馮國(guó)忠王 寅焉 莉米國(guó)華高 強(qiáng)?

（1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130118）

（2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境與糧食安全研究中心，北京 100193）

土壤類型和施氮量對(duì)連作春玉米產(chǎn)量及氮素平衡的影響*

馮國(guó)忠1王 寅1焉 莉1米國(guó)華2高 強(qiáng)1?

（1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130118）

（2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境與糧食安全研究中心，北京 100193）

以吉林省春玉米連作體系為研究對(duì)象，采用多因素方差分析的方法，對(duì)多年田間定位試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比較，以探討土壤類型變異對(duì)土壤―作物系統(tǒng)氮素平衡的影響。通過(guò)在相同氣候條件下，2種土壤類型（黑土（黏化濕潤(rùn)均腐土）和風(fēng)砂土（濕潤(rùn)沖積新成土））上開(kāi)展的連續(xù)4年的氮肥施用量（0、168、312 kg hm-2）田間定位試驗(yàn)，研究了不同土壤類型間玉米產(chǎn)量、氮素礦化、殘留及氮素表觀損失的差異。結(jié)果表明，土壤類型顯著影響玉米產(chǎn)量，黑土的玉米籽粒產(chǎn)量較高（6 469～10 106 kg hm-2），平均為8 623 kg hm-2，風(fēng)砂土的玉米籽粒產(chǎn)量較低（1 386～8 196 kg hm-2），平均為5911 kg hm-2；黑土和風(fēng)砂土玉米籽粒產(chǎn)量的年際間（2009―2012年）變異系數(shù)分別為13.4%和59.1%，黑土的玉米籽粒產(chǎn)量穩(wěn)定性顯著大于風(fēng)砂土；黑土連續(xù)4季氮素總表觀礦化量為328 kg hm-2，為風(fēng)砂土的2.2倍；受土壤質(zhì)地影響，黑土收獲后0～100 cm土層土壤礦質(zhì)氮?dú)埩袅繛?9～321 kg hm-2，顯著高于風(fēng)砂土（38～77 kg hm-2）；在中等施氮（168 kg hm-2）條件下，黑土與風(fēng)砂土的氮肥表觀損失量無(wú)顯著差異，分別為320 kg hm-2和315 kg hm-2；當(dāng)施氮量增加至312 kg hm-2時(shí)，黑土和風(fēng)砂土的氮肥表觀損失量均顯著增加，且風(fēng)砂土的氮肥表觀損失量達(dá)到827 kg hm-2，顯著高于黑土。由于受土壤質(zhì)地和土壤供肥能力的影響，土壤類型會(huì)對(duì)玉米產(chǎn)量、氮素礦化和表觀損失有一定的影響，因此，在氮肥優(yōu)化管理中應(yīng)考慮土壤類型的變異。

玉米連作；土壤類型；產(chǎn)量；氮素礦化；氮平衡

吉林省作為全國(guó)的糧食主產(chǎn)區(qū)和重要的商品糧基地，2014年玉米產(chǎn)量為273.3 Mt，占全國(guó)總產(chǎn)的12.6%［1］，其玉米產(chǎn)量對(duì)我國(guó)糧食安全具有舉足輕重的作用。連作體系作為吉林省春玉米主要種植體系，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著不可替代的作用。有關(guān)春玉米施肥現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果表明，近年來(lái)隨著玉米產(chǎn)量的增加，農(nóng)戶的肥料施用量，尤其是氮肥明顯過(guò)量［2］。過(guò)量施用氮肥不僅未大幅度增加作物產(chǎn)量，反而造成土壤無(wú)機(jī)氮逐年累積和氮肥損失，威脅環(huán)境安全［3-5］。

春玉米連作體系中，氮素的來(lái)源主要以肥料帶入和土壤礦化為主，氮素的去向主要有三種：一是被作物吸收；二是以不同形態(tài)在土壤中殘留；三是通過(guò)不同的機(jī)制和途徑由土壤―作物體系損失。東北春玉米連作區(qū)屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)域，雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)的作物產(chǎn)量受當(dāng)?shù)毓鉁睾徒邓绊?，?shí)際自然降水決定當(dāng)?shù)氐淖魑锂a(chǎn)量［6］，同時(shí)土壤類型及自然降水直接影響土壤有效含水量［7-8］，進(jìn)一步影響土的環(huán)境效應(yīng)。

1 材料與方法

壤氮素礦化、礦質(zhì)氮?dú)埩袅亢偷負(fù)p失等［3-5，9］。土壤作為春玉米連作生產(chǎn)體系中的主體之一，大量研究表明，土壤類型的變異會(huì)引起土壤氮素礦化、作物產(chǎn)量及氮素吸收量、礦質(zhì)氮?dú)埩袅亢偷負(fù)p失等方面的差異，進(jìn)一步影響土壤―作物生產(chǎn)體系的氮素平衡。其中，Lu等［10］在東北地區(qū)的研究顯示，土壤類型的變異顯著影響春玉米籽粒產(chǎn)量，黑土與風(fēng)砂土的產(chǎn)量差會(huì)達(dá)到5～6 t hm-2；李玲等［11］、王?；鄣龋?2］以及王簾里和孫波［13］的研究結(jié)果顯示，土壤質(zhì)地和土壤類型顯著影響氮素礦化能力，黑土的氮素礦化量明顯高于潮土和紅壤；同時(shí)受有機(jī)質(zhì)含量和質(zhì)地等因素的影響，土壤類型間礦質(zhì)氮?dú)埩艏暗乇碛^損失狀況各異，砂壤土的氮素表觀損失量明顯高于黏土［14-17］。為了了解東北地區(qū)春玉米雨養(yǎng)連作體系中土壤類型變異對(duì)春玉米產(chǎn)量、土壤氮素礦化、礦質(zhì)氮?dú)埩艏氨碛^損失的影響，本研究設(shè)計(jì)了相同區(qū)域不同土壤類型及不同氮肥施用水平的4年定位試驗(yàn)，以期從氮素表觀平衡的角度來(lái)揭示該地區(qū)春玉米連作體系中氮素的利用及損失情況，并在此基礎(chǔ)上定量評(píng)價(jià)東北春玉米連作體系中，相同氣候條件下不同土壤類型上氮肥

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于吉林省梨樹(shù)縣四棵樹(shù)鄉(xiāng)三棵樹(shù)村（43°20′17.4″N，124°0′29.1″E）和付家街村（43°21′48.1″N，124°05′01.6″E），兩地的土壤類型分別為黑土（黏化濕潤(rùn)均腐土）和風(fēng)砂土（濕潤(rùn)沖積新成土），各試驗(yàn)點(diǎn)的土壤基礎(chǔ)理化性狀見(jiàn)表1。兩試驗(yàn)點(diǎn)間距離小于3千米，具有相同氣候條件，均屬北溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。年均氣溫6.5℃，年日照時(shí)數(shù)2 541 h，作物生長(zhǎng)期（5—9月）內(nèi)為1 192 h。年積溫＞0℃積溫3 244℃，＞10℃積溫3 030℃；無(wú)霜期155 d。該研究區(qū)域1986—2012年的平均降水量為486.1 mm，試驗(yàn)期間（2009—2012）玉米生育期降水及氣溫情況見(jiàn)圖1，其中2009年降水量為240.6 mm，玉米抽雄至灌漿初期（7月22日—8月26日）降水量?jī)H為5.6 mm，嚴(yán)重干旱；2010年、2011年和2012年降水量分別為583.2、432.8和437.2 mm。

表1 各試驗(yàn)點(diǎn)土壤基礎(chǔ)理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of the soils at the experiment sites

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2009—2012年，試驗(yàn)為兩因素設(shè)計(jì)，主因素為2種土壤類型：黑土和風(fēng)砂土，副因素為3個(gè)氮肥施用量：0、168和312 kg hm-2（即N0、N168和N312）。氮肥采用基肥加追肥的施用方式，基肥和追肥的比例為1∶2；各處理的磷鉀肥投入量一致，分別為100 kg hm-2（以P2O5計(jì)）和120 kg hm-2（以K2O計(jì)），磷鉀肥做基肥一次性施入，其中氮肥為尿素（N46%），磷肥為重過(guò)磷酸鈣（P2O545%）和磷酸二銨（N18%，P2O546%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）。

試驗(yàn)小區(qū)面積為60 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。兩試驗(yàn)點(diǎn)種植的玉米品種均為先玉335。于5月上旬等行距播種（60 cm×26 cm），種植密度為6.5萬(wàn)株hm-2。播種后及時(shí)重鎮(zhèn)壓并封閉除草。6月下旬拔節(jié)期前，采用溝施覆土方法追肥，于10月初收獲。玉米種植區(qū)為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，無(wú)灌溉設(shè)施。

圖1 2009―2012年試驗(yàn)地點(diǎn)玉米生育期內(nèi)降水量及大氣溫度數(shù)據(jù)Fig. 1 Precipitation and air temperature at the experimental sites during the maize growing season in 2009―2012

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在成熟期，將試驗(yàn)小區(qū)兩側(cè)邊行各2壟及小區(qū)兩端各0.8 m去掉，其余部分作為收獲區(qū)，面積為30.2 m2。記錄測(cè)產(chǎn)面積內(nèi)的穗數(shù)和果穗總鮮重，按平均單穗重取有代表性10穗（10穗的平均單穗重應(yīng)接近收獲區(qū)的平均單穗重），稱取鮮重帶回實(shí)驗(yàn)室，烤種后烘干至恒重，計(jì)算含水量，從而折算測(cè)產(chǎn)區(qū)域產(chǎn)量，最后得出每公頃產(chǎn)量。在產(chǎn)量測(cè)定的同時(shí)，每個(gè)小區(qū)選取代表性植株5株，分為秸稈和籽粒，分別稱其鮮重，烘干，稱干重，然后全部粉碎，用四分法取出分析樣。

采用凱氏定氮法測(cè)定秸稈和籽粒含氮量。分別于每年播種前和收獲后在每個(gè)小區(qū)采集0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層的土壤樣品（每個(gè)小區(qū)取2鉆，相同土層混合），放入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室過(guò) 4 mm篩，采用 0.01 molL-1CaCl2溶液浸提，TRACCS-2000型連續(xù)流動(dòng)分析儀（Bran and LuebbeNorderstedt，德國(guó)）測(cè)定土壤無(wú)機(jī)氮含量。播前土壤基礎(chǔ)理化性狀采用常規(guī)法測(cè)定［18］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)未考慮降水輸入的氮素，作物生長(zhǎng)期間土壤礦化氮根據(jù)不施氮處理作物吸氮量與試驗(yàn)前后土壤無(wú)機(jī)氮（Nmin）累積量的凈變化估計(jì)［19］，不考慮氮肥激發(fā)效應(yīng)，假定施氮處理土壤氮礦化量與不施氮處理相同，即：

生育期0～100cm土層土壤氮素凈礦化量（kg hm-2） = 不施氮肥區(qū)收獲期作物吸氮量 +不施氮肥區(qū)收獲期0～100 cm土層土壤殘留Nmin- 不施氮肥區(qū)播種時(shí)0～100 cm土層土壤起始Nmin

生育期土壤氮素表觀損失（kg hm-2）= 生育期施氮量 + 播種時(shí)0～100 cm土層土壤起始Nmin+ 0～100 cm土層土壤氮素凈礦化量-收獲期作物攜出 - 收獲期0～100 cm土層土壤殘留Nmin

氮肥表觀利用率（%）=（施氮區(qū)作物吸氮量-不施氮肥區(qū)作物吸氮量）/施氮量×100

氮肥表觀殘留率（%）=（施氮區(qū)0～100 cm土層土壤殘留Nmin-不施氮肥區(qū)0～100 cm土層土壤殘留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

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2007處理后，用SAS 9.0軟件三因素程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié) 果

2.1 不同處理下玉米籽粒產(chǎn)量和植株吸氮量

2009—2012年不同土壤類型上各施氮處理玉米產(chǎn)量和植株吸氮量（圖2）顯示，黑土條件下，除了 2011年N312處理的玉米產(chǎn)量明顯低于N168處理外，其他年份施氮處理間玉米產(chǎn)量無(wú)顯著差異；風(fēng)砂土上，2009年由于受干旱影響，玉米產(chǎn)量與施氮量間無(wú)明顯關(guān)系，2011年玉米產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，N312處理的玉米產(chǎn)量最高（8 598 kg hm-2），2010年和2012年N168和N312處理的玉米產(chǎn)量均無(wú)顯著差異。氮素吸收方面，黑土條件下，各年份施氮處理間無(wú)顯著差異，且均顯著高于不施氮處理；風(fēng)砂土上，除2010年施氮處理間無(wú)顯著差異外，其他年份植株吸氮量隨施氮量的增加而增加。

圖2 2009—2012年不同土壤類型上各處理玉米產(chǎn)量和植株吸氮量Fig. 2 Grain yield and N uptake in different soils from 2009 to 2012

表2 玉米產(chǎn)量和植株吸氮量及其多因素方差分析結(jié)果Table 2 Variance analysis of maize grain yield and nitrogen uptake in the four years relative to treatment and type of soil

土壤類型、年際和施氮量對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量和植株吸氮量的3因素方差分析（表2）顯示，土壤類型、年際和施氮量3因素及其交互作用顯著影響籽粒產(chǎn)量和植株吸氮量。其中黑土的玉米籽粒產(chǎn)量為8 623 kg hm-2，明顯高于風(fēng)砂土（5 911 kg hm-2），黑土成熟期植株吸氮量為158.1 kg hm-2，明顯高于風(fēng)砂土；2010年和2012年兩年的玉米產(chǎn)量較高，分別為8 890 kg hm-2和7 713 kg hm-2，2009年和2011年的玉米籽粒產(chǎn)量較低，分別為5 746 kg hm-2和6 920 kg hm-2，年際間吸氮量變化規(guī)律與產(chǎn)量一致；與不施氮處理相比，施氮可以顯著提高玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)率達(dá)到83.8%，而施氮處理（N168和N312）間玉米籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著差異；施氮也可以顯著促進(jìn)植株對(duì)氮素的吸收，且隨施氮量的增加植株吸氮量顯著增加（表2）。

土壤類型與年際的交互作用顯著影響玉米產(chǎn)量和植株吸氮量，其中2009年、2010年和2012年黑土上的產(chǎn)量和植株吸氮量均顯著高于風(fēng)砂土，而在2011年，受倒伏影響，黑土的產(chǎn)量為6 469 kg hm-2，明顯低于風(fēng)砂土的7 370 kg hm-2，且兩土類間吸氮量無(wú)顯著差異。

2.2 玉米生長(zhǎng)期土壤氮素表觀礦化量

不同土壤類型玉米連作體系中的土壤氮素表觀礦化量（圖3）表明，黑土顯著高于風(fēng)砂土，年平均礦化量分別為82 kg hm-2和37 kg hm-2。年際也顯著影響玉米連作的土壤氮素表觀礦化，其中2010年和2012年較高，分別為79 kg hm-2和63 kg hm-2；2011年次之，為57 kg hm-2；2009年最低，為39 kg hm-2。年際和土壤類型的交互作用顯著影響土壤氮素表觀礦化，其中2009年和2011年兩土類間無(wú)顯著差異，而2010年和2012年黑土顯著高于風(fēng)砂土。

2.3 玉米收獲后土壤礦質(zhì)氮?dú)埩?/p>

圖3 2009―2012年不同土壤類型上的氮素表觀礦化量Fig. 3 Apparent N mineralization rate in 2009—2012 relative to type of soil

圖4 2009―2012年不同土壤類型上各處理玉米收獲后土壤礦質(zhì)氮?dú)埩袅縁ig. 4 Soil residual of mineralized N after harvest in 2009―2012 relative to type of soil

2009―2012年玉米連作體系中收獲后土壤礦質(zhì)氮?dú)埩袅浚▓D4）顯示，黑土顯著高于風(fēng)砂土，年平均土壤礦質(zhì)氮?dú)埩袅糠謩e為135.4 kg hm-2和 93.1 kg hm-2。年際顯著影響玉米連作體系中收獲后土壤礦質(zhì)氮?dú)埩袅?，其?009年為147 kg hm-2，顯著高于2010年、2011年和2012年，平均增加44 kg hm-2。隨著施氮量的增加，玉米連作體系中收獲后土壤礦質(zhì)氮?dú)埩袅匡@著增加，其中不施氮處理平均為61 kg hm-2，N168和N312處理分別為115 kg hm-2和167 kg hm-2，分別增加88%和173%。土壤類型和施氮的交互作用顯著影響收獲后土壤礦質(zhì)氮?dú)埩?，其中黑土上N168處理與不施氮處理間無(wú)顯著差異，而風(fēng)砂土上N168處理顯著高于不施氮處理。

2.4 玉米連作體系中的礦質(zhì)氮損失

2009―2012年玉米連作體系的土壤氮素平衡（表3）顯示，氮素輸入方面，施氮量所占比例較大（57.0%～85.2%），播種時(shí)Nmin和表觀礦化氮所占比例較?。?.8%～15.1%、10.0%～27.8%），且土壤類型間差異顯著。黑土播種時(shí)Nmin和表觀礦化氮分別占總輸入項(xiàng)的10.1%～15.1% 和18.7%～27.8%，顯著高于風(fēng)砂土 4.8%～7.9% 和10.0%～16.4%。在氮素的輸出方面，收獲后礦質(zhì)氮?dú)埩艉偷乇碛^損失均隨著施氮量的增加而增加，但是不同土壤類型上增加的比例各異，當(dāng)施氮量從168 kg hm-2增加至312 kg hm-2時(shí)，黑土收獲后礦質(zhì)氮?dú)埩粼黾?52.8%，而風(fēng)砂土僅增加5.4%；黑土氮素表觀損失增加111.9%，而風(fēng)砂土增加的比例高達(dá)162.5%。各個(gè)生長(zhǎng)季的氮素平衡情況（表3）顯示，在干旱年份（2009年），相同施氮量條件下，風(fēng)砂土的氮盈余量較黑土增加29～40 kg hm-2，增加的比例為8.3%～19.1%；在正常降水年份（2010―2012年），相同施氮量條件下，黑土的氮盈余量較風(fēng)砂土增加57～130 kg hm-2，增加的比例為16.8%～41.7%。

表3 2009―2012年不同土壤類型上玉米連作體系中的氮素平衡Table 3 Nitrogen balance in the spring maize monocropping system in 2009―2012 relative to type of soil（kg hm-2）

續(xù)表

2009―2012年玉米連作體系中氮肥的表觀利用率、殘留率及損失率（表4）顯示，4年的連作體系中，黑土和風(fēng)砂土的氮肥表觀利用率隨施氮量的增加而降低，且二者無(wú)顯著差異，分別為37.8%和39.2%；表觀殘留率和表觀損失率均隨施氮量的增加而增加，土壤類型間差異明顯，風(fēng)砂土的表觀殘留率僅為2.7%，顯著低于黑土（11.0%）；風(fēng)砂土的表觀損失率為58.2%，高于黑土（51.2%）。

表4 2009―2012年不同土壤類型上氮肥表觀利用、殘留、損失率Table 4 Apparent N recovery by crop，apparent N residual in the soil，and apparent N loss from the system in 2009—2012 relative to type of soil

3 討 論

連續(xù)4年的定位試驗(yàn)結(jié)果顯示，土壤類型顯著影響地上部玉米產(chǎn)量，黑土的玉米籽粒產(chǎn)量平均為8 623 kg hm-2，顯著高于風(fēng)砂土（5 911 kg hm-2）（表2）。相關(guān)研究［20-21］表明，土壤質(zhì)地和土壤保水能力等土壤特性會(huì)導(dǎo)致地上部作物產(chǎn)量差異，其中Ziadi等［20］和Cambouris等［21］的研究表明土壤質(zhì)地較黏、保水能力較強(qiáng)的土壤地上部作物產(chǎn)量明顯較高。本研究中供試的黑土和風(fēng)砂土質(zhì)地分別為黏土和砂土（表1）。不施氮處理的作物產(chǎn)量是反映土壤供氮能力的重要指標(biāo)，本研究發(fā)現(xiàn)，黑土不施氮處理的產(chǎn)量平均為6 215 kg hm-2，顯著高于風(fēng)砂土的3 115 kg hm-2。Luce等［22］研究表明土壤供氮能力較高的土壤地上部作物產(chǎn)量明顯較高。研究還發(fā)現(xiàn)，年際顯著影響玉米產(chǎn)量，受干旱（2009年）和臺(tái)風(fēng)（2011年）影響，2009年和2011年玉米產(chǎn)量顯著低于2010年和2012年（表2），同時(shí)年際與土壤類型的交互作用顯著影響玉米產(chǎn)量，2009年在干旱（生育期降水量?jī)H為206 mm）的條件下，受土壤保水能力差異的影響，風(fēng)砂土施氮處理的產(chǎn)量?jī)H為1 336 kg hm-2，明顯低于黑土的10 396 kg hm-2；2010年在降水較高（生育期降水量為583 mm）的條件下，風(fēng)砂土施氮處理的產(chǎn)量達(dá)到10 146 kg hm-2，與黑土（10 268 kg hm-2）無(wú)顯著差異（圖2），表明風(fēng)砂土上的水分管理尤為重要。

土壤氮素礦化是作物―土壤系統(tǒng)重要的氮素輸入途徑。本研究結(jié)果顯示，黑土連續(xù)4年累計(jì)氮礦化量為328 kg hm-2，為風(fēng)砂土的2.2倍（表3），原因可能是黑土較高的土壤黏粒含量（表1），有助于土壤有機(jī)質(zhì)的累積［11］。王?；鄣龋?2］的研究表明，氮素礦化量受土壤有機(jī)質(zhì)含量影響較大，且有機(jī)質(zhì)含量高的土壤其氮素礦化量較大。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤水分也會(huì)影響土壤氮素礦化量，其中在正常降水年份，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著影響土壤氮素礦化量，如2010―2012年，黑土的氮礦化量顯著高于風(fēng)砂土，但是在干旱年份（2009年，生育期降水量?jī)H為206 mm），黑土和風(fēng)砂土的氮素礦化量無(wú)差異，均為39 kg hm-2（圖3）。該結(jié)果與王艷杰等［23］的研究結(jié)論一致，即土壤中氮素的礦化既與原有有機(jī)態(tài)氮含量有關(guān)，又與土壤自身的理化性質(zhì)包括含水量等因素有關(guān)。

土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩羰寝r(nóng)田氮肥的主要氮素盈余項(xiàng)，如果將殘留的無(wú)機(jī)氮控制在一定的范圍內(nèi)，則可兼顧產(chǎn)量與環(huán)境效益［24］。鐘茜等［25］認(rèn)為土壤殘留的無(wú)機(jī)氮限定在150 kg hm-2以下對(duì)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)較小。本研究中，黑土和風(fēng)砂土4年定點(diǎn)試驗(yàn)后殘留的土壤無(wú)機(jī)氮范圍分別為115～321 kg hm-2和70～148 kg hm-2，平均為 218和109 kg hm-2，黑土的土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩糨^高，風(fēng)險(xiǎn)較大。同延安等［14］的研究表明，土壤質(zhì)地顯著影響作物收獲后土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅浚渲叙ね翆?duì)無(wú)機(jī)氮的吸附能力較強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致殘留較高，與本研究結(jié)果一致，即：相同氮素投入的條件下，黑土作物收獲后無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅匡@著高于風(fēng)砂土（表3）。本研究中連續(xù)4年的結(jié)果顯示，黑土與風(fēng)砂土氮肥表觀殘留率低于其他研究者的結(jié)果［13］，原因可能與土壤供肥及保肥能力有關(guān)，其中黑土無(wú)氮區(qū)收獲后礦質(zhì)氮?dú)埩袅浚?9 kg hm-2，表3）較高，導(dǎo)致施氮區(qū)收獲后礦質(zhì)氮?dú)埩袈式档?；風(fēng)砂土由于受土壤性狀限制，施氮區(qū)和無(wú)氮區(qū)作物收獲后無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅烤^低（38～77 kg hm-2，表3）。

氮肥損失是作物―土壤系統(tǒng)重要的氮素輸出途徑。本研究氮肥表觀損失率是采用差減法計(jì)算得出，結(jié)果不同于利用15N實(shí)測(cè)的氮損失，實(shí)質(zhì)上包括了所有的未知去向的肥料氮，如土壤的生物固定、淋洗和氨揮發(fā)等。同延安等［14］的研究表明，土壤質(zhì)地顯著影響作物―土壤系統(tǒng)氮素表觀損失；同時(shí)，Sogbedji等［17］在砂壤土上的研究顯示，由于土壤孔隙較大，氮素容易以氨揮發(fā)和硝態(tài)氮淋洗的方式增加氮素表觀損失。但是在本研究中，當(dāng)施氮量較低（168 kg hm-2）時(shí)，黑土與風(fēng)砂土的氮素表觀損失量無(wú)顯著差異（315～320 kg hm-2，表3），只有過(guò)量施氮（312 kg hm-2）條件下，風(fēng)砂土的氮素表觀損失量顯著高于黑土。綜上，在推薦施肥過(guò)程中，綜合考慮土壤類型和氣候條件對(duì)作物產(chǎn)量、土壤氮素礦化及氮素表觀損失的影響，可以在一定程度上減少作物―土壤系統(tǒng)中氮素的損失。

4 結(jié) 論

連續(xù)4年的定位試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同氣候條件下，黑土的生產(chǎn)力顯著高于風(fēng)砂土，并且黑土年際間的產(chǎn)量穩(wěn)定性大于風(fēng)砂土；土壤有機(jī)質(zhì)和降水量顯著影響土壤氮素礦化量，在正常降水條件下，土壤有機(jī)質(zhì)含量較高的黑土的氮素礦化量顯著高于風(fēng)砂土，但是在干旱條件下，黑土和風(fēng)砂土的氮素礦化量無(wú)顯著差異。受土壤質(zhì)地影響，黑土收獲后0～100 cm土層土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅匡@著高于風(fēng)砂土。過(guò)量施氮導(dǎo)致兩種土壤的氮肥表觀損失量明顯增加，而且風(fēng)砂土的氮肥表觀損失量顯著高于黑土。

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Effect of Soil Type and Nitrogen Application Rate on Yield of Monocropping Spring Maize and Nitrogen Balance in Crop Field

FENG Guozhong1WANG Yin1YAN Li1MI Guohua2GAO Qiang1?
（1 College of Resources and Environment Sciences，Key Laboratory of Jilin Province Commodity Grain Base Soil Resources Sustainable Utilization，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China）
（2 Center for Resources，Environment and Food Security，College of Resources and Environmental Science，China Agricultural University，Beijing 100193，China）

【Objective】Jilin Province is a major maize producing area and a key commodity grain production base of China. In the province，monocroppingof spring maize prevails in various types of soils. However，it is still not so clear how type of the soil affects yield of the crop，nitrogen mineralization and nitrogen residue in the soil and apparent loss of soil nitrogen from the maize monocropping system. Therefore，this study was performed to explore effects of the same nitrogen fertilization strategy in different types of soils under the maize monocropping system in an attempt to provide a certain basis for optimization nitrogen management. 【Method】Based on a long-term fertilization experimenton the spring maize monocropping in Jilin Province，multi-factor variance analysis was done of the data of the recent four years of the longterm experiment to determine effect of the soil，in terms of soil type，on N balance in the soil-crop system in Northeast China. During the four years，maize was monocropped in black soil（Argi-Udic Isohumosols）and sandy soil（Udi-Alluvic Primosols）and applied with three rates of N（0 kg hm-2，168 kg hm-2and 312 kg hm-2，separately）under the same climate condition. Maize yields were monitored and soil samples analyzed for N mineralization rate，N residue and apparent N loss.【Result】Maize grain yield varied with type of the soil and in the range of 6 469～10 106 kg hm-2（8 623 kg hm-2on average）in black soil and in the range of 1 386～8 196 kg hm-2（5 911 kg hm-2）in sandy soil. Furthermore，grain yield stability also differed sharply between the soils. In the four years（2009—2012），variation coefficient of the yield in black soil was 13.4% and in sandy soil 59.1%. Obviously the crop in black soil was more stable in yield than that in sandy soil. Total N mineralization rate was 328 kg hm-2in black soil，2.2 times that in sandy soil. As affected by soil texture，the total residue of mineralized N residue in the 0～100 cm soil layer after harvest of the crop was in the range of 99 ～321 kg hm-2in black soil，much higher than that（38 kg hm-2～77 kg hm-2）in sandy soil. Apparent N loss did not varied much between black soil and sandy soil applied with N at a medium rate（168 kg hm-2）and was 320 kg hm-2and 315 kg hm-2，respectively. However，apparent N loss increased significantly or by 111.9% and 162.5%，or by 358 kg hm-2and 512 kg hm-2，respectively in black soil and sandy soil. The apparent N loss in sandy soil reached up to 827 kg hm-2，which was remarkably higher than that in black soil.【Conclusion】Due to differences in soil texture and nutrient supplying capacity，soils of different types would differ significantly in maize grain yield，N mineralization rate，accumulated N residue and apparent N loss. Therefore，type of a soil should be taken into consideration in optimizing N fertilization management.

Maize monocropping system；Soil type；Grain yield；Nitrogen mineralization；Nitrogen balance

S513；S158.3 文獻(xiàn)識(shí)別碼 A

10.11766/trxb201603230053

（責(zé)任編輯：陳榮府）

* 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-02）、農(nóng)業(yè)部948計(jì)劃項(xiàng)目（2011-G18）和公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)項(xiàng)目（201103003）共同資助 Supported by the Technology Program and National Maize Production System in China（No.CARS-02），948 projectof Ministry of Agriculture of China（No.2011-G18）and the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China（No. 201103003）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail:gyt199962@163.com

馮國(guó)忠（1983—），男，山西大同人，博士研究生，主要從事養(yǎng)分資源綜合管理研究。E-mail：guozhongf 830621@126.com

2016-03-23；

2016-09-27；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2016-10-27