膜下滴灌氮肥分期追施量對玉米氮效率及土壤氮素平衡的影響

張鵬飛，張翼飛，王玉鳳，張文超，陳天宇，龐 晨，吳 瓊，王懷鵬，武 鵬，尹雪巍，楊 麗，唐春雙，楊克軍

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院/黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點實驗室，黑龍江大慶 163319）

東北春玉米區(qū)是中國玉米主產(chǎn)區(qū)之一，玉米產(chǎn)量占各類糧食總產(chǎn)量的40%左右，在保障國家糧食安全戰(zhàn)略中具有重要地位[1–2]。其中，松嫩平原作為國家重要的商品糧生產(chǎn)基地，屬于典型的半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)[3]，由于地處濕潤季風(fēng)區(qū)與內(nèi)陸干旱區(qū)之間的過渡帶，該地區(qū)年蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于年降水量，且分布極不均勻，氣候變化敏感，生態(tài)環(huán)境較為脆弱[4]，特別是春季低溫、干旱頻繁發(fā)生，常造成玉米播期延遲和保苗率低等問題，嚴(yán)重制約區(qū)域農(nóng)業(yè)的高效生產(chǎn)。膜下滴灌技術(shù)是將覆膜種植與滴灌相結(jié)合的一種栽培模式[5]，既能提高地溫減少行間蒸發(fā)，又能利用滴灌控制水分、養(yǎng)分供給，進(jìn)而明顯提高作物對水分和肥料的利用效率[6]，綜合實現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)肥、高效和增產(chǎn)之效果，是先進(jìn)栽培技術(shù)與灌水技術(shù)的集成[7]。已有研究證實，由于土壤中的水熱環(huán)境、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化運(yùn)移過程[8]等方面的變化，使得膜下滴灌與常規(guī)栽培條件下，農(nóng)田土壤養(yǎng)分特別是氮素的轉(zhuǎn)化、吸收利用過程存在顯著差異。近年來，盡管膜下滴灌栽培技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于松嫩平原西部的玉米生產(chǎn)，有效緩解了玉米生育前期低溫冷害、干旱少雨以及生育后期脫肥等玉米豐產(chǎn)高效的瓶頸問題，但松嫩平原西部玉米種植田土壤較貧瘠，保水保肥性較差，在膜下滴灌栽培模式下，大部分農(nóng)戶為了追求高產(chǎn)，氮肥管理上仍沿用傳統(tǒng)栽培模式下的氮肥運(yùn)籌方式，尚不能充分發(fā)揮膜下滴灌技術(shù)“少量多次”按需供應(yīng)的肥料高效運(yùn)籌優(yōu)勢，導(dǎo)致肥料利用率仍較低、土壤無機(jī)氮殘留過多、地下水硝酸鹽污染等問題及生態(tài)環(huán)境風(fēng)險不斷增加[9]。因此進(jìn)一步優(yōu)化膜下滴灌栽培模式下的氮肥運(yùn)籌，提高用肥精準(zhǔn)性，對于促進(jìn)玉米提質(zhì)增效生產(chǎn)，實現(xiàn)我國2020年農(nóng)用化肥的“零增長”目標(biāo)，推動資源節(jié)約型和環(huán)境友好型綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

前人針對玉米膜下滴灌的肥料類型、施肥量和施肥頻率等方面開展了大量的研究工作，其中氮肥運(yùn)籌已逐漸成為滴灌施肥管理研究的熱點問題之一。習(xí)金根等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在同等施氮量下，與傳統(tǒng)露地栽培相比，膜下滴灌栽培模式更有利于玉米植株對氮素的高效吸收利用，進(jìn)而促進(jìn)干物質(zhì)的積累和高效轉(zhuǎn)運(yùn)，最終顯著增加玉米籽粒的產(chǎn)量；劉洋等[11]試驗結(jié)果表明，在東北黑土區(qū)玉米膜下滴灌栽培模式下，分別于玉米拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期3次等量追施氮肥50～66 kg/hm2，可有效提高玉米的株高、葉面積指數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)高產(chǎn)；陳天宇等[12]對松嫩平原西部玉米膜下滴灌追氮方式的初步研究發(fā)現(xiàn)，在 30% + 60% + 100% 葉齡指數(shù)時期3次等比例追施氮肥，玉米氮素利用效率和籽粒產(chǎn)量均優(yōu)于30% +60%葉齡指數(shù)時期2次等比例追肥處理和30% +45% + 60% + 100% 葉齡指數(shù)時期 + 吐絲后 15 天5次等比例追氮處理。此外，張鷹等[13]報道認(rèn)為在吉林省東部膜下滴灌栽培模式下，生長季30%和40%氮肥分別在拔節(jié)期和抽雄期追施，可在滿足玉米生長發(fā)育需求的同時，提升玉米籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率；Zhou等[14]在黃淮海地區(qū)的研究也表明，玉米膜下滴灌栽培模式下氮肥追施總量不變，通過優(yōu)化拔節(jié)期、大喇叭口期和吐絲期的追氮量分配比例，可有效提高玉米干物質(zhì)積累量，促進(jìn)籽粒產(chǎn)量提高。然而，目前有關(guān)松嫩平原西部膜下滴灌玉米氮肥運(yùn)籌的研究報道多集中于分次等量追施，且大多圍繞玉米產(chǎn)量、品質(zhì)、生長發(fā)育和氮素吸收等方面進(jìn)行探討，而關(guān)于生育關(guān)鍵時期追氮量的最佳配比及其對土壤無機(jī)氮的殘留、轉(zhuǎn)化和損失狀況，尤其是對作物-土壤系統(tǒng)氮素平衡的影響研究則鮮有報道?；诖?，本研究結(jié)合松嫩平原半干旱區(qū)自然環(huán)境條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施發(fā)展特點，采用大壟壟上雙行膜下滴灌栽培模式，通過設(shè)置不同氮肥追施水平和關(guān)鍵生育時期追氮比例組合，研究不同氮肥運(yùn)籌方式對玉米產(chǎn)量、氮素積累與利用、土壤無機(jī)氮殘留與礦化以及系統(tǒng)氮素平衡的影響，綜合考慮玉米產(chǎn)量、氮素利用和氮素平衡而明確膜下滴灌最佳的氮肥分期追施量，為完善和改進(jìn)松嫩平原半干旱區(qū)玉米膜下滴灌標(biāo)準(zhǔn)化栽培技術(shù)體系，實現(xiàn)在玉米養(yǎng)分需求關(guān)鍵時期合理、精準(zhǔn)的氮肥管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015—2016年在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點實驗室試驗基地 (46°37′N、125°11′E) 進(jìn)行，海拔高度 146 m，該區(qū)域位于松嫩平原腹地，屬于典型的北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年光照充足、雨熱同季、降水偏少。春季冷暖多變，干旱多風(fēng)，水資源嚴(yán)重匱乏；夏季前期干熱，后期降水集中且變率大；秋季多寒潮，降溫急劇。試驗基地多年平均氣溫4.2℃，降雨量427.5 mm，蒸發(fā)量 1635 mm，無霜期 143 d，年日照時數(shù)2726 h，平均風(fēng)速3.8 m/s。試驗地土壤類型為草甸土，肥力均勻，0—20 cm耕層土壤平均容重1.25 g/cm3、土壤 pH 值 7.79、有機(jī)質(zhì) 29.72 g/kg、全氮 1.41 g/kg、堿解氮 115.89 mg/kg、有效磷 5.11 mg/kg、速效鉀106.34 mg/kg。玉米生長期內(nèi)平均溫度、降雨量、降雨分布、蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)由試驗基地小型氣象站提供 (圖1)，2015—2016年玉米生育期內(nèi)活動積溫為2815.3℃和2872.7℃，總降雨量為415.3 mm和 413.6 mm，蒸發(fā)量為 581.2 mm 和 634.4 mm，差異較小。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)因素為3個氮肥追施水平，分別為 90 (T90)、120 (T120)、150 (T150)kg/hm2，在葉齡指數(shù)為 30% (拔節(jié)期)、60% (大喇叭口期) 和 100% (吐絲期) 時追施，供試氮肥均為尿素。副區(qū)因素為三個生育期追施氮肥的分配比例?；谇叭搜芯康淖罴训首肥╊l次[11–12]，三個時期追施比例設(shè)為 5∶5∶0 (A1)、3.3∶3.3∶3.3 (A2)、4∶5∶1 (A3)、3∶5∶2 (A4) 和 2∶5∶3 (A5)，其中A1為松嫩平原半干旱區(qū)生產(chǎn)上常用的氮肥追施分配方案。另設(shè)滴灌覆膜不施氮 (CK) 處理為對照，總計16個處理 (表1)，每個處理重復(fù)3次，共48個小區(qū)。各小區(qū)行長 30 m，寬 6.6 m，小區(qū)面積 198 m2。

圖1 玉米生育期間降水量、蒸發(fā)量和日平均氣溫Fig.1 Rainfall, evaporation and daily average temperature during the growth period of maize

表1 各處理氮素追施總量及在三個生育期的具體分配比例和追施量Table1 Total topdressing amounts of nitrogen and the distributing ratios and amounts in each treatment at the three growth stages

各處理均采用大壟壟上雙行膜下滴灌栽培模式，相鄰兩壟間距110 cm，壟臺寬80 cm，壟高15 cm，每壟種植兩行玉米，種植密度為75000株/hm2，壟上行距為40 cm，壟間行距70 cm，供試玉米品種為試驗區(qū)主栽品種鄭單958。使用白色透光高壓低密度聚乙烯地膜，覆膜寬度100 cm，厚度0.008 mm。播種前，對試驗地進(jìn)行旋耕、翻平耙細(xì)起壟，旋耕深度20—25 cm，并結(jié)合測土配方施肥，基施純N 60 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2，K2O 105 kg/hm2。待土壤表層5—10 cm溫度穩(wěn)定在7～8℃時，采用2BMJ-6氣吸式鋪膜播種機(jī)完成種床鎮(zhèn)壓、噴施封閉除草劑、開膜溝、鋪滴灌管、鋪膜、膜邊覆土、膜上打孔精量點播 (播種深度5 cm)、膜孔覆土鎮(zhèn)壓。滴灌帶沿玉米行向鋪設(shè)于壟臺中央，每條滴灌帶控制兩行玉米，滴灌帶滴頭間距30 cm，工作壓力0.1 MPa，滴頭流量為 2.0 L/h。

每次追肥前使用 Field TDR 200 (Spectrum 公司，美國) 進(jìn)行田間土壤含水量檢測，確定各時期追肥灌水定額。2015年生育期內(nèi)灌水量為1745 m3/hm2，其中在30%、60%、100%葉齡指數(shù)時期灌水量分別為450、590、705 m3/hm2；2016 年生育期內(nèi)灌水量為2005 m3/hm2，其中在30%、60%、100%葉齡指數(shù)時期灌水量分別為520、695、790 m3/hm2。利用壓差式施肥罐按照“1/4–1/2–1/4”的模式施入，即前1/4灌水定額灌清水，中間1/2灌水定額用于施肥，后1/4灌水定額灌清水沖洗管道[15]。灌水量由水表和球閥控制，保證各小區(qū)灌水一致。通過施肥罐的水流壓差和管網(wǎng)系統(tǒng)首部的壓力，由安裝在施肥罐上下游的壓力表 (精度為5%) 控制，確保施肥罐上下游壓差控制在0.04 MPa，出水口壓力恒定在0.1 MPa。其它田間管理措施同大田膜下滴灌玉米生產(chǎn)。

1.3 測定內(nèi)容及方法

1.3.1 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)和無機(jī)氮含量 在整地前取0—20 cm耕層土壤，根據(jù)鮑士旦[16]的方法，測定土壤基本理化性質(zhì)。整地前和收獲后，每小區(qū)隨機(jī)選取5個位點，使用土鉆分別取0—20、20—40、40—60、60—80和80—100 cm土層的新鮮土樣，將各區(qū)五個樣點的等層土壤混勻后，裝入塑封袋，放入冰盒迅速帶回實驗室。新鮮土樣過5目篩后，經(jīng)0.01 mol/L 的 CaCl2振蕩浸提，采用 Auto-analyzer ⅢColorimeter (Bran Luebbe) 測定土壤中硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量[17]。

1.3.2 植株干物質(zhì)積累及全氮含量 分別于玉米拔節(jié)后第 15、30、45、60、75 天 (分別以 15DAJ、30DAJ、45DAJ、60DAJ、75DAJ表示)，在各小區(qū)選取長勢均勻具代表性的植株3株，15DAJ、30DAJ采集的植株樣品拆分為莖、葉、鞘三部分，45DAJ、60DAJ、75DAJ植株樣品拆分為莖、葉、鞘、雄穗、苞葉、穗軸和籽粒七部分，分別裝入牛皮紙袋，置于烘箱中，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，稱重后的樣品粉碎混勻后，用濃H2SO4–H2O2濕灰化法進(jìn)行消煮，稀釋后用凱氏定氮儀 (KjelFlex K-360，BüCHI) 測定含氮量，并計算植株 (不同組織器官) 氮素吸收量。

1.3.3 測產(chǎn) 在玉米成熟期，收獲各小區(qū)中間兩壟(4行)連續(xù)5 m長的所有果穗，統(tǒng)計有效穗數(shù)后稱重，計算平均穗鮮重；選取具代表性的20個果穗(誤差小于0.05 kg)，脫粒，稱重，計算出籽率，最后測定籽粒含水率，折算公頃產(chǎn)量 (14%含水率)。

1.4 計算公式及數(shù)據(jù)處理

1.4.1 計算公式 參考巨曉棠[18–19]的方法計算 0—100 cm土層氮素平衡參數(shù)：

土壤無機(jī)氮殘留量 (kg/hm2)= 土層厚度 × 土壤容重 × 土壤無機(jī)氮含量/10；

土壤氮素凈礦化量 (kg/hm2)= 不施氮區(qū)作物吸氮量 + 不施氮區(qū)土壤無機(jī)氮殘留量?不施氮區(qū)土壤起始無機(jī)氮累積量；

土壤氮素表觀損失量 (kg/hm2) = (施氮量 + 土壤起始無機(jī)氮累積量 + 土壤氮素凈礦化量) ? (作物吸氮量 + 土壤無機(jī)氮殘留量)；

氮素盈余量 (kg/hm2) = 氮素表觀損失量 + 收獲后土壤無機(jī)氮殘留量；

氮肥偏生產(chǎn)力 (kg/kg)= 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率 (kg/kg)=(施氮區(qū)玉米產(chǎn)量 – 不施氮區(qū)玉米產(chǎn)量) /施氮量；

氮肥表觀利用率 (%)=(施氮區(qū)作物吸氮量 –不施氮區(qū)作物吸氮量) /施氮量 × 100；

土壤氮素依存率 (%)= 不施氮區(qū)作物吸氮量/施氮區(qū)作物吸氮量 × 100。

1.4.2 數(shù)據(jù)處理 本研究所用產(chǎn)量數(shù)據(jù)為 2015 年和2016年的試驗數(shù)據(jù)，其余均為2016年試驗數(shù)據(jù)。采用SPSS 21.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，Duncan多重比較和T檢驗分析不同處理的影響差異，多因素方差分析因素間的交互效應(yīng)，利用Microsoft Excel 2003繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥分期追施量對玉米籽粒產(chǎn)量的影響

由圖2可以看出，2015年以T120A4處理的玉米籽粒產(chǎn)量最高，達(dá)11643 kg/hm2，且顯著高于其他處理。經(jīng)方差分析可知，氮肥追施水平、不同時期追氮量分配比例及二者互作效應(yīng)對玉米籽粒產(chǎn)量的影響均達(dá)極顯著水平。玉米籽粒產(chǎn)量隨氮肥追施水平的增加，表現(xiàn)為 T120 ＞ T150 ＞ T90，且各氮肥追施水平處理間差異顯著，其中T120較T150、T90處理分別高出7.4%、20.7%。籽粒產(chǎn)量隨不同時期追氮量分配比例的變化表現(xiàn)為 A4 ＞ A5 ＞ A2 ＞ A3 ＞A1，A4處理顯著高于其它處理11.6%～26.0%。在2016年試驗中，各處理玉米籽粒產(chǎn)量變化與2015年的整體趨勢一致，T120A4處理籽粒產(chǎn)量達(dá)12952 kg/hm2，在不同時期追氮量分配比例一致的條件下，T120籽粒產(chǎn)量分別顯著高于T150、T90處理9.02%、21.27%；氮肥追施水平一致的條件下，A4籽粒產(chǎn)量較其它處理明顯提高14.3%～29.1%。

圖2 不同氮肥分期追施量對玉米籽粒產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on grain yield of maize[注（Note）：柱上不同字母表示處理間差異達(dá)0.05%顯著水平Different letters above the bars mean significant at the 0.05% level among treatment.]

2.2 不同氮肥分期追施量對玉米各器官氮素積累的影響

由圖3可知，隨著玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)，各處理的莖稈 + 葉鞘 + 雄穗及葉片的氮素積累量動態(tài)均呈拋物線的規(guī)律變化，并分別于45DAJ時期氮素積累量達(dá)峰值，其中以T120A4處理最高，莖稈 + 葉鞘 +雄穗為 38.89 kg/hm2，葉片為 63.82 kg/hm2。不同時期追氮量分配比例一致的條件下，莖稈 + 葉鞘 + 雄穂和葉片氮素積累量均表現(xiàn)為 T120 ＞ T150 ＞ T90。各氮肥追施水平處理，莖稈 + 葉鞘 + 雄穗和葉片的氮素積累量隨不同時期追氮量分配比例變化在15 DAJ 表現(xiàn)為 A1 ＞ A3 ＞ A2 ＞ A4 ＞ A5，30DAJ表現(xiàn)為 A1 ＞ A3 ＞ A4 ＞ A5 ＞ A2，而 45DAJ至 75DAJ時期則表現(xiàn)為 A4 ＞ A5 ＞ A2 ＞ A3 ＞ A1。玉米的苞葉 +穗軸及籽粒氮素積累量隨著生育進(jìn)程的延續(xù)呈持續(xù)上升趨勢，各時期亦以T120A4處理表現(xiàn)最佳。不同時期追氮量分配比例一致的條件下，隨氮肥追施水平的增加，各時期苞葉 + 穗軸及籽粒氮素積累量總體表現(xiàn)為 T120 ＞ T150 ＞ T90。氮肥追施水平一致，各時期苞葉 + 穗軸及籽粒氮素積累量隨不同時期追氮量分配比例的變化表現(xiàn)為 A4 ＞ A5 ＞ A2 ＞ A3 ＞A1，且僅45DAJ時期A4處理籽粒氮素積累量與其它處理未表現(xiàn)出明顯差異。

2.3 不同氮肥分期追施量對土壤剖面無機(jī)氮殘留量的影響

從表2可以看出，氮肥追施水平、不同時期追氮量分配比例二者互作效應(yīng)除對80—100 cm土層影響不顯著外，對其它土層影響均達(dá)顯著或極顯著水平。深層土壤無機(jī)氮殘留量隨前期氮肥追施比例的增加而升高，而淺層土壤則與之相反。氮肥追施水平單因素除顯著影響80—100 cm土層無機(jī)氮殘留量外，對其他土層無機(jī)氮殘留量及總殘留量影響均達(dá)極顯著水平。隨氮肥追施水平的增加，各土層無機(jī)氮殘留量及總殘留量均表現(xiàn)為 T150 ＞ T120 ＞ T90，其中T150處理顯著高于T90、T120處理。不同時期氮肥追施量分配比例單因素除對80—100 cm土層無顯著影響外，對其他土層無機(jī)氮殘留量及殘留總量均有顯著或極顯著影響。其中0—20 cm、20—40 cm 土層均表現(xiàn)為 A2 ＞ A5 ＞ A4 ＞ A3 ＞ A1，且各處理間差異均達(dá)顯著水平；40—60 cm土層A4處理無機(jī)氮殘留量顯著高于其他處理8.2%～27.9%；60—80 cm土層A3處理較其他處理顯著提高0.81～3.09 kg/hm2；無機(jī)氮總殘留量受不同時期氮肥追施量分配比例單因素影響與0—20 cm、20—40 cm土層規(guī)律相一致。

圖3 氮肥分期追施量對玉米各器官氮素積累的影響Fig.3 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on nitrogen accumulation in maize organs

2.4 不同氮肥分期追施量對土壤–作物系統(tǒng)氮素平衡的影響

由表3可知，氮肥追施水平、不同時期追氮量分配比例及二者的交互效應(yīng)對氮素輸出所有項目、氮素盈余均具有顯著或極顯著的影響。T120A4處理玉米植株吸氮量顯著高于其他處理，其值為255.09 kg/hm2，同時其氮肥表觀損失量及氮素盈余方面均處于較低水平。不同時期追氮量分配比例一致的條件下，玉米植株吸氮量表現(xiàn)為 T120 ＞ T150 ＞ T90，且各處理間氮素表觀損失量、盈余量差異均達(dá)顯著水平，其中T120處理氮素表觀損失量、氮素盈余量分別顯著低于T90、T150處理56.94 kg/hm2、32.81 kg/hm2，34.98 kg/hm2、57.08 kg/hm2。氮肥追施水平一致的條件下，A4處理玉米氮素吸收量最大，較其它處理明顯增加7.5%～24.4%，同時其氮肥表觀損失量分別顯著低于其它處理10.24～58.41 kg/hm2，且氮素盈余方面明顯低于A1～A3處理。

表2 氮肥分期追施量對土壤剖面無機(jī)氮殘留量的影響 (kg/hm2)Table2 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on residual soil mineral nitrogen

2.5 不同氮肥分期追施量對玉米氮素利用率的影響

由表4可以看出，所有氮肥利用率指標(biāo)均受氮肥追施水平、不同時期追氮量分配比例及二者互作效應(yīng)顯著或極顯著的影響，其中T120A4處理各項氮素利用效率指標(biāo)均處于最優(yōu)水平。在不同時期追氮量分配比例一致的條件下，T120處理下氮肥農(nóng)學(xué)利用率、表觀利用率表現(xiàn)最佳，分別為20.61 kg/kg、61.49%，顯著高于T90、T150處理7.18 kg/kg、8.46 kg/kg，31.02%、21.68%，同時，土壤氮素依存率表現(xiàn)為 T120 ＞ T150 ＞ T90。氮肥追施水平一致的條件下，A4處理氮肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用率、表觀利用率分別顯著高于其他處理13.9%～28.4%、48.5%～144.8%、9.3%～25.5%，此外，其土壤氮素依存率較A1、A2、A3、A5處理分別顯著降低14.3%、7.9%%、9.1%、5.7%。

3 討論

通過合理的氮肥運(yùn)籌可有效提高玉米籽粒產(chǎn)量[20]。已有學(xué)者研究表明，隨施氮量的不斷增加，玉米籽粒產(chǎn)量呈單峰曲線的規(guī)律變化[21]。本研究也得出相似結(jié)論，兩年試驗中，玉米籽粒產(chǎn)量隨氮肥追施水平的增加均表現(xiàn)為 T120 ＞ T150 ＞ T90。盡管已有學(xué)者[11–12]針對東北地區(qū)玉米膜下滴灌栽培模式，提出了優(yōu)化的施氮量和3次等比例的追施氮肥方式可顯著提高玉米產(chǎn)量，但本試驗在松嫩平原西部半干旱區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，3種氮肥追施水平，在30%、60%和100%葉齡指數(shù)時期氮肥追施比例為3∶5∶2處理(A4) 下，玉米的籽粒產(chǎn)量明顯高于3次等比例追施處理 (A2) 9.75%～25.41%，且分別較傳統(tǒng)等比例2次追施處理 (A1) 顯著增加21.18%、30.43%和35.03%。此外，玉米對氮素的吸收積累直接影響其生長發(fā)育，進(jìn)而影響籽粒產(chǎn)量[22]。戰(zhàn)秀梅等[23]研究認(rèn)為，通過氮肥減量后移及不同時期合理的追氮配比，可使玉米生育中后期營養(yǎng)器官氮素積累量仍處于較高水平，促進(jìn)生殖器官氮素積累，提高籽粒氮素積累量。本研究結(jié)果表明，30%、60%和100%葉齡指數(shù)時期氮肥追施比例為3∶5∶2處理，其營養(yǎng)器官和生殖器官氮素積累量在45DAJ～75DAJ階段均優(yōu)于其他處理。分析認(rèn)為，該處理可較好地滿足玉米對氮肥的需求，調(diào)優(yōu)不同組織器官的氮積累動態(tài)的同時，維持玉米全生育期營養(yǎng)器官中較高的氮素積累，促進(jìn)生育中后期的物質(zhì)合成及氮素向籽粒中的運(yùn)移，進(jìn)而提升籽粒氮素積累量及產(chǎn)量。

表3 氮肥分期追施量對土壤-作物系統(tǒng)氮素平衡的影響Table3 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on nitrogen balance in soil-crop system

無機(jī)氮是作物吸收利用和氮素在土壤中存在的主要形式，但氮肥的不合理施用造成土壤無機(jī)氮的大量殘留，其在降雨過程中或灌溉條件下將向下淋溶，污染地下水[24]。已有研究證明，收獲后殘留的無機(jī)氮主要分布在淺層土壤中，但如果殘留量過多或施用量、時間不當(dāng)，將導(dǎo)致大量無機(jī)氮向深層移動、積累[25]。葉東靖等[26]對0—90 cm土層研究表明，淺層土壤無機(jī)氮殘留量明顯高于深層土壤，本研究中各處理無機(jī)氮主要殘留于0—60 cm土層中，而僅19.3%～29.0%無機(jī)氮殘留于60—100 cm土層中，這與其研究結(jié)果大致相同。趙士誠等[27]研究認(rèn)為，基于玉米不同生育階段的氮素吸收特點進(jìn)行分期施氮，可降低0—100 cm土層無機(jī)氮殘留；本研究中，A4處理無機(jī)氮總殘留量與其他處理相比處于中等水平，分別低于A2、A5處理14.16%、3.01%，高于A1、A3處理11.45%、5.96%，同時其0—60 cm土層具有相對較高的無機(jī)氮殘留量比例 (占總殘留量78.1%)。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，在同等氮肥追施水平條件下，不同時期追施氮肥比例處理對各層次土壤無機(jī)氮殘留量影響程度存在差異，其中0—40 cm土層以A2和A5較高，A1最低；40—60 cm土層A4處理明顯高于其他處理8.2%～27.9%；60—80 cm 土層表現(xiàn)為 A3 ＞ A1 ＞ A2 ＞ A5 ＞ A4；80—100 cm土層，A1最高，而A5最低，其他處理無機(jī)氮殘留量較為接近。究其原因，可能是由于A1、A3處理在葉齡指數(shù)30%時期氮肥供應(yīng)過量，導(dǎo)致未被玉米所及時吸收的氮素在淋溶作用下移向深層；玉米在葉齡指數(shù)100% 時期至成熟階段對氮素需求較低，而A2處理在100%葉齡指數(shù)時期追氮量最大，同時該階段降雨量較低并停止灌溉，淋溶作用較弱，致使其0—40 cm土層無機(jī)氮殘留量在收獲后處于最高水平。

表4 不同氮肥分期追施量對玉米氮素利用率的影響Table4 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on nitrogen use efficiencies of maize

氮肥施入土壤—作物體系后的基本去向主要包括三個方面，一是被作物吸收，二是以無機(jī)氮形式殘留于土壤中，三是以淋洗或徑流、氨揮發(fā)等途徑損失至環(huán)境。氮肥運(yùn)籌不當(dāng)不僅造成氮肥大量盈余，且損失量也會顯著增加。已有報道[28]認(rèn)為減量多次分期追施氮肥可降低土壤—作物系統(tǒng)中氮肥盈余，減少氮肥表觀損失，提高氮肥利用率。本試驗結(jié)果表明，隨氮肥追施總量的增加，玉米吸氮量、氮肥利用率呈拋物線的規(guī)律變化，氮肥追施水平為120 kg/hm2(T120) 時，玉米氮素積累量明顯高于其它追氮量處理，同時氮素盈余與表觀損失量顯著低于其它追氮量處理，且氮肥利用率表現(xiàn)最佳。同等氮肥追施總量條件下，在30%、60%和100%葉齡指數(shù)時期氮肥追施比例為3∶5∶2處理 (A4) 玉米氮素積累量明顯高于其它追氮量分配比例處理7.54%～24.42%，氮素盈余及表觀損失量與其他處理相比也有較為明顯的下降，同時氮肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用率、表觀利用率均優(yōu)于其它追氮量分配比例處理。梁冬麗等[29]研究發(fā)現(xiàn)，作物吸收的氮素主要由土壤供應(yīng)，其次為氮肥，本研究也得出相似結(jié)論，但本試驗還表明，T120A4處理氮素土壤依存率低于其它處理1.7%～32.6%，顯著提高玉米對肥料氮的吸收比例。分析認(rèn)為，通過優(yōu)化氮肥分期追施量可實現(xiàn)在玉米養(yǎng)分需求關(guān)鍵時期合理、精準(zhǔn)施肥，達(dá)到按需施肥的目的，既促進(jìn)了玉米對氮肥的吸收與利用，又可有效減少氮肥損量及盈余量，降低因施用氮肥對環(huán)境造成的負(fù)面效應(yīng)。

4 結(jié)論

氮肥追施水平與不同時期追氮量分配比例直接影響玉米產(chǎn)量，追施氮肥120 kg/hm2，并在30%、60%、100%葉齡指數(shù)時期氮肥追施比例為3∶5∶2的處理組合 (T120A4) 可對玉米氮素的吸收積累與分配起到良好的調(diào)控作用，使玉米在生育中后期各營養(yǎng)器官氮素含量仍維持較高水平，有效促進(jìn)了籽粒產(chǎn)量的增加，其產(chǎn)量表現(xiàn)最佳。同時其可通過有效減少玉米農(nóng)田中0—100 cm土層無機(jī)氮殘留總量，適度增加0—60 cm土層無機(jī)氮殘留比例，減少土壤—作物系統(tǒng)中的氮素盈余與損失，提高氮肥利用率，降低氮素淋失對環(huán)境的不利影響。因此，在松嫩平原半干旱區(qū)玉米膜下滴灌栽培生產(chǎn)實踐中，應(yīng)重視優(yōu)化玉米各生育關(guān)鍵時期的氮肥追施數(shù)量，適當(dāng)減少玉米生育前期氮素供應(yīng)，增加生育中后期追氮數(shù)量，可有效增加玉米籽粒產(chǎn)量，提高氮肥利用效率，減少氮素?fù)p失，從而進(jìn)一步發(fā)揮膜下滴灌栽培模式精準(zhǔn)、高效的技術(shù)優(yōu)勢。