秸稈還田配施氮肥對(duì)豫西旱地麥田土壤速效養(yǎng)分和小麥氮肥利用效率的影響

Effects of Straw Returning Combined with Nitrogen on Soil Available Nutrients and Nitrogen Use Efficiency of Wheat in Western Henan Arid Region

Chai Xueru，Wang Hezheng，Ma Songke， Zhang Dongxia， Zhang Jing， Zhang Junhao，Qiao Changchang，Huang Ming （College of Agriculture， Henan University of Science and Technology， Luoyang 471ooo， China）

AbstractIn order to study the efects of maize straw returning and nitrogen application rate on soil available nutrients and wheat nitrogen uptake，utilization and yield in Western Henan arid region，the wheat cultivar Luohan 22 was used as material and a split plot design was adopted.The main plots were maize straw returning treatments of no straw returning（SO）and total straw returning（S1），and the sub-plots were nitrogen application rates of 0（NO），120（N1），180（N2），240（N3） and 300kg/hm² （N4）. The changes of alkali-hydrolysable nitrogen，nitrate nitrogen，available phosphorus and available potassium contents in 0＼～20- cm and 20～40-cm soil layers under different treatments were studied，and also the effects of different treatments on nitrogen absorptionand nitrogen use eficiency of wheat.The results indicated that，under the same nitrogen application level，compared to SO，the soil alkali-hydrolysable nitrogen，nitrate nitrogen，available phosphorus and available potassium contents in S1 treatment increased abviously. Under the same straw application treatment in the same growth period，the contents of alkali-hydrolysable nitrogen，nitrate nitrogen，available phosphorus and available potassum under the same nitrogen application level in the 0～20 -cm soil layer were higher than those in the 20～40 -cm soil layer. Under the same straw returning treatment， the nitrogen accumulation of each organ increased with the increase of nitrogen application level. Under the same nitrogen application level，the nitrogen accumulation of each organ of S1 was higher than that of SO.Regardless of whether the straw was returned into the field or not，the agronomic nitrogen use eficiency and apparent recovery rate of nitrogen were generally higher at the N2 and N3 level，and the nitrogen partial productivity and nitrogen uptake efficiency decreased with the increase of nitrogen application level. Under the same nitrogen application level，the agronomic nitrogen use efficiency，apparent nitrogen recovery rate，nitrogen partial productivity and nitrogen uptake effciency of S1 treatment were higher than those of SO treatment. Regardless of whether the straw was returned into the field or not，the spike number，grain number per spike，1 O0O-grain weight and yield of wheat increased firstly and then decreased with the increase of nitrogen application rate， and reached the maximum at N3 level. Under the same nitrogen level，compared with SO，the spike number， grain number per spike， 1 000 -grain weight and yield of wheat increased in S1 treatment. The results showed that straw returning combined with application of 180～240kg/hm² nitrogen fertilizer was a suitable cultivation measure torealize the eficient utilization of nitrogen fertilizer resourcesand the high yield of wheat in Western Henan arid region.

KeywordsWheat; Straw returning； Nitrogen application rate; Soil available nutrients； Nitrogen use ef-ficiency；Yield

我國每年有數(shù)萬噸農(nóng)作物秸稈未得到有效利用，部分被露天焚燒。這種處理方式不僅浪費(fèi)了寶貴的生物質(zhì)資源，還引發(fā)了大氣污染和土壤退化等生態(tài)問題[1-2]。作物秸稈富含氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，還田后通過土壤微生物作用分解，能增加土壤養(yǎng)分含量，提高土壤有機(jī)碳含量，保持土壤濕度，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)資源的可持續(xù)發(fā)展[3-4]?？茖W(xué)合理地使用氮肥可以增加土壤肥力，提高作物產(chǎn)量，但過量使用會(huì)導(dǎo)致氮素流失，污染水資源[5]控制氮肥用量，合理施肥，有助于提高氮肥利用效率和產(chǎn)量[6-8]。如何在保證作物產(chǎn)量的同時(shí)，科學(xué)利用秸稈并提高氮肥利用效率，是解決糧食安全和生態(tài)保護(hù)雙重挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。有研究表明，在秸稈還田的情況下，減少 20% 的氮肥不會(huì)影響當(dāng)季水稻產(chǎn)量[9]。秸稈還田和施用氮肥可以改善土壤環(huán)境，增加土壤養(yǎng)分，從而提高作物產(chǎn)量[10-12]。關(guān)于秸稈還田或施氮量對(duì)小麥氮肥利用效率、土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量的影響已有較多研究，但結(jié)果因地區(qū)和種植方式不同而有所差異。本試驗(yàn)旨在探討秸稈還田與不同施氮量處理下土壤速效養(yǎng)分、氮素吸收利用及小麥產(chǎn)量的變化規(guī)律，以期為豫西旱地區(qū)域的小麥生產(chǎn)提供理論依據(jù)

1材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)于2020—2021年和2021—2022 年連續(xù)兩年度在河南科技大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)（ 111^°8^′～ 112^°59^′E，33^°35^′～35^°05^′N ）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地處溫帶，屬于半濕潤(rùn)半干旱大陸性氣候。試驗(yàn)地土壤類型為黃潮土，質(zhì)地為壤土，種植制度為夏玉米-冬小麥輪作。試驗(yàn)前土壤（ 0～20cm） 基本理化性質(zhì)：堿解氮含量 33.9mg/kg 有效磷 6.8mg/kg 、速效鉀118.2mg/kg 、有機(jī)質(zhì) 10.7g/kg 。供試小麥品種為洛旱22號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為玉米秸稈還田處理（S），分別為秸稈不還田（S0）、秸稈全量還田（S1），還田量為 9t/hm² ;副區(qū)為施氮量處理（N），根據(jù)當(dāng)?shù)赝扑]氮肥用量 180kg/hm² （純氮）設(shè)置5個(gè)氮水平，分別為0（N0）、120（N1）、180（N2）、 3）和 300kg/hm²（ N4），共組合為10個(gè)處理。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積12m²（3m×4m） 。秸稈還田是小麥季小麥?zhǔn)斋@后將秸稈全量機(jī)械粉碎覆蓋還田，玉米收獲后將秸稈全量機(jī)械粉碎后深翻（ 30cm^? ）入土，秸稈不還田處理是作物收獲后將秸稈移出田塊。各處理磷肥 （P₂O₅） 用量均為 75kg/hm² ，鉀肥（ 用量為 150kg/hm² ，所有肥料均在小麥播前作基肥一次施入。肥料按小區(qū)稱重撒施后，用旋耕機(jī)旋耕后播種小麥，基本苗統(tǒng)一為300 萬株 ?hm² 。小麥田間管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)大田。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1土壤速效養(yǎng)分含量于小麥拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期和成熟期，各小區(qū)采用5點(diǎn)取樣法采集 0～20cm 和 20～40cm 土層土樣，同土層樣品混勻，自然風(fēng)干后分別過 0.15，1mm 篩，備用。土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，硝態(tài)氮含量用氯化鉀浸提—AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀（SEAL，德國）測(cè)定，速效磷含量用碳酸氫鈉浸提一鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量用醋酸銨浸提一火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.3.2植株氮含量于小麥成熟期，將植株分為莖、葉、穎殼和籽粒4部分， 105^°C 殺青 30min ！75^°C 烘干至恒重后稱重，即為小麥地上部各器官干物質(zhì)量，各部分樣品粉碎后采用 H₂SO₄-H₂O₂ 法消煮，用AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定其氮濃度。根據(jù)不同器官氮濃度計(jì)算小麥氮素積累量。

1.3.3 氮肥利用效率 各指標(biāo)計(jì)算公式如下：

氮肥農(nóng)學(xué)利用率 Σ=Σ （施氮區(qū)小麥產(chǎn)量-不施氮 區(qū)小麥產(chǎn)量）/施氮量；氮肥表觀回收率 （%）= （施氮區(qū)植株吸氮量-不施氮區(qū)植株吸氮量）/施 氮量 ×100 ；氮素吸收效率 Σ=Σ 植株氮素吸收量/施 氮量；氮肥偏生產(chǎn)力 Σ=Σ 籽粒產(chǎn)量/施氮量。

1.3.4產(chǎn)量及其構(gòu)成因素于小麥成熟期，調(diào)查各小區(qū) 1m 雙行單位面積總穗數(shù)，收獲后脫粒稱重，折算產(chǎn)量。每小區(qū)隨機(jī)取20株小麥，調(diào)查穗粒數(shù)、千粒重等。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用MicrosoftExcel2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS26軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，用DPS7.05軟件進(jìn)行方差分析，差異顯著性分析用Duncan’s新復(fù)極差法，用Origin2024軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田配施氮肥對(duì)麥田土壤堿解氮含量 的影響

兩年試驗(yàn)結(jié)果（表1）表明，各處理土壤堿解氮含量均隨小麥生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程呈先降低后增加的變化趨勢(shì)，無論秸稈還田與否，土壤堿解氮含量均隨施氮量的增加而增加。同一生育時(shí)期同一還田方式下，各處理土壤堿解氮含量大多隨土層加深而逐漸降低。2021年小麥灌漿期 0～20cm 土層土壤堿解氮含量最低，且S1處理高于SO處理，增幅為 8.0%～28.8% ;與SONO處理相比，灌漿期 0～ 20cm 和 20～40cm 土層S1N4處理土壤堿解氮含量?jī)赡昶骄岣?62.3% 和 78.0% 。2021年和2022年，秸稈還田條件下，從小麥拔節(jié)期至成熟期，與 20～40cm 土層相比， 0～20cm 土層堿解氮含量平均提高 27.9% 和 15.6% 。說明秸稈還田更有利于 0～20cm 土層土壤堿解氮的積累

2.2 秸稈還田配施氮肥對(duì)麥田土壤硝態(tài)氮含量 的影響

兩年試驗(yàn)結(jié)果（表2）表明，隨著施氮量的增加，SO和S1處理下土壤硝態(tài)氮含量均隨小麥生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程呈先增加后降低趨勢(shì)。同一施氮水平下，各土層硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為S1處理大多高于S0處理；處理間比較，2021年不同生育時(shí)期土壤硝態(tài)氮含量均以S1N3處理最高，2022年則以S1N4處理最高，且大多顯著高于其他處理。2021年和2022年，從小麥拔節(jié)期至成熟期，S1處理的0～20cm 王層土壤硝態(tài)氮含量比S0處理分別平均提高 24.5% 和 12.4% ， 20～40cm 土層平均提高18.3% 和 13.2% ；同一生育時(shí)期相同秸稈還田處理下，同一施氮水平處理的土壤硝態(tài)氮含量隨土層深度增加基本呈減少趨勢(shì)，成熟期S1處理下0～20cm 土層土壤硝態(tài)氮含量比 20～40cm 土層平均高出 28.5% 。

2.3 秸稈還田配施氮肥對(duì)麥田土壤速效磷含量的影響

由表3看出， 0～20cm 土層土壤速效磷含量隨小麥生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程整體呈降低趨勢(shì)， 20～40cm 王層整體呈先降低后緩慢增加趨勢(shì)；無論秸稈還田與否，土攘速效磷含量大多隨施氮量的增加而增加。同一施氮水平下，各土層速效磷含量大多表現(xiàn)為S1處理高于S0處理；處理間比較，不同生育時(shí)期兩個(gè)土層土壤速效磷含量均以S1N4處理最高，且大多與S1N3處理無顯著差異。2021年和2022年，小麥拔節(jié)期至成熟期，與S0處理相比，S1處理的 0～20cm 土層土壤速效磷含量分別平均提高 8.0% 和 10.6% ， 20～40cm 土層分別平均提高 4.8% 和 12.1% ;同一生育時(shí)期相同秸稈還田處理下，同一施氮水平處理的土壤速效磷含量隨土層加深而逐漸降低，成熟期S1處理的 0～20 cm土層土壤速效磷含量比 20～40cm 土層平均高出 14.6% 。

2.4 秸稈還田配施氮肥對(duì)麥田土壤速效鉀含量的影響

由表4看出，無論秸稈還田與否，土壤速效鉀含量總體上隨施氮量的增加而增加。2021年和2022年，小麥拔節(jié)期至成熟期，S1處理的0～20cm土層土壤速效鉀含量較S0處理分別平均提高9.8% 和 10.7% ， 20～40 cm土層分別平均提高9.6% 和 11.3% ；同一生育時(shí)期相同秸稈還田處理下，同一氮水平處理的 0～20cm 土層土壤速效鉀含量均高于 0～40cm 土層。其中，成熟期S1處理的 0～20cm 土層土壤速效鉀含量比 20～40cm土層平均高出 32.6% 。

2.5 秸稈還田配施氮肥對(duì)小麥各器官氮素積累量的影響

由表5可以看出，相同施氮量處理下，成熟期各器官的氮素積累量表現(xiàn)為S1處理大多顯著高于S0;與S0相比，S1處理小麥籽粒、莖、葉和穎殼2021年分別平均提高 18.5%.9.6%.27.0% 和6.7% ，2022年分別平均提高 14.6%.14.9% ）13.5% 和 16.1% 。年度間比較，2022年籽粒、葉氮素積累量總體上高于2021年，莖、穎殼氮素積累量則相反。

2.6 秸稈還田配施氮肥對(duì)小麥氮肥利用效率的 影響

從圖1、圖2可以看出，無論秸稈還田與否，隨著施氮量增加，氮肥農(nóng)學(xué)利用率和表觀回收率均呈先增加后降低的趨勢(shì)。秸稈還田條件下（S1）不同施氮水平處理間比較，氮肥農(nóng)學(xué)利用率和表觀回收率兩年均以N2處理最高，與N1水平相比分別平均提高 18.0% 和 5.8% ;而秸稈不還田（S0）條件下，2021年以N2處理最高，2022年以N3處理最高，說明秸稈還田能夠維持氮素供應(yīng)穩(wěn)定性。兩年試驗(yàn)結(jié)果表明，不同施氮量處理氮肥偏生產(chǎn)力和氮素吸收效率差異均達(dá)顯著水平，其中均以N1處理最高，N4處理最低，秸稈還田條件下氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥吸收效率，N4處理較N1兩年平均降低 52.0% 和 57.3% 。與SO 處理相比，S1處理下2021和2022年小麥氮肥農(nóng)學(xué)利用率、表觀回收率、偏生產(chǎn)力及氮素吸收效率分別平均提高 17.6% 和 10.4%，17.8% 和 16.3% ） 9.4% 和11.4% 、 18.0% 和 15.1% 。

2.7 秸稈還田配施氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表6可以看出，相同秸稈還田條件下，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量總體上隨施氮量增加呈先增加后減少趨勢(shì)，在N3水平下達(dá)到最大。小麥兩個(gè)生長(zhǎng)季，同一施氮水平下，小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均表現(xiàn)為S1高于SO處理，與SO 相比，S1處理小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量2021年分別平均提高 3.2%.2.9%.1.5% 和 8.6% ，2022年分別平均提高 5.2%.2.6%.2.6% 和 10.6% 。2022年與2021年相比，相同處理下，除穗數(shù)低于2021年外，穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均有所提高。處理間比較，兩年度小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均以S1N3處理最高，其中2021年產(chǎn)量為7059.33kg/hm² ，2022年為 8270.86kg/hm² 。

3討論與結(jié)論

3.1 秸稈還田配施氮肥對(duì)麥田土壤速效養(yǎng)分含量的影響

土壤速效養(yǎng)分含量是反映土壤肥力狀況的重要指標(biāo)，秸稈中含有氮磷鉀等大量營(yíng)養(yǎng)元素，腐解后可補(bǔ)充和平衡土壤速效養(yǎng)分，提高土壤肥力[7，13]。研究表明，秸稈直接還田可以有效提高0～20、20～40cm 土層土壤有效氮、有效磷和速效鉀含量，且隨土層加深而降低[14-17]。本研究中，同一生育時(shí)期和相同施氮量處理下，總體表現(xiàn)為0～20cm 土層土壤堿解氮、硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量高于 20～40cm 土層，這與前人的研究結(jié)果一致[18]；秸稈還田配施氮肥有利于提高土壤中速效磷、速效鉀、堿解氮和硝態(tài)氮含量，以秸稈還田配施氮肥（純N） 240～300kg/hm² 提升效果較好。

3.2 秸稈還田配施氮肥對(duì)小麥氮素吸收利用的影響

秸稈還田條件下施氮可促進(jìn)秸稈腐熟，提高氮素供應(yīng)水平和氮肥利用效率[19-20]。有研究表明，秸稈還田配施氮肥可提高成熟期小麥地上部各器官氮素積累量[21-22]。本試驗(yàn)中，秸稈還田配施適量氮肥處理下，成熟期小麥籽粒、葉、莖、穎殼的氮素積累量顯著提高，與上述研究結(jié)果一致。秸稈還田條件下適量施用氮肥可提高氮肥利用效率，促進(jìn)小麥對(duì)氮素的吸收利用[23-24]。王金金等[25]研究表明，在玉米秸稈還田條件下冬小麥配施純氮 150～225kg/hm² 處理效果較好，可顯著提高氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率，并且增加了經(jīng)濟(jì)效益，具有較高的產(chǎn)投比。本研究中，秸稈還田條件下氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀回收率在施氮量為 180kg/hm² 時(shí)達(dá)到最高，之后降低，與上述研究結(jié)果相似。秸稈還田配施氮肥較單施氮肥更利于氮肥利用效率提高[26-28]，本研究也表明，秸稈還田配施不同用量氮肥對(duì)小麥的氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀回收率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率均有明顯影響。

3.3 秸稈還田配施氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

陳松鶴等[29]研究表明，秸稈還田可改變土壤肥力，提高小麥產(chǎn)量。易媛等[23]研究認(rèn)為，合理設(shè)置氮肥運(yùn)籌可以增加小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，且施氮量為 水平下穗數(shù)最多。本試驗(yàn)結(jié)果表明，S1處理小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量?jī)?yōu)于S0處理。表明秸稈還田條件下合理施用氮肥有利于產(chǎn)量的增加。有研究表明，適量施氮可有效提高小麥產(chǎn)量，過量施氮有減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)[30-32]。本試驗(yàn)條件下，隨著施氮量增加，無論秸稈還田與否，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重總體上表現(xiàn)為先增后降，當(dāng)施氮量超過 180kg/hm² 時(shí)小麥產(chǎn)量增幅較低;但施氮量超過 240kg/hm² 時(shí)，小麥產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，因此，秸稈還田配施 180kg/hm² 氮素用量更適于豫西旱作區(qū)小麥生產(chǎn)，在確保小麥高產(chǎn)的前提下實(shí)現(xiàn)肥料資源的合理利用。

總體上看，秸稈還田配施氮肥可提高土壤堿解氮、硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量，同一生育時(shí)期土壤各養(yǎng)分含量整體表現(xiàn)為 S1N4gt;S1N3gt;S1N2gt;S1N1 ，且 0～20cm 土層高于 20～40cm 土層；秸稈還田配施氮肥（純氮） 240kg/hm² 條件下小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均最高，但施氮量為180kg/hm² 時(shí)氮肥農(nóng)學(xué)利用率和表觀回收率最高。綜上，秸稈還田配施 180～240kg/hm² 氮肥（純氮）是適宜豫西旱區(qū)的一種小麥栽培措施，可實(shí)現(xiàn)氮肥資源的高效利用，提高小麥產(chǎn)量。

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