土壤類型和施氮量對連作春玉米產量及氮素平衡的影響*

馮國忠王 寅焉 莉米國華高 強?

（1 吉林農業大學資源與環境學院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續利用重點實驗室，長春 130118）

（2 中國農業大學資源環境與糧食安全研究中心，北京 100193）

土壤類型和施氮量對連作春玉米產量及氮素平衡的影響*

馮國忠1王 寅1焉 莉1米國華2高 強1?

（1 吉林農業大學資源與環境學院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續利用重點實驗室，長春 130118）

（2 中國農業大學資源環境與糧食安全研究中心，北京 100193）

以吉林省春玉米連作體系為研究對象，采用多因素方差分析的方法，對多年田間定位試驗結果進行分析比較，以探討土壤類型變異對土壤―作物系統氮素平衡的影響。通過在相同氣候條件下，2種土壤類型（黑土（黏化濕潤均腐土）和風砂土（濕潤沖積新成土））上開展的連續4年的氮肥施用量（0、168、312 kg hm-2）田間定位試驗，研究了不同土壤類型間玉米產量、氮素礦化、殘留及氮素表觀損失的差異。結果表明，土壤類型顯著影響玉米產量，黑土的玉米籽粒產量較高（6 469～10 106 kg hm-2），平均為8 623 kg hm-2，風砂土的玉米籽粒產量較低（1 386～8 196 kg hm-2），平均為5911 kg hm-2；黑土和風砂土玉米籽粒產量的年際間（2009―2012年）變異系數分別為13.4%和59.1%，黑土的玉米籽粒產量穩定性顯著大于風砂土；黑土連續4季氮素總表觀礦化量為328 kg hm-2，為風砂土的2.2倍；受土壤質地影響，黑土收獲后0～100 cm土層土壤礦質氮殘留量為99～321 kg hm-2，顯著高于風砂土（38～77 kg hm-2）；在中等施氮（168 kg hm-2）條件下，黑土與風砂土的氮肥表觀損失量無顯著差異，分別為320 kg hm-2和315 kg hm-2；當施氮量增加至312 kg hm-2時，黑土和風砂土的氮肥表觀損失量均顯著增加，且風砂土的氮肥表觀損失量達到827 kg hm-2，顯著高于黑土。由于受土壤質地和土壤供肥能力的影響，土壤類型會對玉米產量、氮素礦化和表觀損失有一定的影響，因此，在氮肥優化管理中應考慮土壤類型的變異。

玉米連作；土壤類型；產量；氮素礦化；氮平衡

吉林省作為全國的糧食主產區和重要的商品糧基地，2014年玉米產量為273.3 Mt，占全國總產的12.6%［1］，其玉米產量對我國糧食安全具有舉足輕重的作用。連作體系作為吉林省春玉米主要種植體系，在農業生產中有著不可替代的作用。有關春玉米施肥現狀的調查結果表明，近年來隨著玉米產量的增加，農戶的肥料施用量，尤其是氮肥明顯過量［2］。過量施用氮肥不僅未大幅度增加作物產量，反而造成土壤無機氮逐年累積和氮肥損失，威脅環境安全［3-5］。

春玉米連作體系中，氮素的來源主要以肥料帶入和土壤礦化為主，氮素的去向主要有三種：一是被作物吸收；二是以不同形態在土壤中殘留；三是通過不同的機制和途徑由土壤―作物體系損失。東北春玉米連作區屬于雨養農業區域，雨養農業區的作物產量受當地光溫和降水影響，實際自然降水決定當地的作物產量［6］，同時土壤類型及自然降水直接影響土壤有效含水量［7-8］，進一步影響土的環境效應。

1 材料與方法

壤氮素礦化、礦質氮殘留量和氮素損失等［3-5，9］。土壤作為春玉米連作生產體系中的主體之一，大量研究表明，土壤類型的變異會引起土壤氮素礦化、作物產量及氮素吸收量、礦質氮殘留量和氮素損失等方面的差異，進一步影響土壤―作物生產體系的氮素平衡。其中，Lu等［10］在東北地區的研究顯示，土壤類型的變異顯著影響春玉米籽粒產量，黑土與風砂土的產量差會達到5～6 t hm-2；李玲等［11］、王?；鄣龋?2］以及王簾里和孫波［13］的研究結果顯示，土壤質地和土壤類型顯著影響氮素礦化能力，黑土的氮素礦化量明顯高于潮土和紅壤；同時受有機質含量和質地等因素的影響，土壤類型間礦質氮殘留及氮素表觀損失狀況各異，砂壤土的氮素表觀損失量明顯高于黏土［14-17］。為了了解東北地區春玉米雨養連作體系中土壤類型變異對春玉米產量、土壤氮素礦化、礦質氮殘留及表觀損失的影響，本研究設計了相同區域不同土壤類型及不同氮肥施用水平的4年定位試驗，以期從氮素表觀平衡的角度來揭示該地區春玉米連作體系中氮素的利用及損失情況，并在此基礎上定量評價東北春玉米連作體系中，相同氣候條件下不同土壤類型上氮肥

1.1 試驗地概況

試驗地點位于吉林省梨樹縣四棵樹鄉三棵樹村（43°20′17.4″N，124°0′29.1″E）和付家街村（43°21′48.1″N，124°05′01.6″E），兩地的土壤類型分別為黑土（黏化濕潤均腐土）和風砂土（濕潤沖積新成土），各試驗點的土壤基礎理化性狀見表1。兩試驗點間距離小于3千米，具有相同氣候條件，均屬北溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明。年均氣溫6.5℃，年日照時數2 541 h，作物生長期（5—9月）內為1 192 h。年積溫＞0℃積溫3 244℃，＞10℃積溫3 030℃；無霜期155 d。該研究區域1986—2012年的平均降水量為486.1 mm，試驗期間（2009—2012）玉米生育期降水及氣溫情況見圖1，其中2009年降水量為240.6 mm，玉米抽雄至灌漿初期（7月22日—8月26日）降水量僅為5.6 mm，嚴重干旱；2010年、2011年和2012年降水量分別為583.2、432.8和437.2 mm。

表1 各試驗點土壤基礎理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of the soils at the experiment sites

1.2 試驗設計

試驗時間為2009—2012年，試驗為兩因素設計，主因素為2種土壤類型：黑土和風砂土，副因素為3個氮肥施用量：0、168和312 kg hm-2（即N0、N168和N312）。氮肥采用基肥加追肥的施用方式，基肥和追肥的比例為1∶2；各處理的磷鉀肥投入量一致，分別為100 kg hm-2（以P2O5計）和120 kg hm-2（以K2O計），磷鉀肥做基肥一次性施入，其中氮肥為尿素（N46%），磷肥為重過磷酸鈣（P2O545%）和磷酸二銨（N18%，P2O546%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）。

試驗小區面積為60 m2，3次重復，隨機排列。兩試驗點種植的玉米品種均為先玉335。于5月上旬等行距播種（60 cm×26 cm），種植密度為6.5萬株hm-2。播種后及時重鎮壓并封閉除草。6月下旬拔節期前，采用溝施覆土方法追肥，于10月初收獲。玉米種植區為雨養農業，無灌溉設施。

圖1 2009―2012年試驗地點玉米生育期內降水量及大氣溫度數據Fig. 1 Precipitation and air temperature at the experimental sites during the maize growing season in 2009―2012

1.3 測定項目與方法

在成熟期，將試驗小區兩側邊行各2壟及小區兩端各0.8 m去掉，其余部分作為收獲區，面積為30.2 m2。記錄測產面積內的穗數和果穗總鮮重，按平均單穗重取有代表性10穗（10穗的平均單穗重應接近收獲區的平均單穗重），稱取鮮重帶回實驗室，烤種后烘干至恒重，計算含水量，從而折算測產區域產量，最后得出每公頃產量。在產量測定的同時，每個小區選取代表性植株5株，分為秸稈和籽粒，分別稱其鮮重，烘干，稱干重，然后全部粉碎，用四分法取出分析樣。

采用凱氏定氮法測定秸稈和籽粒含氮量。分別于每年播種前和收獲后在每個小區采集0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層的土壤樣品（每個小區取2鉆，相同土層混合），放入冰盒，帶回實驗室過 4 mm篩，采用 0.01 molL-1CaCl2溶液浸提，TRACCS-2000型連續流動分析儀（Bran and LuebbeNorderstedt，德國）測定土壤無機氮含量。播前土壤基礎理化性狀采用常規法測定［18］。

1.4 數據處理

本試驗未考慮降水輸入的氮素，作物生長期間土壤礦化氮根據不施氮處理作物吸氮量與試驗前后土壤無機氮（Nmin）累積量的凈變化估計［19］，不考慮氮肥激發效應，假定施氮處理土壤氮礦化量與不施氮處理相同，即：

生育期0～100cm土層土壤氮素凈礦化量（kg hm-2） = 不施氮肥區收獲期作物吸氮量 +不施氮肥區收獲期0～100 cm土層土壤殘留Nmin- 不施氮肥區播種時0～100 cm土層土壤起始Nmin

生育期土壤氮素表觀損失（kg hm-2）= 生育期施氮量 + 播種時0～100 cm土層土壤起始Nmin+ 0～100 cm土層土壤氮素凈礦化量-收獲期作物攜出 - 收獲期0～100 cm土層土壤殘留Nmin

氮肥表觀利用率（%）=（施氮區作物吸氮量-不施氮肥區作物吸氮量）/施氮量×100

氮肥表觀殘留率（%）=（施氮區0～100 cm土層土壤殘留Nmin-不施氮肥區0～100 cm土層土壤殘留Nmin）/施氮量 ×100

氮肥表觀損失率（%）= 100 -氮肥表觀利用率-氮肥表觀殘留率

所有數據均采用Excel 2007處理后，用SAS 9.0軟件三因素程序進行統計分析。

2 結 果

2.1 不同處理下玉米籽粒產量和植株吸氮量

2009—2012年不同土壤類型上各施氮處理玉米產量和植株吸氮量（圖2）顯示，黑土條件下，除了 2011年N312處理的玉米產量明顯低于N168處理外，其他年份施氮處理間玉米產量無顯著差異；風砂土上，2009年由于受干旱影響，玉米產量與施氮量間無明顯關系，2011年玉米產量隨施氮量的增加而增加，N312處理的玉米產量最高（8 598 kg hm-2），2010年和2012年N168和N312處理的玉米產量均無顯著差異。氮素吸收方面，黑土條件下，各年份施氮處理間無顯著差異，且均顯著高于不施氮處理；風砂土上，除2010年施氮處理間無顯著差異外，其他年份植株吸氮量隨施氮量的增加而增加。

圖2 2009—2012年不同土壤類型上各處理玉米產量和植株吸氮量Fig. 2 Grain yield and N uptake in different soils from 2009 to 2012

表2 玉米產量和植株吸氮量及其多因素方差分析結果Table 2 Variance analysis of maize grain yield and nitrogen uptake in the four years relative to treatment and type of soil

土壤類型、年際和施氮量對玉米籽粒產量和植株吸氮量的3因素方差分析（表2）顯示，土壤類型、年際和施氮量3因素及其交互作用顯著影響籽粒產量和植株吸氮量。其中黑土的玉米籽粒產量為8 623 kg hm-2，明顯高于風砂土（5 911 kg hm-2），黑土成熟期植株吸氮量為158.1 kg hm-2，明顯高于風砂土；2010年和2012年兩年的玉米產量較高，分別為8 890 kg hm-2和7 713 kg hm-2，2009年和2011年的玉米籽粒產量較低，分別為5 746 kg hm-2和6 920 kg hm-2，年際間吸氮量變化規律與產量一致；與不施氮處理相比，施氮可以顯著提高玉米產量，增產率達到83.8%，而施氮處理（N168和N312）間玉米籽粒產量無顯著差異；施氮也可以顯著促進植株對氮素的吸收，且隨施氮量的增加植株吸氮量顯著增加（表2）。

土壤類型與年際的交互作用顯著影響玉米產量和植株吸氮量，其中2009年、2010年和2012年黑土上的產量和植株吸氮量均顯著高于風砂土，而在2011年，受倒伏影響，黑土的產量為6 469 kg hm-2，明顯低于風砂土的7 370 kg hm-2，且兩土類間吸氮量無顯著差異。

2.2 玉米生長期土壤氮素表觀礦化量

不同土壤類型玉米連作體系中的土壤氮素表觀礦化量（圖3）表明，黑土顯著高于風砂土，年平均礦化量分別為82 kg hm-2和37 kg hm-2。年際也顯著影響玉米連作的土壤氮素表觀礦化，其中2010年和2012年較高，分別為79 kg hm-2和63 kg hm-2；2011年次之，為57 kg hm-2；2009年最低，為39 kg hm-2。年際和土壤類型的交互作用顯著影響土壤氮素表觀礦化，其中2009年和2011年兩土類間無顯著差異，而2010年和2012年黑土顯著高于風砂土。

2.3 玉米收獲后土壤礦質氮殘留

圖3 2009―2012年不同土壤類型上的氮素表觀礦化量Fig. 3 Apparent N mineralization rate in 2009—2012 relative to type of soil

圖4 2009―2012年不同土壤類型上各處理玉米收獲后土壤礦質氮殘留量Fig. 4 Soil residual of mineralized N after harvest in 2009―2012 relative to type of soil

2009―2012年玉米連作體系中收獲后土壤礦質氮殘留量（圖4）顯示，黑土顯著高于風砂土，年平均土壤礦質氮殘留量分別為135.4 kg hm-2和 93.1 kg hm-2。年際顯著影響玉米連作體系中收獲后土壤礦質氮殘留量，其中2009年為147 kg hm-2，顯著高于2010年、2011年和2012年，平均增加44 kg hm-2。隨著施氮量的增加，玉米連作體系中收獲后土壤礦質氮殘留量顯著增加，其中不施氮處理平均為61 kg hm-2，N168和N312處理分別為115 kg hm-2和167 kg hm-2，分別增加88%和173%。土壤類型和施氮的交互作用顯著影響收獲后土壤礦質氮殘留，其中黑土上N168處理與不施氮處理間無顯著差異，而風砂土上N168處理顯著高于不施氮處理。

2.4 玉米連作體系中的礦質氮損失

2009―2012年玉米連作體系的土壤氮素平衡（表3）顯示，氮素輸入方面，施氮量所占比例較大（57.0%～85.2%），播種時Nmin和表觀礦化氮所占比例較?。?.8%～15.1%、10.0%～27.8%），且土壤類型間差異顯著。黑土播種時Nmin和表觀礦化氮分別占總輸入項的10.1%～15.1% 和18.7%～27.8%，顯著高于風砂土 4.8%～7.9% 和10.0%～16.4%。在氮素的輸出方面，收獲后礦質氮殘留和氮素表觀損失均隨著施氮量的增加而增加，但是不同土壤類型上增加的比例各異，當施氮量從168 kg hm-2增加至312 kg hm-2時，黑土收獲后礦質氮殘留增加152.8%，而風砂土僅增加5.4%；黑土氮素表觀損失增加111.9%，而風砂土增加的比例高達162.5%。各個生長季的氮素平衡情況（表3）顯示，在干旱年份（2009年），相同施氮量條件下，風砂土的氮盈余量較黑土增加29～40 kg hm-2，增加的比例為8.3%～19.1%；在正常降水年份（2010―2012年），相同施氮量條件下，黑土的氮盈余量較風砂土增加57～130 kg hm-2，增加的比例為16.8%～41.7%。

表3 2009―2012年不同土壤類型上玉米連作體系中的氮素平衡Table 3 Nitrogen balance in the spring maize monocropping system in 2009―2012 relative to type of soil（kg hm-2）

續表

2009―2012年玉米連作體系中氮肥的表觀利用率、殘留率及損失率（表4）顯示，4年的連作體系中，黑土和風砂土的氮肥表觀利用率隨施氮量的增加而降低，且二者無顯著差異，分別為37.8%和39.2%；表觀殘留率和表觀損失率均隨施氮量的增加而增加，土壤類型間差異明顯，風砂土的表觀殘留率僅為2.7%，顯著低于黑土（11.0%）；風砂土的表觀損失率為58.2%，高于黑土（51.2%）。

表4 2009―2012年不同土壤類型上氮肥表觀利用、殘留、損失率Table 4 Apparent N recovery by crop，apparent N residual in the soil，and apparent N loss from the system in 2009—2012 relative to type of soil

3 討 論

連續4年的定位試驗結果顯示，土壤類型顯著影響地上部玉米產量，黑土的玉米籽粒產量平均為8 623 kg hm-2，顯著高于風砂土（5 911 kg hm-2）（表2）。相關研究［20-21］表明，土壤質地和土壤保水能力等土壤特性會導致地上部作物產量差異，其中Ziadi等［20］和Cambouris等［21］的研究表明土壤質地較黏、保水能力較強的土壤地上部作物產量明顯較高。本研究中供試的黑土和風砂土質地分別為黏土和砂土（表1）。不施氮處理的作物產量是反映土壤供氮能力的重要指標，本研究發現，黑土不施氮處理的產量平均為6 215 kg hm-2，顯著高于風砂土的3 115 kg hm-2。Luce等［22］研究表明土壤供氮能力較高的土壤地上部作物產量明顯較高。研究還發現，年際顯著影響玉米產量，受干旱（2009年）和臺風（2011年）影響，2009年和2011年玉米產量顯著低于2010年和2012年（表2），同時年際與土壤類型的交互作用顯著影響玉米產量，2009年在干旱（生育期降水量僅為206 mm）的條件下，受土壤保水能力差異的影響，風砂土施氮處理的產量僅為1 336 kg hm-2，明顯低于黑土的10 396 kg hm-2；2010年在降水較高（生育期降水量為583 mm）的條件下，風砂土施氮處理的產量達到10 146 kg hm-2，與黑土（10 268 kg hm-2）無顯著差異（圖2），表明風砂土上的水分管理尤為重要。

土壤氮素礦化是作物―土壤系統重要的氮素輸入途徑。本研究結果顯示，黑土連續4年累計氮礦化量為328 kg hm-2，為風砂土的2.2倍（表3），原因可能是黑土較高的土壤黏粒含量（表1），有助于土壤有機質的累積［11］。王常慧等［12］的研究表明，氮素礦化量受土壤有機質含量影響較大，且有機質含量高的土壤其氮素礦化量較大。本研究發現，土壤水分也會影響土壤氮素礦化量，其中在正常降水年份，土壤有機質含量顯著影響土壤氮素礦化量，如2010―2012年，黑土的氮礦化量顯著高于風砂土，但是在干旱年份（2009年，生育期降水量僅為206 mm），黑土和風砂土的氮素礦化量無差異，均為39 kg hm-2（圖3）。該結果與王艷杰等［23］的研究結論一致，即土壤中氮素的礦化既與原有有機態氮含量有關，又與土壤自身的理化性質包括含水量等因素有關。

土壤無機氮殘留是農田氮肥的主要氮素盈余項，如果將殘留的無機氮控制在一定的范圍內，則可兼顧產量與環境效益［24］。鐘茜等［25］認為土壤殘留的無機氮限定在150 kg hm-2以下對環境污染風險較小。本研究中，黑土和風砂土4年定點試驗后殘留的土壤無機氮范圍分別為115～321 kg hm-2和70～148 kg hm-2，平均為 218和109 kg hm-2，黑土的土壤無機氮殘留較高，風險較大。同延安等［14］的研究表明，土壤質地顯著影響作物收獲后土壤無機氮殘留量，其中黏土對無機氮的吸附能力較強，會導致殘留較高，與本研究結果一致，即：相同氮素投入的條件下，黑土作物收獲后無機氮殘留量顯著高于風砂土（表3）。本研究中連續4年的結果顯示，黑土與風砂土氮肥表觀殘留率低于其他研究者的結果［13］，原因可能與土壤供肥及保肥能力有關，其中黑土無氮區收獲后礦質氮殘留量（99 kg hm-2，表3）較高，導致施氮區收獲后礦質氮殘留率降低；風砂土由于受土壤性狀限制，施氮區和無氮區作物收獲后無機氮殘留量均較低（38～77 kg hm-2，表3）。

氮肥損失是作物―土壤系統重要的氮素輸出途徑。本研究氮肥表觀損失率是采用差減法計算得出，結果不同于利用15N實測的氮損失，實質上包括了所有的未知去向的肥料氮，如土壤的生物固定、淋洗和氨揮發等。同延安等［14］的研究表明，土壤質地顯著影響作物―土壤系統氮素表觀損失；同時，Sogbedji等［17］在砂壤土上的研究顯示，由于土壤孔隙較大，氮素容易以氨揮發和硝態氮淋洗的方式增加氮素表觀損失。但是在本研究中，當施氮量較低（168 kg hm-2）時，黑土與風砂土的氮素表觀損失量無顯著差異（315～320 kg hm-2，表3），只有過量施氮（312 kg hm-2）條件下，風砂土的氮素表觀損失量顯著高于黑土。綜上，在推薦施肥過程中，綜合考慮土壤類型和氣候條件對作物產量、土壤氮素礦化及氮素表觀損失的影響，可以在一定程度上減少作物―土壤系統中氮素的損失。

4 結 論

連續4年的定位試驗結果表明，在相同氣候條件下，黑土的生產力顯著高于風砂土，并且黑土年際間的產量穩定性大于風砂土；土壤有機質和降水量顯著影響土壤氮素礦化量，在正常降水條件下，土壤有機質含量較高的黑土的氮素礦化量顯著高于風砂土，但是在干旱條件下，黑土和風砂土的氮素礦化量無顯著差異。受土壤質地影響，黑土收獲后0～100 cm土層土壤無機氮殘留量顯著高于風砂土。過量施氮導致兩種土壤的氮肥表觀損失量明顯增加，而且風砂土的氮肥表觀損失量顯著高于黑土。

［1］中華人民共和國農業部. 中國農業年鑒. 北京：中國農業出版社，2015

The Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China. China agriculture yearbook（In Chinese）. Beijing：China Agriculture Press，2015

［2］高強，馮國忠，王志剛. 東北地區春玉米施肥現狀調查. 中國農學通報，2010，26（14）：229—231

Gao Q，Feng G Z，Wang Z G. Present situation of fertilizer application on spring maize in Northeast China（In Chinese）. Chinese Agricultural Science Bulletin，2010，26（14）：229—231

［3］蔡紅光，米國華，張秀芝，等. 不同施肥方式對東北黑土春玉米連作體系土壤氮素平衡的影響. 植物營養與肥料學報，2012，18（1）：89—97

Cai H G，Mi G H，Zhang X Z，et al. Effect of different fertilizing methods on nitrogen balance in the black soil for continuous maize production in Northeast China（In Chinese）. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2012，18（1）：89—97

［4］蔡紅光，米國華，陳范駿，等. 東北春玉米連作體系中土壤氮礦化、殘留特征及氮素平衡. 植物營養與肥料學報，2010，16（5）：1144—1152

Cai H G，Mi G H，Chen F J，et al. Characteristics of nitrogen mineralization and residual in the soil and nitrogen balance in the continuous spring maize cultivation system in Northeast China（In Chinese）. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2010，16 （5）：1144—1152

［5］高強，蔡紅光，黃立華，等. 吉林省半干旱地區春玉米連作體系氮素平衡研究. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2009，37（8）：127—132

Gao Q，Cai H G，Hang L H，et al.Study on soil nitrogen balance of spring maize continuous cropping in semi-arid area of Jilin Province（In Chinese）. Journal of Northwest A&F University（Natural Sciences Edition），2009，37（8）：127—132

［6］王靜，楊曉光，呂碩，等. 黑龍江省春玉米產量潛力及產量差的時空分布特征. 中國農業科學，2012，45 （10）：1914—1925

Wang J，Yang X G，LüS，et al. Spatial-temporal characteristics of potential yields and yield gaps of spring maize in Heilongjiang Province（In Chinese）. Sientia Agricultura Sinica，2012，45（10）：1914—1925

［7］Calvi?o PA，Andrade FH，Sadras VO. Maize yield as affected by wateravailability，soil depth and crop management. Agronomy Journal，2003，95（2）：275—281

［8］Monzon J P，Sadras V O，Andrade F H. Fallow soil evaporation andwater storage as affected by stubble in sub-humid（Argentina）and semi-arid（Australia）environments. Field Crops Research，2006，98 （2/3）：83—90

［9］劉新宇，巨曉棠，張麗娟，等. 不同施氮水平對冬小麥季化肥氮去向及土壤氮素平衡的影響. 植物營養與肥料學報，2010，16（2）：296—303

Liu X Y，Ju X T，Zhang L J，et al. Effects of different N rates on fate of N fertilizer and balance of soil N of winter wheat（In Chinese）. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2010，16（2）：296—303

［10］Lu X J，Li Z Z，Bu Q G，et al. Effects of rainfall harvesting and mulching on corn yield and water use in the corn belt of Northeast China. Agronomy Journal，2014，106（6）：2175—2184

［11］李玲，張少凱，吳克寧，等. 基于土壤系統分類的河南省土壤有機質時空變異. 土壤學報，2015，52（5）：979—990

LiL，Zhang S K，Wu K N，et al. Analysis on spatiotemporalvariability of soil organic matter in Henan Province based on soil taxonomy（In Chinese）. Acta Pedologica Sinica，2015，52（5）：979—990

［12］王?；?，邢雪榮，韓興國. 草地生態系統中土壤氮素礦化影響因素的研究進展. 應用生態學報，2004，15 （11）：2184—2188

Wang C H，Xin X R，Han X G. Advances in study of factors affecting soil N mineralization in grassland ecosystems（In Chinese）. Chinese Journal of Applied Ecology，2004，15（11）：2184—2188

［13］王簾里，孫波. 溫度和土壤類型對氮素礦化的影響. 植物營養與肥料學報，2011，17（3）：583—591

Wang L L，Sun B. Effects of temperature and soil type on nitrogen mineralization（In Chinese）. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2011，17（3）：583—591

［14］同延安，石維，呂殿青，等. 陜西三種類型土壤剖面硝酸鹽累積分布與土壤質地的關系．植物營養與肥料學報，2005，11（4）：435—441

Tong Y A，Shi W，Lü D Q，et al. Relationship between soil texture and nitrate distribution and accumulation in three types of soil profile in Shaanxi （In Chinese）. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2005，11（4）：435—441

［15］串麗敏，趙同科，安志裝，等. 土壤硝態氮淋溶及氮素利用研究進展．中國農學通報，2010，26（11）：200—205

Chuan L M，Zhao T K，An Z Z，et al. Research advancement in nitrate leaching and nitrogen use in soils（In Chinese）. Chinese Agricultural Science Bulletin，2010，26（11）：200—205

［16］習金根，周建斌，趙滿興，等. 滴灌施肥條件下不同種類氮肥在土壤中遷移轉化特性的研究. 植物營養與肥料學報，2004，10（4）：337—342

Xi J G，Zhou J B，Zhao M X，et al. Leaching and transforming characteristics of different nitrogen fertilizers added by fertigation（In Chinese）. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2004，10（4）：337-342

［17］Sogbedji J M，Vanes H M，Hutson J L. N fate and transport under variable cropping history and fertilizer rate on loamy sand and clay loam soil：I. calibration of the LEACHMN model. Plant and Soil，2001，229 （1）：57—70

［18］鮑士旦. 土壤農化分析. 北京：中國農業出版社，2005

Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis（ In Chinese）. Beijing：China Agriculture Press，2005

［19］李曉欣，胡春勝，程一松. 不同施肥處理對作物產量及土壤中硝態氮累積的影響. 干旱地區農業研究，2003，21（3）：38—42

Li XX，Hu C S，Cheng Y S. Effects of different fertilizers on crop yields and nitrate accumulation（In Chinese）. Agricultural Research in the Arid Areas，2003，21（3）：38—42

［20］Ziadi N，Cambouris A N，Nyiraneza J. Across a landscape，soil texture controls the optimum rate of N fertilizer for maize production. Field Crops Research，2013，148：78—85

［21］Cambouris A N，Nolin M C，Zebarth B J，et al. Soil management zones delineated by electrical conductivity to characterize spatial and temporal variations in potato yield and in soil properties. American Journal of Potato Research，2006，83（5）：381—395

［22］St. Luce M，Whalen J K，Ziadi N. et al. Nitrogen dynamics and indices to predict soil nitrogen supply in humid temperate soils. Advances in Agronomy，2011，112：55—102

［23］王艷杰，鄒國元，付樺，等. 土壤氮素礦化研究進展.中國農學通報，2005，21（16）：203—208

Wang Y J，Zou G Y，Fu H，et al. Development and advance of soil nitrogen mineralization（In Chinese）. Chinese Agricultural Science Bulletin，2005，21 （16）：203—208

［24］Jemison J M，Fox R H. Nitrate leaching from nitrogenfertilized and manured corn measured with zero-tension pan lysimeters. Journal of Environmental Quality，1994，23（2）：337—343

［25］鐘茜，巨曉棠，張福鎖. 華北平原小麥/夏玉米輪作體系對氮素環境承受力分析. 植物營養與肥料學報，2006，12（3）：285—293

Zhong Q，Ju X T，Zhang F S. Analysis of environmental endurance of winter wheat/summer maize rotation system to nitrogen in North China Plain（In Chinese）. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2006，12（3）：285—293

Effect of Soil Type and Nitrogen Application Rate on Yield of Monocropping Spring Maize and Nitrogen Balance in Crop Field

FENG Guozhong1WANG Yin1YAN Li1MI Guohua2GAO Qiang1?
（1 College of Resources and Environment Sciences，Key Laboratory of Jilin Province Commodity Grain Base Soil Resources Sustainable Utilization，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China）
（2 Center for Resources，Environment and Food Security，College of Resources and Environmental Science，China Agricultural University，Beijing 100193，China）

【Objective】Jilin Province is a major maize producing area and a key commodity grain production base of China. In the province，monocroppingof spring maize prevails in various types of soils. However，it is still not so clear how type of the soil affects yield of the crop，nitrogen mineralization and nitrogen residue in the soil and apparent loss of soil nitrogen from the maize monocropping system. Therefore，this study was performed to explore effects of the same nitrogen fertilization strategy in different types of soils under the maize monocropping system in an attempt to provide a certain basis for optimization nitrogen management. 【Method】Based on a long-term fertilization experimenton the spring maize monocropping in Jilin Province，multi-factor variance analysis was done of the data of the recent four years of the longterm experiment to determine effect of the soil，in terms of soil type，on N balance in the soil-crop system in Northeast China. During the four years，maize was monocropped in black soil（Argi-Udic Isohumosols）and sandy soil（Udi-Alluvic Primosols）and applied with three rates of N（0 kg hm-2，168 kg hm-2and 312 kg hm-2，separately）under the same climate condition. Maize yields were monitored and soil samples analyzed for N mineralization rate，N residue and apparent N loss.【Result】Maize grain yield varied with type of the soil and in the range of 6 469～10 106 kg hm-2（8 623 kg hm-2on average）in black soil and in the range of 1 386～8 196 kg hm-2（5 911 kg hm-2）in sandy soil. Furthermore，grain yield stability also differed sharply between the soils. In the four years（2009—2012），variation coefficient of the yield in black soil was 13.4% and in sandy soil 59.1%. Obviously the crop in black soil was more stable in yield than that in sandy soil. Total N mineralization rate was 328 kg hm-2in black soil，2.2 times that in sandy soil. As affected by soil texture，the total residue of mineralized N residue in the 0～100 cm soil layer after harvest of the crop was in the range of 99 ～321 kg hm-2in black soil，much higher than that（38 kg hm-2～77 kg hm-2）in sandy soil. Apparent N loss did not varied much between black soil and sandy soil applied with N at a medium rate（168 kg hm-2）and was 320 kg hm-2and 315 kg hm-2，respectively. However，apparent N loss increased significantly or by 111.9% and 162.5%，or by 358 kg hm-2and 512 kg hm-2，respectively in black soil and sandy soil. The apparent N loss in sandy soil reached up to 827 kg hm-2，which was remarkably higher than that in black soil.【Conclusion】Due to differences in soil texture and nutrient supplying capacity，soils of different types would differ significantly in maize grain yield，N mineralization rate，accumulated N residue and apparent N loss. Therefore，type of a soil should be taken into consideration in optimizing N fertilization management.

Maize monocropping system；Soil type；Grain yield；Nitrogen mineralization；Nitrogen balance

S513；S158.3 文獻識別碼 A

10.11766/trxb201603230053

（責任編輯：陳榮府）

* 國家現代農業玉米產業技術體系項目（CARS-02）、農業部948計劃項目（2011-G18）和公益性行業（農業）科研專項項目（201103003）共同資助 Supported by the Technology Program and National Maize Production System in China（No.CARS-02），948 projectof Ministry of Agriculture of China（No.2011-G18）and the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China（No. 201103003）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail:gyt199962@163.com

馮國忠（1983—），男，山西大同人，博士研究生，主要從事養分資源綜合管理研究。E-mail：guozhongf 830621@126.com

2016-03-23；

2016-09-27；優先數字出版日期（www.cnki.net）：2016-10-27