氮肥运筹对高产冬小麦产量、氮素积累及土壤无机氮残留的影响

王宜伦， 张 许， 张秀艳， 任 丽， 韩燕来， 谭金芳

(1.河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002；2.郑州工业贸易学校地质工程与资源勘查系，河南 郑州 450007)

氮素是影响冬小麦子粒产量和品质的重要因素，合理的氮肥用量和施用方法可提高冬小麦产量、改善品质和提高氮肥利用率[1,2]，过量或不合理的施用氮肥不仅不利于冬小麦高产、优质，还会降低氮肥利用率，增加氮肥损失，对环境构成威胁，因此合理的氮肥运筹对冬小麦高产、优质、高效和生态安全生产具有重要意义[3～6].前人就不同地区、不同产量水平以及不同环境条件下的冬小麦氮肥运筹效应进行了较多研究报道[7～15]，研究表明，氮肥分期施用、“氮肥后移”可以显著提高冬小麦产量和改善子粒品质[16～18]，促进植株对氮素的吸收利用，提高氮肥利用率[19～21]，降低土壤氮素表观盈余量[22]，提高0～20 cm土层土壤硝态氮的积累量，减少20～100 cm土层土壤硝态氮的累积[23].这些研究多侧重于不同氮肥运筹模式对产量、品质、生理特性、氮素吸收利用及土壤无机氮等某些单一指标的影响，高产区不同氮肥运筹模式对冬小麦产量、氮素吸收及土壤无机氮平衡的系统研究报道较少.豫北地区是全国小麦高产区，科学施肥是发展冬小麦高产、优质和高效生产的关键措施之一，因此，在已有研究[20]的基础上，本研究探讨了不同氮肥用量及基追比例对豫北高产冬小麦子粒和蛋白质产量、植株氮素积累及土壤无机氮平衡的影响，以期为该地区冬小麦合理施用氮肥提供理论依据.

1 材料与方法

1.1材料

试验于2008—2009年在河南省鹤壁市浚县农科所试验园区内进行.供试地块常年为冬小麦、夏玉米轮作，玉米秸秆在冬小麦播前粉碎翻入土壤，冬小麦秸秆粉碎后在玉米季覆盖还田.供试土壤类型为黏壤质潮土，耕层土壤有机质为16.0 g·kg-1，全氮为1.1 g·kg-1，碱解氮为66.5 mg·kg-1，无机氮为13.2 mg·kg-1，速效磷为13.6 mg·kg-1，速效钾为95.8 mg·kg-1.

1.2试验设计

试验设5个施氮处理，N1：不施氮肥；N2：施氮120 kg·hm-2，基肥∶返青肥∶拔节肥=1∶3∶2；N3：施氮120 kg·hm-2，基肥∶返青肥∶拔节肥=1∶1∶1；N4：施氮180 kg·hm-2，基肥∶返青肥∶拔节肥=1∶3∶2；N5：施氮180 kg·hm-2，基肥∶返青肥∶拔节肥=1∶1∶1.磷肥用量90 kg·hm-2P2O5，全部在播前基施；钾肥用量为90 kg·hm-2K2O，50%播前基施，50%拔节期追施.试验用氮肥为尿素(N，46%)，磷肥为过磷酸钙(P2O5，16%)，钾肥为氯化钾(K2O，60%).供试冬小麦品种为衡观35，播量165 kg·hm-2，于2008-10-18播种，2009-06-07收获.小区面积为30 m2，4次重复，随机区组排列.田间其他管理措施同当地习惯管理方法.

1.3样品采集与分析

在播前采集0～20 cm土壤样品，风干后，粉碎、过筛.用重铬酸钾容量法测定土壤有机质，半微量凯氏法测定土壤全氮，扩散法测定土壤碱解氮，Olsen法测定土壤速效磷，乙酸铵浸提——火焰光度法测定土壤速效钾.

在返青期、拔节期、孕穗期、灌浆期每20 cm 1层采集各小区0～40 cm土壤样品，成熟期采集各小区0～100 cm土壤样品，用0.01 mol·L-1CaCl2浸提——流动注射分析测定土壤铵态氮和硝态氮含量.

在返青期、拔节期、孕穗期、灌浆期和成熟期(分为秸秆和子粒两部分)采集各小区植株样品，105 ℃杀青15 min，65～75 ℃烘干，称重.样品粉碎后，用浓H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测定植株全氮含量.

小麦成熟后收获每小区3个3 m2样段计算小区产量.

1.4计算统计方法

植株吸氮量(kg·hm-2)= 植株氮含量(%)×植株干物重(kg·hm-2)

蛋白质量(kg·hm-2)= 子粒干物重(kg·hm-2)×子粒氮含量(%)×5.8/100

土壤无机氮含量(mg·kg-1)= 硝态氮含量(mg·kg-1)+铵态氮含量(mg·kg-1)

表观残留无机N (kg·hm-2) = 土层厚度×土壤容重×无机氮N浓度/10

土壤氮素表观净矿化量(kg·hm-2)=不施氮小区作物吸氮量+不施氮小区土壤残留N-不施氮小区土壤起始N

氮素表观损失(kg·hm-2)=施氮量+土壤起始N+土壤氮素净矿化量-作物收获带走量-收获后土壤残留N

试验数据采用Excel和DPS 7.05软件进行处理和统计分析，用Sigma plot 10.0作图.

2 结果与分析

2.1氮肥运筹对冬小麦产量及品质的影响

从表1可以看出，施用氮肥冬小麦子粒产量增加6.62%～12.57%，以N5最高，为10 032.24 kg·hm-2；蛋白质产量增加12.53%～31.42%，以N4最高，为1 147.34 kg·hm-2.N2子粒和蛋白质产量显著低于N4，N3与N5差异不明显，这说明基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶3∶2时，施氮120～180 kg·hm-2范围内冬小麦子粒及蛋白质产量随着氮肥用量增加而增加；基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶1∶1时，施氮120～180 kg·hm-2范围内增施氮肥对冬小麦子粒及蛋白质产量的影响较小.

表1 施氮对冬小麦子粒与蛋白质产量的影响

表1还表明，N2子粒和蛋白质产量明显低于N3，N4子粒产量与N5差异不显著，而蛋白质产量明显高于N5，说明施氮120 kg·hm-2时，增加基肥比例可提高冬小麦子粒和蛋白质产量，施氮180 kg·hm-2时，增加追肥比例提高了蛋白质产量，而对子粒产量影响不大.综合冬小麦子粒及蛋白质产量来看，N4氮肥运筹模式具有增产、优质双重效果.

2.2氮肥运筹对冬小麦地上部氮素积累的影响

从表2可以看出，施氮处理各生育期植株地上部氮积累量均显著高于不施氮处理，施用氮肥促进了冬小麦对氮素的吸收.冬小麦植株地上部氮积累量返青期N2N3，N4>N5，这说明施氮水平相同时，返青期前冬小麦地上部氮素积累量随着基施氮肥比例的增加而增加，返青期后则随着追施氮肥比例的增加而增加.

表2 冬小麦不同生育期氮素积累量

表2还表明，各生育期冬小麦植株地上部氮积累量N2

2.3氮肥运筹对冬小麦耕层土壤无机氮含量变化的影响

由图1可以看出，施用氮肥提高了冬小麦各生育期耕层土壤无机氮含量.各生育期耕层土壤无机氮含量N2N3，说明施氮120 kg·hm-2时，拔节期前冬小麦耕层土壤无机氮含量随着基肥比例的增加而增加，拔节期后则随着追肥比例的增加而增加.灌浆期前冬小麦耕层土壤无机氮含量N4N5，说明施氮180 kg·hm-2时，灌浆期前冬小麦耕层土壤无机氮含量随着基肥比例的增加而增加，增加追肥比例有利于增加灌浆期后耕层土壤无机氮含量.

图1 冬小麦不同生育期耕层土壤无机氮含量

2.4氮肥运筹对冬小麦成熟期0～100cm土壤无机氮含量分布的影响

从图2可以看出，0～100 cm各处理土壤无机氮含量均随着土壤深度的增加逐渐降低.80 cm以上土层土壤无机氮含量N4明显高于N2，N5明显高于N3，且差异显著性随深度增加逐渐降低，说明氮肥基追比例相同时，0～80 cm土层土壤无机氮含量随着氮肥用量的增加而增加，增加幅度随着土壤深度增加而逐渐降低.0～60 cm土层土壤无机氮含量N2明显高于N3，N4明显高于N5；60～100 cm土层N2与N3，N4与N5差异均不明显，说明氮肥用量相同时，增加追肥比例，60 cm以上土层土壤无机氮含量明显增加，60 cm以下土层受其影响不明显.与播前0～100 cm土层土壤无机氮含量分布情况相比，成熟期N4与其吻合程度较好，0～20 cm土层稍有降低，20～80 cm土层稍有增加，80～100 cm土层则明显降低，说明N4较好地维持了冬小麦季土壤无机氮的平衡情况，且显著降低了深层土壤无机氮的含量.

图2 冬小麦成熟期0 ～100 cm土壤无机氮含量

2.5氮肥运筹方式对100cm土壤氮素平衡的影响

表3表明，施用氮肥提高了冬小麦收获后土壤无机氮残留量.N4、N5的残留无机氮均高于N2、N3，说明高施氮量增加了土壤无机氮残留.土壤残留无机氮N2>N3、N4>N5，表明增加冬小麦返青期和拔节期追肥可以提高土壤无机氮残留量.土壤氮素表观损失N2

3 讨论

根据冬小麦需肥规律，合理分配氮肥是保证冬小麦高产、优质及高效生产的重要措施.王晨阳等[24]研究认为超高产冬小麦以施氮240 kg·hm-2、底追比例5∶5为宜.马兴华等[25]研究表明，相同氮肥底追比例时，施氮量从240 kg·hm-2降至168 kg·hm-2小麦子粒产量无明显变化，蛋白质含量增加；施氮量为168 kg·hm-2且全部于拔节期追施可兼顾产量、品质和效益.本研究表明，施氮120 kg·hm-2时，降低氮肥基追比例，冬小麦子粒和蛋白质产量均明显降低；施氮180 kg·hm-2时，冬小麦子粒产量变化不明显，蛋白质产量明显增加，这与李友军等[26]报道相一致.基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶1∶1时，低施氮量下冬小麦子粒和蛋白质产量降低不明显；基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶3∶2时，高施氮量的冬小麦子粒和蛋白质产量明显增加.冬小麦生产中，施氮量较低时，应适当增加基肥比例，以提高子粒产量和改善品质；施氮量较高时，应增加追施氮肥比例，以改善品质.

表3 冬小麦收获后土壤氮素的表观平衡

合理施用氮肥可促进冬小麦植株对氮素的吸收，增加植株地上部氮素积累量.陈祥等[27]研究认为，冬小麦氮素累积主要集中在返青后期至灌浆期，氮肥50%作为基肥，50%返青后追施有利于小麦对氮素的吸收.裴雪霞等[22]研究表明，氮肥后移可降低小麦生育前期氮素积累量，增加生育后期氮素积累量.本研究与之基本一致，冬小麦高产区增加氮肥用量，冬小麦植株地上部氮素积累量增加；增加返青期和拔节期追氮比例，冬小麦地上部氮素积累量返青期前降低，返青期后增加.施氮量180 kg·hm-2，基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶3∶2较好地促进了冬小麦对氮素的吸收利用，有利于冬小麦高产和优质生产.

氮肥运筹对土壤无机氮(硝态氮和铵态氮)含量具有显著影响[12,13]，吴金水等[28]研究则认为氮肥运筹对土壤无机氮含量影响不显著.造成前人研究结果不一致的原因主要是作物氮素吸收动力学、氮肥管理、降雨量、灌溉管理、土壤质地和土壤氮转化等因素[15].本研究表明，耕层土壤无机氮含量随氮肥用量增加而增加，在施氮量较低时随着生育进程逐渐降低，施氮量较高时在孕穗期前上升，孕穗期后逐渐降低，增加追施氮肥比例，土壤无机氮含量返青期前降低，返青期后明显增加.施氮180 kg·hm-2，基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶3∶2，土壤无机氮残留量较大，表观损失较少，可维持冬小麦季0～100 cm土壤无机氮平衡.

当前农村劳动力转移，简化生产是今后农业发展的趋势，将本氮肥运筹技术进行简化和物化，针对高产冬小麦养分吸收特性，结合肥料缓/控释技术，生产高产冬小麦专用配方肥，对于实现冬小麦高产、高效和简化施肥具有重要意义.

4 结论

豫北高产区冬小麦施氮显著增产6.62%～12.57%，基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶3∶2时增施氮肥冬小麦子粒和蛋白质产量显著增加，基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶1∶1时增施氮肥对子粒和蛋白质产量无显著影响.施氮120 kg·hm-2时，增加基肥比例具有增产效果，整个生育期内耕层土壤无机氮含量缓慢下降.施氮180 kg·hm-2时，增加追肥比例显著改善品质，对子粒产量无影响，基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶3∶2运筹氮肥土壤无机氮残留量较大，表观损失较少，可维持土壤氮素平衡.综合考虑冬小麦高产、优质及土壤氮素平衡，豫北高产冬小麦适宜的氮肥运筹模式是施氮180 kg·hm-2，基肥氮∶返青追氮∶拔节追氮为1∶3∶2.

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