郭玉煒

（承德市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，河北承德067000）

“農(nóng)為國(guó)本，食為民天”。糧食是人類(lèi)賴(lài)以生存的食物來(lái)源，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的重要保障。糧食問(wèn)題始終是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的頭等大事。中國(guó)是世界人口大國(guó)，糧食自給水平的高低，不僅關(guān)系到國(guó)內(nèi)糧食的生產(chǎn)與消費(fèi)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，而且對(duì)世界糧食市場(chǎng)的穩(wěn)定和繁榮也有極為重要的影響[1]。解決好糧食安全問(wèn)題是維護(hù)國(guó)家穩(wěn)定、促進(jìn)社會(huì)和諧和保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展最根本的措施之一。

但是近年來(lái)，耕地的減少、水資源的緊缺以及非耕地資源開(kāi)發(fā)需要投入大量資金，人民生活水平的提高和伴隨人口增長(zhǎng)而不斷提高的食物需求，再加上現(xiàn)階段的世界金融危機(jī)，對(duì)我國(guó)糧食安全都產(chǎn)生了巨大的壓力。因此，面對(duì)我國(guó)人多地少、資源緊缺等問(wèn)題，保證糧食作物的高產(chǎn)是滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的人口需求的必然選擇[2]。

玉米是我國(guó)種植面積最大的糧食作物之一，同時(shí)以其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、糧飼經(jīng)兼用的特性而居于主要位置。它是我國(guó)人民基本的食物來(lái)源，是“過(guò)腹轉(zhuǎn)化”為肉、蛋、奶以滿(mǎn)足日益提高人民生活水平需要的飼料來(lái)源，是出口創(chuàng)匯產(chǎn)品，同時(shí)也是醫(yī)藥、食品、造紙、化工、釀造等行業(yè)必不可少的原料[3]，因此，玉米高產(chǎn)始終是國(guó)家糧食安全問(wèn)題中著重研究的一個(gè)重要問(wèn)題。

20 世紀(jì)世界糧食產(chǎn)量增加的1/2 以上是由施用化肥帶來(lái)的，21 世紀(jì)化肥的作用還將繼續(xù)增加[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1981 年后的10 a 間，我國(guó)化肥對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn)率由36.6%增加到50.8%[5-6]。從化肥被引入農(nóng)業(yè)之后，糧食產(chǎn)量翻倍增長(zhǎng)，糧食緊缺的問(wèn)題得到緩解[7]?；瘜W(xué)肥料尤其是氮肥的施用，對(duì)促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著不可替代的作用[8]。美國(guó)科學(xué)家Hoeft 認(rèn)為，施用氮肥是補(bǔ)給土壤氮素和維持土地生產(chǎn)力的主要措施，是土壤礦質(zhì)態(tài)氮的主要來(lái)源。長(zhǎng)期不施化肥，土壤自然肥力將不斷耗竭，土質(zhì)惡化，最終導(dǎo)致土壤侵蝕和退化；如果立即停止施用化肥，全世界農(nóng)作物將會(huì)減產(chǎn)40%～50%[9]。但是長(zhǎng)期過(guò)量地施用氮肥又會(huì)造成土壤氮素的大量盈余，降低氮肥的增產(chǎn)效率，并給環(huán)境帶來(lái)重大壓力[10-12]。為了實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和環(huán)境友好的雙重目標(biāo)，必須將土壤有效氮水平維持在既能滿(mǎn)足作物高產(chǎn)需求又能降低氮流失風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境閾值之內(nèi)。

氮肥的不合理施用會(huì)造成土壤NO3-N 含量增加、環(huán)境污染及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降[13]。本試驗(yàn)在不同施氮水平下，分析各玉米生長(zhǎng)期土壤剖面土層硝態(tài)氮含量和植株的全氮量以及玉米產(chǎn)量，研究農(nóng)田土壤氮素的利用狀況，旨在探尋合理的施氮量，為減少氮素?fù)p失、制定氮肥優(yōu)化管理措施和提高作物產(chǎn)量提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地基本狀況

本試驗(yàn)于河北辛集市農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站（N 37°18′，E 115°28′）進(jìn)行，該地區(qū)處于華北平原，屬東部季風(fēng)區(qū)溫暖帶半濕潤(rùn)大陸性氣候。辛集市全年平均氣溫12.5 ℃，年平均降水量488.2 mm，年平均風(fēng)速1.8 m/s，年平均濕度67%，年無(wú)霜期209 d，年日照2 629.5 h，十分有利于實(shí)行小麥玉米一年兩熟的種植制度，輪作制多以小麥-玉米兩熟制為主。

供試土壤為壤質(zhì)潮土，是受地下水影響和作用形成的具有腐殖質(zhì)層（耕作層）、氧化還原層及母質(zhì)層等剖面構(gòu)型的半水成土壤。土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)含量為16 g/kg，堿解氮為92 mg/kg，速效磷在16 mg/kg 左右，速效鉀為98 mg/kg，土壤pH 值為7.8。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為夏玉米（豐玉4 號(hào)）。播種前冬小麥秸稈全部粉碎還田，免耕。玉米種植密度為4 750 株/hm2左右，行距60 cm，株距29 cm 左右。6 月14 日播種，公頃播量45 kg，9 月26 日收獲。為確保夏玉米播種后的出苗率，小麥?zhǔn)斋@后每小區(qū)及時(shí)進(jìn)行1 次灌水（75 mm）。試驗(yàn)設(shè)5 個(gè)施氮處理，分別為N0，N1，N2，N3，N4，各處理施氮量如表1 所示。各處理重復(fù)3 次，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積為33 m2。田間管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

氮磷鉀肥品種分別為46%尿素、16%普通過(guò)磷酸鈣和50%氯化鉀。在播種時(shí)各處理底施30%的氮肥和全部的磷鉀肥，55%的氮肥在大喇叭口期追施，15%的氮肥在抽雄期追施。

表1 5個(gè)氮素水平施肥用量 kg/hm2

試驗(yàn)過(guò)程中徹底消滅病蟲(chóng)害，在玉米苗期噴施苗期星科殺蟲(chóng)劑和百蟲(chóng)亡殺蟲(chóng)劑，噴施玉寧除草劑除草，苗期和拔節(jié)期之間噴施萬(wàn)金玉抗倒伏。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

試驗(yàn)主要測(cè)定土壤硝態(tài)氮和植株全氮，在玉米生長(zhǎng)階段的7 月4 日（苗期）、7 月19 日（拔節(jié)期）、8 月3 日（大喇叭口期）、8 月18 日（抽雄期）、9 月13 日（乳熟期）、9 月26 日（成熟期），分別在不同處理區(qū)采集土樣和地上植物樣進(jìn)行室內(nèi)測(cè)定，土層分別取0～40，40～90 cm（玉米成熟后擴(kuò)大了剖面縱向研究到200 cm）。所有土樣在晾干后，去除砂礫、植物殘?bào)w，粉碎過(guò)篩，采用凱氏定氮法測(cè)定硝態(tài)氮含量。烘干地上植物樣粉碎后用濃H2SO4-H2O2消解，然后用凱氏定氮儀測(cè)量全氮。玉米測(cè)產(chǎn)是待各處理小區(qū)全部成熟后收獲，以處理小區(qū)為單位測(cè)量玉米籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理對(duì)夏玉米籽粒產(chǎn)量、 秸稈產(chǎn)量以及氮素偏生產(chǎn)力的影響

由表2 可知，施用氮肥對(duì)夏玉米籽粒有明顯的增產(chǎn)作用，籽粒產(chǎn)量隨著施肥量的增加而增加。與對(duì)照N0相比，N1，N2，N3，N4處理的產(chǎn)量分別增加397.75，435.01，674.2，1 145.66 kg/hm2，每千克肥料氮的增產(chǎn)量分別為3.84，2.75，3.37，4.61 kg，籽粒產(chǎn)量分別提高了3.7%，4.16%，6.2%，10.6%。玉米秸稈產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先降低后增加再降低的趨勢(shì)，N2，N3，N4處理的秸稈產(chǎn)量比N0處理分別增加502.25，1 651.85，770.4 kg/hm2，分別增產(chǎn)2.4%，7.9%和3.7%。N1處理比N0秸稈產(chǎn)量減少1 915.6 kg/hm2，秸稈產(chǎn)量降低了9.2%。隨著施純氮量的不斷增加，作物的氮肥偏生產(chǎn)力逐漸下降，尤其是N4處理。當(dāng)施純氮量從103.5 kg/hm2增加到248.4 kg/hm2時(shí)，氮肥偏生產(chǎn)力從108.21 kg/kg 下降到48.10 kg/kg。

表2 不同施氮量對(duì)夏玉米籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量以及氮肥偏生產(chǎn)力的影響

本試驗(yàn)條件下，施用氮肥對(duì)夏玉米有明顯的增產(chǎn)作用，N4處理增產(chǎn)量高于其他施氮處理，因此，氮素充足供給對(duì)玉米高產(chǎn)有極大的促進(jìn)作用。

土壤氮素供應(yīng)充足是作物高產(chǎn)的一個(gè)重要因素，同時(shí)也是一個(gè)涉及范圍較廣的生態(tài)問(wèn)題，過(guò)量施用氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤氮庫(kù)的積累[14]。由于富氮土壤的氮可能以多種機(jī)制淋失，進(jìn)入附近河流、湖泊，對(duì)水體構(gòu)成潛在威脅[15]。因此，合理施用氮肥對(duì)保證玉米高產(chǎn)、提高土壤的可持續(xù)生產(chǎn)能力、實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分資源的高效利用、減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)都將具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 不同施氮處理對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響

由圖1～6 可知，不同施氮水平下，玉米田土壤硝態(tài)氮（NO3-N）含量的垂直分布基本符合0～40 cm 土層隨剖面深度增加而減少，40～90 cm土層隨剖面深度增加而增加的趨勢(shì)。苗期到拔節(jié)期，除N4處理NO3-N 含量減少外，其他各處理0～40 cm 土層NO3-N 含量無(wú)明顯差異。隨著生育期的推進(jìn)，植物消耗的有效氮越來(lái)越多，拔節(jié)期0～40 cm 土層的不同施氮處理土壤NO3-N含量均有所下降，且NO3-N 含量主要集中在0～40 cm 土層。除N4處理外，其他處理均隨施氮量的增加，土壤各層NO3-N 含量增加，N0，N1，N2處理在0～40 cm 土層內(nèi)NO3-N 含量基本保持穩(wěn)定，N1處理NO3-N 含量稍高于N0處理。40～90 cm土層苗期和拔節(jié)期NO3-N 含量呈增加趨勢(shì)。

從拔節(jié)到大喇叭口期，各處理0～40 cm 土層硝態(tài)氮含量明顯降低，且這2 個(gè)時(shí)期施氮處理硝態(tài)氮含量比不施氮處理要高。表層土壤NO3-N含量大喇叭口期較拔節(jié)期有所降低。N4處理的NO3-N 含量在整個(gè)土壤剖面都大于其他施氮處理。40～90 cm 土層NO3-N 含量呈增加趨勢(shì)。

從大喇叭口到抽雄期，由于大喇叭口期追施氮肥，0～40 cm 土壤NO3-N 含量明顯增加，抽雄期0～90 cm 土層N2，N3，N4處理NO3-N 含量迅速下降并逐漸趨于穩(wěn)定，N0，N1處理NO3-N 含量變化不明顯。據(jù)這一時(shí)期NO3-N 含量變化情況可知，抽雄期灌水則可能導(dǎo)致土壤NO3-N 隨水大量下滲，造成地下水NO3-N 含量升高，對(duì)地下水構(gòu)成潛在的威脅，所以，應(yīng)盡量避免在抽雄期進(jìn)行大量灌溉。

從抽雄期到乳熟期，各處理0～90 cm 土層NO3-N 含量迅速下降，達(dá)到整個(gè)生育期的最低值，N4處理的NO3-N 含量高于其他處理，這與此期間玉米生長(zhǎng)達(dá)最高峰、對(duì)養(yǎng)分吸收量大且迅速有關(guān)。同時(shí)，對(duì)于缺氮土壤氮肥的施用有重要指導(dǎo)意義。

從乳熟期到成熟期，土壤NO3-N 含量又有所上升，這是由于此期間作物吸收養(yǎng)分逐漸減弱，土壤NO3-N 含量增加。成熟期N4處理在整個(gè)土層的NO3-N 含量明顯高于其他施氮處理，90～180 cm 土層NO3-N 含量呈現(xiàn)出隨土層深度增加而降低的趨勢(shì)。

由此看出，夏玉米不同生育期，表層土壤NO3-N 含量均隨施氮量的增加而增加；隨著土壤深度增加，NO3-N 含量降低。不同施氮處理0～90 cm 土層NO3-N 含量呈現(xiàn)先減后增的變化趨勢(shì)，各施氮處理NO3-N 含量差異較明顯，大體上，隨著施氮量的增加NO3-N 含量增加[16]。同時(shí)，由于植物的吸收利用，NO3-N 主要分布在0～90 cm 的土層，這一土層與作物生長(zhǎng)發(fā)育也密切相關(guān)?？傮w上，N4處理小區(qū)土壤氮素的含量要高于其他管理措施的小區(qū)，說(shuō)明適量施氮后既可滿(mǎn)足當(dāng)季作物的養(yǎng)分需求，又可補(bǔ)充土壤硝態(tài)氮，為下季農(nóng)作物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分基礎(chǔ)；但過(guò)量施氮會(huì)使土壤中NO3-N 大量殘留，對(duì)土壤環(huán)境有潛在的威脅。

2.3 不同施氮處理對(duì)玉米植株全氮含量的影響

施氮對(duì)植株全氮含量的影響如圖7 所示。整體上，玉米植株全氮含量施氮處理比不施氮處理要低，并隨著生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期的延長(zhǎng)呈平緩的降低趨勢(shì)。在大喇叭口期，N3處理的植株全氮含量最低，在1.5%左右。

3 結(jié)論

本研究表明，不同施氮處理，表層0～40 cm土壤NO3-N 含量較高，且隨土層加深其含量呈降低趨勢(shì)，40～90 cm 相對(duì)較低且波動(dòng)較小。大喇叭口期NO3-N 含量達(dá)最低值。N4處理在整個(gè)土層的NO3-N 含量要高于其他施氮處理。由于從抽雄期到乳熟期土壤NO3-N 含量迅速降低，大喇叭口期追肥使得抽雄期土壤NO3-N 含量急劇增加，說(shuō)明玉米在這一時(shí)期對(duì)氮素的需求量較大。隨施氮量的不斷增加，作物的氮肥偏生產(chǎn)力不斷下降，當(dāng)施純氮量從103.5 kg/hm2增加到248.4 kg/hm2時(shí)，氮肥偏生產(chǎn)力從108.21 kg/kg 下降到48.10 kg/kg。

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