不同施肥量和方式对小麦产量及土壤硝态氮的影响

不同施肥量和方式对小麦产量及土壤硝态氮的影响摘要:通过大田试验研究了不同氮素水平下有机无机肥料配施对小麦产量和土壤硝态氮累积量的影响｡结果表明,小麦产量随着氮素水平的提高而增加,同一施氮水平下,有机无机肥料配施方式下小麦的产量均显著高于单施有机肥或者单施无机肥｡土壤中的硝态氮累积量随施氮量增加而升高,同一施氮水平下不同配施方式之间土体中的硝态氮累积量随着配施方式中无机氮肥所占比例的增加而升高｡综合考虑冬小麦产量和土壤硝态氮累积量两个因素,纯氮施入量200 kg/hm2,75%的氮由有机肥提供､25%的氮由尿素提供的处理为较理想的氮素施用水平和配比组合｡关键词:冬小麦;施氮量;有机无机配施;产量;土壤硝态氮Effects of Nitrogen Fertilizer Rate and Combined Application of Organic Manure and Chemical Fertilizer on the Yield of Winter-wheat and Accumulation of NO3-N in SoilAbstract: The influence of combined application of organic and chemical fertilizer at different nitrogen levels on the yield of winter-wheat and the accumulation of NO3-N in soil were studied in this paper. The yield of winter-wheat increased with the increasing of nitrogen levels. At the same nitrogen level, the yield under the combined application condition of organic and chemical fertilizer were higher than that under single application conditon. The content of soil NO3-N increased with increasing of nitrogen application rate in different stages of winter wheat. Compared with the single application of chemical fertilizer, application of organic fertilizer and combined application of organic manure and chemical fertilizer could effectively decrease the content of soil NO3-N. Taking a comprehensive consideration on the yield of winter wheat and the accumulation of NO3-N in soil, the best nitrogen level was 200 kg/hm2 provided by organic fertilizer and chemical fertilizer with the proportion of 75% and 25% respectively.Key words: winter-wheat; nitrogen fertilizer rate; combined application of organic manure and chemical fertilizer;yield;soil NO3-N华北平原是典型的高产农区,也是我国的主要产粮区,冬小麦为该区主要的作物｡为了获得高产,该地区氮肥年用量在400 kg/hm2以上,有些区域甚至超过500 kg/hm2,硝态氮淋溶损失严重[1]｡氮肥过量施用会导致氮肥利用率显著下降,造成资源浪费,同时对生态环境构成潜在威胁,这不仅是农业生产经济效益的问题,更是关乎生态环境以及人类健康的问题[2,3]｡因而,在保证作物高产､优质的前提下,寻找控制氮素淋失途径显得尤为重要｡一些研究发现,过量施用氮素所导致的硝态氮吸收与还原转化不平衡是产生硝酸盐大量累积的根本原因[4-7]｡配方施肥对土壤肥力和作物产量的影响已多有报道[8-10]｡试验采用田间定位监测方法,分析冬小麦田不同氮肥施用量及有机无机肥配施条件下,小麦产量和土壤硝态氮含量的变化规律,为有机无机肥料配施提供科学依据｡1材料与方法1.1试验材料试验地点位于天津市西青区辛口镇,地处华北平原东北部,属暖温带半湿润气候｡耕作制度为冬小麦､夏玉米一年两熟｡冬小麦的生育期一般为10月上旬至翌年6月上旬｡土壤属中壤质潮土,土壤肥力水平基本一致｡供试土壤耕层容重 1.32 g/cm3,pH值8.4,有机质18.7 g/kg,全氮2.1 g/kg,有效磷7.5 mg/kg,速效钾107.9 mg/kg｡供试冬小麦为当地主栽品种京冬8号｡无机肥选用尿素(N≥46%),有机肥选用天津市宝坻区洲潮生物有机肥研究所生产的洲潮牌纯鸡粪有机肥,含氮量为2.50%｡1.2试验设计根据土壤的供肥能力､小麦需肥量以及吸收效率,设计施肥水平和配施比例｡纯氮施入量设100､200､300､400 kg/hm2 4个水平,每个施氮水平下设置了100%有机肥､75%有机肥+25%尿素､50%有机肥+50%尿素和100%尿素4个处理,共形成16个处理组合,分别为N11､N12､N13､N14､N21､N22､N23､N24､N31､N32､N33､N34､N41､N42､N43､N44(其中,N11指第一个氮素水平下的第一个有机无机肥料配比组合,其他同理)｡每个处理3次重复,随机区组排列,共48个小区｡设对照小区2个,每个小区面积20 m2｡氮肥基肥､追肥比为4∶6,追肥在冬小麦返青期施入｡生产期间灌水3次,即播种前浇足底墒水,返青期灌水1次,孕穗期浇水1次｡其他田间管理措施按常规进行｡1.3测定方法在播种期､拔节期､孕穗期､扬花期和收获期采集土壤样品｡取土深为2 m,1 m以内每20 cm为1层,1 m以下分2层(100~150 cm､150~200 cm)｡每个小区随机取5个点,混合制样｡将样品放入-20℃冰箱中冷冻保存,解冻后测定土壤硝态氮含量｡土壤硝态氮的含量采用2mol/L的KCl溶液浸提-紫外分光光度法测定｡不同施肥处理下0~200 cm土体硝态氮的累积量通过公式(1)计算:Naccumulate(kg/hm2)=∑ZρdC/10(1)式中,Z为土层厚度(cm),ρd为每层土壤容重(g/cm3),C为各层土壤硝态氮的含量(mg/kg)小麦产量测定:每小区收获3 m2,风干后进行室内考种并脱粒测产｡1.4数据处理方法数据处理使用Excel统计程序､DPS 2003和SigmaPlot软件进行统计分析｡2结果与分析2.1不同氮素水平下有机无机肥配施对小麦产量的影响施肥能够显著提高小麦产量｡由表1可以看出,小麦产量随着施氮水平的提高而增加,各施肥方式下,小麦产量均以400 kg/hm2 N水平下产量最高,不施肥的对照小麦产量最低｡各施肥处理与对照相比增产显著,增幅在27.2%~68.2%｡100､200 kg/hm2N水平下施肥增产效果明显,随着施氮水平的提高,小麦增产幅度较大,300､400 kg/hm2 N水平下虽然随着施氮水平的提高,小麦产量在逐步升高,但是产量增加幅度变化不大｡同一施氮水平下,有机无机肥料配施方式下小麦的产量均显著高于单施有机肥或者单施无机肥｡100､200､300 kg/hm2 N水平下,小麦产量以N12､N22､N32处理最高,分别为5 014.5､5 761.5､5 823.6 kg/hm2,以N11､N21､N31处理产量最低,分别为4 438.6､5 373.3和5 601.2 kg/hm2,400 kg/hm2 N水平下,小麦产量以N43处理最高,为5 870.6 kg/hm2,以N41处理的5 678.2 kg/hm2为最低｡各施肥处理与对照相比产量差异显著,高施氮水平下各施肥处理与低施氮水平下各施肥处理差异显著,施肥能够显著提高小麦产量｡在施氮量不大于300 kg/hm2 N时,以75%的N由有机肥提供､25%的N由尿素提供的配施比例增产效果最好,此时有机无机肥配施能显著提高小麦产量｡2.2不同氮肥施用量对土壤硝态氮累积量的影响影响农田土壤硝态氮淋失的因素有肥料的品种与用量､地面接水量､土壤质地､作物种类､土壤-植物系统的组合特征等｡其中,肥料的品种与用量是影响硝态氮淋失的主要因素[11]｡冬小麦收获后,不同施氮水平下各处理0~200 cm土体硝态氮累积量如图1所示｡由图1可见,同一施肥方式下冬小麦收获后0~200 cm土体中硝态氮累积量随着施氮量的增加而增加,均以400 kg/hm2 N水平为最高｡对各配施方式下0~200 cm土体中的硝态氮累积量与施入的氮肥量进行相关分析,得出100%有机肥施肥方式下氮肥施用量与该施肥方式下0~200 cm硝态氮累积量的相关系数为0.997 2, 75%有机肥+25%无机肥､50%有机肥+50%无机肥､100%无机肥施肥方式下相关系数分别为0.975 3､0.920 1､0.997 4,土壤中的硝态氮累积量均与施氮量显著相关｡对于冬小麦来说,90%以上的根系集中在0~90 cm土层,仅有少量根系可下扎到200 cm,深层的少量根系以吸收水分为主,对养分的利用很少,因此深层土壤硝态氮很难被作物吸收利用,通常将0~90 cm土壤称为根区土壤,90 cm以下为根区外土壤｡从试验结果可以看出,不施氮肥时,土壤硝态氮累积量较低,而90 cm以下土壤硝态氮累积量较高,淋失风险较大｡随着施氮水平的提高,同一施肥方式下90~200 cm土层土壤中的硝态氮累积量升高,硝态氮的淋失风险增大｡从图1可以看出,虽然随着施氮量的增加,根区以下土层中的硝态氮累积量也在增大,但是该层土壤中硝态氮累积量的增加量没有0~200 cm土体中的增加量大,因而,根区以外土壤中硝态氮占0~200 cm土体硝态氮累积量的比率却随着施氮量的增加而下降｡在高施氮水平下,根区以外土层中的硝态氮累积量比例基本低于50%,这说明高施氮水平下,冬小麦收获后根区土壤中的硝态氮含量较高,如不能合理利用,这部分硝态氮就有可能淋出根区,造成氮肥的损失｡2.3有机无机肥配施对土壤硝态氮累积量的影响无机肥与有机肥配合施用对作物高产､降低成本具有重要作用,并且可以改良土壤和提高肥力,有机质还可以调节土壤缓冲性,活化土壤微生物､促进植物的生理活性[12]｡试验结果表明(图1),冬小麦收获后,同一施氮水平下不同配施方式之间土体中的硝态氮累积量随着配施方式中无机氮肥所占比例的增加而升高,各施氮水平下冬小麦收获后土壤中的硝态氮累积量均以100%无机肥施肥方式为最高,以100%有机肥施肥方式为最低｡单施氮肥(100%无机肥)在施氮量为100､200､300､400 kg/hm2 N时,0~200 cm土壤剖面硝态氮累积量分别为836.32､1 011.61､1 215.15､1 457.59 kg/hm2,其中90~200cm根区以下土层中的硝态氮累积量分别为455.13､530.71､562.67､674.75 kg/hm2｡与单施无机氮肥相比,单施有机肥和有机无机肥料配施可以有效降低土壤剖面硝态氮的累积量,特别是深层土壤累积量｡100%有机肥施肥方式在施氮量分别为100､200､300､400 kg/hm2 N水平时根区外土壤中硝态氮含量分别为309.30､358.99､384.72和462.20 kg/hm2,比同施氮水平下单施无机肥分别下降32.04%､32.35%､31.62%和31.50%;75%有机肥+25%有机肥施肥方式下根区外土壤硝态氮含量比单施无机肥分别下降30.94%､32.36%､27.83%和40.55%;50%有机肥+50%无机肥施肥方式下根区外土壤硝态氮含量比单施无机肥分别下降 2.50%､21.09%､13.31%和16.78%｡下层土壤剖面硝态氮累积量少,表明来源于上层土壤中硝态氮淋失量少,淋失风险减弱｡下层土壤硝态氮累积量越高,农田硝态氮淋失风险越强,所造成的氮肥损失和对环境的污染也越强｡适量施用有机肥(75%有机肥+25%有机肥)可减少土壤中硝态氮的累积量,尤其是减少根区外土壤硝态氮累积量,降低硝态氮淋失风险｡3结论小麦产量随着施氮量的增加而增高,高施氮水平下各施肥处理与低施氮水平下各施肥处理差异显著,可显著提高小麦产量｡同等施氮水平下,有机无机肥料配施的增产效果明显,在施氮量不大于300 kg/hm2 N时,75%的氮由有机肥提供､25%的氮由尿素提供的配施比例能够显著提高小麦产量｡与单施无机氮肥相比,单施有机肥和有机无机肥料配施可以有效降低土壤剖面硝态氮的累积量,特别是深层土壤累积量｡施用有机肥可以保持土壤硝态氮含量持续供应,施用尿素在短时间内提高土壤硝态氮含量,有机肥与无机肥配合施用,既可保证土壤长期的氮素供应,又可保证作物短期内的营养需求,使养分需求与土壤的养分供应得到协调｡综合考虑冬小麦产量和硝态氮累积量两个因素,纯氮施入量200 kg/hm2,75%的N由有机肥提供､25%的N由尿素提供的处理在保证冬小麦优质高产的前提下,能有效降低土壤硝态氮淋失,减小了氮素损失和环境污染,可以作为较理想的氮素施用水平和有机无机肥料配比组合｡参考文献:[1] 胡春胜,高鹭,程一松.太行山山前平原冬小麦深层土体硝态氮累积特征研究[J].中国生态农业学报,2001,9(1):19-20.[2] 邓美华,谢迎新,熊正琴,等.长江三角洲氮收支的估算及其环境影响[J].环境科学学报,2007,27(10):1709-1716.[3] 宇万太,姜子绍,周桦,等.不同施肥制度对作物产量及肥料贡献率的影响[J].中国生态农业学报,2007,15(6):54-58.[4] 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