施氮肥对水稻-冬小麦轮作体系作物产量和氮肥效率的影响

陈文伟， 曹雪仙， 陈晓萍

(天台县农业技术推广总站，浙江 天台 317200)

稻麦轮作是我国长江中下游粮食主产区一种主要的种植制度，近些年来，中国水稻和冬小麦的单产和总产均有所提高[1]，这主要归因于化肥的大量施用，尤其是以氮肥过量施用为代价的。当前，农民施肥存在一定的盲目性，过多的氮肥投入会加大土壤中氮素的积累，使土壤、水及大气环境压力增加[2-3]。因此，科学合理施用氮肥作为稻麦轮作体系中一项重要农艺措施[4-5]，在农业生产中显得极为关键。随着氮肥用量的增加，水稻植株含氮量和吸氮量也随之增加，植株在生育前期吸收大量氮素从营养器官向籽粒的转移量却在降低，氮素农学生产力和氮肥表观利用率下降[6-8]。在农民常规施肥的基础上，减施氮肥20%～30%作物产量不会降低，而氮肥农学利用率大大提高[9]，总氮的流失量可以减少23.7%～28.5%[10]，对控制农业面源污染具有积极意义。本研究在稻麦轮作体系中，采用本地高产田氮肥用量，研究施用氮肥对作物籽粒产量、地上部氮素累积量和氮肥效率的影响，探讨目标作物所需氮量，旨在为稻麦轮作体系氮肥合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在台州市天台县街头镇湖酋村进行，地理坐标29°5′53″N，120°47′14″E。供试土壤为砂性壤土，土壤粒径≤0.002 mm的占4.32%，耕层土壤(0～20 cm)基本理化性状pH 4.77、有机质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、速效钾111.9 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验设3个处理：处理1，不施肥为对照(CK)；处理2，磷钾配施(PK)；处理3，氮磷钾配施(NPK)。小区面积30 m2，随机区组排列，重复3次。各处理间用塑料薄膜包裹田埂，单排单灌，避免串灌串排，试验区域外围设置保护行。氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)肥施用量稻季分别为225、42和90 kg·hm-2，麦季分别为150、65和102 kg·hm-2。磷肥作基肥一次性施入；钾肥施用2次，基肥和孕穗肥各占50%；氮肥分3次施用，基肥、分蘖肥和孕穗肥各占40%、40%和20%。氮肥用尿素(含N 46%)、磷肥用钙镁磷肥(含P2O512%)、钾肥用氯化钾(含K2O 60%)。各小区其他田间管理措施一致。

田间管理按当地常规栽培措施进行。试验地前茬作物为水稻，水稻于5月22日播种，6月14日移栽，10月23日收获，生育期154 d，供试品种为甬优12号。冬小麦于11月16日播种，2020年5月14日收获，生育期180 d，供试品种为苏麦188号。

1.3 取样与分析

作物地上部产量来源于整个小区，收获的同时取植株样品，经烘干、粉碎后用于植株养分分析。

土壤、植株中各养分含量都按土壤农化常规分析方法测定[11]。其中土壤有机质采用重铬酸钾容量法，全氮采用凯氏定氮法，水解性氮采用碱解氮法，有效磷采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法，pH采用电位法(水土比例1∶2.5)；植株(籽粒和秸秆)经硫酸-过氧化氢消煮，采用凯氏定氮法测氮。

1.4 有关参数的计算与统计分析

氮素表观利用率为施氮作物地上部吸氮量与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]。氮肥偏生产力指单位投入的氮肥所能生产的水稻或小麦籽粒产量[13]。氮素内部利用率是指水稻或小麦籽粒产量与地上部吸氮量的比值[11]。它表示水稻或小麦每吸收单位氮素所获得的水稻或小麦籽粒产量。氮素累积回收率指在某段时间内作物地上部吸氮量占氮肥施入量的百分率[13-14]。

试验数据采用Excel软件整理，采用SAS统计软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 产量

表1表明，不施肥处理(即对照)，水稻和冬小麦的籽粒产量只有6 510和675 kg·hm-2，处理PK和NPK的作物总产量比对照提高了26%和137.4%。不施氮处理(PK)作物产量仅为施氮处理(NPK)的53.1%(稻季74.9%和麦季15.0%)，这说明氮肥的增产贡献率为46.9%。氮肥的增产贡献率旱季高于水季，这主要是因为淹水条件有利于氮素的移动，易于被水稻吸收。此外连续2季不施氮肥，土壤供氮能力显著降低。

表1 氮肥施用对作物籽粒产量的影响

表2表明，施肥增加了水稻和冬小麦对氮的累积。无论是水稻还是小麦，施肥处理籽粒和秸秆吸氮量显著高于不施肥对照。在稻季，不施氮肥水稻籽粒和秸秆比处理NPK低43%和45%，达显著水平。而且连续2季不施氮肥，与处理PK相比，处理NPK小麦籽粒和秸秆吸氮量提高了715%和219%。

表2 氮肥施用对作物地上部吸氮量的影响

2.2 氮素表观平衡

由于作物不断地吸收土壤养分造成不施肥土壤年氮素亏缺116 kg·hm-2(稻季和麦季分别为98和18 kg·hm-2)(表 3)。施磷钾肥加剧了土壤氮素亏缺，稻季和麦季土壤氮素亏缺量比对照分别提高了30.6%和22.2%。施氮肥可使土壤氮素出现盈余，轮作体系年盈余量47 kg·hm-2(稻季和麦季分别为41和6 kg·hm-2)。水旱轮作体系氮肥表观利用率为47.5%，而稻季只有24.9%。连续2季不肥氮肥，造成麦季氮肥表观利用率高达81.3%。在本试验条件下，轮作体系氮肥累积利用率为87.5%，旱季高于水季。

表3 水稻冬小麦轮作体系氮素表观平衡和氮肥效率表现

2.3 氮素内部效率

不施氮肥水稻每吸收1 kg氮可以生产66 kg籽粒，而在施氮肥条件下，水稻每吸收1 kg氮可以生产籽粒量降低到59 kg，降低了12.5%(表3)。这也说明每生产100 kg籽粒，水稻需要吸收1.69 kg氮素。与水稻结果相似，不施肥冬小麦氮素内部利用率比处理NPK高10%。在施氮条件下，小麦每吸收1 kg氮可生产43 kg籽粒，这也说明每生产100 kg籽粒，小麦需要吸收2.33 kg氮素。

2.4 氮素偏生产力

在本试验条件下，每施1 kg氮肥可生产水稻46.6 kg、冬小麦41.5 kg(表 3)。这也说明每生产100 kg籽粒水稻和小麦分别需要施氮肥2.13和2.44 kg。

3 小结与讨论

水稻-冬小麦一年两熟轮作体系每年作物吸收氮116 kg·hm-2，在不施氮肥籽粒产量7 185 kg·hm-2情况下，每施1 kg氮肥，可生产水稻46.6 kg，冬小麦41.5 kg。在施氮肥条件下，每吸收1 kg氮可生产水稻籽粒59 kg、小麦43 kg。水旱轮作体系氮肥表观利用率47.5%，地上部吸氮量与施氮量的比值为87.5%，说明施入的氮肥绝大部分是被作物吸收利用的。