施氮肥對水稻-冬小麥輪作體系作物產量和氮肥效率的影響

陳文偉， 曹雪仙， 陳曉萍

(天臺縣農業技術推廣總站，浙江 天臺 317200)

稻麥輪作是我國長江中下游糧食主產區一種主要的種植制度，近些年來，中國水稻和冬小麥的單產和總產均有所提高[1]，這主要歸因于化肥的大量施用，尤其是以氮肥過量施用為代價的。當前，農民施肥存在一定的盲目性，過多的氮肥投入會加大土壤中氮素的積累，使土壤、水及大氣環境壓力增加[2-3]。因此，科學合理施用氮肥作為稻麥輪作體系中一項重要農藝措施[4-5]，在農業生產中顯得極為關鍵。隨著氮肥用量的增加，水稻植株含氮量和吸氮量也隨之增加，植株在生育前期吸收大量氮素從營養器官向籽粒的轉移量卻在降低，氮素農學生產力和氮肥表觀利用率下降[6-8]。在農民常規施肥的基礎上，減施氮肥20%～30%作物產量不會降低，而氮肥農學利用率大大提高[9]，總氮的流失量可以減少23.7%～28.5%[10]，對控制農業面源污染具有積極意義。本研究在稻麥輪作體系中，采用本地高產田氮肥用量，研究施用氮肥對作物籽粒產量、地上部氮素累積量和氮肥效率的影響，探討目標作物所需氮量，旨在為稻麥輪作體系氮肥合理利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在臺州市天臺縣街頭鎮湖酋村進行，地理坐標29°5′53″N，120°47′14″E。供試土壤為砂性壤土，土壤粒徑≤0.002 mm的占4.32%，耕層土壤(0～20 cm)基本理化性狀pH 4.77、有機質18.4 g·kg-1、全氮1.23 g·kg-1、水解性氮122.4 mg·kg-1、有效磷14.9 mg·kg-1、速效鉀111.9 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗設3個處理：處理1，不施肥為對照(CK)；處理2，磷鉀配施(PK)；處理3，氮磷鉀配施(NPK)。小區面積30 m2，隨機區組排列，重復3次。各處理間用塑料薄膜包裹田埂，單排單灌，避免串灌串排，試驗區域外圍設置保護行。氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)肥施用量稻季分別為225、42和90 kg·hm-2，麥季分別為150、65和102 kg·hm-2。磷肥作基肥一次性施入；鉀肥施用2次，基肥和孕穗肥各占50%；氮肥分3次施用，基肥、分蘗肥和孕穗肥各占40%、40%和20%。氮肥用尿素(含N 46%)、磷肥用鈣鎂磷肥(含P2O512%)、鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)。各小區其他田間管理措施一致。

田間管理按當地常規栽培措施進行。試驗地前茬作物為水稻，水稻于5月22日播種，6月14日移栽，10月23日收獲，生育期154 d，供試品種為甬優12號。冬小麥于11月16日播種，2020年5月14日收獲，生育期180 d，供試品種為蘇麥188號。

1.3 取樣與分析

作物地上部產量來源于整個小區，收獲的同時取植株樣品，經烘干、粉碎后用于植株養分分析。

土壤、植株中各養分含量都按土壤農化常規分析方法測定[11]。其中土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法，全氮采用凱氏定氮法，水解性氮采用堿解氮法，有效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法，pH采用電位法(水土比例1∶2.5)；植株(籽粒和秸稈)經硫酸-過氧化氫消煮，采用凱氏定氮法測氮。

1.4 有關參數的計算與統計分析

氮素表觀利用率為施氮作物地上部吸氮量與不施氮肥作物地上部吸氮量之差占氮肥施入量的百分率[12]。氮肥偏生產力指單位投入的氮肥所能生產的水稻或小麥籽粒產量[13]。氮素內部利用率是指水稻或小麥籽粒產量與地上部吸氮量的比值[11]。它表示水稻或小麥每吸收單位氮素所獲得的水稻或小麥籽粒產量。氮素累積回收率指在某段時間內作物地上部吸氮量占氮肥施入量的百分率[13-14]。

試驗數據采用Excel軟件整理，采用SAS統計軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 產量

表1表明，不施肥處理(即對照)，水稻和冬小麥的籽粒產量只有6 510和675 kg·hm-2，處理PK和NPK的作物總產量比對照提高了26%和137.4%。不施氮處理(PK)作物產量僅為施氮處理(NPK)的53.1%(稻季74.9%和麥季15.0%)，這說明氮肥的增產貢獻率為46.9%。氮肥的增產貢獻率旱季高于水季，這主要是因為淹水條件有利于氮素的移動，易于被水稻吸收。此外連續2季不施氮肥，土壤供氮能力顯著降低。

表1 氮肥施用對作物籽粒產量的影響

表2表明，施肥增加了水稻和冬小麥對氮的累積。無論是水稻還是小麥，施肥處理籽粒和秸稈吸氮量顯著高于不施肥對照。在稻季，不施氮肥水稻籽粒和秸稈比處理NPK低43%和45%，達顯著水平。而且連續2季不施氮肥，與處理PK相比，處理NPK小麥籽粒和秸稈吸氮量提高了715%和219%。

表2 氮肥施用對作物地上部吸氮量的影響

2.2 氮素表觀平衡

由于作物不斷地吸收土壤養分造成不施肥土壤年氮素虧缺116 kg·hm-2(稻季和麥季分別為98和18 kg·hm-2)(表 3)。施磷鉀肥加劇了土壤氮素虧缺，稻季和麥季土壤氮素虧缺量比對照分別提高了30.6%和22.2%。施氮肥可使土壤氮素出現盈余，輪作體系年盈余量47 kg·hm-2(稻季和麥季分別為41和6 kg·hm-2)。水旱輪作體系氮肥表觀利用率為47.5%，而稻季只有24.9%。連續2季不肥氮肥，造成麥季氮肥表觀利用率高達81.3%。在本試驗條件下，輪作體系氮肥累積利用率為87.5%，旱季高于水季。

表3 水稻冬小麥輪作體系氮素表觀平衡和氮肥效率表現

2.3 氮素內部效率

不施氮肥水稻每吸收1 kg氮可以生產66 kg籽粒，而在施氮肥條件下，水稻每吸收1 kg氮可以生產籽粒量降低到59 kg，降低了12.5%(表3)。這也說明每生產100 kg籽粒，水稻需要吸收1.69 kg氮素。與水稻結果相似，不施肥冬小麥氮素內部利用率比處理NPK高10%。在施氮條件下，小麥每吸收1 kg氮可生產43 kg籽粒，這也說明每生產100 kg籽粒，小麥需要吸收2.33 kg氮素。

2.4 氮素偏生產力

在本試驗條件下，每施1 kg氮肥可生產水稻46.6 kg、冬小麥41.5 kg(表 3)。這也說明每生產100 kg籽粒水稻和小麥分別需要施氮肥2.13和2.44 kg。

3 小結與討論

水稻-冬小麥一年兩熟輪作體系每年作物吸收氮116 kg·hm-2，在不施氮肥籽粒產量7 185 kg·hm-2情況下，每施1 kg氮肥，可生產水稻46.6 kg，冬小麥41.5 kg。在施氮肥條件下，每吸收1 kg氮可生產水稻籽粒59 kg、小麥43 kg。水旱輪作體系氮肥表觀利用率47.5%，地上部吸氮量與施氮量的比值為87.5%，說明施入的氮肥絕大部分是被作物吸收利用的。