)量影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2017,23(1):27-35.

YUAN M M,WU G,HU R,et al.Effects of straw returning plus fertilization on soil organic carbon components and crop yields in rice-rapeseed rotation system[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2017,23(1)：27-35.

[12] ZHANG S L,L?VDAHL L,GRIP H,et al.Effects of mulching and catch cropping on soil temperature,soil moisture and wheat yield on theLoessPlateauof China[J].Soil and Tillage Research,2009,102(1):78-86.

[13] ZHOU J B,WANG C Y,ZHANG H,et al.Effect of water saving management practices and nitrogen fertilizer rate on crop yield and water use efficiency in a winter wheat-summemaize cropping system[J].Field Crops Research,2011,112(2) : 157-163.

[14] 潘圣剛，曹湊貴，蔡明歷，等.不同灌溉模式下氮肥水平對水稻氮素利用效率、產(chǎn)量及其品質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2009,15(2)：283-289.

PAN S G，CAO C G，CAI M L,et al.Effects of nitrogen application on nitrogen use efficiency,grain yields and qualities of rice under different water regimes[J]．Uournal of Plant Nutrition and Fertilizer Science，2009，15( 2) : 283-289．

[15] 巨曉棠，谷保靜.我國農(nóng)田氮肥施用現(xiàn)狀，問題及趨勢[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2014,20(4)：783-795.

JU X T,GU B J.Status-quo,problem and trend of nitrogen fertilization in China[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2014,20(4)：783-795.

[16] 吳得峰，姜繼韶，孫棋棋，等.減量施氮對雨養(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，2016,35(6)：1202-1209.

WU D F,JIANG J S,SUN Q Q,et al.Effect of reduced nitrogen fertilization on spring maize production and environmental impacts in rain-fed areas[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35(6): 1202-1209.

[17] 李洪文，陳君達，高煥文，等.旱地表土耕作效應(yīng)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2000,18(2)：13-18.

LI H W,CHEN J D,GAO H W,et al.Study on surface tillage effect for dryland[J]. Agricultural Research in the Arid Areas,2000,18(2)：13-18.

[18] 李少昆，王克如，馮聚凱，等.玉米秸稈還田與不同耕作方式下影響小麥出苗的因素[J].作物學(xué)報，2006,32(3)：463-465.

LI S K,WANG K R,FENG J K,et al.Factors affecting seeding emergence in winter wheat under different tillage patterns with maize stalk mulching returned to the field[J].Acta Agronomica Sinica,2006,32(3)：463-465.

[19] 張樹蘭，劉俊梅，黎青慧，等.秸稈覆蓋下旱地小麥?zhǔn)斋@指數(shù)降低的原因解析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014,32(1)：47-51.

ZHANG S L,LIU J M,LI Q H,et al.Analysis of the causes of wheat harvest index reduction under straw mulching on dryland[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2014,32(1)：47-51.

[20] 單鶴翔，盧昌艾，張金濤，等.不同肥力土壤下施氮與玉米秸稈幻聽對冬小麥氮素吸收利用的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2011,18(1)：35-41.

SHAN H X,LU C A,ZHANG J T,et al.Effect of maize straw applied with N fertilizer on nitrogen adsorption of winter wheat under different soil fertility[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer Science,2011,18(1)：35-41.

[21] 田慎重，寧堂原，王 瑜，等.不同耕作方式和秸稈還田對麥田土壤有機碳含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010,21(2)：373-378.

TIAN S Z,NING T Y,WANG Y,et al.Effects of different tillage methods and straw-returning on soil organic carbon content in a winter wheat field[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(2)：373-378.

[22] 劉 超，汪有科，湛景武，等.秸稈覆蓋量對農(nóng)田土面蒸發(fā)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通，2008,24(5)：448-451.

LIU C,WANG Y K,ZHAN J W,et al.The study of influence of straw mulch amount to soil moisture evaporation in farmland[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2008,24(5)：448-451.