蘇同慶，邢 璐，王火焰

（1．北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西地表過(guò)程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧師范大學(xué)，廣西 南寧 530001；2．金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東 臨沭 276700；3．土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008；4．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

華北平原是我國(guó)主要糧食產(chǎn)區(qū)之一，糧食作物主要是冬小麥-夏玉米，周年輪作。在作物生長(zhǎng)期間，化學(xué)肥料的持續(xù)大量施用，在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了一定壓力。肥料施用的主要目的是在可接受的環(huán)境效應(yīng)范圍內(nèi)，獲得較高的目標(biāo)產(chǎn)量、產(chǎn)品品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益并維持或提高土壤肥力［1］。改進(jìn)施用肥料種類和施肥方式以提高肥料利用率、減輕環(huán)境壓力是農(nóng)業(yè)發(fā)展亟須解決的問(wèn)題。

作物對(duì)不同形態(tài)氮肥的喜好不同，在相同施氮量下，不同形態(tài)氮肥的增產(chǎn)效果和肥料利用率也不相同。有研究顯示，在黃河三角洲玉米大田試驗(yàn)中，尿素增產(chǎn)效果優(yōu)于硫酸銨［2］，在云南三七試驗(yàn)中，尿素增產(chǎn)效果優(yōu)于銨態(tài)氮肥［3］，而在庫(kù)布齊沙地柳枝稷和四川西部蒙山春茶產(chǎn)量提高方面尿素效果不如銨態(tài)氮肥［4-5］。改進(jìn)氮肥施用方法，將氮肥施在作物近根區(qū)，使氮肥養(yǎng)分釋放與作物的吸收利用盡可能地匹配［6］，是減少氮肥損失、提高氮肥利用率的另一有效途徑。已有研究表明，相比表面撒施或撒施后旋耕，氮肥穴施或條施提高了江西和湖北的油菜產(chǎn)量、氮素吸收量和氮肥利用率［7］；在美國(guó)密蘇里州，氮肥深施有利于玉米產(chǎn)量和氮肥利用率的提高［8］；在華南雙季稻區(qū)、華中免耕稻田、環(huán)太湖單季中稻區(qū)和孟加拉國(guó)南部地區(qū)，較常規(guī)撒施，氮肥深施顯著提高了水稻的氮累積量、水稻產(chǎn)量和氮肥利用率［9-12］。但是，對(duì)于不同種類氮磷配施和施用方式對(duì)潮土小麥氮吸收利用和氮肥利用率的研究仍十分匱乏。

作物吸收的氮，既可能來(lái)源于當(dāng)季施用的氮肥，也可能來(lái)源于前茬施用的氮肥和土壤氮。肥料中的養(yǎng)分與土壤中的養(yǎng)分庫(kù)會(huì)不可避免地發(fā)生替代，在養(yǎng)分固定能力較強(qiáng)的土壤中這種替代的比例會(huì)很高。差減法氮肥利用率不能區(qū)分作物吸收的氮素來(lái)自當(dāng)季施用氮肥還是土壤氮，且其受土壤肥力的影響顯著［13］，因此，單純使用差減法氮肥利用率不能真實(shí)地反映當(dāng)季施用的氮肥被作物吸收利用的情況。本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)探討不同種類氮磷配施和施用方式對(duì)小麥氮吸收利用的影響，同時(shí)用15N標(biāo)記氮肥，探究當(dāng)季施用氮肥的差減法氮肥利用率和15N示蹤法氮肥利用率，為華北平原冬小麥種植的科學(xué)施肥和氮肥利用率的合理評(píng)估提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)選用土壤采自河北省衡水市郊（37°44′ N，115°47′E）。衡水市地處河北省平原中部，地勢(shì)平坦，屬于大陸季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，全年0 ℃以上積溫為4863 ℃，年日照時(shí)數(shù)為2563 h。盆栽用土為0 ～20 cm耕地表層土壤，類型為潮土，質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，pH 8.29（土水比1∶2.5），有機(jī)質(zhì)18.4 g·kg-1，全氮1.25 g·kg-1，全磷0.64 g·kg-1，堿解氮88.20 mg·kg-1，土壤風(fēng)干過(guò)2 mm篩備用。供試的小麥品種為寧麥13（Triticum aestivumL.），供試氮肥為尿素（N1）和硫酸銨（N2），配施磷肥為磷酸二氫鈣（P1）和磷酸氫二銨（P2），其中N1、N2、P2中的氮均為15N標(biāo)記，且均購(gòu)買自上?；ぱ芯吭骸?/p>

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集測(cè)定

試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所溫室內(nèi)進(jìn)行。選用長(zhǎng)方體盆缽（35 cm×25 cm×12 cm），每盆裝土10 kg。氮肥與磷肥4種組合為：①尿素與磷酸二氫鈣共施（P1N1）；②硫酸銨與磷酸二氫鈣共施（P1N2）；③尿素與磷酸氫二銨共施（P2N1）；④硫酸銨與磷酸氫二銨共施（P2N2）。氮磷肥以N 0.1 g·kg-1、P2O50.1 g·kg-1施肥量分3種施肥方式施用：全土混施（A），垂直方向土下5 cm、水平方向小麥根側(cè)0 cm（B）和垂直方向土下5 cm、水平方向小麥根側(cè)12 cm（C），同時(shí)設(shè)置不施肥對(duì)照處理（CK），共13個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)39盆。鉀肥為氯化鉀（K2O 0.1 g·kg-1），中微量元素為阿農(nóng)營(yíng)養(yǎng)液（100倍，10 mL·kg-1），與全土混勻施用。選取25粒均一的催芽后小麥種子平行于施肥條帶等株距條播，其他管理與田間一致。

小麥成熟后，分別采集秸稈與籽粒，洗凈、烘干、磨碎，用硫酸-混合加速劑-蒸餾法測(cè)定全氮含量，用質(zhì)譜法測(cè)定15N含量［14］。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010處理、Origin 8.5作圖，并用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，不同字母表示差異顯著（one-way ANOVA，LSD，P＜0.05）。

相關(guān)計(jì)算如下：

氮收獲指數(shù)=小麥籽粒吸氮量/地上吸氮量

肥料氮收獲指數(shù)=小麥籽粒15N累積量/地上15N累積量

差減法氮肥利用率（%）=（施氮處理地上吸氮量-對(duì)照處理地上吸氮量）/施氮量×100

15N示蹤法氮肥利用率（%）=施氮處理地上15N累積量/15N施用量×100

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷配施和施肥方式對(duì)小麥吸氮量和氮收獲指數(shù)的影響

氮磷配施和施肥方式對(duì)小麥秸稈、籽粒、地上吸氮量和氮收獲指數(shù)影響不同（圖1，表1）。與不施肥的CK相比，不同施肥處理小麥地上吸氮量顯著提高，但氮磷配施和施肥方式對(duì)其均沒(méi)有顯著影響。所有施肥處理的小麥籽粒吸氮量均顯著高于CK（0.23 g·盆-1），且P1N2和P2N1的B施肥方式效果顯著優(yōu)于A。其中，P1N2的B施肥方式小麥籽粒吸氮量最高，達(dá)到0.66 g·盆-1，而P2N1的A施肥方式最低，僅為0.39 g·盆-1。與之不同，P1N1、P2N1和P2N2的A施肥方式小麥秸稈吸氮量顯著高于B和C，且B和C之間差異不顯著。在A施肥方式中，P2N1的小麥秸稈吸氮量最高（0.41 g·盆-1），是CK處理（0.06 g·盆-1）的6.6倍。除P2N1外，B和C施肥方式的氮收獲指數(shù)與CK沒(méi)有顯著差異，但施肥方式B顯著高于A施肥方式。在A施肥方式下，無(wú)論是尿素N1，還是硫酸銨N2，均是與磷酸二氫鈣P1配施較與磷酸氫二銨P2配施氮收獲指數(shù)高。

圖1 不同氮磷配施和施肥方式下小麥吸氮量和氮收獲指數(shù)

2.2 氮磷配施和施肥方式對(duì)小麥15N累積量和肥料氮收獲指數(shù)的影響

氮磷配施和施肥方式對(duì)小麥秸稈、籽粒、地上15N累積量和肥料氮收獲指數(shù)影響各異（圖2、表1）。對(duì)于小麥秸稈而言，P1N1、P2N1和P2N2組合的A施肥方式15N累積量均顯著高于C施肥方式，其中，P2N1的A施肥方式秸稈15N累積量為0.19 g·盆-1，是P1N1的B施肥方式的190%，表明A施肥方式，即全土混施更有利于小麥生長(zhǎng)前期對(duì)氮肥的吸收利用。對(duì)于小麥籽粒而言，P1N2、P2N1和P2N2組合的B施肥方式15N累積量均顯著高于A施肥方式，以P1N2的B施肥方式最高（0.37 g·盆-1），表明B施肥方式，即土下5 cm、小麥根側(cè)0 cm施肥更有利于小麥生長(zhǎng)后期，即籽粒形成過(guò)程中對(duì)氮肥的吸收利用。小麥地上15N累積量與小麥籽粒呈現(xiàn)類似的規(guī)律。對(duì)于肥料氮收獲指數(shù)，不同肥料組合的B施肥方式均顯著高于A施肥方式，且在施肥方式A下，無(wú)論是尿素N1，還是硫酸銨N2，均是與磷酸二氫鈣P1配施較與磷酸氫二銨P2配施肥料的氮收獲指數(shù)高。

圖2 不同氮磷配施和施肥方式下小麥15N累積量和肥料氮收獲指數(shù)

表1 肥料種類、施肥方式及其相互作用對(duì)相關(guān)指標(biāo)（不含對(duì)照）的影響（F值）

2.3 氮磷配施和施肥方式對(duì)小麥15N累積量與吸氮量比例的影響

施肥方式對(duì)小麥秸稈、籽粒、地上15N累積量與吸氮量比例有不同影響（圖3，表1）。對(duì)于小麥秸稈，P1N2、P2N1和P2N2肥料組合的B施肥方式15N累積量與吸氮量比例最高，C施肥方式次之，A施肥方式最低。且在A施肥方式中，尿素N1的比例較硫酸銨N2的比例高。對(duì)于小麥籽粒，所有肥料組合的B和C施肥方式均顯著高于A，但是僅有P2N2的B施肥方式顯著高于C，P1N1、P1N2和P2N1的B和C施肥方式差異不顯著，這可能是因?yàn)榈首鳛榛室淮涡允┯?，小麥生長(zhǎng)前期，氮肥充足，小麥更多利用氮肥，后期氮肥供應(yīng)不足，小麥更多利用土壤氮。小麥地上15N累積量/吸氮量比值趨勢(shì)與小麥秸稈類似，在P1N2、P2N1和P2N2肥料組合下均呈現(xiàn)施肥方式B＞C＞A的規(guī)律。

圖3 不同氮磷配施和施肥方式下小麥15N累積量與吸氮量比例

2.4 氮磷配施和施肥方式對(duì)小麥氮肥利用率的影響

氮磷配施和施肥方式對(duì)小麥差減法氮肥利用率和15N示蹤法氮肥利用率影響有顯著差異（圖4，表1）。對(duì)于小麥差減法氮肥利用率，同一肥料組合的不同施肥方式之間沒(méi)有顯著差異，同一施肥方式的不同肥料組合之間，除了P1N2的B施肥方式顯著高于P2N2的B施肥方式外，其他均差異不顯著。對(duì)于15N示蹤法氮肥利用率，P1N2、P2N1和P2N2不同肥料組合的同一施肥方式之間沒(méi)有顯著差異，同一肥料組合的不同施肥方式之間，B施肥方式顯著高于A施肥方式，表明與全土混施相比，土下5 cm、小麥根側(cè)0 cm氮肥條施的15N示蹤法氮肥利用率更高。

圖4 不同氮磷配施和施肥方式下小麥差減法氮肥利用率和15N示蹤法氮肥利用率

3 討論

氮肥和配施磷肥種類顯著影響了小麥對(duì)氮肥的吸收利用。同一施肥方式下的不同氮肥對(duì)秸稈15N累積量沒(méi)有顯著影響，其原因是在小麥早期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，土壤中可利用氮素和氮肥總量充足，均能滿足小麥生長(zhǎng)所需，但磷酸氫二銨配施較磷酸二氫鈣配施顯著促進(jìn)了小麥秸稈對(duì)尿素態(tài)氮肥的吸收（圖2，小麥秸稈P2N1-B＞P1N1-B）。對(duì)于小麥籽粒15N累積量，尿素態(tài)氮肥處理含量顯著高于硫酸銨氮肥處理（圖2，小麥籽粒P1N1-A＞P1N2-A），且磷酸二氫鈣較磷酸氫二銨顯著促進(jìn)了小麥籽粒對(duì)尿素態(tài)氮肥的吸收（圖2，小麥籽粒P1N1-A＞P2N1-A），這可能與不同形態(tài)氮肥對(duì)植物收獲器官的促進(jìn)作用不同有關(guān)。研究顯示，尿素對(duì)于大田試驗(yàn)中玉米、小麥的增產(chǎn)效果優(yōu)于銨態(tài)氮肥［2，15］，而尿素在檳榔幼苗植株全氮含量提高方面［16］與在柳枝稷、蒙山春茶和甘薯產(chǎn)量提高方面的效果相比，不如銨態(tài)氮肥［4-5，17］，即銨態(tài)氮肥在促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)方面更優(yōu)，尿素則在促進(jìn)籽粒形成方面更佳，這與本試驗(yàn)?zāi)蛩靥幚硇←溩蚜?5N累積量顯著高于硫酸銨處理的結(jié)果一致。

氮肥的施用方式顯著影響了小麥對(duì)氮肥的吸收利用。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，全土混施處理小麥吸收更多甚至過(guò)多的氮形成營(yíng)養(yǎng)器官，即秸稈；生殖生長(zhǎng)階段，小麥不能獲取足量的氮形成籽粒，因此小麥肥料氮收獲指數(shù)較低。土下5 cm、根側(cè)0 cm條施，在一定程度上起到了緩釋作用，避免了小麥秸稈形成時(shí)期氮肥的奢侈吸收，保證更多的氮肥用于籽粒形成，故小麥肥料氮收獲指數(shù)較高。從肥料氮收獲指數(shù)和15N示蹤法氮肥利用率總體來(lái)看，該試驗(yàn)中肥料全土混施處理當(dāng)季利用效率最低，土下5 cm、根側(cè)0 cm條施處理最高，且顯著高于全土混施處理。前人研究表明，氮肥穴施、條施深施均較常規(guī)表面撒施提高了氮素吸收、氮累積量和氮肥利用率［7-12］。在江蘇，穗肥氮肥減量10%的同時(shí)基肥側(cè)位深施相較撒施能夠保證水稻產(chǎn)量不減少，同時(shí)提高水稻氮素吸收利用的效率和氮素吸收利用率［18］；在施肥次數(shù)和施肥量均相同的情況下，基肥側(cè)深施用較常規(guī)撒施顯著提高了水稻產(chǎn)量［19-20］。在黑龍江，側(cè)深施肥和點(diǎn)深施肥的寒地水稻產(chǎn)量和氮肥利用率均較全層施肥更高［21］。因此，氮肥穴施、條施深施既能提高氮肥利用率，又能減少氨揮發(fā)對(duì)大氣環(huán)境的壓力［22］，是合理施用氮肥的一條有效途徑。

差減法氮肥利用率［23-24］和15N示蹤法氮肥利用率［25-26］是評(píng)估氮肥利用效率的常用指標(biāo)。本試驗(yàn)中，15N示蹤法氮肥利用率較差減法氮肥利用率低，且在差減法氮肥利用率中沒(méi)有顯著差異的處理在15N示蹤法氮肥利用率中表現(xiàn)出了顯著的差異。之前的研究表明，15N示蹤法氮肥利用率比差減法氮肥利用率低，是由于差減法氮肥利用率包括了作物因施氮肥而多吸收的土壤氮［27］。肥料施入土壤后，肥料中的養(yǎng)分與土壤中的養(yǎng)分不可避免地發(fā)生替代，土壤對(duì)肥料養(yǎng)分的這種固定和替代能力正是土壤保肥能力的關(guān)鍵所在［13］。有15N示蹤研究證實(shí)，一次性施用的標(biāo)記氮肥在土壤中的殘留氮在今后不斷被作物吸收利用或損失掉的過(guò)程將持續(xù)數(shù)十年［28］。土壤肥力越高，差減法氮肥利用率與15N示蹤法氮肥利用率相差越大，反之亦然。因此，在選擇使用差減法氮肥利用率或15N示蹤法氮肥利用率時(shí)，應(yīng)該具體情況具體對(duì)待：如果土壤肥力較低，選用兩種指標(biāo)差別不大；如果土壤肥力較高，在評(píng)價(jià)氮肥效果時(shí)，應(yīng)該使用更能反映施用氮肥后作物氮素營(yíng)養(yǎng)的實(shí)際提高程度的差減法氮肥利用率；在研究氮肥的轉(zhuǎn)化和去向時(shí)，應(yīng)該使用更能反映化肥氮的利用、殘留及損失的15N示蹤法氮肥利用率［27］。

本研究為一季冬小麥的盆栽試驗(yàn)，結(jié)果存在一定的偶然性，因此，后續(xù)將開(kāi)展相應(yīng)的微區(qū)試驗(yàn)和大田試驗(yàn)，進(jìn)一步探討不同種類氮磷配施和施用方式對(duì)小麥氮吸收利用的影響，以期得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果用來(lái)指導(dǎo)小麥生產(chǎn)實(shí)踐。

4 結(jié)論

在潮土小麥?zhǔn)┓蚀胧┲校试谝欢ㄍ翆由疃燃惺┯貌粌H可以提高氮肥利用率，還可以減少其以氨揮發(fā)方式向大氣的流失。本研究中，15N示蹤法氮肥利用率能更好地反映小麥對(duì)當(dāng)季施用化肥氮的吸收利用情況。