覆膜滴灌条件下氮肥运筹对玉米氮素吸收利用和土壤无机氮含量的影响*

2018-09-06侯云鹏孔丽丽尹彩侠秦裕波王立春

中国生态农业学报(中英文) 2018年9期

侯云鹏, 孔丽丽, 李前, 尹彩侠, 秦裕波, 于雷, 王立春, 王蒙

侯云鹏, 孔丽丽, 李前, 尹彩侠, 秦裕波, 于雷, 王立春**, 王蒙**

(农业部东北植物营养与农业环境重点实验室/吉林省农业科学院农业资源与环境研究所长春 130033)

为解决吉林省半干旱区覆膜滴灌条件下合理施氮问题, 通过两年(2016—2017年)田间试验, 研究了覆膜滴灌等氮量投入条件下, 不同运筹模式(N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔节肥; N3: 30%基肥+50%拔节肥+10%大口肥+10%开花肥; N4: 20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥)对春玉米产量、氮素利用效率、关键生长节点氮素积累特征以及生育期内土壤无机氮含量变化和氮素平衡的影响。结果表明, 分次施氮各处理(N2、N3、N4)玉米产量显著高于100%基肥处理(N1), 其中N4处理玉米产量最高, 较N1处理分别提高22.44%(2016年)和35.31%(2017年)。与N1处理相比, N2、N3、N4显著提高了玉米氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力, 提高幅度依次为52.02%~83.21%、63.69%~120.78%、11.85%~22.46%(2016年)和92.44%~129.38%、127.23%~203.09%、22.10%~34.01%(2017年), 且均以N4处理最高。施氮显著提高了玉米拔节期至成熟期氮积累量, 其中开花期至成熟期氮积累量以N4处理最高。与N1处理相比, N2、N3、N4提高了玉米开花期至成熟期0~20 cm土壤无机氮含量, 并降低成熟期40~100 cm土壤无机氮含量。土壤-作物系统氮素平衡中, N2、N3、N4处理较N1处理显著降低了氮素表观损失量, 其中N4处理氮素表观损失量最低。综上所述, 在本试验条件下, 总施氮量210 kg·hm−2时, 20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥为该区域覆膜滴灌条件下氮肥最佳运筹模式。

春玉米; 氮肥运筹; 氮素利用效率; 土壤无机氮含量; 氮素平衡

春玉米()是吉林省主要粮食作物, 种植面积占吉林省粮食作物种植面积的74.83%, 产量占全国玉米总量的12.48%[1], 在国家粮食安全中占有举足轻重的地位。在吉林省春玉米主产区中, 西部半干旱区占全省玉米种植面积的30%以上[2], 该地区降雨量少, 且年内分配不均, 极易造成玉米因生长前期缺水生长缓慢, 后期干旱引起早衰, 造成玉米减产, 使玉米产量远低于全省平均产量水平[3], 水资源短缺成为吉林省半干旱区玉米生产的首要限制因子。近年来, 玉米覆膜滴灌技术作为一种现代农业技术被引入吉林省西部半干旱区, 该技术的引用有效改善了该区域土壤水热状况, 缓解了水分无效蒸发等问题, 表现出显著的节水增产效应[4-5], 得到了大面积的推广应用, 截至2015年, 应用面积已达玉米总播种面积的10%[6]。但目前玉米覆膜滴灌条件下, 氮肥管理仍沿用以基施为主的传统施肥方式, 并未根据玉米氮素需求规律在滴灌条件下随水滴施, 不当的施肥方式在限制了玉米产量和氮素利用效率进一步提高的同时, 还造成氮素损失严重和污染环境等不良后果[7-9]。因此, 明确覆膜滴灌中氮肥合理施用已成为该地区玉米生产中亟待解决的问题。

目前, 关于滴灌施肥对作物产量、养分吸收利用和土壤氮素供应影响的研究较多, 这些研究均表明适宜的滴灌施肥模式可以显著提高养分利用效率, 增加作物产量, 并可降低土壤氮素淋失[7,9-11]。然而滴灌施肥条件下, 不同地点所获得的最佳施氮模式却各不相同。如李青军等[12]认为覆膜滴灌最佳施氮模式为5次施氮; 而陈天宇等[13]和张凌一等[14]研究表明, 在覆膜滴灌条件下, 3次施氮方式对玉米产量和氮肥利用效率的提高效果最好, 5次施氮虽满足了玉米生长后期对氮肥的需求, 但存在前期施氮量不足的问题; 刘慧迪等[15]却研究指出, 在覆膜滴灌种植模式下, 以50%氮肥基施, 另外50%氮肥在玉米叶龄指数45%时追施的方式对玉米生育后期干物质积累、产量、氮素利用效率和光合利用效率提高效果最好。可见不同试验地点由于气候条件和土壤类型等因素的差异, 导致氮肥不同施用时期及比例对调控作物产量和养分吸收利用的效果不同, 且相同模式下作物产量和养分吸收利用特性因地点不同也存在差异, 根据这些研究结果很难指导当地合理施氮。鉴于此, 本研究依据前期研究确定氮肥适宜用量的基础上, 通过连续两年田间试验, 探索在覆膜滴灌等量氮肥条件下, 氮肥不同施用时期及比例对玉米关键生长节点氮素积累特征、氮素利用效率、土壤无机氮运移规律和玉米成熟期氮素平衡影响, 旨在完善滴灌施肥模式中氮肥调控机理, 为吉林省半干旱区高效养分管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区基本概况

试验于2016年和2017年在吉林省乾安县父字村吉林省农业科学院试验基地进行。试验基地位于吉林省西北部, 中温带半干旱气候, 据试验点设立的气象站测定结果, 2016年和2017年玉米生育期降雨量分别为286.6 mm和294.9 mm, ≥10 ℃有效积温分别为3 025 ℃和2 861 ℃, 2016年和2017年具体玉米生育期内不同月份平均降雨量和温度详见图1。供试土壤类型为淡黑钙土, 质地为沙壤, 2016年和2017年播前0~20 cm层土壤基本养分状况: 有机质含量分别为17.39 g·kg−1和18.63 g·kg−1, 全氮分别为1.21 g·kg−1和1.28 g·kg−1, 有效磷含量分别为14.98 mg·kg−1和13.89 mg·kg−1, 速效钾含量分别为109.38 mg·kg−1和114.26 mg·kg−1, pH分别为8.06和7.84。0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm和80~100 cm土壤无机氮含量(硝态氮与铵态氮含量之和, mg·kg−1)分别为13.05、11.96、8.65、6.79、4.38和16.72、10.78、7.97、4.76、4.02。

图1 2016—2017年试验区玉米生育期降雨量与平均气温

1.2 试验设计

试验采用单因素设计, 在玉米覆膜滴灌施肥高产施氮量210 kg·hm−2基础上[16], 设4种氮肥运筹比例: 100%基肥(N1), 50%基肥+50%拔节肥(N2), 30%基肥+50%拔节肥+10%大口肥+10%开花肥(N3), 20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥(N4); 另设不施氮处理作为对照(N0)。不同施氮处理磷(P2O5)钾(K2O)肥用量一致, 分别为80 kg·hm−2和100 kg·hm−2, 均在播种前作基肥条施。试验用氮肥为尿素(N 46%), 磷肥为重过磷酸钙(P2O546%), 钾肥为氯化钾(K2O 60%)。两年玉米品种均为‘翔玉998’, 种植密度为75 000株·hm−2。采用大垄双行覆膜栽培模式, 大垄宽130 cm, 其中垄上行距为40 cm, 垄间行距为90 cm, 地膜宽度为120 cm。每个小区4垄宽, 小区面积60 m2, 两边设有2垄保护行。2016年和2017年玉米种植日期分别为5月1日和5月4日。播种后进行覆膜与铺设滴灌带, 覆膜与铺设滴灌带同步进行。滴灌带选用内镶片式, 滴头相距30 cm。滴灌带铺设于大垄中间, 每条滴灌带控制2行玉米。不同施氮处理两年玉米生育期灌水总量均为240 mm, 其中在玉米播前、苗期和拔节期灌水量分别为20 mm, 大口期、开花期和灌浆期灌水量分别为60 mm, 各处理在同一时间灌溉, 通过水表控制同等灌水量。试验水源为地下水, 各小区单独配18 L压差式施肥罐, 施肥开始前按各处理所需将氮肥加入施肥罐, 加满水后充分搅拌, 使其完全溶解。先滴清水30 min, 然后打开施肥阀进行施肥, 时间为120 min, 施肥完毕后继续滴清水30 min。试验期间采用人工除草的方式控制杂草。2016年和2017年玉米收获日期分别为10月1日和9月30日。

1.3 样品采集与测定

分别于玉米苗期、拔节期、大口期、开花期、灌浆期和成熟期(相应为播种后28 d、53 d、70 d、85 d、112 d、141 d)采集不同处理具有代表性玉米植株, 每小区取植株5株(苗期取40株), 于105 ℃杀青30 min后, 70 ℃烘干至恒重, 称重计算不同处理植株生物量。植株样本粉碎过0.05 mm筛, 测定氮含量。

采集植株样品的同时在各小区分别取0~20 cm土壤样品, 在玉米收获后取0~100 cm土壤样品, 每20 cm为一层(共5层), 每小区随机取5点, 同层次土壤混合为1个土样后放入冰盒, 带回实验室冷冻保存, 用于测定土壤无机氮含量。

植株样本全氮采用H2SO4-H2O2法消煮, 凯氏定氮法测定; 土壤样本无机氮含量(土壤硝态氮和铵态氮含量)采用2 mol·L−1KCl溶液(土液比1∶5)震荡浸提, 流动注射分析仪测定。

成熟期选取小区中间两行进行测产(30 m2), 计算收获指数。并选取有代表性的30个果穗进行室内考种，测定穗粒数及千粒重。

1.4 参数计算与统计分析

收获指数(%)=籽粒产量/总生物量×100 (1)

氮素吸收利用率(%)=(施氮区作物总吸氮量-不施氮区作物总吸氮量)/施氮量×100 (2)

氮素农学利用率(kg·kg−1)=(施氮区作物产量-不施氮区玉米产量)/施氮量 (3)

氮素偏生产力(kg·kg−1)=施氮区作物产量/施氮量(4)

土壤氮素净矿化量(kg·hm−2)=不施氮肥区作物地上部分氮积累量+不施氮肥区土壤残留无机氮量-不施氮肥区起始无机氮量 (5)

氮素表观损失量(kg·hm−2)=施氮量+土壤起始无机氮积累量+土壤氮素净矿化量-作物氮携出量-土壤无机氮残留量 (6)

试验数据采用SAS进行单因素和双因素方差分析, 用Sigma Plot 10.0制图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理对春玉米产量及其构成因素的影响

由表1可知, 试验年份和施肥处理极显著影响玉米产量, 且试验年份和施肥处理表现出极显著的交互作用。与不施氮肥处理(N0)相比, 各施氮处理增产效果达显著水平(<0.05), 增产幅度分别为22.81%~50.37% (2106年)和21.05%~63.79%(2017年)。在相同施氮量下, 分次施氮各处理(N2、N3、N4)玉米产量均显著高于100%基肥处理(N1,<0.05)。其中N4处理增产幅度最高, 较N1处理分别提高22.44%(2016年)和35.31%(2017年), 后依次为N3和N2处理。产量构成因素中, 试验年份和施肥处理显著或极显著影响玉米穗粒数和千粒重, 且试验年份和施肥处理表现出极显著的交互作用, 而对玉米穗数无显著影响。两年的试验结果表明, 施氮提高了玉米穗粒数、千粒重和收获指数, 其中玉米穗粒数、千粒重差异达显著水平(<0.05); 分次施氮各处理(N2、N3、N4)玉米穗粒数、千粒重和收获指数均高于100%基肥处理(N1), 并以N4处理提高幅度最大, 玉米穗粒数、千粒重和收获指数较N1处理依次提高9.03%、11.96%、5.18%(2016年)和19.98%、19.67%、8.17%(2017年), 后依次为N3和N2处理, 而不同施氮处理间玉米穗数差异均不显著(>0.05)。

表1 不同施氮处理下玉米产量及构成因素

N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔节肥; N3: 30%基肥+50%拔节肥+10%大口肥+10%开花肥; N4: 20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥。同列数据后不同字母表示在5%水平上差异显著。Y: 年份; F: 施肥处理; *和**分别表示在0.05和0.01水平差异显著。N1: 100% basal fertilizer; N2: 50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer; N3: 30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer; N4: 20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer. Values followed by different letters in the same column are significantly different at 5% level. Y: year; F: fertilization treatment. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.2 不同施氮处理对玉米氮素积累及氮素利用效率的影响

由表2可知, 除苗期和拔节期外, 试验年份和施肥处理显著影响玉米其他各生育期氮积累量, 其中试验年份和施肥处理对玉米开花期至成熟期氮积累量表现出显著或极显著的交互作用。与不施氮肥处理(N0)相比, 除苗期外, 其他生育期施氮处理显著提高了玉米氮积累量(<0.05)。在相同施氮量下, 苗期各施氮处理氮积累量差异不显著; 拔节期和大口期氮积累量以100%基肥处理(N1)最高, 较分次施氮各处理(N2、N3、N4)依次提高7.76%~16.29%和4.91%~9.51%(2016年)、11.11%~24.22%和4.03%~ 14.52%(2017年); 开花期至成熟期, 分次施氮各处理(N2、N3、N4)氮积累量高于100%基肥处理(N1), N2、N3、N4的提高幅度依次为5.44%~10.20%、12.56%~20.96%、14.75%~23.58%(2016年)和11.03%~ 15.20%、20.92%~26.21%、24.96%~34.92%(2017年), 其中以N4处理玉米开花期至成熟期氮积累量最高, 后依次为N3和N2处理。

由表2还可知, 试验年份和施肥处理显著影响玉米氮素利用效率, 且试验年份和施肥处理表现出极显著的交互作用。在相同施氮量下, 分次施氮各处理(N2、N3、N4)氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力均显著高于100%基肥处理(<0.05), 提高幅度依次为52.02%~ 83.21%、63.69%~120.78%、11.85%~22.46%(2016年)和92.44%~129.38%、127.23%~203.09%、22.10%~34.01% (2017年)。其中N4处理氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力最高, 后依次为N3和N2处理。

表2 不同施氮处理下玉米氮素积累动态变化和氮素利用效率

2.3 不同施氮处理对玉米生长季土壤无机氮含量动态变化的影响

由图2可知, 两年玉米生育期内0~20 cm土壤无机氮含量趋势一致。均表现玉米苗期无机氮含量最高, 然后随生育进程推进逐渐下降趋势, 其中灌浆期达到最低, 成熟期有所回升。与不施氮肥处理(N0)相比, 施氮处理显著提高了玉米各生育时期土壤无机氮含量(<0.05), 在相同施氮量下, 100%基肥处理(N1)土壤无机氮含量在玉米苗期至拔节期最高, 大口期至成熟期则低于分次施氮各处理(N2、N3、N4), 其中大口期土壤无机氮含量以N2处理最高, 后依次为N3和N4处理, 开花期至成熟期土壤无机氮含量以N4处理最高, 后依次为N3和N2处理。

2.4 不同施氮处理对玉米收获后0~100 cm土壤剖面无机氮含量变化的影响

由图3可知, 耕层(0~20 cm)土壤无机氮含量最高, 并随土层深度的增加呈逐渐下降趋势; 与不施氮肥处理(N0)相比, 施氮处理显著提高了0~100 cm土壤无机氮含量(<0.05)。在相同施氮量下, 分次施氮各处理(N2、N3、N4)0~20 cm和20~40 cm土层无机氮含量最高, 较100%基肥处理(N1)依次提高19.12%~56.29%和22.97%~56.56%(2016年)、42.83%~70.80%和21.02%~65.86%(2017年), 其中以N4处理土壤无机氮含量最高, 后依次为N3和N2处理; 40~60 cm、60~80 cm和80~100 cm土壤无机氮含量则以100%基肥处理(N1)最高, 较分次施氮各处理(N2、N3、N4)依次提高1.82%~23.89%、14.43%~ 34.86%、18.53%~50.98%(2016年)和12.86%~24.36%、4.09%~16.09%、22.58%~49.91%(2017年); 而分次施氮各处理40~100 cm土壤无机氮含量无明显差异。

图2 不同施氮处理下春玉米生长季0~20 cm土壤无机氮含量动态变化

N1: 100%基肥; N2: 50%基肥+50%拔节肥; N3: 30%基肥+50%拔节肥+10%大口肥+10%开花肥; N4: 20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥。N1: 100% basal fertilizer; N2: 50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer; N3: 30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer; N4: 20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer.

图3 不同施氮处理下春玉米收获后0~100 cm土壤无机氮含量

2.5 不同施氮处理对春玉米生长季氮素平衡的影响

由表3可知, 试验年份和施肥处理显著或极显著影响作物氮素携出量、残留无机氮和氮表观损失量, 且试验年份和施肥处理表现出显著或极显著的交互作用。在氮素输入项中, 以施氮量所占比例最高, 分别占施氮处理氮素输入中的52.96%(2016年)和54.74%(2017年); 在氮素输出项中, 以作物携出量为主, 分别占氮素输出项的41.65%~63.44% (2016年)和41.08%~66.27%(2017年)。相同施氮量下, 分次施氮各处理(N2、N3、N4)作物氮素携出量和无机氮残留量均高于100%基肥处理(N1), 提高幅度依次为14.75%~23.58%和3.35%~9.63%(2016年)、24.96%~34.92%和7.41%~15.54%(2017年), 其中作物氮素携出量差异达显著水平(<0.05); 而氮表观损失量显著低于100%基肥处理(N1,<0.05), 降低幅度分别为23.76%~42.07%(2016年)和37.66%~ 56.91%(2017年)。表明通过氮肥分次施入, 显著提高了玉米氮素吸收和土壤无机氮残留, 进而减少氮素损失。而在分次施氮各处理中, 氮表观损失量以N4处理最低, 后依次为N3和N2处理。

表3 不同施氮处理下0~100 cm剖面土壤氮素表观平衡

3 讨论

大量研究表明[4,17-20], 施氮通过增加单位面积穗粒数和千粒重, 而最终提高产量。这与本研究中施氮显著提高了每穗粒数和粒重的结果一致。说明施氮可提高光合产物的生成、转运及向籽粒中分配累积能力, 进而提高穗粒数和千粒重。而相关研究指出, 施氮模式不同会影响光合产物形成、转运速率和籽粒中分配积累能力, 其中开花期营养生长阶段是春玉米穗粒数形成的关键时期, 开花后籽粒灌浆期是粒重形成的关键时期[21-22], 此阶段养分积累对产量形成最为重要。本研究中, 100%基肥处理、50%基肥+50%拔节肥处理和30%基肥+50%拔节肥+10%大口肥+10%开花肥处理由于在玉米生长前期过量施氮和忽略花后追施氮肥, 使玉米营养生长阶段消耗了大量光合产物用于蛋白质的合成, 降低碳水化合物在营养器官的累积和向穗部的转运量[23-24], 不利于穗粒结构的发育[25], 使穗粒数和千粒重下降。而20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+ 10%灌浆肥处理使氮素养分在玉米整个生育期均衡供应, 在满足玉米生育前期对氮素需求的同时, 又及时弥补了玉米开花期至成熟期氮素亏缺, 促进花丝生长和提高穗部籽粒灌浆速率, 使玉米穗粒数和粒重增加, 最终获得高产。

施氮时期与比例不同, 会引起作物氮素吸收速率不同, 导致作物不同生育时期植株氮积累量也不相同, 继而直接影响玉米产量和氮素利用效率[26-28]。相关研究指出, 作物产量受玉米花前营养器官贮藏氮素转运和花后氮素吸收的双重影响[29], 而调控作物花后吸收的氮向籽粒中转运是提高氮肥利用率的重要措施[30]。因此, 投入氮肥能否满足玉米整个生育期对氮素的需求, 对提高作物产量十分重要。王宜伦等[31]通过对夏玉米氮素吸收规律研究发现, 玉米吐丝后氮素积累量占总积累量的40.3%~47.8%, 通过分次施氮可促进玉米生育后期氮素吸收积累以及向籽粒中的转运, 进而提高玉米产量和氮素利用效率。本研究结果表明, 100%基肥处理玉米苗期至大口期氮积累量最高, 而开花期至成熟期氮积累量却低于分次施氮各处理, 这表明全部氮肥基施使植株前期生长过快, 中后期氮素供应不足, 导致玉米生育后期衰老进程加速, 造成玉米成熟期氮积累量较低; 而分次施氮各处理在不同生育期氮积累量也存在差异, 50%基肥+50%拔节肥处理和30%基肥+50%拔节肥+10%大口肥+10%开花肥处理仅促进玉米拔节期至开花期氮素积累, 对玉米花后氮积累量的提高效果较差; 而20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥处理既能满足玉米花前较高的氮素积累, 又能保证玉米开花期后氮素营养供给, 使各营养器官保持较高的活力, 提高玉米花后氮素吸收能力, 进而达到提高成熟期氮素积累和提高氮肥利用效率的目的。

氮肥施入土壤后经水解后转化为无机氮, 是作物吸收利用的主要方式。而土壤氮素能否满足作物不同生育时期对氮素养分的需求, 直接影响作物产量[32]。石玉等[33]指出, 土壤剖面无机氮含量的变化因施氮量和施氮时期的不同而异; 而武际等[34]研究表明, 前期施氮量过大, 会因超过作物吸收能力和土壤固持能力, 造成土壤剖面无机氮淋洗至土壤深层; 而增加氮肥追施次数, 可使耕层土壤维持较高的供氮能力, 并可减少氮素淋失, 进而提高玉米产量及氮素利用效率。本研究结果与前人研究结果一致, 与100%基肥处理相比, 分次施氮各处理显著提高了玉米开花期至成熟期土壤无机氮含量, 并且显著降低了玉米收获后深层土壤无机氮含量, 表明增加氮肥追施次数, 在显著降低氮素淋失的同时, 为春玉米生长中后期生长发育提供了优越的氮营养环境。夏晓亮等[35]认为, 作物在生长前期对氮素需求量低于中后期, 因此提高作物生育中后期土壤无机氮含量对提高作物产量十分重要。而本研究中20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥处理在玉米开花期至成熟期土壤无机氮含量最高, 所获得玉米产量、总吸氮量和氮素利用效率也最高。进一步证明提高玉米生育中后期土壤无机氮含量可以促进玉米氮素积累和产量形成。

氮肥施入土壤后除了被作物吸收外, 一部分以无机氮形态或有机结合形态残留在土壤剖面中, 而另一部分通过氨挥发、硝化－反硝化、淋洗或径流等途径淋洗至根层以下损失[36-37]。而氮素损失量大直接影响作物生长发育和环境问题[33,38]。因此, 土壤-作物体系氮素平衡是评价氮肥合理施用与否的关键。邹晓锦等[39]研究指出, 分次施氮可显著提高作物携出量和土壤氮素残留量, 并能显著降低氮素损失。本研究结果与前人结果趋势一致, 与100%基肥处理相比, 分次施氮各处理显著提高玉米氮素携出量和土壤无机氮残留量, 并显著降低土壤氮素损失量。由此可见, 根据作物不同生长阶段对氮肥的不同需求, 采用氮肥分次施用, 尤其是在作物生长旺盛时期追施氮肥, 可以有效减少农田氮素的淋溶损失。

4 结论

在覆膜滴灌模式下, 分次施氮可提高玉米开花期至成熟期氮素积累量, 并显著提高了氮素利用效率。分次施氮通过优化玉米穗粒数和粒重, 显著提高了玉米产量。并且在提高玉米开花期至成熟期土壤耕层无机氮含量的同时, 降低了玉米成熟期氮素向深层土壤的淋失。土壤-作物系统的氮素平衡中, 分次施氮在提高作物携出量和土壤残留无机氮的同时, 显著降低了土壤氮素损失量, 其中氮肥20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥处理在提高玉米产量、氮素吸收利用和降低土壤氮素损失等方面效果最佳, 因此, 在总施氮量210 kg·hm−2时, 20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥为该区域覆膜滴灌条件下最佳氮肥运筹模式。

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Effects of nitrogen fertilizer management on nitrogen absorption, utilization and soil inorganic nitrogen content under film mulch drip irrigation of maize*

HOU Yunpeng, KONG Lili, LI Qian, YIN Caixia, QIN Yubo, YU Lei, WANG Lichun**, WANG Meng**

(Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast Region, Ministry of Agriculture / Agricultural Resources and Environment Research Institute, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun 130033, China)

For reasonable application of nitrogen fertilizer under film mulch and drip irrigation in the semi-arid region of Jilin Province, a field experiment was conducted to investigate the effects of different nitrogen doses on spring maize yield, nitrogen utilization efficiency, nitrogen accumulation characteristics, soil inorganic nitrogen content and nitrogen balance during the growth period. The drip-irrigated film mulch experiment was conducted in 2016–2017 for N1 (100% basal fertilizer), N2 (50% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer), N3 (30% basal fertilizer + 50% jointing fertilizer + 10% belling fertilizer + 10% flowering fertilizer) and N4 (20% basal fertilizer + 30% jointing fertilizer + 20% belling fertilizer + 20% flowering fertilizer + 10% filling fertilizer) nitrogen inputs. The results showed that grain yield under N2, N3 and N4 treatments were all significantly higher than that under N1 treatment. The highest maize yield was obtained under N4 treatment, increasing by 22.44% (2016) and 35.31% (2017) over that under N1 treatment. Absorption utilization efficiency, agronomic efficiency and partial factor productivity of nitrogen under N2, N3 and N4 treatments were all significantly higher than those under N1 treatment, respectivelyincreasing in the ranges of 52.02%-83.21%, 63.69%-120.78%, 11.85%-22.46% (in 2016) and 92.44%-129.38%, 127.23%-203.09%, 22.10%-34.01% (in 2017). The highest increase was under N4 treatment.Nitrogen accumulation increased significantly with increasing nitrogen fertilizer application from jointing stage to mature stage, with the highest value under N4 treatment after flowering stage. Compared with N1 treatment, soil inorganic nitrogen content improved at the 0–20 cm soil layer under N2, N3 and N4 treatments after flowering stage, but dropped at the 40–100 cm soil layer at maturity stage. Nitrogen loss significantly reduced under N2, N3 and N4 treatments compared with that under N1 treatment, and it was lowest under N4 treatment in terms of nitrogen balance of the soil-crop system. In conclusion, optimum management strategy was obtained for 20% nitrogen base fertilizer, 30% dose at jointing stage, 20% at belling stage, 20% at flowering stage and 10% at filling stage. This gave a total nitrogen fertilizer application of 210 kg·hm-2under the experimental field conditions.

Spring maize; Nitrogen management; Nitrogen utilization efficiency; Soil inorganic nitrogen content; Nitrogen balance

s: WANG Lichun, E-mail: wlc1960@163.com; WANG Meng, E-mail: wangmeng0703@163.com

Jan. 22, 2018;

Apr. 28, 2018

10.13930/j.cnki.cjea.180104

S513.062

1671-3990(2018)09-1378-10

王立春, 主要从事玉米栽培与土壤肥料研究, E-mail: wlc1960@163.com; 王蒙, 主要从事高效施肥研究, E-mail: wangmeng0703@163.com 侯云鹏, 主要从事养分资源高效利用方面研究。E-mail: exceedfhvfha@163.com

2018-01-22

2018-04-28

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2017YFD0300604) and the International Plant Nutrition Institute (IPNI) Project (NMBF-Jilin-2018).

* 国家重点研发计划(2017YFD0300604)和国际植物营养研究所(IPNI)项目(NMBF-Jilin-2018)资助

侯云鹏, 孔丽丽, 李前, 尹彩侠, 秦裕波, 于雷, 王立春, 王蒙. 覆膜滴灌条件下氮肥运筹对玉米氮素吸收利用和土壤无机氮含量的影响[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(9): 1378-1387

HOU Y P, KONG L L, LI Q, YIN C X, QIN Y B, YU L, WANG L C, WANG M. Effects of nitrogen fertilizer management on nitrogen absorption, utilization and soil inorganic nitrogen content under film mulch drip irrigation of maize[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(9): 1378-1387