減氮覆膜對黃土旱塬小麥產量及養分吸收利用的影響

劉凱 ，謝英荷 ，2?，李廷亮 ，2，馬紅梅 ，2，張奇茹 ，姜麗偉 ，曹靜 ，邵靖琳

1山西農業大學資源環境學院，山西太谷 030801；2山西農業大學農業資源與環境國家級實驗教學示范中心，山西太谷 030801

0 引言

【研究意義】小麥是我國主要的糧食作物，黃土高原地區是我國重要的小麥種植區，種植面積達 270萬公頃，占全國小麥種植面積的 10%以上[1]。在黃土高原旱地區，土壤全氮和有機質含量較低，有機質含量僅為1.1%，超過一半土壤的有機質含量低于1%[2]，嚴重限制了當地農業發展。盲目施用化學肥料成為當地農民增產增收的重要手段，尤其是氮肥的施用量已遠超作物需求量。據統計，我國在2015年的化學氮肥消費量為 3.10×107t，占全球總消費量的 28.5%，較1978年增加3.15倍[3]。大量施用氮肥在增加作物產量的同時也增加了農民的投入，還造成了土壤氮素的殘留與淋溶、氨揮發、氧化亞氮排放、水體富營養化等環境問題。因此，在維持小麥產量穩定的前提下，探尋科學的減氮施肥方法和種植模式成為當前急需解決的問題。【前人研究進展】劉艷妮等[4]研究表明在黃土高原旱地小麥3年試驗中，當施氮量達150 kg·hm-2時，繼續增加氮肥的施用量對小麥產量沒有顯著的提升作用，當施氮量超過225 kg·hm-2時，繼續增加施氮量反而會減少小麥產量，建議在該地區豐水年、欠水年和平水年推薦施氮量分別為 170、99、150 kg·hm-2。易瓊等[5]研究表明，在農戶施肥基礎上減少氮肥施用量20%—30%后，農作物產量并沒有降低，氮肥當季利用率、氮素農學利用率以及氮素偏因子生產力則有所增加，且氮肥分次追施，能增加作物產量，節約成本。雒文鶴等[6]在關中平原地區研究表明，當減量施氮50%即施氮150 kg·hm-2時，可在獲得較高籽粒產量的同時提高氮肥的利用效率，并使土壤中硝態氮含量和硝態氮淋失量處于相對較低水平。常鳳等[7]在傳統施肥模式下減氮 20%，氮肥的利用效率提高9.22%—13.64%，氮肥利用效率增加1.44—2.29 kg·kg-1，產量增加6.6%。李銀坤等[8]在傳統施肥模式的基礎上減氮1/3，不僅沒有顯著影響到作物的產量和生物量，而且使0—180 cm土層的硝態氮殘留量在夏玉米和冬小麥季分別降低18.1%—66.7%和37.3%—87.2%。李強等[9]在黃土高原 6年試驗研究表明，減少氮肥施用量結合地膜覆蓋可使小麥產量、氮肥偏生產力、氮肥生理利用率分別提高38.6%、49.6%和 35.1%。【本研究切入點】對于減氮措施已有不少的研究，但前人的研究大多集中于不同氮肥施用量或在傳統施肥基礎上定量減施對作物生長、產量和水肥利用效率等方面的影響，并未考慮氮、磷、鉀肥的協同平衡科學施用和每年土壤中硝態氮殘留的問題。【擬解決的關鍵問題】本研究在黃土旱塬冬小麥種植區進行了連續7年的田間定位試驗，研究了采用減氮定量監控施肥技術以及在此基礎上進行覆膜種植后小麥產量及產量構成、冬小麥對氮磷鉀肥吸收利用效率和0—2 m土層氮素累積變化狀況，以期為黃土旱塬冬小麥減氮增效的持續安全生產提供一定的理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山西洪洞縣劉家垣鎮東梁村（36°22′N，111°35′E，海拔648 m），為長期定位試驗區。試驗區屬于溫帶季風氣候，年均溫12.6℃，年平均日照時數2 419 h，≥10℃活動積溫3 327℃，無霜期 180—210 d，年均降雨量約500 mm，約70%集中在6—9月。供試土壤為石灰性褐土，土壤質地為中壤土，2012年播前耕層土壤pH為7.9，有機質為14.6 g·kg-1，全氮為0.8 g·kg-1，硝態氮為 10.4 mg·kg-1，速效磷為 10.4 mg·kg-1，速效鉀為 208.2 mg·kg-1。

1.2 田間試驗設計

試驗始于2012年9月，2019年6月結束，設置3個處理。

處理1為農戶施肥種植模式（農戶模式FP），常規平作，不覆膜，行距20 cm，施肥量為當地農民習慣的施肥量，具體為 N：150 kg·hm-2，P2O5：60 kg·hm-2。

處理2為減氮定量監控施肥（減氮處理MF），耕作方式同農戶模式，施肥采用“0—100 cm土層硝態氮監控施肥，0—40 cm土層磷鉀恒量施肥”技術[10]，其中施氮量（以純N計）=作物目標產量需氮量-播前0—100 cm土層硝態氮累積量+播前0—100 cm 土層硝態氮安全閾值（110.0 kg·hm-2），目標產量是依據當地農戶前3年的平均產量數據，同時結合當年夏閑期實際降雨量進行確定；施磷（鉀）量=作物目標產量需磷（鉀）量×施磷（鉀）系數；施磷（鉀）系數依據0—40 cm土層速效磷鉀量確定。

處理 3為減氮定量監控施肥+壟膜溝播（減氮覆膜 RFSF），在減氮測控施肥的基礎上，壟上覆膜，溝內播種，壟寬35 cm，溝寬30 cm。

每個處理均設置對照處理（CK），每個處理4次重復，采用隨機區組排列。小區面積為360 m2，所有種植方式為播前淺旋耕，深度12—15 cm。試驗中施用的氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O511%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），均作底肥均勻施入土壤，翻入耕層后耙平。冬小麥品種為晉麥47號，播種量為150 kg·hm-2，播種時間為每年10月初，收獲時間為次年6月初，6—9月為夏閑期，冬小麥在整個生育期不灌溉。具體施肥量見表2。

表2 試驗各處理養分用量Table 2 The application rate of nutrients under different treatments（N-P2O5-K2O, kg·hm-2）

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 樣品采集 分別于2012—2019年冬小麥播種前和收獲后，以20 cm為一層，每小區進行多點采樣，采集0—2 m土層土樣用于測定土壤硝態氮、有效磷和速效鉀含量；在開花期采集冬小麥莖葉、莖稈和穗 3部分樣品，在收獲期采集冬小麥籽粒、莖葉、莖稈和穎殼+麥軸 4部分樣品，測定各器官的氮磷鉀含量；在小區內選取3個長為1 m的小麥樣段，調查穗數、穗粒數及千粒重，收獲期在各小區中央選取3 m×20 m樣方，收獲后脫粒機產。

1.3.2 測定項目與方法 土壤硝態氮采用 CaCl2浸提，流動分析儀測定。土壤有效磷采用NaHCO3浸提，鉬藍比色法測定。土壤速效鉀采用NH4OAc浸提，火焰光度法測定。

1.4 計算公式

（1）籽粒收獲指數=籽粒產量/地上部分生物量×100；

（2）植株各器官氮（磷、鉀）素積累量（kg·hm-2）=干物質質量（kg·hm-2）×氮（磷、鉀）素含量（g·kg-1）/103；

（3）N（P、K）肥表觀回收率=[施N（P、K）肥后作物收獲時地上部N（P、K）吸收總量-未施N（P、K）肥作物收獲期地上部分的 N（P、K）吸收總量]/化學純N（P、K）的施入量；

（4）N（P、K）偏生產力（kg·kg-1）=施 N（P、K）肥后所獲得的作物產量（kg·hm-2）/化肥N（P、K）的施入量（kg·hm-2）；

（5）花前營養器官氮（磷）素轉移量（kg·hm-2）=花期地上部氮素積累量（kg·hm-2）-成熟期地上部營養器官氮素積累量（kg·hm-2）；

（6）花后土壤氮（磷）素吸收量（kg·hm-2）=籽粒氮素積累量（kg·hm-2）-花前營養器官氮素轉移量（kg·hm-2）；

（7）氮（磷）素轉移貢獻率（%）=花前營養器官氮素轉移量（kg·hm-2）/籽粒氮素積累量（kg·hm-2）×100；

（8）氮（磷）素吸收貢獻率（%）=花后土壤氮素吸收量（kg·hm-2）/籽粒氮素積累量（kg·hm-2）×100；

（9）土壤硝態氮累積量（kg·hm-2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤硝態氮含量（g·kg-1）/10。

試驗數據用 Microsoft Excel 2016 整理作圖，并用 SPSS19.0軟件進行統計分析，采用 LSD 法檢驗P<0.05水平上的差異性。

2 結果

2.1 減氮覆膜對小麥產量及產量構成的影響

不同處理的冬小麥產量及產量構成分析結果如表3所示。由表3看出，冬小麥籽粒產量和生物產量農戶模式分別為 1 967—4 499和 3 908—10 482 kg·hm-2，均值為3 095和7 118 kg·hm-2，減氮處理為2 010—4 614 和 3 656—10 222 kg·hm-2，均值為 3 138 和 7 348 kg·hm-2，說明在黃土旱塬冬小麥種植區通過減氮定量監控施肥技術在減氮 33.5%的情況下可保證冬小麥產量穩定。在減氮處理基礎上進行覆膜種植后，小麥籽粒產量和生物產量較相同施肥量的不覆膜處理分別提高 24.3%和 25.5%，較農戶模式分別提高 26.0%和29.5%，差異均呈顯著水平。

表3 2012—2019年不同種植模式下冬小麥產量及產量構成Table 3 Yield and yield composition of winter wheat under different planting modes from 2012 to 2019

表3也可以看出，7年試驗中各處理的增產效應因降雨年型而不同，在降雨量較高的2013—2014年和2014—2015年，減氮處理較農戶增產6.4%和6.1%，減氮覆膜較農戶顯著增產 24.1%和 16.1%，較相同施肥量的不覆蓋處理也顯著增產16.7%和9.5%；在降雨量較少的2015—2016年和2018—2019年，減氮處理與農戶相比雖然差異不顯著，但產量卻減少了3.1%和7.4%，而減氮覆膜處理較農戶增產30.9%和24.6%，較相同施肥量的不覆蓋處理增產 35.1%和 34.5%，且差異均達到了顯著水平，覆膜處理的增產幅度明顯高于降雨量較高的2013—2015年，說明減氮處理在降雨量較高年份不會造成減產，但在降雨量較少的年份有一定的減產趨勢，而地膜覆蓋處理則在降雨少的干旱年份增產效應更為顯著。

由表3也可以看出，公頃穗數減氮覆膜處理各年份均顯著高于相同施肥量的不覆膜處理和農戶模式，分別提高 22.4%和 25.5%，但減氮處理和農戶模式間無顯著差異。千粒重等其他指標各處理間均無顯著差異，說明公頃穗數是決定小麥產量形成的關鍵因素。

2.2 減氮覆膜對小麥氮、磷、鉀養分吸收及利用效率的影響

不同處理對冬小麥氮、磷、鉀養分吸收及利用效率的影響分析結果如表4所示。由表4看出，籽粒的氮、磷、鉀素吸收量總體表現為減氮覆膜>減氮處理>農戶模式，與對應的籽粒產量有一致的變化規律。減氮處理較農戶模式可提高籽粒氮素吸收量8.9%，而二者的磷素和鉀素吸收量無顯著差異；減氮覆膜可顯著提高小麥籽粒的氮、磷、鉀養分吸收量，較相同施肥量的不覆膜處理分別提高20.9%、35.0%和33.1%。

表4 2012—2019年不同種植模式下氮磷鉀吸收利用效率Table 4 Absorption and utilization efficiency of NPK under different planting modes from 2012 to 2019

秸稈的磷、鉀素吸收量減氮處理與農戶模式間無顯著差異，而減氮處理的秸稈鉀素吸收量較農戶模式顯著提高26.1%；減氮覆膜可顯著提高小麥秸稈的氮、磷、鉀養分吸收量，較相同施肥量的不覆膜處理分別提高22.7%、15.6%和6.7%。

氮、磷素的表觀回收率總體表現為減氮覆膜>減氮處理>農戶模式，減氮處理較農戶模式氮、磷素的表觀回收率分別顯著提高 7.6%和 2.7%；減氮覆膜的氮、磷、鉀素的表觀回收率較相同施肥量的不覆膜處理顯著提高3.7%、2.7%和4.8%。

由于農戶模式較高的氮肥施用量，氮肥偏生產力比減氮處理降低了 35.5%；地膜覆蓋可顯著提升氮、磷、鉀肥的偏生產力，減氮覆膜較相同施肥量的不覆膜處理分別顯著提高22.8%、22.8%和22.0%。

2.3 減氮覆膜對小麥氮素、磷素轉移吸收的影響

不同處理的冬小麥氮素、磷素轉移吸收分析結果如表5所示。由表5可見，小麥花前營養器官氮素轉移量農戶模式為 27.4—65.6 kg·hm-2，平均為 43.4 kg·hm-2，占總吸收量的 74.7%，減氮處理的花前營養器官氮素轉移量較農戶模式顯著提高 24.2%，轉移貢獻率顯著增加4.5%，減氮覆膜的花前營養器官氮素轉移量較相同施肥量的不覆膜處理和農戶模式分別提高25.4%和55.8%，占總吸氮量的比重分別顯著提高4.5%和9.0%，說明減氮處理和地膜覆蓋均可以促進氮素花前營養器官的轉移量；花后氮素土壤吸收量3個處理之間無顯著差異。

表5 2012—2019年不同種植模式下氮磷素轉移特征Table 5 Nitrogen and phosphorus transfer characteristics under different planting modes from 2012 to 2019

花前營養器官磷素轉移量減氮覆膜較相同施肥量的不覆膜處理和農戶模式顯著提高 57.5%和 47.3%，說明地膜覆蓋可促進小麥花前營養器官磷素轉移量；花后磷素土壤吸收量減氮處理和減氮覆膜較農戶模式顯著提高20%和36%，說明減氮處理可促進小麥花后土壤磷素吸收量。

2.4 減氮覆膜對黃土旱塬麥田土壤肥力的影響

表 6為 2012年播前與 2018年播前各處理表層（0—20 cm）土壤養分含量狀況。由表可以看出，經過7年試驗，土壤有機質含量各處理較2012年播前均無顯著差異。硝態氮含量減氮處理與減氮覆膜處理較2012年播前顯著降低46.2%和50.0%，較農戶模式顯著降低了 50.9%和 54.4%，而農戶模式與試驗初期無顯著差異。有效磷含量減氮處理與減氮覆膜較 2012年播前顯著提高 124.0%和 102.9%，農戶模式與試驗初期差異不顯著。速效鉀含量減氮處理及減氮覆膜較2012年播前顯著提高23.1%和24.1%，而農戶模式與試驗初期無顯著差異。

2.5 減氮覆膜對小麥收獲期0—2 m土層硝態氮殘留量的影響

圖 1為 2012年播前和 2019年收獲時期各處理0—2 m土層硝態氮殘留分布圖。由圖可知，2012年播前0—2 m土層的硝態氮總殘留量為146.5 kg·hm-2，0—1 m土層的殘留量為101.5 kg·hm-2，占總殘留量的69.3%，峰值出現于40—60 cm土層。經過連續7年試驗后，各處理0—2 m土層硝態氮殘留量較2012年都有所增加，增加幅度為34.1%—172.8%，而農戶模式增幅最大，農戶模式0—2 m土層硝態氮殘留量為399.7 kg·hm-2，較2012年播前增加了172.8%，0—1 m土層的殘留量為236.0 kg·hm-2，占總殘留量的59.0%。減氮處理 0—2 m土層硝態氮總殘留量為 262.2 kg·hm-2，較農戶模式降低了34.4%，0—1 m土層的殘留量為163.9 kg·hm-2，占總殘留量的62.5%。減氮覆膜0—2 m土層硝態氮總殘留量為196.4 kg·hm-2，較相同施肥量的不覆膜處理降低了 25.1%，較農戶模式降低了50.9%，0—1 m土層的殘留量為100.8 kg·hm-2，占總殘留量的 51.3%。說明減氮處理較農戶模式可顯著降低0—2 m土層硝態氮總殘留量，而在減氮處理基礎上進行覆膜后效果更顯著。

3 討論

3.1 減氮覆膜的冬小麥產量及產量構成

合理的氮肥施用量有利于冬小麥提高植株高度，增加莖葉基寬和群體分蘗數，促進莖葉中干物質的積累，進而增加冬小麥產量，但過量的施用氮肥會降低小麥有效成蘗率，最終導致產量降低[11]。周蘇玫等[12]研究表明，在適墑條件下，在傳統施肥基礎上減少氮肥施用量27.8%，可充分發揮旗葉功能期的光合潛力，從而增加小麥穗粒數和千粒重，進而提高小麥產量。雷炳樺等[13]在陜西咸陽5年試驗研究中表明，農戶模式與農戶減氮模式對冬小麥的干物質積累量和產量無顯著影響，其他研究也有類似發現[14-15]。本研究通過7年試驗表明，在黃土旱塬小麥種植區，在氮肥減施33.5%的情況下，適量增施了磷鉀肥，由于養分的協同效應，致使產量與農戶處理間并未造成顯著差異。

本研究也發現旱地小麥種植區降雨量依舊是決定產量的主要因素，降雨量的年際變化是引起小麥產量波動的主要原因，小麥產量在降雨量較多年份（2013—2014年和2016—2017年）是降雨量較少年份（2012—2013年和2018—2019年）的2.8—3.1倍。同時各處理的增產效應因降雨年型而不同，相較于傳統農戶施肥模式，減氮處理在降雨量較高年份也具有一定的增產效應，主要因為減氮處理較農戶模式在減少氮肥施用量的同時增加了磷鉀肥的施用量，充足的水分條件將有效提高施入磷鉀肥的有效性，從而增加小麥的根表面積和根系生物量，增強對土壤水分和養分的吸收利用效率[16]，進而實現小麥產量增加。

地膜覆蓋能減少水分蒸發，增加耕層含水量，同時由于毛管作用增加了對土壤深層水的利用，促進冬小麥對養分的吸收利用，從而增加冬小麥的籽粒產量[17-18]。馬小龍等[19]對黃土高原旱地小麥種植區的180個農戶調查表明，覆膜栽培可較傳統不覆膜提高冬小麥產量9.4%。高艷梅等[20]研究表明，地膜覆蓋的增產效果隨著降雨量減少有所增加，在豐水年小麥增產為11%，而在欠水年增產可達36%。本研究表明，在減氮處理基礎上進行覆膜種植后，7年平均籽粒產量和生物產量分別顯著提高 24.3%和 25.5%，不同降雨年型對地膜覆蓋的增產作用影響較大，在降雨量較多的2013—2014年、2014—2015年和2016—2017年，地膜覆蓋的平均增產率為 19.1%，而在降雨量較少的2012—2013年、2015—2016年和2018—2019年，地膜覆蓋的平均增產率為 34.1%，因此在黃土旱塬小麥種植區，降雨量少的干旱年份地膜覆蓋的增產效果更加顯著，這與前人研究結果相一致。

3.2 減氮覆膜的黃土旱塬小麥氮、磷、鉀養分吸收及利用效率

合理施肥將有利于冬小麥對氮素的吸收及轉運，從而促進小麥產量形成。易瓊等[5]研究表明，在傳統習慣施肥基礎上減氮20%—30%，在保證小麥產量的同時不會降低籽粒對氮素的吸收利用。本研究表明，減氮處理較農戶模式在總施氮量減少 33.5%、平衡施用磷鉀肥的情況下，可提高籽粒氮素吸收量8.9%，小麥植株氮素的吸收、轉運與土壤水分有直接關系，地膜覆蓋良好的保水性能可提高小麥生育期氮素的吸收累積量，同時顯著提高植株氮素向籽粒的轉運量。任愛霞等[21]在山西省聞喜縣通過 3年田間試驗研究表明，地膜覆蓋可使小麥籽粒氮素積累量顯著提高19—31 kg·hm-2，提高比例為15%—50%，使小麥植株氮素積累量提高 1—28 kg·hm-2，提高比例為2%—49%。本研究結果表明，大多數年份地膜覆蓋使冬小麥籽粒和秸稈的吸氮量得到增加，平均值為20.9%和22.7%，與前人研究結果相似。

小麥籽粒中磷鉀含量的多少與土壤中磷鉀含量有直接關系，地表覆蓋可改變土壤養分的供應能力和小麥對養分的吸收能力。屈會峰等[22]研究表明，壟膜溝播可使籽粒和秸稈吸磷量分別增加 6.7%和14.8%，覆蓋措施使秸稈吸鉀量增加27.0%—31.7%。本研究表明，減氮覆膜處理的籽粒磷、鉀吸收量和秸稈磷、鉀吸收量較不覆膜分別增加35.0%、33.1%和15.6%、6.7%，說明在相同施肥量下地膜覆蓋可顯著增加冬小麥籽粒和秸稈對磷、鉀的養分吸收量。

本研究表明，減氮處理的氮肥表觀回收率和偏生產力較農戶模式顯著提高7.6%和55%，主要因為減氮處理在減少氮肥施用量的同時保證了小麥產量穩定，減氮覆膜的氮、磷、鉀肥表觀回收率及其偏生產力較不覆膜分別提高3.7%、2.7%、4.8%和22.8%、22.8%、22.0%，這與地膜覆蓋對土壤養分活化、有效增加冬小麥產量有關。黃明等[23]在黃土高原中部連續3年旱地田間試驗表明，壟膜溝播較不覆膜可使氮、磷、鉀肥的偏生產力分別提高7.1%、8.1%、6.7%，與本試驗結果相一致。

3.3 減氮覆膜的黃土旱塬小麥氮素、磷素轉移與吸收

小麥籽粒中的氮素一部分來自營養器官氮素的花后再轉移，一部分來自花后土壤吸收氮素的同化。邱臨靜等[24]在黃土高原旱地小麥區研究表明，小麥籽粒中有 56.91%—81.11%的氮來自花前營養器官貯存氮素轉移，花后積累氮的貢獻率占18.89%—43.09%。李帥等[25]研究表明，通過減氮優化施肥可促進營養器官的氮素轉移，轉運貢獻率可提高4.01%—6.23%。李廷亮等[26]在黃土旱地冬小麥種植區經過4年田間試驗研究表明，傳統農戶模式籽粒中的氮含量 3/4來自于營養器官轉移，1/4來自于花后根系的吸收，地膜覆蓋增加花前轉移貢獻率，為81.4%—88.8%，降低花后吸收貢獻率，為 11.2%—18.6%。張勉等[27]在山西聞喜連續3年旱地小麥試驗研究表明，夏季覆蓋可改善土壤水分條件，從而提高花前營養器官氮素轉移量 11.7%—34.7%。本研究表明，小麥籽粒中有74.7%—83.7%的氮素來自于營養器官的轉移，有16.3%—25.3%氮素來自于花后根系的土壤吸收，減氮處理的營養器官轉移量較農戶模式提高 24.2%，轉移貢獻率提高4.5%，減氮覆膜可增加小麥花前氮素吸收量 25.4%，貢獻率均值為 83.7%，但降低了花后的貢獻率，均值為16.3%。

關于花前營養器官磷素的轉移和花后根系對土壤磷素吸收的報道尚少。本研究表明減氮處理的花后土壤磷素吸收量較農戶模式提高20%，這可能與減氮定量監控施肥平衡施肥有關，合理的肥料施用促進了冬小麥花后對磷素的吸收利用。減氮覆膜的花前營養器官磷素轉移量較減氮處理和農戶模式顯著提高57.5%和 47.3%，花后磷素土壤吸收量較農戶模式顯著提高36%，這可能與地膜覆蓋良好的保水和保溫作用有關。

3.4 減氮覆膜下黃土旱塬麥田的土壤養分及硝態氮殘留量

小麥秸稈和根茬是麥田土壤有機物質的重要來源。田慎重等[28]研究表明，秸稈還田較不還田處理可顯著提高土壤有機碳含量6.1%—32.3%，與試驗初期相比，秸稈還田可維持土壤有機碳含量。本研究經過7年試驗后，各處理表層有機質含量較2012年播前無顯著變化，這與每年小麥收獲后秸稈還田有關，連年的秸稈還田有效的補充了土壤有機質損耗。試驗中，減氮處理由于減少氮肥施用量、適量增施磷鉀肥，使表層土壤硝態氮含量較2012年播前有顯著降低，而磷鉀含量卻有明顯提高。

本研究表明，農戶模式0—2 m土層硝態氮殘留量為399.7 kg·hm-2，較2012年播前增加了172.8%，且主要集中在0—1 m土層中。而減氮處理在7年平均減施氮素33.5%的情況下，0—2 m土層硝態氮總殘留量為262.2 kg·hm-2，較農戶模式降低了34.4%，說明適量減施氮肥可有效降低土壤中硝態氮的殘留量。王西娜等[29]在冬小麥播種前通過15N標記的研究方法表明，過量施入氮肥是導致肥料氮大量殘留的主要原因，殘留氮素的有效性很低，只有少量可被作物逐年吸收利用，其余一部分以有機形態殘留在土壤中，另一部分發生無效損失。同時磷肥可促進了根系的生長，增加根系長度、表面積和體積，從而增加了對深層養分的吸收利用，降低了土層中殘留的硝態氮含量[30]。章孜亮等[31]通過對 1 m 土層硝態氮的測定與監控施用氮肥，收獲期1 m土層硝態氮殘留量平均為37.0 kg·hm-2，較農戶習慣施肥降低 66.9%，與本研究結果相一致。

本試驗中，減氮覆膜處理0—2 m土層硝態氮總殘留量為196.4 kg·hm-2，較相同施肥量的不覆膜處理降低25.1%，0—1 m土層的殘留量為100.8 kg·hm-2，占總殘留量的51.3%，這與地膜覆蓋良好的保水效果有關，在良好的水分條件下，促進了冬小麥的生長發育和對氮素的吸收利用，從而顯著降低了土壤中的氮素殘留量。同時地膜覆蓋可增強土壤水分的橫向運動，使深層土壤水分在水勢梯度的作用下不斷移至土壤表層，并參與膜下水循環，緩解硝態氮向深層淋溶[32-33]。

在本試驗期間，各處理硝態氮殘留有隨降水向下淋移趨勢，表現為2012年播前1—2 m的硝態氮殘留量占總殘留量的30.7%，到2019年冬小麥收獲時期各處理提高為37.5%—48.7%，這與肥料施肥量和夏閑期的降水有關。在黃土高原麥田區，農戶長期過量施用肥料已造成土壤硝態氮在1 m土層的累積，累積量在100 kg·hm-2，具有淋失風險[34]。戴健等[35]在陜西楊凌田間試驗研究表明，土層中硝態氮淋失的深度和淋失量與施氮量呈顯著的拋物線關系，當施氮量超過 160 kg·hm-2時，每增加 100 kg·hm-2的氮肥投入時，硝態氮的淋失深度和淋失量增加27 cm和80.4 kg·hm-2，平均每10 mm的降水可使硝態氮向下淋溶2—4 mm，硝態氮淋溶已不容忽視。

4 結論

連續7年試驗，減氮處理較農戶模式在適度減少總施氮量，平衡施用磷鉀肥的情況下，保證了冬小麥籽粒產量和生物產量的穩定性，增加了籽粒吸氮量，提高了氮肥的表觀回收率和偏生產力，提高了磷肥的表觀回收率，增加花前營養器中養分的官轉移量，降低了土層中硝態氮殘留量。

在減氮處理基礎上進行覆膜種植后，提高了冬小麥的籽粒產量、生物產量和公頃穗數，增加了籽粒和秸稈的氮磷鉀吸收量，提高了氮磷鉀肥的利用效率，進一步降低了土層中硝態氮殘留量。

因此，在黃土旱塬冬小麥種植區通過減氮定量監控施肥結合地膜覆蓋，可實現小麥增產、氮肥增效和降低環境風險，可在生產中推廣應用。