施氮量對晉麥84號產量及土壤硝態氮、銨態氮的影響

席吉龍 ，王 珂 ，楊 娜 ，郝佳麗 ，李永山 ，張建誠

（1.山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000；2.運城農業科學院，山西運城044000）

氮素是小麥有機合成的重要營養元素，施用氮肥是增加小麥產量和改善小麥品質的重要途徑。合理施氮能促進小麥生長發育，增加產量，提高蛋白質含量[1-4]。不合理或超量使用氮肥不僅不能達到高產優質的效果，而且還會導致氮肥利用率下降，增加資源浪費，引發環境污染[5]。我國過量施氮現象相當普遍，氮肥施用量的增加遠高于小麥增產幅度，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]、氮素積累運轉[9]、氮肥利用率[10]、水氮互作[11]及土壤肥力[12]等方面進行了大量研究。但針對區域品種研究小麥氮素吸收利用及土壤硝態氮和銨態氮的含量分布較少。有研究表明，品種不同氮素積累特征存在著明顯的差異[13]；銨態氮和硝態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氮、銨態氮含量，施氮量越高土壤硝態氮、銨態氮含量越高，土壤硝態氮、銨態氮含量最高值都出現在0～20 cm土層[16-17]。長期給予高施氮量的土壤深層硝態氮含量累積明顯增加，有機無機肥合理配施可以減少土壤特別是深層土壤硝態氮的累積，從而減輕硝態氮淋溶的風險[17]。因此，對土壤硝態氮和銨態氮的研究也是小麥氮素研究的重要內容。華北地區小麥生產中氮肥施用量約為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，挖掘作物自身的氮肥高效利用潛力，優化氮肥應用技術，降低硝態氮和銨態氮在土壤中的殘留，提高氮肥利用率，使小麥生產在高產、高效、安全的目標下持續發展，成為小麥生產中迫切需要解決的問題。

本試驗在田間試驗條件下，依據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量構成因素以及土壤中硝態氮、銨態氮的含量分布，以期為晉南地區小麥主栽品種晉麥84號合理施肥、提質增效提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試小麥品種為晉麥84號。

1.2 試驗地概況

試驗于2016年9月至2017年6月在山西省農業科學院棉花研究所牛家凹農場進行。該地位于山西南部運城市夏縣（11°12′E，34°24′N），屬暖溫帶大陸性季風氣候。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）有機質 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，機械播種，生育期灌水2次，每次灌900 m3/hm2。

1.3 試驗設計

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

1.4 測定項目及方法

1.4.1 產量及植株氮素含量測定 小麥收獲時，按小區單收計產，并換算成公頃產量。分別于返青期、拔節期、抽穗期、開花期和成熟期進行群體密度調查。每區取有代表性小麥10株，將成熟期小麥籽粒和莖葉2個部分器官分樣稱量并粉碎，用于植株氮素養分含量的測定。于75℃烘箱中烘至恒質量，采用凱氏定氮法測定全氮含量，計算公式[21-22]如下。

1.4.2 土壤硝態氮、銨態氮含量測定 小麥收獲時取0～100 cm的土樣，每20 cm一個樣層，裝入自封袋備用。鮮土樣用KCl浸提，采用連續流動分析法測定濾液中的硝態氮和銨態氮含量（mg/kg）[23]。

1.5 數據分析

數據采用Excel 2007進行計算和繪圖，數據分析運用DPS軟件，新復極差測驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 施氮量對小麥產量及其構成因素的影響

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

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

表1 不同施氮量對小麥產量及產量構成因素的影響

表2 不同施氮量下小麥產量與產量構成因素的相關性分析

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水平達到42.15%，表現最好，隨后下降。氮肥偏生產力隨著施氮量的增加明顯降低。可見，氮肥施入量較高時，反而使得氮肥利用效率和氮肥偏生產力降低，造成作物減產和氮肥資源的浪費。而小麥施氮量在120～180 kg/hm2，最有利于氮肥的利用。

3 討論與結論

氮素吸收利用是干物質積累和產量形成的基礎。只有合理利用氮肥才能既獲得小麥高產，又減少土層中氮素累積和氮素損失。在20世紀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表明，施氮量為120，240，360 kg/hm2時，小麥收獲后0～100cm 累積的 NO-N 分別為 84，114，196 kg/hm2[24]。本研究小麥收獲后，N0處理0～100 cm土壤中仍有氮素殘留13.6 kg/hm2，由土壤無機氮和小麥生長過程中有機氮素的礦化而來；施氮量為120，180，240 kg/hm2時，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，農田硝態氮主要為夏季玉米利用，淋溶發生風險較低；當施氮量為300，360 kg/hm2時，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向下層淋溶的風險增大。

銨態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，硝態氮的濃度降低，小麥更容易吸收銨態氮。作物生長的土壤環境、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]研究認為，土壤銨態氮的數量和分布不受種植作物與休閑的影響，只是隨時間變化存在高低變化。南鎮武等[29]研究認為，施肥對銨態氮含量高低有影響，但對銨態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]的研究結果一致，認為施用氮肥可提高土壤銨態氮含量，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。

合理施用氮肥的關鍵是確定合理施氮量。合理施氮量由目標產量和籽粒蛋白質含量決定[32]。在我國主要取決于目標產量，達到目標產量的施氮量比經濟最佳施氮量要高[33]。在目前產量水平下，華北平原小麥獲得較高目標產量，其平均適宜施氮量大約為150～180 kg/hm2，這種區域平均適宜施氮量兼顧了產量、經濟和環境三者[34]。王晨陽等[35]研究認為，河南超高產小麥以施氮量240 kg/hm2、底追肥比例5∶5為宜。馬興華等[36]研究認為，山東地區適宜的施氮量為240 kg/hm2籽粒產量最高，最優施氮量為168 kg/hm2，可兼顧產量、品質和效益。本研究是針對晉南主栽品種晉麥84號進行的，即施氮量為180 kg/hm2時產量最高，隨著氮素用量增加產量出現降低的趨勢。

綜上所述，晉麥84號的施氮量與籽粒產量呈二次曲線關系，即施氮量為180～229 kg/hm2時產量較高，隨氮素用量增加產量出現降低趨勢，施氮量在120～180 kg/hm2，淋溶發生風險較低，且氮肥利用率和氮肥偏生產力較好。因此，在晉南地力生產水平和管理方式下，綜合考慮產量、經濟和生態效益，主栽品種晉麥84號的氮素用量為180 kg/hm2，其相應的產量水平為7 680 kg/hm2。