秸稈還田條件下氮肥用量對冬小麥產量和氮效率的影響

摘 要：目的：探討秸稈還田配施氮肥對冬小麥產量和氮效率的影響，為臨沂市實現小麥高產高效提供理論依據。方法：以濟麥22作為供試冬小麥品種，設秸稈還田下5個施氮水平（0、90、180、270、360kg/hm2，分別表示為T1、T2、T3、T5、T6，以及秸稈不還田+施氮量180kg/hm2（T4）共6個處理，研究不同處理對冬小麥產量和氮效率的影響。結果：秸稈還田配施氮肥的冬小麥籽粒產量明顯高于單施氮肥的，增產率為18.48%。其中秸稈還田配施氮肥270kg/hm2的處理冬小麥籽粒產量最高，達到8 410kg/hm2。秸稈還田配施氮肥與單施氮肥相比，明顯提高了氮肥利用率、氮肥農學效率和氮素生產效率，分別提高了7.6%、6.7kg/kg和3.6kg/kg。結論：綜合考慮臨沂市秸稈還田配施氮肥應控制在180～270kg/hm2為宜。

關鍵詞：冬小麥；秸稈還田；氮肥；產量；氮效益

中圖分類號 S512.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）18-29-04

作物秸稈是一種極為豐富的并能直接利用的可再生有機資源。作物秸稈中不僅含有大量作物生長所必需的N、P、K等元素，而且含有可以作為再生資源加以利用的微量元素和有機物質[1-5]。已有大量研究報道表明，秸稈還田能夠有效增加土壤有機質含量[6]，提高土壤的通透性[7]，改善土壤養分結構[8]，優化農田生態環境，增加作物產量[9-11]。施用氮肥對冬小麥品質和產量影響顯著，但過量施用不僅造成氮肥的浪費，氮肥利用率降低，作物產量下降，經濟效應下降，而且長期施用會導致土壤中硝態氮過度積累，造成土壤養分供應不平衡，增加生態惡化的風險[12-13]。可見，通過秸稈還田和氮肥的合理利用，既能增加作物的產量，又可以改善農田生態環境，對促進我國農業的可持續發展具有十分重要的意義。通過秸稈還田條件下不同氮肥處理對冬小麥產量和氮效率的影響研究，旨在為秸稈還田施肥技術的推廣提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料 供試品種為濟麥22。尿素：含氮量46%；過磷酸鈣：含P2O5 12%；氯化鉀：含K2O 60%。

1.2 試驗設計 試驗地點位于山東省臨沂市河東區鄭旺鎮。前茬玉米收獲后，秸稈保留在田間。0～40cm土壤含有機質15.06g/kg、全氮1.24g/kg、速效鉀150.33mg/kg、有效磷18.41mg/kg，土壤pH值7.2，土壤容重為1.20g/cm3。

冬小麥播種量為150kg/hm2，播種行間距為20cm，設秸稈還田下5個施氮水平（0、90、180、270、360kg/hm2），分別表示為T1、T2、T3、T5、T6，以及秸稈不還田+施氮量180kg/hm2（T4）共6個處理，氮肥基追比6∶4，拔節期追肥，磷肥和鉀肥作底肥，用量為K2O135kg/hm2；P2O5105kg/hm2。田間隨機排列，每個處理重復4次，小區面積9.5m×10m=95m2，小區間寬50cm。于2012年10月上旬播種冬小麥。小麥成熟后每處理區單獨收獲測產并考種，調查各處理有效穗數、穗粒數、千粒重等指標。

1.3 測定項目及方法 分別在冬小麥生育階段的苗期、返青期、拔節期、開花期、灌漿期、收獲期采集地上植物樣，烘干稱量并計算干物質積累量。用凱式定氮法測定植物和籽粒中的全氮含量。

1.4 計算方法和數據分析 用氮素生產效率、氮肥農學效率和氮肥表觀利用率等指標表示氮效率[14]。氮素生產效率=籽粒產量∕地上部分吸氮量；氮肥農學效率=（施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量）∕施氮量；氮肥利用率=（施氮區地上部分吸氮量-不施氮區地上部分吸氮量）∕施氮量。

用EXCEL和SPSS軟件進行試驗數據分析，差異顯著性用LSR法檢驗。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田配施氮肥對冬小麥產量的影響 由圖1﹑圖2可以看出，秸稈還田條件下，在一定范圍內，冬小麥籽粒產量可以隨氮肥用量的增加而增加，氮肥用量從90kg/hm2增加到270kg/hm2，冬小麥籽粒產量逐次增加，增產幅度為26.09%，但施氮量達到360kg/hm2時，冬小麥籽粒產量降低。說明過量使用氮肥并不能有效增加冬小麥籽粒產量。當氮肥用量為180kg/hm2，秸稈還田配施氮肥的冬小麥籽粒產量比單施氮肥增產，增產率為18.48%，說明秸稈還田配施氮肥能有效提高冬小麥籽粒產量。

2.2 秸稈還田配施氮肥對冬小麥產量性狀的影響 由表1可知，各處理的基本苗數差異不顯著，相差不大。秸稈還田條件下各處理間有效穗數和穗粒數均隨施氮量的增加而增加，處理T5的有效穗數最大。氮肥用量相同時，秸稈還田條件下處理T3的有效穗數﹑穗粒數和千粒重明顯高于不還田條件下T4的。這說明，秸稈還田配施氮肥能有效提高冬小麥籽粒產量。隨氮肥用量的增加，各處理千粒重呈現先升后降的趨勢，由于氮肥供應過量，冬小麥貪青晚熟，穗數過多，干物質積累少，從而導致千粒重降低。處理T5的理論產量最高，這與冬小麥實際產量的變化相符，主要是由于有效穗數和穗粒數明顯增加了。

2.3 秸稈還田配施氮肥對冬小麥不同生育期氮素累積的影響 秸稈還田條件下冬小麥地上部分各生育時期的氮素累積見表2。表2結果表明，各處理冬小麥地上部分氮素累積隨生育期的延長總體呈現增長的趨勢。處理T1的地上部分氮素累積量一直處于增長狀態，在成熟期達到最大值。而其他處理的氮素累積在灌漿期達到最大值，成熟期有所降低，成熟期地上部分的氮素累積量占最大累積量的90.7%～92.6%，有7.4%～9.3%的氮素在灌漿期之后損失掉，這與李生秀等[15]的研究結果一致。地上部分氮素累積量第一次高峰出現在苗期，因為在苗期之前，冬小麥植株體內已經累積了一定量的氮，苗期階段冬小麥氮素累積量約占到最大累積量的21%～32%，可見在冬小麥整個生育期氮素累積中占很大比例，這可能與冬小麥的基本苗數較高有關（表1）。第二次高峰出現在灌漿期，這是由于返青期之后冬小麥快速生長，這就需要吸收大量的養分作為干物質累積的基礎。方差分析結果顯示，在同一生育時期，隨施氮量的增加，冬小麥地上部分氮素累積量顯著增加。

2.4 秸稈還田配施氮肥對冬小麥氮效率的影響 由表3可知，隨著氮肥用量的增加，氮肥利用率、氮肥農學效率以及氮素生產效率逐漸降低，說明隨著施氮量的增加，氮肥的利用程度遞減，氮肥的增產效果減弱，地上部分單位吸氮量所產生的籽粒量減少。秸稈還田處理T3在氮肥利用率、氮肥農學效率和氮素生產效率上均大于不還田處理T4，分別提高了7.6%、6.7kg/kg和3.6kg/kg，這反映出在氮肥用量相等的情況下，秸稈還田配施氮肥的冬小麥氮效率明顯高于單施氮肥的。說明秸稈還田配施氮肥能使冬小麥更充分利用氮素，冬小麥地上部分單位吸氮量產生的干物質量較高，氮肥的增產效果較好。

3 討論

3.1 秸稈還田配施氮肥對冬小麥產量的影響 已有大量的文獻報道秸稈還田對冬小麥有增產作用[16-18]，也有文獻表明秸稈還田有減產的作用[19]。減產的原因主要是大量秸稈分解速度慢，礦化期長，出現與冬小麥爭氮的問題，導致土壤碳氮失衡。本試驗結果顯示，秸稈還田不配施氮肥時，影響了冬小麥的有效穗數，導致冬小麥減產。

秸稈還田對冬小麥增產的作用機理，劉洪軍等[20]認為秸稈還田能提高冬小麥葉綠素含量，促進冬小麥旗葉的蒸騰作用和光合作用，進而促進了干物質的積累。Takahashi等[21]認為秸稈還田能夠使作物充分利用氮素，提高作物的氮素吸收效率。本研究表明，秸稈還田配施適量氮肥能夠解決土壤微生物與作物爭氮的問題，提高冬小麥的氮素吸收效率。在氮肥用量相等的情況下，秸稈還田配施氮肥的冬小麥氮效率明顯高于單施氮肥，秸稈還田配施氮肥能使冬小麥更充分利用氮素，冬小麥地上部分干物質累積量較高，有利于較高的經濟產量。

3.2 秸稈還田配施氮肥對冬小麥氮效率的影響 周海燕等[22]證明秸稈還田提高了作物的氮肥利用率、氮肥農學效率和氮素生產效率，其原因在于秸稈還田能夠提高作物旗葉和根系的硝酸還原酶活性，促進作物體內的氮素同化。孫傳范等[23]也得出了硝酸還原酶活性與作物吸氮量和籽粒產量有關的結論。

本試驗中秸稈還田處理在氮肥利用率、氮肥農學效率和氮素生產效率上均大于不還田處理，分別提高了7.6%、6.7kg/kg和3.6kg/kg，其原因在于秸稈還田提高了土壤的供氮能力，有利于冬小麥對氮素的吸收，并且減少了土壤氮素的損失，提高了土壤的肥效。

4 結論

秸稈還田配施適量氮肥可以提高作物氮效率，增加籽粒產量。秸稈還田配施氮肥270kg/hm2的產量最高。與單施氮肥相比，秸稈還田配施氮肥能明顯提高作物地上部分氮素的累積量、氮肥利用效率、氮肥農學效率和氮素生產效率，從而有利于提高冬小麥籽粒產量，獲得較高的經濟產量。

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（責編：徐世紅）