秸秆还田条件下氮肥用量对冬小麦产量和氮效率的影响

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摘 要：目的：探讨秸秆还田配施氮肥对冬小麦产量和氮效率的影响，为临沂市实现小麦高产高效提供理论依据。方法：以济麦22作为供试冬小麦品种，设秸秆还田下5个施氮水平（0、90、180、270、360kg/hm2，分别表示为T1、T2、T3、T5、T6，以及秸秆不还田+施氮量180kg/hm2（T4）共6个处理，研究不同处理对冬小麦产量和氮效率的影响。结果：秸秆还田配施氮肥的冬小麦籽粒产量明显高于单施氮肥的，增产率为18.48%。其中秸秆还田配施氮肥270kg/hm2的处理冬小麦籽粒产量最高，达到8 410kg/hm2。秸秆还田配施氮肥与单施氮肥相比，明显提高了氮肥利用率、氮肥农学效率和氮素生产效率，分别提高了7.6%、6.7kg/kg和3.6kg/kg。结论：综合考虑临沂市秸秆还田配施氮肥应控制在180～270kg/hm2为宜。

关键词：冬小麦；秸秆还田；氮肥；产量；氮效益

中图分类号 S512.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）18-29-04

作物秸秆是一种极为丰富的并能直接利用的可再生有机资源。作物秸秆中不仅含有大量作物生长所必需的N、P、K等元素，而且含有可以作为再生资源加以利用的微量元素和有机物质[1-5]。已有大量研究报道表明，秸秆还田能够有效增加土壤有机质含量[6]，提高土壤的通透性[7]，改善土壤养分结构[8]，优化农田生态环境，增加作物产量[9-11]。施用氮肥对冬小麦品质和产量影响显著，但过量施用不仅造成氮肥的浪费，氮肥利用率降低，作物产量下降，经济效应下降，而且长期施用会导致土壤中硝态氮过度积累，造成土壤养分供应不平衡，增加生态恶化的风险[12-13]。可见，通过秸秆还田和氮肥的合理利用，既能增加作物的产量，又可以改善农田生态环境，对促进我国农业的可持续发展具有十分重要的意义。通过秸秆还田条件下不同氮肥处理对冬小麦产量和氮效率的影响研究，旨在为秸秆还田施肥技术的推广提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料 供试品种为济麦22。尿素：含氮量46%；过磷酸钙：含P2O5 12%；氯化钾：含K2O 60%。

1.2 试验设计 试验地点位于山东省临沂市河东区郑旺镇。前茬玉米收获后，秸秆保留在田间。0～40cm土壤含有机质15.06g/kg、全氮1.24g/kg、速效钾150.33mg/kg、有效磷18.41mg/kg，土壤pH值7.2，土壤容重为1.20g/cm3。

冬小麦播种量为150kg/hm2，播种行间距为20cm，设秸秆还田下5个施氮水平（0、90、180、270、360kg/hm2），分别表示为T1、T2、T3、T5、T6，以及秸秆不还田+施氮量180kg/hm2（T4）共6个处理，氮肥基追比6∶4，拔节期追肥，磷肥和钾肥作底肥，用量为K2O135kg/hm2；P2O5105kg/hm2。田间随机排列，每个处理重复4次，小区面积9.5m×10m=95m2，小区间宽50cm。于2012年10月上旬播种冬小麦。小麦成熟后每处理区单独收获测产并考种，调查各处理有效穗数、穗粒数、千粒重等指标。

1.3 测定项目及方法 分别在冬小麦生育阶段的苗期、返青期、拔节期、开花期、灌浆期、收获期采集地上植物样，烘干称量并计算干物质积累量。用凯式定氮法测定植物和籽粒中的全氮含量。

1.4 计算方法和数据分析 用氮素生产效率、氮肥农学效率和氮肥表观利用率等指标表示氮效率[14]。氮素生产效率=籽粒产量地上部分吸氮量；氮肥农学效率=（施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量）施氮量；氮肥利用率=（施氮区地上部分吸氮量-不施氮区地上部分吸氮量）施氮量。

用EXCEL和SPSS软件进行试验数据分析，差异显著性用LSR法检验。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田配施氮肥对冬小麦产量的影响 由图1图2可以看出，秸秆还田条件下，在一定范围内，冬小麦籽粒产量可以随氮肥用量的增加而增加，氮肥用量从90kg/hm2增加到270kg/hm2，冬小麦籽粒产量逐次增加，增产幅度为26.09%，但施氮量达到360kg/hm2时，冬小麦籽粒产量降低。说明过量使用氮肥并不能有效增加冬小麦籽粒产量。当氮肥用量为180kg/hm2，秸秆还田配施氮肥的冬小麦籽粒产量比单施氮肥增产，增产率为18.48%，说明秸秆还田配施氮肥能有效提高冬小麦籽粒产量。

2.2 秸秆还田配施氮肥对冬小麦产量性状的影响 由表1可知，各处理的基本苗数差异不显著，相差不大。秸秆还田条件下各处理间有效穗数和穗粒数均随施氮量的增加而增加，处理T5的有效穗数最大。氮肥用量相同时，秸秆还田条件下处理T3的有效穗数穗粒数和千粒重明显高于不还田条件下T4的。这说明，秸秆还田配施氮肥能有效提高冬小麦籽粒产量。随氮肥用量的增加，各处理千粒重呈现先升后降的趋势，由于氮肥供应过量，冬小麦贪青晚熟，穗数过多，干物质积累少，从而导致千粒重降低。处理T5的理论产量最高，这与冬小麦实际产量的变化相符，主要是由于有效穗数和穗粒数明显增加了。

2.3 秸秆还田配施氮肥对冬小麦不同生育期氮素累积的影响 秸秆还田条件下冬小麦地上部分各生育时期的氮素累积见表2。表2结果表明，各处理冬小麦地上部分氮素累积随生育期的延长总体呈现增长的趋势。处理T1的地上部分氮素累积量一直处于增长状态，在成熟期达到最大值。而其他处理的氮素累积在灌浆期达到最大值，成熟期有所降低，成熟期地上部分的氮素累积量占最大累积量的90.7%～92.6%，有7.4%～9.3%的氮素在灌浆期之后损失掉，这与李生秀等[15]的研究结果一致。地上部分氮素累积量第一次高峰出现在苗期，因为在苗期之前，冬小麦植株体内已经累积了一定量的氮，苗期阶段冬小麦氮素累积量约占到最大累积量的21%～32%，可见在冬小麦整个生育期氮素累积中占很大比例，这可能与冬小麦的基本苗数较高有关（表1）。第二次高峰出现在灌浆期，这是由于返青期之后冬小麦快速生长，这就需要吸收大量的养分作为干物质累积的基础。方差分析结果显示，在同一生育时期，随施氮量的增加，冬小麦地上部分氮素累积量显著增加。

2.4 秸秆还田配施氮肥对冬小麦氮效率的影响 由表3可知，随着氮肥用量的增加，氮肥利用率、氮肥农学效率以及氮素生产效率逐渐降低，说明随着施氮量的增加，氮肥的利用程度递减，氮肥的增产效果减弱，地上部分单位吸氮量所产生的籽粒量减少。秸秆还田处理T3在氮肥利用率、氮肥农学效率和氮素生产效率上均大于不还田处理T4，分别提高了7.6%、6.7kg/kg和3.6kg/kg，这反映出在氮肥用量相等的情况下，秸秆还田配施氮肥的冬小麦氮效率明显高于单施氮肥的。说明秸秆还田配施氮肥能使冬小麦更充分利用氮素，冬小麦地上部分单位吸氮量产生的干物质量较高，氮肥的增产效果较好。

3 讨论

3.1 秸秆还田配施氮肥对冬小麦产量的影响 已有大量的文献报道秸秆还田对冬小麦有增产作用[16-18]，也有文献表明秸秆还田有减产的作用[19]。减产的原因主要是大量秸秆分解速度慢，矿化期长，出现与冬小麦争氮的问题，导致土壤碳氮失衡。本试验结果显示，秸秆还田不配施氮肥时，影响了冬小麦的有效穗数，导致冬小麦减产。

秸秆还田对冬小麦增产的作用机理，刘洪军等[20]认为秸秆还田能提高冬小麦叶绿素含量，促进冬小麦旗叶的蒸腾作用和光合作用，进而促进了干物质的积累。Takahashi等[21]认为秸秆还田能够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，秸秆还田配施适量氮肥能够解决土壤微生物与作物争氮的问题，提高冬小麦的氮素吸收效率。在氮肥用量相等的情况下，秸秆还田配施氮肥的冬小麦氮效率明显高于单施氮肥，秸秆还田配施氮肥能使冬小麦更充分利用氮素，冬小麦地上部分干物质累积量较高，有利于较高的经济产量。

3.2 秸秆还田配施氮肥对冬小麦氮效率的影响 周海燕等[22]证明秸秆还田提高了作物的氮肥利用率、氮肥农学效率和氮素生产效率，其原因在于秸秆还田能够提高作物旗叶和根系的硝酸还原酶活性，促进作物体内的氮素同化。孙传范等[23]也得出了硝酸还原酶活性与作物吸氮量和籽粒产量有关的结论。

本试验中秸秆还田处理在氮肥利用率、氮肥农学效率和氮素生产效率上均大于不还田处理，分别提高了7.6%、6.7kg/kg和3.6kg/kg，其原因在于秸秆还田提高了土壤的供氮能力，有利于冬小麦对氮素的吸收，并且减少了土壤氮素的损失，提高了土壤的肥效。

4 结论

秸秆还田配施适量氮肥可以提高作物氮效率，增加籽粒产量。秸秆还田配施氮肥270kg/hm2的产量最高。与单施氮肥相比，秸秆还田配施氮肥能明显提高作物地上部分氮素的累积量、氮肥利用效率、氮肥农学效率和氮素生产效率，从而有利于提高冬小麦籽粒产量，获得较高的经济产量。

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（责编：徐世红）