氮肥減量施用對我國三大糧食作物產量的影響

杜文婷，雷肖肖，盧慧宇，王云鳳，徐佳星，羅彩霞，張樹蘭

氮肥減量施用對我國三大糧食作物產量的影響

杜文婷，雷肖肖，盧慧宇，王云鳳，徐佳星，羅彩霞，張樹蘭

西北農林科技大學資源環境學院/農業農村部西北植物營養與環境重點實驗室，陜西楊凌 712100

探討氮肥減施對我國三大糧食作物產量的影響及其與土壤性質和管理措施的關系，明確氮肥減施的可行性。收集2010—2021年公開發表的90篇論文，按照氮肥減施的比例、種植體系及其在不同條件下（肥料類型、土壤有機質含量、全氮含量、土壤酸堿度以及水分管理等）的作物產量效應進行分析。在常規施肥的基礎上，氮肥減施0—40%沒有顯著降低水稻產量，氮肥減施0—30%沒有顯著影響小麥和玉米產量，但是減氮30%—40%顯著降低了小麥和玉米產量，減產分別為6.1%和5.4%。不施氮肥區產量水平沒有顯著影響3種作物氮肥減施的產量效應。土壤全氮含量＞2 g·kg-1時，氮肥減施水稻產量（6.5 t·hm-2）顯著高于常規施氮產量（6.3 t·hm-2）；土壤全氮含量＞1 g·kg-1時，氮肥減施小麥產量（6.9 t·hm-2）顯著低于常規施氮產量（7.4 t·hm-2）；土壤全氮含量＞1.5 g·kg-1時，氮肥減施玉米產量（8.8 t·hm-2）顯著低于常規施氮產量（9.1 t·hm-2）。土壤有機質含量＞30 g·kg-1時，氮肥減施的水稻產量（6.9 t·hm-2）顯著高于常規施氮產量（6.7 t·hm-2）；在土壤有機質含量為10—20 g·kg-1以及＞20 g·kg-1時，氮肥減施小麥產量（6.6 t·hm-2）顯著低于常規施氮產量（6.9 t·hm-2）；一年兩熟制氮肥減施玉米產量（8.9 t·hm-2）顯著低于常規施氮產量（9.1 t·hm-2）。在普通肥料的基礎上，氮肥減施小麥產量（6.8 t·hm-2）顯著低于常規施氮產量（7.1 t·hm-2）。在旱作條件下，氮肥減施的小麥產量（5.9 t·hm-2）顯著低于常規施氮產量（6.6 t·hm-2）。在常規施氮量的基礎上減少30%氮肥施用量可以維持我國三大作物的產量；不同的土壤性質和管理措施，減氮后作物的產量存在一定的變異性。因此，氮肥減施需要根據土壤肥力狀況的管理措施進行調整，從而實現高產高效。

小麥；玉米；水稻；減氮施肥；管理措施；土壤性質

0 引言

【研究意義】水稻、小麥和玉米是我國三大糧食作物，種植面積達9 785 萬hm2，約占糧食作物總種植面積的84%，其總產量約占糧食總產量的92%[1]，三大作物高產穩產對保證國家糧食安全具有重大意義。氮素是植物生長必不可少的元素，由于多數土壤中的氮素難以滿足作物生長所需[2]，因此氮肥的施用是保障作物高產的常規措施。目前農民普遍施用大量肥料來保證高產[3]，所以過量施肥的現象很嚴重。如太湖地區水稻平均施氮量為303 kg×hm-2，有74%的農戶過量施用氮肥[4]；汾渭平原農戶小麥平均施氮量為272.6 kg×hm-2，過量施肥的比例達到64%[5]；陜西關中平原農戶玉米施氮量為288 kg×hm-2，施氮量偏高和很高比例達78%[6]。氮肥的過量施用導致土壤中硝態氮的積累，在降雨和灌溉充足的條件下，土壤中的硝酸鹽向下淋洗污染地下水[7]，同時部分氮素以NH3+、NXO等形式排放到環境中，導致環境中的N2O排放量增加了20%[8-9]，加劇溫室效應、酸雨、臭氧層空洞等環境問題。2015年農業部制定了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，為推動化肥零增長，由科技部和農業部啟動了國家十三五計劃農業項目“化學肥料減施增效綜合技術研發”專項。因此，十分必要評估氮肥減施對三大糧食作物產量的影響，明確合理的減氮水平對于保證糧食安全和生態安全具有重要意義。【前人研究進展】前人針對氮肥減施對作物產量的影響開展了大量研究，如XUE等[10]報道在常規施氮基礎上減少約24%的氮肥使用量，沒有降低小麥和水稻的籽粒產量；LIU等[11]研究發現陜西省小麥-玉米輪作體系中施氮量為120、240 kg·hm-2的產量無顯著差異。此外，土壤肥力和田間管理措施也會影響氮肥減施產量效應。如王道中等[12]報道在中高肥力的土壤上，施氮量減少40%時水稻產量會顯著降低；而在中低肥力的土壤上，施氮量減少20%—40%均會顯著減少水稻的產量。尹彩俠等[13]研究表明，相較于常規施肥量，控釋氮肥減施25%和40%均不會顯著影響春玉米產量。DING等[14]通過整合中國緩/控釋肥減施的試驗數據，發現緩/控釋氮肥減施32%左右能維持水稻產量。【本研究切入點】盡管許多研究基于田間試驗已經分析了氮肥減施對三大糧食作物產量的影響，目前還缺乏國家尺度氮肥減施對三大糧食作物產量效應的一個綜合分析。因此，本研究收集了我國近10年氮肥減量的田間試驗數據，系統分析氮肥減施對我國三大糧食作物產量的影響，解析不同土壤性質以及管理措施下氮肥減施的產量變化原因。【擬解決的關鍵問題】本研究綜合評價氮肥減施的產量效應，旨在為我國合理氮肥減施提供依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源及獲取

通過中國知網（CNKI）利用關鍵詞“化肥減量”“氮肥減施”“氮肥”“產量”等進行文獻檢索。按照以下標準對文獻進行篩選：（1）試驗地點位于中國大陸；（2）試驗是室外大田試驗，不包括盆栽試驗和溫室試驗；（3）試驗對象是小麥、玉米或水稻；（4）試驗必須包含常規施肥或農戶習慣施肥處理和化肥氮減施處理，磷鉀肥與常規施肥保持一致；（5）論文中必須包含作物產量以及施氮量。

獲取論文中氮磷鉀化肥的施用量、試驗地點、試驗開展的時間、作物的產量、初始土壤有機質含量、土壤pH、土壤全氮含量、作物的種植制度、水分管理（灌溉、旱作）以及肥料的類型。論文中的文字或者表格展示的數據信息直接獲取，圖形展示的數據通過GetData軟件獲取，最終收集90篇文獻，其中水稻產量的數據共145組，小麥產量的數據共83組，玉米產量的數據共120組。試驗地點分布在黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、山東、北京、河北、河南、陜西、甘肅、寧夏、安徽、江蘇、浙江、上海、湖南、湖北等17個省市。

1.2 數據分類

考慮到作物的產量受多種因素的影響，用施用肥料類型（控釋/緩釋氮肥、普通氮肥）、土壤有機質含量、土壤全氮含量、土壤酸堿度、是否灌溉、不施氮肥區產量、作物的種植制度進行分組考量氮肥減施的產量效應。具體分組信息見表1。

表1 試驗相關數據分類

FP為常規施肥，N10、N20、N30、N40分別表示氮肥減量比例為0—10%、10%—20%、20%—30%、 30%—40%。一年兩熟是指一年收獲兩季作物，不一定是同種作物。下同

FP means conventional fertilization; N10, N20, N30, and N40 mean 0-10%, 10%-20%, 20%-30% and 30%-40% of the reduction ratio of nitrogen fertilizer over FP, respectively. Double cropping means two crops per year, but they are not necessarily the same crop. The same as below

1.3 計算方法

氮肥減施比例（%）=（常規氮肥施用量-處理的施氮量）/常規氮肥施用量×100。

1.4 統計分析

所有數據均采用成對樣本T 檢驗進行分析，顯著性為＜0.05。數據采用SPSS18.0進行統計分析。

2 結果

2.1 水稻、小麥和玉米的常規施氮量

我國水稻常規施氮量的范圍是135—363 kg·hm-2（圖1），平均施肥量為225 kg·hm-2。小麥常規施氮量的范圍是162—315 kg·hm-2，平均施肥量為249 kg·hm-2。玉米常規施氮量的范圍是173—400 kg·hm-2，平均施肥量為250 kg·hm-2。

2.2 氮肥減施對作物產量的影響

氮肥減施比例在0—10%時，水稻產量的變化范圍是6.2—10.5 t·hm-2，平均產量是8.9 t·hm-2，對應的常規施肥水稻產量的變化范圍是6.4—10.2 t·hm-2，平均產量是8.7 t·hm-2（圖2）。氮肥減施比例在10%—20%時，水稻產量的變化范圍是3.9—12.5 t·hm-2，平均產量是8.5 t·hm-2，對應的常規施肥水稻產量的變化范圍是3.7—12.7 t·hm-2，平均產量是8.5 t·hm-2。氮肥減施比例在20%—30%時，水稻產量的變化范圍是3.9— 11.4 t·hm-2，平均產量是6.2 t·hm-2，對應的常規施肥水稻產量的變化范圍是3.7—10.7 t·hm-2，平均產量是 5.9 t·hm-2。氮肥減施比例在30%—40%時，水稻產量的變化范圍是7.6—12.1 t·hm-2，平均產量是9.1 t·hm-2，對應的常規施肥水稻產量的變化范圍是6.4—12.5 t·hm-2，平均產量是9.2 t·hm-2。當氮肥減施比例為0—10%和20%—30%時較常規施肥顯著提高了水稻的產量，減施比例為10%—20%和30%—40%時，沒有顯著影響水稻的產量。圖3顯示，當考慮常規施氮水平時，發現常規施氮量小于200 kg·hm-2時，氮肥減施10%—20%時顯著提高水稻產量，氮肥減施在30%—40%時顯著降低水稻產量。而常規施氮水平在200—250 kg·hm-2時，氮肥減施10%—20%情況下也顯著降低水稻產量，施氮量高于250 kg·hm-2，任何氮肥減施比例均未影響水稻產量。

最上方和最下方的線段分別表示數據的最大值和最小值，其中箱形圖的上方和下方的線段分別表示數據中25%和75%的數值，箱圖中的線段表示數據的中位數，箱圖里面的圓圈表示數據的平均數，實心圓點表示施氮量的分布。下同

氮肥減施比例在0—10%時，小麥產量的變化范圍是2.2—9.6 t·hm-2，平均產量是5.9 t·hm-2，對應的常規施肥小麥產量的變化范圍是2.3—9.6 t·hm-2，平均產量是6.0 t·hm-2（圖4）。氮肥減施比例在10%—20%時，小麥產量的變化范圍是3.7—9.2 t·hm-2，平均產量是7.6 t·hm-2，對應的常規施肥小麥產量的變化范圍是3.7—10.0 t·hm-2，平均產量是7.6 t·hm-2。氮肥減施比例在20%—30%時，小麥產量的變化范圍是3.1—8.9 t·hm-2，平均產量是6.9 t·hm-2，對應的常規施肥小麥產量的變化范圍是3.7—9.6 t·hm-2，平均產量是7.1 t·hm-2。氮肥減施比例在30%—40%時，小麥產量的變化范圍是3.3—8.7 t·hm-2，平均產量是6.7 t·hm-2，對應的常規施肥小麥產量的變化范圍是3.7—8.4 t·hm-2，平均產量是7.1 t·hm-2。當氮肥減施比例為0—30%時，沒有顯著降低小麥產量，但當氮肥減施的比例高達30%—40%時，產量顯著降低。在常規不同施氮水平下，發現在200—250 kg·hm-2用量下氮肥減施20%—30%顯著降低小麥產量（圖3），其他施氮水平下，氮肥減施均沒有顯著影響小麥產量。

n表示該處理的觀測數。下同 n mean the number of observations. The same as below

氮肥減施比例在0—10%時，玉米產量的變化范圍是6.2—13.9 t·hm-2，平均產量是9.1 t·hm-2，對應的常規施肥玉米產量的變化范圍是6.4—11.7 t·hm-2，平均產量是8.9 t·hm-2（圖5）。氮肥減施比例在10%—20%時，玉米產量的變化范圍是6.1—13.9 t·hm-2，平均產量是10.0 t·hm-2，對應的常規施肥玉米產量的變化范圍是5.7—13.0 t·hm-2，平均產量是10.1 t·hm-2。氮肥減施比例在20%—30%時，玉米產量的變化范圍是4.1—12.8 t·hm-2，平均產量是9.3 t·hm-2，對應的常規施肥玉米產量的變化范圍是3.4—13.0 t·hm-2，平均產量是9.3 t·hm-2。氮肥減施比例在30%—40%時，玉米產量的變化范圍是7.3—12.1 t·hm-2，平均產量是9.7 t·hm-2，對應的常規施肥玉米產量的變化范圍是7.2—15.7 t·hm-2，平均產量是10.3 t·hm-2。當氮肥減施為0—30%時，不會顯著降低玉米產量，但當氮肥減施達30%—40%時，產量會顯著低于常規施肥處理。在常規不同施氮水平下氮肥減施的產量效應中發現，0—40%氮肥減施比例均沒有顯著影響玉米產量（圖3）。

柱上數字表示該處理的觀測數。圖6—12同The number mean the number of observations. The same as Fig.6-Fig.12

圖4 不同氮肥減施比例下的小麥產量

圖5 不同氮肥減施比例下的玉米產量

2.3 不同土壤性質以及管理措施下氮肥減施對作物產量的影響

2.3.1 不施氮肥區產量 當不施氮肥區的產量＜5 t·hm-2、5—7.5 t·hm-2、＞7.5 t·hm-2時，氮肥減施下的水稻平均產量分別為7.0、8.6、9.9 t·hm-2（圖6），小麥平均產量分別為4.5、8.5、8.3 t·hm-2，玉米平均產量為6.4、10.0、11.0 t·hm-2。3種作物均呈現隨著不施氮肥區產量的增加，實際作物產量增加的趨勢，但是在不同不施氮肥區產量水平下，氮肥減施均沒有顯著影響三大作物的產量。

2.3.2 土壤全氮 當土壤全氮含量＜1.5 g·kg-1、1.5—2 g·kg-1和＞2 g·kg-1時，氮肥減施下水稻平均產量分別為9.2、9.3、6.5 t·hm-2（圖7）；在土壤全氮含量＞2 g·kg-1，氮肥減施較常規施氮顯著提高了水稻產量。當土壤全氮含量＜0.75 g·kg-1、0.75—1 g·kg-1、＞1 g·kg-1時，氮肥減施下小麥平均產量為8.4、6.3、6.9 t·hm-2，在土壤全氮含量＞1 g·kg-1時，氮肥減施較常規施氮顯著降低了小麥產量。在土壤全氮含量＜1 g·kg-1、1—1.5 g·kg-1、＞1.5 g·kg-1時，氮肥減施下玉米平均產量為10.2、9.2、8.8 t·hm-2，在土壤全氮含量＞1.5 g·kg-1時，氮肥減施較常規施氮顯著降低玉米產量（圖7）。

FP：常規施氮；RNF：氮肥減施0—40%的所有處理。下同 FP means conventional N rate; RNF means reduced 0-40% N rate. The same as below

圖7 土壤全氮含量對氮肥減施后作物產量的影響

2.3.3 土壤有機質 當土壤有機質含量為10—20 g·kg-1、20—30 g·kg-1、＞30 g·kg-1時，氮肥減施下的水稻平均產量分別為9.2、8.9、6.9 t·hm-2（圖8），當土壤有機質含量＞30 g·kg-1，氮肥減施較常規施氮顯著提高了水稻產量。當土壤有機質含量為0—10 g·kg-1、10—20 g·kg-1、＞20 g·kg-1時，氮肥減施下的小麥平均產量為7.3、7.5、4.1 t·hm-2，當土壤有機質含量為10— 20 g·kg-1和＞20 g·kg-1，氮肥減施較常規施氮顯著降低了小麥產量。當土壤有機質含量為0—10 g·kg-1、10— 20 g·kg-1、＞20 g·kg-1時，氮肥減施下的玉米平均產量為9.4、9.5、10.4 t·hm-2，氮肥減施和常規施肥之間的產量無顯著差異。

2.3.4 土壤酸堿度 當土壤pH＜6.5時，氮肥減施下的水稻產量為6.6 t·hm-2，當土壤pH≥6.5時，水稻的產量為9.4 t·hm-2（圖9）。在pH＜6.5的土壤上，氮肥減施較常規施氮顯著提高了水稻的產量。當pH＜7時，氮肥減施下小麥和玉米的產量分別為6.1 t·hm-2和9.5 t·hm-2；當pH≥7時，氮肥減施下小麥和玉米的產量分別為7.4和9.7 t·hm-2（圖9）。小麥、玉米在不同pH條件下，常規施氮和氮肥減施之間的產量無差異。

圖8 土壤有機質的含量對氮肥減施后作物產量的影響

圖9 土壤酸堿度對氮肥減施后作物產量的影響

2.3.5 種植制度 當作物種植制度為一年一熟制時，水稻、小麥、玉米在氮肥減施下的產量分別為9.7、6.5、10.1 t·hm-2（圖10），當種植制度為一年兩熟制時，3種作物的產量分別為9.7、7.1、8.9 t·hm-2。在一年一熟的條件下，氮肥減施較常規施肥顯著降低了小麥產量；一年兩熟制的條件下，氮肥減施較常規施肥顯著降低了玉米產量。

圖10 種植制度對氮肥減施后作物產量的影響

2.3.6 肥料種類 普通肥料氮肥減施后水稻、小麥和玉米的產量分別為7.7、6.8、9.4 t·hm-2，施用控釋或緩釋肥料時，水稻、小麥和玉米氮肥減施后的產量分別為8.6、7.2、10.2 t·hm-2。當施用普通肥料時，氮肥減施較常規施肥顯著降低了小麥產量，但均未顯著影響水稻和小麥的產量（圖11）。

2.3.7 水分管理 灌溉條件下氮肥減施，小麥和玉米的產量分別為8.2、10.3 t·hm-2；雨養條件下氮肥減施，小麥和玉米產量分別為5.9、8.9 t·hm-2。雨養條件下，氮肥減施較常規施肥顯著降低了小麥產量（圖12）。

3 討論

3.1 氮肥減施對作物產量的總體影響

本研究發現在常規施氮量的基礎上，氮肥減施比例在0—40%范圍內并沒有顯著降低水稻產量，氮肥減施的比例在0—30%時，沒有顯著降低小麥和玉米的產量，而且氮肥減施的產量效應與農戶施氮水平沒有明顯的關系。說明我國主要糧食種植區農戶氮肥施用過量現象嚴重，這與前人報道的結果一致[6,14-15]。如我國太湖地區和東北黑土區水稻最佳施氮量分別為209、170 kg×hm-2[16-17]，而對農戶調研顯示，太湖地區和陜南秦巴山區水稻平均施氮量分別為303、158 kg×hm-2，分別有74%和22.6%的農戶過量施用氮肥[4,18]。另外，太湖地區、華北地區和陜西關中平原的小麥最佳氮肥施用量為169、119和138 kg×hm-2[19-21]；而汾渭平原農戶小麥平均施氮量為272.6 kg×hm-2，過量施肥的比例達到64%[5]。青海省小麥平均施氮量為159 kg×hm-2，過量施肥的比例達到40%[22]。在我國華北平原、河南洛陽地區和陜西關中平原玉米的最佳施氮量為129、139、和193 kg×hm-2[20-21,23]；而陜西關中平原玉米農戶施氮量為288 kg×hm-2，施氮量偏高和很高比例達78%[6]，東北地區農戶玉米平均施氮量為207 kg×hm-2，過量施氮的比例也達30%[24]。氮肥的過量施用造成作物株高較高、群體密度大、生物量大、內部透光性差、易引發病蟲害、導致作物產量降低[25-26]，或者導致作物生育后期貪青晚熟，易發生倒伏也導致產量降低[27]。此外，傳統施肥不僅用量高，而且基肥用量占整個生育期施氮量的一半及以上[6]，但由于作物苗期根系不發達，對肥料需求較小，不能高效利用，導致氮損失較多[28]。如氮肥過量施用使得我國北方農田硝態氮大量殘留[7]，南方稻田氣態氮損失嚴重[29]。加之，我國大氣氮沉降數量也較高，如陜西關中平原總氮沉降為25.8— 31.9 kg×hm-2[30]。另外，氮肥減施配合施用增效劑[31-33]或采用控釋氮肥[14,33]或普通氮肥結合深施[34]，這些措施均有利于減少氮素損失，提高氮肥利用效率[35]。因此，氮肥減施0—30%沒有顯著降低三大作物產量，在減施20%—30%時還顯著提高了水稻產量。

圖11 不同肥料種類對氮肥減施后作物產量的影響

圖12 灌溉和雨養管理對氮肥減施后作物產量的影響

3.2 不同土壤條件下氮肥減施對作物產量的影響

不施氮肥區產量反映了土壤基礎肥力，也包含土壤的無機氮含量狀況[36-37]。本研究發現不施氮肥區產量水平對氮肥減施的產量效應沒有顯著影響。這可能是因為土壤中殘留的無機氮水平較高，氮肥減施不會導致氮素供應不足。如ZHANG等[21]報道陜西關中平原許多地點在磷鉀供應充分的情況下施氮對小麥、玉米產量的影響不明顯，與土壤剖面殘留大量的無機氮有關。LIU等[38]也報道在不施氮肥區產量較低或較高時，施氮對產量均無顯著影響，表明在試驗施氮量范圍內氮素均可滿足作物生長。

在不同的土壤全氮含量下，氮肥減施的產量效應并不一致（圖7），如水稻在土壤全氮含量＞2 g·kg-1時，氮肥減施顯著提高水稻產量。土壤全氮較高意味著土壤有機質含量也較高，有機質含量高能改善土壤的物理性質，同時有機質礦化釋放的氮素是作物營養的重要氮源之一[39]，因此，氮肥減施避免氮過量的負面影響，進而顯著提升產量。小麥在土壤全氮含量＞1 g·kg-1，玉米在土壤全氮含量＞1.5 g·kg-1時，氮肥減施卻顯著降低產量。這可能是由于土壤中供氮能力主要與可礦化態氮相關[40]，而可礦化氮與全氮之間沒有穩定的比例[41]，因此全氮含量高的土壤可礦化態氮含量不一定高，加之在旱作條件下常常存在水分脅迫，影響有機質礦化釋放氮素，影響作物根系生長以及養分的遷移，在土壤無機氮殘留量較低時，氮肥減施后出現產量顯著降低的情況。

不同土壤有機質含量下氮肥減施對作物產量的影響也不相同。在有機質含量＞30 g·kg-1的土壤上，氮肥減施的水稻產量顯著高于常規產量，原因與土壤全氮較高時相同。而有機質含量＞20 g·kg-1的土壤，氮肥減施顯著降低小麥產量，沒有顯著影響玉米產量。如上所述小麥、玉米包含旱作和灌溉情況，特別是旱作冬小麥低溫時間長，加之常常存在水分脅迫，進而影響土壤有機質的礦化釋放有效氮，如果土壤無機氮殘留較少的情況下，減氮可能會引起小麥的氮素缺乏，最終降低產量。

在pH＜6.5的土壤上氮肥減施較常規顯著提高水稻產量。這可能是因為長期過量施氮導致了嚴重的土壤酸化，氮肥減施可能會減輕低pH的負面影響，如根系生長[42-43]、作物養分吸收[44-45]。然而小麥、玉米在pH＜7的土壤上氮肥減施沒有顯著影響產量。這可能與小麥和玉米主要種植在北方，pH＜6.5的樣本數較少有關。

3.3 不同管理措施下氮肥減施對作物產量的影響

本研究發現一年一熟制氮肥減施會降低小麥產量，而一年兩熟制氮肥減施會降低玉米產量。這可能因為一年一熟制一般是旱作小麥，旱作小麥常常遭遇水分脅迫，因此影響根系生長、養分遷移，進而影響養分吸收（如氮素）[46]，在減量施氮情況下可能存在養分脅迫的情況，因此減產。有研究報道即使小麥開花后遭遇水分脅迫，提高氮素水平，不僅提高花前同化產物向籽粒轉移的比例，延緩功能葉片的衰老，還能延長籽粒灌漿時間，提高小麥產量[47]。一年兩熟制氮肥減施降低玉米產量，可能是因為一年兩熟的玉米多為小麥/玉米輪作中灌溉夏玉米，玉米生育期間，溫度高、降雨量大，容易導致氮肥的氣態揮發、淋溶等損失，引起氮素供應強度不足造成減產，具體機理還需要進一步研究。但是水稻在兩種種植制度下氮肥減量的產量效應沒有差異，其中一年一熟的水稻大多來自我國東北地區，該地區土壤肥力高、土壤供肥能力強，減肥對產量影響小，而一年兩熟制的水稻常規施氮量（300 kg×hm-2）[14]遠高于推薦量（209 kg×hm-2）[16]，因此減少氮肥也不會影響作物產量。

普通肥料施用情況下氮肥減施顯著降低了小麥產量，沒有影響水稻和玉米產量；而控釋肥料減施后均未影響3種作物的產量。這可能是因為控釋氮肥能根據作物的生育期，調節氮供應速度和氮供應量[48-50]，在作物生長早期適量供應氮肥，生長中期大量供氮，生長晚期少量或者不供應氮[51]；還有控釋氮肥的使用能顯著減少氮的損失，LIU等[52]研究指出相較于普通氮肥的使用，控釋氮肥的使用后氮的徑流和淋溶損失以及氨揮發損失減少了20%—50%和17%—32%，保證作物全生育期氮素供給。不同肥料類型下，氮肥減施均沒有影響玉米和水稻的產量可能與這兩種作物生育期短、水分需求大、土壤濕度高，影響緩控釋氮肥或抑制劑的效果有關，如脲酶抑制劑尿素的分解受到土壤溫度、濕度的影響效果不穩定[53]，硫包膜氮肥容易發生包膜損壞[54]，具體原因需要進一步研究。

水分條件不同氮肥減施的作物產量效應有所不同；在旱作條件下，氮肥減施顯著降低了小麥產量，但是沒有影響玉米產量；而灌溉條件下氮肥減施均未影響小麥和玉米的產量，這可能與土壤水分含量不同有關。我國北方小麥生育期與雨季錯位，干旱條件下小麥次生根數量減少，根系活性降低[55]，加之水分不足也影響氮素的遷移，因此最終影響小麥吸收氮素，引起減產。有研究報道在輕度干旱條件下追施氮肥能夠緩解水分脅迫對小麥造成的不良影響[47,56]。而玉米生育期與雨季重合，不存在水分不足影響氮素吸收的問題。

4 結論

綜合全國近10年來文獻資料分析表明，在常規施氮量基礎上氮肥減施0—40%并未顯著影響水稻產量，減施0—30%對小麥和玉米產量均無顯著影響。說明目前我國三大糧食作物氮肥過量施用嚴重，氮肥減施是切實可行的。氮肥減施的作物產量效應因土壤性質以及管理措施有所不同，綜合考慮我國三大作物現階段氮肥減施30%較為合理。至于氮肥減施的持續性將取決于土壤殘留氮的多少，未來需要根據土壤測試進一步調整。

[1] 中華人民共和國國家統計局. 中國統計年鑒-2020. 北京: 中國統計出版社, 2020.

National Bureau of Statistics of People's Republic of China. China Statistical Yearbook-2020. Beijing:China Statistics Press, 2020. (in Chinese)

[2] 高曉寧. 長期輪作施肥對棕壤氮素形態轉化及其供氮特征的影響[D]. 沈陽: 沈陽農業大學, 2009.

GAO X N. Effect of long-term rotation and fertilization on transformation and supply of soil nitrogen[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2009. (in Chinese)

[3] ZHANG Y L, LI C H, WANG Y W, HU Y M, CHRISTIE P, ZHANG J L, LI X L. Maize yield and soil fertility with combined use of compost and inorganic fertilizers on a calcareous soil on the North China Plain. Soil and Tillage Research, 2016, 155: 85-94. doi:10. 1016/j.still.2015.08.006.

[4] 蔣孝松, 劉彩玲, 隋標, 董彩霞, 郭世偉. 太湖流域稻麥輪作體系施肥現狀分析與對策. 中國農學通報, 2012, 28(15): 15-18. doi:10. 3969/j.issn.1000-6850.2012.15.004.

JIANG X S, LIU C L, SUI B, DONG C X, GUO S W. Problems and proposals of the current fertilization situation in the rice-wheat rotation system in Tai Lake Basin. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2012, 28(15): 15-18. doi:10.3969/j.issn.1000-6850.2012.15. 004. (in Chinese)

[5] 韓燕, 鄭景瑞, 盧慧宇, 王云鳳, 羅彩霞, 杜文婷, 雷同, 張潤澤, 徐佳星, 胡昌錄, 張樹蘭. 汾渭平原農戶冬小麥氮磷養分投入調查與分析. 麥類作物學報, 2020, 40(11): 1382-1388. doi:10.7606/j.issn. 1009-1041.2020.11.13.

HAN Y, ZHENG J R, LU H Y, WANG Y F, LUO C X, DU W T, LEI T, ZHANG R Z, XU J X, HU C L, ZHANG S L. Investigation and analysis of nitrogen and phosphorus input for winter wheat in Fenwei plain. Journal of Triticeae Crops, 2020, 40(11): 1382-1388. doi:10. 7606/j.issn.1009-1041.2020.11.13. (in Chinese)

[6] 常艷麗, 劉俊梅, 李玉會, 孫本華, 張樹蘭, 楊學云. 陜西關中平原小麥/玉米輪作體系施肥現狀調查與評價. 西北農林科技大學學報(自然科學版), 2014, 42(8): 51-61. doi:10.13207/j.cnki.jnwafu.2014. 08.033.

CHANG Y L, LIU J M, LI Y H, SUN B H, ZHANG S L, YANG X Y. Investigation and evaluation of fertilization under winter wheat and summer maize rotation system in Guanzhong Plain, Shaanxi Province. Journal of Northwest A & F University (Natural Science Edition), 2014, 42(8): 51-61. doi:10.13207/j.cnki.jnwafu.2014.08.033. (in Chinese)

[7] ZHOU J Y, GU B J, SCHLESINGER W H, JU X T. Significant accumulation of nitrate in Chinese semi-humid croplands. Scientific Reports, 2016, 6: 25088. doi:10.1038/srep25088.

[8] ZHAO Z, CAO L K, DENG J, SHA Z M, CHU C B, ZHOU D P, WU S H, Lü W G. Modeling CH4and N2O emission patterns and mitigation potential from paddy fields in Shanghai, China with the DNDC model. Agricultural Systems, 2020, 178: 102743. doi:10.1016/ j.agsy.2019.102743.

[9] YANG Y Y, LIU L, ZHANG F, ZHANG X Y, XU W, LIU X J, LI Y, WANG Z, XIE Y W. Enhanced nitrous oxide emissions caused by atmospheric nitrogen deposition in agroecosystems over China. Environmental Science and Pollution Research, 2021, 28(12): 15350-15360. doi:10.1007/s11356-020-11591-5.

[10] XUE L H, YU Y L, YANG L Z. Maintaining yields and reducing nitrogen loss in rice–wheat rotation system in Taihu Lake region with proper fertilizer management. Environmental Research Letters, 2014, 9(11): 115010. doi:10.1088/1748-9326/9/11/115010.

[11] LIU Z J, CHEN Z J, MA P Y, MENG Y, ZHOU J B. Effects of tillage, mulching and N management on yield, water productivity, N uptake and residual soil nitrate in a long-term wheat-summer maize cropping system. Field Crops Research, 2017, 213: 154-164. doi:10.1016/j.fcr. 2017.08.006.

[12] 王道中, 張成軍, 郭熙盛. 減量施肥對水稻生長及氮素利用率的影響. 土壤通報, 2012, 43(1): 161-165. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2012.01. 031.

WANG D Z, ZHANG C J, GUO X S. Effects of lower fertilizer on rice growth and nitrogen use efficiency. Chinese Journal of Soil Science, 2012, 43(1): 161-165. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2012.01.031. (in Chinese)

[13] 尹彩俠, 李前, 孔麗麗, 秦裕波, 王蒙, 于雷, 劉春光, 王立春, 侯云鵬. 控釋氮肥減施對春玉米產量、氮素吸收及轉運的影響. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3941-3950. doi:10.3864/j.issn.0578-1752. 2018.20.012.

YIN C X, LI Q, KONG L L, QIN Y B, WANG M, YU L, LIU C G, WANG L C, HOU Y P. Effect of reduced controlled-release nitrogen fertilizer application on yield, nitrogen absorption and transportation of spring maize. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(20): 3941-3950. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.012. (in Chinese)

[14] DING W C, XU X P, HE P, ULLAH S, ZHANG J J, CUI Z L, ZHOU W. Improving yield and nitrogen use efficiency through alternative fertilization options for rice in China: a meta-analysis. Field Crops Research, 2018, 227: 11-18. doi:10.1016/j.fcr.2018.08.001.

[15] LI Y, LI Z, CUI S, CHANG S X, JIA C L, ZHANG Q P. A global synthesis of the effect of water and nitrogen input on maize () yield, water productivity and nitrogen use efficiency. Agricultural and Forest Meteorology, 2019, 268: 136-145. doi:10.1016/j.agrformet. 2019.01.018.

[16] 晏娟, 尹斌, 張紹林, 沈其榮, 朱兆良. 太湖地區稻麥輪作系統中氮肥效應的研究. 南京農業大學學報, 2009, 32(1): 61-66.

YAN J, YIN B, ZHANG S L, SHEN Q R, ZHU Z L. Studies on the nitrogen fertilizer application of rice-wheat rotation system in Taihu Lake Region. Journal of Nanjing Agricultural University, 2009, 32(1): 61-66. (in Chinese)

[17] 林娜, 張忠慶, 李韶山, 劉金華, 趙立剛, 王亞卿, 向井, 朱飛鴻, 楊靖民. 基于SPAD值確定東北黑土區水稻最佳施氮量及追肥時間. 中國農學通報, 2015, 31(33): 6-10.

LIN N, ZHANG Z Q, LI S S, LIU J H, ZHAO L G, WANG Y Q, XIANG J, ZHU F H, YANG J M. The optimal amount of fertilizer and additional manuring time of rice in the northeast black earth area based on SPAD. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2015, 31(33): 6-10. (in Chinese)

[18] 王小英, 劉芬, 同延安, 趙佐平. 陜南秦巴山區水稻施肥現狀評價. 應用生態學報, 2013, 24(11): 3106-3112. doi:10.13287/j.1001-9332. 2013.0534.

WANG X Y, LIU F, TONG Y A, ZHAO Z P. Present situation of rice fertilization in Qin-Ba mountainous area of southern Shaanxi, China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(11): 3106-3112. doi:10.13287/j.1001-9332.2013.0534. (in Chinese)

[19] 張均華, 劉建立, 張佳寶, 趙夫濤, 程亞南, 王偉鵬. 施氮量對稻麥干物質轉運與氮肥利用的影響. 作物學報, 2010, 36(10): 1736-1742.

ZHANG J H, LIU J L, ZHANG J B, ZHAO F T, CHENG Y N, WANG W P. Effects of nitrogen application rates on translocation of dry matter and utilization of nitrogen in rice and wheat. Acta Agronomica Sinica, 2010, 36(10):1736-1742. (in Chinese)

[20] 崔振嶺. 華北平原冬小麥—夏玉米輪作體系優化氮肥管理—從田塊到區域尺度[D]. 北京: 中國農業大學, 2005.

CUI Z L. Optimization of the nitrogen fertilizer management for a winter wheat-summer maize rotation system in the North China plain-from field to regional scale[D]. Beijing: China Agricultural University, 2005. (in Chinese)

[21] ZHANG S L, GAO P C, TONG Y N, NORSE D, LU Y L, POWLSON D. Overcoming nitrogen fertilizer over-use through technical and advisory approaches: a case study from Shaanxi Province, northwest China. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2015, 209: 89-99. doi:10.1016/j.agee.2015.03.002.

[22] 馮承彬, 李吉環, 白惠義, 劉景莉. 青海省春小麥農戶施肥狀況調查研究. 安徽農業科學, 2017, 45(36): 102-104, 148. doi:10.13989/ j.cnki.0517-6611.2017.36.032.

FENG C B, LI J H, BAI H Y, LIU J L. Investigation on current fertilization of spring wheat in Qinghai Province. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2017, 45(36): 102-104, 148. doi:10.13989/j. cnki.0517-6611.2017.36.032. (in Chinese)

[23] 游福欣, 王向陽, 王宗杰, 王定鄖, 劉迎鋒. 夏玉米最佳施氮量研究. 安徽農業科學, 2005, 33(5): 765-766. doi:10.13989/j.cnki.0517- 6611.2005.05.010.

YOU F X, WANG X Y, WANG Z J, WANG D Y, LIU Y F. Preliminary study on application amount of nitrogen in summer corn. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2005, 33(5): 765-766. doi:10.13989/j.cnki.0517-6611.2005.05.010. (in Chinese)

[24] 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. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(14): 229-231. (in Chinese)

[25] WU W, LIAO Y C, SHAH F, NIE L X, PENG S B, CUI K H, HUANG J L. Plant growth suppression due to sheath blight and the associated yield reduction under double rice-cropping system in central China. Field Crops Research, 2013, 144: 268-280. doi:10. 1016/j.fcr.2013.01.012.

[26] CASTILLA N P, LEA?O R M, ELAZHOUR F A, TENG P S, SAVARY S. Effects of plant contact, inoculation pattern, leaf wetness regime, and nitrogen supply on inoculum efficiency in rice sheath blight. Journal of Phytopathology, 1996, 144(4): 187-192. doi:10. 1111/j.1439-0434.1996.tb01512.x.

[27] WU W, NIE L, SHAH F, LIAO Y, CUI K, JIANG D, XIE J, CHEN Y, HUANG J. Influence of canopy structure on sheath blight epidemics in rice. Plant Pathology, 2014, 63(1): 98-108. doi:10.1111/ ppa.12078.

[28] 馬尚宇, 侯君佑, 王艷艷, 黃正來, 張文靜, 樊永惠, 馬元山. 稻麥輪作系統無機氮肥高效利用研究進展. 土壤通報, 2021, 52(6): 1496-1504. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2020110901.

MA S Y, HOU J Y, WANG Y Y, HUANG Z L, ZHANG W J, FAN Y H, MA Y S. Research progress on efficient utilization of inorganic nitrogen in rice and wheat rotation system. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(6): 1496-1504. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2020110901. (in Chinese)

[29] ZHU J G, HAN Y, LIU G, ZHANG Y L, SHAO X H. Nitrogen in percolation water in paddy fields with a rice/wheat rotation. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2000, 57(1): 75-82. doi:10.1023/A: 1009712404335.

[30] 梁婷, 同延安, 林文, 喬麗, 劉學軍, 白水成, 楊憲龍. 陜西省不同生態區大氣氮素干濕沉降的時空變異. 生態學報, 2014, 34(3): 738-745. doi:10.5846/stxb201211011517.

LIANG T, TONG Y A, LIN W, QIAO L, LIU X J, BAI S C, YANG X L. Spatial-temporal variability of dry and wet deposition of atmospheric nitrogen in different ecological regions of Shaanxi. Chinese Journal of Plant Ecology, 2014, 34(3): 738-745. doi:10.5846/ stxb201211011517. (in Chinese)

[31] 馬榮輝, 王瑞雪, 張杰, 董艷紅, 郭躍升, 徐鈺, 邱燕, 劉延生. 應用增效尿素減氮施肥對夏玉米產量及氮肥利用率的影響. 中國農技推廣, 2020, 36(7): 51-53. doi:10.3969/j.issn.1002-381X.2020.07. 022.

MA R H, WANG R X, ZHANG J, DONG Y H, GUO Y S, XU Y, QIU Y, LIU Y S. Effect of nitrogen-reducing fertilization with synergistic urea on yield of summer maize and nitrogen utilization efficiency. China Agricultural Technology Extension, 2020, 36(7): 51-53. doi:10.3969/j.issn.1002-381X.2020.07.022. (in Chinese)

[32] 郝小雨, 馬星竹, 高中超, 周寶庫. 氮肥管理措施對黑土春玉米產量及氮素利用的影響. 玉米科學, 2016, 24(4): 151-159. doi:10. 13597/j.cnki.maize.science.20160425.

HAO X Y, MA X Z, GAO Z C, ZHOU B K. Effects of nitrogen fertilizer management on spring maize yield and nitrogen utilization in black soil. Journal of Maize Sciences, 2016, 24(4): 151-159. doi:10. 13597/j.cnki.maize.science.20160425. (in Chinese)

[33] 王薇, 李子雙, 趙同凱, 李洪杰, 周曉琳. 控釋尿素減量施用對冬小麥和夏玉米產量及氮肥利用率的影響. 山東農業科學, 2016, 48(5): 83-85, 88. doi:10.14083/j.issn.1001-4942.2016.05.021.

WANG W, LI Z S, ZHAO T K, LI H J, ZHOU X L. Effects of decreasing controlled- release urea application rate on grain yield and nitrogen use efficiency of winter wheat and summer maize. Shandong Agricultural Sciences, 2016, 48(5): 83-85, 88. doi:10.14083/j.issn. 1001-4942.2016.05.021. (in Chinese)

[34] 彭術, 王華, 張文釗, 侯海軍, 陳安磊, 魏文學, 萬軍勇, 袁輝忠. 長期氮肥減量深施對雙季稻產量和土壤肥力的影響. 植物營養與肥料學報, 2020, 26(6): 999-1007. doi:10.11674/zwyf. 19406.

PENG S, WANG H, ZHANG W Z, HOU H J, CHEN A L, WEI W X, WAN J Y, YUAN H Z. Effect of long-term reduction and deep placement of nitrogen fertilizer on rice yield and soil fertility in a double rice cropping system. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2020, 26(6): 999-1007. doi:10.11674/zwyf. 19406. (in Chinese)

[35] XIA L L, LAM S K, CHEN D L, WANG J Y, TANG Q, YAN X Y. Can knowledge-based N management produce more staple grain with lower greenhouse gas emission and reactive nitrogen pollution? A meta-analysis. Global Change Biology, 2017, 23(5): 1917-1925. doi:10.1111/gcb.13455.

[36] WANG W N, LU J W, REN T, LI X K, SU W, LU M X. Evaluating regional mean optimal nitrogen rates in combination with indigenous nitrogen supply for rice production. Field Crops Research, 2012, 137: 37-48. doi:10.1016/j.fcr.2012.08.010.

[37] FAN M S, LAL R, CAO J, QIAO L, SU Y S, JIANG R F, ZHANG F S. Plant-based assessment of inherent soil productivity and contributions to China's cereal crop yield increase since 1980. PLoS One, 2013, 8(9): e74617. doi:10.1371/journal.pone.0074617.

[38] LIU L, YAO S, ZHANG H T, MUHAMMED A, XU J X, LI R N, ZHANG D J, ZHANG S L, YANG X Y. Soil nitrate nitrogen buffer capacity and environmentally safe nitrogen rate for winter wheat- summer maize cropping in Northern China. Agricultural Water Management, 2019, 213: 445-453. doi:10.1016/j.agwat.2018. 11.001.

[39] FAGERIA N K. Role of soil organic matter in maintaining sustainability of cropping systems. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2012, 43(16): 2063-2113. doi:10.1080/00103624. 2012.697234.

[40] 葉優良, 張福鎖, 李生秀. 土壤供氮能力指標研究. 土壤通報, 2001, 32(6): 273-277. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2001.06.009.

YE Y L, ZHANG F S, LI S X. Study on soil nitrogen supplying indexes. Chinese Journal of Soil Science, 2001, 32(6): 273-277. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2001.06.009. (in Chinese)

[41] 李菊梅, 王朝輝, 李生秀. 有機質、全氮和可礦化氮在反映土壤供氮能力方面的意義. 土壤學報, 2003, 40(2): 232-238. doi:10.3321/j. issn: 0564-3929.2003.02.011.

LI J M, WANG Z H, LI S X. Significance of soil organic matter, total n and minerali- zable nitrogen in reflecting soil n supplying capacity. Acta Pedologica Sinica, 2003, 40(2): 232-238. doi:10. 3321/j.issn: 0564-3929.2003.02.011. (in Chinese)

[42] 張昌愛, 勞秀榮. 保護地土壤模擬酸化對油菜根系的影響. 耕作與栽培, 2003(1): 48-50. doi:10.3969/j.issn.1008-2239.2003.01. 027.

ZHANG C A, LAO X R. Effect of simulated acidification of protected soil on root system of rape.Tillage and Cultivation, 2003(1): 48-50. doi:10.3969/j.issn.1008-2239.2003.01.027. (in Chinese)

[43] 張旭, 劉彥卓, 孔清霓, 黃農榮. 土壤pH對華南雙季稻旱育秧素質的影響試驗初報. 廣東農業科學, 1998, 25(2): 8-10. doi:10. 16768/j.issn.1004-874x.1998.02.004.

ZHANG X, LIU Y Z, KONG Q N, HUANG N R. Preliminary report on the effect of soil pH on the quality of dry-raised seedlings of double-cropping rice in South China. Guangdong Agriculturl Science, 1998, 25(2): 8-10. doi:10.16768/j.issn.1004-874x.1998.02.004. (in Chinese)

[44] 陳平平. 酸化土壤對水稻產量與氮利用效率的影響途徑研究[D]. 長沙: 湖南農業大學, 2015.

CHEN P P. Effect approach of acidified soil on yield and nitrogen utilization efficiency of rice[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2015. (in Chinese)

[45] 沈靜, 朱毅勇, 徐國華. 根際pH對水稻細胞膜質子泵基因表達的影響. 中國水稻科學, 2009, 23(4): 349-353. doi:10.3969/j.issn.1001- 7216.2009.04.03.

SHEN J, ZHU Y Y, XU G H. Effect of rhizosphere pH on the expression of plasma membrane H+-ATPase gene in rice plants. Chinese Journal of Rice Science, 2009, 23(4): 349-353. doi:10.3969/j. issn.1001-7216.2009.04.03. (in Chinese)

[46] 馬富舉, 李丹丹, 蔡劍, 姜東, 曹衛星, 戴廷波. 干旱脅迫對小麥幼苗根系生長和葉片光合作用的影響. 應用生態學報, 2012, 23(3): 724-730. doi:10.13287/j.1001-9332.2012.0097.

MA F J, LI D D, CAI J, JIANG D, CAO W X, DAI T B. Responses of wheat seedlings root growth and leaf photosynthesis to drought stress. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(3): 724-730. doi:10. 13287/j.1001-9332.2012.0097. (in Chinese)

[47] YANG J C, ZHANG J H, HUANG Z L, ZHU Q S, WANG L. Remobilization of carbon reserves is improved by controlled soil- drying during grain filling of wheat. Crop Science, 2000, 40(6): 1645-1655. doi:10.2135/cropsci2000.4061645x.

[48] 王寅, 馮國忠, 張天山, 茹鐵軍, 袁勇, 高強. 控釋氮肥與尿素混施對連作春玉米產量、氮素吸收和氮素平衡的影響. 中國農業科學, 2016, 49(3): 518-528. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016. 03.010.

WANG Y, FENG G Z, ZHANG T S, RU T J, YUAN Y, GAO Q. Effects of mixed application of controlled-release N fertilizer and common urea on grain yield, N uptake and soil N balance in continuous spring maize production. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(3): 518-528. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.010. (in Chinese)

[49] 樊小林, 劉芳, 廖照源, 鄭祥洲, 喻建剛. 我國控釋肥料研究的現狀和展望. 植物營養與肥料學報, 2009, 15(2): 463-473. doi:10. 3321/j.issn: 1008-505X.2009.02.032.

FAN X L, LIU F, LIAO Z Y, ZHENG X Z, YU J G. The status and outlook for the study of controlled-release fertilizers in China. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(2): 463-473. doi:10.3321/ j.issn: 1008-505X.2009.02.032. (in Chinese)

[50] AZEEM B, KUSHAARI K, MAN Z B, BASIT A, THANH T H. Review on materials & methods to produce controlled release coated urea fertilizer. Journal of Controlled Release, 2014, 181: 11-21. doi:10. 1016/j.jconrel.2014.02.020.

[51] 樊小林, 廖宗文. 控釋肥料與平衡施肥和提高肥料利用率. 植物營養與肥料學報, 1998, 4(3): 219-223.

FAN X L, LIAO Z W. Icreasing fertlizer use efficiency by means of controlled release fertilizer (crf) production according to theory and techniques of balanced fertilization. Plant Natrition and Fertilizen Science, 1998, 4(3): 219-223. (in Chinese)

[52] LIU R H, KANG Y H, PEI L, WAN S Q, LIU S P, LIU S H. Use of a new controlled-loss-fertilizer to reduce nitrogen losses during winter wheat cultivation in the Danjiangkou reservoir area of China. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2016, 47(9): 1137-1147. doi:10.1080/00103624.2016.1166245.

[53] 張文學, 王少先, 夏文建, 孫剛, 劉增兵, 李祖章, 劉光榮. 脲酶抑制劑與硝化抑制劑對稻田土壤硝化、反硝化功能菌的影響. 植物營養與肥料學報, 2019, 25(6): 897-909.

ZHANG W X, WANG S X, XIA W J, SUN G, LIU Z B, LI Z Z, LIU G R. Effects of urease inhibitor and nitrification inhibitor on functional nitrifier and denitrifier in paddy soil. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2019, 25(6): 897-909. (in Chinese)

[54] 谷佳林, 徐凱, 付鐵梅, 張東雷, 佟國香, 羅軍, 佟二建, 衣文平, 徐秋明. 不同密閉材料硫包衣尿素氮素釋放特性及對夏玉米生長的影響. 植物營養與肥料學報, 2011, 17(3): 630-637.

GU J L, XU K, FU T M, ZHANG D L, TONG G X, LUO J, TONG E J, YI W P, XU Q M. Nitrogen release characteristics of different hermetic material sulfur coated urea and their effects on summer maize. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(3): 630-637. (in Chinese)

[55] 王晨陽, 馬元喜. 不同土壤水分條件下小麥根系生態生理效應的研究. 華北農學報, 1992, 7(4): 1-8.

WANG C Y, MA Y X. Ecological and physiological effects on root systems of wheat under different soil water conditions. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 1992, 7(4): 1-8. (in Chinese)

[56] 張慧娜, 王志強, 林同保. 不同水分條件下追施氮肥對小麥生物量及氮素利用的影響. 麥類作物學報, 2010, 30(6): 1104-1109.

ZHANG H N, WANG Z Q, LIN T B. Effects of nitrogen topdressing under different water conditions on the wheat nitrogen utilization and distribution. Journal of Triticeae Crops, 2010, 30(6): 1104-1109. (in Chinese)

Effects of Reducing Nitrogen Application Rate on the Yields of Three Major Cereals in China

DU WenTing, LEI XiaoXiao, LU HuiYu, WANG YunFeng, XU JiaXing, LUO CaiXia, ZHANG ShuLan

College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agro-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi

The present study investigated the effects of reducing nitrogen application rate on the yields of three major cereals in China and its relationship with soil and other factors, so as to clarify the feasibility of reducing nitrogen application.90 published papers from 2010 to 2021 were collected and analyzed the effects of different nitrogen fertilizer reduction ratios on yield, and its relationship with planting systems and different conditions (fertilizer type, soil organic matter content, total nitrogen, soil pH, and water management).Compared with conventional fertilization rate, 0-40% nitrogen reduction did not significantly reduce the yield of rice, 0-30% nitrogen reduction did not significantly affect the yields of wheat and maize, when the nitrogen reduction was 30%-40%, the yield of wheat and maize significantly reduced by 6.1% and 5.4%, respectively. The yield level without nitrogen input area did not significantly affect crop yield of the three cereals following reduction of nitrogen rate. When soil total nitrogen was more than 2 g·kg-1, rice yield with reduced nitrogen application (6.5 t·hm-2) was significantly higher than that with conventional nitrogen application (6.3 t·hm-2); when total nitrogen was more than 1 g·kg-1, wheat yield with reduced nitrogen application (6.9 t·hm-2) was significantly lower than that with conventional nitrogen application (7.4 t·hm-2); when total nitrogen was more than 1.5 g·kg-1, maize yield with reduced nitrogen application (8.8 t·hm-2) was significantly lower than that with conventional nitrogen application (9.1 t·hm-2). When soil organic matter content was more than 30 g·kg-1, rice yield with reduced nitrogen application (6.9 t·hm-2) was significantly higher than that with conventional nitrogen application (6.7 t·hm-2), but soil organic matter content were 10-20 g·kg-1and more than 20 g·kg-1, the reducing nitrogen application significantly reduced wheat yield. When soil pH was lower than 6.5, rice yield with reduced nitrogen application (6.6 t·hm-2) was significantly higher than that with conventional nitrogen application (6.4 t·hm-2). Wheat yield (6.6 t·hm-2) with reducing nitrogen application under single cropping was significantly higher than that with conventional nitrogen application (5.9 t·hm-2); maize yield (8.9 t·hm-2) with reducing nitrogen application under double cropping was significantly lower than that with conventional nitrogen application (9.1 t·hm-2). Based on common fertilizer, wheat yield with reducing nitrogen application (6.8 t·hm-2) was significantly lower than that with conventional nitrogen application (7.1 t·hm-2). Under rainfed, wheat yield with reducing nitrogen application (5.9 t·hm-2) was significantly lower than that with conventional nitrogen application (6.6 t·hm-2).The yield of three major cereals in China can be maintained by reducing conventional nitrogen application rate by 30% although crop yield varied to certain extent with soil properties and management measures. Therefore, the reduced application of nitrogen fertilizer needed to be adjusted according to soil properties and management practices to achieve high yield and high nitrogen efficiency.

wheat; maize; rice; reducing nitrogen application rate; management practices; soil properties

2021-10-22；

2022-01-17

國家重點研發計劃（2016YFD0800105）

杜文婷，E-mail：duwentinga@163.com。通信作者張樹蘭，E-mail：zhangshulan@nwafu.edu.cn

（責任編輯 李云霞）