秸稈還田與氮肥運(yùn)籌對土壤礦質(zhì)氮及春玉米產(chǎn)量的影響

趙君 張巧仙 郝旺林 杜京旗

趙 君，張巧仙，郝旺林，等. 秸稈還田與氮肥運(yùn)籌對土壤礦質(zhì)氮及春玉米產(chǎn)量的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（7）：248-255.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.07.033

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系，山西呂梁 033000）

摘要：為了闡明秸稈還田與氮肥運(yùn)籌對土壤礦質(zhì)氮及春玉米產(chǎn)量的影響，研發(fā)東北冷涼區(qū)農(nóng)田土壤氮素供應(yīng)能力提高的秸稈還田技術(shù)，采用田間連續(xù)定位試驗(yàn)，對比分析了秸稈還田（不還田、粉碎翻壓還田、堆腐旋耕還田）與氮肥運(yùn)籌（180、210、240 kg/hm2；氮肥基施、氮肥后移）作用下土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮及春玉米產(chǎn)量的變化行為。結(jié)果表明，秸稈還田配施氮肥顯著影響土壤礦質(zhì)氮組分含量及春玉米產(chǎn)量，其變化行為受秸稈還田方式、施氮模式和生育時期的多重制約。與秸稈不還田相比，秸稈還田配施氮肥能夠提高0～20 cm土層硝態(tài)氮含量，這與銨態(tài)氮的變化行為正好相反。隨著施氮量增加，秸稈還田處理土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量和春玉米產(chǎn)量總體呈增加趨勢。隨著土層加深，秸稈還田處理土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量總體呈現(xiàn)降低或先增加后降低或先降低后增加再降低的變化趨勢。與配施低量氮肥（180 kg/hm2）相比，秸稈還田配施高量氮肥（210、240 kg/hm2）處理土壤硝態(tài)氮累積峰峰值明顯增大，且隨著生育時期推進(jìn)累積峰向下層遷移。與秸稈粉碎翻壓還田相比，秸稈堆腐旋耕還田對土壤硝態(tài)氮的正向效應(yīng)主要發(fā)生在生育前期（5月10日至6月9日），且更容易引起銨態(tài)氮的下移累積。氮肥用量是土壤硝態(tài)氮累積的主要驅(qū)動因子，氮肥用量和秸稈還田方式是土壤銨態(tài)氮累積的主要驅(qū)動因子。綜合考慮土壤礦質(zhì)氮、春玉米產(chǎn)量、氮損失風(fēng)險等因子，在東北農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，秸稈粉碎翻壓還田+210 kg/hm2的秸稈還田技術(shù)具有優(yōu)化氮素管理、提高作物產(chǎn)量的潛力。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；施氮方式；礦質(zhì)氮組分；動態(tài)行為；春玉米；產(chǎn)量

中圖分類號：S153.6；S513.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1002-1302（2024）07-0248-08

東北地區(qū)是我國春玉米生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)，在保障國家糧食安全和生態(tài)安全方面發(fā)揮著極其重要的作用。遼寧省每年春玉米播種面積穩(wěn)定在230萬hm2以上，其商品糧、人均占有量和調(diào)出量均居全國前列［1］。氮肥能夠促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量，其糧食增產(chǎn)貢獻(xiàn)率為30％～50％［2］。然而，近年來過量施用氮肥現(xiàn)象仍十分嚴(yán)重，這不僅造成利用效率降低、肥料資源浪費(fèi)，還引起土壤酸化、溫室效應(yīng)等一系列潛在環(huán)境風(fēng)險［3-4］。土壤硝態(tài)氮淋溶對水體富營養(yǎng)化、大氣污染和生態(tài)環(huán)境惡化均有重要影響［5］。土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅吭礁撸饺菀滓鹆苋埽虼藴p少土壤硝態(tài)氮?dú)埩羰墙档拖鯌B(tài)氮淋溶風(fēng)險的有效手段。陳金等的研究表明，玉米秸稈還田能夠降低0～60 cm土層51％～61％的硝態(tài)氮?dú)埩袅浚?］。張丹等研究發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈還田能夠降低油菜收獲后根層土壤12％～55％的硝態(tài)氮?dú)埩袅浚?］。然而黃志浩等在吉林四平試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，等量養(yǎng)分條件下，秸稈還田后收獲期0～40 cm土層硝態(tài)氮?dú)埩袅吭黾?8％［8］。可見秸稈還田對土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅坑兄匾绊懀骄拷斩掃€田與氮肥互作調(diào)控土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅浚瑢τ诮档屯寥老鯌B(tài)氮淋溶和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

作物秸稈含有多種營養(yǎng)元素和有機(jī)物質(zhì)，其合理利用可實(shí)現(xiàn)資源高效利用，助推農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展［9］。秸稈碳氮比（C/N）是決定秸稈還田后土壤氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因子，作物秸稈C/N較高，還田后腐解需配施定量氮肥，否則容易造成土壤氮素固持而影響作物生長［10］。研究表明，秸稈還田配施氮肥可促進(jìn)秸稈降解，提高土壤礦質(zhì)氮含量，進(jìn)而提高土壤供氮能力［11］。但也有研究表明，受施肥影響，秸稈還田后輕組有機(jī)質(zhì)分解速率變慢，導(dǎo)致土壤礦質(zhì)氮含量降低［12］。張忠學(xué)等研究認(rèn)為，秸稈還田配合施氮降低了表層土壤銨態(tài)氮含量，硝態(tài)氮含量變化行為因施氮水平而異［13］。閆德智等研究認(rèn)為，添加秸稈后，土壤礦質(zhì)氮含量和凈氮礦化速率均顯著降低［14］。可見，如何運(yùn)籌秸稈還田與氮肥配施，維持土壤-作物系統(tǒng)的氮素投入-輸出平衡，更好地提高土壤肥力和供氮能力，是目前東北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中值得研究的重要課題。因此，研究玉米秸稈還田配以氮肥運(yùn)籌對農(nóng)田土壤礦質(zhì)氮組分（NH+4-N、NO-3-N）含量和春玉米產(chǎn)量的影響，揭示秸稈還田與氮肥運(yùn)籌下農(nóng)田土壤礦質(zhì)氮組分的時空動態(tài)變化行為，可為東北地區(qū)秸稈還田條件下氮素優(yōu)化管理和高效節(jié)氮秸稈還田技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于遼寧省鐵嶺市調(diào)兵山市（42°21′30″N，123°36′12″E），屬于中溫帶亞濕潤季風(fēng)大陸性氣候，四季分明，雨熱同季，日照充足，晝夜溫差大，年均溫度7.0 ℃，年均降水量500～600 mm，無霜期148 d。供試土壤為中等肥力棕壤，0～20 cm土層理化性質(zhì)為pH值5.30，養(yǎng)分含量分別為有機(jī)質(zhì)16.42 g/kg、全氮1.15 g/kg、全磷 0.45 g/kg、全鉀20.10 g/kg、堿解氮86.16 mg/kg、有效磷18.94 mg/kg、速效鉀129.00 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為秸稈還田模式：不還田、粉碎翻壓還田（S，始于2017年）、堆腐旋耕還田（DS，始于2019年），副區(qū)為氮肥用量（N含量分別為180、210、240 kg/hm2）；磷（P2O5）、鉀（K2O）肥用量均為90 kg/hm2。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置8個處理：（1）秸稈不還田（對照），N、P2O5、K2O施用量分別為 210、90、90kg/hm2 （N14）；（2）秸稈粉碎翻壓還田，N、P2O5、K2O施用量分別為 180、90、90 kg/hm2 （SN12）；（3）秸稈粉碎翻壓還田，N、P2O5、K2O施用量分別為210、90、90 kg/hm2（SN14）；（4）秸稈粉碎翻壓還田，N、P2O5、K2O施用量分別為240、90、90 kg/hm2（SN16）；[JP2]（5）秸稈粉碎翻壓還田，N、P2O5、K2O施用量分別為210、90、90 kg/hm2，其中秋季秸稈還田時后移施氮30 kg/hm2[JP]（SN14HY）；（6）秸稈堆腐旋耕還田，N、P2O5、K2O施用量分別為180、90、90 kg/hm2（DSN12）；（7）秸稈堆腐旋耕還田，N、P2O5、K2O施用量分別為210、90、90 kg/hm2（DSN14）；（8）秸稈堆腐旋耕還田，N、P2O5、K2O施用量分別為240、90、90 kg/hm2（DSN16）。小區(qū)面積36 m2（10 m×3.6 m），重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

秸稈粉碎翻壓還田，玉米收獲后全部秸稈粉碎（5～6 cm）并均勻拋撒于田間覆蓋地表，基于土壤墑情封凍前擇時選用液壓旋轉(zhuǎn)犁進(jìn)行深翻作業(yè)（深度為30～35 cm），春季播種前選用液壓旋耕機(jī)進(jìn)行淺旋作業(yè)（深度10～12 cm），起壟鎮(zhèn)壓（壟距60 cm）。秸稈堆腐旋耕還田，玉米收獲時順便將粉碎秸稈（8～15 cm）通過運(yùn)輸車置于田間地頭，堆之成垛（堆高 ≥ 80 cm），噴灑質(zhì)量比約5‰的具有知識產(chǎn)權(quán)的耐低溫秸稈腐解菌劑，進(jìn)行秸稈發(fā)酵，開春時適時進(jìn)行翻垛，播種前利用機(jī)械均勻撒至地表，并選用液壓旋耕機(jī)進(jìn)行淺旋作業(yè)（深度10～12 cm），起壟鎮(zhèn)壓（壟距60 cm）。

供試肥料以普通復(fù)合肥為主，不足養(yǎng)分配以單質(zhì)肥料，含尿素（含N 46％）、磷酸二銨（含N 18％、P2O5 46％）、氯化鉀（含K2O 60％），除SN14HY處理秋季秸稈粉碎還田時后移施氮30 kg/hm2，其余處理所有肥料于播種時一次性施入。供試玉米品種為鐵研58，種植模式為人工壟播，行距60 cm，株距 28 cm，種植密度約60 000株/hm2。每年約4月下旬至5月上旬播種，9月下旬至10月上旬收獲。2021年4月25日播種，10月7日收獲；田間管理方式與當(dāng)?shù)亓?xí)慣相符。

1.3 樣品采集及指標(biāo)測定

土壤樣品采集于2021年，自播種開始，每隔 15 d 取樣1次，共取樣12次：4月25日、5月10日、5月25日（苗期）、6月9日、6月24日、7月9日（拔節(jié)期）、7月24日、8月8日（大喇叭口期）、8月23日、9月7日、9月23日、10月7日（收獲期）。采用5點(diǎn)法，利用土鉆每20 cm一層采集0～100 cm土層樣品，同層次的樣品混合為1個土樣，去除土壤中植物殘體等雜質(zhì)，裝入自封袋中。帶回實(shí)驗(yàn)室后過 2 mm 篩，四分法取樣，一部分用于測定水分含量［15］，一部分用于測定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量［15］。

收獲時每小區(qū)選取中間2壟玉米（12 m2）測定秸稈產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，然后選取具有代表性的5穗玉米風(fēng)干后考種測產(chǎn)。

1.4 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)處理

土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮累積量（Nmin，kg/hm2 ）按下式計(jì)算［16］：

Nmin＝d×Pb×C×0.1。（1）

式中：d為厚度，20 cm；Pb為容重，g/cm3；C為硝態(tài)氮或銨態(tài)氮含量，mg/kg；0.1為換算系數(shù)。剖面礦質(zhì)氮累積量為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮累積量之和。秸稈粉碎深翻還田下0～20、20～40、≥40 cm土層容重分別為1.262、1.565、1.591 g/cm3，秸稈堆腐旋耕還田下0～20、20～40、≥40 cm土層容重分別為1.364、1.583、1.596 g/cm3。

數(shù)據(jù)采用WPS Office Excel和SPSS 19.0軟件分別進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan's法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田與氮肥運(yùn)籌對土壤礦質(zhì)氮時空分布特征的影響[HT]

秸稈還田和氮肥運(yùn)籌對農(nóng)田土壤硝態(tài)氮影響顯著（P<0.05），其含量高低和變化特征受還田方式、施氮方式、土層深度和生育時期的協(xié)同制約（圖1）。縱觀整個生育時期，與秸稈不還田（N14）相比，秸稈還田處理0～20 cm土層硝態(tài)氮含量總體增加，20～100 cm土層無規(guī)律性變化，且隨著施氮量增加而增加，以施氮量240 kg/hm2的最高。與秸稈粉碎翻壓還田相比，秸稈堆腐旋耕還田處理土壤硝態(tài)氮含量變化行為受施氮水平、土層深度和生育時期的協(xié)同影響：4月25日、8月23日、9月7日和9月22日總體降低，這與10月7日的變化行為相反；5月10日0～60 cm土層增加，60～100 cm土層降低；5月25日0～40 cm土層增加，40～100 cm土層降低；6月9日除施氮量240 kg/hm2增加外，其余施氮水平下0～20 cm土層增加，20～100 cm土層降低；6月24日除施氮量240 kg/hm2增加外，其余施氮水平下降低；7月9日0～80 cm土層降低，80～100 cm 土層增加，這與7月24日的變化行為相反。說明秸稈堆腐旋耕還田對土壤硝態(tài)氮的正向效應(yīng)主要發(fā)生在生育前期（5月10日至6月9日），且作用土層深度隨生育時期推進(jìn)逐漸變淺（5月10日為 0～60 cm，6月9日為0～20 cm），生育后期（6月24日以后）高量施氮（240 kg/hm2）的效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，直至作物收獲。較SN14相比，SN14HY處理0～60 cm 土層硝態(tài)氮含量于4月25日、6月24日、8月23日和9月22日總體呈降低趨勢，這與5月10日、5月25日、6月9日、7月9日、7月24日、5月8日、9月7日和10月7日的變化行為相反，60～80 cm 土層無明顯規(guī)律性。

隨著土層加深，除5月25日和6月9日先增加后降低外，秸稈還田處理土壤硝態(tài)氮含量在7月24日前總體呈降低趨勢，在7月24日后無規(guī)律性變化，其累積峰位置和大小受生育時期、還田方式和施氮模式的協(xié)同影響：4月25日和5月10日0～20 cm 土層最高；5月25日20～60 cm土層達(dá)到峰值，以SN14HY處理40～60 cm土層最高（15.26 mg/kg）；6月9日40～80 cm土層達(dá)到峰值，以DSN16處理40～60 cm土層最高（31.30 mg/kg）；7月9日SN16處理于40～80 cm出現(xiàn)累積峰（15.14 mg/kg），DSN16處理則于20～40 cm出現(xiàn)累積峰（12.55 mg/kg）；8月8日DSN處理于40～60 cm出現(xiàn)累積峰（11.12 mg/kg）。

秸稈還田和氮肥運(yùn)籌對農(nóng)田土壤銨態(tài)氮影響顯著（P<0.05），其含量高低和變化特征受還田方式、施氮方式、土層深度和生育時期的協(xié)同制約（圖2）。縱觀整個生育時期，與秸稈不還田（N14）相比，秸稈還田處理0～20 cm土層銨態(tài)氮含量總體降低，20～100 cm土層無規(guī)律性變化，且隨著施氮量增加而增加，以施氮量240 kg/hm2的最高。與秸稈粉碎翻壓還田相比，秸稈堆腐旋耕還田處理土壤銨態(tài)氮含量變化行為受施氮水平、土層深度和生育時期的協(xié)同影響：5月25日、7月24日和9月22日總體增加，這與6月9日、6月24日和9月7日的變化行為相反；4月25日0～60 cm土層增加，60～100 cm土層降低；5月10日0～20 cm土層降低，20～100 cm 土層施氮量240 kg/hm2時增加，其余施氮量無規(guī)律性變化；7月9日0～20 cm土層降低，80～100 cm土層增加，其余土層無規(guī)律性變化；8月8日0～60 cm 土層總體降低，60～100 cm土層總體增加；8月23日40～80 cm土層降低，80～100 cm土層增加，0～40 cm土層施氮量240 kg/hm2時增加，其余施氮量降低；10月7日20～40 cm土層增加，其余土層無規(guī)律性變化。與SN14相比，SN14HY處理銨態(tài)氮變化行為受生育時期和土層深度的雙重制約：5月10日、6月24日和7月24日降低，這與6月9日、7月9日和9月7日的變化行為相反；5月25日40～100 cm土層增加，0～40 cm土層無規(guī)律性變化；8月8日0～20 cm和60～100 cm土層增加，20～60 cm土層降低；9月22日0～20 cm土層增加，20～100 cm土層降低，這與10月7日的變化行為相反。

隨著土層加深， 秸稈還田處理土壤銨態(tài)氮含量總體呈現(xiàn)降低或先增加后降低或先降低后增加再降低的變化，其累積峰位置及大小受生育時期、還田方式和施氮模式的協(xié)同影響：4月25日、7月9日、8月8日、8月23日、9月7日和9月22日總體呈降低趨勢，無明顯累積峰；5月25日秸稈粉碎翻壓還田處理先升高后降低，累積峰出現(xiàn)在20～40 cm 土層，秸稈堆腐旋耕還田則呈現(xiàn)先降低后升高再降低的變化趨勢， 累積峰出現(xiàn)在40～60 cm層，以DSN16處理峰值最大（38.46 mg/kg）；6月9日均先升高后降低，秸稈粉碎翻壓還田累積峰出現(xiàn)在40～60 cm土層，秸稈堆腐旋耕還田則在20～40 cm 土層；6月24日SN14HY和DSN16處理均出現(xiàn)2個累積峰，其最高峰分別在20～40 cm（12.16 mg/kg）和60～80 cm （13.39 mg/kg）土層，其余處理無規(guī)律性變化；7月24日、8月23日和10月7日均無規(guī)律性變化。

2.2 秸稈還田與氮肥運(yùn)籌對春玉米產(chǎn)量的影響

秸稈還田和氮肥運(yùn)籌對春玉米產(chǎn)量影響顯著（P<0.05），其變化行為因還田方式、施氮模式和運(yùn)籌年份而異（圖3）。與秸稈不還田（N14）相比，2019年SN12、SN14、SN16、SN14HY和DSN16處理春玉米產(chǎn)量均顯著增加，以SN16處理的增加幅度最大（15.33％），DSN12處理顯著降低，而DSN14處理則無顯著性變化；2020年秸稈還田處理春玉米產(chǎn)量顯著增加，以SN16處理的增加幅度最大（37.37％）；2021年秸稈還田處理春玉米產(chǎn)量顯著增加，以DSN14處理的增加幅度最大（23.65％）。與秸稈粉碎翻壓還田相比，秸稈堆腐旋耕還田處理春玉米產(chǎn)量變化行為因施氮水平和運(yùn)籌年份而異：2019年顯著降低，2020年DSN14顯著增加，DSN16顯著降低，DSN12無顯著變化；2021年DSN12顯著降低，DSN14和DSN16無顯著變化。隨著施氮量增加，[JP2]秸稈還田處理春玉米產(chǎn)量變化行為因還田方式和運(yùn)籌年份而異：秸稈粉碎翻壓還田模式下，2019年顯著增加，以SN16處理最高（13.03 t/hm2），[JP]2020年先降低后增加，以SN16處理最高（12.47 t/hm2），2021年無顯著變化；秸稈堆腐旋耕還田模式下，2019年顯著增加，以DSN16處理最高（12.17 t/hm2），2020年無顯著變化，2021年先增加后降低，以DSN14處理最高（11.92 t/hm2）。與SN14相比，SN14HY處理春玉米產(chǎn)量變化行為因運(yùn)籌年份而異：2019年顯著降低，2020年、2021年無顯著變化。

3 討論

3.1 秸稈還田與氮肥運(yùn)籌對土壤礦質(zhì)氮的影響

土壤氮礦化是有效態(tài)氮轉(zhuǎn)化的起始過程，直接影響著土壤氮素的遷移和轉(zhuǎn)化［17］。秸稈添加對土壤有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng)，這是由于來源于秸稈的生物質(zhì)碳源影響土壤微生物活動，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解，激發(fā)啟動土壤氮礦化［18］。秸稈還田后，[JP2]其腐解速度受自身化學(xué)性質(zhì)的制約，一般認(rèn)為C/N為25[JP]是土壤氮素固持與否的關(guān)鍵拐點(diǎn)，由于玉米秸稈C/N遠(yuǎn)大于25，玉米秸稈還田后必然導(dǎo)致土壤微生物對有效態(tài)氮的固持，所以需要補(bǔ)充外源氮來緩解秸稈腐解和作物生長發(fā)育對有效態(tài)氮的競爭［19-20］。本研究表明，秸稈還田配施氮肥處理0～20 cm土層硝態(tài)氮含量總體上高于未秸稈還田處理，這與銨態(tài)氮的變化行為正好相反；20～100 cm土層無規(guī)律性變化，這與蓋霞普等的研究結(jié)論［21-22］一致。這是因?yàn)椋环矫娼斩掃€田對土壤硝態(tài)氮具有一定的固持作用，能夠部分減少硝態(tài)氮淋溶［23］；另一方面還田秸稈向土壤提供了額外氮素，當(dāng)作物吸收量未顯著增加時，就會有更多的未利用氮素殘留到土壤中［24］。綜觀整個生育期，添加外源氮肥調(diào)節(jié)不同C/N土壤，C/N越低礦質(zhì)氮含量越高，以施氮量 240 kg/hm2 的最高，說明秸稈還田時低C/N有利于提高土壤氮素供應(yīng)能力［25］。另外，本研究通過添加外源氮量調(diào)節(jié)C/N，因此不同施氮量也可能導(dǎo)致土壤礦質(zhì)氮含量的差異。

本研究表明，與秸稈粉碎翻壓還田相比，秸稈堆腐旋耕還田對土壤硝態(tài)氮的正向效應(yīng)主要發(fā)生在生育前期（5月10日至6月9日），且作用土層深度隨生育時期推進(jìn)逐漸變淺（5月10日0～60 cm 至6月9日0～20 cm），這是因?yàn)榻斩挾迅铀倭私斩捀猓龠M(jìn)更多秸稈降解為小分子有機(jī)質(zhì)，且春季還田后旋耕主要是將秸稈混合于表層土壤，溫度高通氣性好，進(jìn)一步加快了秸稈降解，使土壤微生物所需的物質(zhì)和能源增加，極大地提高微生物活性，促進(jìn)同化進(jìn)程，從而使土壤硝態(tài)氮增多［26］。隨著土層加深，秸稈還田處理土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量總體呈現(xiàn)降低或先增加后降低或先降低后增加再降低的變化趨勢，其累積峰位置及大小受生育時期（7月9日以前）、還田方式和氮肥用量的協(xié)同影響。與配施低量氮肥（180 kg/hm2）相比，秸稈還田配施高量氮肥（210、240 kg/hm2）處理硝態(tài)氮累積峰峰值明顯增大，且隨著生育時期推進(jìn)累積峰向下層移動，由5月25日40～60 cm土層下移到6月9日60～80 cm土層，尤其SN16處理于7月9日在40～80 cm土層仍出現(xiàn)1個累積峰（15.14 mg/kg），說明高量施氮能夠增加土壤硝態(tài)氮的淋溶損失風(fēng)險［27］。與秸稈粉碎翻壓還田相比（5月10日無累積峰，5月25日20～40 cm土層、6月9日40～60 cm土層出現(xiàn)累積峰），秸稈堆腐旋耕還田處理銨態(tài)氮累積峰出現(xiàn)在5月10日20～40 cm土層，5月25日40～60 cm土層，尤其DSN16處理于6月24日20～40 cm 和60～80 cm土層出現(xiàn)2個累積峰，說明秸稈堆腐旋耕還田更容易引起銨態(tài)氮的下移累積。可見，在本試驗(yàn)條件下，氮肥用量是土壤硝態(tài)氮累積的主要驅(qū)動因子，氮肥用量和秸稈還田方式是土壤銨態(tài)氮累積的主要驅(qū)動因子。土壤氮礦化過程受多因素影響，除C/N外，還有水分、溫度以及土壤pH值等因素［28］，是否產(chǎn)生影響及作用程度大小還需進(jìn)一步研究。

3.2 秸稈還田與氮肥運(yùn)籌對春玉米產(chǎn)量的影響

秸稈還田通過改善土壤水、肥、氣、熱狀況促進(jìn)玉米生長發(fā)育，提高產(chǎn)量［29-30］。本試驗(yàn)條件下，秸稈還田配施氮肥處理春玉米產(chǎn)量較秸稈不還田相比總體呈增加趨勢[JP2]，增幅達(dá)10.15％～24.08％，且隨施氮量增加平均增幅逐漸增大，由施氮量180 kg/hm2[JP]時13.46％增加到240 kg/hm2時20.70％，這與王新媛等的研究結(jié)果［24，31］一致。這是因?yàn)榻斩掃€田能夠優(yōu)化農(nóng)田土壤物理結(jié)構(gòu)特征，維持土壤碳氮平衡，改善土壤養(yǎng)分含量及比例，進(jìn)而增加產(chǎn)量［6］。但本試驗(yàn)時間較短，作物產(chǎn)量對秸稈還田的長期響應(yīng)行為還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

本研究表明，隨著施氮量增加，秸稈還田處理春玉米產(chǎn)量增加，但變化行為因還田方式而異：秸稈粉碎翻壓還田模式下，SN16高于SN14、SN12，2021年SN14和SN12之間無顯著差異；秸稈堆腐旋耕還田模式下，DSN14、DSN16高于DSN12，2020年、2021年DSN14和DSN16之間無顯著差異。這可能是由于玉米秸稈C/N較高，還田會導(dǎo)致土壤微生物可利用的碳源增加，但土壤中沒有足夠的氮源供微生物利用，秸稈降解過程中會爭奪部分土壤有效態(tài)氮，導(dǎo)致配施低量氮肥時土壤氮素供應(yīng)能力降低，而當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平時這種爭氮現(xiàn)象會減弱；秸稈還田配施高量氮肥進(jìn)一步優(yōu)化土壤C/N，有利于提高微生物活性，增強(qiáng)土壤對氮的固持能力，促進(jìn)秸稈腐解并釋放有效養(yǎng)分，進(jìn)而提高土壤氮素供應(yīng)能力，提高玉米產(chǎn)量［32-33］。本研究表明，在保證氮肥總量不變前提下，秸稈粉碎還田配施氮肥后移處理（SN14HY）春玉米產(chǎn)量較不后移處理（SN14）降低，平均降幅為21.34％。這是因?yàn)榈屎笠浦两斩挿鬯檫€田時施用，優(yōu)化了土壤C/N，有利于促進(jìn)秸稈腐解，優(yōu)化了后期土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，增加了后期土壤氮素供應(yīng)能力，導(dǎo)致作物生長期養(yǎng)分供應(yīng)不足，產(chǎn)量降低［10］。

4 結(jié)論

秸稈還田配施氮肥顯著影響農(nóng)田土壤礦質(zhì)氮含量及春玉米產(chǎn)量，其變化行為受秸稈還田方式、施氮模式和生育時期的多重制約。隨著施氮量增加，秸稈還田處理土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和春玉米產(chǎn)量總體呈增加趨勢，以施氮量240 kg/hm2的最高。隨著土層加深，秸稈還田處理土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量總體呈現(xiàn)降低或先增加后降低或先降低后增加再降低的變化趨勢。與配施低量氮肥（180 kg/hm2）相比，秸稈還田配施高量氮肥（210、240 kg/hm2）處理土壤硝態(tài)氮累積峰峰值明顯增加，且隨著生育時期累積峰向下層移動，說明高量施氮增加了硝態(tài)氮的淋溶損失風(fēng)險。與秸稈粉碎翻壓還田相比，秸稈堆腐旋耕還田對土壤硝態(tài)氮的正向效應(yīng)主要發(fā)生在生育前期（5月10日至6月9日），更易引起銨態(tài)氮的下移累積。綜合考慮土壤礦質(zhì)氮、玉米產(chǎn)量、氮素?fù)p失風(fēng)險等因子，在本試驗(yàn)條件下，秸稈粉碎翻壓還田+210 kg/hm2的管理模式能夠兼顧作物高產(chǎn)、氮肥高效和環(huán)境保護(hù)，對于促進(jìn)東北冷涼區(qū)高效節(jié)氮秸稈還田技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用具有重要意義。

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基金項(xiàng)目：呂梁市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（編號：2021NYGG-2-66）；山西省“三區(qū)”人才支持計(jì)劃（編號：LLXYHX2022-010）。

作者簡介：趙 君 （1981—），女，山東聊城人，博士，講師，主要從事植物生態(tài)與理論生態(tài)學(xué)研究。E-mail：20111028@llu.edu.cn。