氮肥减施对稻麦轮作体系作物氮素吸收、利用的影响

氮 肥 减 施 对 稻 麦 轮 作 体 系 作 物 氮 素 吸 收 、 利 用 的 影 响
《 高 效 施 肥 》 2010 年 第 1 期 总 字 第 24 期
氮 肥 减 施 对 稻 麦 轮 作 体 系 作 物 氮 素 吸 收 、 利 用 的 影 响
易 琼 1
, 张 秀 芝 1
, 何 萍 1
, 杨 利 2 2
, 熊 桂 云
1
中 国 农 业 科 学 院 农 业 资 源 与 农 业 区 划 研 究 所 , 北 京 100081
2
湖 北 省 农 业 科 学 院 植 保 土 肥 所 , 武 汉 430064
摘 要 : 田 间 试 验 条 件 下 研 究 了 稻 麦 轮 作 体 系 中 减 施 氮 肥 对 作 物 氮 素 吸 收 、 利 用 的 影 响 。 结 果 表
明 , 与 当 地 农 民 习 惯 施 肥 ( 小 麦 为 15 公 斤 / 亩 , 基 肥 与 分 蘖 肥 各 半 , 水 稻 为 14 公 斤 / 亩 , 基 肥 和
分 蘖 肥 为 3:2, 减 氮 20%-30% 处 理 产 量 并 没 有 降 低 , 而 氮 肥 当 季 利 用 率 、 氮 素 农 学 利 用 率 以 及 氮
素 偏 因 子 生 产 力 则 有 所 增 加 , 而 且 , 氮 肥 分 次 追 施 , 能 增 加 籽 粒 产 量 , 减 少 氮 肥 成 本 。 因 此 , 初 步
认 为 , 在 长 江 中 下 游 平 原 稻 麦 轮 作 体 系 氮 素 过 量 施 用 地 区 第 一 个 轮 作 周 期 氮 肥 减 施 20%-30% 不 仅
不 影 响 产 量 , 而 且 还 提 高 了 氮 素 利 用 率 , 有 利 于 保 护 环 境 。
关 键 词 : 氮 肥 减 施 ; 稻 麦 轮 作 ; 氮 肥 利 用 率 ; 土 壤 无 机 氮
稻 麦 轮 作 是 我 国 长 江 中 下 游 粮 食 主 产 区 一 种 主 要 的 种 植 制 度
[1], 近 年 来 , 水 稻 和 小 麦 的 单 产 和 总 产
都 有 很 大 幅 度 的 提 高
[2,3], 然 而 这 种 高 产 的 维 持 大 多 是 以 高 氮 肥 用 量 以 及 由 此 可 能 导 致 的 大 气 、 土 壤 及
水 污 染 等 为 代 价 的 , 是 一 种 不 科 学 , 不 经 济 的 和 不 安 全 的 非 可 持 续 农 业 发 展 之 路 , 非 我 国 农 业 发 展 的
长 久 之 计 。 我 国 农 民 习 惯 施 氮 具 有 一 定 的 盲 目 性 和 随 众 性 , 人 们 只 注 重 前 期 氮 肥 的 供 应 而 忽 略 了 作 物
后 期 对 N 素 的 需 求 , 当 土 壤 氮 素 供 应 与 氮 肥 投 入 超 过 作 物 对 氮 素 的 需 求 , 土 壤 剖 面 氮 素 积 累 与 环 境 压
力 显 著 增 加
[4-5]。 为 此 , 本 试 验 通 过 不 同 氮 肥 用 量 和 运 筹 来 探 求 水 稻 和 小 麦 轮 作 体 系 土 壤 氮 素 供 应 和 作
物 需 求 同 步 机 制 , 为 长 江 中 下 游 稻 麦 体 系 合 理 氮 肥 管 理 和 养 分 资 源 高 效 利 用 提 供 一 定 的 理 论 依 据 。
1 材 料 与 方 法
1.1 试 验 材 料
试 验 于 2007 年 11 月 - 2008 年 9 月 在 湖 北 省 潜 江 市 浩 口 镇 进 行 。 供 试 土 壤 为 潮 土 , 土 层 深 厚 , 排
灌 条 件 一 般 , 土 壤 质 地 为 砂 壤 , 地 力 水 平 中 等 。 土 壤 基 本 理 化 性 状 见 表 1。
供 试 小 麦 品 种 为 湖 北 省 主 栽 品 种 郑 麦 9023, 播 种 量 为 7.5 公 斤 / 亩 , 播 种 方 式 为 撒 播 , 水 稻 品 种
为 当 地 主 栽 水 稻 高 产 品 种 Ⅱ 优 838, 氮 磷 钾 肥 分 别 以 尿 素 (46%)、 过 磷 酸 钙 (12%) 和 氯 化 钾 (60%)
的 形 式 施 入 。
表 1
供 试 土 壤 基 本 理 化 性 状
pH
有 机 质 全 氮 速 效 氮 速 效 磷 速 效 钾 阳 离 子 交 换 量
( 克 / 公 斤 ) ( 克 / 公 斤 ) ( 毫 克 / 公 斤 ) ( 毫 克 / 公 斤 ) ( 毫 克 / 公 斤 ) ( 厘 摩 尔 / 公 斤 )
7.1 20.62 1.534 121.28 19.16 72.5 14.85
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1.2 试 验 设 计
大 田 试 验 设 7 个 处 理 : 处 理 1 为 对 照 (N0), 处 理 2 为 农 民 习 惯 施 肥 (FP/2), 处 理 3-5 分 别 为 在
农 民 习 惯 施 氮 的 基 础 上 减 施 20%、30%、40% 的 氮 肥 (FP-20%/2,FP-30%/2,FP-40%/2), 分 两 次 施
用 , 处 理 6-7 分 别 为 在 减 施 30% 农 民 习 惯 施 氮 量 条 件 下 (FP-30%/3, FP-30%/4), 分 三 次 、 四 次 施 用 。
各 小 区 磷 、 钾 施 用 量 相 同 , 磷 肥 全 部 作 基 肥 , 钾 肥 基 肥 和 分 蘖 肥 各 占 50%。 试 验 设 3 次 重 复 , 随 机 区
组 排 列 。
1.3 测 定 项 目 及 分 析 ( 计 算 ) 方 法
植 株 全 氮 含 量 按 照 国 标 GB2905-82 用 半 微 量 凯 氏 定 氮 法 测 定 植 株 全 氮 含 量
[6]。
1.4 数 据 统 计 和 结 果 分 析
试 验 数 据 采 用 Excel 13.0 和 SAS 8.0 统 计 软 件 进 行 数 据 计 算 、 绘 图 和 统 计 分 析 。
2 结 果 与 分 析
2.1 产 量 与 氮 肥 利 用 率
由 表 2 可 知 , 氮 肥 减 施 , 小 麦 和 水 稻 的 产 量 并 未 显 著 降 低 。 小 麦 季 , 各 施 氮 处 理 产 量 较 不 施 氮 处
理 产 量 显 著 增 加 。 与 农 民 习 惯 施 肥 量 相 比 , 小 麦 产 量 并 未 随 着 施 氮 量 的 降 低 而 降 低 , 即 使 减 少 40% 的
氮 肥 用 量 , 也 没 有 降 低 小 麦 产 量 , 表 明 当 地 农 民 采 用 15 公 斤 N / 亩 的 氮 肥 用 量 是 过 量 的 。 由 于 氮 肥 过
量 施 用 , 减 氮 30% 的 三 个 氮 素 运 筹 处 理 之 间 产 量 也 无 显 著 差 异 。 各 施 氮 处 理 中 , 籽 粒 产 量 , 氮 肥 利 用
率 及 氮 素 收 获 指 数 均 未 达 到 显 著 水 平 , 以 减 氮 40% 的 处 理 FP-40%/2 处 理 其 氮 肥 利 用 率 、 氮 肥 农 学 利
用 率 以 及 氮 素 偏 生 产 力 最 高 , 分 别 为 66.6%、8.0 公 斤 / 公 斤 ,33.9 公 斤 / 公 斤 。
水 稻 季 产 量 结 果 表 明 , 在 农 民 习 惯 施 肥 的 基 础 上 适 量 减 施 氮 肥 并 未 降 低 产 量 , 处 理 FP-20%/2 产 量
最 高 , 为 559 公 斤 / 亩 , 略 高 于 农 民 习 惯 施 肥 处 理 。 各 施 氮 处 理 籽 粒 产 量 均 显 著 高 于 不 施 氮 处 理 。 与 小
麦 结 果 不 同 的 是 , 水 稻 季 减 氮 40% 处 理 FP-40%/2 处 理 产 量 较 减 氮 20% 处 理 FP-20%/2 处 理 产 量 显 著
降 低 , 该 结 果 表 明 , 氮 肥 的 减 量 施 用 效 果 在 第 二 季 作 物 中 体 现 的 较 为 明 显 , 过 量 减 施 氮 肥 会 降 低 水 稻
产 量 。 减 氮 30% 的 三 个 处 理 其 产 量 在 水 稻 季 仍 未 表 现 出 任 何 统 计 上 的 差 异 。 水 稻 各 施 氮 处 理 氮 肥 利 用
率 、 氮 肥 农 学 利 用 率 及 氮 素 偏 生 产 力 之 间 均 无 显 著 差 异 。 氮 肥 利 用 率 普 遍 较 高 , 笔 者 认 为 产 生 这 种 结
果 的 主 要 原 因 可 能 是 因 为 氮 素 土 壤 背 景 值 比 较 低 所 致 。
从 整 个 稻 麦 轮 作 周 期 的 结 果 来 看 , 施 氮 处 理 增 加 了 稻 麦 轮 作 体 系 的 生 产 能 力 , 但 是 各 施 氮 处 理 之
间 以 及 同 一 氮 素 用 量 的 不 同 氮 素 运 筹 处 理 之 间 产 量 差 异 不 显 著 。 氮 素 当 季 回 收 率 除 了 减 氮 30% 分 次 施
用 的 FP-30%/4 显 著 高 于 同 一 氮 素 用 量 的 FP-30%/2 和 农 民 习 惯 施 氮 处 理 外 , 其 他 处 理 并 无 显 著 差 异 ;
而 氮 素 偏 因 子 生 产 力 则 以 减 氮 40% 处 理 最 高 , 其 次 为 减 氮 20% 和 减 氮 30% 的 各 处 理 , 农 民 习 惯 施 氮
处 理 最 低 ; 而 氮 素 的 农 学 利 用 率 在 不 同 施 氮 处 理 间 则 无 显 著 差 异 。 综 上 可 知 , 适 当 减 少 氮 肥 用 量 , 不
仅 不 会 减 少 作 物 的 产 量 , 而 且 还 可 以 减 少 生 产 成 本 , 提 高 氮 肥 的 利 用 率 。
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氮 肥 减 施 对 稻 麦 轮 作 体 系 作 物 氮 素 吸 收 、 利 用 的 影 响
《 高 效 施 肥 》 2010 年 第 1 期 总 字 第 24 期
表 2
水 稻 - 小 麦 体 系 产 量 及 氮 肥 利 用 率
处 理
籽 粒 产 量 氮 收 获 指 数 N 肥 利 用 率 N 肥 农 学 利 用 率 氮 素 偏 生 产 力
( 公 斤 / 亩 ) (%) (%) ( 公 斤 / 公 斤 ) ( 公 斤 / 公 斤 )
小 麦
N0 233 b 80.7 a
FP/2 283 a 53.9 c 54.8 a 3.3 c 18.9 d
FP-20% /2 288 a 59.1 bc 60.6 a 4.6 bc 24.0 c
FP-30% /2 285 a 63.7 b 56.7 a 4.9 bc 27.1 b
FP-40% /2 305 a 66.8 b 66.6 a 8.0 a 33.9 a
FP-30% /3 293 a 64.5 b 53.9 a 5.7 b 27.9 b
FP-30% /4 299 a 63.0 b 64.7 a 6.3ab 28.5 b
N0 320 c 69.4 a
水 稻
FP/2 525 ab 53.2 b 52.2 a 14.7 a 37.5 a
FP-20% /2 557 a 60.7 ab 58.1 a 21.1 a 49.7 a
FP-30% /2 489 ab 60.8 ab 51.5 a 17.2 a 49.9 a
FP-40% /2 459 b 65.8 ab 59.1 a 16.5 a 54.6 a
FP-30% /3 495 ab 55.1 ab 62.1 a 17.8 a 50.5 a
FP-30% /4 492 ab 50.9 b 67.8 a 17.6 a 50.2 a
N0 553 b 75.1 a
稻 麦
FP/2 808 a 55.7 c 53.6 b 8.8 a 27.9 c
FP-20% /2 845 a 59.0 bc 59.4 ab 12.6 a 36.4 b
FP-30% /2 773 a 61.6 b 54.2 b 10.9 a 38.1 b
FP-40% /2 764 a 64.1 b 63.0 ab 12.1 a 43.9 a
FP-30% /3 788 a 62.0 b 57.9 ab 11.6 a 38.8 b
FP-30% /4 792 a 60.3 bc 66.2 a 11.8 a 39.0 b
注 : 同 一 作 物 各 项 目 数 字 后 小 写 字 母 表 示 差 异 间 达 5% 显 著 水 平
2.2 地 上 部 氮 素 吸 收 和 积 累
由 图 1 所 示 , 小 麦 季 各 处 理 的 氮 素 累 积 量 随 作 物 生 育 时 期 的 推 进 总 体 呈 增 加 趋 势 , 小 麦 氮 素 积 累
最 快 阶 段 出 现 在 拔 节 - 灌 浆 期 , 此 阶 段 氮 素 积 累 量 占 氮 素 总 积 累 量 的 34%-64%, 这 说 明 小 麦 在 越 冬 返
青 后 , 随 着 气 温 回 升 , 小 麦 进 入 旺 盛 生 长 期 , 吸 收 大 量 的 氮 素 以 供 干 物 质 的 累 积
[7]。 而 水 稻 季 不 同 处 理
的 氮 素 积 累 趋 势 基 本 相 同 , 自 移 栽 至 返 青 , 水 稻 的 氮 素 吸 收 量 较 低 , 自 返 青 期 至 分 蘖 期 , 水 稻 吸 氮 量
增 加 较 快 , 分 蘖 期 后 , 吸 氮 量 继 续 增 加 , 增 幅 有 所 下 降 。
小 麦 和 水 稻 的 氮 素 积 累 总 体 趋 势 均 表 现 为 随 施 氮 量 的 增 加 氮 素 积 累 量 增 加 , 各 施 氮 处 理 氮 素 积 累
显 著 高 于 不 施 氮 处 理 。
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图 1
小 麦 和 水 稻 生 育 期 内 氮 素 积 累 动 态
试 验 数 据 ( 未 列 出 ) 表 明 , 小 麦 季 100 公 斤 籽 粒 需 氮 量 略 高 于 水 稻 季 100 公 斤 稻 谷 需 氮 量 , 这 一
结 果 与 相 关 研 究 小 麦 耐 肥 特 性 高 于 水 稻 的 结 论 相 一 致
[8]。 单 位 小 麦 籽 粒 产 量 的 氮 素 需 求 量 随 施 氮 量 的 增
加 而 增 加 , 最 高 施 氮 量 时 , 总 吸 氮 量 达 到 最 高 为 13.6 公 斤 / 亩 , 并 且 100 公 斤 小 麦 籽 粒 需 氮 量 最 高 为
4.80 公 斤 。 水 稻 季 结 果 表 明 , 随 着 施 氮 量 的 增 加 , 水 稻 吸 氮 量 也 增 加 , 当 施 氮 总 量 相 同 时 , 氮 肥 施 用
时 期 和 比 例 不 同 也 会 引 起 水 稻 吸 氮 量 的 改 变 , 且 由 处 理 吸 氮 量 为 FP-30%/4>FP-30%/3>FP-30%/2,
可 知 随 着 氮 肥 施 用 时 期 的 向 后 迁 移 , 氮 素 吸 收 量 相 应 增 加 , 整 个 稻 麦 轮 作 体 系 也 呈 现 相 同 的 趋 势 。
2.3 经 济 效 益
通 过 调 查 可 知 ,07-08 年 水 稻 平 均 价 格 为 1.88 元 / 公 斤 , 小 麦 平 均 价 格 为 1.52 元 / 公 斤 , 尿 素 单 价
为 2 元 / 公 斤 , 磷 肥 单 价 为 0.5 元 / 公 斤 , 钾 肥 单 价 为 2.2 元 / 公 斤 。 结 合 小 麦 和 水 稻 的 产 量 可 计 算 出 各
处 理 的 经 济 效 益 , 如 表 3 所 示 。 由 表 3 可 知 , 小 麦 季 处 理 FP-30%/3 经 济 效 益 最 高 , 为 340 元 / 亩 , 较
农 民 习 惯 施 肥 增 加 55 元 / 公 顷 , 而 水 稻 季 处 理 FP-20%/2 经 济 效 益 最 高 , 较 农 民 习 惯 施 肥 处 理 增 加 71
元 / 亩 , 整 个 轮 作 体 系 属 减 施 20% 氮 肥 处 理 经 济 效 益 最 高 , 较 农 民 习 惯 施 肥 处 理 增 加 了 91 元 / 亩 。 从
整 个 轮 作 体 系 来 看 , 不 施 氮 处 理 经 济 效 益 最 低 , 在 最 高 产 量 时 , 即 减 施 20% 氮 肥 时 , 其 经 济 效 益 最 高 ,
同 一 氮 肥 水 平 下 , 以 肥 料 分 三 次 施 用 处 理 经 济 效 益 最 高 。 由 此 可 知 , 在 一 定 范 围 内 , 随 着 施 氮 量 的 增
加 , 经 济 效 益 提 高 , 当 施 氮 量 达 到 一 定 水 平 , 再 增 施 氮 肥 , 经 济 效 益 反 而 下 降 。 因 此 , 适 宜 的 氮 肥 用
量 和 运 筹 比 例 是 获 得 高 产 和 高 效 的 有 力 保 证 。
表 3 稻 麦 轮 作 经 济 效 益 分 析 元 / 亩
处 理 N0 FP/2 FP-20% /2 FP-30% /2 FP-40% /2 FP-30%/3 FP-30%/4
小 麦 295 286 306 328 340 340 334
水 稻 552 877 947 826 775 837 833
稻 - 麦 846 1162 1253 1154 1116 1178 1167
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氮 肥 减 施 对 稻 麦 轮 作 体 系 作 物 氮 素 吸 收 、 利 用 的 影 响
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3 结 论 与 讨 论
肥 料 的 施 用 一 直 是 我 国 广 大 农 民 公 认 的 粮 食 增 产 的 法 宝 , 然 而 肥 料 过 量 施 用 只 会 物 极 必 反 , 导 致
氮 肥 利 用 率 下 降 和 产 量 降 低 , 因 此 确 定 合 适 的 氮 肥 用 量 , 使 土 壤 氮 素 供 应 与 作 物 需 求 达 到 同 步 一 直 是
研 究 工 作 者 的 目 标 。 钟 旭 华 (2007) 等 研 究 表 明 , 控 制 氮 肥 总 用 量 , 适 当 的 减 少 作 物 生 长 前 期 氮 肥 的
供 应 , 增 加 后 期 氮 肥 用 量 , 将 氮 肥 后 移 , 能 很 有 效 的 实 现 氮 肥 高 效 的 目 的 。 本 研 究 结 果 显 示 , 在 江 汉
平 原 稻 麦 轮 作 体 系 氮 素 用 量 过 量 地 区 , 第 一 个 轮 作 周 期 在 农 民 习 惯 施 肥 的 基 础 上 减 施 20%-30% 的 氮 肥
用 量 能 保 证 产 量 不 下 降 的 同 时 减 少 环 境 风 险 , 是 可 行 的 施 肥 措 施 , 并 且 当 氮 肥 用 量 一 定 时 , 增 加 氮 肥
的 追 施 次 数 , 且 将 氮 肥 后 移 , 不 仅 不 降 低 产 量 , 且 能 减 少 氮 肥 用 量 , 提 高 氮 肥 利 用 效 率 。 然 而 在 当 前
农 民 习 惯 施 肥 量 下 这 一 减 肥 比 例 能 够 持 续 多 长 时 间 既 不 减 产 也 不 降 低 土 壤 肥 力 和 影 响 农 田 可 持 续 利 用
则 有 待 于 多 年 多 点 持 续 定 为 研 究 才 能 得 出 明 确 结 论 。
参 考 文 献 :
[1] 杨 仁 朋 , 王 德 科 , 刘 长 庆 , 刘 春 生 .. 冬 小 麦 夏 玉 米 轮 作 体 系 优 化 施 氮 对 土 壤 硝 态 氮 的 影 响 [J]. 中
国 农 学 通 报 , 2006,22(12):369-372
[2] 申 建 波 , 张 福 锁 . 水 稻 养 分 资 源 管 理 理 论 与 实 践 [M]. 中 国 农 业 出 版 社 ,2006,2-5
[3] 宋 歌 , 孙 波 . 县 域 尺 度 稻 麦 轮 作 农 田 土 壤 无 机 氮 的 时 空 变 化 [J]. 农 业 环 境 科 学 学 报 , 2008,
28(2):636-642
[4] Cui Z L, Chen X P, Miao Y X et al. On-Farm evaluation of winter wheat yield response to residual
soil nitrate-N in north China plain[J]. Agron . J, 2008, 100(6):1527-1534
[5] Slam M M, Ladha J K, Foyjunnessa et al. Nitrogen management for increased productivity of
rice-wheat cropping system in Bangladesh[J]. Field Crops Res . , 2006, 96:374-386
[6] 鲁 如 坤 . 土 壤 农 业 化 学 分 析 方 法 [M]. 北 京 : 中 国 农 业 科 技 出 版 社 ,2000,147-159
[7] 裴 雪 霞 , 王 秀 斌 , 何 萍 , 等 . 氮 肥 后 移 对 土 壤 氮 素 供 应 和 冬 小 麦 氮 素 吸 收 利 用 的 影 响 [J]. 植 物 营
养 与 肥 料 学 报 , 2009,15(1):9-15.
[8] 李 伟 波 , 吴 留 松 , 廖 海 秋 . 太 湖 地 区 高 产 稻 田 氮 肥 施 用 与 作 物 吸 收 利 用 的 研 究 [J]. 土 壤 学 报 ,
1997,34(1):67-72
73