全 文 ：第 26卷第 7期
2006年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．26，No．7
Ju1．，2006
黄淮海平原玉米施氮量对后茬小麦
土壤剖面硝态氮和产量的影响
王启现 ，王 璞 ’，王秀玲 ，翟志席 ，刘岩一。
(1．中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100094；2．中国农业科学院农业信息研究所，北京 100081；
3．青岛市农业技术推广站，青岛 266071)
摘要：在冬小麦一夏玉米一年两熟模式下，玉米品种“郑单 958”(植株密度 9株，rn2)和小麦品种“93．9”(基本苗 704株，m )，冬小麦
基施 144 kg N，h ，研究了玉米 5个施 N量(0、90、180、270和 360 kg／hm2)对后茬小麦期间土壤剖面硝态氮含量、无机氮总量 ，以
及小麦氮素吸收利用和产量的影响。结果表明：(1)与不施氮相 比，玉米施氮显著增加小麦季 0～200cm土壤硝态氮含量；自拔
节起 ．0 4JDcIn、0～130cIn和0～200cIn硝态氮含量均随施氮量增加而递增，在硝态氮含量较高的小区增幅也大。(2)轮作一周期
后，不施氮和施氮 360 kg／hmz显著影响 0～130cm和 0～200cm无机氮总量，但在 90～270 kg／hmz之间，施氮量的影响不 明显。
(3)施氮小于 180 kg／hmz时 ，成熟期小麦植株氮素和籽粒氮素积累量 、氮肥利用率均随施氮量增加而递增 ，但不明显。(4)与不
施氮相比，施氮 90 kg／hin2的小麦产量和麦玉轮作总产均增加但不明显，施氮 180 kg／hm2均显著增加 ，施 氮 270kg／hin2与 180
kg／hm 无明显差异。本试验条件下，夏玉米施氮 90～180 kg／hm 是适宜的。
关键词：冬小麦；施氮量；土壤硝态氮含量；籽粒产量
文章编号：1000—0933(2006)07．2275—06 中图分类号 ：$512．106 文献标识码：A
Efect of N rates applied to summer maize on soil nitrate content during the
following crop season and winter wheat grain yield in Huang-Huai-Hai Plains
WANG Qi-Xian ，WANG Pu ，WANG Xiu—Ling ，ZHAI Zhi．Xi ，LIU Yan．Yi (1．脚。n e眦 。 ∞， ，Chim A rnf
University，Beljing 100094，China；2．Institute of agricultural information，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China；3．Qingdao
Extension StationofAgro-technology，Qingdao 266071，China)．ActaEcologica Sinica，2006，26(7)：2275—2280．
Abstract：Continuous applying N at high rate in crop production in China resulted in increasing basal soil N content and decreasing
N fertilizer use efficiency．Moreover，it caused severe underground water polution in many areas．Therefore，how to optimal use
N fertilizer was facing scientists．Th ere were lots of researches on the nitrate dynamics with N fertilizer treatments during winter
wheat-summer maize rotation system，especially during summer-maize season．Due to high variation of rainfall and temperature
during maize growth season in China，it was difficult to determine the optimal N fertilizer rate applied to maize only by studies on
relationship of maize N requirements and soil nitrate dynamics．The objective of this study was to understand the effect of N rates
applied to maize on soil nitrate content and crop yield during winter wheat growth season．
A field trial with the summer maize—winter wheat rotation was carried out in Huang-Huai-Hai Plain，North China，in 2002—
2003．Five rates of nitrogen fertilizer(i．e．0，90，180，270 and 360 kg N hm )were applied to maize with high—yield hybrid
“Zhengdan 958”and the population of 9 plants m～
． 2／3 of the total N fertilizer was applied at sowing stage and 2／3 of that at 10-
基金项目：国家“863”资助项 目(2002AA6Z3201)；国家自然科学基金资助项目(30471015)
收稿 日期：2005—11-25；修订 日期：2006—04—21
作者简介：王启现(1976～)，男，山东费县人，博士，主要从事食物安全系统与作物高效栽培研究．E—mail：wangqx@caa8．net．en
*通讯作者 Coresponding author．E-mail：wangpu@cau．edu．an
Foundation item：The projeet was supporeed by National High Technology R&D Program of China(No．2002AA6Z3201)and National Natural Science Foundation
of China(No．30471015)
Received da te：2005--11--25；Accepted da te．2006-·04-21
Biography：WANG Qi—Xian，Ph．D．，mainly engaged in food safety system and crop efiqcient production．E—mail：wangqx@eaa8．net．an
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2276 生 态 学 报 26卷
unfolded leaf stage．After maize harvest，wheat as the following cmp was planted in former cmp plots with cuhivar“97 3’and seed
rate of 704 grain m。。．N rate of 144 kg hm～ was applied at wheat sowing．Except for precipitation of 112
． 1 mm during wheat
season，two times of irrigation with 75 mm at each time were done on April 13，and May 9，2003，respectively．The trial was
completely randomized design with three replicates．Hot size was 6 m by 6 m．The vocation between maize harvest and wheat
sowingwas 15 days．
The soil in the trial field was light salted loam in 0～130 cm soil layers and loam in 130—200 cm soil layers．There was just
ploughed dudng the vocation of the cropping system．In addition to N fertilizer，P2 05 and K2 O were dressed on the day of maize
sowi ng at rate of 105 kg hm一2and 120 kg hm一2
，
and on the day of ploughing day at rate of 103 kg hm一2 and 75 kg hm一
。
respectively．Soil samples were taken three times(i．e．sowing，shooting and maturity)during wheat season and one time at maize
sowing with a soil auger．Th e samples were divided into diferent soil layers in 20 cm increment from surface to 100 cm depth．100
～ 130 cm，130～160 cm，and 160～200 cm at taking，pretreatment and analysis．Soil nitrate was determ ined by the Salicylic
Acid Colorimetric Method and ammonium by the improved Ninhydrin Colorimetric Method．Considering of the nitrate mobility，we
incorporated eight soil layers into three layers(i．e．0～40 cm，40～130 cm，and 130～200 cm)according to soil bulk density．
At crop maturity．grain yield was measured in field and samples were taken at the same time．T0tal N content was analyzed with
Kjeldahl Digestion Method．
Th e findings of the trial showed the nitrate content in the 0～200cm soil profile significantly increased during wheat season
when N fertilizer applied．In the 0～ 40cm，0 ～ 130cm and 0 ～ 200cm soil profiles，the nitrate content increased with the
increment of N rates from wheat shooting to maturity．The higher the soil nitrate content，the more amount soil N increment caused
by N fertilizer．Th e 0～200 cm inorganic amount in zero N fertilizer plots signifcantly decreased at wheat maturity by comparing to
that at maize sowing．while that in the 360 kg hm～ N fertilizer plots significantly increased．Th e 0～200 cm soil inorganic
amounts in those plots with N rates of 90 kg hm一 to 270 kg hm～ little decreased after one maize season and one wheat season．
Th e wheat plant N amount，grain N amount and grain NUE all slightly increased with increment of N rate when the N rate is less
than 1 80 kg hm～ ．In comparison with zero N treatment，the 90 kg hm一 treatment slightly increased the grain yield of winter
wheat and that of maize plus wheat，but the 1 80 kg hm～ treatment signifcantly increased it．Th e grain yields in the 270 kg hm一
plots and those in the 180 kg hm。。plots had no significant diference．So．the N fertilizer at rate of90～180 kg hm一 was optimal
under trial conditions．
Key words：winter wheat(Triticum aestivum L．)；N fertilizer rate；soil nitrate content；grain yield
匈牙利定位试验表明，长期高量施氮常造成土壤肥力递增⋯。土壤大量累积的NO3-一N对地下水污染的
威胁性增大 ]。我国粮食高产区常年大量使用氮肥，特别是玉米季超量十分严重，已使土壤肥力显著提高，玉
米的氮肥增产效应愈来愈小口]，黄淮海平原夏玉米氮肥利用率仅约为 10％[4 。研究表明，若仅靠土壤供氮 ，
既是在高肥力地块作物产量潜力也受到限制 ，且不持续 ；但若施氮量过高，也会造成产量下降 。J．
Baldzs等认为，只有适宜的施氮量，作物产量才最高 。
氮肥问题一直是近年来的研究热点。国外集中在如何减少氮肥用量、减少污染 ’¨ ，国内集中在如何
减少氮肥用量的同时能确保作物产量 ·”I¨ ，研究对象也从单季作物、周年轮作，又回到单季作物。在黄
淮淮平原冬小麦．夏玉米轮作体系中，与冬小麦季相比，夏玉米季的氮肥 回收率显著降低而损失率显著增
高n 。为提高轮作体系的氮肥利用率、减少氮素损失，夏玉米季土壤氮素变化及其氮肥影响成为研究热点，
并取得了大量结果【4 ·”]，但因夏季温度和降水的多变性，规律性结果较少，研究仍较薄弱。为此，有人尝试
在两季作物连接点上寻求突破，黄生斌等研究了玉米季不施氮的情况下，冬小麦施氮量对玉米氮素需求的影
响【J 。目前，玉米季施氮对小麦季土壤氮素变化、小麦氮素吸收利用和产量的影响等方面的研究还较少，特
别是在特定栽培技术体系。本试验充分考虑与当前冬小麦高产节水省肥栽培技术体系 刮¨衔接，研究了不同
夏玉米施氮量对冬小麦季土壤剖面硝态氮含量和小麦氮素吸收、利用及产量的影响，以期为科学确定玉米氮
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7期 王启现 等 ：黄淮海平原玉米施氮量对后茬小麦土壤剖面硝态氮和产量的影响
肥用量、提高玉米季氮肥利用率提供理论依据。
1 材料与方法
本研究于 2002 2003年在河北省吴桥实验站进行。在冬小麦．夏玉米一年两熟轮作模式下，先于 2002年
进行夏玉米氮肥试验，收获玉米后在所有试验小区上采用同一方式种植冬小麦，进行冬小麦试验。
玉米试验开始时的土壤基本情况是：冲积型盐化潮土，轻壤土质，有机质含量 11．0 mg／g，全氮(N)0．7 nag／
g，碱解氮(N)65．2mg／kg，速效磷(P)17．1 mg／kg，速效钾(K)74．9 mg／kg，地力中等偏上，pH 8．21。玉米氮肥试验
设 0、90、180、270、360 kg／hm2共 5个施氮量，完全随机区组设计，3次重复，小区面积为 6 m×6 m；供试品种郑
单958，植株密度 9株／rn2。磷肥在无氮区用三料钙镁磷肥，在施氮区用磷酸二铵，钾肥用硫酸钾，磷肥(以P20
计，105 kg·hm )和钾肥(以Ks0计，120 kg·hm )在播种期一次性施人。施氮量按播种期 1／3、10叶展 2／3分
配，基施氮在扣除磷酸二铵的 N后用尿素补足，追施氮用尿素，施肥方式均为侧行开沟条施。
小麦试验中，各对应小区均采用节水省肥高产栽培技术，即选用节水且对氮肥较敏感的小麦高产品种
“93．9”，10月 18日播种，机播，基本苗704株／Il2；施尿素 15kg、磷酸二铵 15kg、硫酸钾 10kg、硫酸锌 lkg，所有肥
料(其中，折合 144 kg N／hm~)全部基施。在浇足底墒水的基础上，采用春季二水灌溉模式，春一水 4月 13日，
春二水 5月 9日(在开花 灌浆期之间)，每次灌水75mm。冬小麦期间降水 112．Imm。
1．1 土壤样品采集与分析方法
试验于夏玉米播种前，冬小麦播种期、拔节期(4月 11 Et)和成熟期(6月 8日)共采集了4次土壤样品。
每小区选代表性的2个点，每点 2钻，3次重复，在样点处用土钻分 8层(0～20cm，20—40em，40—60cm，60—
80cm，80—100cm，100—130cm，130—160cm，160—200cm)取样，按采样点分层装入塑料袋，迅速于冰柜中保存。
鲜土样处理如下：样品解冻后，将袋中土样充分混匀，称取 20 g鲜土于 180 ml塑料瓶 ，加入 1 mol／L的 KCL溶
液 100 ml，震荡 1 h，用定量滤纸过滤到胶卷盒，过滤液需立刻冰冻保存或测定；同时，测定土壤含水量。将过
滤液解冻后，用醋酸．硝酸试粉法n 测定 No；．N含量 ，在 530 nm下比色；用靛酚蓝 比色法 副¨测定 N ．N含
量 ，在 625 nm下比色。
考虑到土壤 No；．N移动性较强，以20cm土层为分析单元误差较大，根据取样层的土壤容重，把无机氮的
测定值进行了土层合并处理，分为 0—40cm、40—130cm和 130—200em共 3个层进行研究。土壤无机氮(N i )
为 No；．N与 Nil,*．N之和，无机氮变化量 =土壤 N 起始一土壤 N 结束 。
1．2 植物样品采集与分析方法
(1)于物质积累 每小区选取代表性样段 10段，每段长0．5m，要求各样段基本苗一致。于拔节期、抽穗
期和成熟期每小区各取样段 30cm，所取样段按单茎株数与分蘖株数的比例，每小区选择考察 10株，所取样段
的植株全部烘干称重并粉碎留样。
(2)测产与考种 田间实际收获 1m2样区，每小区2个样点，测定冬小麦实际产量；夏玉米实际收获每小
区中间 3行，进行实测产量。
(3)样品全氮测定 植物和籽粒留样的全氮含量均采用半微量凯式定氮法 ¨测定。氮肥利用率采用非
同位素差值法计算，即氮肥利用率 =作物从所施氮肥中的吸氮量／施氮总量 ×100％。氮转移效率 =籽粒氮积
累量／植物吸氮量 ×100％。
2 结果与分析
2．1 不同夏玉米施氮量下冬小麦生长季土壤硝态氮含量的变化
由图1知，与不施氮相比，玉米施氮处理显著增加小麦季 0—200cm土壤硝态氮含量 ，施氮量之间差异明
显。小麦播种期，施氮量对 0—40cm土层硝态氮含量影响不明显；施氮 90 kg／hm2的40—130cm和 130—200cm
土层硝态氮含量均比不施氮增加，但不显著；施氮 180 kg／hm 的两土层均比施氮 90 kg／hm 明显增加；在施氮
180 360 kg／hm2之间，40 130em土层硝态氮含量随施氮量增加而显著递增，130—200cm土层硝态氮含量在
不同施氮量之间差异不明显。从0—130cm和0—200cm两土深看，随施氮量增加，土壤硝态氮含量均递增，其
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生 态 学 报 26卷
中施氮 90 kg／hm2与不施氮差异不明显，比施氮 180 kg／hm2显著降低。
生育时期Growth stage
图 1 夏玉米施氮量对后季冬小麦生长期间土壤硝态氮含量的影响
Fig．1 Efect of N rates applied in summer maize zeason on soil nitrate concentration during winter wheat season
小麦拔节期 ，随施氮量增加，0～40cm、40～130cm和 130～200cm三层土壤硝态氮含量均递增。其中，在0
～ 40cm土层，施氮量小于 180 kg／hm2时，随着施氮量增加，土壤硝态氮含量增加不明显；施氮 270 kg／hm2比
180 kg／hm2显著增加。在 40～130cm土层，施氮量小于 180 kg／hm2时，随施氮量增加，土壤硝态氮含量明显增
加；施氮 270 kg／hm2比 180 kg／hm2增加不明显。在 130～200cm土层，施氮量小于270 kg／hm2时，随施氮量增
加，土壤硝态氮含量增加不明显，但施氮 360 kg／hm2比270 kg／hm2增加显著。从 0～130cm和0～200 cm两土
深看，随着施氮量增加，土壤硝态氮含量显著递增。
小麦收获时，随施氮量增加，0～40cm、40～130cm和 130～200cm三土层硝态氮含量均递增。在 0～40cm
和 130～200cm两层，施氮量小于 180 kg／hm2时，随着施氮量增加，土壤硝态氮含量均递增明显，施氮量大于
180kg／hm2时，随着施氮量增加，硝态氮含量均增加不明显。在 40～130cm土层，随施氮量增加，硝态氮增加，
其中施氮 90 kg／hm2比不施氮增加显著。从 0～130cm和0—200cm土壤硝态氮含量看，施氮 90 kg／hm2比不施
氮、施氮 180 kg／hm2比施氮 90 kg／hm2均显著增加。
2．2 夏玉米不同施氮量对麦玉轮作期土壤无机氮总量变化的影响
如表 1所示，玉米施氮量对麦玉轮作周期 0～130cm和 0～200cm土壤无机氮(即，硝态氮与铵态氮之和)
总量的变化有明显影响。经过一季玉米和一季小麦后，不施氮 0～40cm和 40～130cm土壤无机氮增加，分别
为89．6 kg／hm2和217．0 kg／hm2，但由于 130～200cm土壤无机氮减少 513．1 kg／hm2，0～200cm土壤无机氮共减
少 206．5 kg／hm2。与此不同，施氮360 kg／hm2 0～40cm和 40—130cm土壤无机氮分别减少 83．9 kg／hm2和 61．0
kg／hm2
，但由于 130～200cm土壤无机氮增加433．1 kg／hm2，0～200cm土层无机氮也增加 288．2 kg／hm2。施氮90
～ 270 kg／hm2范围内，施氮量对0～130cm和0～200cm土壤无机氮改变量的影响不明显。
2．3 不同夏玉米施氮量下冬小麦氮素积累与利用情
况
从表 2可知，随着玉米施氮量增加，成熟期小麦
植株和籽粒氮素积累量均增加。施氮量小于 180 kg／
hl12时，随着施氮量增加，植株氮素积累量增加不明
显；施氮量小于270时，随施氮量增加，籽粒氮素积累
量增加不明显。与施氮 90 kg／hm2和不施氮相比，施
氮 270 kg／hm2的植株积累氮量增加明显，但籽粒积累
氮量增加不明显；施氮 360 kg／hm~的植株氮量和籽粒
表 1 夏玉米施氮量对麦玉轮作期土壤无机氮改变量的影响
Table 1 Efect of N rates applied to maize on soil inorganic supplying
m ount during summer maize·winter wheat rotation(kg／hm2)
氮量 。~
土
4
层
0c 40~
土
1
层
30 。
土
~ 2
层
00 。~
土
13
层
0 。~
土
20
层
O
r 【e S
oil1ayer Soil1a丫Br so丑1ayer So illayer So illayer
— —
∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ O 6 5 4 3 2 l
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7期 王启现 等：黄淮海平原玉米施氮量对后茬小麦土壤剖面硝态氮和产量的影响
氮量均比施氮 270 kg／hm 增加不明显，但比施氮 180 kg／hm 显著增加，其中施氮 360 kg／hm2的籽粒氮量分别
比施氮270 kg／hm2和 180 kg／hm 增加 4．2％和7．2％。
随着玉米施氮量增加，小麦氮转移效率下降。其中，施氮量小于 180 kg／hmz时，随施氮量增加，小麦氮转
移效率素下降不明显；施氮 270 kg／hrI12的小麦氮转移效率比施氮 180 kg／hmz下降 8．4％，差异显著。随着施氮
量增加，小麦籽粒氮肥利用率增加，但差异不明显。
2．4 夏玉米不同施氮量对冬小麦及麦玉轮作期作物产量的影响
随着玉米施氮量增加，小麦籽粒产量(含水量 l2％)和麦玉轮作期的籽粒总产(小麦产量和玉米产量之
和，其中玉米籽粒含水量 14％)增加(图 2)。不施氮小麦籽粒产量和轮作总产均最低，分别为 5．74 t／hrI12和
15．4 t／hm2。与不施氮相比，施氮90 kg／hmz的小麦产量和轮作总产均增加，但不明显。施氮 180 kg／hm 的小麦
产量和轮作总产均比不施氮显著增加，分别达到 6．0l t／hrI12和 l6．05 t／hm2；施氮 270 kg／hmz的两产量均与 180
kg／hmz无明显差异。施氮 360 kg／hm2的轮作总产比施氮 270 kg／hmz显著增加，但小麦产量差异不明显。
表2 不同夏玉米施氮量对后季冬小麦氮素积累与利用的影响
Table 2 Influnces of N rates applied to maize on N accumulation and
utilization by wheat
施氮量 植株积累氮量 籽粒积累氮量 氮转移效率 籽粒氮肥利用率
N rates Plant N amoulR Grain N alnoulft N transfering Grain N Use
(ks／hm2)(ks／hm2) (ks／hm2) eficiency(％)eficiency(％) 銎
口冬小麦 Wheat _夏玉米+冬小麦 Wh eat+ma／z~
0 90 180 270 360
夏玉米施氮量(kg／hm2)
N rate applied to sum mer maize
图2 夏玉米施氮量对麦玉轮作期作物籽粒产量的影响
Fig．2 Efect of N rates applied to summer maize oR grain yield of winter
wheat and summer majze
3 讨论
研究表明，施氮能显著增加玉米季各土层硝态氮和无机氮量 。高施氮量(400 kg／hm )的土壤硝态氮
含量比常规施氮量(170 kg／hm2)显著增加 。施氮90～270 kg／hmz能明显增加夏玉米收获期0～2m土壤硝态
氮积累，且随施氮量增加积累量递增 ]。本试验中，夏玉米的不同施氮量，同样造成了冬小麦播种前各处理小
区的土壤硝态氮含量差异，且施氮量与播种期 0～200cm土壤硝态氮含量呈明显线性关系，即 Y(土壤硝态氮
含量)=0．189x(施氮量)+168．63，R=0．942 。与此不同，黄生斌等发现 引¨，冬小麦季总施氮量与夏玉米播
种前土壤无机氮残留量呈线性加平台关系，即施氮量少于 93．7 kg／hm 时，0—90cm土层土壤无机氮残留量为
恒值，超过此量后，施氮量与土壤无机氮残留量呈线性关系(r=0．857 )。在本试验条件下，玉米施氮量(特别
是施用量小于 180 kg／hmz时)对小麦吸氮量和氮素转移的影响已不明显，籽粒氮肥利用率仅为 0．17％ ～
2．90％。这表明，在冬小麦节水省肥栽培技术体系中所施氮量(144 kg N／hm。)已能满足小麦对氮素的基本需
求，玉米季施氮对小麦氮素吸收的贡献已很小。
本试验表明，不施氮处理 0～200cm土壤无机氮总量经麦玉轮作周期后显著耗竭，小麦产量和轮作总产量
均最低；施氮 90～270 kg／hmz土壤无机氮略减但不明显，但从小麦产量和轮作总产看，施氮 90 kg／hmz比不施
氮增加不明显，施氮 180 kg／hmz比不施氮显著增加，施氮 270 kg／hmz与 180 kg／hmz无明显差异；施氮 360 kg／
hrI】2土壤无机氮出现显著积累，轮作总产比施氮270 kg／hm2显著增加。这可能与高施氮量提高土壤硝态氮浓
度的同时，还促进植物 自身生长有关。Devienne BF等认为，在快速生长期，作物能超量吸收 70％～80％[93。
即便如此，长期大量施用氮肥也将导致土壤和地下水污染。可见，在冬小麦季采用节水省肥技术时，若夏玉米
不施氮肥，土壤肥力将逐渐衰竭，施氮 90～180 kg／hmz可能是适宜的，这既能不对冬小麦季土壤供氮变化产生
明显影响、基本维持地力水平，又能节约 1／2生产成本 ，减少污染压力。
O O O
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2280 生 态 学 报 26卷
减量施氮试验表明u ，土壤硝态氮一旦进人 1m以下土层，作物根系将很难再回收利用。事实上，夏玉米
施氮量 90—270 kg／hm 已使 120—200cm土壤硝态氮积累量比不施氮高出 50 95．4 kg／hrn2[ 。张丽娟等发
现，作物根长密度与相应土层标记硝态氮的利用率呈显著正相关 。小麦和玉米根系存在显著差异，这为研
究玉米收获后残留根区以外的深层硝态氮对小麦有效性[4 提供了可能。本试验发现，冬小麦生长季相同方式
施人等氮量后，不同土层硝态氮含量的改变各异，这说明在硝态氮含量不同的土壤中，既使引人相同的氮源，
土壤矿化作用也是不同的 ¨。另外，氮肥在土壤的转化与残留形态，以及残留氮肥当季外源氮素的互作和对
植物的有效性等，还受温度、水分、土质等多因素影响 。冬小麦节水省肥技术体系中还有其它节水模式，需
要进行多年、不同土质的深入、系统研究。
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