楊憲龍，路永莉，同延安, *，馬海洋，陳毓君，丁 燕

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，楊凌 712100； 2. 農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊凌 712100)

陜西關(guān)中小麥-玉米輪作區(qū)協(xié)調(diào)作物產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)的農(nóng)田適宜氮肥用量

楊憲龍1, 2，路永莉1, 2，同延安1, 2, *，馬海洋1, 2，陳毓君1, 2，丁 燕1, 2

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，楊凌 712100； 2. 農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊凌 712100)

為了確定陜西關(guān)中小麥-玉米輪作區(qū)兼顧作物產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)的農(nóng)田適宜氮肥用量，通過玉米-小麥-玉米連續(xù)3季田間試驗(yàn)研究了作物產(chǎn)量、氮肥利用效率、氮肥表觀損失和土壤氮素平衡等對(duì)施氮量的響應(yīng)。結(jié)果表明，隨著氮肥用量的增加，不同年份作物產(chǎn)量和3 季作物累計(jì)產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，而累計(jì)氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥表觀利用率、氮肥吸收效率和氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為顯著的降低趨勢。土壤氮素平衡結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，低量施氮時(shí)(小麥?zhǔn)㎞<150 kg/hm2，玉米施N<180 kg/hm2)，氮肥殘留顯著增加，表觀損失和損失率變化不明顯，而高量施氮時(shí)(小麥?zhǔn)㎞>150 kg/hm2，玉米施N>180 kg/hm2)，氮肥殘留變化不明顯，表觀損失和損失率卻顯著增加?；貧w和相關(guān)分析顯示，礦質(zhì)氮在土壤較深層次(100—200 cm 土層)大量累積是氮肥表觀損失的重要途徑之一。小麥?zhǔn)㎞ 150 kg/hm2、玉米施N 180 kg/hm2時(shí)，作物即可獲得相對(duì)較高的產(chǎn)量和氮肥利用率，且能保持作物收獲前后土壤無機(jī)氮庫的基本穩(wěn)定，同時(shí)也可將氮肥表觀損失降至較低水平。

小麥-玉米輪作體系; 適宜施氮量; 產(chǎn)量; 殘留; 表觀損失

氮肥投入已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)增產(chǎn)必不可少的措施之一[1- 3]。然而，大量研究表明[4- 8]，作物產(chǎn)量并不隨氮肥用量的增加而一直增加，當(dāng)施氮量超過一定范圍后，產(chǎn)量不再增加甚至降低，而氮肥各種途徑的損失量卻顯著增加，進(jìn)而造成資源浪費(fèi)和氮素環(huán)境污染問題?？梢?，確定一個(gè)兼顧作物產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)的適宜氮肥用量意義重大。目前，圍繞農(nóng)田適宜施氮量的問題國內(nèi)外已開展了大量的研究[9- 13]。一些地廣人稀的西方發(fā)達(dá)國家可以通過降低氮肥用量，不惜犧牲部分產(chǎn)量來減輕氮肥施用對(duì)環(huán)境壓力。然而，這樣的措施對(duì)于當(dāng)下人口與耕地矛盾日益突出的中國早已失去了借鑒意義。為保障我國糧食安全，在未來較長一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)繼續(xù)依靠大量化肥投入增加作物產(chǎn)量[1,3,14]。關(guān)于施氮與作物產(chǎn)量的關(guān)系，即氮肥農(nóng)學(xué)效益問題，國內(nèi)外已經(jīng)形成了較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。普遍認(rèn)為，作物產(chǎn)量與施氮符合報(bào)酬遞減律，并嘗試?yán)枚螔佄锞€、線性+平臺(tái)和二次式+平臺(tái)等模型[9,15]模擬作物產(chǎn)量隨施氮量的變化趨勢。對(duì)于氮肥的損失問題，國內(nèi)外也開展了大量氨揮發(fā)[16- 17]、硝化-反硝化N2O排放[18- 19]和淋溶損失[16,20]等方面的研究，基本查明了主要農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中各損失途徑的數(shù)量、比例及其與氮肥用量的關(guān)系[21]。但這些研究多集中在華北平原小麥/玉米和南方水稻作物上。關(guān)中平原是陜西省乃至中國重要的小麥、玉米等糧食作物的生產(chǎn)基地，然而結(jié)合本地區(qū)氣候特征、土壤類型和種植制度等開展的適宜氮肥用量研究偏少，且多為單季試驗(yàn)。鑒于此，本文通過玉米-小麥-玉米連續(xù)3季作物試驗(yàn)，闡述了該地區(qū)作物產(chǎn)量對(duì)不同施氮水平的響應(yīng)及其環(huán)境效應(yīng)，旨在為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民氮肥優(yōu)化管理提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2011年6月—2012年10月在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作三站進(jìn)行。試驗(yàn)站地處關(guān)中平原西部，年均氣溫13℃，年均蒸發(fā)量993 mm，年均降水量550—650 mm，且多集中在7—9月份，無霜期184—216 d，屬暖溫帶半濕潤偏旱氣候。實(shí)行冬小麥-夏玉米輪作的一年兩熟制。第1季夏玉米于2011年6月16日播種，2011年10月13日收獲。第2季冬小麥于2011年10月16日播種，2012年6月8日收獲。第3季夏玉米于2012年6月10日播種，2012年10月12日收獲。供試土壤為當(dāng)?shù)氐湫屯寥李愋?塿土。試驗(yàn)開始前測得耕層土壤基礎(chǔ)理化性狀為：有機(jī)質(zhì)15.0 g/kg，全氮0.91 g/kg，速效磷4.5 mg/kg，速效鉀142.7 mg/kg。0—100 cm土體各層次(以20 cm計(jì))的土壤容重分別為1.481、1.589、1.586、1.467和1.511 g/cm3，100 cm土層以下均以1.511 g/cm3計(jì)算。0—200 cm礦質(zhì)氮(硝態(tài)氮和銨態(tài)氮之和)含量分別為43.2、31.7、23.6、25.3、31.7、30.4、24.9、20.2、22.8和25.4 kg/hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選取土壤肥力均一、灌溉便捷、區(qū)域代表性較強(qiáng)的田塊進(jìn)行。按不同施氮梯度共設(shè)6個(gè)處理，3次重復(fù)，共計(jì)18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積5 m×6 m，田間完全隨機(jī)排列。各處理依次用代號(hào)N0、N1、N2、N3、N4和N5表示。小麥季各處理施氮量(以純N計(jì))依次為0、113、150、188、225和300 kg/hm2，施磷量(以P2O5計(jì))均為120 kg/hm2，不施鉀。玉米季施氮量各處理依次為0、135、180、225、270和360 kg/hm2，施磷量和施鉀量(以K2O計(jì))各處理一致，分別為40 kg/hm2和120 kg/hm2。小麥、玉米品種分別為小偃22和鄭單958。氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用普通過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)。小麥季磷肥和40%氮肥在播前一次性撒施，然后翻耕入土，另60%氮肥于返青后拔節(jié)前追施。玉米季磷、鉀肥在5葉期施入。氮肥分2次施，50%于5葉期施入，另50%于喇叭口期追施。灌溉、除草等其他田間管理措施參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣進(jìn)行。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 土樣采集與測定

1.3.2 植株樣品采集與測定

冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)，采收一定面積(5 m×3 m)的小麥樣品帶回，風(fēng)干、脫粒，分籽粒和秸稈兩部分稱量其干重，然后以采樣面積折算生物量。夏玉米收獲時(shí)，所有小區(qū)分穗和秸稈兩部分全部收獲，分別稱量秸稈和穗鮮重。然后各小區(qū)隨機(jī)取20個(gè)玉米穗和部分秸稈帶回。風(fēng)干后脫粒，然后稱量干重，以小區(qū)總鮮重折算生物量。小麥和玉米植株樣品的制備分籽粒和秸稈兩部分進(jìn)行，將小麥和玉米樣品烘干、粉碎、混勻，然后用濃H2SO4-H2O2消解，采用凱氏定氮法測定籽粒和秸稈的氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪圖和統(tǒng)計(jì)分析分別采用Excel 2007和SAS 9.1軟件進(jìn)行，多重比較采用Duncan法，差異顯著性水平P=0.05。分析過程所用的計(jì)算公式如下[6, 24- 25]：

累計(jì)氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施氮區(qū)累計(jì)產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)累計(jì)產(chǎn)量)/累計(jì)氮肥投入

累計(jì)氮肥生理利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)累計(jì)產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)累計(jì)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)累計(jì)吸氮量-對(duì)照區(qū)累計(jì)吸氮量)

累計(jì)氮肥表觀利用率(%)=(施氮區(qū)累計(jì)吸氮量-對(duì)照區(qū)累計(jì)吸氮量)/累計(jì)氮肥投入×100

累計(jì)氮肥吸收效率(kg/kg)=施氮區(qū)累計(jì)吸氮量/累計(jì)氮肥投入

累計(jì)氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)累計(jì)產(chǎn)量/累計(jì)氮肥投入

殘留Nmin(以20 cm分層計(jì)算)(kg/hm2)=20×土壤容重×Nmin濃度/10

氮素表觀礦化量(kg/hm2)=對(duì)照區(qū)作物吸氮量+對(duì)照區(qū)收獲后殘留Nmin-對(duì)照區(qū)播前Nmin氮素表觀損失量(kg/hm2)=氮素總投入-作物氮素吸收-土壤殘留Nmin

氮肥表觀殘留率(%)=(施氮區(qū)土壤殘留Nmin-對(duì)照區(qū)土壤殘留Nmin)/施氮量×100

氮肥表觀損失率(%)=100-氮肥表觀利用率-氮肥表觀殘留率

2 結(jié)果

2.1 不同施氮水平對(duì)作物產(chǎn)量的影響

不同施氮水平對(duì)小麥-玉米輪作體系連續(xù)3季作物產(chǎn)量的影響如表1所示。結(jié)果表明，適量施氮可以顯著提高作物產(chǎn)量。隨著氮肥用量的增加，不同年份作物產(chǎn)量并不按比例相應(yīng)增加，而是呈現(xiàn)報(bào)酬遞減的規(guī)律，甚至表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢。由于2012年玉米種植適當(dāng)增加了密度，由2011年約3300株/666.7m2(株距34 cm，行距60 cm)增加至約4000株/666.7m2(株距28 cm，行距60 cm)，各處理產(chǎn)量明顯高于2011年，但不同年份處理間玉米產(chǎn)量對(duì)施氮的響應(yīng)規(guī)律是一致的。結(jié)合方差分析可知，小麥?zhǔn)㎞ 150 kg/hm2、玉米施N 180 kg/hm2時(shí)(N2)，連續(xù)3.季作物均能獲得相對(duì)較高的產(chǎn)量(6729 kg/hm2、8518 kg/hm2和8218 kg/hm2)，較對(duì)照處理N0的增幅依次為6.3%、28.1%和17.7%(P<0.05)。施氮量過高或過低在一定程度上都會(huì)存在減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

表1 不同施氮水平對(duì)作物產(chǎn)量的影響 (2011—2012年)

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異達(dá)5%顯著性水平

2.2 不同施氮水平對(duì)作物氮素吸收和利用的影響

不同施氮水平對(duì)玉米-小麥-玉米連續(xù)3季作物累計(jì)氮素吸收和利用的影響如表2所示。結(jié)果顯示，施氮能顯著提高作物地上部氮素吸收量，較對(duì)照處理N0的增幅為27.1%—36.2%(P<0.05)。隨著處理氮肥用量的增加，作物累計(jì)氮素吸收量呈先增加后降低的趨勢，N3最大，為757.8 kg/hm2，顯著高于N1(P<0.05)，其他施氮處理間差異不顯著。為了衡量與評(píng)價(jià)不同施氮水平對(duì)作物氮素吸收利用的影響，特選取5個(gè)國內(nèi)外較為常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行了3季作物的累計(jì)計(jì)算，公式見1.4。回歸分析顯示，隨著氮肥用量的增加，累計(jì)氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率呈顯著的線性降低趨勢，回歸方程依次為：y=-0.0083x+10.536(R2=0.9365*)和y=-0.0393x+55.819(R2=0.9845*)。但部分處理間差異不顯著，這可能與處理氮水平差異設(shè)置的大小有關(guān)。累計(jì)氮肥吸收效率和氮肥偏生產(chǎn)力同樣呈顯著的線性降低趨勢，回歸方程依次為：y=-0.0018x+2.3997(R2=0.9499*)和y=-0.0572x+76.607(R2=0.9228*)，且處理間差異達(dá)到了5%的顯著性水平。累計(jì)氮肥生理利用率變化不明顯。

表2 不同施氮水平對(duì)三季作物累計(jì)氮素吸收和利用的影響 (2011—2012年)

2.3 不同施氮水平對(duì)作物收獲期土壤剖面硝態(tài)氮分布和累積的影響

圖1 不同施氮水平對(duì)玉米收獲期0—200 cm土層硝態(tài)氮分布與累積的影響Fig.1 Effect of N fertilizer rate on nitrate distribution and accumulation in the 0—200 cm depth at maize harvest

2.4 不同施氮水平對(duì)土壤-作物系統(tǒng)氮素平衡的影響

土壤-作物系統(tǒng)0—100 cm土層的氮素表觀平衡(3季作物)如表3所示。氮素輸入項(xiàng)包括氮肥投入、試驗(yàn)前0—100 cm 土層礦質(zhì)氮?dú)埩艉陀袡C(jī)氮的表觀礦化。氮素輸出項(xiàng)包括作物收獲攜出、試驗(yàn)后0—100 cm 土層礦質(zhì)氮?dú)埩艉偷乇碛^損失。結(jié)果表明，3季作物累計(jì)氮素吸收量為556—758 kg/hm2，隨氮素輸入量增加，表現(xiàn)為先增加后降低趨勢，而礦質(zhì)氮?dú)埩簟⒈碛^損失和氮盈余卻顯著增加(P<0.05)。當(dāng)忽略氮肥施用的激發(fā)效應(yīng)時(shí)，根據(jù)對(duì)照處理3季作物的氮素累計(jì)吸收量(556 kg/hm2)和作物收獲前后0—100 cm 土層礦質(zhì)氮?dú)埩舻膬糇兓?-90 kg/hm2)計(jì)算得3季作物土壤有機(jī)氮的表觀礦化量為466 kg/hm2。除肥料氮外，起始Nmin和礦化氮總和已高達(dá)622 kg/hm2，可占作物氮素吸收量的82.1%—111.8%。各處理氮肥表觀利用率的變幅為15.6%—39.3%，隨氮素投入量增加而顯著降低，氮素殘留在低量施氮時(shí)(N1、N2)顯著增加，在高量施氮時(shí)(N3、N4和N5)變化不明顯，而氮素表觀損失和損失率在低量施氮時(shí)變化不明顯，在高量施氮時(shí)卻顯著增加(P<0.05)。

2.5 氮肥與產(chǎn)量、氮肥與環(huán)境指標(biāo)的多曲線分析

為了尋求協(xié)調(diào)作物高產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的適宜氮肥用量，現(xiàn)以3季作物的累計(jì)產(chǎn)量作為產(chǎn)量指標(biāo)，以氮肥表觀損失和氮肥累計(jì)利用率作為環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行多曲線分析(圖2)。結(jié)果表明，施氮處理作物累計(jì)產(chǎn)量介于22.3—23.5 t/hm2之間，顯著高于對(duì)照處理N0(P<0.05)，增幅為11.5%—17.5%。隨著氮肥用量的逐漸增大，作物累計(jì)產(chǎn)量表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，但施氮處理間差異不顯著。低量施氮時(shí)，N1和N2處理相比，二者累計(jì)產(chǎn)量分別為22.8 t/hm2和23.5 t/hm2，無顯著差別。二者氮肥表觀損失和表觀利用率分別為180 kg/hm2和226 kg/hm2、39.3%和37.3%，亦無顯著差別。土壤氮水平方面，N2處理試驗(yàn)前后0—100 cm土層礦質(zhì)氮累積量變化不明顯(156 kg/hm2和160 kg/hm2，表3)，能維持該土層土壤礦質(zhì)氮儲(chǔ)量的基本穩(wěn)定。然而，N1處理0—100 cm土層礦質(zhì)氮累積量卻較試驗(yàn)前減少了24.4%，礦質(zhì)氮儲(chǔ)量出現(xiàn)了一定的虧損，試驗(yàn)繼續(xù)下去可能會(huì)存在減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。高量施氮時(shí)，與N2處理相比，N3、N4和N5處理氮肥投入量依次增加了25%、50%和100%，而作物累計(jì)產(chǎn)量差異均不顯著。同時(shí)，氮肥表觀損失分別增加了33%、83%和179%，氮肥表觀利用率降低了15%、33%和58%，0—100 cm土層礦質(zhì)氮累積量也較試驗(yàn)前明顯增加，分別為201 kg/hm2、226 kg/hm2和297 kg/hm2，這無疑增加了其潛在損失量。

表3 不同施氮水平對(duì)土壤-作物系統(tǒng)0—100 cm土層表觀氮素平衡的影響(3季作物)

圖2 作物累計(jì)產(chǎn)量、累計(jì)氮肥利用率、氮肥表觀損失與施氮量的關(guān)系Fig.2 Relationships among cumulative crop yield, cumulative N fertilizer use efficiency, apparent N loss, and N fertilizer rate圖中不同標(biāo)記字母表示三級(jí)作物產(chǎn)量的差異達(dá)到了5%的顯著性水平

3 討論

化肥已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重要的生產(chǎn)資料，其對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率高達(dá)50%左右[2]，其中氮肥又起著舉足輕重的作用[22]。然而，在農(nóng)田生產(chǎn)中，隨著氮肥用量的增加，作物產(chǎn)量并不是成比例增加，而是呈現(xiàn)報(bào)酬遞減的規(guī)律或不增加[7,23- 26]。本研究結(jié)論與此一致，連續(xù)3季大田試驗(yàn)初步表明，適量施氮(小麥：150 kg N/hm2，玉米：180 kg N/hm2)時(shí)，不同年份作物均可獲得相對(duì)較高的產(chǎn)量，小麥為6729 kg/hm2，玉米為8368 kg/hm2(兩年平均)。當(dāng)小麥季和玉米季的氮肥用量繼續(xù)增加時(shí)，作物產(chǎn)量不再增加，甚至有降低的趨勢。同時(shí)，3季作物累計(jì)產(chǎn)量隨施氮量的增加也表現(xiàn)出相同的規(guī)律?？梢?，單從作物產(chǎn)量方面來看，過量的氮肥投入是無益的。

氮肥利用率是評(píng)價(jià)氮肥施入土壤后被作物吸收利用效率的常用指標(biāo)，但它受土壤性質(zhì)、作物品種、氮肥種類、施氮量、施肥深度、肥料配比和土壤供肥能力等因素的綜合影響[27- 28]，變幅較大?？紤]到小麥-玉米輪作體系作物對(duì)氮素吸收利用的轉(zhuǎn)移和疊加效應(yīng)，選用5個(gè)國內(nèi)外評(píng)價(jià)氮肥利用狀況的常用指標(biāo)，計(jì)算了3季作物對(duì)氮肥的累計(jì)利用效率。結(jié)果顯示，除生理利用率變化不明顯外，其他4個(gè)指標(biāo)均隨施氮量的增加呈顯著的線性降低趨勢(P<0.05)。本研究結(jié)果與雋英華等[24]、石玉和于振文[7]等的研究結(jié)果一致。由此說明，無論從氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用各個(gè)角度去衡量(各評(píng)價(jià)指標(biāo)的本質(zhì)含義)，其結(jié)論是一致的，即作物對(duì)氮肥的利用效率隨氮肥用量的增加而降低。

有研究顯示，土壤不同層次殘留硝態(tài)氮的作物有效性隨著土層深度增加而顯著降低[29]，小麥和玉米根系可以利用0—100 cm土層的硝態(tài)氮，而難以利用100 cm土層以下的硝態(tài)氮[30]。因此，本試驗(yàn)將土壤-作物系統(tǒng)氮素表觀平衡定義到0—100 cm土層范圍內(nèi)計(jì)算，即作物根系對(duì)養(yǎng)分的主要吸收區(qū)域。結(jié)果表明，隨著氮肥用量的增加，低量施氮時(shí)(N1、N2)，氮素殘留顯著增加，表觀損失和損失率變化不明顯。而在高量施氮時(shí)(N3、N4和N5)，殘留變化不明顯，而表觀損失和損失率卻顯著增加。N3、N4和N5處理的表觀損失率分別高達(dá)47.1%、54.1%和61.7%，這無疑增大了對(duì)環(huán)境的壓力。

本試驗(yàn)條件下，2012年玉米收獲后100—200 cm土層內(nèi)仍有大量礦質(zhì)氮累積，施氮處理礦質(zhì)氮累積量的變幅為83.5—259.2 kg/hm2?；貧w分析顯示，該土層礦質(zhì)氮累積量和氮肥用量密切相關(guān)，隨施氮量的增加呈指數(shù)形式快速增加(y=53.696e0.0016x,R2=0.9707*)。說明施氮量越高，礦質(zhì)氮在該土層的累積量越大，累積量占施氮量的比例也越大。進(jìn)一步，相關(guān)性分析表明，100—200 cm土層累積的礦質(zhì)氮和氮肥表觀損失也表現(xiàn)出顯著的線性相關(guān)關(guān)系(y=2.8478x-125.56,R2=0.9663*)，占損失量的比例各處理高達(dá)41.2%—55.9%，說明礦質(zhì)氮在土壤較深層次累積(100—200 cm)是氮肥表觀損失的重要途徑之一。因此，在一定程度上可將100—200 cm礦質(zhì)氮?dú)埩袅孔鳛楹饬康时碛^損失程度的指標(biāo)。因?yàn)檫@些氮素難以再被作物吸收利用[30]，其最終結(jié)果無疑是被多年的降雨淋洗至更深土層，或通過其他途徑損失。

最后需要指出的是，由于本研究作物種植僅經(jīng)歷了玉米-小麥-玉米3季作物，且是單點(diǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果的代表性和說服力略顯單薄，一個(gè)地區(qū)農(nóng)田適宜氮肥用量的確定可能需要多年、甚至多點(diǎn)的田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)，所以本試驗(yàn)的結(jié)果還需后續(xù)研究進(jìn)一步驗(yàn)證和探討。

4 結(jié)論

在連續(xù)3季作物試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合考慮不同施氮水平的產(chǎn)量效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)，小麥季施氮150 kg/hm2、玉米季施氮180 kg/hm2時(shí)，作物即能獲得相對(duì)較高的產(chǎn)量(小麥：6729 kg/hm2，玉米平均：8368 kg/hm2)和累計(jì)氮肥利用率(37.3%)，且能維持作物收獲前后0—100 cm土層土壤礦質(zhì)氮庫的基本穩(wěn)定，保證了作物增產(chǎn)的相對(duì)可持續(xù)性。同時(shí)，氮肥表觀損失和損失率也可將降至相對(duì)較低水平(表觀損失量226 kg/hm2，表觀損失率44.2%)。因此可初步作為陜西關(guān)中平原兼顧作物產(chǎn)量和環(huán)境效益的農(nóng)田氮肥適宜用量。

致謝：同延安教授和陳毓君碩士對(duì)本研究給予幫助，特此致謝。

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Optimum-N application rate to maximize yield and protect the environment in a wheat-maize rotation system on the Guanzhong Plain, Shaanxi Province

YANG Xianlong1, 2, LU Yongli1, 2, TONG Yan′an1, 2,*, MA Haiyang1, 2, CHEN Yujun1, 2, DING Yan1, 2

1CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China2KeyLaboratoryofPlantNutritionandtheAgri-environmentinNorthwestChina,MOA.Yangling712100,China

The objective of this field study was to determine the N application rate which would both maximize yield and protect the environment in a wheat-maize rotation district of the Guanzhong Plain, Shaanxi Province. The study included six treatments replicated three times: N0 (no N application to either wheat or maize), N1 (113 kg N/hm2to wheat + 135 kg N/hm2to maize), N2 (150 kg N/hm2to wheat + 180 kg N/hm2to maize), N3 (188 kg N/hm2to wheat + 225 kg N/hm2to maize), N4 (225 kg N/hm2to wheat + 270 kg N/hm2to maize), and N5 (300 kg N/hm2to wheat + 360 kg N/hm2to maize). The study was conducted over 1.5 yr (maize-wheat-maize). The effects of N application rate on crop yield, N fertilizer use efficiency, apparent N loss, and N budget in the 0—100 cm depth were determined. The results showed that annual crop yield and cumulative crop yield both increased and then decreased as N application rate increased. In contrast, cumulative N agronomic efficiency, apparent N utilization, N uptake efficiency, and N partial productivity decreased significantly as N application rate increased. Calculation of the N budget in the 0—100 cm depth showed that residual mineral-N concentrations were significantly higher in the N2 treatment than in the N1 treatment, but apparent N loss and loss rates were nearly the same in the two treatments. In contrast, residual mineral-N concentrations were nearly the same in the N3, N4, and N5 treatments, but apparent N loss and loss rate increased significantly in the order N3

wheat-maize rotation system; optimal N rate; yield; mineral-N residual; apparent N loss

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(20100314); 高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(B12007)

2013- 01- 28; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2014- 03- 13

10.5846/stxb201301280182

*通訊作者Corresponding author.E-mail: tongyanan@nwsuaf.edu.cn

楊憲龍，路永莉，同延安，馬海洋，陳毓君，丁燕.陜西關(guān)中小麥-玉米輪作區(qū)協(xié)調(diào)作物產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)的農(nóng)田適宜氮肥用量.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(21):6115- 6123.

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