氮肥運籌對黃壤坡耕地作物產(chǎn)量和土壤無機氮累積量的影響

張邦喜，范成五，李國學，王文華，周瑞榮，胡 崗，秦 松，2*

［1．貴州省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；2．農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（貴州）耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站，貴州 貴陽 550006；3．中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193］

我國是農(nóng)業(yè)大國，對耕地依賴性強，土地復種指數(shù)高，耕作方式粗放。第二次土壤普查數(shù)據(jù)顯示，我國耕地面積為13 251.95萬hm2，其中坡耕地占35.09%，主要分布在經(jīng)濟落后的丘陵山區(qū)，因水土流失嚴重易干旱缺水，土壤貧瘠肥力低，耕層淺薄，保土保水保肥能力差，導致大部分坡耕地為低產(chǎn)田，一般單產(chǎn)僅1 500 kg/hm2，有的600～750 kg/hm2，甚至更低。坡耕地面積較大，分布較廣，種類較多，如南方紅壤坡耕地、西南地區(qū)黃壤和紫色土坡耕地、黃土高原坡耕地、黑土坡耕地等，對我國山區(qū)農(nóng)業(yè)的貢獻極為重要，破除坡耕地障礙因子成為了首要問題。為此，許多研究者針對不同區(qū)域的坡耕地進行了氮肥運籌及施肥方式的研究。丹江口庫區(qū)紅壤坡耕地的玉米-小麥輪作的氮肥運籌為玉米50%基肥+20%苗肥+30%穗肥，小麥80%基肥+20%拔節(jié)肥［1］，比“一炮轟”的施肥方式增加產(chǎn)量，提高效益；在山東棕壤坡耕地上，玉米-小麥輪作中施用緩控釋肥，不僅可減少施肥次數(shù)，還能增加產(chǎn)量（7.3%～13.3%），提高品質(zhì)［2］；在西南地區(qū)堿性紫色土坡耕地上，玉米-小麥輪作中有機肥部分替代化肥，不僅能增加產(chǎn)量，還可改善土壤質(zhì)地，減少水土流失［3-4］，在西南地區(qū)酸性紫色土坡耕地上，減少玉米-小麥輪作39%的氮肥，產(chǎn)量無顯著降低［5］，但顯著減少N2O排放［6］；在東北地區(qū)的黑土坡耕地上，減少氮肥用量+生物籬+橫坡耕作，玉米不減產(chǎn)且顯著降低氮素淋失［7］。

貴州黃壤坡耕地大多酸、粘、有效養(yǎng)分貧瘠，2002～2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示貴州省玉米單產(chǎn)為4.7 t/hm2；其中2002～2007年，貴州省玉米單產(chǎn)為5.0 t/hm2［8］；2008～2016年，貴州省玉米單產(chǎn)為4.4 t/hm2（貴州省統(tǒng)計年鑒），是典型的低產(chǎn)田、低利潤區(qū)［9］。山區(qū)農(nóng)業(yè)地塊破碎加之近年來經(jīng)濟水平的提高，同時農(nóng)民勞動力匱乏［10］、老齡化嚴重、科學種田意識薄弱［11］，農(nóng)戶調(diào)研顯示施肥過量與不足并存［12］，過量施肥的田塊達到33%［13］，為了追求高產(chǎn)盲目大量施用氮肥，導致環(huán)境問題突出［6，14-15］。因此，確定合理施氮量是獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、維持土壤氮肥力和降低施氮引起環(huán)境污染的關鍵。玉米、小麥是貴州黃壤坡耕地上主要的糧食作物，但對于玉米-小麥間套作的氮肥運籌方面的研究較少，大部分研究僅為玉米的氮肥運籌研究［16］或耕作方式的改變對黃壤坡耕地水土流失的影響［17］，或者是短期的氮肥運籌試驗［18］，缺乏長期玉米-小麥間套作研究的數(shù)據(jù)，為此，筆者以貴州黃壤坡耕地肥料效應為研究基礎，通過3年的田間試驗，綜合考慮產(chǎn)量、氮肥利用率和環(huán)境效應，研究了不同施氮量對黃壤坡耕地麥-玉輪作體系作物產(chǎn)量、氮肥利用率、土壤無機氮含量的影響，為黃壤區(qū)坡耕地麥-玉輪作體系作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、環(huán)境友好的氮肥施用量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗設置在貴州中部，位于貴陽市花溪區(qū)湖潮鄉(xiāng)（106°31′E，26°26′N）。該區(qū)屬中亞熱帶東部濕潤季風氣候區(qū)，水熱資源豐富，年均溫度14.9 ℃，無霜期 285 d，年降水量 1 187 mm，主要集中于4～10月。供試土壤系貴州典型黃壤，為第四紀紅色粘土母質(zhì)發(fā)育的黃粘泥土。耕層土壤的基本理化性狀為：有機質(zhì)18.21 g/kg，全氮1.44 g/kg，全磷0.68 g/kg，全鉀 24.66 g/kg，有效磷 13.33 mg/kg，速效鉀 82.30 mg/kg，0 ～ 100 cm 土層的硝態(tài)氮（NO3--N）126.8 kg/hm2，pH 值 6.1，土壤容重 1.29 g/cm3。

1.2 試驗設計

試驗于2011年4月開始，2014年6月結束，地形為丘陵山腰旱坡地，坡向西南，坡度10°，設6 個處理，小區(qū)面積為 31.5 m2（9 m×3.5 m），3 次重復，隨機區(qū)組排列。小麥、玉米施氮水平見表1，其中玉米、小麥N優(yōu)化處理是以玉米、小麥需肥特征結合土壤養(yǎng)分，在當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥的基礎上設計。玉米施肥方式為穴施，所有處理的磷、鉀施 用 量 均 為 P2O5120 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2； 小麥施肥方式為條施，所有處理的磷、鉀施用量均為 P2O575 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2。氮肥為尿素，玉米季按基∶蘗∶穗肥比例20∶30∶50施用，小麥季按基∶蘗∶穗肥比例40∶20∶40施用；磷肥為過磷酸鈣（P2O512%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%），均作基肥一次施入。其它田間管理均按照當?shù)剞r(nóng)技部門的推薦技術。供試玉米品種為黔單21，小麥品種為黔麥18。玉米于每年4月底或5月初種植，于苗期和大喇叭口期追肥，9月底或10月上旬收獲。小麥于每年10月種植，于分蘗期和抽穗期追肥，次年5月底或6月初收獲。小麥和玉米在5月份有一個月的套種期。

表1 試驗氮肥處理 （kg/hm2）

1.3 測定項目與方法

作物收獲后分別采集、制備籽粒和秸稈樣品；每個小區(qū)隨機采集5株玉米、20株小麥考種，實收籽粒，秸稈風干測產(chǎn)作為實際產(chǎn)量。土壤樣品于小麥收獲后玉米種植前采集。采用凱氏定氮法測定植株、籽粒全氮含量；土壤銨態(tài)氮用氯化鉀浸提（液∶土=5∶1）-靛酚藍比色法；土壤硝態(tài)氮用氯化鉀浸提（液∶土 =5∶1）- 紫外分光光度法［19］。

1.4 數(shù)據(jù)計算與分析

植株氮積累量（PNA，kg/hm2）=籽粒氮素積累量+秸稈氮素積累量

氮肥吸收利用率（NARE，%）=（施氮區(qū)植株氮素積累量-空白區(qū)植株氮素積累量）/施氮量×100

土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮積累量按以下公式計算［20］：

M= ∑（Ci×Bi×Di）×0.1

式中，M為單位面積的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮積累量（t/hm2）；Ci為第i層硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量（g/kg）；Bi為第 i層土壤容重（g/cm3）；Di為第 i層土壤厚度（cm）。

試驗數(shù)據(jù)處理采用 Excel 2010 和 SPSS 20.0 軟件進行統(tǒng)計分析，結果采用Duncan法在P＜0.05水平上進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 玉米-小麥間套作體系產(chǎn)量

從表2可知，玉米3年平均產(chǎn)量表現(xiàn)為N1>N2>N4>N3>N0>N5，即不施氮肥時，玉米籽粒產(chǎn)量為2.429 t/hm2，產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，當施氮量達N 146.25 kg/hm2時（N1處理），玉米籽粒產(chǎn)量最高，為3.722 t/hm2，之后產(chǎn)量隨施氮量增加而降低，當施氮量達N 390 kg/hm2時（N5處理），玉米籽粒產(chǎn)量最低，為2.277 t/hm2，N1比N0提高53.2%，N1與N2、N3、N4差異不顯著，與N0、N5差異顯著；小麥3年平均產(chǎn)量表現(xiàn)為N3>N2>N1>N4>N0>N5，即不施氮肥時，小麥籽粒產(chǎn)量為0.948 t/hm2，產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，施氮量達N 150 kg/hm2時（N3處理），小麥籽粒產(chǎn)量最高，為1.219 t/hm2，之后產(chǎn)量隨施氮量增加而降低，當施氮量達N 240 kg/hm2時（N5處理），小麥籽粒產(chǎn)量最低，為0.745 t/hm2，N3比N0提高28.6%，N3與N1、N2、N4差異不顯著，與N5差異顯著；玉米-小麥間套作3年平均產(chǎn)量表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4>N0>N5，即不施氮肥時，玉米-小麥間套作籽粒產(chǎn)量為3.377 t/hm2，產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，玉米-小麥間套作施氮量達N 236.25 kg/hm2時（N1處理），籽粒產(chǎn)量最高，為4.842 t/hm2，之后產(chǎn)量隨施氮量增加而降低，當施氮量達N 630 kg/hm2時（N5處理），玉米-小麥間套作籽粒產(chǎn)量最低，為3.022 t/hm2，N1比N0提高43.4%，N1與N2、N3、N4差異不顯著，與N0、N5差異顯著。由此可見，不同施氮水平的玉米產(chǎn)量先隨施氮量的增加而增加，增加到一定水平后，隨著施肥量的增加而下降，但小麥在施肥量較多的情況下，其產(chǎn)量有明顯下降趨勢。周年產(chǎn)量隨施肥量的變化趨勢與玉米的類似（表2）。表明玉米-小麥間套作的籽粒產(chǎn)量與施肥量呈二次拋物線趨勢，在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量隨施氮量增加而提高，但氮肥施用超過一定水平后，增產(chǎn)的速度下降，最后出現(xiàn)負增長。

表2 三年不同處理的作物產(chǎn)量及增產(chǎn)率

小麥產(chǎn)量變異較大，導致增產(chǎn)率極不穩(wěn)定，重復性較差。從年際產(chǎn)量變化而言（表2），隨著種植年限增加，產(chǎn)量逐年降低，不考慮方差齊性，則第一年與第三年的產(chǎn)量有顯著差異。而小麥在方差齊性的前提下，第一年明顯高于第三年的產(chǎn)量。

2.2 麥-玉輪作體系氮素吸收

施用氮肥能促進玉米、小麥對氮素的吸收。由表3可見，不施氮肥時，玉米籽粒吸氮量和秸稈吸氮量分別為25.0、24.1 kg/hm2，施用氮肥后，吸氮量逐漸增加，在施氮243.75 kg/hm2時（N2處理），玉米籽粒吸氮量和秸稈吸氮量分別為49.8、37.7 kg/hm2，且達到最高值，之后隨施氮量增加，吸氮量下降，在施氮390 kg/hm2時（N5處理），玉米籽粒吸氮量和秸稈吸氮量分別為32.0、25.0 kg/hm2，且達到施肥處理的最低值；不施氮肥時，小麥籽粒吸氮量和秸稈吸氮量分別為26.3、17.9 kg/hm2，施用氮肥后，吸氮量逐漸增加，在施氮150 kg/hm2時（N3處理），小麥籽粒吸氮量和秸稈吸氮量分別為37.4、37.7 kg/hm2，且達到最高值，之后隨施氮量增加，吸氮量下降，在施氮240 kg/hm2時（N5處理），小麥籽粒吸氮量和秸稈吸氮量分別為23.4、20.9 kg/hm2，且達到施肥處理的最低值。不施氮肥時，玉米-小麥間套作籽粒吸氮量和秸稈吸氮量分別為51.4、42.0 kg/hm2，施用氮肥后，吸氮量逐漸增加，在施氮393.75 kg/hm2時（N3處理），玉米-小麥間套作籽粒吸氮量為85.6 kg/hm2，且達到最高值，在施氮315 kg/hm2時（N2處理），玉米-小麥間套作秸稈吸氮量為71.1 kg/hm2，且達到最高值，之后隨施氮量增加，吸氮量下降，在施氮630 kg/hm2時（N5處理），玉米-小麥間套作籽粒吸氮量和秸稈吸氮量分別為55.4、45.9 kg/hm2，且達到施肥處理的最低值。因此，隨著施氮量的增加，玉米、小麥籽粒及秸稈吸氮量呈先增加后減少的拋物線變化趨勢。施氮處理小麥籽粒吸氮量和玉米籽粒吸氮量顯著高于N0，除去N5處理；各處理間秸稈吸氮量沒有明顯差異。施氮小麥N3處理籽粒和秸稈吸氮量較高。施氮處理的玉米-小麥間套作籽粒和秸稈吸氮量（除去N5處理）均顯著高于N0處理。說明，適量增施氮肥能顯著增加玉米、小麥籽粒及秸稈吸氮量，施氮過多不利于玉米、小麥籽粒及秸稈氮素含量的增加。

從氮肥利用率來看，玉米氮肥利用率表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4>N5，玉米最高產(chǎn)量為3.722 t/hm2（N1）時，施氮量為 N 146.25 kg/hm2，25.4% 的化肥氮能夠被玉米吸收利用，顯著高于N3、N4、N5處理；小麥氮肥利用率表現(xiàn)為N3>N2>N1>N4>N5，小麥最高產(chǎn)量為1.219 t/hm2（N3）時，小麥施氮為 N 150 kg/hm2，20.6% 的化肥氮能夠被小麥吸收利用，顯著高于N5處理；玉米-小麥間套作最高產(chǎn)量為4.842 t/hm2（N1處理）時，施氮量為N 236.25 kg/hm2，23.2% 的化肥氮能夠被麥 - 玉吸收利用，顯著高于N4、N5處理。

表3 三年不同處理的作物氮素積累量均值

2.3 玉米-小麥間套作體系土壤中的無機氮含量

作物收獲后，耕層（0～20 cm）土壤中硝態(tài)氮（NO3--N）、銨態(tài)氮（NH4+-N）的分配比例見表4，玉米季占比為9.3%～12.4%，小麥季占比為4.5%～7.0%，各處理耕層土壤中NH4+-N濃度偏低。不施氮肥時，玉米季收獲后NO3--N和NH4+-N分別為32.4、3.1 kg/hm2，施用氮肥后，NO3--N和NH4+-N濃度逐漸增加，在施氮390 kg/hm2時（N5處理），NO3--N和NH4+-N濃度分別為69.1、8.6 kg/hm2，且達到最高值；不施氮肥時，小麥季收獲后NO3--N和NH4+-N分別為47.3、2.6 kg/hm2，施用氮肥后，NO3--N和NH4+-N濃度逐漸增加，在施氮180 kg/hm2時（N4處理），NO3--N和NH4+-N濃度分別為138.4、7.9 kg/hm2，且達到最高值，在施氮240 kg/hm2時（N5處理），NO3--N和NH4+-N濃度分別為128.7、7.7 kg/hm2，與N4處理無顯著差異。因此，NO3--N或NH4+-N的含量均有隨施氮量的增加而增加的趨勢。說明氮肥施用量越多，土壤耕層中殘留的無機氮越多，從而增加氮素的流失風險。不施氮肥時，0～1 m土壤中殘留的無機氮為275.5 kg/hm2，施用氮肥后，土壤殘留無機氮逐漸增多，當施氮達630 kg/hm2時，土壤殘留無機氮為 616.9 kg/hm2，且達到最高值。由此可見，0～1 m土壤中殘留無機氮隨施氮量的增多呈逐漸積累增加的趨勢。

表4 三年不同處理的土壤無機氮含量均值

2.4 玉米-小麥間套作體系產(chǎn)量及環(huán)境的綜合分析

由圖1可知，玉米產(chǎn)量與施氮量的關系可用二次曲線方程擬合。通過計算，當玉米籽粒產(chǎn)量最高（3 655.0 kg/hm2）時的施氮量為 193.8 kg/hm2，介于處理N1、N2之間。當以最高產(chǎn)量95%為相對產(chǎn)量計算得到，相對產(chǎn)量為3 472.3 kg/hm2，對應的施氮量為 269.4 kg/hm2（舍去）和 118.3 kg/hm2，118.3 kg/hm2為環(huán)境友好型的推薦施肥量。同理，計算得出施氮量為101.7 kg/hm2時，小麥籽粒產(chǎn)量最高（1 193.6 kg/hm2），施氮量介于N1、N2之間。當相對產(chǎn)量為1 133.9 kg/hm2時，施氮量為 151.9 kg/hm2（舍去）和51.5 kg/hm2，51.5 kg/hm2為環(huán)境友好的推薦施肥量。計算得出周年施氮量為352.8 kg/hm2時，周年麥-玉系統(tǒng)籽粒產(chǎn)量最高（3 983.9 kg/hm2），施氮量介于N2、N3 之間。當相對產(chǎn)量為 3 784.7 kg/hm2時，施氮量為 480.1 kg/hm2（舍去）和 225.6 kg/hm2，225.6 kg/hm2為環(huán)境友好的推薦施肥量。

圖1 施氮量與產(chǎn)量及環(huán)境指標的擬合曲線

本研究以氮肥效應為基礎，實現(xiàn)高產(chǎn)的同時減少對環(huán)境的影響，通過3年的定位試驗，將0～100 cm土壤中殘留的NO3--N累積量（環(huán)境指標）作為確定氮肥投入閾值的限定條件。（1）按0到最高產(chǎn)量的95%時對應的施氮量（環(huán)境友好的推薦施氮量），（2）環(huán)境友好的推薦施氮量到達最高產(chǎn)量時氮肥投入量的75%，（3）最高產(chǎn)量氮肥投入量的75%至最高產(chǎn)量的氮肥投入量，（4）大于最高產(chǎn)量的氮肥投入量，可以得出本試驗氮肥投入閾值的4種情況：（1）當施氮量為0～225.6 kg/hm2時， 籽 粒 產(chǎn) 量 為 2 452.6 ～ 3 784.7 kg/hm2，NO3--N積累量在211.4～ 217.5 kg/hm2，麥-玉因施氮量較少將減產(chǎn)，土壤NO3--N積累量平均增速 為 0.03 kg/kg；（2） 當 施 氮 量 為 225.6 ～ 264.6 kg/hm2時， 籽 粒 產(chǎn) 量 為 3 784.8 ～ 3 888.2 kg/hm2，NO3--N 積 累 量 為 217.5 ～ 228.9 kg/hm2， 增 施 氮肥，有利于周年籽粒增產(chǎn)，土壤NO3--N積累量平均增速為0.29 kg/kg；（3）當施氮量為264.6～352.8 kg/hm2時， 周 年 籽 粒 產(chǎn) 量 為 3 888.2 ～ 3 983.9 kg/hm2，NO3--N 積 累 量 在 228.9 ～ 265.9 kg/hm2，增施氮肥，有利于籽粒增產(chǎn)，土壤NO3--N積累量平均增速為0.42 kg/kg；（4）當施氮量大于352.8 kg/hm2時， 籽 粒 產(chǎn) 量 小 于 3 983.9 kg/hm2，NO3--N積累量大于265.9 kg/hm2，增施氮肥，不利于籽粒增產(chǎn)，土壤NO3--N積累量增速大于0.51 kg/kg。

3 討論

3.1 不同施氮水平對麥-玉輪作體系產(chǎn)量、氮素吸收的影響

施用氮肥能增加作物產(chǎn)量，而過量施用氮肥則可因為供給養(yǎng)分不平衡［21］、作物貪青徒長［6］、土壤酸化［15］等原因?qū)е聹p產(chǎn)。經(jīng)3年的試驗研究可知，除N5處理外，周年施肥處理較不施肥處理產(chǎn)量有明顯提升，這可能是因為N5處理施用氮肥量過多致土壤明顯酸化（2014年小麥季收獲測土，N5處理的pH值明顯小于其他處理）從而造成減產(chǎn)［22］。N1處理周年增產(chǎn)率最高，但與N2、N3、N4處理增產(chǎn)差異不顯著。

近年來許多研究者對西南地區(qū)黃壤的地力貢獻率做了研究［23-24］，劉彥伶等［25］利用23年長期定位試驗表明貴州省黃壤坡耕地對玉米產(chǎn)量的平均地力貢獻率為51.8%，本試驗中N0處理3年平均玉米產(chǎn)量為2.429 t/hm2，由此可推算，該試驗施肥后的理論產(chǎn)量為4.392 t/hm2，而試驗中施肥處理（N5處理除外）的實際產(chǎn)量僅為統(tǒng)計產(chǎn)量的79%～85%；小麥施肥處理（N5處理除外）增產(chǎn)率僅為9.7%～31.7%，與N0處理產(chǎn)量無顯著差異。這極有可能是近年來日照時數(shù)減少導致的減產(chǎn)［26-27］。劉麗等［27］通過 1962年至 1999年的貴州省日照數(shù)據(jù)，得出貴陽市冬半年（10月至3月）總日照時數(shù)為426 h，而該試驗的3年平均冬半年日照時數(shù)為167 h，并且吳麗華等［28］、姚曉蘭等［29］的研究均指出在貴州不同地區(qū)的過去50年中日照時數(shù)隨年代減少（年日照時數(shù)每10年減少速率為57.28～26.66），這與近年來云量的增加有關。

3.2 不同施氮水平對麥-玉輪作體系耕層礦質(zhì)氮含量的影響

氮肥施用后，除去被植物吸收，還有一部分殘留在土壤中［14］，施入過多氮素，會導致較多的氮素流失到環(huán)境中［18，30］。各處理耕層土壤中NH4+-N濃度偏低，整體而言旱地土壤殘留的氮以硝態(tài)氮為主［31］，這是因為旱地土壤硝化作用強烈，礦化產(chǎn)生的NH4+-N很快被轉(zhuǎn)化為NO3--N。從耕層土壤NH4+-N含量變化來看，小麥收獲后各處理間耕層土壤中無顯著差異，說明不同施氮水平對黃壤冬小麥耕層土壤NH4+-N殘留無明顯影響，反之，玉米收獲后，各處理間耕層的NH4+-N含量有顯著差異，N5處理顯著高于N0處理；對于耕層土壤的NO3--N而言，玉米收獲后的耕層含量差異不顯著，而小麥收獲后的耕層含量差異顯著，N5、N4>N3、N2、N1。這是因為小麥種植季為干旱季，3年平均降水量為330 mm，降水較少；而玉米種植季為濕潤季，3年平均降水量為640 mm，降水較多。濕潤季中，表層NH4+-N對無機總氮的貢獻率較多（玉米季：NH4+-N與NO3--N的百分比為8.4%～12.4%，小麥季：NH4+-N與NO3--N的百分比為4.5%～7.0%），起一定作用。

0～100 cm土壤中殘留的無機氮隨施氮量的增多而增加。在現(xiàn)有的肥力條件下土壤作物體系對施入的氮肥環(huán)境承受力已經(jīng)很低。因此，在前茬施氮量較高的條件下，應適當減少后茬施氮量，這樣才能合理利用氮肥且不引起環(huán)境問題?；诒狙芯康亩螔佄锞€方程（y=0.001x2-0.198 4x+211.38，R2=0.746 3），當施氮量超過 N 99.2 kg/hm2，殘留的硝態(tài)氮就開始增加，增加的速率為正的線性遞增。旱地收獲后耕層土壤無機氮具有表聚效應［32-34］，但本研究的耕層（0～20 cm）無機氮在100 cm土體內(nèi)所占比例較低（表4），最高的比例為33.9%，平均為24.4%，這可能是當?shù)氐狞S壤特性造成的，貴州黃壤具有酸、粘、瘦的特征，劉海隆等［35］在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)土壤30 cm以下不見根系，耕層土壤容重和粘粒含量較低而犁底層和心土層容重和粘粒含量較大［36］，土壤通透性差（尤其是犁底層），犁底層和心土層持水量高而耕層水分少，不利于土壤水分的上下運行，作物利用土壤水分的難度大，氮肥被更多的帶到耕層以下同時因缺少上行水的運輸難以被作物利用，這部分養(yǎng)分或被留在土壤內(nèi)部或隨暴雨淋洗出土體到達水體，值得進一步探究。

3.3 不同施氮水平對麥-玉系統(tǒng)產(chǎn)量及環(huán)境的綜合影響

貴州黃壤區(qū)徑流的氮肥損失系數(shù)約為1%［17］，黃壤室內(nèi)模擬試驗［37］表明在pH值為6.1的條件下，氨揮發(fā)的氮肥損失系數(shù)為0.02%。不難看出，黃壤區(qū)的肥料損失以土體損失為主，而只有在極端情況下，短期試驗定量無機氮庫才會有明顯變化［38］，N4、N5處理的無機氮明顯高于其他處理，表明氮肥嚴重過量，并且產(chǎn)量不再增加甚至出現(xiàn)減產(chǎn)，N5處理已出現(xiàn)明顯酸化。考慮到作物增產(chǎn)和降低土壤無機氮累積量的平衡關系，當施氮量為225.6～264.6 kg/hm2時，周年籽粒產(chǎn)量為 3 784.8 ～ 3 888.2 kg/hm2，NO3--N 積累量在 217.5 ～ 228.9 kg/hm2，增施氮肥，有利于周年籽粒增產(chǎn)，土壤NO3--N積累量平均增速為0.29 kg/kg，這與前人的研究結果較一致［18］，玉米季施氮量為 102.2 ～ 120.0 kg/hm2，小麥季施氮量為93.0～113.2 kg/hm2。本研究得出的玉米、小麥氮肥最佳用量低于國內(nèi)的推薦施肥量，每季150～250 kg/hm2。筆者認為這主要是因為試驗區(qū)位于黃壤坡耕地低產(chǎn)田區(qū)，周年產(chǎn)量平均不足5 t/hm2，作物無法吸收更多的氮。巨曉棠［38］認為地上部吸氮量約等于施氮量，或以小麥、玉米的百千克收獲物需氮量（小麥為2.8 kg，玉米為2.3 kg）計算施肥量，從表3可以看出，本試驗周年地上部吸氮量不超過200 kg/hm2。因此，黃壤坡耕地實現(xiàn)增產(chǎn)的主要途徑不是盲目增施氮肥，而是提高土壤地力［23］或因地制宜施用限制性養(yǎng)分肥料［39］。本試驗100 cm土體黃壤的無機氮含量較北方旱地高［33，40-42］，且無明顯表聚效應，在超過 1 000 mm的年降水中，這些氮素的移動行為值得進一步研究。

4 結論

在貴州黃壤坡耕地上，玉米-小麥間套作在0～236.25 kg/hm2的施氮量下，籽粒產(chǎn)量隨著施氮量而增加，超過236.25 kg/hm2施氮量，籽粒產(chǎn)量呈下降的趨勢。土壤耕層無機氮累積量隨著施肥量的增加而增加；玉米季收獲后耕層硝態(tài)氮無顯著差異，而過量施肥處理（N5）的耕層銨態(tài)氮較不施肥處理顯著增加；小麥季收獲后耕層銨態(tài)氮無顯著差異，而處理間的耕層硝態(tài)氮差異顯著；玉米季銨態(tài)氮含量所占比例高于小麥季。玉米-小麥間套作體系周年100 cm土體累積的無機氮隨著施肥量的增加而增加，耕層無機氮表聚效應較弱，而土體累積無機氮含量較高。當施氮量為225.6～264.6 kg/hm2時，籽 粒產(chǎn) 量為 3 784.8 ～ 3 888.2 kg/hm2，NO3--N積累量在217.5～228.9 kg/hm2，增施氮肥，有利于籽粒增產(chǎn)，土壤NO3--N積累量平均增速為0.29 kg/kg，這兼顧作物產(chǎn)量和降低氮素對環(huán)境淋溶風險。