施氮时期对冬小麦植株—土壤体系肥料氮去向的影响
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摘 要：通过15N示踪试验，研究了黄淮地区施氮时期对冬小麦植株-土壤体系肥料氮去向的影响。结果表明：随着施氮时期后移，小麦籽粒中的氮素含量增加，叶和茎中氮素含量降低。小麦植株氮素总积累量以拔节期追氮最高。拔节期追氮更有利于提高籽粒的氮素积累量，降低营养器官的氮素积累量，促进营养器官中的氮素向籽粒中转运。不同施氮时期条件下，冬小麦的氮肥生产效率和氮素收获指数均表现为拔节期追氮最高。拔节期追氮更有利于促进强筋小麦品种氮素的吸收，提高中弱筋小麦品种氮素的利用。小麦植株氮素总积累量来源于肥料氮的比例随施氮时期的后移呈降低趋势。推迟施氮时期，植株氮素总积累量来自基肥氮的比例增加，来自追肥氮的比例减少。随施氮时期后移，肥料氮在0～100 cm土壤中的残留呈现增加趋势。与起身期和孕穗期追氮相比，拔节期灌溉后追施氮肥，肥料氮在20～60 cm土壤中残留量最大。综合分析肥料氮在小麦季的去向得出，拔节期追氮肥料氮去向更均衡。
关键词：黄淮地区；冬小麦；15N示踪；施氮时期；氮素利用效率；氮去向
中图分类号：S512.1+10.62 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2012）12-0060-06
Effects of Nitrogen Topdressing Stage on Fate of Fertilizer Nitrogen
in Winter Wheat-Soil System Using 15N Tracer Technique
Zhai XueXu1， Wang ZhenLin1*， Dai ZhongMin2， Wang Ping3，
Yin YanPing1， Cao Li1， Cui ZhengYong1， Wu GuangLei1
（ 1.Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology， Taian 271018， China；
2. Dezhou College， Dezhou 253023， China； 3. Taian Academy of Agricultural Sciences， Taian 271000， China）
Abstract In this study， the 15N-isotopic tracer experiment was conducted to study the effects of nitrogen topdressing stage on fate of fertilizer nitrogen in winter wheat-soil system. The results indicated that with the delay of nitrogen application， the N content of wheat grains increased， while that of leaves and stem decreased. The total N accumulation amount （TNAA） in plant was the highest when topdressing at jointing stage （JT）. N application at JT was beneficial to increasing the TNAA in grains， reducing the TNAA in vegetative organs， and promoting the transportation of N from vegetative organs to grains. The N productive efficiency and N harvest index of winter wheat were the highest when topdressing at JT compared to topdressing at the other stages. Nitrogen topdressing at JT was more conducive to promoting the N absorption of strong gluten wheat varieties and increasing the N utilization of the middle and weak gluten wheat varieties. The percentage of TNAA from fertilizer decreased with the delay of nitrogen application. Postponing the N topdressing stage， the percentage of TNAA from basal fertilizer increased， while that from topdressing fertilizer reduced. With the delay of nitrogen application， the residues of fertilizer N in 0～100-cm soil showed increasing trend. Compared to N application at stem elongation （SE） and booting stage （BT）， the residues of fertilizer N in 20～60-cm soil were higher as N application at JT after irrigation. The comprehensive analysis showed that the fate of fertilizer N was more balanced with N application at JT content.
Key words HuangHuai wheat area； Winter wheat； 15N tracer； Nitrogen topdressing stage； Nitrogen use efficiency； Fate of nitrogen
氮肥施入土壤后主要有三种去向：一是被农作物吸收；二是以不同形态在土壤剖面中残留；三是通过不同的机制和途径损失。朱兆良[1]在总结国内研究结果的基础上，对我国农田中化肥氮的去向进行了初步估计：作物吸收35%、氨挥发11%、表观硝化反硝化34%、淋洗损失2%、径流损失5%，以及未知部分13%。
党廷辉等[2]研究发现，尿素作基肥混施入耕层后，小麦当季利用率为366%～384%，土壤残留的氮素主要集中在0～40 cm土层中，土壤残留率为292%～336%。因此，化肥氮利用率低，小麦当季施入的氮肥很大部分累积在土壤中。残留的氮素在土壤中主要以NO-3-N的形式存在[3～5]，导致土壤硝态氮在土壤剖面中的累积更为突出。累积的硝态氮如不及时被作物吸收利用，在夏季持续的降水和大量灌溉条件下，发生向下移动逐渐移出作物根区，而且造成土壤深层NO-3-N累积量增加或直接进入浅层地下水[6，7]，引起自然土壤和水体氮素富营养化、土壤酸化，甚至导致生物多样性的减少[8]。
目前，大量研究者对肥料氮在小麦植株及土壤中的去向展开研究，然而缺乏在不同时期追施氮肥条件下将两者联系到一起的整体性。本研究针对小麦植株-土壤体系中施氮时期对氮素吸收利用及肥料氮去向的影响。通过15N微区试验，研究黄淮地区施氮时期对冬小麦植株-土壤体系的肥料氮去向的影响，以期阐明麦田施氮时期与麦田肥料氮去向的关系，为小麦生产中减少氮肥损失、提高肥料利用效率提供理论依据。
1 材料与方法
11 试验设计
试验于2009～2010年在山东农业大学试验农场进行（36°09′N，117°09′E）。供试小麦品种为强筋小麦品种济南17（简写为JN17）和中弱筋小麦品种烟农24（简写为YN24）。试验地前茬作物为玉米，秸秆直接还田。土壤质地为壤土，0～20 cm耕层养分含量见表1。
试验设3个施氮时期处理，即在基施1125 kg N/hm2基础上，追施1125 kg N/hm2，分别于起身期（2010年3月21日）、拔节期（2010年4月10日）和孕穗期（2010年4月30日）施入，分别用SE （GS30）、JT （GS32）、BT （GS41） 表示[9]；追肥方式为开沟施肥后覆土，拔节期统一灌水。试验所用氮肥为尿素，播前每公顷施用过磷酸钙625 kg（折合P2O5 75 kg）和氯化钾200 kg（折合K2O 120 kg）做基肥。于2009年10月10日播种，2010年6月10日收获。小区面积为3 m×3 m=9 m2，行距25 cm，随机区组排列，重复3次。其它管理措施同一般高产农田。
15N微区设在大田试验的各小区内，微区为无底镀锌铁皮筒。微区长、宽、高为40 cm×35 cm×100 cm。试验处理同大田试验。每个处理设15N尿素基肥+普通尿素追肥和普通尿素基肥+15N尿素追肥两种施肥方式。埋设方法：先将微区筒置于所在位置，将微区周围挖开，套进土柱中，微区顶端距地面5 cm，防止框体内外肥料互混，保证铁皮内原状土不被破坏。15N尿素（上海化工研究院生产）的丰度为1018%。
12 测定项目与方法
121 植株样品的采集 小麦成熟期取样，按叶、颖壳+穗轴、茎+叶鞘及籽粒四部分分样，105℃杀青30 min后70℃烘干至恒重，用于干物质及全氮含量测定。
同时，将微区中小麦植株全部地上部取样。随机取出10株同样按叶、颖壳+穗轴、茎+叶鞘及籽粒四部分分样，烘至恒重，粉碎后用于15N丰度的测定。
122 土壤样品的采集 播种前采集试验地0～20 cm土壤样品，测定土壤养分状况。
小麦成熟期收获后，在微区内随机选择2点，用土钻垂直取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm深度的土样，等层混合均匀。风干磨碎后用于测定土壤全氮及15N丰度。
123 分析项目及测定方法
①植株全氮含量及15N丰度的测定：用H2SO4-H2O2消化，以半微量凯氏定氮法测定植株各部分的含氮量。15N丰度用Iso prime 100型稳定性同位素质谱仪测定，称取15N植株样品5 mg。
②土壤全氮含量及15N丰度的测定：称取风干磨碎后土样1 g（含氮量约1 mg），将土样送入干燥的消煮管底部，加5%高锰酸钾溶液1 ml，摇动消煮管，后缓缓加入8 ml浓硫酸，不断转动消煮管，将消煮管置于消煮炉上，用小火加热，待管内反应缓和时加强火力至275℃，待消煮液和土粒全部变为灰白稍带绿色后，继续消煮1 h，冷却，以半微量凯氏定氮法测定土壤含氮量。15N丰度用Iso prime 100型稳定性同位素质谱仪测定，称取15N土壤样品30 mg。
13 计算公式
15N原子百分超=15N丰度-03665
土壤各层全氮来自化肥氮的百分数（%Ndff）
=土壤各层全氮的15N原子百分超化肥氮的15N原子百分超×100
植株氮素来自化肥氮的百分数（%Ndff）
=植株中的15N原子百分超化肥氮的15N原子百分超×100
土壤各层来自15N肥料的氮量Ndff（kg/hm2）=土壤各层全氮含量（kg/hm2）×土壤各层%Ndff
植株氮素来自化肥氮的量Ndff（kg/hm2）=植物%Ndff×植物吸氮量（kg/hm2）
化肥氮氮素损失量（kg/hm2）=施氮量（kg/hm2）-植物Ndff（kg/hm2）-土壤Ndff（kg/hm2）
植株地上部的氮素积累量=植株样本的全氮含量×单位面积植株干重
氮肥生产效率=籽粒产量施氮量
氮素吸收效率=植株氮素积累量施氮量
氮素利用效率=籽粒产量植株氮素积累量
氮素收获指数=籽粒氮素积累量植株氮素积累量
14 统计分析
采用Microsoft Excel 2007和DPS 705统计分析系统进行数据处理和统计分析。
2 结果与分析
21 施氮时期对小麦氮素积累和分配的影响
211 施氮时期对小麦成熟期氮素含量的影响 由表2可知，成熟期各器官的氮素含量以籽粒中最大，其次为叶，颖壳+穗轴和茎+叶鞘最低。相同施氮时期条件下，籽粒中氮素含量JN17明显高于YN24；而其他器官中氮素含量JN17则低于YN24。
不同施氮时期条件下，JN17和YN24均以孕穗期追氮处理籽粒中氮素含量最高，拔节期追氮处理次之，起身期追氮最少。对于营养器官来说，随着施氮时期的推迟，叶片和茎+叶鞘中氮素含量均表现为起身期追氮>拔节期追氮>孕穗期追氮；而颖壳+穗轴中氮素含量则表现为拔节期追氮>起身期追氮>孕穗期追氮。表明推迟施氮时期，能增加籽粒中氮素含量，降低叶和茎中的氮素含量。
212 施氮时期对小麦成熟期氮素积累量的影响 由表3可以看出，相同施氮时期条件下，成熟期各器官氮素积累量表现为籽粒>茎+叶鞘>叶片>颖壳+穗轴。JN17籽粒中的氮素积累量明显高于YN24，说明强筋小麦品种更有利于籽粒中氮素的积累。
不同施氮时期条件下，JN17和YN24籽粒中氮素积累量均表现为拔节期追氮>孕穗期追氮>起身期追氮；营养器官中氮素积累量则表现为孕穗期追氮>起身期追氮>拔节期追氮。表明拔节期追氮有利于提高籽粒的氮素积累量，降低营养器官的氮素积累量。
22 施氮时期对小麦氮素利用率的影响
由表4可以看出，两小麦品种的氮肥生产效率和氮素收获指数在不同施氮时期条件下均表现为拔节期追氮最高，起身期和孕穗期追氮差异不显著。
氮素吸收效率和氮素利用效率对施氮时期的响应存在基因型差异，JN17的氮素吸收效率表现为拔节期追氮>孕穗期追氮>起身期追氮，YN24则表现为孕穗期追氮>拔节期追氮>起身期追氮；氮素利用效率JN17表现为起身期追氮>拔节期追氮>孕穗期追氮，YN24则表现为拔节期追氮>起身期追氮>孕穗期追氮。
综合以上结果表明，拔节期追氮有利于提高
小麦的氮素生产效率和收获指数，促进强筋小麦品种氮素的吸收，提高中弱筋小麦品种氮素的利用效率。
23 施氮时期对小麦成熟期不同来源氮素在植株中分配的影响
由表5可知，JN17和YN24两小麦品种氮素总积累量来源于肥料氮的百分比均有随着施氮时期的后移而降低的趋势。
不同施氮时期条件下，JN17和YN24小麦氮素总积累量来自基肥氮的百分比均随施氮时期后移而呈现增加的趋势，来自追肥氮的百分比呈降低的趋势。
起身期追氮时，小麦氮素有将近一半来自肥料氮，吸收肥料氮比例最高，但氮素的总积累量较低；孕穗期追氮时，小麦氮素仅有3155%～3567%来自肥料氮，作物主要吸收土壤氮，小麦氮素总积累量来自追肥氮比例仅为277%～320%，大量的追肥氮不能被利用；而拔节期追氮时，氮素总积累量最高，分配较均匀。
24 施氮时期对成熟期小麦土壤肥料氮残留量的影响
从表6中可以看出，肥料氮在成熟期小麦土壤0～100 cm层次中均有残留，随着深度的增加，
残留量明显减少，绝大部分肥料氮残留在0～60 cm土层中。
不同施氮时期条件下，0～20 cm土层肥料氮残留量以孕穗期追氮最高，20～40 cm和40～60 cm土层肥料氮残留量均以拔节期追氮最高，这主要是因为拔节期灌水后追氮，肥料氮随水分向更深土层移动。
25 施氮时期对肥料氮在小麦季中去向的影响
由表7可以得出，小麦吸收肥料氮的量及比例均随着施氮时期的后移而呈现降低的趋势。起身期、拔节期和孕穗期追氮，JN17小麦品种吸收肥料氮的比例分别为4946%、4337%和4148%；YN24分别为4449%、3616%和3306%。
小麦成熟期收获后，肥料氮在0～100 cm土层残留较多，随着施氮时期后移而呈现增加的趋势。起身期、拔节期和孕穗期追氮，JN17小麦品种肥料氮在0～100 cm土层残留的比例分别为3191%、4107%和4204%；YN24分别为3578%、4787%和4968%。此外，随着施氮时期后移，肥料氮的总损失呈先降低后升高的趋势，这可能与拔节期灌水有关。
3 讨论
31 施氮时期与小麦籽粒氮素含量的的关系，大量研究认为随着施氮时期后移，籽粒氮素含量呈增加的趋势[10，11]。氮肥追施时期后移提高了植株来自土壤氮和肥料氮的积累，促进了肥料氮向籽粒转运[12，13]。茹德平[14]利用15N示踪技术研究高产小麦的施氮规律，发现小麦对追加15N化肥的吸收利用率为284%～463%。本试验结果表明，随着施氮时期后移，小麦籽粒中的氮素含量增加，叶和茎中氮素含量降低，与前人研究结果[15]一致。小麦植株氮素总积累量以拔节期追氮最高，拔节期追氮更有利于提高籽粒的氮素积累量，降低营养器官的氮素积累量，促进营养器官中的氮素向籽粒中转运。冬小麦的氮肥生产效率和氮素收获指数在不同施氮时期条件下均表现为拔节期追氮最高，拔节期追氮有利于提高小麦的氮素生产效率和收获指数，促进强筋小麦品种氮素的吸收，提高中弱筋小麦品种氮素的利用。小麦植株氮素总积累量来源于肥料氮的比例随施氮时期的后移呈降低趋势，推迟施氮时期，植株氮素总积累量来自基肥氮的比例增加，来自追肥氮的比例减少。
32 关于小麦施用氮肥后的去向问题，学者们进行过较多的研究[16～19]。王东等[20]研究结果表明，施纯氮96～168 kg/hm2处理，增加了60 cm以上土层土壤硝态氮含量，降低了土壤氮素表观损失量占施氮量的比例。武际等[21]研究认为，不同氮肥施用时期和基追比例对0～20 cm土层土壤硝态氮和铵态氮含量均有显著影响；氮肥施用时期后移，明显提高了氮肥吸收利用率，减少了小麦全生育期土壤氮素的表观盈余量。本研究认为：随施氮时期后移，肥料氮在0～100 cm土壤中的残留呈现增加趋势。与起身期和孕穗期追氮相比，拔节期灌水后追施氮肥，肥料氮在20～60 cm土壤深中残留量最高。
33 向敏超等[16]研究结果表明，施氮量225 kg/hm2时，冬小麦氮肥的利用率为359%，100 cm土体中的残留率为280%，损失率占445%；巨晓棠等[17]研究得出，施氮量120～360 kg/hm2时，肥料的当季利用率为236%～446%，土壤残留率为453%～209%，损失率为103%～552%；当季冬小麦或夏玉米对化肥氮的吸收率约为238%～445%，0～100 cm土壤残留率为209%～453%，损失率为103%～552%[22]；高肥力土壤上，冬小麦对肥料氮的回收率是232%～453%，0～100 cm土壤残留率为209%～453%，损失率为94%～559%[23]。研究结果不尽相同，这主要是由于地区不同土壤质地也不同。
在本试验条件下，肥料氮在小麦季的去向表现为：起身期追氮，小麦植株吸收率为4449%～4946%，0～100 cm土壤残留率为3191%～3578%，损失率为1864%～1973%；拔节期追氮，小麦植株吸收率为3616%～4337%，0～100 cm土壤残留率为4107%～4787%，损失率为1556%～1597%；孕穗期追氮，小麦植株吸收率为3306%～4148%，0～100 cm土壤残留率为4204%～4968%，损失率为1648%～1726%。综合分析小麦植株吸收、土壤残留和总损失得出，拔节期追氮肥料氮去向更均衡。参 考 文 献：
[1] 朱兆良 中国土壤氮素研究[J] 土壤学报， 2008， 45 （5）：778-783
[2] 党廷辉， 蔡贵信， 郭胜利，等 用15N标记肥料研究旱地冬小麦氮肥利用率与去向[J]核农学报， 2003， 17 （4）：280-285
[3] 李世清， 李生秀 半干旱地区农田生态系统中硝态氮的淋失[J] 应用生态学报， 2000， 11（2）：240-242
[4] 邹国元 冬小麦/夏玉米轮作体系中肥料氮的硝化-反硝化作用研究[D] 北京： 中国农业大学， 2001
[5] Ferguson R B，Hergert G W，Schepers J S，et al Site-specific nitrogen management of irrigated maize： Yield and soil residual nitrate effects[J] Soil Science Society America Journal， 2002，66：544-553
[6] Zhang W L，Tian Z X，Zhang N，et al Nitrate pollution of groundwater in northern China Agriculture[J] Ecosystems and Environment， 1996，59：223-231
[7] Richter J， Roelcke M The N-cycle as determined by intensive agriculture-examples from central Europe and China[J] Nutrient Cycling in Agro-ecosystem， 2000，57：33-46
[8] Suprayogo D， Van Noordwijk M， Cadisch G The inherent safety net of Ultisols： measuring and modeling retarded leaching mineral nitrogen[J] European Journal of Soil Science， 2002， 53： 185-194
[9] Zadoks J C， Chang T T， Konzak C F A decimal code for the growth stages of cereals[J] Weed Research， 1974，14：415-421
[10] 张 军， 张洪程， 许 轲，等 氮肥施用时期对强筋小麦品质影响的研究[J] 江苏农业科学， 2005，2：31-34
[11] 李若楠， 王丽英， 张彦才，等 氮肥追施时期及包膜控释氮肥对冬小麦产量和氮素吸收的影响[J] 中国生态农业学报， 2010， 18 （2）：277-280
[12] 赵广才， 何中虎， 王德森，等 栽培措施对面包小麦产量及烘烤品质的调控效应[J] 作物学报， 2002， 28（6）：797-802
[13] Elvira G L， Rafael J L B， Luis L B Effect of N rate， timing and splitting and N type on bread making quality in hard red spring wheat under rain fed Mediterranean conditions[J] Field Crops Res， 2004， 85：213- 236
[14] 茹德平， 赵彩霞， 李习军，等 用15N示踪技术研究高产小麦、玉米的施氮规律[J] 核农学报， 2005， 19（2）：151-154
[15] 周 青， 陈风华， 张国良，等 施氮时期对弱筋小麦产量和品质的调节效应[J] 麦类作物学报， 2005， 25（3）：67-70
[16] 向敏超， 毛端明 15N研究新疆灌淤土-冬小麦系统中尿素氮的利用和去向[J] 土壤肥料， 1994，4：18-21
[17] 巨晓棠， 张福锁 中国北方土壤硝态氮的累积及其对环境的影响[J] 生态环境， 2003， 12 （1）：24-28
[18] 李贵宝， 张水旺 应用15N示踪技术研究河南主要土类冬小麦对氮素的利用[J] 核农学报， 1997， 11（4）：243-246
[19] 寇长林， 徐建生， 王恒宇 砂质潮土冬小麦对氮肥的利用与氮素平衡[J] 核农学报， 2003， 17（6）：476-480
[20] 王 东， 于振文， 于文明，等 施氮水平对高产麦田土壤硝态氮时空变化及氨挥发的影响[J] 应用生态报， 2006，17 （9）： 1593-1598
[21] 武 际， 郭熙盛 氮肥施用时期及基追比例对土壤矿质氮含量时空变化及小麦产量和品质的影响[J] 应用生态学报， 2008， 19 （11）： 2382-2387
[22] 潘家荣 冬小麦/夏玉米轮作体系中化肥氮的去向[D] 北京： 北京农业大学， 2001
[23] 巨晓棠， 潘家荣， 刘学军，等 高肥力土壤冬小麦生长季肥料氮的去向研究Ⅰ 冬小麦生长季肥料氮去向[J] 核农学报， 2002， 16 （6）： 397-402 山 东 农 业 科 学 2012，44（12）：66～68