不同施氮处理对夏玉米生长及其氮素吸收的影响

郭玉炜

（承德市农业科学研究所，河北承德067000）

“农为国本，食为民天”。粮食是人类赖以生存的食物来源，是国民经济发展和社会稳定的重要保障。粮食问题始终是关系国计民生的头等大事。中国是世界人口大国，粮食自给水平的高低，不仅关系到国内粮食的生产与消费、农业的发展方向，而且对世界粮食市场的稳定和繁荣也有极为重要的影响[1]。解决好粮食安全问题是维护国家稳定、促进社会和谐和保持经济可持续发展最根本的措施之一。

但是近年来，耕地的减少、水资源的紧缺以及非耕地资源开发需要投入大量资金，人民生活水平的提高和伴随人口增长而不断提高的食物需求，再加上现阶段的世界金融危机，对我国粮食安全都产生了巨大的压力。因此，面对我国人多地少、资源紧缺等问题，保证粮食作物的高产是满足不断增长的人口需求的必然选择[2]。

玉米是我国种植面积最大的粮食作物之一，同时以其高产、稳产、粮饲经兼用的特性而居于主要位置。它是我国人民基本的食物来源，是“过腹转化”为肉、蛋、奶以满足日益提高人民生活水平需要的饲料来源，是出口创汇产品，同时也是医药、食品、造纸、化工、酿造等行业必不可少的原料[3]，因此，玉米高产始终是国家粮食安全问题中着重研究的一个重要问题。

20 世纪世界粮食产量增加的1/2 以上是由施用化肥带来的，21 世纪化肥的作用还将继续增加[4]。据统计，1981 年后的10 a 间，我国化肥对农作物产量增加的贡献率由36.6%增加到50.8%[5-6]。从化肥被引入农业之后，粮食产量翻倍增长，粮食紧缺的问题得到缓解[7]。化学肥料尤其是氮肥的施用，对促进现代农业生产的发展起着不可替代的作用[8]。美国科学家Hoeft 认为，施用氮肥是补给土壤氮素和维持土地生产力的主要措施，是土壤矿质态氮的主要来源。长期不施化肥，土壤自然肥力将不断耗竭，土质恶化，最终导致土壤侵蚀和退化；如果立即停止施用化肥，全世界农作物将会减产40%～50%[9]。但是长期过量地施用氮肥又会造成土壤氮素的大量盈余，降低氮肥的增产效率，并给环境带来重大压力[10-12]。为了实现作物高产和环境友好的双重目标，必须将土壤有效氮水平维持在既能满足作物高产需求又能降低氮流失风险的环境阈值之内。

氮肥的不合理施用会造成土壤NO3-N 含量增加、环境污染及农产品品质下降[13]。本试验在不同施氮水平下，分析各玉米生长期土壤剖面土层硝态氮含量和植株的全氮量以及玉米产量，研究农田土壤氮素的利用状况，旨在探寻合理的施氮量，为减少氮素损失、制定氮肥优化管理措施和提高作物产量提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验地基本状况

本试验于河北辛集市农业试验站（N 37°18′，E 115°28′）进行，该地区处于华北平原，属东部季风区温暖带半湿润大陆性气候。辛集市全年平均气温12.5 ℃，年平均降水量488.2 mm，年平均风速1.8 m/s，年平均湿度67%，年无霜期209 d，年日照2 629.5 h，十分有利于实行小麦玉米一年两熟的种植制度，轮作制多以小麦-玉米两熟制为主。

供试土壤为壤质潮土，是受地下水影响和作用形成的具有腐殖质层（耕作层）、氧化还原层及母质层等剖面构型的半水成土壤。土壤基本理化性状：有机质含量为16 g/kg，碱解氮为92 mg/kg，速效磷在16 mg/kg 左右，速效钾为98 mg/kg，土壤pH 值为7.8。

1.2 试验设计

供试作物为夏玉米（丰玉4 号）。播种前冬小麦秸秆全部粉碎还田，免耕。玉米种植密度为4 750 株/hm2左右，行距60 cm，株距29 cm 左右。6 月14 日播种，公顷播量45 kg，9 月26 日收获。为确保夏玉米播种后的出苗率，小麦收获后每小区及时进行1 次灌水（75 mm）。试验设5 个施氮处理，分别为N0，N1，N2，N3，N4，各处理施氮量如表1 所示。各处理重复3 次，随机区组排列。小区面积为33 m2。田间管理同当地大田。

氮磷钾肥品种分别为46%尿素、16%普通过磷酸钙和50%氯化钾。在播种时各处理底施30%的氮肥和全部的磷钾肥，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个氮素水平施肥用量 kg/hm2

试验过程中彻底消灭病虫害，在玉米苗期喷施苗期星科杀虫剂和百虫亡杀虫剂，喷施玉宁除草剂除草，苗期和拔节期之间喷施万金玉抗倒伏。

1.3 测定项目和方法

试验主要测定土壤硝态氮和植株全氮，在玉米生长阶段的7 月4 日（苗期）、7 月19 日（拔节期）、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），分别在不同处理区采集土样和地上植物样进行室内测定，土层分别取0～40，40～90 cm（玉米成熟后扩大了剖面纵向研究到200 cm）。所有土样在晾干后，去除砂砾、植物残体，粉碎过筛，采用凯氏定氮法测定硝态氮含量。烘干地上植物样粉碎后用浓H2SO4-H2O2消解，然后用凯氏定氮仪测量全氮。玉米测产是待各处理小区全部成熟后收获，以处理小区为单位测量玉米籽粒产量和秸秆产量。

1.4 数据处理

数据均采用Microsoft Excel 软件进行统计分析，并进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理对夏玉米籽粒产量、 秸秆产量以及氮素偏生产力的影响

由表2 可知，施用氮肥对夏玉米籽粒有明显的增产作用，籽粒产量随着施肥量的增加而增加。与对照N0相比，N1，N2，N3，N4处理的产量分别增加397.75，435.01，674.2，1 145.66 kg/hm2，每千克肥料氮的增产量分别为3.84，2.75，3.37，4.61 kg，籽粒产量分别提高了3.7%，4.16%，6.2%，10.6%。玉米秸秆产量随着施氮量的增加呈先降低后增加再降低的趋势，N2，N3，N4处理的秸秆产量比N0处理分别增加502.25，1 651.85，770.4 kg/hm2，分别增产2.4%，7.9%和3.7%。N1处理比N0秸秆产量减少1 915.6 kg/hm2，秸秆产量降低了9.2%。随着施纯氮量的不断增加，作物的氮肥偏生产力逐渐下降，尤其是N4处理。当施纯氮量从103.5 kg/hm2增加到248.4 kg/hm2时，氮肥偏生产力从108.21 kg/kg 下降到48.10 kg/kg。

表2 不同施氮量对夏玉米籽粒产量、秸秆产量以及氮肥偏生产力的影响

本试验条件下，施用氮肥对夏玉米有明显的增产作用，N4处理增产量高于其他施氮处理，因此，氮素充足供给对玉米高产有极大的促进作用。

土壤氮素供应充足是作物高产的一个重要因素，同时也是一个涉及范围较广的生态问题，过量施用氮肥会导致土壤氮库的积累[14]。由于富氮土壤的氮可能以多种机制淋失，进入附近河流、湖泊，对水体构成潜在威胁[15]。因此，合理施用氮肥对保证玉米高产、提高土壤的可持续生产能力、实现养分资源的高效利用、减少环境污染和资源浪费都将具有重要的理论意义和现实意义。

2.2 不同施氮处理对土壤硝态氮的影响

由图1～6 可知，不同施氮水平下，玉米田土壤硝态氮（NO3-N）含量的垂直分布基本符合0～40 cm 土层随剖面深度增加而减少，40～90 cm土层随剖面深度增加而增加的趋势。苗期到拔节期，除N4处理NO3-N 含量减少外，其他各处理0～40 cm 土层NO3-N 含量无明显差异。随着生育期的推进，植物消耗的有效氮越来越多，拔节期0～40 cm 土层的不同施氮处理土壤NO3-N含量均有所下降，且NO3-N 含量主要集中在0～40 cm 土层。除N4处理外，其他处理均随施氮量的增加，土壤各层NO3-N 含量增加，N0，N1，N2处理在0～40 cm 土层内NO3-N 含量基本保持稳定，N1处理NO3-N 含量稍高于N0处理。40～90 cm土层苗期和拔节期NO3-N 含量呈增加趋势。

从拔节到大喇叭口期，各处理0～40 cm 土层硝态氮含量明显降低，且这2 个时期施氮处理硝态氮含量比不施氮处理要高。表层土壤NO3-N含量大喇叭口期较拔节期有所降低。N4处理的NO3-N 含量在整个土壤剖面都大于其他施氮处理。40～90 cm 土层NO3-N 含量呈增加趋势。

从大喇叭口到抽雄期，由于大喇叭口期追施氮肥，0～40 cm 土壤NO3-N 含量明显增加，抽雄期0～90 cm 土层N2，N3，N4处理NO3-N 含量迅速下降并逐渐趋于稳定，N0，N1处理NO3-N 含量变化不明显。据这一时期NO3-N 含量变化情况可知，抽雄期灌水则可能导致土壤NO3-N 随水大量下渗，造成地下水NO3-N 含量升高，对地下水构成潜在的威胁，所以，应尽量避免在抽雄期进行大量灌溉。

从抽雄期到乳熟期，各处理0～90 cm 土层NO3-N 含量迅速下降，达到整个生育期的最低值，N4处理的NO3-N 含量高于其他处理，这与此期间玉米生长达最高峰、对养分吸收量大且迅速有关。同时，对于缺氮土壤氮肥的施用有重要指导意义。

从乳熟期到成熟期，土壤NO3-N 含量又有所上升，这是由于此期间作物吸收养分逐渐减弱，土壤NO3-N 含量增加。成熟期N4处理在整个土层的NO3-N 含量明显高于其他施氮处理，90～180 cm 土层NO3-N 含量呈现出随土层深度增加而降低的趋势。

由此看出，夏玉米不同生育期，表层土壤NO3-N 含量均随施氮量的增加而增加；随着土壤深度增加，NO3-N 含量降低。不同施氮处理0～90 cm 土层NO3-N 含量呈现先减后增的变化趋势，各施氮处理NO3-N 含量差异较明显，大体上，随着施氮量的增加NO3-N 含量增加[16]。同时，由于植物的吸收利用，NO3-N 主要分布在0～90 cm 的土层，这一土层与作物生长发育也密切相关。总体上，N4处理小区土壤氮素的含量要高于其他管理措施的小区，说明适量施氮后既可满足当季作物的养分需求，又可补充土壤硝态氮，为下季农作物生长提供养分基础；但过量施氮会使土壤中NO3-N 大量残留，对土壤环境有潜在的威胁。

2.3 不同施氮处理对玉米植株全氮含量的影响

施氮对植株全氮含量的影响如图7 所示。整体上，玉米植株全氮含量施氮处理比不施氮处理要低，并随着生长发育时期的延长呈平缓的降低趋势。在大喇叭口期，N3处理的植株全氮含量最低，在1.5%左右。

3 结论

本研究表明，不同施氮处理，表层0～40 cm土壤NO3-N 含量较高，且随土层加深其含量呈降低趋势，40～90 cm 相对较低且波动较小。大喇叭口期NO3-N 含量达最低值。N4处理在整个土层的NO3-N 含量要高于其他施氮处理。由于从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 含量急剧增加，说明玉米在这一时期对氮素的需求量较大。随施氮量的不断增加，作物的氮肥偏生产力不断下降，当施纯氮量从103.5 kg/hm2增加到248.4 kg/hm2时，氮肥偏生产力从108.21 kg/kg 下降到48.10 kg/kg。

［1］史培军，杨明川，陈世敏.中国粮食自给率水平与安全性研究[J].北京师范大学学报，1999（6）：74-80.

［2］张福锁，王激清，张卫峰，等.中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J].土壤学报，2008，45（5）：915-923.

［3］杨伟光.吉林省玉米高产育种模式与技术的研究[D].吉林：吉林农业大学，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］孙昌禹，贾永国，王淑芬.氮肥施用对生态系统的影响及措施的研究[J].河北农业科学，2009，13（3）：60-63.

［7］王志勇，红梅.供氮水平和有机无机配施对夏玉米产量及土壤硝态氮的影响[J].中国土壤及肥料，2008（6）：11-14.

［8］孙志梅，武志杰，陈利军，等.农业生产中的氮肥施用现状及其环境效应研究进展[J].土壤通报，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，王朝辉，李生秀.施氮量对夏季玉米产量及土壤水氮动态的影响[J].生态学报，2007，27（1）：197-204.

［11］李晓欣，张菲菲，马洪斌，等.华北平原地区农田硝态盐淋失研究进展[J].华北农学报，2011，26（增刊）：131-139.

［12］赵萍萍.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[J].山西农业科学，2010，38（11）：43-46，80.

［13］吴大付，张伟，孙夏耘，等.麦玉两熟区施氮对地下水硝酸盐含量的影响[J].河南农业科学，2008（5）：62-65.

［14］刘建玲，张福锁，杨奋翩.北方耕地和蔬菜保护地土壤磷素状况研究[J].植物营养与肥料学报，2000，6（2）：179-186.

［15］张志剑，王光火.嘉兴地区水稻土磷素状况与环境效应评估[J].科技通报，1999，15（5）：377-381.

［16］范亚宁.半湿润地区农田夏玉米氮肥利用率及土壤硝态氮动态变化[J].应用生态学报，2008，19（4）：799-806.