施氮量對晉麥84號產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的影響

席吉龍 ，王 珂 ，楊 娜 ，郝佳麗 ，李永山 ，張建誠

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000；2.運(yùn)城農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山西運(yùn)城044000）

氮素是小麥有機(jī)合成的重要營養(yǎng)元素，施用氮肥是增加小麥產(chǎn)量和改善小麥品質(zhì)的重要途徑。合理施氮能促進(jìn)小麥生長發(fā)育，增加產(chǎn)量，提高蛋白質(zhì)含量[1-4]。不合理或超量使用氮肥不僅不能達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的效果，而且還會(huì)導(dǎo)致氮肥利用率下降，增加資源浪費(fèi)，引發(fā)環(huán)境污染[5]。我國過量施氮現(xiàn)象相當(dāng)普遍，氮肥施用量的增加遠(yuǎn)高于小麥增產(chǎn)幅度，小麥的氮肥利用率平均只有28.2%[6]。前人對小麥供氮水平[7-8]、氮素積累運(yùn)轉(zhuǎn)[9]、氮肥利用率[10]、水氮互作[11]及土壤肥力[12]等方面進(jìn)行了大量研究。但針對區(qū)域品種研究小麥氮素吸收利用及土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量分布較少。有研究表明，品種不同氮素積累特征存在著明顯的差異[13]；銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是土壤速效性氮肥[14]，可直接被小麥吸收利用。施氮量越高，土壤氮素的積累量越高，氮素淋洗損失也越多[15-16]。施氮量能改變土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量，施氮量越高土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量越高，土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量最高值都出現(xiàn)在0～20 cm土層[16-17]。長期給予高施氮量的土壤深層硝態(tài)氮含量累積明顯增加，有機(jī)無機(jī)肥合理配施可以減少土壤特別是深層土壤硝態(tài)氮的累積，從而減輕硝態(tài)氮淋溶的風(fēng)險(xiǎn)[17]。因此，對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的研究也是小麥氮素研究的重要內(nèi)容。華北地區(qū)小麥生產(chǎn)中氮肥施用量約為300～424 kg/hm2[18-19]。不同品種的氮素吸收能力不同[20]，如何針對小麥主栽品種的特點(diǎn)，挖掘作物自身的氮肥高效利用潛力，優(yōu)化氮肥應(yīng)用技術(shù)，降低硝態(tài)氮和銨態(tài)氮在土壤中的殘留，提高氮肥利用率，使小麥生產(chǎn)在高產(chǎn)、高效、安全的目標(biāo)下持續(xù)發(fā)展，成為小麥生產(chǎn)中迫切需要解決的問題。

本試驗(yàn)在田間試驗(yàn)條件下，依據(jù)山西南部麥玉連作土壤條件、氣候特征和田間管理模式，研究了施氮量對小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素以及土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量分布，以期為晉南地區(qū)小麥主栽品種晉麥84號合理施肥、提質(zhì)增效提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為晉麥84號。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年9月至2017年6月在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所牛家凹農(nóng)場進(jìn)行。該地位于山西南部運(yùn)城市夏縣（11°12′E，34°24′N），屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫13.3℃，無霜期212 d。年均降水量為530 mm，降雨年際變化大，且年內(nèi)分配極不均勻。供試土壤為壤土，冬小麥播種前土壤（0～40 cm）有機(jī)質(zhì) 9.27 g/kg，速效氮 11.54 mg/kg，速效鉀113.49 mg/kg。玉米收獲后旋耕2次，機(jī)械播種，生育期灌水2次，每次灌900 m3/hm2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè) 6 個(gè)氮素處理，分別為：0（N0），120（N1），180（N2），240（N3），300（N4），360 kg/hm2（N5），以N0為對照，小區(qū)面積為20 m2，重復(fù)4次。試驗(yàn)用氮肥為尿素（46.3%），70%用于底肥，30%用于拔節(jié)期追肥。磷肥為磷酸二銨（P2O546%，N 18%），各處理磷肥用量一樣。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 產(chǎn)量及植株氮素含量測定 小麥?zhǔn)斋@時(shí)，按小區(qū)單收計(jì)產(chǎn)，并換算成公頃產(chǎn)量。分別于返青期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期和成熟期進(jìn)行群體密度調(diào)查。每區(qū)取有代表性小麥10株，將成熟期小麥籽粒和莖葉2個(gè)部分器官分樣稱量并粉碎，用于植株氮素養(yǎng)分含量的測定。于75℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，采用凱氏定氮法測定全氮含量，計(jì)算公式[21-22]如下。

1.4.2 土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量測定 小麥?zhǔn)斋@時(shí)取0～100 cm的土樣，每20 cm一個(gè)樣層，裝入自封袋備用。鮮土樣用KCl浸提，采用連續(xù)流動(dòng)分析法測定濾液中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量（mg/kg）[23]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行計(jì)算和繪圖，數(shù)據(jù)分析運(yùn)用DPS軟件，新復(fù)極差測驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表1可以看出，施氮量對晉麥84號產(chǎn)量及其構(gòu)成因素有顯著影響。隨著施氮量的增加，穗數(shù)先增加而后平穩(wěn)，穗粒數(shù)先增加后降低，N2，N3，N4處理顯著高于其他處理，千粒質(zhì)量隨著施氮量的增加而降低。N0處理產(chǎn)量顯著低于各施氮處理，隨著施氮量的增加籽粒產(chǎn)量呈先升后降的趨勢，以N2處理的產(chǎn)量最高，為7 680 kg/hm2，比對照增產(chǎn)34.7%，高于N3處理但差異不顯著，顯著高于N0，N1，N4，N5處理。試驗(yàn)還看出，N2處理產(chǎn)量增加的主要原因是公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量搭配合理。當(dāng)施氮量大于180 kg/hm2時(shí)，公頃穗數(shù)不再顯著增加，是因?yàn)槭┑窟^高導(dǎo)致晉麥84號無效分蘗多，群體過大，成穗率下降。

曲線回歸分析表明，小麥籽粒產(chǎn)量與施氮量呈二次曲線關(guān)系（圖1），回歸方程為y＝-0.032 5x2＋15.139x＋5 767.3（R2＝0.919 2**），當(dāng)施氮量為229.3 kg/hm2時(shí)，獲最高產(chǎn)量7 503.6 kg/hm2，與實(shí)際最高產(chǎn)量差異不大。綜合分析施氮量對產(chǎn)量的影響表明，適宜施氮量在 180～240 kg/hm2。施氮量過高和過低都不利于高產(chǎn)的形成，特別是過量施氮，后期易倒伏。相關(guān)分析表明，產(chǎn)量構(gòu)成因素中穗粒數(shù)、穗數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，千粒質(zhì)量與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)但差異不顯著（表2），表明提高穗數(shù)和穗粒數(shù)有利于晉麥84號獲得高產(chǎn)。穗數(shù)與穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與千粒質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)，說明產(chǎn)量構(gòu)成因素之間相互聯(lián)系和制約，晉麥84號作為典型的大粒品種，千粒質(zhì)量過高，穗數(shù)與穗粒數(shù)相應(yīng)減少。

表1 不同施氮量對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表2 不同施氮量下小麥產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性分析

2.2 不同施氮量對土壤NO-N和NH-N含量分布的影響

2.3 不同施氮量對小麥氮肥利用率的影響

由圖4可知，小麥的氮肥利用率隨著施氮量的增加先提高，在N2水平達(dá)到42.15%，表現(xiàn)最好，隨后下降。氮肥偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加明顯降低?？梢?，氮肥施入量較高時(shí)，反而使得氮肥利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力降低，造成作物減產(chǎn)和氮肥資源的浪費(fèi)。而小麥?zhǔn)┑吭?20～180 kg/hm2，最有利于氮肥的利用。

3 討論與結(jié)論

氮素吸收利用是干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。只有合理利用氮肥才能既獲得小麥高產(chǎn)，又減少土層中氮素累積和氮素?fù)p失。在20世紀(jì)80年代末，西歐各國確定水體污染的年施氮量上限為225 kg/hm2，作物收獲后100 cm土層的NO-N殘留量低于50 kg/hm2[24]。華北小麥玉米輪作試驗(yàn)表明，施氮量為120，240，360 kg/hm2時(shí)，小麥?zhǔn)斋@后0～100cm 累積的 NO-N 分別為 84，114，196 kg/hm2[24]。本研究小麥?zhǔn)斋@后，N0處理0～100 cm土壤中仍有氮素殘留13.6 kg/hm2，由土壤無機(jī)氮和小麥生長過程中有機(jī)氮素的礦化而來；施氮量為120，180，240 kg/hm2時(shí)，NON含量以耕層土壤最高，隨土層深度的增加而減小，0～100 cm累積的NON分別為 37.2，107.6，139.1 kg/hm2，農(nóng)田硝態(tài)氮主要為夏季玉米利用，淋溶發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較低；當(dāng)施氮量為300，360 kg/hm2時(shí)，土壤中NON含量顯著增加，0～100 cm累積的NON分別為186.7，211.7 kg/hm2，有限土壤的膠體不能全部吸附NON，在雨水或灌水的作用下，土壤中的NON向下層淋溶的風(fēng)險(xiǎn)增大。

銨態(tài)氮是一種可被小麥直接吸收利用的有效氮素形式，在低溫、淹漬、酸性土壤等條件下，由于硝化作用被抑制，硝態(tài)氮的濃度降低，小麥更容易吸收銨態(tài)氮。作物生長的土壤環(huán)境、氣候條件、灌溉方式等因素決定NHN在土壤中的分布[25-27]。王西娜等[28]研究認(rèn)為，土壤銨態(tài)氮的數(shù)量和分布不受種植作物與休閑的影響，只是隨時(shí)間變化存在高低變化。南鎮(zhèn)武等[29]研究認(rèn)為，施肥對銨態(tài)氮含量高低有影響，但對銨態(tài)氮向土壤深層遷移不明顯。本研究與劉順國等[30]、謝永春等[31]的研究結(jié)果一致，認(rèn)為施用氮肥可提高土壤銨態(tài)氮含量，施氮多NHN含量就高，NHN主要分布在表層土壤中，隨土壤深度的增加其含量逐漸下降。

合理施用氮肥的關(guān)鍵是確定合理施氮量。合理施氮量由目標(biāo)產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量決定[32]。在我國主要取決于目標(biāo)產(chǎn)量，達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量的施氮量比經(jīng)濟(jì)最佳施氮量要高[33]。在目前產(chǎn)量水平下，華北平原小麥獲得較高目標(biāo)產(chǎn)量，其平均適宜施氮量大約為150～180 kg/hm2，這種區(qū)域平均適宜施氮量兼顧了產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三者[34]。王晨陽等[35]研究認(rèn)為，河南超高產(chǎn)小麥以施氮量240 kg/hm2、底追肥比例5∶5為宜。馬興華等[36]研究認(rèn)為，山東地區(qū)適宜的施氮量為240 kg/hm2籽粒產(chǎn)量最高，最優(yōu)施氮量為168 kg/hm2，可兼顧產(chǎn)量、品質(zhì)和效益。本研究是針對晉南主栽品種晉麥84號進(jìn)行的，即施氮量為180 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量最高，隨著氮素用量增加產(chǎn)量出現(xiàn)降低的趨勢。

綜上所述，晉麥84號的施氮量與籽粒產(chǎn)量呈二次曲線關(guān)系，即施氮量為180～229 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量較高，隨氮素用量增加產(chǎn)量出現(xiàn)降低趨勢，施氮量在120～180 kg/hm2，淋溶發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較低，且氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力較好。因此，在晉南地力生產(chǎn)水平和管理方式下，綜合考慮產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，主栽品種晉麥84號的氮素用量為180 kg/hm2，其相應(yīng)的產(chǎn)量水平為7 680 kg/hm2。