华北地区减量施氮和秸秆还田对小麦生长的影响 渊综述冤

薛志伟，贠超，杨春玲

（安阳市农业科学院，河南 安阳 455000）

小麦为我国三大粮食作物之一，是我国人民的重要口粮，在粮食生产中具有重要地位。然而，当前我国多地存在耕地质量偏低、环境污染严重等问题。冬小麦从播种到子粒成熟经历多个生育阶段，其中栽培技术对小麦子粒产量具有明显的调控作用。同一品种在不同地区、不同土壤条件、不同栽培措施下，特性呈现出明显差异。氮肥减量施用技术是一种平衡作物氮养分需求与土壤养分供应关系的技术，对提高肥料利用率具有积极影响[1]。华北地区种植制度为冬小麦—夏玉米一年两熟制，秸秆资源十分丰富[2]。近年来，华北地区农民秸秆还田意识不断增强，秸秆还田率逐步提高。

减量施氮和秸秆还田措施在保证小麦产量的同时，可提高肥料利用率，减轻生态环境恶化的压力。对减量施氮和秸秆还田的迫切性及其对小麦生长与产量的影响进行综述，旨为推动小麦科学施肥和资源高效利用提供参考。

1 氮肥对农业生产的影响

1.1 氮肥的重要性及过量施用的危害

氮是小麦高产必不可少的营养元素，同时也是限制作物产量提高的重要养分因子[3]。氮肥在小麦产量形成过程中发挥着极其重要的作用，可影响小麦叶片叶绿素含量和光合速率，调节多种酶活性，协调碳氮代谢水平，调控可溶性糖和淀粉等同化物含量，促进干物质积累[4，5]。

建国以来，为提高作物产量，农民对化肥的依赖性强，不断增加化肥投入。黄淮海麦区农业生产中，过量施氮现象非常普遍，尤其在创建高产、超高产栽培中持续大量施用氮肥。近年来，小麦产量的增加趋势并未与氮肥施用量的增加呈正比。以华北地区为例，农民在冬小麦生长季节氮肥施用量约为300 kg/hm2，而氮肥利用率仅为20%[6～8]。

过量施用氮肥不仅造成氮肥利用和效率经济效益降低，影响小麦产量潜力的发挥，还造成子粒品质下降[9～12]。长期大量施用氮肥导致生态环境不断恶化，氮素淋失、氧化亚氮等温室气体排放量增加、地表水富营养化、地下水污染严重、耕地质量退化等负面影响不断出现[13～15]。

过量施用氮肥不利于小麦健壮生长，易导致小麦生长前期叶片肥大、植株旺长，后期出现叶色浓绿，植株贪青、晚熟等一系列问题[16]；还易导致茎秆重心高度明显提高，基部节间厚度和抗倒指数显著降低，造成小麦减产[17]。研究表明，在一定施氮水平内，子粒产量随着施氮量的增加而明显增加；但施氮水平超过一定程度后，继续增施氮肥，产量增加不明显，甚至出现降低[18，19]。

1.2 减量施氮对小麦生长及产量的影响

氮肥主要通过为根系提供必需的氮源和能源，改善个体根系性状，增加个体光合速率和干物重，进而提高光合性能和产量。常规施氮量为240 kg/hm2时，减氮15%对华成3366根表面积和根体积影响不显著，减氮30%会导致小麦根长、根表面积和根体积均显著降低[18]。在保持土壤适墒的情况下，当施氮量从270 kg/hm2减至195 kg/hm2，即施氮量减少25%～30%时，小麦旗叶仍保持较强的光合性能[20]。养分积累是作物干物质生产的前提，干物质积累是产量形成的基础。施用氮肥可增加小麦单位面积穗数和穗粒数，扩大子粒库容，但较高的施氮量不利于营养器官贮存物质向子粒中的再分配，最终导致小麦粒重降低，影响小麦产量的进一步提高。研究表明，当施氮量从270 kg/hm2减至225 kg/hm2时，子粒产量虽有所下降，但差异并未达到显著水平[21]。合理施氮可提高干物质积累速率，增加小麦干物质积累量，保证子粒稳产[22，23]。与施用全氮196 kg/hm2相比，鹤壁市高产区减施氮肥20%对地上部干物质积累量影响很小，仍拥有较高的养分积累量，能够保证冬小麦稳产[24]。

2 秸秆资源对农业生产的影响

2.1 秸秆资源的重要性

农作物秸秆为一种重要的生物资源，既含有作物必需的氮、磷、钾等营养元素，又具有改善土壤理化性状、提高土壤肥力等重要作用[25]。近年来，我国农业生产连年丰收，秸秆资源十分丰富，且呈现连年递增的趋势。据统计，2015年我国农作物秸秆资源总量约为9.3亿t，其中可利用秸秆量为7.7亿t[26]。农作物秸秆不合理利用，不仅是巨大的资源浪费，而且还可能成为污染源危害环境[27]。随着农民生活水平的提高，农业经济和农村能源不断发展，大部分农民不再将秸秆作为主要的燃料和有机肥，而是将农作物秸秆就地丢弃或焚烧，不仅会造成空气污染，危害人们身体健康，而且还会造成破坏土壤结构等一系列的不良影响[28，29]。

2.2 秸秆还田对土壤质量的影响

秸秆还田措施是保护性耕作技术的重要组成部分，可以增加土壤有机质含量，提升地力[30，31]；促进氮素矿化，改变微生物群落[32，33]；降低土壤容重，改善土壤结构，提高土壤通透性和蓄水保肥能力[34]；有效增加作物产量，实现经济效益和生态效益的双赢[35]。秸秆还田对表层土壤湿度影响较大，秸秆覆盖可增加土壤孔隙度，更好地保护土壤物理结构[36]。秸秆翻埋可增加土壤表层的无机氮量，对土壤氮矿化有正向效应。与不还田相比，秸秆还田在小麦生育期开始和结束时均会增加土壤微生物的氮含量[37]。秸秆还田有提高土壤活性有机碳氮的作用，土壤中的有机碳会随着施氮量的增加而增加，但过量施用氮肥对活性碳氮的提高有抑制作用[38]。

2.3 秸秆还田对小麦生长的影响

秸秆还田可以改变耕层土壤的供肥特性，影响小麦生育前期的分蘖情况[39]。适量的秸秆还田能明显提高冬小麦叶片SPAD值，使灌浆中后期旗叶的叶绿素含量保持在一定水平，延缓旗叶衰老；同时改善旗叶的光合性能，显著抑制光合速率的下降[40，41]。秸秆还田条件下，产量三要素也会发生变化。适量玉米秸秆还田可提高冬小麦的结实小穗数和小穗结实数，降低不孕小穗数；提高小麦千粒重，明显降低有效穗数，总体来说秸秆还田对子粒产量的提高具有促进作用[41，42]。

3 减量施氮和秸秆还田对小麦生产及产量的影响

减量施氮和秸秆还田后，小麦的生长和产量受多因素影响。单鹤翔等[43]在盆栽试验中使用同位素标记研究了不同肥力下施氮与秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响，结果表明，在施用等量氮肥的条件下，秸秆还田可降低冬小麦地上部氮素积累量，增加氮肥土壤残留率；施氮量从150 kg/hm2提高至300 kg/hm2时，地上部氮素积累量也随之增加。与不还田相比，秸秆还田小麦对无机氮固持增加，且生育中期固持量远高于前期[44]。

施氮量为180kg/hm2时，秸秆还田能增加郑麦366的成穗数和千粒重，并提高产量；施氮量为270 kg/hm2时，秸秆还田会抑制小麦分蘖和穗的发育，导致穗粒数、千粒重和产量降低[45]。与单施氮肥相比，秸秆还田配施氮肥处理的冬小麦植株干物质积累在抽穗前后呈先低后高的趋势，这种变化动态有利于提高千粒重和子粒产量[46，47]。与单施氮肥相比，秸秆还田配施氮肥可改善土壤理化性质，提高冬小麦根系活力；增加叶绿素含量，延长花后旗叶SPAD值高水平持续期；增强光合作用，进而提高生育后期干物质积累量，改善光合产物分配比例，提高氮素利用效率[48，49]。秸秆还田配施氮肥（施氮量225 kg/hm2）可增加冬小麦冬前分蘖和春季最大分蘖，提高成穗率，产量分别较单施氮肥、单纯秸秆还田增加7.7%和6.1%[50]。与单施氮肥90、180、270、360 kg/hm2相比，秸秆还田配施氮肥处理的小麦收获指数逐渐下降，子粒产量呈先增加后降低的变化，综合考虑认为，秸秆还田配施氮肥180～270 kg/hm2为宜[46]。河南省浚县秸秆还田配施不同水平氮肥的试验结果表明，在充分考虑氮素利用效率、麦田氮素平衡和子粒产量的情况下，推荐施氮量为225 kg/hm2[51]。

4 问题与展望

减量施氮和秸秆还田是一种对环境友好的农艺措施，并对小麦产量起到一定的保障。长期的减量施氮和秸秆还田是否可以持续稳定小麦产量，尚有待进一步研究。长期定位试验被认为是一种比较好的选择，但是长时间种植一种作物带来的连作障碍、土壤板结、犁底层加厚以及秸秆还田带来的病虫害等问题都需要考虑。在华北地区由于前茬玉米秸秆量过大，影响冬小麦免耕播种的出苗质量，进而对小麦产量造成一定的负面影响。因此，进行减量施氮和秸秆还田时，应注意改善秸秆还田方式，降低前茬玉米秸秆对小麦出苗的不利影响。此外，目前的研究集中于减量施氮和秸秆还田整体对小麦生长的影响，2种农艺管理措施对小麦生长的交互影响还有待进一步研究。