氮肥用量对夏玉米产量、收益、农学效率及氮肥利用率的影响

赵萍萍，王宏庭，郭军玲，李 丽

（山西省农业科学院土壤肥料研究所，山西太原030031）

氮肥在我国农业生产中发挥着重要的作用。目前，我国的氮肥施用量约占全世界氮肥总用量的1/3，但当季利用率仅为30%～35%[1]。氮肥的不合理施用，一方面表现为投入增加、生产效益低下，造成资源的浪费；另一方面对环境产生了负面影响[2-6]，进而影响农业的可持续发展。氮肥的增产效益往往受生态类型、土壤条件、栽培管理等因素的影响。国内学者针对其所在地区的玉米生产条件已开展了氮肥施用量影响玉米产量、品质的一些研究[5-13]。赵营等[5]的研究结果表明，氮肥对夏玉米有明显的增产作用，氮肥利用率随着施氮量的增加而降低。易镇邪等[6]的研究结果也表明，氮肥施用使夏玉米增产极显著。

夏玉米是山西省晋南地区普遍种植的重要作物，针对夏玉米生产中如何发挥氮肥最大的增产潜力，提高氮肥利用率，同时减少对环境的负面影响，一直是我省玉米发展战略面临的重大课题。Bruulsema[14]等提出，肥料的最佳管理须同时兼顾实现农田系统的生产力、利润、持续性及环境的四大目标。

本研究针对山西省夏玉米普遍存在的盲目施肥问题，通过田间试验明确当前夏玉米生产的最佳施氮量和氮肥的农学效率，以达到高产、优质、低耗、环境友好等多重目标，旨在为山西省的夏玉米生产提供理论支撑和实践指导。

1 材料和方法

1.1 试验地特性

试验在山西省冬小麦—夏玉米轮作主产区临汾市进行，该地属半干旱温带大陆性气候，年平均气温在12.6℃左右，年平均降水量为498 mm，无霜期195 d左右。试验点位于襄汾县农场，土壤类型为石灰性褐土，质地中壤，前茬作物为小麦。播前（2009年5月22日）采集耕层土壤（0～20 cm）样品，在国家测土施肥实验室进行分析（ASI系统研究法）[15]，土壤的理化性质为pH 8.49， 有 机质 4.70 g/kg，NH4-N 为 6.8 mg/L，NO3-N为7.8 mg/kg，速效磷8.3 mg/kg，速效钾128.2 mg/kg，有效钙 1 930.0 mg/kg，有效镁 240.3 mg/kg，有效硫 365.0 mg/kg，有效硼 1.2 mg/kg，有效铜1.1 mg/kg，有效铁3.0 mg/kg，有效锰13.8 mg/kg，有效锌 6.8 mg/kg。

1.2 试验材料及设计

根据播前土壤的基础肥力状况，在保证磷、钾肥供应的前提下，氮肥（N）施用在0～350 kg/hm2范围内设 6 个水平：N0，N70，N140，N210，N280，N350，随机区组设计，重复3次，小区面积为28 m2（7 m×4 m）。所用肥料为尿素（46%N）、过磷酸钙（12%P2O5）和氯化钾（60%K2O）。供试的玉米品种为郑单958，2009年6月15日人工点种，播量37.5 kg/hm2，每小区种植168株，种植6行，每行28株，种植密度60 000株/hm2左右。6月22日出苗，7月10日定苗，7月22日追肥，10月13日收获。灌溉、除草、治虫、中耕等田间管理按当地农民习惯进行。磷肥和钾肥于夏玉米5～6叶期施用（P2O590 kg/hm2，K2O60 kg/hm2），氮肥则在玉米拔节期一次性追施。整个玉米生育期降雨量为195.7 mm。

1.3 数据处理与分析

收获时每个试验小区取植株样品3株，在105℃杀青0.5 h后于60℃下烘干至恒质量，之后粉碎，过1 mm筛用于分析全氮。植株全氮用浓硫酸消煮，全自动定氮仪测定。有关收获指数、农学效益、氮肥利用率计算公式如下。

玉米收获指数=经济产量/地上部生物量×100%；

N收获指数=籽粒吸氮量/总吸氮量×100%；

氮农学效率（kg/kg）=（施氮区产量－不施氮区产量）/施氮量；

氮肥利用率=（施氮区吸氮量－不施氮区吸氮量）/施氮量×100%；

净收益（元/hm2）=经济产量×玉米价格-肥料施用量×肥料价格；

N素表观平衡=N投入量-N吸收量。

数据采用Excel和SPSS 16.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮肥用量对夏玉米生物量、经济产量及收获指数的影响

在农田生产条件下，作物生长发育受水、肥、气、热及栽培管理措施等因素的影响，经济产量和生物产量是表征综合因素共同作用的参数，而收获指数可反映作物同化产物在籽粒和营养器官上的分配比例，也是评价栽培成效的重要指标。在栽培管理措施相对一致的情况下，不同施氮量影响作物的生物产量、经济产量及收获指数（表1）。从表1可以看出，施氮处理与不施氮处理比较，施氮均增加了夏玉米的生物量，增加了3.2%～17.0%，且随着施氮量的增加生物量呈增加趋势。方差检验结果显示，处理间生物量差异达显著水平（P=0.015）。多重比较进一步显示，N350，N280，N210与 N0处理生物量有显著差异，N350，N280与N70，N140之间差异也达显著水平，与N210之间差异未达显著，表明施用中高量氮肥可显著增加夏玉米生物量。

从经济产量来看，不同施氮量较不施氮处理均有增产效应，增产幅度为913～1 712 kg/hm2，增产率为11.2%～20.9%。在施氮0～350 kg/hm2范围内，N210处理取得最高产量，为9 897 kg/hm2，增产率为20.9%。方差检验结果显示，各处理间产量差异达显著水平（P=0.014）。多重比较进一步显示，不同施氮量均与不施氮处理之间产量达显著水平，施氮处理之间相互比较，N210，N280的产量与N70，N140处理之间产量达显著水平，与N350之间不显著，表明不同施氮量均显著增加夏玉米产量，但产量增加与施氮量并不呈直线相关，而呈抛物线型。经济产量与不同氮肥施用量之间的关系可表示为：Y=-0.262X2+12.318X+8 218.2（R2=0.8967），求得最高产量施肥量为235kg/hm2。

就玉米收获指数而言，不同施氮量也影响夏玉米的收获指数，不同处理间玉米收获指数差异达显著水平（P=0.014）。多重比较显示，N70，N140，N210与N0之间收获指数达显著差异，而N280，N350与N0之间收获指数差异未达显著水平，表明中低水平的施氮量有利于提高夏玉米的收获指数，而高氮量施用对收获指数没有影响。

以上分析表明，中高施氮量可显著增加夏玉米生物量，不同氮肥施用量均可显著增加产量，中低施氮量有利于提高夏玉米的收获指数，综合表明，N210处理可获得最高的玉米产量和收获指数。

表1 不同氮肥用量对夏玉米生物量、产量、收获指数、农学效率及净收益的影响

2.2 氮肥用量对夏玉米净收益和氮肥农学效率的影响

夏玉米的净收益是评价施肥效果的重要参数。从表1可以看出，不同的施氮量影响夏玉米的净收益，与不施氮（N0）相比，N210处理显著增加了夏玉米的净收益，而其他施氮处理尽管有净收益增加，但均未达显著水平，表明适宜的施氮量是增加夏玉米净收益的关键，施肥不足或施肥过量，均不能带来高收益。净收益与不同氮肥施用量之间的关系可表示为：Y=-0.044 5X2+17.235X+12 894（R2=0.804 9），由此求得最高净收益施肥量为194 kg/hm2。

从氮肥的农学效率看，不同施氮量的农学效率存在差异，且大体上随着施氮量的增加呈减少趋势，农学效率变幅为3.3～13.1 kg/kg，可见，不足的施氮量虽能提高氮肥的农学效率，但明显降低了产量收益，而高施氮量的农学效率低下，将增加引发生态环境负面效应的危险。在保证高产和高收益的条件下，N210处理的农学效率为8.2 kg/kg。

2.3 氮肥用量对夏玉米氮养分吸收、氮养分收获指数、氮平衡及氮肥利用率的影响

氮肥用量对夏玉米氮养分吸收、氮养分收获指数、氮平衡及氮肥利用率有一定影响，结果如表2所示。

表2 氮肥用量对夏玉米氮养分吸收、氮养分收获指数、氮平衡及氮肥利用率的影响

表2显示，无论籽粒还是秸秆，氮含量随着施氮量的增加大体上有增高的趋势，氮吸收量也有同样的趋势，不施氮的处理氮吸收总量最低，为179.9 kg/hm2，施氮量最高的处理氮吸收总量最高，为279.2 kg/hm2。就氮收获指数而言，不同氮肥施用量表现不一，N70和N210较N0略有提高，而 N140，N280，N350则较 N0下降。从氮的表观平衡看，N280大体上满足氮素平衡，低于此施氮量，氮素平衡处于亏缺状态，高于此量则处于盈余状态。本试验获得最高产量的施肥量N210（210 kg/hm2），氮素平衡亏缺51.0 kg/hm2。就氮肥利用率而言，N70处理取得最高的氮肥利用率，为44.2%；N350处理获得最低的氮肥利用率，为28.3%；N210处理的氮肥利用率为38.6%，故N210处理可以实现高产、高收益，同时氮肥利用率也较高的研究目标。

3 讨论

肥料在我国农业生产中发挥着重要的作用，肥料的合理施用就是要根据不同作物解决需要什么肥，各需多少，在什么时期施，怎么施肥等一系列问题。在农业生产中，农民根据各自对所种植作物的肥料需求和所经营耕地土壤肥力的了解，在期望经营收入和可支付投资能力间进行决策，决定农业生产过程中投入肥料品种和数量。由于农业生产技术水平、经营决策水平及经济能力上存在差异，不同农户在自己经营耕地上的施肥状况会有所差异。杨博等[16]2000年进行的农田调查结果显示，占所调查的样本数25%的农田施肥过量，主要集中在集约化生产程度较高的山西省南部地区，即小麦、玉米的主产区；占样本数50%的农田施肥不足，主要分布在山西省北中部地区，生产水平较低，以粗放式经营为主。

笔者曾于2004年对山西省2种种植制度（一年一作、一年两作）、2种土壤类型（褐土、潮土）的2个自然村（忻州市二十里铺村和临汾市南麻村）分别进行了全村300多户农民施肥调查，发现农户间氮肥施用的变异达43%，磷肥施用的变异在42%～70%之间，施肥不足和施肥过量的现象并存。施肥不足，作物生长所需的养分得不到充分供应，影响了作物的生长，无法获得高产，进而影响农民的收益，本试验中的氮肥处理（N70，N140）均验证了这一点；而施肥过量，一方面表现为投入增加、生产效益低下，造成资源的浪费，另一方面对环境产生了负面影响[2-6]，影响农业的可持续发展，本试验中的氮肥处理（N280，N350）可以验证这一点。

当前生产条件下，肥料最佳管理须同时兼顾实现农田系统的生产力、利润、持续性及环境的四大目标。本试验结果表明，夏玉米的生物量随施氮量的增加而增加，与一些学者的研究结果一致[5-9]，施肥量与经济产量的关系呈二次抛物线型，与游福欣等[9]研究的直线型不一致，可能因为氮肥施用量级范围（N0～192 kg/hm2）偏低所致。本研究求得最高产量施氮量为235 kg/hm2，与吴波等[10]的研究结果（240 kg/hm2）相近，而求得的最佳经济施氮量194 kg/hm2，高于游福欣等[9]研究获得的137 kg/hm2，这与土壤的肥力条件和气候生态条件有关。从氮肥利用率看，本研究各处理的氮肥利用率（28.3%～44.2%）均高于赵营等报道的氮肥利用率（9.2%～22.6%），这也表明不同土壤条件和生态条件影响氮肥的效益和利用率。

综上所述，山西省南部夏玉米种植区域，施氮可以增加夏玉米的生物量和产量，夏玉米的吸氮量随施氮量的增加呈增加的趋势。在施氮量0～350 kg/hm2范围内，施氮210 kg/hm2可以获得最高的经济产量（9 897 kg/hm2）和最高的纯收益（14 970元/hm2），氮肥的农学效益为8.2 kg/kg，较不施氮肥处理增产1 712 kg/hm2（增幅达20.9%），增收2 132元/hm2，可以实现高产、高收益，同时氮肥利用率（38.6%）也较高的研究目标。施氮量与产量和纯收益之间的关系均符合二次函数曲线，求得最高产量施肥量为235 kg/hm2，经济施肥量为194 kg/hm2。

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