汪新穎，彭亞靜，王瑋，劉新宇，巨曉棠，張麗娟

1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院//河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室//河北農(nóng)業(yè)大學(xué)邸宏杰土壤與環(huán)境實驗室，河北 保定 071000；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193

華北平原夏玉米季化肥氮去向及土壤氮庫盈虧定量化探索

汪新穎1，彭亞靜1，王瑋1，劉新宇1，巨曉棠2，張麗娟1

1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院//河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室//河北農(nóng)業(yè)大學(xué)邸宏杰土壤與環(huán)境實驗室，河北 保定 071000；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193

為提高華北平原夏玉米種植體系的氮肥利用率、減少氮肥對環(huán)境的污染，對前人的15N示蹤試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理核算，分析肥料氮、作物氮、土壤氮三者之間的關(guān)系，探明夏玉米季化肥氮的去向及土壤氮庫的盈虧情況。結(jié)果表明：華北平原地區(qū)玉米產(chǎn)量最高時施氮量平均為190 kg·hm-2；秸桿吸氮量高于籽粒，且吸氮量隨施氮量增加而升高，土壤殘留量和損失量有隨施氮量增加而增加的趨勢；土壤氮庫盈虧量與施氮量之間呈現(xiàn)線性極顯著正相關(guān)，在秸稈50%和100%還田的兩種條件下，施氮量為198 kg·hm-2和137 kg·hm-2時，土壤氮庫達(dá)到平衡；推薦施氮條件下夏玉米對氮肥的吸收利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)施氮，過量施氮會引起作物產(chǎn)量和氮肥利用率降低的負(fù)效應(yīng)，增加土壤氮素殘留和損失；施氮量在40～360 kg·hm-2范圍內(nèi)時，3種秸稈處理方式下，氮肥各去向絕對量與施氮量之間均呈顯著線性相關(guān)關(guān)系；而氮肥各去向比率與施氮量之間只有地上部吸收率和籽粒吸收率與施氮量之間呈顯著線性相關(guān)關(guān)系。由此，明確了華北平原夏玉米合理施氮量：秸稈50%還田時，為198 kg·hm-2；秸稈100%還田時，為137 kg·hm-2，揭示了華北平原夏玉米施氮量與土壤氮庫盈虧量呈線性極顯著正相關(guān)。這為確定華北平原夏玉米合理施氮量，提高氮肥利用率，避免肥料浪費及其對環(huán)境的危害提供了理論依據(jù)。

15N；華北平原；夏玉米；氮去向；土壤氮庫；施氮量

玉米是我國重要的糧食作物，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有很大的比重，2011年，玉米超越水稻成為我國種植面積最大的作物，總產(chǎn)量僅次于水稻居全國第二位（曹陽等，2014）。華北平原是我國重要的玉米主產(chǎn)區(qū)之一，該區(qū)玉米產(chǎn)量約占全國玉米總產(chǎn)量的40%（王璞，2004），因此，該區(qū)的玉米生產(chǎn)對于國家的糧食安全起著非常重要的作用。施用氮肥是提高作物產(chǎn)量的重要手段。長期以來人們?yōu)樽非蟾弋a(chǎn)大量施用氮肥，我國農(nóng)田氮肥投入量持續(xù)增加。過量施用氮肥不僅使肥料利用率降低，同時導(dǎo)致了一系列的環(huán)境問題（Ju等，2009；Sun等2008）。據(jù)統(tǒng)計華北平原高產(chǎn)區(qū)小麥-玉米輪作體系每年平均施化肥氮素588 kg·hm-2（Ju等，2009），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過作物需氮量311 kg·hm-2（趙榮芳等，2009），0～100 cm土層平均累積量為200 kgN·hm-2（張麗娟等，2010）。張福鎖等（張福鎖等，2008）指出，華北平原夏玉米農(nóng)戶傳統(tǒng)施肥條件下的氮肥利用率僅為10%（Cui等，2008），一般有20%～30%未被作物吸收利用（張福鎖，2006），殘留在土壤中的肥料氮，易隨降水和灌溉水淋溶到土壤深層或隨徑流進(jìn)入地表水，從而污染地表和地下水（Miao等，2011），導(dǎo)致華北平原土壤剖面根區(qū)及深層硝態(tài)氮累積嚴(yán)重（Li等，2009；巨曉棠和張福鎖，2003）。因此，通過研究華北平原夏玉米季化肥氮去向及土壤氮庫盈虧情況，確定合理的氮肥施用量，對于提高華北平原夏玉米產(chǎn)量、氮肥高效利用、減輕環(huán)境壓力具有重要的理論和實踐意義。

作物生產(chǎn)體系肥料尤其是氮肥的去向引起國內(nèi)外關(guān)注，華北平原農(nóng)田氮素去向已有大量研究成果。王立剛等（王立剛等，2013）在環(huán)渤海區(qū)對冬小麥/夏玉米輪作體系的研究表明，隨施氮量的增加，作物產(chǎn)量逐漸增加，到240～300 kg·hm-2以上時，氮素淋溶損失量和殘留量均逐漸增加。巨曉棠等（巨曉棠等，2003）在北京郊區(qū)對冬小麥/夏玉米輪作體系的研究結(jié)果表明，當(dāng)施氮量由120 kg·hm-2增加至360 kg·hm-2時，氮素當(dāng)季利用率從44.5%降為23.8%，損失率由10.2%增加至55.9%。吳永成等（吳永成等，2011）在河北滄州的研究結(jié)果表明，夏玉米對15N標(biāo)記氮肥的回收率為41.2%～47.8%，15N殘留率為40.7%～47.5%，15N的損失量隨施氮量的增加而顯著增加。王宜倫（王宜倫等，2013）在河南省鶴壁市對夏玉米的研究結(jié)果表明，夏玉米產(chǎn)量隨氮肥用量增加呈先增加后降低趨勢。但是，當(dāng)前尚缺乏對華北平原農(nóng)田肥料-土壤-作物系統(tǒng)氮素去向的定量化研究。因此，本研究通過總結(jié)前人已有的夏玉米15N示蹤試驗結(jié)果，對夏玉米農(nóng)田氮素的去向進(jìn)行統(tǒng)計核算，定量氮素在肥料～土壤～作物這一系統(tǒng)的去向，揭示施氮量與土壤氮庫盈虧的關(guān)系，為確定華北平原夏玉米合理施氮量，提高氮肥利用率，減少環(huán)境污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于已發(fā)表的華北平原夏玉米種植體系設(shè)置的15N示蹤田間試驗。包括：北京地區(qū)（潘家榮），河北石家莊（潘家榮），河北保定（董嫻嫻），河北滄州（吳永成），河北曲周（徐明杰），山東惠民縣（鐘茜），河南鄭州（任意）。共計收集22條數(shù)據(jù)記錄，每條數(shù)據(jù)記錄均包括如下主要信息：施氮量、產(chǎn)量、籽粒與秸稈吸氮量（區(qū)分來自土壤和肥料）及0～100 cm土壤氮素殘留量。

1.2 數(shù)據(jù)整理與歸納方法

收集夏玉米15N田間示蹤試驗收獲后數(shù)據(jù)，按如下方式進(jìn)行整理歸納：（1）分籽粒和秸稈兩部分，分別計算來自土壤和肥料的氮量，并采用0～100 cm土層土壤氮素殘留量，從而計算肥料氮損失量。（2）設(shè)置秸稈不還田、50%還田和100%還田3種秸稈處理方式，提取并計算不同地區(qū)夏玉米種植體系施氮量、籽粒和秸稈吸收肥料氮量、0～100 cm土層氮肥殘留量及其總損失，對氮肥的3條基本去向進(jìn)行細(xì)化計算（3）定量夏玉米氮去向，還原3種秸稈處理方式下理論推薦施氮量和傳統(tǒng)施氮量氮素去向的情景，將二者進(jìn)行對比分析，明確施氮量與土壤氮庫盈虧的關(guān)系，探明該地區(qū)傳統(tǒng)過量施氮條件下氮的去向。

1.3 核算項目與相關(guān)計算公式

1.3.1 作物吸收

植株氮素來自15N肥料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w(Ndff)/%）=植株中15N原子百分超/肥料中15N原子百分超×100

植株氮素來自肥料氮的量Ndff(kg·hm-2)=植物%Ndff×植物吸氮量

植株氮素來自土壤氮的量=吸氮量-Ndff

化肥氮回收率(%)=植物Ndff/施氮量×100

氮肥表觀利用率(%ARE)=(施氮區(qū)地上部的吸氮量-對照區(qū)地上部的吸氮量）/施氮量×100

1.3.2 土壤殘留

土壤各層氮素來自15N肥料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w(Ndff)/%）=土壤各層全氮的15N原子百分超/肥料中15N原子百分超×100

土壤各層來自15N肥料的量Ndff(kg·hm-2)=土壤各層%Ndff×土壤各層全氮含量

化肥氮殘留率(%)=土壤Ndff/施氮量×100

1.3.3 氮素?fù)p失

當(dāng)季化肥氮損失量(kg·hm-2)=施氮量-植物Ndff-土壤Ndff

當(dāng)季化肥氮損失率(%)當(dāng)季化肥氮氮素?fù)p失量/施氮量×100

1.4 統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)處理采用Excel2003、SPSS11.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏玉米季氮素去向分析

由表1可知，華北平原各地區(qū)氮肥去向表現(xiàn)出一定的差異：河北曲周和山東惠民地區(qū)隨施氮量的增加，殘留量＞損失量＞吸收量；北京和河北滄州表現(xiàn)為殘留量＞吸收量＞損失量；河北石家莊及河南鄭州則為：損失量＞殘留量＞吸收量；河北保定為：吸收量＞殘留量＞損失量。建立施氮量和產(chǎn)量的二次關(guān)系方程，可得7個地區(qū)4個玉米品種產(chǎn)量達(dá)到最高時的施氮量分別為207、160、202、150、170、263和181 kg·hm-2，平均值為190 kg·hm-2。華北平原各地區(qū)不同施氮量條件下，產(chǎn)量并不是隨施氮量的增加而升高的。在作物吸氮量方面，秸稈的吸氮量明顯小于籽粒；且隨施氮量增加吸收的肥料氮均有所增加，而吸收土壤氮則隨施氮量增加而降低，說明高施氮量的條件下，玉米主要吸收肥料氮。土壤殘留量和損失量也呈現(xiàn)出隨施氮量增加而升高的趨勢。

2.2 不同施氮水平對夏玉米當(dāng)季土壤氮庫盈虧關(guān)系的影響

分析玉米施氮量與土壤氮庫盈虧量(圖1)，可以看出，土壤氮庫盈虧量與施氮量之間呈線性極顯著正相關(guān)。玉米秸稈100%還田的條件下（圖1（a）），相關(guān)系數(shù)r=0.937**，隨著施氮量的增加，土壤氮庫由虧缺轉(zhuǎn)為盈余。當(dāng)施氮量達(dá)到137 kg·hm-2時，土壤氮庫達(dá)到平衡，玉米吸收的肥料氮量與土壤殘留肥料氮量相等。施氮量低于137kg·hm-2，土壤氮庫呈現(xiàn)虧缺狀態(tài)，隨施氮量的增加虧損量降低；施氮量高于137 kg·hm-2，土壤氮庫呈盈余狀態(tài)，盈余量隨施氮量的增加而增加。在華北平原夏玉米種植體系的生產(chǎn)實踐中，可將該值作為維持土壤氮庫平衡的標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 化肥氮在夏玉米當(dāng)季的去向Table1 The fate of nitrogen fertilizer in summer maize season kg·hm-2

圖1 施氮量與土壤氮庫盈虧量的關(guān)系Fig. 1 The relationship between N rate and balance of soil N

在秸稈50%還田的條件下，土壤氮庫盈虧量與施氮量之間的關(guān)系如圖1（b）所示，仍呈線性極顯著正相關(guān)。當(dāng)土壤氮庫達(dá)到平衡時，施氮量是198 kg·hm-2。

2.3 理論推薦施氮和傳統(tǒng)施氮化肥氮去向情景分析

2種施肥方式下的3種秸稈還田處理下，籽粒吸收肥料氮量和吸收率、總損失量和損失率是不變的；50%和100%秸稈還田處理導(dǎo)致土壤殘留肥料氮增加，使土壤氮庫得到了極大的補(bǔ)充。綜合華北各地區(qū)，2種施肥方式下，籽粒吸氮率、0～100 cm土壤殘留率、總損失率均有很大差異。夏玉米籽粒對氮肥的吸收利用率推薦施氮遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)施氮，可以高出6.7～13.5個百分點；0～100 cm土壤殘留率，北京、河北和山東地區(qū)，傳統(tǒng)施氮可高出推薦施氮量9.3～37.3個百分點；河南地區(qū)卻降低13.5～17.4個百分點；北京和河南地區(qū)傳統(tǒng)施氮總損失分別高于推薦施氮8.0%和22.8%；但河北和山東分別降低了0.8%和8.8%。這充分說明，過量施氮不僅不會提高作物產(chǎn)量還會降低氮肥利用率，增加土壤殘留和損失。

2.4 夏玉米季氮去向定量參數(shù)

建立各處理肥料氮去向絕對量及比率與施氮量的相關(guān)關(guān)系（表3）。結(jié)果表明，在施氮量范圍是40～360 kg·hm-2時，3種秸稈處理方式下，氮肥各去向絕對量與施氮量之間均呈顯著線性相關(guān)關(guān)系（一次函數(shù)）。而氮肥各去向比率與施氮量之間只有地上部吸收率和籽粒吸收率與施氮量之間呈顯著線性相關(guān)關(guān)系（一次函數(shù)），秸稈不還田和100%還田2種處理方式相同，其方程是，地上部吸收率y=-0.057x+42.270（r=0.553*）、籽粒吸收率y=-0.033x+24.865（r=0.561*）；秸稈50%還田時，地上部吸收率是y=-0.045x+33.568（r=0.585*），籽粒吸收率同秸稈不還田；秸稈吸收率、0～100 cm土壤殘留率和損失率與施氮量的相關(guān)關(guān)系均不顯著。3種秸稈處理方式，籽粒吸收率不變；損失率也不變。由于秸稈100%或50%還田，增加了土層中氮素的含量，導(dǎo)致0～100 cm土壤殘留有所增加。

表2 華北平原夏玉米推薦施氮量與傳統(tǒng)施氮量情景分析Table 2 Scence analysis between recommended N rate and traditional N tare of summer maize in North Plain

表3 夏玉米氮去向定量參數(shù)Table 3 The parameter equations of N fate of summer maize

3 討論

華北平原夏玉米季化肥氮施用過量，生長周期降水量較大，收獲后殘留在土壤中的氮素絕大部分以硝態(tài)氮的形式存在（李東坡和武志杰，2008），傳統(tǒng)過量施氮土壤剖面硝態(tài)氮的累積量顯著高于優(yōu)化施氮（Cui等，2008），施入土壤的氮肥容易隨水淋溶到土壤深層，污染地下水。因此，明確氮肥的去向是加強(qiáng)農(nóng)田氮素管理的重要途徑（BERGSTROM L等，2000）。本研究通過匯總前人的15N示蹤試驗數(shù)據(jù)得知，華北平原夏玉米生產(chǎn)中施氮40～360kg·hm-2時，籽粒吸氮量高于秸稈，有利于提高玉米籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率，減少土體中肥料氮殘留量。作物肥料氮吸收量、土壤殘留量和損失量隨施氮量增加而增加?；实娜龡l去向隨施氮水平的變化各地區(qū)存在一定的差異：北京、河北保定、滄州、曲周和山東惠民地區(qū)高施氮量條件下主要以殘留為主，河北石家莊和河南鄭州地區(qū)則主要以損失為主；北京地區(qū)低施氮量作物吸收比例高，高氮量導(dǎo)致土壤高殘留；河北曲周地區(qū)和山東地區(qū)施氮即導(dǎo)致高殘留；高氮水平損失趨于強(qiáng)烈，但是河北石家莊地區(qū)損失是第一位，河北曲周殘留是第一位。

土壤氮庫盈虧量與施氮量之間呈顯著直線相關(guān)關(guān)系。在秸稈50%和100%還田條件下，夏玉米季土壤氮庫達(dá)到平衡時的施氮量是：198和137 kg·hm-2。高于此施氮量，土壤氮庫盈余且盈余量隨施氮量的增加而升高；低于此施氮量則虧損，虧損量隨施氮量的增加而降低。與倪玉雪等（倪玉雪等，2013）定量華北區(qū)冬小麥氮去向的結(jié)果類似，土壤氮庫盈虧量與施氮量之間呈線性極顯著正相關(guān)，隨著施氮量的升高，土壤氮庫由虧損轉(zhuǎn)為盈余；且Ju等（Ju等，2009）對中國北方3種重要的集約化種植體系的研究表明，氮素大量投入并不會使作物產(chǎn)量相應(yīng)顯著提高，氮年盈余量與施氮量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；巨曉棠等(巨曉棠等，2002)在華北平原北部對冬小麥/夏玉米輪作體系的研究得出，當(dāng)?shù)适┯昧砍^作物的需要量時，氮素盈余急劇增加。倪玉雪等（倪玉雪等，2013）認(rèn)為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，在達(dá)到土壤氮素平衡的同時，施氮量要稍高些，這樣會提高收獲后土壤剖面硝態(tài)氮的殘留量；施氮量偏低，則會降低土壤氮肥力。

本研究將華北平原夏玉米設(shè)置了3種秸稈還田方式下的推薦施氮量和傳統(tǒng)施氮量肥料氮去向情景，對其進(jìn)行分析顯示，傳統(tǒng)施肥條件下，由于農(nóng)民習(xí)慣施肥量大，損失量高，使得作物產(chǎn)量得不到相應(yīng)的增加，氮肥利用率低，并且導(dǎo)致土壤殘留和損失增加。而推薦施肥是結(jié)合作物需求與養(yǎng)分供應(yīng)的最佳施肥方式（王歡元等，2011），既能保證作物的生長需求，實現(xiàn)肥料氮的高效利用，又能減少浪費，降低污染。因此，在生產(chǎn)實踐中，應(yīng)根據(jù)作物需求充分利用土壤氮素，合理降低氮肥用量，實現(xiàn)玉米高產(chǎn)、提高肥料利用率，降低污染（左紅娟等，2012）。

夏玉米季化肥氮去向絕對量與施氮量之間呈顯著直線相關(guān)關(guān)系，為明確合理氮肥施用量提供了理論依據(jù)。但是化肥氮的各回收率與施氮量之間的關(guān)系只有地上部吸收率和籽粒吸收率與施氮量之間呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系。分析可能原因：（1）各地區(qū)土壤肥力、田間管理措施等不同導(dǎo)致氮肥回收率存在很大差異，整合后則規(guī)律性趨于模糊；（2）氮肥回收率是基于各去向的絕對量與施氮量的比值計算而得，而非我們直接測定獲得的數(shù)值，存在一定的誤差；（3）目前在該地區(qū)開展的15N田間試驗較少，可以利用的樣本數(shù)也就較少。因此，定量化研究有待進(jìn)一步深化，為我國農(nóng)田氮肥應(yīng)用的研究提供更有力的理論依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）華北平原夏玉米季標(biāo)記氮肥的三條去向各地區(qū)表現(xiàn)出一定差異，且秸稈和籽粒吸氮量并不是隨當(dāng)季施氮量的增加而增加，秸稈吸氮量高于籽粒；該地區(qū)夏玉米獲得最高產(chǎn)量時的施氮量平均為190 kg·hm-2。

（2）土壤氮庫盈虧量與施氮量之間呈線性極顯著正相關(guān)，玉米秸稈100%和50%還田條件下，隨施氮量的增加，土壤氮庫由虧缺轉(zhuǎn)為盈余；當(dāng)施氮量分別達(dá)到137和198 kg·hm-2時，土壤氮庫達(dá)到平衡。

（3）華北平原各地區(qū)推薦施氮量條件下，氮素利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于農(nóng)民傳統(tǒng)施氮量，在保證夏玉米高產(chǎn)的同時，避免了肥料的浪費和對環(huán)境的危害。

（4）3種秸稈處理方式下，華北平原夏玉米當(dāng)季化肥氮去向的絕對量與施氮量（40～360 kg·hm-2）之間呈顯著直線相關(guān)關(guān)系。而氮肥去向的各回收率與施氮量之間的關(guān)系，只有地上部氮肥回收率和籽粒吸收率與施氮量呈顯著線性相關(guān)。

JU X T, XING G X, CHEN X P, et al. 2009. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 106(9): 3041- 3046.

SUN B, SHEN R P, BOUWMAN A F. 2008. Surface N balances in agricultural crop production systems in China for the period 1980─2015[J]. Pedosphere, 18(3): 304- 315.

CUI Z L, CHEN X P, MIAO Y X, et al. 2008. On-farm evaluation of the improved soil N min-based nitrogen management for summer maize in North China Plain[J]. Agronomy Journal, 100(3): 517- 525.

MIAO Y X, BOBBY A S, ZHANG F S. 2011. Long-term experiments for sustainable nutrient management in China. A review [J]. Agronomy for Sustainable Development, 31: 397- 410.

LI S X, WANG Z H, HU T T, et al. 2009. Nitrogen in dry land soils of China and its management[J]. Advances in Agronomy, 101: 123-181.

CUI Z L, ZHANG Fu S, CHEN X P, et al. 2008. On-farm evaluation of an in-season nitrogen management strategy based on soil Nmin test[J]. Field Crops Research, 105: 48-55.

BERGSTROM L, WILLIAM F, RITTER. 2000. Nitrogen and Water Quality, in Agricultural Nonpoint Source Pollution[M]. Boca Raton, Florida: The Chemical Rubber Company Press: 20.

曹陽, 楊婕, 熊偉, 等. 2014. 1961-2010年潛在干旱對我國夏玉米產(chǎn)量影響的模擬分析[J]. 生態(tài)學(xué)報, 34(2): 421-429.

巨曉棠, 潘家榮, 劉學(xué)軍, 等. 2003. 北京郊區(qū)冬小麥/夏玉米輪作體系中氮肥去向研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 9(3): 264-270.

巨曉棠, 張福鎖. 2003. 中國北方土壤硝態(tài)氮的累積及其對環(huán)境的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境, 12(1): 24-28.

巨曉棠, 劉學(xué)軍, 張福鎖. 2002. 冬小麥與夏玉米輪作體系中氮肥效應(yīng)及氮素平衡研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 35(11): 1361-1368.

李東坡, 武志杰. 2008. 化學(xué)肥料的土壤生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 19(5): 1158-1165.

倪玉雪, 尹興, 劉新宇, 等.2013. 華北平原冬小麥季化肥氮去向及土壤氮庫盈虧定量化探索[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 22(3): 392-397.

王歡元, 胡克林, 李保國, 等. 2011. 不同管理模式下農(nóng)田水氮利用效率及其環(huán)境效應(yīng)[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 44(13): 2701-2710.

王立剛, 李虎, 楊黎, 等. 2013. 冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)不同施氮量的長期環(huán)境效應(yīng)及區(qū)域氮調(diào)控模擬[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 46(14): 2932-2941.

王璞. 2004. 農(nóng)作物概論[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社: 226.

王宜倫, 劉天學(xué), 趙鵬, 等. 2013. 施氮量對超高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量與氮素吸收及土壤硝態(tài)氮的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 46(12): 2483-2491.

吳永成, 王志敏, 周順利. 2011.15N標(biāo)記和土柱模擬的夏玉米氮肥利用特性研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 44(12): 2446-2453.

張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 等. 2008. 中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J]. 土壤學(xué)報, 45(5): 915-924.

張福鎖. 2006. 測土配方施肥技術(shù)要攬[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社.

張麗娟, 巨曉棠, 文宏達(dá), 等. 2010. 土壤剖面不同土層硝態(tài)氮植物利用及運移規(guī)律研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 16(1): 82- 91.

趙榮芳, 陳新平, 張福鎖. 2009. 華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作體系的氮素循環(huán)與平衡[J]. 土壤學(xué)報, 46(4): 684- 687.

左紅娟, 白由路, 盧艷麗, 等. 2012. 基于高豐度15N華北平原冬小麥肥料氮的去向研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 45(15): 3093-3099.

Exploration of N Fertilizer Fate and Quantitative Soil Nitrogen Pool Budget in Growing Season of Summer Maize in North China Plain

WANG Xinying1, PENG Yajing1, WANG Wei1, LIU Xinyu1, JU Xiaotang2, ZHANG Lijuan1

1. College of Resources and Environmental Sciences, Agricultural University of Hebei//Key Laboratory for Farmland Eco-Environment of Hebei Province// Di Hongjie Soil and Environmental Laboratory of Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China; 2. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100093, China

In order to increase the utilization rate of nitrogen fertilizer and decrease the environmental pollution from fertilizer nitrogen in planting system of summer maize in North China plain, the original data were collected from the previous studies of15N-microplot experiments to investigate the relationships of fertilizer-nitrogen, crop-nitrogen and soil nitrogen, and to explore the fate of fertilizer nitrogen and the situation of profit and loss of soil nitrogen pool in summer maize cropping system. The results showed that the average nitrogen application was 190 kg·hm-2with the highest yield of the summer maize in North China plain; the nitrogen uptake of straw was higher than that of N uptake of grain, and the N uptake by maize plants was increased with the increase of N fertilizer application rates, soil N residues and loss tended to increase with the increase of N fertilizer application. In the two conditions of 50% and 100% straw returning to field, there were the significantly positive linear correlations between the nitrogen uptake of plants and balance of soil N, and the soil nitrogen pool reached the balance when nitrogen fertilizer rates were N 198 kg·hm-2and N 137 kg·hm-2. The N utilization efficiency with nitrogen rate recommended was much higher than that with the traditional nitrogen rate applied. Excessive application of N fertilizer caused negative effect of reducing the crop yield and nitrogen utilization rate, and increased N loss and N accumulation in soil. In the conditions of 0%, 50% and 100% straw returning to field, there were the significant linear relations between the amounts of different N fates and nitrogen application rates with the range of N 40～360 kg·hm-2. In composition of the whereabouts of the N fertilizer, the absorption ratios of grain and total plants above the ground showed significant linear relations with the amount of nitrogen application. Thus, the reasonable N application rates of summer maize was defined in North China plain: when the straw was returned 50% and 100%, the N application were 198 kg·hm-2and 137 kg·hm-2separately; it revealed that there were the significant linear relations between the amounts of different N fates and nitrogen application rates with summer maize. It provided the theoretical basis for defining reasonable N application rates of the summer maize in North China plain, improving the utilization rate of nitrogen fertilizer, and avoiding the waste and the environmental damage of fertilizer.

15N; North China Plain; summer maize; fate of nitrogen; soil nitrogen pool budget; nitrogen application rates

S158

A

1674-5906（2014）10-1610-06

汪新穎，彭亞靜，王瑋，劉新宇，巨曉棠，張麗娟. 華北平原夏玉米季化肥氮去向及土壤氮庫盈虧定量化探索[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2014, 23(10): 1610-1615.

WANG Xinying, PENG Yajing, WANG Wei, LIU Xinyu, JU Xiaotang, ZHANG Lijuan. Exploration of N fertilizer fate and quantitative soil nitrogen pool budget in growing season of summer maize in north China plain [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(10): 1610-1615.

“十二五”國家糧食豐產(chǎn)科技工程（2011BAD16B08；2012BAD04B06；2013BAD07B05）

汪新穎（1990年生），女，碩士研究生，主要從事土壤環(huán)境質(zhì)量方面的研究。E-mail:xinyingwang2014@163.com

*通信作者：張麗娟（1964年生），女，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail: lj_zh2001@163.com

2014-08-27