氮磷配施和施肥方式對潮土小麥氮吸收利用的影響

蘇同慶，邢 璐，王火焰

（1．北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西地表過程與智能模擬重點實驗室，南寧師范大學，廣西 南寧 530001；2．金正大生態(tài)工程集團股份有限公司，山東 臨沭 276700；3．土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，中國科學院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008；4．中國科學院大學，北京 100049）

華北平原是我國主要糧食產(chǎn)區(qū)之一，糧食作物主要是冬小麥-夏玉米，周年輪作。在作物生長期間，化學肥料的持續(xù)大量施用，在提高作物產(chǎn)量的同時，也對生態(tài)環(huán)境造成了一定壓力。肥料施用的主要目的是在可接受的環(huán)境效應(yīng)范圍內(nèi)，獲得較高的目標產(chǎn)量、產(chǎn)品品質(zhì)和經(jīng)濟效益并維持或提高土壤肥力［1］。改進施用肥料種類和施肥方式以提高肥料利用率、減輕環(huán)境壓力是農(nóng)業(yè)發(fā)展亟須解決的問題。

作物對不同形態(tài)氮肥的喜好不同，在相同施氮量下，不同形態(tài)氮肥的增產(chǎn)效果和肥料利用率也不相同。有研究顯示，在黃河三角洲玉米大田試驗中，尿素增產(chǎn)效果優(yōu)于硫酸銨［2］，在云南三七試驗中，尿素增產(chǎn)效果優(yōu)于銨態(tài)氮肥［3］，而在庫布齊沙地柳枝稷和四川西部蒙山春茶產(chǎn)量提高方面尿素效果不如銨態(tài)氮肥［4-5］。改進氮肥施用方法，將氮肥施在作物近根區(qū)，使氮肥養(yǎng)分釋放與作物的吸收利用盡可能地匹配［6］，是減少氮肥損失、提高氮肥利用率的另一有效途徑。已有研究表明，相比表面撒施或撒施后旋耕，氮肥穴施或條施提高了江西和湖北的油菜產(chǎn)量、氮素吸收量和氮肥利用率［7］；在美國密蘇里州，氮肥深施有利于玉米產(chǎn)量和氮肥利用率的提高［8］；在華南雙季稻區(qū)、華中免耕稻田、環(huán)太湖單季中稻區(qū)和孟加拉國南部地區(qū)，較常規(guī)撒施，氮肥深施顯著提高了水稻的氮累積量、水稻產(chǎn)量和氮肥利用率［9-12］。但是，對于不同種類氮磷配施和施用方式對潮土小麥氮吸收利用和氮肥利用率的研究仍十分匱乏。

作物吸收的氮，既可能來源于當季施用的氮肥，也可能來源于前茬施用的氮肥和土壤氮。肥料中的養(yǎng)分與土壤中的養(yǎng)分庫會不可避免地發(fā)生替代，在養(yǎng)分固定能力較強的土壤中這種替代的比例會很高。差減法氮肥利用率不能區(qū)分作物吸收的氮素來自當季施用氮肥還是土壤氮，且其受土壤肥力的影響顯著［13］，因此，單純使用差減法氮肥利用率不能真實地反映當季施用的氮肥被作物吸收利用的情況。本研究通過盆栽試驗探討不同種類氮磷配施和施用方式對小麥氮吸收利用的影響，同時用15N標記氮肥，探究當季施用氮肥的差減法氮肥利用率和15N示蹤法氮肥利用率，為華北平原冬小麥種植的科學施肥和氮肥利用率的合理評估提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗選用土壤采自河北省衡水市郊（37°44′ N，115°47′E）。衡水市地處河北省平原中部，地勢平坦，屬于大陸季風氣候區(qū)，四季分明，全年0 ℃以上積溫為4863 ℃，年日照時數(shù)為2563 h。盆栽用土為0 ～20 cm耕地表層土壤，類型為潮土，質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，pH 8.29（土水比1∶2.5），有機質(zhì)18.4 g·kg-1，全氮1.25 g·kg-1，全磷0.64 g·kg-1，堿解氮88.20 mg·kg-1，土壤風干過2 mm篩備用。供試的小麥品種為寧麥13（Triticum aestivumL.），供試氮肥為尿素（N1）和硫酸銨（N2），配施磷肥為磷酸二氫鈣（P1）和磷酸氫二銨（P2），其中N1、N2、P2中的氮均為15N標記，且均購買自上?；ぱ芯吭?。

1.2 試驗設(shè)計與樣品采集測定

試驗在中國科學院南京土壤研究所溫室內(nèi)進行。選用長方體盆缽（35 cm×25 cm×12 cm），每盆裝土10 kg。氮肥與磷肥4種組合為：①尿素與磷酸二氫鈣共施（P1N1）；②硫酸銨與磷酸二氫鈣共施（P1N2）；③尿素與磷酸氫二銨共施（P2N1）；④硫酸銨與磷酸氫二銨共施（P2N2）。氮磷肥以N 0.1 g·kg-1、P2O50.1 g·kg-1施肥量分3種施肥方式施用：全土混施（A），垂直方向土下5 cm、水平方向小麥根側(cè)0 cm（B）和垂直方向土下5 cm、水平方向小麥根側(cè)12 cm（C），同時設(shè)置不施肥對照處理（CK），共13個處理，每個處理重復3次，共計39盆。鉀肥為氯化鉀（K2O 0.1 g·kg-1），中微量元素為阿農(nóng)營養(yǎng)液（100倍，10 mL·kg-1），與全土混勻施用。選取25粒均一的催芽后小麥種子平行于施肥條帶等株距條播，其他管理與田間一致。

小麥成熟后，分別采集秸稈與籽粒，洗凈、烘干、磨碎，用硫酸-混合加速劑-蒸餾法測定全氮含量，用質(zhì)譜法測定15N含量［14］。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010處理、Origin 8.5作圖，并用SPSS 20.0進行統(tǒng)計分析。圖中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，不同字母表示差異顯著（one-way ANOVA，LSD，P＜0.05）。

相關(guān)計算如下：

氮收獲指數(shù)=小麥籽粒吸氮量/地上吸氮量

肥料氮收獲指數(shù)=小麥籽粒15N累積量/地上15N累積量

差減法氮肥利用率（%）=（施氮處理地上吸氮量-對照處理地上吸氮量）/施氮量×100

15N示蹤法氮肥利用率（%）=施氮處理地上15N累積量/15N施用量×100

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷配施和施肥方式對小麥吸氮量和氮收獲指數(shù)的影響

氮磷配施和施肥方式對小麥秸稈、籽粒、地上吸氮量和氮收獲指數(shù)影響不同（圖1，表1）。與不施肥的CK相比，不同施肥處理小麥地上吸氮量顯著提高，但氮磷配施和施肥方式對其均沒有顯著影響。所有施肥處理的小麥籽粒吸氮量均顯著高于CK（0.23 g·盆-1），且P1N2和P2N1的B施肥方式效果顯著優(yōu)于A。其中，P1N2的B施肥方式小麥籽粒吸氮量最高，達到0.66 g·盆-1，而P2N1的A施肥方式最低，僅為0.39 g·盆-1。與之不同，P1N1、P2N1和P2N2的A施肥方式小麥秸稈吸氮量顯著高于B和C，且B和C之間差異不顯著。在A施肥方式中，P2N1的小麥秸稈吸氮量最高（0.41 g·盆-1），是CK處理（0.06 g·盆-1）的6.6倍。除P2N1外，B和C施肥方式的氮收獲指數(shù)與CK沒有顯著差異，但施肥方式B顯著高于A施肥方式。在A施肥方式下，無論是尿素N1，還是硫酸銨N2，均是與磷酸二氫鈣P1配施較與磷酸氫二銨P2配施氮收獲指數(shù)高。

圖1 不同氮磷配施和施肥方式下小麥吸氮量和氮收獲指數(shù)

2.2 氮磷配施和施肥方式對小麥15N累積量和肥料氮收獲指數(shù)的影響

氮磷配施和施肥方式對小麥秸稈、籽粒、地上15N累積量和肥料氮收獲指數(shù)影響各異（圖2、表1）。對于小麥秸稈而言，P1N1、P2N1和P2N2組合的A施肥方式15N累積量均顯著高于C施肥方式，其中，P2N1的A施肥方式秸稈15N累積量為0.19 g·盆-1，是P1N1的B施肥方式的190%，表明A施肥方式，即全土混施更有利于小麥生長前期對氮肥的吸收利用。對于小麥籽粒而言，P1N2、P2N1和P2N2組合的B施肥方式15N累積量均顯著高于A施肥方式，以P1N2的B施肥方式最高（0.37 g·盆-1），表明B施肥方式，即土下5 cm、小麥根側(cè)0 cm施肥更有利于小麥生長后期，即籽粒形成過程中對氮肥的吸收利用。小麥地上15N累積量與小麥籽粒呈現(xiàn)類似的規(guī)律。對于肥料氮收獲指數(shù)，不同肥料組合的B施肥方式均顯著高于A施肥方式，且在施肥方式A下，無論是尿素N1，還是硫酸銨N2，均是與磷酸二氫鈣P1配施較與磷酸氫二銨P2配施肥料的氮收獲指數(shù)高。

圖2 不同氮磷配施和施肥方式下小麥15N累積量和肥料氮收獲指數(shù)

表1 肥料種類、施肥方式及其相互作用對相關(guān)指標（不含對照）的影響（F值）

2.3 氮磷配施和施肥方式對小麥15N累積量與吸氮量比例的影響

施肥方式對小麥秸稈、籽粒、地上15N累積量與吸氮量比例有不同影響（圖3，表1）。對于小麥秸稈，P1N2、P2N1和P2N2肥料組合的B施肥方式15N累積量與吸氮量比例最高，C施肥方式次之，A施肥方式最低。且在A施肥方式中，尿素N1的比例較硫酸銨N2的比例高。對于小麥籽粒，所有肥料組合的B和C施肥方式均顯著高于A，但是僅有P2N2的B施肥方式顯著高于C，P1N1、P1N2和P2N1的B和C施肥方式差異不顯著，這可能是因為氮肥作為基肥一次性施用，小麥生長前期，氮肥充足，小麥更多利用氮肥，后期氮肥供應(yīng)不足，小麥更多利用土壤氮。小麥地上15N累積量/吸氮量比值趨勢與小麥秸稈類似，在P1N2、P2N1和P2N2肥料組合下均呈現(xiàn)施肥方式B＞C＞A的規(guī)律。

圖3 不同氮磷配施和施肥方式下小麥15N累積量與吸氮量比例

2.4 氮磷配施和施肥方式對小麥氮肥利用率的影響

氮磷配施和施肥方式對小麥差減法氮肥利用率和15N示蹤法氮肥利用率影響有顯著差異（圖4，表1）。對于小麥差減法氮肥利用率，同一肥料組合的不同施肥方式之間沒有顯著差異，同一施肥方式的不同肥料組合之間，除了P1N2的B施肥方式顯著高于P2N2的B施肥方式外，其他均差異不顯著。對于15N示蹤法氮肥利用率，P1N2、P2N1和P2N2不同肥料組合的同一施肥方式之間沒有顯著差異，同一肥料組合的不同施肥方式之間，B施肥方式顯著高于A施肥方式，表明與全土混施相比，土下5 cm、小麥根側(cè)0 cm氮肥條施的15N示蹤法氮肥利用率更高。

圖4 不同氮磷配施和施肥方式下小麥差減法氮肥利用率和15N示蹤法氮肥利用率

3 討論

氮肥和配施磷肥種類顯著影響了小麥對氮肥的吸收利用。同一施肥方式下的不同氮肥對秸稈15N累積量沒有顯著影響，其原因是在小麥早期營養(yǎng)生長階段，土壤中可利用氮素和氮肥總量充足，均能滿足小麥生長所需，但磷酸氫二銨配施較磷酸二氫鈣配施顯著促進了小麥秸稈對尿素態(tài)氮肥的吸收（圖2，小麥秸稈P2N1-B＞P1N1-B）。對于小麥籽粒15N累積量，尿素態(tài)氮肥處理含量顯著高于硫酸銨氮肥處理（圖2，小麥籽粒P1N1-A＞P1N2-A），且磷酸二氫鈣較磷酸氫二銨顯著促進了小麥籽粒對尿素態(tài)氮肥的吸收（圖2，小麥籽粒P1N1-A＞P2N1-A），這可能與不同形態(tài)氮肥對植物收獲器官的促進作用不同有關(guān)。研究顯示，尿素對于大田試驗中玉米、小麥的增產(chǎn)效果優(yōu)于銨態(tài)氮肥［2，15］，而尿素在檳榔幼苗植株全氮含量提高方面［16］與在柳枝稷、蒙山春茶和甘薯產(chǎn)量提高方面的效果相比，不如銨態(tài)氮肥［4-5，17］，即銨態(tài)氮肥在促進營養(yǎng)生長方面更優(yōu)，尿素則在促進籽粒形成方面更佳，這與本試驗?zāi)蛩靥幚硇←溩蚜?5N累積量顯著高于硫酸銨處理的結(jié)果一致。

氮肥的施用方式顯著影響了小麥對氮肥的吸收利用。營養(yǎng)生長階段，全土混施處理小麥吸收更多甚至過多的氮形成營養(yǎng)器官，即秸稈；生殖生長階段，小麥不能獲取足量的氮形成籽粒，因此小麥肥料氮收獲指數(shù)較低。土下5 cm、根側(cè)0 cm條施，在一定程度上起到了緩釋作用，避免了小麥秸稈形成時期氮肥的奢侈吸收，保證更多的氮肥用于籽粒形成，故小麥肥料氮收獲指數(shù)較高。從肥料氮收獲指數(shù)和15N示蹤法氮肥利用率總體來看，該試驗中肥料全土混施處理當季利用效率最低，土下5 cm、根側(cè)0 cm條施處理最高，且顯著高于全土混施處理。前人研究表明，氮肥穴施、條施深施均較常規(guī)表面撒施提高了氮素吸收、氮累積量和氮肥利用率［7-12］。在江蘇，穗肥氮肥減量10%的同時基肥側(cè)位深施相較撒施能夠保證水稻產(chǎn)量不減少，同時提高水稻氮素吸收利用的效率和氮素吸收利用率［18］；在施肥次數(shù)和施肥量均相同的情況下，基肥側(cè)深施用較常規(guī)撒施顯著提高了水稻產(chǎn)量［19-20］。在黑龍江，側(cè)深施肥和點深施肥的寒地水稻產(chǎn)量和氮肥利用率均較全層施肥更高［21］。因此，氮肥穴施、條施深施既能提高氮肥利用率，又能減少氨揮發(fā)對大氣環(huán)境的壓力［22］，是合理施用氮肥的一條有效途徑。

差減法氮肥利用率［23-24］和15N示蹤法氮肥利用率［25-26］是評估氮肥利用效率的常用指標。本試驗中，15N示蹤法氮肥利用率較差減法氮肥利用率低，且在差減法氮肥利用率中沒有顯著差異的處理在15N示蹤法氮肥利用率中表現(xiàn)出了顯著的差異。之前的研究表明，15N示蹤法氮肥利用率比差減法氮肥利用率低，是由于差減法氮肥利用率包括了作物因施氮肥而多吸收的土壤氮［27］。肥料施入土壤后，肥料中的養(yǎng)分與土壤中的養(yǎng)分不可避免地發(fā)生替代，土壤對肥料養(yǎng)分的這種固定和替代能力正是土壤保肥能力的關(guān)鍵所在［13］。有15N示蹤研究證實，一次性施用的標記氮肥在土壤中的殘留氮在今后不斷被作物吸收利用或損失掉的過程將持續(xù)數(shù)十年［28］。土壤肥力越高，差減法氮肥利用率與15N示蹤法氮肥利用率相差越大，反之亦然。因此，在選擇使用差減法氮肥利用率或15N示蹤法氮肥利用率時，應(yīng)該具體情況具體對待：如果土壤肥力較低，選用兩種指標差別不大；如果土壤肥力較高，在評價氮肥效果時，應(yīng)該使用更能反映施用氮肥后作物氮素營養(yǎng)的實際提高程度的差減法氮肥利用率；在研究氮肥的轉(zhuǎn)化和去向時，應(yīng)該使用更能反映化肥氮的利用、殘留及損失的15N示蹤法氮肥利用率［27］。

本研究為一季冬小麥的盆栽試驗，結(jié)果存在一定的偶然性，因此，后續(xù)將開展相應(yīng)的微區(qū)試驗和大田試驗，進一步探討不同種類氮磷配施和施用方式對小麥氮吸收利用的影響，以期得到更為準確的結(jié)果用來指導小麥生產(chǎn)實踐。

4 結(jié)論

在潮土小麥施肥措施中，氮肥在一定土層深度集中施用不僅可以提高氮肥利用率，還可以減少其以氨揮發(fā)方式向大氣的流失。本研究中，15N示蹤法氮肥利用率能更好地反映小麥對當季施用化肥氮的吸收利用情況。