不同施氮處理對夏玉米生長及其氮素吸收的影響

郭玉煒

（承德市農業科學研究所，河北承德067000）

“農為國本，食為民天”。糧食是人類賴以生存的食物來源，是國民經濟發展和社會穩定的重要保障。糧食問題始終是關系國計民生的頭等大事。中國是世界人口大國，糧食自給水平的高低，不僅關系到國內糧食的生產與消費、農業的發展方向，而且對世界糧食市場的穩定和繁榮也有極為重要的影響[1]。解決好糧食安全問題是維護國家穩定、促進社會和諧和保持經濟可持續發展最根本的措施之一。

但是近年來，耕地的減少、水資源的緊缺以及非耕地資源開發需要投入大量資金，人民生活水平的提高和伴隨人口增長而不斷提高的食物需求，再加上現階段的世界金融危機，對我國糧食安全都產生了巨大的壓力。因此，面對我國人多地少、資源緊缺等問題，保證糧食作物的高產是滿足不斷增長的人口需求的必然選擇[2]。

玉米是我國種植面積最大的糧食作物之一，同時以其高產、穩產、糧飼經兼用的特性而居于主要位置。它是我國人民基本的食物來源，是“過腹轉化”為肉、蛋、奶以滿足日益提高人民生活水平需要的飼料來源，是出口創匯產品，同時也是醫藥、食品、造紙、化工、釀造等行業必不可少的原料[3]，因此，玉米高產始終是國家糧食安全問題中著重研究的一個重要問題。

20 世紀世界糧食產量增加的1/2 以上是由施用化肥帶來的，21 世紀化肥的作用還將繼續增加[4]。據統計，1981 年后的10 a 間，我國化肥對農作物產量增加的貢獻率由36.6%增加到50.8%[5-6]。從化肥被引入農業之后，糧食產量翻倍增長，糧食緊缺的問題得到緩解[7]?；瘜W肥料尤其是氮肥的施用，對促進現代農業生產的發展起著不可替代的作用[8]。美國科學家Hoeft 認為，施用氮肥是補給土壤氮素和維持土地生產力的主要措施，是土壤礦質態氮的主要來源。長期不施化肥，土壤自然肥力將不斷耗竭，土質惡化，最終導致土壤侵蝕和退化；如果立即停止施用化肥，全世界農作物將會減產40%～50%[9]。但是長期過量地施用氮肥又會造成土壤氮素的大量盈余，降低氮肥的增產效率，并給環境帶來重大壓力[10-12]。為了實現作物高產和環境友好的雙重目標，必須將土壤有效氮水平維持在既能滿足作物高產需求又能降低氮流失風險的環境閾值之內。

氮肥的不合理施用會造成土壤NO3-N 含量增加、環境污染及農產品品質下降[13]。本試驗在不同施氮水平下，分析各玉米生長期土壤剖面土層硝態氮含量和植株的全氮量以及玉米產量，研究農田土壤氮素的利用狀況，旨在探尋合理的施氮量，為減少氮素損失、制定氮肥優化管理措施和提高作物產量提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地基本狀況

本試驗于河北辛集市農業試驗站（N 37°18′，E 115°28′）進行，該地區處于華北平原，屬東部季風區溫暖帶半濕潤大陸性氣候。辛集市全年平均氣溫12.5 ℃，年平均降水量488.2 mm，年平均風速1.8 m/s，年平均濕度67%，年無霜期209 d，年日照2 629.5 h，十分有利于實行小麥玉米一年兩熟的種植制度，輪作制多以小麥-玉米兩熟制為主。

供試土壤為壤質潮土，是受地下水影響和作用形成的具有腐殖質層（耕作層）、氧化還原層及母質層等剖面構型的半水成土壤。土壤基本理化性狀：有機質含量為16 g/kg，堿解氮為92 mg/kg，速效磷在16 mg/kg 左右，速效鉀為98 mg/kg，土壤pH 值為7.8。

1.2 試驗設計

供試作物為夏玉米（豐玉4 號）。播種前冬小麥秸稈全部粉碎還田，免耕。玉米種植密度為4 750 株/hm2左右，行距60 cm，株距29 cm 左右。6 月14 日播種，公頃播量45 kg，9 月26 日收獲。為確保夏玉米播種后的出苗率，小麥收獲后每小區及時進行1 次灌水（75 mm）。試驗設5 個施氮處理，分別為N0，N1，N2，N3，N4，各處理施氮量如表1 所示。各處理重復3 次，隨機區組排列。小區面積為33 m2。田間管理同當地大田。

氮磷鉀肥品種分別為46%尿素、16%普通過磷酸鈣和50%氯化鉀。在播種時各處理底施30%的氮肥和全部的磷鉀肥，55%的氮肥在大喇叭口期追施，15%的氮肥在抽雄期追施。

表1 5個氮素水平施肥用量 kg/hm2

試驗過程中徹底消滅病蟲害，在玉米苗期噴施苗期星科殺蟲劑和百蟲亡殺蟲劑，噴施玉寧除草劑除草，苗期和拔節期之間噴施萬金玉抗倒伏。

1.3 測定項目和方法

試驗主要測定土壤硝態氮和植株全氮，在玉米生長階段的7 月4 日（苗期）、7 月19 日（拔節期）、8 月3 日（大喇叭口期）、8 月18 日（抽雄期）、9 月13 日（乳熟期）、9 月26 日（成熟期），分別在不同處理區采集土樣和地上植物樣進行室內測定，土層分別取0～40，40～90 cm（玉米成熟后擴大了剖面縱向研究到200 cm）。所有土樣在晾干后，去除砂礫、植物殘體，粉碎過篩，采用凱氏定氮法測定硝態氮含量。烘干地上植物樣粉碎后用濃H2SO4-H2O2消解，然后用凱氏定氮儀測量全氮。玉米測產是待各處理小區全部成熟后收獲，以處理小區為單位測量玉米籽粒產量和秸稈產量。

1.4 數據處理

數據均采用Microsoft Excel 軟件進行統計分析，并進行作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施氮處理對夏玉米籽粒產量、 秸稈產量以及氮素偏生產力的影響

由表2 可知，施用氮肥對夏玉米籽粒有明顯的增產作用，籽粒產量隨著施肥量的增加而增加。與對照N0相比，N1，N2，N3，N4處理的產量分別增加397.75，435.01，674.2，1 145.66 kg/hm2，每千克肥料氮的增產量分別為3.84，2.75，3.37，4.61 kg，籽粒產量分別提高了3.7%，4.16%，6.2%，10.6%。玉米秸稈產量隨著施氮量的增加呈先降低后增加再降低的趨勢，N2，N3，N4處理的秸稈產量比N0處理分別增加502.25，1 651.85，770.4 kg/hm2，分別增產2.4%，7.9%和3.7%。N1處理比N0秸稈產量減少1 915.6 kg/hm2，秸稈產量降低了9.2%。隨著施純氮量的不斷增加，作物的氮肥偏生產力逐漸下降，尤其是N4處理。當施純氮量從103.5 kg/hm2增加到248.4 kg/hm2時，氮肥偏生產力從108.21 kg/kg 下降到48.10 kg/kg。

表2 不同施氮量對夏玉米籽粒產量、秸稈產量以及氮肥偏生產力的影響

本試驗條件下，施用氮肥對夏玉米有明顯的增產作用，N4處理增產量高于其他施氮處理，因此，氮素充足供給對玉米高產有極大的促進作用。

土壤氮素供應充足是作物高產的一個重要因素，同時也是一個涉及范圍較廣的生態問題，過量施用氮肥會導致土壤氮庫的積累[14]。由于富氮土壤的氮可能以多種機制淋失，進入附近河流、湖泊，對水體構成潛在威脅[15]。因此，合理施用氮肥對保證玉米高產、提高土壤的可持續生產能力、實現養分資源的高效利用、減少環境污染和資源浪費都將具有重要的理論意義和現實意義。

2.2 不同施氮處理對土壤硝態氮的影響

由圖1～6 可知，不同施氮水平下，玉米田土壤硝態氮（NO3-N）含量的垂直分布基本符合0～40 cm 土層隨剖面深度增加而減少，40～90 cm土層隨剖面深度增加而增加的趨勢。苗期到拔節期，除N4處理NO3-N 含量減少外，其他各處理0～40 cm 土層NO3-N 含量無明顯差異。隨著生育期的推進，植物消耗的有效氮越來越多，拔節期0～40 cm 土層的不同施氮處理土壤NO3-N含量均有所下降，且NO3-N 含量主要集中在0～40 cm 土層。除N4處理外，其他處理均隨施氮量的增加，土壤各層NO3-N 含量增加，N0，N1，N2處理在0～40 cm 土層內NO3-N 含量基本保持穩定，N1處理NO3-N 含量稍高于N0處理。40～90 cm土層苗期和拔節期NO3-N 含量呈增加趨勢。

從拔節到大喇叭口期，各處理0～40 cm 土層硝態氮含量明顯降低，且這2 個時期施氮處理硝態氮含量比不施氮處理要高。表層土壤NO3-N含量大喇叭口期較拔節期有所降低。N4處理的NO3-N 含量在整個土壤剖面都大于其他施氮處理。40～90 cm 土層NO3-N 含量呈增加趨勢。

從大喇叭口到抽雄期，由于大喇叭口期追施氮肥，0～40 cm 土壤NO3-N 含量明顯增加，抽雄期0～90 cm 土層N2，N3，N4處理NO3-N 含量迅速下降并逐漸趨于穩定，N0，N1處理NO3-N 含量變化不明顯。據這一時期NO3-N 含量變化情況可知，抽雄期灌水則可能導致土壤NO3-N 隨水大量下滲，造成地下水NO3-N 含量升高，對地下水構成潛在的威脅，所以，應盡量避免在抽雄期進行大量灌溉。

從抽雄期到乳熟期，各處理0～90 cm 土層NO3-N 含量迅速下降，達到整個生育期的最低值，N4處理的NO3-N 含量高于其他處理，這與此期間玉米生長達最高峰、對養分吸收量大且迅速有關。同時，對于缺氮土壤氮肥的施用有重要指導意義。

從乳熟期到成熟期，土壤NO3-N 含量又有所上升，這是由于此期間作物吸收養分逐漸減弱，土壤NO3-N 含量增加。成熟期N4處理在整個土層的NO3-N 含量明顯高于其他施氮處理，90～180 cm 土層NO3-N 含量呈現出隨土層深度增加而降低的趨勢。

由此看出，夏玉米不同生育期，表層土壤NO3-N 含量均隨施氮量的增加而增加；隨著土壤深度增加，NO3-N 含量降低。不同施氮處理0～90 cm 土層NO3-N 含量呈現先減后增的變化趨勢，各施氮處理NO3-N 含量差異較明顯，大體上，隨著施氮量的增加NO3-N 含量增加[16]。同時，由于植物的吸收利用，NO3-N 主要分布在0～90 cm 的土層，這一土層與作物生長發育也密切相關?？傮w上，N4處理小區土壤氮素的含量要高于其他管理措施的小區，說明適量施氮后既可滿足當季作物的養分需求，又可補充土壤硝態氮，為下季農作物生長提供養分基礎；但過量施氮會使土壤中NO3-N 大量殘留，對土壤環境有潛在的威脅。

2.3 不同施氮處理對玉米植株全氮含量的影響

施氮對植株全氮含量的影響如圖7 所示。整體上，玉米植株全氮含量施氮處理比不施氮處理要低，并隨著生長發育時期的延長呈平緩的降低趨勢。在大喇叭口期，N3處理的植株全氮含量最低，在1.5%左右。

3 結論

本研究表明，不同施氮處理，表層0～40 cm土壤NO3-N 含量較高，且隨土層加深其含量呈降低趨勢，40～90 cm 相對較低且波動較小。大喇叭口期NO3-N 含量達最低值。N4處理在整個土層的NO3-N 含量要高于其他施氮處理。由于從抽雄期到乳熟期土壤NO3-N 含量迅速降低，大喇叭口期追肥使得抽雄期土壤NO3-N 含量急劇增加，說明玉米在這一時期對氮素的需求量較大。隨施氮量的不斷增加，作物的氮肥偏生產力不斷下降，當施純氮量從103.5 kg/hm2增加到248.4 kg/hm2時，氮肥偏生產力從108.21 kg/kg 下降到48.10 kg/kg。

［1］史培軍，楊明川，陳世敏.中國糧食自給率水平與安全性研究[J].北京師范大學學報，1999（6）：74-80.

［2］張福鎖，王激清，張衛峰，等.中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J].土壤學報，2008，45（5）：915-923.

［3］楊偉光.吉林省玉米高產育種模式與技術的研究[D].吉林：吉林農業大學，2006.

［4］Borlaug N E，Dowswell C R. Feeding a human population that increasingly crowds a fragile planet[R].Mexico:Intemational Society of Soil Science and Mexico Society of Soil Science，1994.

［5］Lin Bao，Lin Jixing，Li Jiakang.Variations of crop yield and soil fertility with long-term fertilizer application [C]//Editorial Department of Scientia Agricultura Sinica.Chinese agricultural sciences for the compliments to the 40th anniversary of the founding of the Chinese Academy of Agricultura Sciences. Beijing：China Agricultural Scientech Press，1997：129-138.

［6］孫昌禹，賈永國，王淑芬.氮肥施用對生態系統的影響及措施的研究[J].河北農業科學，2009，13（3）：60-63.

［7］王志勇，紅梅.供氮水平和有機無機配施對夏玉米產量及土壤硝態氮的影響[J].中國土壤及肥料，2008（6）：11-14.

［8］孫志梅，武志杰，陳利軍，等.農業生產中的氮肥施用現狀及其環境效應研究進展[J].土壤通報，2006，37（4）：782-786.

［9］Zhang N F，Li J K.Application chemical fertilizers with science,enhancing the benefit of production increase, reducing agricultural cost[M]//Chen J S.Building high yield，quality and effect agriculture.Beijing：Chinese Agricultural Press，1994：418-429.

［10］王西娜，王朝輝，李生秀.施氮量對夏季玉米產量及土壤水氮動態的影響[J].生態學報，2007，27（1）：197-204.

［11］李曉欣，張菲菲，馬洪斌，等.華北平原地區農田硝態鹽淋失研究進展[J].華北農學報，2011，26（增刊）：131-139.

［12］趙萍萍.氮肥用量對夏玉米產量、收益、農學效率及氮肥利用率的影響[J].山西農業科學，2010，38（11）：43-46，80.

［13］吳大付，張偉，孫夏耘，等.麥玉兩熟區施氮對地下水硝酸鹽含量的影響[J].河南農業科學，2008（5）：62-65.

［14］劉建玲，張福鎖，楊奮翩.北方耕地和蔬菜保護地土壤磷素狀況研究[J].植物營養與肥料學報，2000，6（2）：179-186.

［15］張志劍，王光火.嘉興地區水稻土磷素狀況與環境效應評估[J].科技通報，1999，15（5）：377-381.

［16］范亞寧.半濕潤地區農田夏玉米氮肥利用率及土壤硝態氮動態變化[J].應用生態學報，2008，19（4）：799-806.