施肥對小麥/玉米帶田養(yǎng)分吸收及土壤硝態(tài)氮累積的影響

摘要：小麥與玉米間作是西北干旱灌區(qū)常見的高產(chǎn)栽培模式，為了給小麥/玉米帶田高效施肥提供科學(xué)依據(jù)，通過在干旱灌區(qū)進(jìn)行的小麥/玉米帶田田間試驗，研究了不同施肥模式對小麥/玉米帶田產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤硝態(tài)氮累積的影響。結(jié)果表明，以有機(jī)肥與化肥配施、養(yǎng)分均衡供給與合理運(yùn)籌為核心的優(yōu)化施肥模式（施有機(jī)肥22.5 t/hm2、N 300 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，有機(jī)肥、全部磷鉀肥及20%的氮肥做底肥，80%的氮肥在小麥三葉期追施10%、小麥挑旗期追施20%、玉米喇叭口期追施30%、玉米灌漿中期追施20%）促進(jìn)了間作體系作物植株對氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收，相對于增量施肥模式，優(yōu)化施肥模式的氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率分別提高了38.8%和36.9%，氮肥利用效率增加了14百分點，0～120 cm土層土壤硝態(tài)氮累積量減少43.9%～58.0%，小麥產(chǎn)量達(dá)5 358 kg/hm2，玉米產(chǎn)量達(dá)12 453 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：施肥模式；小麥/玉米帶田；產(chǎn)量；養(yǎng)分吸收；硝態(tài)氮；積累

中圖分類號：S344.3；S158.3" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " 文章編號：2097-2172（2022）01-0083-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.01.016

Effects of Fertilization on Nutrients Uptake and Soil Nitrate Nitrogen Accumulation for Wheat and Maize Intercropping

TANG Ying， YANG Junlin， CUI Yunling， ZHAO Jianhua

（Institute of Soil and Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Wheat and maize intercropping is a commonly used high yield cultivation model in the irrigated area of the northwest arid region. To provide reference for efficient fertilization in the intercropped wheat and maize fields， throught field experiment carried out on the intercropped wheat and maize fieldsin the irrigated area of arid region， effects of different fertilization models on yield， nutrients uptake and soil nitrate nitrogen accumulation in intercropped wheat and maize fields were studied. Results showed that optimized fertilization model， using organic fertilizer and chemical fertilizerwith the concept of balanced nutrient supply andrational application as the core（organic fertilizer， N， P2O5 and K2O applied at 22.5 t/ha， 300 kg/ha， 120 kg/ha and 120 kg/ha， respectively with base fertilizer consisting of all the organic fertilizer plus all the phosphorus and potassium fertilizers plus 20% of nitrogenous fertilizer， 10% of the nitrogenous fertilizer dressed at the wheat trefoil stage， 20% of the nitrogenous fertilizer dressed at thewheat flag leaf elongating stage， 30% of the nitrogenous fertilizer dressed atthemaize bell stage， and the last 20% of the nitrogenous fertilizer dressed in the middle of corn filling stage）， promoted the the uptakes of nitrogen， phosphorus and potassium nutrients in the intercropping system. When compared with the incremental fertilization model， nitrogen partial factor productivity and nitrogen agronomic efficiency were 38.8% and 36.9% higher， respectively， nitrogen use efficiencywere increased by 14 percentage， nitrate nitrogen accumulation at the soil depth of 0 to 120 cm were decreased by 43.9% to 58.0%， wheat yield was 5 358 kg/ha， and maize yield was 12 453 kg/hain the optimized fertilization model.

Key words： Cultivation models; Intercropped wheat and maize field; Yield; Nutrient uptake; Nitrate nitrogen; Accumulation

小麥與玉米間作是西北干旱灌區(qū)常見的作物高產(chǎn)栽培模式，對糧食生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。如在甘肅河西走廊、寧夏和內(nèi)蒙古河套平原，利用該種植方式單位面積作物產(chǎn)量大幅度增加［1 ］。在帶田體系中增加單位面積養(yǎng)分投入是保證高產(chǎn)的關(guān)鍵，而增施化肥是確保養(yǎng)分供應(yīng)的主要方式，但隨著人們對化肥增產(chǎn)作用的認(rèn)識，又出現(xiàn)了過分依賴和超量施肥（主要指氮肥）的傾向，導(dǎo)致肥料利用率低，不僅大大降低了肥料的經(jīng)濟(jì)效益，而且對環(huán)境造成了污染，嚴(yán)重威脅到人們的身體健康［2" ］。如何在保護(hù)農(nóng)田環(huán)境，最大程度節(jié)約資源的前提下實現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是當(dāng)前研究的熱點。硝態(tài)氮是氮肥施入土壤后經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化存留于土壤環(huán)境中的一種主要氮肥形態(tài)，在一定時期內(nèi)如果不能被植物吸收利用，便會產(chǎn)生淋洗損失，造成資源浪費(fèi)并污染地下水源［3 - 4 ］。本試驗在小麥與玉米間作種植下，就不同施肥模式對作物的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用情況及土壤硝態(tài)氮累積進(jìn)行了探討，旨在為小麥/玉米帶田高效合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1" "材料與方法

1.1" "試驗地概況

試驗于2020 — 2021年在甘肅省院農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗站（地理位置38° 56′ N、100°26′ E）進(jìn)行。當(dāng)?shù)睾０? 570 m，年均降水量129 mm，蒸發(fā)量2 048 mm，日照時數(shù)3 085 h，≥10 ℃積溫 2 896 ℃，無霜期153 d，屬于典型的干旱內(nèi)陸河灌區(qū)［4 ］。供試土壤為灌漠土，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)12.8 g/kg、堿解氮 93.8 mg/kg、有效磷23.2 mg/kg、速效鉀115.3 mg/kg，pH 8.17。

1.2" "供試材料

指示小麥品種為寧春4號，指示玉米品種為鄭單958。供試氮肥為普通尿素（含N46.4%）和控釋尿素（含N 43.2%），磷肥為普通過磷酸鈣（含P2O5 12.0%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50.0%）。

1.3" "試驗方法

試驗共設(shè)7個處理，分別是：空白對照（A，CK）即不施任何肥料；農(nóng)戶施肥模式（B），施N 375 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2，其中全部磷肥及40%氮肥做底肥，60%氮肥在玉米拔節(jié)期和灌漿期各追施30%；減量施肥模式（C），施N 300 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2，全部磷肥及30%氮肥做底肥，70%氮肥在小麥挑旗期追施10%，玉米拔節(jié)期和灌漿期各追施30%；增量施肥模式（D），施有機(jī)肥22.5 t/hm2、N 420 kg/hm2、P2O5 180 kg/hm2，全部磷肥和20%氮肥做底肥，80%氮肥在小麥三葉期和挑旗期分別追肥10%和20%，玉米喇叭口期和灌漿中期分別追施30%和20%；優(yōu)化施肥模式（E），施有機(jī)肥22.5 t/hm2、N 300 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，有機(jī)肥、全部磷鉀肥及20%氮肥做底肥，80%氮肥在小麥三葉期和挑旗期分別追施10%和20%、玉米喇叭口期和灌漿中期分別追施30%和20%；輕簡施肥模式（F），施N（控釋氮肥）300 kg/hm2、有機(jī)肥22.5 t/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，所有肥料均做底肥一次性施入；壟作溝灌施肥模式（G），施N（控釋氮肥）300 kg/hm2、有機(jī)肥22.5 t/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，所有肥料均做底肥一次性施入。

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，小區(qū)面積27.0 m2（4.5 m×6.0 m），小區(qū)間筑寬50 cm地埂。每小區(qū)3個帶幅，帶寬1.5 m，其中小麥帶寬70 cm，6行區(qū)，播種密度450萬株/hm2；玉米帶寬80 cm，2行區(qū)，播種密度8.25萬株/hm2。小麥露地種植，玉米覆膜種植。灌溉定額均為6 000 m3/hm2，分別在小麥三葉期、挑旗期、灌漿期和玉米吐絲期、灌漿中期進(jìn)行。春小麥于每年3月中下旬播種，7月下旬收獲；玉米于4月中旬播種，10月上旬收獲。

1.4" "測定項目和方法

在小麥、玉米收獲期分部位采集植株和籽粒樣品分析全氮、全磷和全鉀含量［5 - 6 ］。收獲后分小麥帶和玉米帶采集0～120 cm土層土壤樣品，每20 cm為1層，測定土壤硝態(tài)氮含量［7 ］。土收獲時每小區(qū)去除2個邊行外全區(qū)收獲，單獨(dú)脫粒，曬干后稱重計產(chǎn)。

1.5" "數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel及SPSS 13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2" "結(jié)果與分析

2.1" "不同施肥模式對小麥/玉米帶田產(chǎn)量的影響

不同施肥模式改變了作物生長的微生態(tài)環(huán)境，從而影響作物產(chǎn)量。從表1可以看出，帶田混合產(chǎn)量以處理D最高，處理E次之，處理F居第3位，分別比處理B增產(chǎn)36.2%、35.0%、27.3%。這3種模式間混合產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于其他處理，產(chǎn)量增幅主要由帶田玉米產(chǎn)量貢獻(xiàn)。在處理D下，盡管帶田小麥產(chǎn)量沒有顯著變化，但化肥增量和有機(jī)肥配施顯著提高了帶田玉米產(chǎn)量，較處理B增產(chǎn)53.5%，說明在土壤養(yǎng)分供給充足時小麥/玉米帶田具有較強(qiáng)的增產(chǎn)潛力。帶田小麥產(chǎn)量對氮肥增施的響應(yīng)并不明顯，但在氮肥減量的條件下，帶田小麥分別增產(chǎn)19.7%、16.5%，說明均衡的養(yǎng)分供給更有利于小麥產(chǎn)量的提升。處理D、處理E和處理F中，帶田玉米均表現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)趨勢，而處理D與處理G相對處理B增產(chǎn)趨勢并不明顯，說明提高小麥/玉米帶田還要在保持小麥不減產(chǎn)的前提下更多地挖掘玉米的增產(chǎn)潛力。

2.2" "不同施肥模式對帶田作物養(yǎng)分吸收利用的影響

2.2.1" " 不同施肥模式對帶田作物收獲期植株及籽粒吸氮量的影響" " 作物的養(yǎng)分吸收量是估算農(nóng)田養(yǎng)分移出量的重要參數(shù)［7 ］。從收獲期帶田作物不同部位的吸氮量（表2）可以看出，不同施肥模式下帶田作物對氮的吸收量表現(xiàn)為處理D ＞ 處理E ＞ 處理F ＞ 處理C ＞ 處理G ＞ 處理B ＞ 處理A（CK）。處理D混合植株吸氮量和混合籽粒吸氮量均最高，分別比處理B高32.1%和30.7%；處理D帶田玉米植株吸氮量和籽粒吸氮量均最高，分別比處理B高39.6%和39.0%，而該模式下小麥籽粒吸氮量的增加趨勢不明顯，說明在間作模式下，玉米有更強(qiáng)的養(yǎng)分競爭優(yōu)勢。處理E、處理F盡管氮肥用量減低，但其混合植株吸氮量和混合籽粒吸氮量均高于處理B，分別提高了38.7%～40.0%和22.5%～35.5%。說明有機(jī)肥與化肥配施和養(yǎng)分均衡供給可促進(jìn)帶田作物對氮的吸收。

2.2.2" " 不同施肥模式對帶田作物收獲期植株及籽粒吸磷量的影響" " 從小麥/玉米帶田收獲期吸磷量（表3）可以看出，空白對照的混合植株和籽粒吸磷量均最低。各處理均以處理D的混合植株和混合籽粒吸磷量最高，分別比處理B高48.3%和50.8%；其次為處理E，為212.9 kg/hm2和191.3 kg/hm2，分別比處理B高42.5%和46.5%，但處理D與處理E間差異不顯著。說明增加化肥施用量和有機(jī)肥與化肥配施及養(yǎng)分的均衡供應(yīng)均能促進(jìn)帶田作物對磷的吸收。處理F的混合植株與籽粒吸磷量相對處理B增加較多，分別為30.0%和26.3%；處理C、處理G下帶田作物的吸磷量均較處B略有增加，這反映出合理的施肥運(yùn)籌策略也能提升帶田作物植株和籽粒對磷的吸收。處理E帶田玉米的吸磷量雖然略低于處理D，但其小麥吸磷量顯著高于處理D，說明增加施肥量更利于玉米對磷的吸收，而處理E、處理F均能提高帶田小麥植株和籽粒的吸磷量。

2.2.3" " 不同施肥模式對帶田作物收獲期植株及籽粒吸鉀量的影響" " 對小麥/玉米帶田收獲期吸鉀量的測定結(jié)果（表4）表明，施肥處理的混合植株和籽粒吸鉀量均高于空白對照，說明施肥可以使土壤肥力得到改善，帶田作物的吸鉀量增加，這與陳磊等［8 ］的研究基本一致。在不同施肥模式中，采用處理E或處理F均可顯著增加帶田作物對鉀的吸收，各施肥模式混合籽粒吸鉀量以處理E最高，較處理B增加45.3%。玉米植株和混合植株吸鉀量，均以處理F最高，較處理B分別提高116.4%和69.0%，說明氮磷鉀配施條件下采用控釋肥料更有利于植株對鉀的累積。處理D下，小麥的植株吸鉀量略高于處理B，籽粒吸鉀量則低于處理B，玉米植株、籽粒和混合植株、籽粒吸鉀量均較處理B有所增加，但增加幅度顯著低于處理E。說明增施氮磷肥盡管能在一定程度上促進(jìn)帶田作物對鉀的吸收，但其效果不及處理E和處理F。處理G的小麥、玉米籽粒吸鉀量均較處理B低。

2.3" "不同施肥模式對氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用效率、氮肥農(nóng)學(xué)效率的影響

氮肥的偏生產(chǎn)力（PFP）的大小反映了施入土壤中肥料氮的生產(chǎn)能力［7 ］。從表5可看出，不同施肥模式的氮肥偏生產(chǎn)力依次為處理E ＞ 處理F ＞ 處理C ＞ 處理G ＞ 處理D ＞ 處理B ＞ 處理A（CK），其中處理E氮肥偏生產(chǎn)力分別較處理B、處理D、處理C增加68.8%、38.8%、25.1%，處理C和處理D間差異不顯著。氮肥利用效率（RE）是評價作物對氮肥吸收的主要指標(biāo)［9 ］。不同施肥模式對小麥/玉米帶田的氮肥利用效率影響不同，表現(xiàn)為處理E ＞ 處理F ＞ 處理D ＞ 處理G ＞ 處理C ＞ 處理B ＞ 處理A（CK），其中處理E下間作體系的氮肥利用效率最高，較處理B、處理D分別增加34.5和14.0百分點。氮肥農(nóng)學(xué)效率（AE）是評價肥料增產(chǎn)效應(yīng)較為準(zhǔn)確的指標(biāo)。處理E、處理F的氮肥農(nóng)學(xué)效率均明顯高于其它處理，較處理D增幅分別達(dá)36.9%和19.7%。

2.4" "不同施肥模式收獲后帶田土壤硝態(tài)氮的垂直分布及累積

對不同處理下小麥/玉米帶田收獲后土壤硝態(tài)氮的測定結(jié)果（圖1）表明，表層土壤硝態(tài)氮含量相對較高，隨著土壤剖面垂直向下殘留的硝態(tài)氮含量逐漸降低，至20～40 cm處達(dá)到最低，然后逐漸升高，到100 cm處達(dá)到最高，呈單峰單谷變化趨勢。除空白對照（CK）和處理E外，其它施肥模式均在90～100 cm土層處出現(xiàn)累積峰。帶田土壤中殘留硝態(tài)氮及其分布直接受栽培模式和施氮量的影響，隨施氮量的增加土壤硝態(tài)氮?dú)埩糁饾u增大。小麥帶土壤中硝態(tài)氮的累積量為處理G ＞ 處理D ＞ 處理B ＞ 處理F ＞ 處理C ＞ 處理E ＞ 處理A（CK）；玉米帶幅土壤中硝態(tài)氮的累積量為處理Dgt;處理G ＞ 處理Bgt;處理F ＞ 處理C ＞ 處理E（處理A（CK）（圖2）。相對于處理B和處理D，處理E下0～120 cm土層土壤中的硝態(tài)氮累積量分別減少47.0%～51.7%、43.9%～58.0%，說明合理的栽培措施在確保作物高產(chǎn)的同時，還可使土壤中殘留的硝態(tài)氮處于較低水平，進(jìn)而降低氮素?fù)p失及環(huán)境污染風(fēng)險。

3" "討論與結(jié)論

在本研究條件下，優(yōu)化施肥模式在施用氮肥的基礎(chǔ)上合理配施磷、鉀肥和有機(jī)肥， 促進(jìn)了養(yǎng)分比例的協(xié)調(diào)供給和保持養(yǎng)分平衡，使帶田作物對N、P、K營養(yǎng)元素的吸收增多，玉米籽粒和植株中磷、鉀含量與氮、磷、鉀吸收量都明顯增加，玉米植株中N、P、K的吸收量分別較農(nóng)戶施肥模式增加了70.4、59.8、72.7 kg/hm2。這些都為小麥/玉米帶田產(chǎn)量提高奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)效率是用來表征氮肥利用效率的常用量化指標(biāo)［10 ］。本研究中，增量施肥模式雖然使間作體系吸收了較多的氮素、磷素，但氮肥利用效率反而降低，不利于氮素的有效利用；相對于增量施肥模式，優(yōu)化施肥模式的氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率分別提高了38.8%和36.9%，氮肥利用效率增加了14百分點。說明優(yōu)化施肥模式能夠顯著增加小麥/玉米帶田體系的肥料利用率，實現(xiàn)高產(chǎn)與資源高效利用的協(xié)同提升。

氮肥超量施用及其利用效率不斷下降使得農(nóng)業(yè)面源污染日趨嚴(yán)重，氮、磷、鉀不平衡施用是引起土壤 NO3--N 大量累積的重要因素［7 ］。優(yōu)化施肥模式在提高間作體系產(chǎn)量的前提下，土壤中硝態(tài)氮累積量明顯降低，相對于農(nóng)戶施肥模式和增量施肥模式，0～120 cm土層土壤硝態(tài)氮累積量分別減少47.0%～51.7%、43.9%～58.0%，這既保護(hù)了土壤的理化性質(zhì)，又降低了NO3--N流失造成的地下水污染，實現(xiàn)了耕地可持續(xù)發(fā)展。

增施化肥是保證帶田高產(chǎn)的關(guān)鍵，但又會導(dǎo)致養(yǎng)分資源的過度浪費(fèi)和對土壤環(huán)境的潛在威脅。因此，要實現(xiàn)作物高產(chǎn)與資源高效且環(huán)境友好，就必須走挖掘作物產(chǎn)量潛力和提高土壤生產(chǎn)力，而非過度依賴水肥等大量投入的道路［11 - 12 ］。在西北干旱灌區(qū)的小麥/玉米帶田體系中，采取以有機(jī)肥化肥配施、養(yǎng)分均衡供給與合理運(yùn)籌為核心的優(yōu)化施肥模式，既能充分發(fā)揮作物的增產(chǎn)潛力，又能提高肥料利用效率，減少土壤中的硝態(tài)氮?dú)埩?，對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色增效具有重要意義。

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收稿日期：2022 - 10 - 14

基金項目：國家自然科學(xué)基金（32060261）。

作者簡介：湯" "瑩（1974 — ），男，甘肅臨夏人，副研究員，主要從事耕作栽培及養(yǎng)分資源利用方面的研究工作。Email：344413975@qq.com。