氮肥用量對夏玉米產量、收益、農學效率及氮肥利用率的影響

趙萍萍，王宏庭，郭軍玲，李 麗

（山西省農業科學院土壤肥料研究所，山西太原030031）

氮肥在我國農業生產中發揮著重要的作用。目前，我國的氮肥施用量約占全世界氮肥總用量的1/3，但當季利用率僅為30%～35%[1]。氮肥的不合理施用，一方面表現為投入增加、生產效益低下，造成資源的浪費；另一方面對環境產生了負面影響[2-6]，進而影響農業的可持續發展。氮肥的增產效益往往受生態類型、土壤條件、栽培管理等因素的影響。國內學者針對其所在地區的玉米生產條件已開展了氮肥施用量影響玉米產量、品質的一些研究[5-13]。趙營等[5]的研究結果表明，氮肥對夏玉米有明顯的增產作用，氮肥利用率隨著施氮量的增加而降低。易鎮邪等[6]的研究結果也表明，氮肥施用使夏玉米增產極顯著。

夏玉米是山西省晉南地區普遍種植的重要作物，針對夏玉米生產中如何發揮氮肥最大的增產潛力，提高氮肥利用率，同時減少對環境的負面影響，一直是我省玉米發展戰略面臨的重大課題。Bruulsema[14]等提出，肥料的最佳管理須同時兼顧實現農田系統的生產力、利潤、持續性及環境的四大目標。

本研究針對山西省夏玉米普遍存在的盲目施肥問題，通過田間試驗明確當前夏玉米生產的最佳施氮量和氮肥的農學效率，以達到高產、優質、低耗、環境友好等多重目標，旨在為山西省的夏玉米生產提供理論支撐和實踐指導。

1 材料和方法

1.1 試驗地特性

試驗在山西省冬小麥—夏玉米輪作主產區臨汾市進行，該地屬半干旱溫帶大陸性氣候，年平均氣溫在12.6℃左右，年平均降水量為498 mm，無霜期195 d左右。試驗點位于襄汾縣農場，土壤類型為石灰性褐土，質地中壤，前茬作物為小麥。播前（2009年5月22日）采集耕層土壤（0～20 cm）樣品，在國家測土施肥實驗室進行分析（ASI系統研究法）[15]，土壤的理化性質為pH 8.49， 有 機質 4.70 g/kg，NH4-N 為 6.8 mg/L，NO3-N為7.8 mg/kg，速效磷8.3 mg/kg，速效鉀128.2 mg/kg，有效鈣 1 930.0 mg/kg，有效鎂 240.3 mg/kg，有效硫 365.0 mg/kg，有效硼 1.2 mg/kg，有效銅1.1 mg/kg，有效鐵3.0 mg/kg，有效錳13.8 mg/kg，有效鋅 6.8 mg/kg。

1.2 試驗材料及設計

根據播前土壤的基礎肥力狀況，在保證磷、鉀肥供應的前提下，氮肥（N）施用在0～350 kg/hm2范圍內設 6 個水平：N0，N70，N140，N210，N280，N350，隨機區組設計，重復3次，小區面積為28 m2（7 m×4 m）。所用肥料為尿素（46%N）、過磷酸鈣（12%P2O5）和氯化鉀（60%K2O）。供試的玉米品種為鄭單958，2009年6月15日人工點種，播量37.5 kg/hm2，每小區種植168株，種植6行，每行28株，種植密度60 000株/hm2左右。6月22日出苗，7月10日定苗，7月22日追肥，10月13日收獲。灌溉、除草、治蟲、中耕等田間管理按當地農民習慣進行。磷肥和鉀肥于夏玉米5～6葉期施用（P2O590 kg/hm2，K2O60 kg/hm2），氮肥則在玉米拔節期一次性追施。整個玉米生育期降雨量為195.7 mm。

1.3 數據處理與分析

收獲時每個試驗小區取植株樣品3株，在105℃殺青0.5 h后于60℃下烘干至恒質量，之后粉碎，過1 mm篩用于分析全氮。植株全氮用濃硫酸消煮，全自動定氮儀測定。有關收獲指數、農學效益、氮肥利用率計算公式如下。

玉米收獲指數=經濟產量/地上部生物量×100%；

N收獲指數=籽粒吸氮量/總吸氮量×100%；

氮農學效率（kg/kg）=（施氮區產量－不施氮區產量）/施氮量；

氮肥利用率=（施氮區吸氮量－不施氮區吸氮量）/施氮量×100%；

凈收益（元/hm2）=經濟產量×玉米價格-肥料施用量×肥料價格；

N素表觀平衡=N投入量-N吸收量。

數據采用Excel和SPSS 16.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 氮肥用量對夏玉米生物量、經濟產量及收獲指數的影響

在農田生產條件下，作物生長發育受水、肥、氣、熱及栽培管理措施等因素的影響，經濟產量和生物產量是表征綜合因素共同作用的參數，而收獲指數可反映作物同化產物在籽粒和營養器官上的分配比例，也是評價栽培成效的重要指標。在栽培管理措施相對一致的情況下，不同施氮量影響作物的生物產量、經濟產量及收獲指數（表1）。從表1可以看出，施氮處理與不施氮處理比較，施氮均增加了夏玉米的生物量，增加了3.2%～17.0%，且隨著施氮量的增加生物量呈增加趨勢。方差檢驗結果顯示，處理間生物量差異達顯著水平（P=0.015）。多重比較進一步顯示，N350，N280，N210與 N0處理生物量有顯著差異，N350，N280與N70，N140之間差異也達顯著水平，與N210之間差異未達顯著，表明施用中高量氮肥可顯著增加夏玉米生物量。

從經濟產量來看，不同施氮量較不施氮處理均有增產效應，增產幅度為913～1 712 kg/hm2，增產率為11.2%～20.9%。在施氮0～350 kg/hm2范圍內，N210處理取得最高產量，為9 897 kg/hm2，增產率為20.9%。方差檢驗結果顯示，各處理間產量差異達顯著水平（P=0.014）。多重比較進一步顯示，不同施氮量均與不施氮處理之間產量達顯著水平，施氮處理之間相互比較，N210，N280的產量與N70，N140處理之間產量達顯著水平，與N350之間不顯著，表明不同施氮量均顯著增加夏玉米產量，但產量增加與施氮量并不呈直線相關，而呈拋物線型。經濟產量與不同氮肥施用量之間的關系可表示為：Y=-0.262X2+12.318X+8 218.2（R2=0.8967），求得最高產量施肥量為235kg/hm2。

就玉米收獲指數而言，不同施氮量也影響夏玉米的收獲指數，不同處理間玉米收獲指數差異達顯著水平（P=0.014）。多重比較顯示，N70，N140，N210與N0之間收獲指數達顯著差異，而N280，N350與N0之間收獲指數差異未達顯著水平，表明中低水平的施氮量有利于提高夏玉米的收獲指數，而高氮量施用對收獲指數沒有影響。

以上分析表明，中高施氮量可顯著增加夏玉米生物量，不同氮肥施用量均可顯著增加產量，中低施氮量有利于提高夏玉米的收獲指數，綜合表明，N210處理可獲得最高的玉米產量和收獲指數。

表1 不同氮肥用量對夏玉米生物量、產量、收獲指數、農學效率及凈收益的影響

2.2 氮肥用量對夏玉米凈收益和氮肥農學效率的影響

夏玉米的凈收益是評價施肥效果的重要參數。從表1可以看出，不同的施氮量影響夏玉米的凈收益，與不施氮（N0）相比，N210處理顯著增加了夏玉米的凈收益，而其他施氮處理盡管有凈收益增加，但均未達顯著水平，表明適宜的施氮量是增加夏玉米凈收益的關鍵，施肥不足或施肥過量，均不能帶來高收益。凈收益與不同氮肥施用量之間的關系可表示為：Y=-0.044 5X2+17.235X+12 894（R2=0.804 9），由此求得最高凈收益施肥量為194 kg/hm2。

從氮肥的農學效率看，不同施氮量的農學效率存在差異，且大體上隨著施氮量的增加呈減少趨勢，農學效率變幅為3.3～13.1 kg/kg，可見，不足的施氮量雖能提高氮肥的農學效率，但明顯降低了產量收益，而高施氮量的農學效率低下，將增加引發生態環境負面效應的危險。在保證高產和高收益的條件下，N210處理的農學效率為8.2 kg/kg。

2.3 氮肥用量對夏玉米氮養分吸收、氮養分收獲指數、氮平衡及氮肥利用率的影響

氮肥用量對夏玉米氮養分吸收、氮養分收獲指數、氮平衡及氮肥利用率有一定影響，結果如表2所示。

表2 氮肥用量對夏玉米氮養分吸收、氮養分收獲指數、氮平衡及氮肥利用率的影響

表2顯示，無論籽粒還是秸稈，氮含量隨著施氮量的增加大體上有增高的趨勢，氮吸收量也有同樣的趨勢，不施氮的處理氮吸收總量最低，為179.9 kg/hm2，施氮量最高的處理氮吸收總量最高，為279.2 kg/hm2。就氮收獲指數而言，不同氮肥施用量表現不一，N70和N210較N0略有提高，而 N140，N280，N350則較 N0下降。從氮的表觀平衡看，N280大體上滿足氮素平衡，低于此施氮量，氮素平衡處于虧缺狀態，高于此量則處于盈余狀態。本試驗獲得最高產量的施肥量N210（210 kg/hm2），氮素平衡虧缺51.0 kg/hm2。就氮肥利用率而言，N70處理取得最高的氮肥利用率，為44.2%；N350處理獲得最低的氮肥利用率，為28.3%；N210處理的氮肥利用率為38.6%，故N210處理可以實現高產、高收益，同時氮肥利用率也較高的研究目標。

3 討論

肥料在我國農業生產中發揮著重要的作用，肥料的合理施用就是要根據不同作物解決需要什么肥，各需多少，在什么時期施，怎么施肥等一系列問題。在農業生產中，農民根據各自對所種植作物的肥料需求和所經營耕地土壤肥力的了解，在期望經營收入和可支付投資能力間進行決策，決定農業生產過程中投入肥料品種和數量。由于農業生產技術水平、經營決策水平及經濟能力上存在差異，不同農戶在自己經營耕地上的施肥狀況會有所差異。楊博等[16]2000年進行的農田調查結果顯示，占所調查的樣本數25%的農田施肥過量，主要集中在集約化生產程度較高的山西省南部地區，即小麥、玉米的主產區；占樣本數50%的農田施肥不足，主要分布在山西省北中部地區，生產水平較低，以粗放式經營為主。

筆者曾于2004年對山西省2種種植制度（一年一作、一年兩作）、2種土壤類型（褐土、潮土）的2個自然村（忻州市二十里鋪村和臨汾市南麻村）分別進行了全村300多戶農民施肥調查，發現農戶間氮肥施用的變異達43%，磷肥施用的變異在42%～70%之間，施肥不足和施肥過量的現象并存。施肥不足，作物生長所需的養分得不到充分供應，影響了作物的生長，無法獲得高產，進而影響農民的收益，本試驗中的氮肥處理（N70，N140）均驗證了這一點；而施肥過量，一方面表現為投入增加、生產效益低下，造成資源的浪費，另一方面對環境產生了負面影響[2-6]，影響農業的可持續發展，本試驗中的氮肥處理（N280，N350）可以驗證這一點。

當前生產條件下，肥料最佳管理須同時兼顧實現農田系統的生產力、利潤、持續性及環境的四大目標。本試驗結果表明，夏玉米的生物量隨施氮量的增加而增加，與一些學者的研究結果一致[5-9]，施肥量與經濟產量的關系呈二次拋物線型，與游福欣等[9]研究的直線型不一致，可能因為氮肥施用量級范圍（N0～192 kg/hm2）偏低所致。本研究求得最高產量施氮量為235 kg/hm2，與吳波等[10]的研究結果（240 kg/hm2）相近，而求得的最佳經濟施氮量194 kg/hm2，高于游福欣等[9]研究獲得的137 kg/hm2，這與土壤的肥力條件和氣候生態條件有關。從氮肥利用率看，本研究各處理的氮肥利用率（28.3%～44.2%）均高于趙營等報道的氮肥利用率（9.2%～22.6%），這也表明不同土壤條件和生態條件影響氮肥的效益和利用率。

綜上所述，山西省南部夏玉米種植區域，施氮可以增加夏玉米的生物量和產量，夏玉米的吸氮量隨施氮量的增加呈增加的趨勢。在施氮量0～350 kg/hm2范圍內，施氮210 kg/hm2可以獲得最高的經濟產量（9 897 kg/hm2）和最高的純收益（14 970元/hm2），氮肥的農學效益為8.2 kg/kg，較不施氮肥處理增產1 712 kg/hm2（增幅達20.9%），增收2 132元/hm2，可以實現高產、高收益，同時氮肥利用率（38.6%）也較高的研究目標。施氮量與產量和純收益之間的關系均符合二次函數曲線，求得最高產量施肥量為235 kg/hm2，經濟施肥量為194 kg/hm2。

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