氮肥基施深度對夏玉米產量、氮素利用及氮殘留的影響

楊云馬， 孫彥銘， 賈良良， 孟春香， 賈樹龍

(河北省農林科學院農業資源環境研究所， 石家莊 050051)

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氮肥基施深度對夏玉米產量、氮素利用及氮殘留的影響

楊云馬， 孫彥銘， 賈良良， 孟春香， 賈樹龍*

(河北省農林科學院農業資源環境研究所， 石家莊 050051)

【目的】研究華北平原區底施氮肥深度對夏玉米產量、 氮素吸收量、 氮肥利用率以及氮素在土壤中殘留的影響，以期為夏玉米的氮肥施用提供依據。【方法】采用小區試驗和15N示蹤試驗的方法。小區試驗設對照(CK)，常規壟側施氮(T-side)，壟內8 cm深(T-8)、 16 cm深(T-16)、 24 cm深(T-24)施氮和壟內3層施氮(T-all)6個處理，養分施用量為N 180 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2。示蹤試驗采用原位原狀土柱法，設3個處理:15N尿素施在8 cm深，另兩層16 cm、 24 cm施用普通尿素(N8);15N尿素施在16 cm深，另兩層8 cm、 24 cm施用普通尿素(N16);15N尿素施在24 cm深，另兩層8 cm、 16 cm施用普通尿素(N24); 養分用量與小區試驗相同。【結果】大田試驗結果表明，T-all處理的玉米產量最高，比T-24提高了8.45%，達顯著水平; T-all、 T-8、 T-16處理的夏玉米產量均高于T-side，分別比T-side提高了6.65%、 3.29%和5.43%，所有施肥處理中以T-24的玉米產量最低。玉米各生育期的氮素吸收量也以T-24處理最低; 與T-side處理相比，T-all處理的玉米氮吸收量在吐絲以前偏低，收獲時稍高。夏玉米帶狀施肥主要影響壟內(施肥部位)土壤堿解氮含量，對壟間(非施肥帶)土壤堿解氮含量影響不大; 與T-16、 T-24深層施氮相比，T-side、 T-8淺層施氮處理顯著提高了玉米生育前期壟內表層土壤的堿解氮含量。示蹤試驗結果表明，施于8 cm、 16 cm、 24 cm的氮素利用率分別為37.24%、 31.33%、 18.75%。玉米收獲后0—100 cm土層N24處理的氮素殘留量顯著高于N8和N16處理，并且N24處理的氮素殘留主要分布在40—80 cm土層。【結論】本區域夏玉米底施尿素的適宜深度為8—16 cm。

夏玉米; 尿素; 施肥深度; 氮素利用率; 氮素殘留

目前有關夏玉米養分管理的研究多集中在養分用量[1-3]、 底追比例[4-5]和控釋肥[6-7]上，但有關肥料施用方式的研究則較少。華北地區冬小麥-夏玉米輪作是主要的種植模式之一，本區域夏玉米施肥方式一般為免耕一次性側施底肥技術，種肥間距一般58 cm，施肥深度48 cm。這種施肥方式由于種、 肥間距較小，很難將全生育期所需肥料一次性施足，因此容易造成后期脫肥。如果施肥量較大，或者種肥間距調節不當或肥料品種選用不當，又容易出現燒種、 燒苗等現象，從而影響玉米產量[8]。針對此問題，有人提出了玉米深松全層施肥技術[9-11]，并研發了玉米深松全層施肥播種機械。利用這種機械，實現了播種區域局部旋耕深松、 10—25 cm土層均勻分層施用肥料[12]。由于增加了施肥深度，可以加大肥料用量，實現全生育期一次性施肥，大幅度提高了夏玉米產量[13]。然而，本區域夏玉米氮、 磷、 鉀三種養分是否都需要深施，各種養分的最佳施用深度是多少，現有報道中并沒有作進一步研究。有關玉米養分分層管理技術，在春玉米區曾有過相關報道，但研究結果有一定差異。有研究指出，春玉米氮肥深追(10—15 cm)能夠提高氮肥利用率[14]，并且氮素深施至15 cm可促使玉米根系下移[15]。但是還有人指出，春玉米尿素深施10 cm最佳，玉米產量和氮素利用率最高，若深施至15 cm，玉米產量和氮素利用率反而會降低[16]。但有關夏玉米區的氮、 磷、 鉀肥分層施用的研究卻較少。本研究針對夏玉米區氮肥的施用深度進行了研究，以期為夏玉米的氮肥分層施用提供依據。

1　材料與方法

1.1試驗區概況

圖1　試驗期間降水量Fig.1　Precipitation during the experiment

試驗于2012年在河北省辛集市馬莊鄉保高豐農場(E 115°18′10.33″，N 37°47′56.37″)進行，試驗區屬季風暖溫帶半濕潤大陸性氣候。年平均降水量488.2 mm，其中68月份降水量占全年總降水量的67.9%，試驗期間各月份降水量見圖1。供試土壤為輕壤質潮土，土壤基本理化性狀見表1。

表1　試驗地土壤基本化學性狀

1.2試驗設計

1.2.1 小區試驗小區試驗共設6個處理，分別為: 1)不施肥(CK); 2)壟側8 cm，深度5 cm一次性施用氮、 磷、 鉀肥(T-side); 3)氮、 磷、 鉀肥料在種子正下方分三層混合均勻施入，三層深度距地表分別為8 cm、 16 cm、 24 cm(T-all); 4)氮肥全部施在種子正下方距地表8 cm處，磷、 鉀肥施用同處理3)(T-8); 5)氮肥全部施在種子正下方距地表16 cm處，磷、 鉀肥施用同處理3)(T-16); 6)氮肥全部施在種子正下方距地表24 cm處，磷、 鉀肥施用同處理3)(T-24)。小區面積32m2，3次重復，隨機排列。

根據本研究組以往的試驗結果[1]， 本區域相關研究報道[17]和試驗田基本理化性狀，設定養分用量為N 180 kg/hm2、 P2O5120 kg/hm2、 K2O 150 kg/hm2。氮、 磷、 鉀分別選用尿素(N 46%)、 重過磷酸鈣(P2O543%)、 氯化鉀(K2O 60%)。施肥方法為條施，先人工開溝至24 cm，按照處理施入底層肥料; 然后填土使溝底距地表16 cm，再按照處理施入中層肥料; 再填土使溝底距地表8 cm，按處理施入上層肥料，再填土。在填土位置人工點播玉米，播種深度3 cm，播種密度69000 plant/hm2。CK和T-side處理同樣在播種行位置先開溝再填土，以消除處理間土壤物理性狀的差異。播種后灌水70 mm左右。

1.2.215N示蹤試驗采用原位原狀土柱法進行[18]。分3個施肥層次，施用深度分別為8 cm、 16 cm、 24 cm， 3個層次均施用氮、 磷、 鉀肥。試驗設3個處理， 3個不同層次的氮肥(普通尿素)用15N標記尿素代替，分別用N8、 N16、 N24表示。設3次重復，隨機排列。用以研究夏玉米對不同深度氮素的吸收利用情況。

土柱的制作方法: 先將土柱以外的土壤挖出，留下直徑62 cm、 深100 cm的原位原狀土柱，然后用塑料膜將土柱包裹，使土柱底部與大田土壤連接而四周隔離，最后將四周土壤回填。

每個土柱內種植2株玉米，施肥方式為穴施，上種下肥。施肥時先挖24 cm深，用紙筒將本層肥料施入，以防止肥料掛壁。然后填土至16 cm，再用上述方法施肥，再填土至8 cm，再施肥、 填土。最后播種，播種深度3 cm。肥料用量與小區試驗相同，折算成每株的肥料用量為尿素5.91 g、 重鈣4.22 g、 氯化鉀3.78 g，15N標記尿素豐度為10.15%。播種后灌水70 mm。

1.3采樣及測定

小區試驗，分別在玉米八葉期、 吐絲期、 成熟期采集地上部玉米植株，每個小區取2株監測玉米的氮素吸收情況; 在上述3個時期，分壟內(施肥帶)、 壟間(距施肥帶25 cm)兩個部位，分別采集0—10 cm、 10—20 cm、 20—40 cm土層土樣，分析玉米不同生育期土壤速效氮含量; 并在收獲時測定玉米產量。

15N示蹤試驗，玉米收獲后采集地上部植株，測定籽粒、 秸稈中全氮含量和15N豐度，計算氮素利用率。分0—10 cm、 10—20 cm、 20—40 cm、 40—60 cm、 60—80 cm、 80—100 cm 6個層次采集土壤樣品，測定不同層次土壤全氮含量和15N豐度。

土壤有機質、 全氮、 堿解氮、 速效磷、 速效鉀采用常規分析方法[19]。土壤和植株15N豐度采用質譜法進行測定。

氮肥利用率=(籽粒產量×籽粒氮含量×籽粒15N百分超+秸稈產量×秸稈氮含量×秸稈15N百分超)/(氮用量×肥料15N百分超)×100%

土壤氮素分層殘留率=土壤分層容重×土柱分層體積×土柱分層全氮含量×土柱分層15N百分超/(氮用量×肥料15N百分超)×100%

土壤氮素分層殘留量=土壤氮素分層殘留率×氮素施入量

1.4數據分析

試驗結果采用DPS軟件進行統計分析， Duncan法進行顯著性檢驗。

2　結果與分析

2.1氮素分層深施對夏玉米產量影響

氮肥不同施用方式下的夏玉米籽粒產量見圖2，可以看出，所有施肥處理的玉米產量均顯著高于不施肥對照。施肥處理中以氮、 磷、 鉀分三層均勻施的處理(T-all)玉米籽粒產量最高，為9914 kg/hm2; 然后依次為T-16、 T-8、 T-side，其產量分別為9801、 9602、 9296 kg/hm2，

T-24處理產量最低，為9142 kg/hm2。其中T-all較T-24處理產量提高了8.45%，差異達顯著水平; 并且T-all處理較T-side玉米產量提高了6.65%。T-16與T-24處理相比，玉米產量提高了7.21%。T-8較T-24處理提高了5.03%。T-16與T-8處理均比T-side產量略有增加，增加幅度分別為3.29%和5.43%。由此看出，氮素的施用深度對玉米籽粒產量確有一定影響。玉米種子正下方合適深度施氮稍優于根側施肥，但施氮深度不宜過深，以816 cm為宜。

圖2　不同處理玉米產量Fig.2　Maize yields under different application depth

注(Note)：柱上不同字母表示處理間差異達5% 顯著水平Different letters above the bars mean significant among treatments at the 5% levels.]

2.2氮素施用方式對夏玉米氮素吸收動態影響

與對照(CK)相比，施肥顯著提高了玉米八葉期、 收獲期的氮素吸收量。各施肥處理間玉米氮素吸收量差異不顯著，其中玉米八葉期、 吐絲期T-side處理的玉米氮吸收量最高，收獲期T-all處理的玉米氮吸收量最高(圖3)。所有施氮處理中，T-24處理在玉米各生育期的氮吸收量均最低，與T-side處理相比，八葉期、 吐絲期、 收獲期的玉米氮吸收量分別低了17.80%、 13.19%、 5.01%。T-all處理與常規T-side處理相比，吐絲以前玉米的氮吸收量偏低，收獲時吸收量稍高。由以上分析可知，氮素分層均勻施用與常規根側施用相比，對夏玉米氮的吸收量影響不大; 但是只將氮素施在24 cm土層，則會影響玉米的氮素吸收量。

圖3　玉米各生育期吸氮量Fig.3　Nitrogen uptake of maize at the main growing stages [注(Note): 柱上不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Different letters above the bars mean significant among treatments at the 5% levels.]

2.3氮素施用方式對土壤速效氮含量的影響

氮素不同施用方式對壟間(非施肥部位)土壤堿解氮含量的影響不大(表2)。玉米3個生育期、 3個土層9組數據中有5組數據表明施肥處理與對照相比其土壤堿解氮含量差異不顯著，只有4組數據二者差異達顯著水平，其中收獲期0—10 cm土層的土壤堿解氮含量差異較大，T-all和T-8處理顯著高于對照，并且T-8處理的土壤堿解氮含量顯著高于T-24處理。吐絲期10—20 cm土層T-24處理的土壤堿解氮含量顯著高于CK、 T-side、 T-all和T-16處理，吐絲期20—40 cm土層T-24處理的堿解氮含量顯著高于CK。八葉期10—20 cm土層T-8處理的土壤堿解氮含量顯著高于CK。其余處理間差異不顯著。

而氮素不同施用方式對壟內(施肥部位)土壤堿解氮含量有顯著影響(表3)。9組數據中只有1組數據統計分析差異不顯著，其余8組數據的差異均達顯著水平。其中八葉期0—10 cm土層堿解氮含量差異最大，T-side處理最高，然后依次為T-all、 T-16、 T-24處理，4個處理相互間差異均達顯著水平。吐絲期20—40 cm土層的堿解氮含量差異次之，T-24、 T-16處理顯著高于CK、 T-all和T8處理。

通過以上分析看出，夏玉米帶狀施肥對壟間(非施肥帶)土壤堿解氮含量的影響不大，主要影響施肥部位的土壤堿解氮含量。T-side、 T-8淺層施氮處理顯著提高了玉米生育前期壟內表層土壤的堿解氮含量，深層施氮處理對壟內20—40 cm土壤堿解氮含量有一定提升，但效果不明顯。

2.4不同施氮深度對夏玉米氮肥利用及土壤殘留的影響

15N示蹤試驗結果表明(圖4)，隨著尿素施用深度的增加，夏玉米氮素利用率呈降低的趨勢。施在16 cm的比施在8 cm的氮素利用率降低了5.92個百分點。施在24 cm比施在8 cm的氮素利用率降低了18.49個百分點，顯著低于施在8 cm 和16 cm的氮素利用率。所以，氮素施用越深利用率越低。本試驗結果與小區試驗玉米產量和氮素吸收量的結果相呼應。

表4　玉米收獲后各土層的氮素殘留量(kg/hm2)

注(Note): 同列數據后不同字母表示施氮深度間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among the application depths of N at the 5% level.

圖4　不同施氮深度的氮素利用率Fig. 4　N use efficiency (NUE) affected by N application depths

注(Note)：柱上不同字母表示施氮深度間差異達5%顯著水平 Different letters above the bars mean significant among the application depths of N at the 5% levels.]

玉米收獲后0—100 cm土層N24處理的氮素殘留量顯著高于N8和N16(表4)，并且土壤中氮素殘留的深度與施氮深度密切相關。N8處理0—20 cm土層的氮素殘留量顯著高于N16和N24，N16處理20—40 cm土層的氮素殘留量顯著高于N24，N24處理40—80 cm土層的氮素殘留量顯著高于N8和N16。氮素施用越深，深層土壤殘留的氮素量越多，這樣會增加氮肥淋失的風險。

3　討論與結論

一般認為，氮肥深施能夠提高氮素利用率和作物產量，但這里的深施一般是相對于地表撒施而言，將氮肥施入土壤中能夠很好地抑制氨揮發，提高其利用率[20]。氮肥在土壤中是否施用越深利用率越高呢？有人在此方面也進行了深入研究。在沒有氮素淋溶損失的情況下，蘇正義等[16]的盆栽示蹤試驗結果表明，春玉米尿素表施、 5 cm、 10 cm、 15 cm施用的利用率分別為39.67%、 44.92%、 53.11%、 52.65%。李偉波等[14]田間微區示蹤試驗結果顯示，在追肥次數相同的情況下，吉林春玉米深追尿素(10—15 cm)與傳統壟上淺追尿素的利用率分別為30.1%、 24.5%，尿素深施利用率提高了5.6個百分點。10 cm左右為尿素施用的適宜深度，并且施肥方式為集中穴施，這樣會對玉米根系的生長造成影響[15]。本研究示蹤試驗研究在8 cm、 16 cm、 24 cm三層均施有氮素，研究某一層氮素利用率時，用15N標記尿素代替本層的普通尿素，各處理的氮素供應是相同的。由此方法得到8 cm、 16 cm、 24 cm施用尿素的利用率分別為37.24%、 31.33%、 18.75%。夏玉米氮素利用率在8—24 cm土層內隨著尿素施用深度的增加而降低，并且24 cm施氮的利用率顯著低于8 cm和16 cm施氮。本研究也表明深度10 cm左右施用尿素的利用率較高。目前夏玉米肥料深施技術已經在實際生產中得到應用，玉米多層施肥播種機能將肥料在825 cm分5層均勻施入[11-13]。通過本研究發現，利用此機械將氮肥施在24 cm會顯著降低氮肥利用率，并影響玉米產量和氮吸收量，此種施肥模式下氮素不宜施用過深。

有研究[8]指出尿素在種子正下方會出現燒苗現象。種下5 cm處施用普通尿素，玉米種子不能萌發。10 cm處施用普通尿素，部分種子(50%)萌發生長，出苗7d后，基本停止生長，15d時發生苗枯蔫萎現象。但是本研究無論是小區試驗還是15N示蹤試驗施用尿素，均未發現燒苗現象。分析可能與試驗方法有關，本研究均在大田環境中進行，而相關研究是用盆栽的方法。氮素的轉化和運移規律在盆栽和大田環境下可能有一定的差異。

氮肥施用過深會增加氮素淋失的風險。有研究[21-22]指出，氮素淋失明顯高于揮發損失，是氮素損失的主要途徑。本研究15N示蹤試驗結果表明，24 cm施氮在40—80 cm土層的殘留量明顯高于8 cm和16 cm施氮，氮素施用越深，深層土壤殘留的氮素量越多。氮素在土壤中的運移受灌溉等土壤水分變化的影響很大[23-24]，關于不同降水量和灌溉條件下氮肥的適宜施用深度本文未涉及。

綜合夏玉米產量、 氮素利用率以及氮素殘留量，本試驗條件下初步得出華北夏玉米區氮肥適宜施用深度為8—16 cm。

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Effect of base nitrogen application depth on summer maize yield, nitrogen utilization efficiency and nitrogen residue

YANG Yun-ma, SUN Yan-ming, JIA Liang-liang, MENG Chun-xiang, JIA Shu-long*

(InstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,HebeiAcademyofAgricultureandForestrySciences,Shijiazhuang050051,China)

【Objectives】 Effects of base nitrogen application depth on summer maize yield, fertilizer nitrogen uptake and fertilizer nitrogen utilization efficiency(NUE) as well as the fertilizer nitrogen residue in soil were studied in Northern China Plain area.【Methods】 This study was carried out through a plot experiment and a simulated experiment using15N labeled urea. Six treatments were designed for the plot experiment, CK, row-side N application(T-side), N application depth of 8 cm (T-8), 16 cm (T-16), 24 cm (T-24) and all above the depths (T-all) in rows. The doses of N, P2O5and K2O were 180 kg/hm2, 120 kg/hm2and 150 kg/hm2respectively. The tracing experiment was conducted in situ and undisturbed soil columns in the field, and three treatments were designed,15N labeled urea was applied at 8 cm in depth, common urea was applied at 16 cm and 24 cm (N8);15N labeled urea was applied at 16 cm in depth, common urea was applied at 8 cm and 24 cm (N16);15N labeled urea was applied at 24 cm in depth, common urea was applied at 8 cm and 16 cm (N24). The nutrition doses are the same as plot experiment. 【Results】The plot experiment results show that the maize yield under T-all is the highest, which is significantly higher than that under T-24. Compared with the T-side treatment, the maize yields of T-all, T-8, and T-16 are increased by 6.65%, 3.29% and 5.43% respectively. The maize yield under the T-24 treatment is the lowest among all fertilizer treatments. The nitrogen uptake under the T-24 treatment is the lowest at the maize growth stages among all fertilizer treatments. Compared with the T-side treatment, the nitrogen uptakes under the T-all treatment are lower at the silking stage and higher at the harvest time. The band fertilization method mainly affects the soil alkali-hydrolyzable nitrogen content in ridge (fertilization position), but little effect between ridges(non-fertilization position) is found. The surface soil alkali-hydrolyzable nitrogen contents in the seed row are significantly increased under the T-side and T-8 treatments, compared with T-16 and T-24. The tracing experiment results show that the NUEs of urea at application depths of 8 cm, 16 cm and 24 cm are 37.24%, 31.33% and 18.75% respectively. After the maize harvest, the N residual in the 0-100 cm soil layer under the N24 treatment is significantly higher than those of the N8 and N16 treatments. The residual N is mostly in 40-80 cm soil layer under the N24 treatment.【Conclusions】 The suitable depth of base application urea is 8-16 cm for the summer maize in the region.

summer maize; urea; application depth; nitrogen utilization efficiency; nitrogen residue

2014-08-29接受日期: 2015-01-04網絡出版日期: 2015-07-17

河北省農林科學院青年基金項目(A2012130101); 河北省青年拔尖人才計劃項目; 河北省財政項目(F14R055204); 河北省現代農業產業技術體系玉米創新團隊項目; 河北省渤海糧倉科技示范工程項目； 河南省自然科學基金項目(2016301025)資助。

楊云馬(1978—)， 男， 河北辛集人， 碩士研究生， 副研究員， 主要從事施肥及養分資源管理方面研究。

E-mail: yangyunma@163.com。*通信作者 E-mail: shulongjia@163.com

S513.062; S147.24

A

1008-505X(2016)03-0830-08