不同施肥模式對春玉米產量?氮肥農學利用率及礦質氮分布規律的影響

付佩 李佳笑 吳得峰

摘要 [目的]以華陰市廢棄地為研究對象，以春玉米為試材，研究不同施肥模式對春玉米產量、氮肥農學利用率及礦質氮分布規律的影響。[方法]設置對照組（CK）、單施化肥處理（NPK）、70%化肥+30%有機肥（7F+3M）、50%化肥+50%有機肥（5F+5M）、30%化肥+70%有機肥（3F+7M）、優化施肥+硝化抑制劑（Opt+DMPP）6種施肥模式，2019年6月至2020年11月分別對不同施肥模式的試驗區域表層及剖面土壤進行取樣，探究不同施肥模式對土壤表層硝態氮、銨態氮及土壤剖面硝態氮分布的影響并比較不同施肥式下2年春玉米產量的變化。[結果]2年有機無機肥配施顯著增加春玉米產量（14.02 t/hm2），增幅為6.05%，Opt+DMPP處理產量為13.38 t/hm2，產量增幅不顯著（P>0.05）;Opt+DMPP氮肥農學利用率最高為42.18 kg/kg;與NPK（35.03 kg/kg）相比，3F+7M顯著增加氮肥農學利用率至39.06 kg/kg，3F+7M增加氮肥偏生產力至70.11 kg/kg，Opt+DMPP顯著增加氮肥偏生產力，增幅為19.13%。不同施氮模式之間表層硝態氮含量存在顯著差異（P<0.05）。與NPK相比，有機無機肥配施處理，硝態氮峰值顯著降低;在優化施氮基礎上，添加DMPP可進一步降低硝態氮峰值31.4%。不同施氮模式下0～20 cm土層銨態氮含量之間無顯著差異（P>0.05）;0～200 cm土壤中硝態氮的殘留量表現為NPK >7F+3M>5F+5M>Opt+DMPP>3F+7M。[結論]7F+3M施肥模式能有效增加春玉米產量，Opt+DMPP可以顯著提高氮肥農學利用率和偏生產力，降低土壤表層和剖面硝態氮含量，為有機無機配施提高作物產量和保護土壤質量的研究提供參考。

關鍵詞 有機無機肥配施;硝化抑制劑;氮肥農學利用率;硝態氮;銨態氮

中圖分類號 S513? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）10-0134-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.10.030

Effects of Different Fertilization Patterns on Yield， Nitrogen Use Efficiency and Mineral Nitrogen Distribution of Spring Maize

FU? Pei1，LI Jia-xiao1，WU De-feng2

（1.Shaanxi Land Engineering Construction Group Land Comprehensive Development Co.， Ltd.，Xi’an，Shaanxi 710075;2.Northwest Branch of Shaanxi Land Engineering Construction Group Co.， Ltd.， Yulin，Shaanxi 719000）

Abstract [Objective]To investigate the effects of different fertilization patterns on yield and nitrogen use efficiency of spring maize in abandoned land of Huayin City.[Method]Six fertilization modes were set up， including control group （CK）， chemical fertilizer treatment （NPK）， 70% chemical fertilizer+30%organic fertilizer （7F+3M），50%chemical fertilizer+50% organic fertilizer （5F+5M）， 30%chemical fertilizer+70% organic fertilizer （3F+7M）， and optimized fertilization + nitrification inhibitor （Opt+DMPP）. The surface and profile soil samples of different fertilization modes were collected from June 2019 to November 2020. The effects of different fertilization modes on the distribution of nitrate nitrogen， ammonium nitrogen in surface soil and nitrate nitrogen in soil profile were explored， and the changes of spring maize yield in two years under different fertilization modes were compared.?? [Result]The combination of organic and inorganic fertilizers significantly increased the yield of spring maize （14.02 t/hm2）， with an increase of 6.05%， and the yield of Opt + DMPP treatment was 13.38 t/hm2， with an insignificant increase （P>0.05）.Opt+DMPP had the highest nitrogen agronomic efficiency of 42.18 kg/kg.Compared with NPK （35.03 kg/kg）， 3F+7M significantly increased nitrogen agronomic efficiency to 39.06 kg/kg， 3F+7M increased nitrogen partial productivity to 70.11 kg/kg， and Opt+DMPP significantly increased nitrogen partial productivity by 19.13%. There were significant differences in surface nitrate content among different nitrogen application modes （P>0.05 ）. Compared with NPK treatment， the peak value of nitrate nitrogen decreased significantly under combined application of organic and inorganic fertilizers. On the basis of optimized nitrogen application， the addition of DMPP could further reduce the peak value of nitrate nitrogen by 31.4 %.? There was no significant difference in ammonium nitrogen content in 0-20 cm soil layer under different nitrogen application modes （P>0.05）.Through two years of data analysis showed that： 0-200 cm soil nitrate nitrogen residue performance： NPK > 7F+3M > 5F+5M >Opt+DMPP> 3F+7M.[Conclusion] 7F+3M fertilization model could effectively increase the yield of spring maize. Opt+DMPP could significantly improve the agronomic efficiency and partial productivity of nitrogen fertilizer， and reduce the content of nitrate nitrogen in soil surface and profile， which provided a reference for improving crop yield and protecting soil quality by combined application of organic and inorganic fertilizers.

Key words Combined application of organic and inorganic fertilizers;Nitrification inhibitor;Nitrogen agronomic efficiency;Nitrate nitrogen;Ammonium nitrogen

基金項目 陜西省土地工程建設集團內部科研項目（DJNY2019-6，DJNY2021-4）。

作者簡介 付佩（1986—），女，陜西咸陽人，高級工程師，碩士，從事土地工程、分析化學研究。

通信作者，碩士，從事土壤碳氮循環研究。

收稿日期 2021-07-27

糧食是民生之本，保障糧食安全是維護國家安全的重要基礎。玉米作為我國三大主糧之一，其需求量和產量均逐年遞增[1]。我國國家統計局公布的數據顯示，2019年全國玉米產量為26 077.89萬t，單位面積產量為6 104.29 kg/hm2;2020年我國玉米產量為26 067.00萬t，單位面積產量為6 316.70 kg/hm2[2]。習近平總書記高度重視糧食問題，曾強調：“中國人的飯碗任何時候都要牢牢端在自己手上”。玉米的穩產增產對中國人“端牢中國飯碗”具有重要意義。玉米也是陜西省重要的糧食作物[3]。陜西玉米的穩產增產對保障國家糧食安全具有重要意義，合理施肥是提高陜西玉米產量、促進陜西玉米增產穩產的重要手段之一。

在過去的近30年中，我國的化肥生產和消費量均為世界首位，其產量和用量約占世界化肥產量和用量的30%[3]。但農作物產量的增長率則呈下滑趨勢。造成這種現象的主要原因是化肥的不合理施用導致化肥利用率低[4-6]，作物品質下降，產量降低[7-8]。我國施用的氮肥中平均每年有45%通過各種方式流失[9]。這些流失的氮一方面通過徑流、滲透等途徑引起水體富營養化，嚴重危害水體和土壤的健康[10];另一方面通過氨氣揮發的形式和反硝化作用進入大氣，嚴重危害大氣環境，此外，這些流失的氮素通過污染飲用水和食物進入動物及人體的消化道中破壞了腸道菌群穩態[11]，危害人體健康[12]。

針對這種現象，有機無機配施成為近些年作物穩產增產的研究熱點和突破點之一[13]。有機肥無機肥配施在提高作物產量和品質的同時還對有效提升土壤肥力、提高土壤微生物活性和多樣性起到至關重要的作用[14-16]。馮悅晨等[17]以夏玉米為試材，探索有機無機肥配施對夏玉米產量及水氮利用的影響，結果發現相較于單施化肥和單施有機肥，有機無機配施可顯著提高夏玉米產量，提升土壤剖面（0～200 cm）貯水能力，降低土壤剖面（0～300 cm）殘留硝態氮含量，說明有機無機肥配施在提高旱作夏玉米產量的同時還能夠提升土壤的保水能力、降低氮素淋失造成環境污染的風險。蘆海靈等[18]通過施用不同比例的有機肥、餅肥、生物炭與氮磷鉀化肥，探究有機無機肥配施對芝麻產量及土壤性狀的影響，發現有機無機肥合理配施能夠顯著提升芝麻產量、品質。對土壤保水性等理化性質和土壤中蔗糖酶活性也起到改善作用，土壤蔗糖酶活性較對照提高33.3%。說明有機無機肥合理配施可提升作物產量和土壤品質。鄭利芳等[19]以陜西黃土旱塬春玉米為試材，研究減氮配施不同比例有機無機控釋肥和減量施氮對春玉米產量、水分利用效率及土壤硝態氮殘留量的影響，發現合理配施既可以提高春玉米產量，還可以提高土壤的水分利用效率，減少收獲期0～300 cm土層土壤中硝態氮殘留量，為黃土高原旱作農業區春玉米的合理施肥管理提供參考。筆者以華陰市廢棄地為研究對象，基于2年的田間試驗觀察，通過設置不同有機無機配施的施肥模式，研究其對土壤養分及春玉米產量的影響，探明不同有機無機配施對土壤中硝態氮、銨態氮分布的影響和春玉米產量變化規律;篩選出一種適合于該地區春玉米種植的施肥管理措施，以期為陜西地區春玉米的施肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省華陰市（110°09′E，34°58′N，海拔347 m），為暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候，根據華陰市氣象局資料統計，年均降水量為529～ 638 mm，年平均氣溫為13.5 ℃。該地區土壤多為砂質土，土體養分瘠薄，0～20 cm土層土壤有機質含量為18.3 g/kg，全氮含量為0.72 g/kg，有效磷含量為4.1 mg/kg，速效鉀含量為70.0 mg/kg。

1.2 試驗材料 供試作物為春玉米，品種為天丞288。

1.3 試驗設計

共設6個處理：

①對照（CK，0 kg/hm2）;

②單施化肥處理（NPK，200 kg/hm2，春玉米氮肥施用量參考當地農業推廣部門的調查，即200～300 kg/hm2）;

③70%化肥+30%有機肥（7F+3M，無機肥140 kg/hm2+有機肥60 kg/hm2）;

④50%化肥+50%有機肥（5F+5M，無機肥100 kg/hm2+有機肥100 kg/hm2）;

⑤30%化肥+70%有機肥（3F+7M，無機肥60 kg/hm2+有機肥140 kg/hm2）;

⑥優化施肥+硝化抑制劑（Opt+DMPP，化肥施用量減少15%）。

春玉米施純氮220 kg/hm2、P2O5 26 kg/hm2、硫酸鉀75 kg/hm2，每個處理重復3次，隨機區組排列，供試肥料為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O5 12%）、硫酸鉀（含鉀18.3%），各處理以等氮量為基準，所有肥料均在種植前一次性作為基肥均勻撒施，并翻入0～20 cm土壤中。

田間試驗小區分為取樣區和收獲區，土壤和植株樣品均在取樣區采集，收獲區用于收獲記錄產量。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 玉米產量。

玉米產量（t/hm2）：6株玉米風干重（kg）×57 000（株/hm2）/（5×1 000）。

1.4.2 氮肥農學利用率和氮肥偏生產力。

氮肥農學利用率（AE）=（施氮處理產量-不施氮處理產量）（kg）/施氮量（kg）[17];

氮肥偏生產力（PFPN）= 施肥后收獲區春玉米產量（kg）/該施肥區化肥使用量（kg）[18]。

1.4.3 土壤表層硝態氮、銨態氮含量。

自2019年6—11月至2020年6—11月每60 d對不同施肥模式的試驗區域土壤進行取樣，采集0～20 cm的表層土壤，每個施肥模式的試驗區隨機選取 5點。將每個施肥模式試驗區的5個土樣混合后拿回實驗室干燥研磨，過5 mm篩后，用100 mL KCl（2 mol/L）浸提土樣，濾液用流動分析儀測定土壤硝態氮和銨態氮含量。

1.4.4 土壤剖面硝態氮含量。

2019、2020年分別對不同施肥模式的試驗區域土壤用土鉆取樣，采集深度為0～200 cm的土層，間隔距離為20 cm，每個施肥模式的試驗區隨機選取 5點。分別將每個施肥模式試驗區采集的土樣混合后拿回實驗室干燥研磨，過 5 mm篩后，用100 mL KCl（2 mol/L）浸提土樣，濾液用流動分析儀測定土壤硝態氮和銨態氮含量。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對春玉米產量的影響

不同施肥模式下春玉米2年間產量的變化見表1。由表1可知，2019年5種不同模式施肥處理春玉米產量平均為13.23 t/hm2，CK春玉米產量僅為8.03 t/hm2，施肥處理的春玉米產量是CK春玉米產量的1.65倍。2020年5種不同模式施肥處理春玉米產量平均為14.20 t/hm2，CK處理春玉米產量僅為4.39 t/hm2，施肥處理的春玉米產量是CK春玉米產量的3.23倍。說明有機無機肥配施處理顯著增加了春玉米產量（P<0.05），與2019年相比，2020年CK的春玉米產量顯著下降，這主要是因為第一年種植，土壤養分殘留比較大，第二年種植，隨著養分消耗，產量下降較顯著。

與NPK（13.22 t/hm2）相比，有機無機肥配施顯著增加春玉米產量（14.02 t/hm2），增幅為6.05%，Opt+DMPP處理產量為13.38 t/hm2，產量增幅不顯著（P>0.05），這說明在施肥量減少15%的情況下，春玉米產量不降低。

2.2 不同施肥模式對氮肥農學利用率和氮肥偏生產力的影響

不同施肥模式對氮肥農學利用率的影響見表2。從表2可以看出，Opt+DMPP（42.18 kg/kg）的氮肥農學利用率最高，其次為7F+3M（40.22 kg/kg）>3F+7M（39.06 kg/kg）>5F+5M（37.87 kg/kg）>NPK（35.03 kg/kg），Opt+DMPP氮肥農學利用率最高，主要是因為Opt+DMPP處理在施肥量減少15%的同時，春玉米產量保持穩定所致。與NPK（35.03 kg/kg）相比，有機無機肥配施（39.06 kg/kg）顯著增加氮肥農學利用率，增幅為11.5%。

不同施肥模式對氮肥偏生產力的影響見表2。從表2可以看出，不同處理間氮肥偏生產力表現為Opt+DMPP（78.71 kg/kg）>7F+3M（71.27 kg/kg）>3F+7M（70.11 kg/kg）>5F+5M（68.92 kg/kg）>NPK（66.07 kg/kg），與NPK相比，有機無機肥配施（70.11 kg/kg）增加氮肥偏生產力，但增加不顯著（P>0.05），Opt+DMPP（78.71 kg/kg）氮肥偏生產力顯著增加，增幅為19.13%。

2.3 不同施肥模式對土壤表層硝態氮動態變化的影響

從圖1可以看出，不同施氮模式之間表層硝態氮含量存在顯著差異（P<0.05）。在CK中，土壤硝態氮含量在2.94～51.5 mg/kg，平均為22 mg/kg。不同施氮處理的硝態氮含量與氮肥的使用量和降雨量有很高的響應。施肥后，0～20 cm土層中硝態氮含量明顯上升。在7月1日硝態氮含量達到最高峰，NPK的峰值最大（159.12 mg/kg），其次是5F+5M（132.62 mg/kg）、7F+3M（128.5 mg/kg）、3F+7M（122.63 mg/kg），Opt+DMPP（109.1 mg/kg）的最小。與NPK相比，有機無機肥配施處理，硝態氮峰值顯著降低。而在優化施氮基礎上，添加DMPP可進一步降低硝態氮峰值31.4%，這可能是由于硝化抑制劑和緩控施肥降低了氮肥的釋放速率。之后隨著作物生長旺盛、需肥量增加，硝態氮含量迅速下降。此外，土壤表層硝態氮含量的變化規律與降雨有關，在雨后，硝態氮含量也會迅速增加。

2.4 不同施肥模式對土壤表層銨態氮動態變化的影響

從圖2可以看出，不同施氮模式下0～20 cm土層銨態氮含量之間無顯著差異（P>0.05）。在CK中，土壤銨態氮含量在0.79～9.71 mg /kg，平均為4.45 mg/kg。與CK相比，施氮能顯著提高銨態氮含量。施氮后，優化施氮模式的銨態氮含量率先達到峰值，這可能是由于添加硝化抑制劑和緩控施氮抑制了土壤中硝化作用的進行，反而使銨態氮含量增加。與NPK（6.08 mg/kg）相比，優化施氮模式降低了土壤中銨態氮峰值，但在優化施氮的基礎上，添加硝化抑制劑和緩控施氮反而提高了銨態氮的峰值。

2.5 不同施肥模式對土壤剖面硝態氮殘留的影響

由圖3可知，不同施氮模式間土壤剖面硝態氮殘留量差異顯著（P<0.05）。與CK相比，各施氮處理0～200 cm土壤中硝態氮的殘留量均顯著增高，這表明施氮可以增加土壤中硝態氮的殘留量。通過對2年數據分析表明，0～200 cm土壤中硝態氮的殘留量表現為NPK >7F+3M>5F+5M>Opt+DMPP>3F+7M。與NPK相比，3F+7M、5F+5M、7F+3M和Opt+DMPP硝態氮的殘留量分別降低了49.42%、40.49%、39.11%和41.35%。3種有機無機肥配施之間土壤硝態氮的殘留量表現為7F+3M>5F+5M>3F+7M。

3 討論

該研究基于華陰市廢棄地的研究背景，以當地主栽作物春玉米為研究對象，通過設置傳統施肥（NPK）與不同比例有機無機肥配施處理相對照，得出70%化肥+30%有機肥（7F+3M）處理是該地區中低肥力農田的最佳施肥方式，在最佳施肥方式下能夠實現優質、高產高效的目的，首先表現在春玉米上，經2年試驗證明，70%化肥+30%有機肥（7F+3M）不僅有利于提高氮肥的農學利用率和氮肥偏生產力，改善耕層土壤對氮肥的利用情況，從而達到玉米增產穩產的效果，其次在優化施肥的基礎上使用硝化抑制劑（Opt+DMPP）可以降低土壤表面和土壤剖面硝態氮的殘留量，對于土壤質量的保護和提升意義重大[20]。

該研究結果與黃濤等[21]、苗艷芳等[22]的研究結果相似。黃濤等[21]認為對減少旱地地表徑流總氮流失總量的效果中，施用有機肥的試驗組明顯優于純化肥處理的對照組，有機肥處理玉米土壤表層氮素累積量與氮素利用率略低于純化肥處理，這與該研究中土壤表面及土壤剖面硝態氮殘留量的結果相似。苗艷芳等[22]研究永壽和洛陽2地小麥產量與施氮模式的關系，發現永壽對照小麥產量與土壤剖面硝態氮積累量密切相關，而洛陽小麥產量和土壤剖面硝態氮積累量之間無明顯關系;但2地土壤積累的硝態氮都與施氮增產量緊密相關。土壤中硝態氮、銨態氮的分布情況和積累情況的差異可能與當地降水情況有關，可見玉米的產量指標與土壤礦質氮素殘留量之間的關系還有待進一步研究。

4 結論

該研究以廢棄地為研究對象，在2019年4月至2020年9月，通過設置6個不同有機無機肥配施比例，定期監測了土壤硝銨態氮和作物產量變化。結果表明，

與NPK（13.22 t/hm2）相比，有機無機肥配施顯著增加春玉米產量（14.02 t/hm2），增幅為6.05%，Opt+DMPP處理產量為13.38 t/hm2，增加不顯著。

與NPK（35.03 kg/kg）相比，有機無機肥配施（39.06 kg/kg）顯著增加氮肥農學利用率，增幅為11.5%。與NPK（66.07 kg/kg）相比，有機無機肥配施（70.11 kg/kg）增加氮肥偏生產力，但增加不顯著（P>0.05），Opt+DMPP（78.71 kg/kg）氮肥偏生產力顯著增加，增幅為19.13%。

各處理間土壤表層硝態氮動態變化與降雨量及降雨頻率呈現一定的相關性。與NPK相比，有機無機肥配施處理土壤表層硝態氮峰值顯著降低。而在優化施氮基礎上，添加DMPP可進一步降低硝態氮峰值，降幅達31.4%。不同施氮模式下0～20 cm土層銨態氮含量之間無顯著差異;0～200 cm土壤中硝態氮的殘留量表現為NPK>7F+3M>5F+5M>Opt+DMPP>3F+7M。

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