施氮量对晋麦84号产量及土壤硝态氮、铵态氮的影响

席吉龙 ，王 珂 ，杨 娜 ，郝佳丽 ，李永山 ，张建诚

（1.山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000；2.运城农业科学院，山西运城044000）

氮素是小麦有机合成的重要营养元素，施用氮肥是增加小麦产量和改善小麦品质的重要途径。合理施氮能促进小麦生长发育，增加产量，提高蛋白质含量[1-4]。不合理或超量使用氮肥不仅不能达到高产优质的效果，而且还会导致氮肥利用率下降，增加资源浪费，引发环境污染[5]。我国过量施氮现象相当普遍，氮肥施用量的增加远高于小麦增产幅度，小麦的氮肥利用率平均只有28.2%[6]。前人对小麦供氮水平[7-8]、氮素积累运转[9]、氮肥利用率[10]、水氮互作[11]及土壤肥力[12]等方面进行了大量研究。但针对区域品种研究小麦氮素吸收利用及土壤硝态氮和铵态氮的含量分布较少。有研究表明，品种不同氮素积累特征存在着明显的差异[13]；铵态氮和硝态氮是土壤速效性氮肥[14]，可直接被小麦吸收利用。施氮量越高，土壤氮素的积累量越高，氮素淋洗损失也越多[15-16]。施氮量能改变土壤硝态氮、铵态氮含量，施氮量越高土壤硝态氮、铵态氮含量越高，土壤硝态氮、铵态氮含量最高值都出现在0～20 cm土层[16-17]。长期给予高施氮量的土壤深层硝态氮含量累积明显增加，有机无机肥合理配施可以减少土壤特别是深层土壤硝态氮的累积，从而减轻硝态氮淋溶的风险[17]。因此，对土壤硝态氮和铵态氮的研究也是小麦氮素研究的重要内容。华北地区小麦生产中氮肥施用量约为300～424 kg/hm2[18-19]。不同品种的氮素吸收能力不同[20]，如何针对小麦主栽品种的特点，挖掘作物自身的氮肥高效利用潜力，优化氮肥应用技术，降低硝态氮和铵态氮在土壤中的残留，提高氮肥利用率，使小麦生产在高产、高效、安全的目标下持续发展，成为小麦生产中迫切需要解决的问题。

本试验在田间试验条件下，依据山西南部麦玉连作土壤条件、气候特征和田间管理模式，研究了施氮量对小麦产量构成因素以及土壤中硝态氮、铵态氮的含量分布，以期为晋南地区小麦主栽品种晋麦84号合理施肥、提质增效提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试小麦品种为晋麦84号。

1.2 试验地概况

试验于2016年9月至2017年6月在山西省农业科学院棉花研究所牛家凹农场进行。该地位于山西南部运城市夏县（11°12′E，34°24′N），属暖温带大陆性季风气候。年均气温13.3℃，无霜期212 d。年均降水量为530 mm，降雨年际变化大，且年内分配极不均匀。供试土壤为壤土，冬小麦播种前土壤（0～40 cm）有机质 9.27 g/kg，速效氮 11.54 mg/kg，速效钾113.49 mg/kg。玉米收获后旋耕2次，机械播种，生育期灌水2次，每次灌900 m3/hm2。

1.3 试验设计

试验设 6 个氮素处理，分别为：0（N0），120（N1），180（N2），240（N3），300（N4），360 kg/hm2（N5），以N0为对照，小区面积为20 m2，重复4次。试验用氮肥为尿素（46.3%），70%用于底肥，30%用于拔节期追肥。磷肥为磷酸二铵（P2O546%，N 18%），各处理磷肥用量一样。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 产量及植株氮素含量测定 小麦收获时，按小区单收计产，并换算成公顷产量。分别于返青期、拔节期、抽穗期、开花期和成熟期进行群体密度调查。每区取有代表性小麦10株，将成熟期小麦籽粒和茎叶2个部分器官分样称量并粉碎，用于植株氮素养分含量的测定。于75℃烘箱中烘至恒质量，采用凯氏定氮法测定全氮含量，计算公式[21-22]如下。

1.4.2 土壤硝态氮、铵态氮含量测定 小麦收获时取0～100 cm的土样，每20 cm一个样层，装入自封袋备用。鲜土样用KCl浸提，采用连续流动分析法测定滤液中的硝态氮和铵态氮含量（mg/kg）[23]。

1.5 数据分析

数据采用Excel 2007进行计算和绘图，数据分析运用DPS软件，新复极差测验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 施氮量对小麦产量及其构成因素的影响

从表1可以看出，施氮量对晋麦84号产量及其构成因素有显著影响。随着施氮量的增加，穗数先增加而后平稳，穗粒数先增加后降低，N2，N3，N4处理显著高于其他处理，千粒质量随着施氮量的增加而降低。N0处理产量显著低于各施氮处理，随着施氮量的增加籽粒产量呈先升后降的趋势，以N2处理的产量最高，为7 680 kg/hm2，比对照增产34.7%，高于N3处理但差异不显著，显著高于N0，N1，N4，N5处理。试验还看出，N2处理产量增加的主要原因是公顷穗数、穗粒数、千粒质量搭配合理。当施氮量大于180 kg/hm2时，公顷穗数不再显著增加，是因为施氮量过高导致晋麦84号无效分蘖多，群体过大，成穗率下降。

曲线回归分析表明，小麦籽粒产量与施氮量呈二次曲线关系（图1），回归方程为y＝-0.032 5x2＋15.139x＋5 767.3（R2＝0.919 2**），当施氮量为229.3 kg/hm2时，获最高产量7 503.6 kg/hm2，与实际最高产量差异不大。综合分析施氮量对产量的影响表明，适宜施氮量在 180～240 kg/hm2。施氮量过高和过低都不利于高产的形成，特别是过量施氮，后期易倒伏。相关分析表明，产量构成因素中穗粒数、穗数与产量呈极显著正相关，千粒质量与产量呈负相关但差异不显著（表2），表明提高穗数和穗粒数有利于晋麦84号获得高产。穗数与穗粒数呈极显著正相关，与千粒质量呈显著负相关，说明产量构成因素之间相互联系和制约，晋麦84号作为典型的大粒品种，千粒质量过高，穗数与穗粒数相应减少。

表1 不同施氮量对小麦产量及产量构成因素的影响

表2 不同施氮量下小麦产量与产量构成因素的相关性分析

2.2 不同施氮量对土壤NO-N和NH-N含量分布的影响

2.3 不同施氮量对小麦氮肥利用率的影响

由图4可知，小麦的氮肥利用率随着施氮量的增加先提高，在N2水平达到42.15%，表现最好，随后下降。氮肥偏生产力随着施氮量的增加明显降低。可见，氮肥施入量较高时，反而使得氮肥利用效率和氮肥偏生产力降低，造成作物减产和氮肥资源的浪费。而小麦施氮量在120～180 kg/hm2，最有利于氮肥的利用。

3 讨论与结论

氮素吸收利用是干物质积累和产量形成的基础。只有合理利用氮肥才能既获得小麦高产，又减少土层中氮素累积和氮素损失。在20世纪80年代末，西欧各国确定水体污染的年施氮量上限为225 kg/hm2，作物收获后100 cm土层的NO-N残留量低于50 kg/hm2[24]。华北小麦玉米轮作试验表明，施氮量为120，240，360 kg/hm2时，小麦收获后0～100cm 累积的 NO-N 分别为 84，114，196 kg/hm2[24]。本研究小麦收获后，N0处理0～100 cm土壤中仍有氮素残留13.6 kg/hm2，由土壤无机氮和小麦生长过程中有机氮素的矿化而来；施氮量为120，180，240 kg/hm2时，NON含量以耕层土壤最高，随土层深度的增加而减小，0～100 cm累积的NON分别为 37.2，107.6，139.1 kg/hm2，农田硝态氮主要为夏季玉米利用，淋溶发生风险较低；当施氮量为300，360 kg/hm2时，土壤中NON含量显著增加，0～100 cm累积的NON分别为186.7，211.7 kg/hm2，有限土壤的胶体不能全部吸附NON，在雨水或灌水的作用下，土壤中的NON向下层淋溶的风险增大。

铵态氮是一种可被小麦直接吸收利用的有效氮素形式，在低温、淹渍、酸性土壤等条件下，由于硝化作用被抑制，硝态氮的浓度降低，小麦更容易吸收铵态氮。作物生长的土壤环境、气候条件、灌溉方式等因素决定NHN在土壤中的分布[25-27]。王西娜等[28]研究认为，土壤铵态氮的数量和分布不受种植作物与休闲的影响，只是随时间变化存在高低变化。南镇武等[29]研究认为，施肥对铵态氮含量高低有影响，但对铵态氮向土壤深层迁移不明显。本研究与刘顺国等[30]、谢永春等[31]的研究结果一致，认为施用氮肥可提高土壤铵态氮含量，施氮多NHN含量就高，NHN主要分布在表层土壤中，随土壤深度的增加其含量逐渐下降。

合理施用氮肥的关键是确定合理施氮量。合理施氮量由目标产量和籽粒蛋白质含量决定[32]。在我国主要取决于目标产量，达到目标产量的施氮量比经济最佳施氮量要高[33]。在目前产量水平下，华北平原小麦获得较高目标产量，其平均适宜施氮量大约为150～180 kg/hm2，这种区域平均适宜施氮量兼顾了产量、经济和环境三者[34]。王晨阳等[35]研究认为，河南超高产小麦以施氮量240 kg/hm2、底追肥比例5∶5为宜。马兴华等[36]研究认为，山东地区适宜的施氮量为240 kg/hm2籽粒产量最高，最优施氮量为168 kg/hm2，可兼顾产量、品质和效益。本研究是针对晋南主栽品种晋麦84号进行的，即施氮量为180 kg/hm2时产量最高，随着氮素用量增加产量出现降低的趋势。

综上所述，晋麦84号的施氮量与籽粒产量呈二次曲线关系，即施氮量为180～229 kg/hm2时产量较高，随氮素用量增加产量出现降低趋势，施氮量在120～180 kg/hm2，淋溶发生风险较低，且氮肥利用率和氮肥偏生产力较好。因此，在晋南地力生产水平和管理方式下，综合考虑产量、经济和生态效益，主栽品种晋麦84号的氮素用量为180 kg/hm2，其相应的产量水平为7 680 kg/hm2。