黃土高原南部不同減氮模式對春玉米產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/h1>
2017-09-03 09:34:50董強(qiáng)吳得峰黨廷輝1郭勝利1
植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 2017年4期
董強(qiáng)，吳得峰，黨廷輝1,*，郭勝利1,
（1中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌712100；3中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）
黃土高原南部不同減氮模式對春玉米產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/p>
董強(qiáng)1,3，吳得峰2，黨廷輝1,2*，郭勝利1,2
（1中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌712100；3中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）
【目的】研究了不同減量施氮模式對黃土高原南部春玉米產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?，提出科學(xué)施肥模式，旨在指導(dǎo)當(dāng)?shù)赜衩资┓?、保護(hù)環(huán)境安全?！痉椒ā吭邳S土高原南部溝壑區(qū)農(nóng)田連續(xù)進(jìn)行了3年的田間試驗(yàn)，供試作物為春玉米，一年一熟，采用半覆膜種植方式。試驗(yàn)設(shè)不施氮(CK)；傳統(tǒng)施肥模式(Con，施尿素N 200kg/hm2)；減氮模式Ⅰ(ModⅠ，施尿素N160kg/hm2)；減氮模式Ⅱ(ModⅡ，施尿素N160kg/hm2和加一定量的硝化抑制劑雙氰胺)；減氮模式Ⅲ(ModⅢ，施脲甲醛N160kg/hm2)5種處理。調(diào)查了玉米產(chǎn)量、收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩艉偷乩寐??！窘Y(jié)果】三種減量施氮模式較傳統(tǒng)施氮模式施氮量減少20%的情況下，玉米產(chǎn)量連續(xù)三年無顯著變化(P>0.05)，相差0.1～0.5t/hm2。與Con相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率及偏生產(chǎn)力分別增加了20.2%～23.2%和21.9%～23.7%，0—200cm土層NO3–-N的殘留量分別減少了90.7、97.3、100.7kg/hm2，其降幅依次為44.7%、47.9%、49.6%?！窘Y(jié)論】連續(xù)三年減少20%的施氮量不影響春玉米產(chǎn)量及吸氮量，可提高氮肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力，顯著減少土壤剖面NO3–-N殘留量。在同一施氮量下，添加硝化抑制劑或施用緩控釋肥對硝態(tài)氮?dú)埩袅繙p少作用不甚明顯。關(guān)鍵詞: 春玉米；減量施氮；硝化抑制劑；緩控釋肥；硝態(tài)氮
施用化肥是提高作物產(chǎn)量的重要手段之一。研究表明，化肥對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率在35%～66%[1]，據(jù)FAO的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從1978年至2008年，我國氮肥施用量平均每年增加7.8×105t[2]，然而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，普遍存在著氮肥過量施用及利用率較低的問題。于飛等研究表明，近十年來我國的氮肥利用率平均為34.3%[3]，巨曉棠等[4]采用田間微區(qū)15N示蹤試驗(yàn)研究了肥料氮在冬小麥/夏玉米當(dāng)季和后茬的去向表明，氮肥利用率在23.8%～51.1%之間，而殘留率在20.9%～48.4%之間。閆湘等[5]對全國165個(gè)田間試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出,中國主要糧食作物的氮肥當(dāng)季利用率在8.9%～78.0%之間，平均為28.7%。土壤硝態(tài)氮(NO3
–-N)是植物利用氮素的主要形態(tài)，長期大量施用氮肥，會造成土壤硝態(tài)氮的大量累積，且土體硝態(tài)氮的含量隨施氮量的增加而增加[6–8]。郭勝利等[9]發(fā)現(xiàn)，在坡地果園土壤上，連續(xù)施肥超過7年就會發(fā)生深層NO3
–-N積累，15年后100—200cm土層NO3
–-N的積累量達(dá)到1400kg/hm2。黨廷輝等[10]對黃土旱塬區(qū)農(nóng)田氮素淋溶規(guī)律研究表明，在高原溝壑區(qū)旱作農(nóng)業(yè)中，長期過量或不平衡使用氮肥，NO3–-N將在土壤剖面深層發(fā)生積累，峰值在120—140cm左右。硝態(tài)氮不易被土壤膠體所吸附，累積在土壤中的氮素如不能被作物及時(shí)吸收利用，在降水的作用下便會向下移動(dòng)逐漸脫離根區(qū)，淋洗至地下水導(dǎo)致硝酸鹽污染，或徑流至湖泊造成富營養(yǎng)化[11–13]。因此，提高氮肥利用率，減少氮肥淋洗、徑流損失，探明影響硝態(tài)氮累積、淋洗、徑流因素，降低其對環(huán)境的危害，是一個(gè)亟待解決的問題[14]。
雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)土壤NO3–-N的深層積累是施肥、作物、降水、土壤特性等長期綜合作用的結(jié)果，是氮素去向的重要途徑之一[15]。本研究通過田間定位監(jiān)測試驗(yàn)，分析了不同減氮模式下春玉米產(chǎn)量及地上部生物吸氮量的差異，探討了不同減氮措施對土壤剖面硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊懀瑸楫?dāng)?shù)赜衩追N植提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)地位于黃土高原南部溝壑區(qū)的陜西省長武縣境內(nèi)中國科學(xué)院長武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站(東經(jīng)107°40′，北緯35°12′，海拔1220m)，屬典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，為半干旱濕潤性季風(fēng)氣候，年均降水量為560mm，其中最高年份為954mm，最低年份為296mm，7～9月的降水量占年總量的57%。年平均氣溫9.2℃，大于10℃積溫為3029℃，年日照時(shí)數(shù)2230h，日照率為51%，年輻射總量為484 KJ/cm2，無霜期171天，無灌溉條件。試驗(yàn)期間降水量及平均氣溫見圖1。
圖1 試驗(yàn)期間試驗(yàn)地降水量及日平均氣溫Fig. 1 Precipitation and average air temperature in the experimental field during the trial period
土壤為黑壚土，母質(zhì)為馬蘭黃土，土層深厚，土質(zhì)疏松。試驗(yàn)地耕層0—20cm土壤有機(jī)質(zhì)含量6.50g/kg、全氮含量0.80g/kg、有效磷含量5mg/kg、pH8.4、堿解氮含量37mg/kg、速效鉀129.3mg/kg、碳酸鈣含量10.5%、容重為1.3g/cm3、田間持水量21%～23.8%、凋萎含水量9%～12%。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理
試驗(yàn)于2013年4月至2015年9月在試驗(yàn)地進(jìn)行，供試作物為春玉米，品種為先玉335，一年一熟。玉米采用半覆膜種植方式，地膜厚為0.008mm、寬750mm，株行距30cm×60cm，種植密度57000株/hm2。本試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：1)不施氮對照(CK)；2)每年施普通尿素N200kg/hm2(Con)；3)減氮模式Ⅰ(ModⅠ，每年施普通尿素N160kg/hm2)；4)減氮模式Ⅱ(ModⅡ，每年施普通尿素N160kg/hm2，同時(shí)添加硝化抑制劑雙氰胺10kg/hm2)；5)減氮模式Ⅲ(ModⅢ，每年施緩控釋肥脲甲醛N160kg/hm2)。供試肥料有尿素(N46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、緩控肥脲甲醛(SR)(N26%)、雙氰胺(DCD)(N10%)。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)長17.5m，寬5.5m，小區(qū)間距0.5m，區(qū)組間距1m，四周保護(hù)行寬1m。整個(gè)試驗(yàn)地長92m，寬20m。各處理均施P2O5117kg/hm2，K2O37.5kg/hm2。所有肥料在播種前一次性作為基肥均勻撒施土壤表面，然后翻入0—20cm土壤中。玉米每年4月中下旬播種，9月中下旬收獲。作物生長期間及時(shí)清除雜草，收獲后土壤休閑。3年試驗(yàn)期間，年平均降雨量為523.3mm，平均氣溫11.1℃。
1.3 測定項(xiàng)目與方法
1.3.1 產(chǎn)量測定玉米收獲期，每個(gè)小區(qū)選取4m×4m (16m2)大小(約90株玉米)，把地上部分、玉米穗棒分別稱重，然后從中選取能代表該小區(qū)的15株作為代表樣，帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過前期處理和風(fēng)干過程，分別稱取其生物量、籽粒產(chǎn)量的鮮重和風(fēng)干重，計(jì)算生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量。
1.3.2 土壤水分、硝態(tài)氮含量測定春玉米收獲后，用直徑3cm的土鉆采集0—200cm分層土樣。在每小區(qū)選取膜上、膜間2點(diǎn)，每20cm為一個(gè)土層，采至200cm。同一小區(qū)同一土層2點(diǎn)土樣混合后，裝入自封塑料袋中，冷藏備用。在采樣過程中，同時(shí)取少量土壤放入鋁盒，采用烘干稱重法測定土壤含水量。在實(shí)驗(yàn)室里，將待測土樣過3mm篩后，稱取5.0g鮮土樣，用50mL KCl(1mol/L)溶液浸提。振蕩1h后過濾，用流動(dòng)分析儀測定NO3–-N含量。
1.3.3 植物樣品采集與測定每個(gè)小區(qū)采集中部代表性植株3株，齊地面割下地上部分，轉(zhuǎn)入檔案袋中，然后分莖、葉、苞葉、穗軸、籽粒，分別稱量后取一部分裝入紙袋中在105℃殺青30分鐘，然后75℃烘干至恒重，測定其干物質(zhì)重后，粉碎過60目篩，用H2SO4–H2O2法消煮，凱氏定氮儀測定植物全氮。
1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算方法
氮肥利用率=(施氮區(qū)地上部吸氮量–不施氮地上部吸氮量)/施氮量×100%；
氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量–不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量；
氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量；
土壤NO3–-N殘留量(kg/hm2)=土壤硝態(tài)氮含量×土層厚度×土壤容重/10。
1.5 數(shù)據(jù)處理
采用Microsoft Excel2013、Origin及SPSS13.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同施氮模式對春玉米地上部生物量和產(chǎn)量的影響
施氮顯著增加了春玉米地上部生物量和籽粒產(chǎn)量(表1)。與不施氮(CK)對比，傳統(tǒng)施氮處理(Con)地上部生物量增加170.2%，減量施氮處理(ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ)增加134.0%～141.5%；與CK相比，傳統(tǒng)施氮(Con)增產(chǎn)191.3%，減量施氮(ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ)增產(chǎn)184.8%～189.1%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，與Con相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理春玉米地上部分生物量和籽粒產(chǎn)量差異不顯著。三種減氮模式間，在施氮量相同的情況下，添加硝化抑制劑或施用緩控釋肥對春玉米產(chǎn)量和地上部產(chǎn)量無顯著影響。
2.2 不同施氮模式下春玉米吸氮量以及氮肥利用效率
施氮顯著增加了玉米吸氮量(P<0.05)。與CK處理相比，Con、ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的地上部分吸氮量均值分別增加了2.4、1.9、1.8、1.7倍(三年數(shù)據(jù)平均)。與Con相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ的地上部分吸氮量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異不顯著，說明在傳統(tǒng)施肥的基礎(chǔ)上減氮20%不會影響玉米的氮素吸收。施氮處理的氮肥利用率介于70.0%～78.5% (三年數(shù)據(jù)平均)，減量施氮模式(ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ)比傳統(tǒng)施氮處理(Con)并沒有提高氮肥利用率(表2)，本文計(jì)算得到的氮肥利用率為三年的累積利用率，由于不施氮肥處理連年種植，肥力下降，故三年氮肥的平均利用率較高。氮肥農(nóng)學(xué)效率介于44.0～54.2kg/kg(三年數(shù)據(jù)平均)，與Con處理相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率升高(表2)，說明減少氮肥用量有助于提高氮肥的農(nóng)學(xué)效率，而在三個(gè)減量施氮處理中，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率無顯著差異，說明施用緩控釋肥或在肥料中添加硝化抑制劑不會降低氮肥的農(nóng)學(xué)效率。氮肥的偏生產(chǎn)力表示每施用1kg氮肥能生產(chǎn)的糧食產(chǎn)量，其大小可表征提高氮肥利用率的潛力。由表2可知，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于Con處理，可見減量施氮對提高氮肥的生產(chǎn)效率有顯著的促進(jìn)作用。
表1 不同處理春玉米地上部生物量和產(chǎn)量Table 1 Aboveground biomass and yields of spring maize under different treatments
表2 不同施氮模式玉米吸氮量以及氮肥利用效率Table 2 Nitrogen uptakes and nitrogen use efficiencies of maize under different nitrogen application modes
2.3 不同施氮模式下土壤剖面硝態(tài)氮分布與殘留量
3年試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，CK處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量在整個(gè)剖面上遞減，其余處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量總體上呈現(xiàn)先增后減的趨勢(圖2)。與CK相比，其余處理的土壤硝態(tài)氮含量在0—200cm整個(gè)剖面層次上均明顯提高(圖2)。而Con處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量明顯高于各試驗(yàn)處理。ModⅠ與ModⅡ處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量在剖面上分布規(guī)律相似，均在60cm處出現(xiàn)峰值，但ModⅠ處理的土壤硝態(tài)氮含量在整個(gè)土層上均表現(xiàn)為高于ModⅡ處理(圖2)，這與ModⅡ處理添加硝化抑制劑，減緩氮肥轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮有關(guān)。ModⅢ處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為表層含量較高，深層含量普遍較低，ModⅢ處理施用的是緩控釋肥，氮素釋放慢，遷移到土壤下層的硝態(tài)氮很少，大部分積聚在表層(圖2)。
圖2 不同施氮模式對土壤剖面硝態(tài)氮分布的影響Fig. 2 Effect of different nitrogen application modes on distribution of NO3–-N in soil profile
表3 不同施氮模式下土壤不同層次硝態(tài)氮的累積量Table 3 Effect of different nitrogen application modes on nitrate-nitrogen accumulation in soil profile
不同施氮模式對土壤0—200cm剖面硝態(tài)氮累積量有顯著影響(P<0.05)，由三年的土壤剖面硝態(tài)氮累積量(表3)可見，0—200cm土壤硝態(tài)氮累積量各處理表現(xiàn)為Con>ModⅠ>ModⅡ>ModⅢ>CK，與Con處理的硝態(tài)氮累積量相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理均顯著降低了土壤硝態(tài)氮的殘留量，但ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理之間的硝態(tài)氮?dú)埩衾鄯e量無顯著差異。3年后，四個(gè)施氮處理0—100cm和100—200cm土壤剖面NO3–-N殘留量分別介于54.8～128.7kg/hm2和44.5～74.3kg/hm2，減量施氮處理(ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ)比傳統(tǒng)施氮處理(Con)均減少了0—100cm和100—200cm土壤剖面NO3–-N殘留量。0—100cm硝態(tài)氮累積量占0—200cm硝態(tài)氮累積量的比例均大于50%，而春玉米90%以上的根系集中在0—100cm土層，因此這部分的氮素可以有效的被利用。在100—200cm土層也有大量的硝態(tài)氮?dú)埩?，而這部分的氮素相對難以被春玉米利用，進(jìn)而提高了向下層淋失的風(fēng)險(xiǎn)。
3 討論
氮肥的施用是根據(jù)區(qū)域作物、土壤和氣候特點(diǎn)解決施用量、施用時(shí)期及不同時(shí)期的分配比例等問題，核心在于施肥量的控制[16]。研究表明，提高作物氮肥效率的有效手段之一是降低施氮量[17]。在考慮土壤自身供氮水平的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低肥料的施用量不僅不會影響作物的產(chǎn)量，而且可將氮素的表觀損失降到一個(gè)較低的水平[18]。孫云保等[19]研究表明，與常規(guī)速效氮肥相比，連續(xù)4年8季作物在控釋氮肥均減施30%的條件下，作物產(chǎn)量無顯著差異。郝小雨等[20]研究表明，同一施氮量下，添加硝化抑制劑不影響玉米籽粒產(chǎn)量和吸氮量。這些研究結(jié)果與本研究一致。即與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥處理相比，在減量施氮20%的基礎(chǔ)上，不影響春玉米產(chǎn)量和吸氮量，同時(shí)提高了氮肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力。
硝態(tài)氮是旱地農(nóng)田無機(jī)氮存在的主要形態(tài)，也是最易被作物吸收利用的氮素形態(tài)，同時(shí)硝態(tài)氮也容易隨水分運(yùn)動(dòng)下移出作物根層以下，直至到地下水，對地下水形成污染，冬小麥/夏玉米輪作體系中氮肥的主要損失途徑是淋洗出0—100cm土體，在下層土壤中累積[21]。李世清等[22]研究認(rèn)為，試驗(yàn)區(qū)降水少時(shí)，NO3
–-N主要分布在0—80cm土層，降水多時(shí)，NO3
–-N進(jìn)入下層土壤比例增加。這與本研究結(jié)果一致，2013年到2015年試驗(yàn)地降雨量為515.4mm、414mm、520.2mm，相較于往年(560mm)，其降雨量偏少，故大部分殘留的硝態(tài)氮累積在0—100cm，但這些殘留的硝態(tài)氮經(jīng)過暴雨或灌溉都會淋溶到土壤底層，對地下水安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。
硝化抑制劑通過選擇性抑制土壤硝化微生物活動(dòng)，可有效減緩?fù)寥乐蠳H4+-N向NO3–-N的轉(zhuǎn)化，因此添加硝化抑制劑是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的提高非硝態(tài)氮肥利用率、減少硝化作用負(fù)面效應(yīng)的一種有效方式[23]。在硝化作用的兩個(gè)階段中，有些硝化抑制劑對氨氧化細(xì)菌產(chǎn)生毒性，有些硝化抑制劑可抑制硝化桿菌屬細(xì)菌的活動(dòng)[24]。雙氰胺通過抑制氨氧化細(xì)菌(Nitrosomonas sp.)生長并使其細(xì)胞色素氧化酶活性鈍化來延緩NH4+向NO2–的轉(zhuǎn)化，即對硝化過程的第一反應(yīng)階段產(chǎn)生抑制效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到硝化抑制效果[25]。眾多研究結(jié)果表明，硝化抑制劑與尿素混施可顯著抑制硝化作用，減少土壤中硝態(tài)氮的含量，同時(shí)增加了土壤中銨態(tài)氮的含量[26–28]。而微生物對銨態(tài)氮的固持能力優(yōu)于硝態(tài)氮，從而增加氮素在土壤中的持留能力[28]。本研究對春玉米的研究發(fā)現(xiàn)，尿素與硝化抑制劑混施較傳統(tǒng)施肥顯著降低了土壤剖面的硝態(tài)氮?dú)埩袅?。李燕婷等[29]研究指出緩控釋肥在保證玉米產(chǎn)量不降低的前提下，降低了土壤剖面尤其是深層土壤硝態(tài)氮積累的效應(yīng)，對減輕地下水硝態(tài)氮污染風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。此外，控釋氮肥減氮30%處理表層土壤硝態(tài)氮含量未顯著下降，但深層土壤硝態(tài)氮含量較常量速效氮肥處理減少了44.2%～89.2%[19]。本試驗(yàn)三年數(shù)據(jù)顯示，施用緩控釋肥顯著降低了土壤剖面硝態(tài)氮的累積量。這主要是由于脲甲醛緩釋肥料是不同鏈長的甲基脲聚合物，施入土壤后，快速融化為膠體被土壤緊密吸附，靠土壤微生物的分解釋放氮。綜上所述，合理的減量施氮和選擇施氮模式可以有效減少土壤剖面中硝態(tài)氮的累積量。
4 結(jié)論
1)在黃土高原南部丘壑區(qū)，在傳統(tǒng)施氮的基礎(chǔ)上減量施氮20%不影響春玉米產(chǎn)量及吸氮量，并可提高氮肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力。
2)施氮顯著增加了土壤NO3–-N的含量。與CK相比，傳統(tǒng)施氮模式與三種減量施氮模式都顯著增加了土壤剖面NO3–-N的含量。不同施氮模式土壤剖面硝態(tài)氮含量分布規(guī)律有差異，表明施氮量、施肥模式及肥料種類對硝態(tài)氮的遷移有一定影響。
3)減量施氮模式可以有效減少土壤剖面NO3–-N殘留量。與傳統(tǒng)施氮模式相比，三種減量施氮處理顯著降低了土壤剖面NO3–-N的殘留量，0—200cm土壤剖面的降幅分別為44.7%、47.9%、49.6%。但在同一施氮量下，肥料中添加硝化抑制劑或施用緩釋氮肥對硝態(tài)氮積累的減少作用并不明顯。
參 考 文 獻(xiàn)：
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Effects of different nitrogen reduction modes on yield of spring maize and nitrate-N residue in soils of the southern Loess Plateau
DONG Qiang1,3,WU De-feng2,DANG Ting-hui1,2*,GUO Sheng-li1,2
(1 Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2 Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A＆F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 3 University of China Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
【Objectives】Effects of different nitrogen reduction modes on yield of spring maize and soil NO3–-N residue in the southern Loess Plateau were discussed,and scientific fertilization suggestions were put forward to instruct local maize fertilization and protect environment.【Methods】A field experiment was conducted in the south of the Loess Plateau for three years.Spring maize was planted with half plastic film mulching in one crop per annum.The experiment consisted of5N fertilization treatments,no Napplication(CK),applying urea N200 kg/hm2(Con),applying urea N160kg/hm2(ModⅠ),applying N160kg/hm2of urea plus nitrification inhibitor dicyandiamide(DCD)(ModⅡ),and applying slow-release fertilizer urea formaldehyde(SR)N160kg/hm2(ModⅢ).The yield of maize,the fertilizer Nuse efficiency and the soil NO3–residues were investigated.【Results】Compared with conventional Ntreatment,the grain yields and Nuptakes of maize had no significant difference under the three Ntreatments,with the grain yield difference in range of0.1–0.5t/hm2. Compared with the Con,the agronomic efficiencies of fertilizer nitrogen and Npartial fertilizer productivitieswere increased by20.2%–23.2%and21.9%–23.7%,respectively.The accumulated amounts of nitrate nitrogen in0–200cm soil profile were decreased by90.7,97.3and100.7kg/hm2,respectively,with the decrease rates of 44.7%,47.9%and49.6%in turn.【Conclusions】Reducing20%of conventional nitrogen input will not affect spring maize yield and Nuptake significantly,but improve agronomic efficiency of fertilizer-nitrogen and N partial fertilizer productivity.Under the same nitrogen application rate,adding nitrification inhibitor or applying slow-release fertilizer do not show priorities over urea on nitrate-N residue reduction.
spring maize;nitrogen reduction;nitrification inhibitor;controlled release fertilizer;nitrate nitrogen
2016–12–30接受日期：2017–04–14
國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2016YFD0800105）資助。
董強(qiáng)（1992—），山西呂梁人，碩士研究生，主要從事土壤化學(xué)與環(huán)境的研究。E-mail：1814370130@qq.com
*通信作者E-mail：dangth@ms.iswc.ac.cn
董強(qiáng)，吳得峰，黨廷輝1,*，郭勝利1,
（1中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌712100；3中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）
黃土高原南部不同減氮模式對春玉米產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/p>
董強(qiáng)1,3，吳得峰2，黨廷輝1,2*，郭勝利1,2
（1中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌712100；3中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）
【目的】研究了不同減量施氮模式對黃土高原南部春玉米產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?，提出科學(xué)施肥模式，旨在指導(dǎo)當(dāng)?shù)赜衩资┓?、保護(hù)環(huán)境安全?！痉椒ā吭邳S土高原南部溝壑區(qū)農(nóng)田連續(xù)進(jìn)行了3年的田間試驗(yàn)，供試作物為春玉米，一年一熟，采用半覆膜種植方式。試驗(yàn)設(shè)不施氮(CK)；傳統(tǒng)施肥模式(Con，施尿素N 200kg/hm2)；減氮模式Ⅰ(ModⅠ，施尿素N160kg/hm2)；減氮模式Ⅱ(ModⅡ，施尿素N160kg/hm2和加一定量的硝化抑制劑雙氰胺)；減氮模式Ⅲ(ModⅢ，施脲甲醛N160kg/hm2)5種處理。調(diào)查了玉米產(chǎn)量、收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩艉偷乩寐??！窘Y(jié)果】三種減量施氮模式較傳統(tǒng)施氮模式施氮量減少20%的情況下，玉米產(chǎn)量連續(xù)三年無顯著變化(P>0.05)，相差0.1～0.5t/hm2。與Con相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率及偏生產(chǎn)力分別增加了20.2%～23.2%和21.9%～23.7%，0—200cm土層NO3–-N的殘留量分別減少了90.7、97.3、100.7kg/hm2，其降幅依次為44.7%、47.9%、49.6%?！窘Y(jié)論】連續(xù)三年減少20%的施氮量不影響春玉米產(chǎn)量及吸氮量，可提高氮肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力，顯著減少土壤剖面NO3–-N殘留量。在同一施氮量下，添加硝化抑制劑或施用緩控釋肥對硝態(tài)氮?dú)埩袅繙p少作用不甚明顯。關(guān)鍵詞: 春玉米；減量施氮；硝化抑制劑；緩控釋肥；硝態(tài)氮
施用化肥是提高作物產(chǎn)量的重要手段之一。研究表明，化肥對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率在35%～66%[1]，據(jù)FAO的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從1978年至2008年，我國氮肥施用量平均每年增加7.8×105t[2]，然而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，普遍存在著氮肥過量施用及利用率較低的問題。于飛等研究表明，近十年來我國的氮肥利用率平均為34.3%[3]，巨曉棠等[4]采用田間微區(qū)15N示蹤試驗(yàn)研究了肥料氮在冬小麥/夏玉米當(dāng)季和后茬的去向表明，氮肥利用率在23.8%～51.1%之間，而殘留率在20.9%～48.4%之間。閆湘等[5]對全國165個(gè)田間試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出,中國主要糧食作物的氮肥當(dāng)季利用率在8.9%～78.0%之間，平均為28.7%。土壤硝態(tài)氮(NO3
–-N)是植物利用氮素的主要形態(tài)，長期大量施用氮肥，會造成土壤硝態(tài)氮的大量累積，且土體硝態(tài)氮的含量隨施氮量的增加而增加[6–8]。郭勝利等[9]發(fā)現(xiàn)，在坡地果園土壤上，連續(xù)施肥超過7年就會發(fā)生深層NO3
–-N積累，15年后100—200cm土層NO3
–-N的積累量達(dá)到1400kg/hm2。黨廷輝等[10]對黃土旱塬區(qū)農(nóng)田氮素淋溶規(guī)律研究表明，在高原溝壑區(qū)旱作農(nóng)業(yè)中，長期過量或不平衡使用氮肥，NO3–-N將在土壤剖面深層發(fā)生積累，峰值在120—140cm左右。硝態(tài)氮不易被土壤膠體所吸附，累積在土壤中的氮素如不能被作物及時(shí)吸收利用，在降水的作用下便會向下移動(dòng)逐漸脫離根區(qū)，淋洗至地下水導(dǎo)致硝酸鹽污染，或徑流至湖泊造成富營養(yǎng)化[11–13]。因此，提高氮肥利用率，減少氮肥淋洗、徑流損失，探明影響硝態(tài)氮累積、淋洗、徑流因素，降低其對環(huán)境的危害，是一個(gè)亟待解決的問題[14]。
雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)土壤NO3–-N的深層積累是施肥、作物、降水、土壤特性等長期綜合作用的結(jié)果，是氮素去向的重要途徑之一[15]。本研究通過田間定位監(jiān)測試驗(yàn)，分析了不同減氮模式下春玉米產(chǎn)量及地上部生物吸氮量的差異，探討了不同減氮措施對土壤剖面硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊懀瑸楫?dāng)?shù)赜衩追N植提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)地位于黃土高原南部溝壑區(qū)的陜西省長武縣境內(nèi)中國科學(xué)院長武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站(東經(jīng)107°40′，北緯35°12′，海拔1220m)，屬典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，為半干旱濕潤性季風(fēng)氣候，年均降水量為560mm，其中最高年份為954mm，最低年份為296mm，7～9月的降水量占年總量的57%。年平均氣溫9.2℃，大于10℃積溫為3029℃，年日照時(shí)數(shù)2230h，日照率為51%，年輻射總量為484 KJ/cm2，無霜期171天，無灌溉條件。試驗(yàn)期間降水量及平均氣溫見圖1。
圖1 試驗(yàn)期間試驗(yàn)地降水量及日平均氣溫Fig. 1 Precipitation and average air temperature in the experimental field during the trial period
土壤為黑壚土，母質(zhì)為馬蘭黃土，土層深厚，土質(zhì)疏松。試驗(yàn)地耕層0—20cm土壤有機(jī)質(zhì)含量6.50g/kg、全氮含量0.80g/kg、有效磷含量5mg/kg、pH8.4、堿解氮含量37mg/kg、速效鉀129.3mg/kg、碳酸鈣含量10.5%、容重為1.3g/cm3、田間持水量21%～23.8%、凋萎含水量9%～12%。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理
試驗(yàn)于2013年4月至2015年9月在試驗(yàn)地進(jìn)行，供試作物為春玉米，品種為先玉335，一年一熟。玉米采用半覆膜種植方式，地膜厚為0.008mm、寬750mm，株行距30cm×60cm，種植密度57000株/hm2。本試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：1)不施氮對照(CK)；2)每年施普通尿素N200kg/hm2(Con)；3)減氮模式Ⅰ(ModⅠ，每年施普通尿素N160kg/hm2)；4)減氮模式Ⅱ(ModⅡ，每年施普通尿素N160kg/hm2，同時(shí)添加硝化抑制劑雙氰胺10kg/hm2)；5)減氮模式Ⅲ(ModⅢ，每年施緩控釋肥脲甲醛N160kg/hm2)。供試肥料有尿素(N46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、緩控肥脲甲醛(SR)(N26%)、雙氰胺(DCD)(N10%)。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)長17.5m，寬5.5m，小區(qū)間距0.5m，區(qū)組間距1m，四周保護(hù)行寬1m。整個(gè)試驗(yàn)地長92m，寬20m。各處理均施P2O5117kg/hm2，K2O37.5kg/hm2。所有肥料在播種前一次性作為基肥均勻撒施土壤表面，然后翻入0—20cm土壤中。玉米每年4月中下旬播種，9月中下旬收獲。作物生長期間及時(shí)清除雜草，收獲后土壤休閑。3年試驗(yàn)期間，年平均降雨量為523.3mm，平均氣溫11.1℃。
1.3 測定項(xiàng)目與方法
1.3.1 產(chǎn)量測定玉米收獲期，每個(gè)小區(qū)選取4m×4m (16m2)大小(約90株玉米)，把地上部分、玉米穗棒分別稱重，然后從中選取能代表該小區(qū)的15株作為代表樣，帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過前期處理和風(fēng)干過程，分別稱取其生物量、籽粒產(chǎn)量的鮮重和風(fēng)干重，計(jì)算生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量。
1.3.2 土壤水分、硝態(tài)氮含量測定春玉米收獲后，用直徑3cm的土鉆采集0—200cm分層土樣。在每小區(qū)選取膜上、膜間2點(diǎn)，每20cm為一個(gè)土層，采至200cm。同一小區(qū)同一土層2點(diǎn)土樣混合后，裝入自封塑料袋中，冷藏備用。在采樣過程中，同時(shí)取少量土壤放入鋁盒，采用烘干稱重法測定土壤含水量。在實(shí)驗(yàn)室里，將待測土樣過3mm篩后，稱取5.0g鮮土樣，用50mL KCl(1mol/L)溶液浸提。振蕩1h后過濾，用流動(dòng)分析儀測定NO3–-N含量。
1.3.3 植物樣品采集與測定每個(gè)小區(qū)采集中部代表性植株3株，齊地面割下地上部分，轉(zhuǎn)入檔案袋中，然后分莖、葉、苞葉、穗軸、籽粒，分別稱量后取一部分裝入紙袋中在105℃殺青30分鐘，然后75℃烘干至恒重，測定其干物質(zhì)重后，粉碎過60目篩，用H2SO4–H2O2法消煮，凱氏定氮儀測定植物全氮。
1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算方法
氮肥利用率=(施氮區(qū)地上部吸氮量–不施氮地上部吸氮量)/施氮量×100%；
氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量–不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量；
氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量；
土壤NO3–-N殘留量(kg/hm2)=土壤硝態(tài)氮含量×土層厚度×土壤容重/10。
1.5 數(shù)據(jù)處理
采用Microsoft Excel2013、Origin及SPSS13.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同施氮模式對春玉米地上部生物量和產(chǎn)量的影響
施氮顯著增加了春玉米地上部生物量和籽粒產(chǎn)量(表1)。與不施氮(CK)對比，傳統(tǒng)施氮處理(Con)地上部生物量增加170.2%，減量施氮處理(ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ)增加134.0%～141.5%；與CK相比，傳統(tǒng)施氮(Con)增產(chǎn)191.3%，減量施氮(ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ)增產(chǎn)184.8%～189.1%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，與Con相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理春玉米地上部分生物量和籽粒產(chǎn)量差異不顯著。三種減氮模式間，在施氮量相同的情況下，添加硝化抑制劑或施用緩控釋肥對春玉米產(chǎn)量和地上部產(chǎn)量無顯著影響。
2.2 不同施氮模式下春玉米吸氮量以及氮肥利用效率
施氮顯著增加了玉米吸氮量(P<0.05)。與CK處理相比，Con、ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的地上部分吸氮量均值分別增加了2.4、1.9、1.8、1.7倍(三年數(shù)據(jù)平均)。與Con相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ的地上部分吸氮量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異不顯著，說明在傳統(tǒng)施肥的基礎(chǔ)上減氮20%不會影響玉米的氮素吸收。施氮處理的氮肥利用率介于70.0%～78.5% (三年數(shù)據(jù)平均)，減量施氮模式(ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ)比傳統(tǒng)施氮處理(Con)并沒有提高氮肥利用率(表2)，本文計(jì)算得到的氮肥利用率為三年的累積利用率，由于不施氮肥處理連年種植，肥力下降，故三年氮肥的平均利用率較高。氮肥農(nóng)學(xué)效率介于44.0～54.2kg/kg(三年數(shù)據(jù)平均)，與Con處理相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率升高(表2)，說明減少氮肥用量有助于提高氮肥的農(nóng)學(xué)效率，而在三個(gè)減量施氮處理中，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率無顯著差異，說明施用緩控釋肥或在肥料中添加硝化抑制劑不會降低氮肥的農(nóng)學(xué)效率。氮肥的偏生產(chǎn)力表示每施用1kg氮肥能生產(chǎn)的糧食產(chǎn)量，其大小可表征提高氮肥利用率的潛力。由表2可知，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理的氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于Con處理，可見減量施氮對提高氮肥的生產(chǎn)效率有顯著的促進(jìn)作用。
表1 不同處理春玉米地上部生物量和產(chǎn)量Table 1 Aboveground biomass and yields of spring maize under different treatments
表2 不同施氮模式玉米吸氮量以及氮肥利用效率Table 2 Nitrogen uptakes and nitrogen use efficiencies of maize under different nitrogen application modes
2.3 不同施氮模式下土壤剖面硝態(tài)氮分布與殘留量
3年試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，CK處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量在整個(gè)剖面上遞減，其余處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量總體上呈現(xiàn)先增后減的趨勢(圖2)。與CK相比，其余處理的土壤硝態(tài)氮含量在0—200cm整個(gè)剖面層次上均明顯提高(圖2)。而Con處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量明顯高于各試驗(yàn)處理。ModⅠ與ModⅡ處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量在剖面上分布規(guī)律相似，均在60cm處出現(xiàn)峰值，但ModⅠ處理的土壤硝態(tài)氮含量在整個(gè)土層上均表現(xiàn)為高于ModⅡ處理(圖2)，這與ModⅡ處理添加硝化抑制劑，減緩氮肥轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮有關(guān)。ModⅢ處理的土壤剖面硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為表層含量較高，深層含量普遍較低，ModⅢ處理施用的是緩控釋肥，氮素釋放慢，遷移到土壤下層的硝態(tài)氮很少，大部分積聚在表層(圖2)。
圖2 不同施氮模式對土壤剖面硝態(tài)氮分布的影響Fig. 2 Effect of different nitrogen application modes on distribution of NO3–-N in soil profile
表3 不同施氮模式下土壤不同層次硝態(tài)氮的累積量Table 3 Effect of different nitrogen application modes on nitrate-nitrogen accumulation in soil profile
不同施氮模式對土壤0—200cm剖面硝態(tài)氮累積量有顯著影響(P<0.05)，由三年的土壤剖面硝態(tài)氮累積量(表3)可見，0—200cm土壤硝態(tài)氮累積量各處理表現(xiàn)為Con>ModⅠ>ModⅡ>ModⅢ>CK，與Con處理的硝態(tài)氮累積量相比，ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理均顯著降低了土壤硝態(tài)氮的殘留量，但ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ處理之間的硝態(tài)氮?dú)埩衾鄯e量無顯著差異。3年后，四個(gè)施氮處理0—100cm和100—200cm土壤剖面NO3–-N殘留量分別介于54.8～128.7kg/hm2和44.5～74.3kg/hm2，減量施氮處理(ModⅠ、ModⅡ、ModⅢ)比傳統(tǒng)施氮處理(Con)均減少了0—100cm和100—200cm土壤剖面NO3–-N殘留量。0—100cm硝態(tài)氮累積量占0—200cm硝態(tài)氮累積量的比例均大于50%，而春玉米90%以上的根系集中在0—100cm土層，因此這部分的氮素可以有效的被利用。在100—200cm土層也有大量的硝態(tài)氮?dú)埩?，而這部分的氮素相對難以被春玉米利用，進(jìn)而提高了向下層淋失的風(fēng)險(xiǎn)。
3 討論
氮肥的施用是根據(jù)區(qū)域作物、土壤和氣候特點(diǎn)解決施用量、施用時(shí)期及不同時(shí)期的分配比例等問題，核心在于施肥量的控制[16]。研究表明，提高作物氮肥效率的有效手段之一是降低施氮量[17]。在考慮土壤自身供氮水平的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低肥料的施用量不僅不會影響作物的產(chǎn)量，而且可將氮素的表觀損失降到一個(gè)較低的水平[18]。孫云保等[19]研究表明，與常規(guī)速效氮肥相比，連續(xù)4年8季作物在控釋氮肥均減施30%的條件下，作物產(chǎn)量無顯著差異。郝小雨等[20]研究表明，同一施氮量下，添加硝化抑制劑不影響玉米籽粒產(chǎn)量和吸氮量。這些研究結(jié)果與本研究一致。即與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥處理相比，在減量施氮20%的基礎(chǔ)上，不影響春玉米產(chǎn)量和吸氮量，同時(shí)提高了氮肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力。
硝態(tài)氮是旱地農(nóng)田無機(jī)氮存在的主要形態(tài)，也是最易被作物吸收利用的氮素形態(tài)，同時(shí)硝態(tài)氮也容易隨水分運(yùn)動(dòng)下移出作物根層以下，直至到地下水，對地下水形成污染，冬小麥/夏玉米輪作體系中氮肥的主要損失途徑是淋洗出0—100cm土體，在下層土壤中累積[21]。李世清等[22]研究認(rèn)為，試驗(yàn)區(qū)降水少時(shí)，NO3
–-N主要分布在0—80cm土層，降水多時(shí)，NO3
–-N進(jìn)入下層土壤比例增加。這與本研究結(jié)果一致，2013年到2015年試驗(yàn)地降雨量為515.4mm、414mm、520.2mm，相較于往年(560mm)，其降雨量偏少，故大部分殘留的硝態(tài)氮累積在0—100cm，但這些殘留的硝態(tài)氮經(jīng)過暴雨或灌溉都會淋溶到土壤底層，對地下水安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。
硝化抑制劑通過選擇性抑制土壤硝化微生物活動(dòng)，可有效減緩?fù)寥乐蠳H4+-N向NO3–-N的轉(zhuǎn)化，因此添加硝化抑制劑是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的提高非硝態(tài)氮肥利用率、減少硝化作用負(fù)面效應(yīng)的一種有效方式[23]。在硝化作用的兩個(gè)階段中，有些硝化抑制劑對氨氧化細(xì)菌產(chǎn)生毒性，有些硝化抑制劑可抑制硝化桿菌屬細(xì)菌的活動(dòng)[24]。雙氰胺通過抑制氨氧化細(xì)菌(Nitrosomonas sp.)生長并使其細(xì)胞色素氧化酶活性鈍化來延緩NH4+向NO2–的轉(zhuǎn)化，即對硝化過程的第一反應(yīng)階段產(chǎn)生抑制效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到硝化抑制效果[25]。眾多研究結(jié)果表明，硝化抑制劑與尿素混施可顯著抑制硝化作用，減少土壤中硝態(tài)氮的含量，同時(shí)增加了土壤中銨態(tài)氮的含量[26–28]。而微生物對銨態(tài)氮的固持能力優(yōu)于硝態(tài)氮，從而增加氮素在土壤中的持留能力[28]。本研究對春玉米的研究發(fā)現(xiàn)，尿素與硝化抑制劑混施較傳統(tǒng)施肥顯著降低了土壤剖面的硝態(tài)氮?dú)埩袅?。李燕婷等[29]研究指出緩控釋肥在保證玉米產(chǎn)量不降低的前提下，降低了土壤剖面尤其是深層土壤硝態(tài)氮積累的效應(yīng)，對減輕地下水硝態(tài)氮污染風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。此外，控釋氮肥減氮30%處理表層土壤硝態(tài)氮含量未顯著下降，但深層土壤硝態(tài)氮含量較常量速效氮肥處理減少了44.2%～89.2%[19]。本試驗(yàn)三年數(shù)據(jù)顯示，施用緩控釋肥顯著降低了土壤剖面硝態(tài)氮的累積量。這主要是由于脲甲醛緩釋肥料是不同鏈長的甲基脲聚合物，施入土壤后，快速融化為膠體被土壤緊密吸附，靠土壤微生物的分解釋放氮。綜上所述，合理的減量施氮和選擇施氮模式可以有效減少土壤剖面中硝態(tài)氮的累積量。
4 結(jié)論
1)在黃土高原南部丘壑區(qū)，在傳統(tǒng)施氮的基礎(chǔ)上減量施氮20%不影響春玉米產(chǎn)量及吸氮量，并可提高氮肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力。
2)施氮顯著增加了土壤NO3–-N的含量。與CK相比，傳統(tǒng)施氮模式與三種減量施氮模式都顯著增加了土壤剖面NO3–-N的含量。不同施氮模式土壤剖面硝態(tài)氮含量分布規(guī)律有差異，表明施氮量、施肥模式及肥料種類對硝態(tài)氮的遷移有一定影響。
3)減量施氮模式可以有效減少土壤剖面NO3–-N殘留量。與傳統(tǒng)施氮模式相比，三種減量施氮處理顯著降低了土壤剖面NO3–-N的殘留量，0—200cm土壤剖面的降幅分別為44.7%、47.9%、49.6%。但在同一施氮量下，肥料中添加硝化抑制劑或施用緩釋氮肥對硝態(tài)氮積累的減少作用并不明顯。
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Effects of different nitrogen reduction modes on yield of spring maize and nitrate-N residue in soils of the southern Loess Plateau
DONG Qiang1,3,WU De-feng2,DANG Ting-hui1,2*,GUO Sheng-li1,2
(1 Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2 Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A＆F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 3 University of China Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
【Objectives】Effects of different nitrogen reduction modes on yield of spring maize and soil NO3–-N residue in the southern Loess Plateau were discussed,and scientific fertilization suggestions were put forward to instruct local maize fertilization and protect environment.【Methods】A field experiment was conducted in the south of the Loess Plateau for three years.Spring maize was planted with half plastic film mulching in one crop per annum.The experiment consisted of5N fertilization treatments,no Napplication(CK),applying urea N200 kg/hm2(Con),applying urea N160kg/hm2(ModⅠ),applying N160kg/hm2of urea plus nitrification inhibitor dicyandiamide(DCD)(ModⅡ),and applying slow-release fertilizer urea formaldehyde(SR)N160kg/hm2(ModⅢ).The yield of maize,the fertilizer Nuse efficiency and the soil NO3–residues were investigated.【Results】Compared with conventional Ntreatment,the grain yields and Nuptakes of maize had no significant difference under the three Ntreatments,with the grain yield difference in range of0.1–0.5t/hm2. Compared with the Con,the agronomic efficiencies of fertilizer nitrogen and Npartial fertilizer productivitieswere increased by20.2%–23.2%and21.9%–23.7%,respectively.The accumulated amounts of nitrate nitrogen in0–200cm soil profile were decreased by90.7,97.3and100.7kg/hm2,respectively,with the decrease rates of 44.7%,47.9%and49.6%in turn.【Conclusions】Reducing20%of conventional nitrogen input will not affect spring maize yield and Nuptake significantly,but improve agronomic efficiency of fertilizer-nitrogen and N partial fertilizer productivity.Under the same nitrogen application rate,adding nitrification inhibitor or applying slow-release fertilizer do not show priorities over urea on nitrate-N residue reduction.
spring maize;nitrogen reduction;nitrification inhibitor;controlled release fertilizer;nitrate nitrogen
2016–12–30接受日期：2017–04–14
國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2016YFD0800105）資助。
董強(qiáng)（1992—），山西呂梁人，碩士研究生，主要從事土壤化學(xué)與環(huán)境的研究。E-mail：1814370130@qq.com
*通信作者E-mail：dangth@ms.iswc.ac.cn
