濱海鹽堿地氮肥高效利用及作物高產(chǎn)施肥技術(shù)研究

程文娟+肖輝+王立艷+趙杰+潘潔

摘 要：受全球氣候變遷影響以及各地區(qū)的土壤變異性，土壤物理性、化學(xué)性、生物性等都存在不同，需要有不同的施肥管理措施。有研究顯示，小麥?zhǔn)┓始夹g(shù)的關(guān)鍵在氮肥的施用上，而氮肥受土壤間差異的影響很大，小麥在不同的土壤需要不同的氮肥用量，而土壤質(zhì)地愈粗，需氮量愈大。根據(jù)區(qū)域土壤性質(zhì)及配合肥料施用技術(shù)，提高肥料利用率、降低肥料用量，將有益于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)永續(xù)經(jīng)營(yíng)。通過(guò)使用緩釋肥料利用氮素等量替換的方式研究氮素利用率及吸收效率，以探討氮肥在天津地區(qū)小麥地施用的最佳方式，能達(dá)到合理施肥和高收益的目標(biāo)。結(jié)果表明，增效肥料在化肥減量增效方面效果顯著，與普通氮肥相比，可降低土壤硝態(tài)氮累積和淋溶量；相同施氮量的情況下，增效肥料可較長(zhǎng)時(shí)間維持土壤供氮能力，減少氮素?fù)p失，氮肥利用率可提高16.16%～79.47%。

關(guān)鍵詞：濱海鹽堿地；玉米；氮肥利用率；土壤硝態(tài)氮

中圖分類號(hào)：S143.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.06.008

Abstract： Affected by global climate change and regional variability of soil， soil physical， chemical， biological， such as there were different， require different application management measures. Research showed that the key in the nitrogen fertilization of wheat on the application of nitrogen fertilizer was highly affected by the difference between soil and wheat in different soil require different forms of nitrogen fertilizer， and the soil profile， the greater the amount of nitrogen. According to the nature of regional soil and cooperate with fertilizer application technology， and improved the utilization rate of fertilizer， reducing fertilizer use， which would be conducive to sustainable agricultural economy production. In this paper， through the use of slow release fertilizern utilization amount of replacement method study and absorption of nitrogen utilization efficiency， nitrogen in wheat in Tianjin， the best way of application， which could achieve the objectives of the rational fertilization and high-yield. The results showed that the synergistic effect of fertilizer on fertilizer reduction efficiency significantly， compared with the ordinary nitrogen can reduce soil NO3--N accumulation and leaching rate. Under the condition of same N application rate， efficiency of fertilizer could maintain soil nitrogen ability for a long time， reducing the loss of nitrogen， nitrogen utilization efficiency could increase 16.16%～79.47%.

Key words： coastal saline alkali land； maize； nitrogen use efficiency； soil nitrate nitrogen

作物生長(zhǎng)所需的16 種必需養(yǎng)分，依吸收量的多寡可分為大量元素、中量元素和微量元素，一般耕作模式是將除碳、氮、氫和氧外的其他養(yǎng)分肥料投入土壤，再借由植物的根系利用擴(kuò)散、質(zhì)流、根截取等方式，將營(yíng)養(yǎng)要素吸收以供作物生長(zhǎng)[1-2]。作物施肥以氮、磷、鉀肥料三要素為主，尤其氮肥最為重要，雖然增加氮肥用量有助于小麥產(chǎn)量的提升，但增產(chǎn)并非無(wú)限，氮肥與產(chǎn)量的關(guān)系仍需遵循報(bào)酬遞減律，一般氮素利用率及吸收效率會(huì)隨氮肥用量的增加而減少[3-8]。氮素對(duì)作物生產(chǎn)的影響僅次于水，氮也是構(gòu)成作物生產(chǎn)成本投入的主要部分，在大部分的土壤中施用氮肥是必要的[9-14]。然而，氮肥施入土壤后如果不能被作物吸收，就會(huì)造成大量損失，且會(huì)造成一系列環(huán)境問(wèn)題[15]。定量化化肥氮的去向是研究其農(nóng)學(xué)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)的基礎(chǔ)[16-18]。

本試驗(yàn)利用小麥在土壤氮素轉(zhuǎn)化和遷移規(guī)律、損失途徑及生態(tài)、環(huán)境效應(yīng)，研究小麥以生產(chǎn)為管理目標(biāo)下的氮肥施用量及其利用率，旨在為未來(lái)調(diào)控小麥氮肥高效利用提供資料依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在天津?yàn)I海新區(qū)大港農(nóng)場(chǎng)，地處北緯38°44′15"，東經(jīng)117°13′48"。該地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，濱海沖積平原，全年平均氣溫12 ℃，無(wú)霜期210 d。年降雨量570～690 mm，但分布不均，70%集中在6—8月份，年均蒸發(fā)量1 100 mm；地下水位0.9～1.5 m；試驗(yàn)田土壤屬中壤、氯化物型鹽漬化土壤。試驗(yàn)前基本性狀為有機(jī)質(zhì)14.96 g·kg-1、全氮1.06 g·kg-1、堿解氮95.55 mg·kg-1、有效磷4.80 mg·kg-1、速效鉀199.0 mg·kg-1、全鹽2.11 g·kg-1，pH值 8.45。

1.2 試驗(yàn)材料

供驗(yàn)小麥品種為津農(nóng)6號(hào)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年10月至2015年6月進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理：T1. N0PK（不施氮肥）；T2. N2PK（N 270 kg·hm-2，普通尿素）；T3. N1PK（普通尿素，減氮25%）；T4. N2PK（N 270 kg·hm-2，增值尿素）；T5. N1PK（增值尿素，減氮25%）。各處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積20 m2。N，P2O5，K2O施肥量分別為270，120，90 kg·hm-2，肥料品種分別為尿素（N 46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5 12%）、硫酸鉀（K2O 50%）；磷、鉀肥全部基施，氮肥50%基施、50%后期追施。

經(jīng)測(cè)定本試驗(yàn)0～20，20～40，40～60，60～80 cm土層平均容重分別為1.29，1.33，1.38，1.41 g·cm-3。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤硝態(tài)氮測(cè)定采用2 mol·L-1 KCl浸提連續(xù)流動(dòng)分析儀法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用硫酸重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤全鹽采用5∶1水土比（體積質(zhì)量比）浸提，殘?jiān)娓煞y(cè)定；土壤pH值采用2.5∶1水土比（體積質(zhì)量比）懸液電位法測(cè)定；土壤速效磷采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉溶液浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀采用1 mol·L-1醋酸銨溶液浸提，火焰分光光度計(jì)法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定。植物樣品經(jīng)硫酸、雙氧水消煮后，采用半微量蒸餾法測(cè)定全氮。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

肥料增產(chǎn)率=[施肥區(qū)作物產(chǎn)量（kg·hm-2）-對(duì)照區(qū)作物產(chǎn)量（kg·hm-2） ]/對(duì)照區(qū)作物產(chǎn)量（kg·hm-2）×100%；單位肥料用量增產(chǎn)量=[施肥區(qū)作物產(chǎn)量（kg·hm-2）-對(duì)照區(qū)作物產(chǎn)量（kg·hm-2） ]/肥料養(yǎng)分使用量（kg·hm-2）；肥料利用率=[施肥區(qū)作物吸收養(yǎng)分量（kg·hm-2）-對(duì)照區(qū)作物吸收養(yǎng)分量（kg·hm-2）]/肥料養(yǎng)分用量（kg·hm-2）×100%；土壤剖面硝態(tài)氮累積量（kg·hm-2）=土層深度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×硝態(tài)氮含量（mg·kg-1）/10。

土壤養(yǎng)分平衡是指土壤養(yǎng)分輸入[19]等于土壤養(yǎng)分支出[20]。其中，養(yǎng)分輸入包括化肥、非共生固氮、降雨、種子，本試驗(yàn)無(wú)灌溉及秸稈還田情況；養(yǎng)分支出包括作物收獲帶走養(yǎng)分、氮肥氮素?fù)p失，作物帶走的養(yǎng)分根據(jù)生物量及各部分的養(yǎng)分含量實(shí)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算；化肥氮素?fù)p失主要為淋失和揮發(fā)（包括NH3揮發(fā)和反硝化），本試驗(yàn)參照魯如坤養(yǎng)分支出參數(shù)全國(guó)推薦值，按氮肥氮素?fù)p失率40%計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)小麥生長(zhǎng)、生物量及產(chǎn)量的影響

由表1可知，氮肥對(duì)小麥生長(zhǎng)影響明顯，不施氮肥CK處理株高最低，且與其他處理相比差異均達(dá)顯著水平，但不同施氮處理間差異不顯著，不同處理株高高低順序?yàn)門(mén)3>T2>T1>T4>CK；各處理生物量高低順序?yàn)門(mén)3>T1>T4>T2>CK，且T1，T2，T3，T4分別比CK高出105.0%，89.4%，122.5%，102.7%，其中，T3生物量最高，與其他處理間差異均達(dá)顯著水平，T1，T4處理間差異不顯著，但均與T2，CK間差異顯著，T2與CK之間差異也達(dá)顯著水平；不同處理產(chǎn)量高低順序?yàn)門(mén)3>T1>T4>T2>CK，且T1，T2，T3，T4分別比CK高出119.4%，96.4%，125.7%，116.1%，T3，T1，T4處理間差異不顯著，但均與T2、CK間差異達(dá)顯著水平，T2與CK間差異也達(dá)顯著水平。結(jié)果表明，氮肥對(duì)于增加小麥株高、生物量、產(chǎn)量效果明顯，不施氮肥小麥減產(chǎn)嚴(yán)重；普通氮肥與增效肥料均可提高小麥產(chǎn)量，但普通肥料在減氮25%的情況下，產(chǎn)量明顯下降，而增效肥料在減量25%的情況下，產(chǎn)量降低不明顯，原因可能是由于增效肥料養(yǎng)分釋放緩慢、流失少、利用率高，在降低使用量的情況下，仍能滿足小麥的生長(zhǎng)需求。

2.2 不同氮肥處理對(duì)小麥肥效的影響

由表2可知，不同處理氮肥增產(chǎn)率高低順序?yàn)門(mén)3>T1>T4>T2，T1>T2，T3>T4表明增加氮肥投入可明顯提高小麥產(chǎn)量，增加氮肥增產(chǎn)率；T3比T1及T4比T2分別增加6.33，19.76百分點(diǎn)，表明增效肥料在提高小麥產(chǎn)量方面要好于普通氮肥。氮肥農(nóng)學(xué)效率高低順序?yàn)門(mén)4>T2>T3>T1，T2>T1，T4>T3表明降低肥料投入量可提高單位肥料增產(chǎn)量；T3比T1及T4比T2分別提高5.30%和20.50%，表明單位氮肥量增效肥料的增產(chǎn)效果要好于普通氮肥。不同處理氮肥利用率高低順序?yàn)門(mén)4>T3>T2>T1，相同施肥量的情況下氮肥利用率T3比T1高出79.47%，T4比T2高出16.16%，表明增效肥料與普通氮肥相比可明顯提高氮肥利用率。

2.3 增效肥料對(duì)土壤剖面氮素累積與淋溶的影響

由圖1可知， CK、T2、T4隨著土層深度的增加，硝態(tài)氮含量呈下降趨勢(shì)。T1、T3處理在20～40 cm土層硝態(tài)氮出現(xiàn)了明顯的累積現(xiàn)象，40 cm以下，硝態(tài)氮含量逐漸降低，表明氮肥施用量較低的情況下，硝態(tài)氮主要存留在表層；氮肥使用量較大的情況下，硝態(tài)氮有向下淋溶的趨勢(shì)。0～80 cm土層硝態(tài)氮平均含量高低順序?yàn)門(mén)1>T3>T2>T4>CK，T3與T1，T4與T2相比，硝態(tài)氮累積量分別降低41.89%和3.38%，表明相同施肥量的情況下，增效肥料處理與普通肥料相比，可降低硝態(tài)氮累積，原因可能是由于增效肥料利用率高，殘留在土壤中的氮素相對(duì)偏少。

由圖2可知，土壤銨態(tài)氮含量整體偏低，且主要集中在20～40 cm或60～80 cm土層，其中，T1各土層銨態(tài)氮含量高低順序?yàn)?0～80 cm>20～40 cm>40～60 cm>0～20 cm，各土層之間差異顯著；T3各土層銨態(tài)氮含量高低順序?yàn)?0～40 cm>60～80 cm>40～60 cm>0～20 cm，其中，20～40 cm土層與其他土層之間差異達(dá)顯著水平。0～80 cm土層銨態(tài)氮含量平均含量各處理高低順序?yàn)門(mén)3>T1>T4>T2>CK，其中T3比T1高出1.44%，T4比T2高出28.22%，表明增效肥料與普通肥料相比，可增加土壤銨態(tài)氮含量，但在高施肥量的情況下差異不大。

3 討論與結(jié)論

隨著氮肥用量的增加，土壤酸堿值呈提升的趨勢(shì)，與一般施重肥易導(dǎo)致土壤酸化的觀念不同，這可能與試驗(yàn)使用尿素當(dāng)作氮肥來(lái)源有關(guān)，施用尿素使得土壤 pH 值上升的結(jié)果與其他研究報(bào)告相似，因土壤施用尿素在微生物硝化作用下，導(dǎo)致氨氣釋放出并被土壤吸附，使得土壤pH值上升，但不論施肥的種類與多寡，因人為長(zhǎng)期的耕作行為與自然的淋洗和微生物作用等，都會(huì)導(dǎo)致土壤逐漸酸化。本試驗(yàn)田連續(xù)栽植2期的小麥后，土壤有呈現(xiàn)逐漸酸化的現(xiàn)象，若酸化累積使土壤pH值低于5.5，則需考慮施用酸土改良資材以提升肥料效率。

本研究結(jié)果表明，普通氮肥與增效肥料均可促進(jìn)小麥生長(zhǎng)、提高小麥產(chǎn)量，但普通肥料在減氮25%的情況下，產(chǎn)量明顯下降，而增效肥料減量25%的情況下，仍能保持較高產(chǎn)量。因此，增效肥料在化肥減量增效方面效果顯著。相同施氮量的情況下，增效肥料可較長(zhǎng)時(shí)間維持土壤供氮能力，減少氮素?fù)p失，氮肥利用率可提高16.16%～79.47%。增效肥料與普通氮肥相比，可降低土壤硝態(tài)氮累積和淋溶量，T3與T1相比，硝態(tài)氮累積量降低41.89%；另外，增效肥料可提高土壤銨態(tài)氮含量，T4與T2相比，銨態(tài)氮含量高出28.22%。

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