全 文 ：此文于 1996 年 6 月 8 日收到。
免耕稻茬麦植株、土壤系统氮素平衡研究
田奇卓 亓新华
(山东农业大学 泰安 271018)
王俊领 范春华
(任城区农业局 济宁 272133)
研究表明 , 免耕稻茬麦吸收积累的氮素 4914 %来自肥料氮 ,氮肥的当季利用率
为 45198 % ,植株对其依赖程度高于旱作水浇麦。肥料氮土壤残留率为 27187 % , 回
收率为 73184 % ,损失率为 26116 %。百公斤籽粒和生物产量吸氮量分别为 3170 和
1144kg。肥料氮的 7214 %分配到籽粒中 ,高于总氮的分配比例。返青、拔节、三叶及
种肥的吸收率依次为 9172 %、11. 35 %、10. 79 %和 7102 %。三叶期液态施用优于固
态 ,返青期深施优于浅施。
关键词 :免耕稻茬麦 氮素平衡 施氮方法和时期 吸收利用
前 言
稻茬麦田土壤理化性状特点是湿、冷、板、粘 , 表层耕作困难 ,传统耕翻播种往往延迟播
期 ,不利于小麦早发与壮苗形成 ,因而近年来多采用免耕犁耧法播种。目前山东全省免耕稻茬
麦面积已达 10. 7 ×104 公顷 ,占稻田面积 90 %以上 ,在这种耕作条件下 ,肥料施在表层 ,易于
逸失的氮素化肥利用效果如何 ? 等量氮肥的不同时空分布对小麦吸收利用有何影响 ? 是免耕
稻茬麦实现高产高效栽培亟待解决的理论关键。前人对旱作水浇麦2土系统氮素平衡规律的
研究报道较多[1 —8 ] , 而对近十几年来被广泛推广应用的免耕稻茬麦的研究却很少报道[9 ] 。为
此 ,本试验采用15N 示踪技术对上述问题进行了探讨。
材 料 与 方 法
试验于 1994～1995 年在济宁市唐口镇实施 ,供试地为常年稻麦两作的吨粮田。0～20cm
土壤基础养分含量 : 有机质 1193 % , 全氮 0118 % , 全磷 01075 % ; 速效氮、磷、钾依次为
11910μg/ g、11. 7μg/ g、160. 0μg/ g。共设 4 个处理 ,各处理施氮量相等 (折合 300kgN/ hm2) ,平
均分配在播种、三叶、返青、拔节 4 个时期施用。处理 Ⅰ:4 个时期均用15N 标记 ;处理 Ⅱ:仅在
三叶期用15N 标记 (其中又设固态施用和液态施用两个亚处理) ;处理 Ⅲ:在返青期用15 N 标记
(分设深施与浅施两个亚处理) ;处理 Ⅳ:在播种、三叶、返青 3 个时期用15 N 标记 ,总氮量不足
的在上述各期用等量普通尿素补齐。施用方法 :除处理 Ⅱ在三叶期分液态和固态、处理 Ⅲ在返
751 核 农 学 报 1997 ,11 (3) :157～162Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
青期分深施和浅施外 , 其它均是三叶期固态施用 ,返青、拔节期开沟 4cm 施用。标记尿素15 N
丰度为 10119 %。田间实施采用内径长、宽、高、厚分别为 20、15、35 和 013cm 的特制无底铁
框 ,于 9 月 30 日播种后随即将铁框顺行夯入土层 32cm (留 3cm 防降水径流) ,铁框间隔 015m ,
随机排列 ,3 次重复 ,不施磷、钾和有机肥 ,不浇水。品种为泰 876161 , 二叶期统一定苗 ,每框
25 株。调查分蘖动态 ,成熟期单收装入透明尼龙袋 ,晾晒后分样粉碎 , 分两层全部取回框内土
壤粉碎取样 ,用凯氏定氮法测全氮 ,ZHT203 型质谱计测植株和土壤15N 丰度。
结 果 与 分 析
(一) 免耕稻茬麦植株与土壤系统氮素平衡
11 植株吸氮的来源 :主要为土壤氮和肥料氮两部分 ,表 1 中 Ndff 表明 :高产条件下 (折合
经济产量 7971kg/ hm2) ,免耕稻茬麦吸收肥料氮的比率 ,地上部分为 49. 4 % , 全植株 (包括根
系)平均为 48. 88 % , 肥料氮和土壤氮的比例基本为 1∶1 , 这与已往对旱作水浇麦的研究结果
(Ndff 为 20. 3 %～39. 0 %) [1 —7 ]悬殊较大 , 说明免耕稻茬麦对当季追施氮素的依赖程度高于
旱作水浇麦田 ,这与史春余等在同一地区对稻季残留氮利用率研究结果相吻合[10 ] , 因而生产
中要获得高产 ,只靠肥沃土壤的供氮是不够的 ,必须提高氮素化肥的投入量。分析形成这一状
况的原因 , 可能是稻麦田 10cm 土层以下特殊理化性状影响根系发育的结果。
表 1 免耕稻茬麦植株与土壤系统氮素平衡
Table 1 The nitrogen balance between wheat plant and soil system of no2tillage after rice reaping
重复
Replication
地上部分
Plant above
ground
整株
Whole plant
肥料氮利用率
FU E( %)
土壤残留率
Residul rate
( %)
来自
肥料氮
Ndff %
来自
土壤氮
Ndfs %
来自
肥料氮
Ndff %
来自
土壤氮
Ndfs %
地上部分
Plant above
ground
整株
Whole
plant
纯土壤
Soil with2out root 含根土壤Soil contain2ing root 回收率Recoveryrate ( %) 损失率Lossrate ( %)
1 44. 34 55. 66 44. 19 55. 81 40. 56 41. 64 25. 05 26. 13 66. 69 33. 31
2 50. 33 49. 67 49. 70 50. 30 50. 99 52. 30 23. 75 25. 10 76. 08 23. 92
3 53. 52 46. 48 52. 75 47. 25 46. 38 47. 72 31. 04 32. 38 78. 76 21. 24X 49. 40 50. 60 48. 88 51. 12 45. 98 47. 22 26. 62 27. 87 73. 84 26. 16
SD 4. 66 4. 66 4. 34 4. 34 5. 23 5. 35 3. 88 3. 94 6. 34 6. 34
21 肥料氮的利用、残留和损失 : 从表 1 可以看出 ,免耕稻茬麦对追施氮肥的当季利用率 ,
地上部分为 45198 % ,全株为 47122 % ;残留在土壤中为 26162 % ,包括根系实际残留在土壤中
的氮为 27187 % ,其中 94174 %残留在 0～20cm 耕层 ,20～32cm 仅占 5126 % ; 残留量的多少与
生物产量呈负相关 ,但不论残留量多与少 ,主要固定在 0～20cm 耕层 ,另据其它 3 个处理 15
个小区测定结果表明 ,该层占总残留量的 94157 % ,SD = 8. 7 ;20～32cm 占 5143 % ,SD = 0179 ,
与处理 Ⅰ测定结果几乎相同 ,也与向敏超等的研究结果相一致[4 ] 。氮肥的当季回收率为 73.
84 % , 损失率为 26116 %。分析损失的主要去向是空气逸失 ,因为试验全过程仅降 170. 8mm
851 核 农 学 报 11 卷
雨水 ,未发生径流 ,也未曾浇水 ,渗到 32cm 以下的氮极少。
31 植株吸氮总量 :植株耗氮量的多少 ,是确定向土壤补偿氮肥数量、维持土壤肥力的重要
依据。有关研究结果相差甚大[8 ,9 ] 。本试验测定结果 (表 2)表明 , 每生产百公斤籽粒平均吸氮
量为 3170kg , 百公斤生物产量吸氮 1144kg , 免耕稻茬麦单位干物质耗氮量高于旱作水浇麦的
高、中产田 ,而接近于低产田[11 ] 。
表 2 免耕稻茬麦氮素吸收量
Table 2 The amount of nit rogen absorbed by wheat plant of
no 2tillage after rice reaping
处理
Treatments
吸氮量
Amount of
N absorbed
(kg·hm - 2)
经济产量
Grain
yield
(kg·hm - 2)
百公斤
吸收量
Absorbed
N·100kg21
(kg)
生物产量
Biomass
yield
(kg/
hm2)
百公斤
吸氮量
Absorbed
N·100kg - 1
(kg)
处理
Treatments
吸氮量
Amount of
N absorbed
(kg·hm - 2)
经济产量
Grain
yield
(kg·hm - 2)
百公斤
吸收量
Absorbed
N·100kg21
(kg)
生物产量
Biomass
yield
(kg/
hm2)
百公斤
吸氮量
Absorbed
N·100kg - 1
(kg)
Ⅰ X 279. 0 7969. 0 3. 51 19264. 0 1. 45 Ⅲ X 222. 3 5876. 8 3. 87 15606. 8 1. 44
SD 22. 70 959. 96 0. 13 1996. 76 0. 03 SD 39. 74 1622. 75 0. 45 3728. 87 0. 12
Ⅱ X 251. 8 6932. 8 3. 68 17565. 5 1. 44 Ⅳ X 200. 5 5351. 0 3. 75 14117. 0 1. 43
SD 48. 71 1701. 38 0. 24 3636. 39 0. 05 SD 42. 17 1252. 52 0. 10 3675. 44 0. 11
表 3 氮素营养在稻茬麦各器官的最终分配
Table 3 The final dist ribution of nit rogen
in different organs of wheat plant growing on the no2tillage field after rice reaping
器官
Parts
生物产量
Biomass yield
(g/ pot)
含氮量
N
content
( %)
15N 丰度
15N
abundance
( %)
来自肥
料氮
Ndff %
15N 量
15N amount
(g/ pot)
总 N 分配率
Distribution
of total N
( %)
15N 分配率
Distribution
rate of 15N
( %)
15利用率
Utilization
rate of 15N
( %)
籽粒 X 23. 91 2. 560 5. 427 51. 521 0. 315 70. 47 72. 40 34. 17
Grain SD 2. 89 0. 081 0. 428 4. 360 0. 055 1. 12 1. 13 3. 72
茎秆 X 13. 78 0. 422 5. 045 47. 629 0. 0277 6. 72 6. 37 3. 01
Stem SD 1. 02 0. 032 0. 544 5. 536 0. 004 0. 64 0. 66 0. 45
叶鞘 X 6. 93 0. 638 5. 046 47. 644 0. 0210 5. 10 4. 84 2. 29
Sheath SD 0. 56 0. 037 0. 447 4. 534 0. 003 0. 28 0. 20 0. 28
叶片 X 5. 95 1. 308 5. 094 48. 136 0. 0374 8. 96 8. 59 4. 06
Leaf SD 0. 79 0. 042 0. 480 4. 890 0. 006 0. 59 0. 53 0. 62
穗轴 + 颖壳 X 7. 22 0. 641 5. 130 49. 162 0. 0225 5. 34 5. 17 2. 45
Rachis + glume SD 1. 16 0. 046 0. 427 4. 372 0. 004 0. 54 0. 56 0. 44
根系 X 2. 80 1. 070 4. 189 38. 917 0. 0115 3. 41 2. 64 1. 25
Root SD 0. 90 0. 108 0. 166 1. 693 0. 001 0. 45 0. 15 0. 15
合计或平均 X 60. 59 1. 432 5. 168 48. 88 0. 4351 100. 00 100. 00 47. 22
Total or average SD 6. 28 0. 037 0. 426 4. 339 0. 049 - - 5. 35
41 植株吸收积累氮素最终分配 :从表 3 看出 ,肥料氮分配到籽粒、叶片、茎秆、穗轴、叶鞘
951 3 期 免耕稻茬麦植株、土壤系统氮素平衡研究
和根系中的平均比例依次为 72140 % , 8. 59 % ,6. 37 % ,5. 17 % ,4. 84 %和 2. 64 % , 与总氮分配
到各器官的比例基本一致 ,但肥料氮分配到籽粒中的比例约高于总氮的 2. 7 % , 而分配到营养
器官中的比例又有规律地低于总氮。
表 4 施用时期和方式对氮素吸收利用的影响
Table 4 The effect on the absorption and utilizatioin of fertilizer nit rogen
applied at different stage with different application methods
处理
Treatments
生物产量
Biomass
yield
(g/ pot)
来自肥料氮
Ndff %
籽粒
Grain
植株
Plant above
ground
根系
Root
平均
Average
15N 利用率
FU E %
籽粒
Grain
植株
Plant above
ground
根系
Root
平均
Average
Ⅱ
固态施
Solid
fertilizer
X
SD
51. 32
11. 21
9. 71
0. 74
10. 16
0. 90
10. 05
2. 46
9. 98
0. 88
21. 02
6. 34
9. 43
2. 26
1. 49
0. 52
31. 93
8. 99
液态施
Fluid
fertilizer
X
SD
60. 48
11. 51
10. 77
1. 08
11. 45
0. 76
11. 83
2. 00
11. 19
0. 72
27. 30
6. 80
11. 45
1. 01
1. 97
0. 48
40. 72
8. 27
Ⅲ
浅施
Surface
application
X
SD
50. 06
11. 16
21. 24
1. 43
17. 54
0. 58
9. 33
0. 49
18. 45
0. 59
41. 89
5. 56
17. 77
1. 75
1. 16
0. 08
60. 82
5. 64
深施
Buried
application
X
SD
50. 07
12. 73
22. 79
1. 31
20. 95
1. 41
9. 72
1. 41
20. 99
1. 21
43. 75
13. 27
18. 36
0. 92
1. 28
0. 09
63. 39
14. 17
Ⅳ Application atthree stages
X
SD
45. 25
10. 53
36. 16
0. 64
38. 38
1. 53
28. 05
6. 59
37. 53
0. 98
23. 50
4. 79
9. 76
2. 48
1. 50
0. 10
34. 76
7. 24
(二) 施氮方式和时期对吸收利用的影响
11 施氮方式 :为了明确免耕条件下不同施氮方式对植株吸收利用的影响 ,试验处理 Ⅱ中
特设三叶期固态施用与液态施用 (即浇化肥水) 两个亚处理 ,处理 Ⅲ中设返青期浅施 (3cm) 与
深施 (6cm) 两个亚处理。表 4 结果表明 ,三叶期固态施用的 Ndff %为 9198 (变幅在 8. 96～
10144) ,而液态施用的 Ndff %为 11119 (变幅 10. 68～12. 02) ,植株吸收肥料氮的比率 ,液态较
固态相对提高 12112 % , 但由于两种方式 3 重复间差异较大 ,方差分析未达到显著水准 (分析
其原因 ,可能与 11 月中旬降水 3216mm 的掩蔽作用有关) 。此期的氮肥利用率与生物产量呈
正相关 ,符合 y = 0. 777x - 7. 116 ,r = 0. 968 (n = 6 ,x 取值 38. 79～69. 10g) 。如液态施用的 3 次
重复的平均生物产量比固态施用的高 17. 85 % ,氮肥利用率也提高 27. 53 %。
处理 Ⅲ中返青期深施的 Ndff %值为 20. 99 (19. 68～22. 07) , 而浅施处理的仅为 18. 45
(18. 11～19. 13) ,前者较后者相对提高 1318 % , 差异达 5 %显著水平。利用率 y 与生物产量 x
符合 y = 25. 654 + 0. 738x ,r = 0. 89 (n = 6 ,x 取值 37. 15～62. 68g) 。在生物产量相同时 ,深施较
浅施利用率提高 412 %。
21 施肥时期对吸收利用的影响 : 从表 5 结果可以看出 ,三叶期 (处理 Ⅱ) 两种施氮方式全
植株平均吸收比率为 10159 % ,返青期 (处理 Ⅲ)平均为 19172 % ,处理 Ⅰ总吸收率为 48188 % ,
每个时期平均为 12122 % ,处理 Ⅳ总吸收率为 37. 53 % , 每个时期平均为 12151 % ,与处理 Ⅰ几
乎相等。据此结果可得出拔节期施氮的吸收比率为 11. 35 % (48. 88 % - 37. 53 %) ,种肥为
7122 %[ 48. 88 % - (10. 59 % + 19. 72 % + 11. 35 %) ]。地上部分与全植株趋势相同。上述结果
061 核 农 学 报 11 卷
说明 ,在本试验条件下 ,植株氮来自肥料氮的比率 , 返青肥最高 ,拔节肥次之、三叶期再次 ,种
肥最低。吸收率不同 ,其利用率自然也有差异 , 三叶期固态施用平均生物产量为 51132g , 与
返青期两种方式平均生物产量 50. 07g 基本相同 ,但15 N 的利用率前者为 31193 % ,后者高达
62111 %(见表 4) 。
表 5 稻茬麦对不同时期标记肥料氮的吸收比率
Table 5 The percentage of absorption of fertilizer nit rogen applied at different stages ( %)
重复
Replication
地上部分
Plant above ground
全植株
Whole plant
处理Ⅰ
Treatments Ⅰ
处理Ⅱ
Treatments Ⅱ
处理Ⅲ
Treatments Ⅲ
处理Ⅳ
Treatments Ⅳ
处理Ⅰ
Treatments Ⅰ
处理Ⅱ
Treatments Ⅱ
处理Ⅲ
Treatments Ⅲ
处理Ⅳ
Treatments Ⅳ
1 44. 34 11. 33 20. 65 37. 08 44. 19 11. 28 20. 10 36. 78
2 50. 33 9. 90 20. 01 38. 95 49. 70 9. 82 19. 41 38. 63
3 53. 52 10. 54 20. 21 38. 88 52. 75 10. 66 19. 66 37. 17X 49. 40 10. 59 20. 29 38. 30 48. 88 10. 59 19. 72 37. 53
SD 4. 66 0. 72 0. 33 1. 06 4. 34 0. 73 0. 35 0. 98
注 :处理Ⅱ和处理Ⅲ均为两种方式的算术平均数
Both treatment Ⅱand Ⅲare arithmetic average of two fertilizer application
讨 论
免耕稻茬麦吸收利用氮素中来自肥料氮的比率较高 ,说明在这种特殊栽培条件下 ,产量高
低与土壤肥沃程度的相关不如其它麦田密切。稻茬麦单位干物质耗氮量高于旱作水浇麦 ,指
导生产时应适当加大氮肥投入量 ,才能获得与旱作水浇麦相应的产量。分 4 次追氮的总损失
率仅为 26116 % ,利用率为 45198 % , 特别是返青肥利用率高达 62111 % , 生产中适当提高追
肥量到 300kgN/ hm2 , 可以实现高产高效之目的。
等量氮肥的施用时期不同 ,吸收利用效果差异甚大 ,因而必须科学运筹施用时期及其各期
比重。在本试验条件下 ,返青肥吸收利用效果最高 , 其次是拔节肥、三叶肥 ,种肥效果最低 ,即
冬前施不如春季施 ,这可能是施用时期与群体生长节奏不相吻合的缘故。但据生产实践和生
物学观察证明 , 种肥和三叶肥对促苗早发、培育壮苗效果显著 ,而培育壮苗又是夺取免耕稻麦
高产的关键措施。如何解决好既培育壮苗 ,又提高氮肥利用率的矛盾 ,我们认为 ,在总氮量相
等的条件下 ,必须分期施用 , 以兼顾两者 , 即在播种时施用少量氮肥 (约占总量 10 %) 满足断
乳期幼苗的氮素营养 ,三叶期以浇化肥水的形式 (占总量 20 %) 施入根际附近 ,保证壮苗形成 ,
而将绝大部分 (约 70 %)氮肥 ,根据苗情于返青和拔节期 2 次开沟深施 ,以提高成穗率 ,确保粒
数、粒重的提高。
参 考 文 献
1 梅 楠 1 小麦2土壤系统氮平衡及小麦氮素利用和物质生产 1 北京农学院学报 ,1988 ,3 (2) :32～42
2 李仁岗等 1 冬小麦对土壤氮和肥料氮的吸收及氮素平衡研究 1 土壤通报 ,1982 , (4) :21～22
161 3 期 免耕稻茬麦植株、土壤系统氮素平衡研究
3 刘 芳等 1 小麦吸收肥料氮和土壤氮的探讨 1 核农学通报 ,1994 ,15 (2) :81～84
4 向敏超等 1 15N 研究新疆灌淤土2冬小麦系统中尿素的利用和去向 1 土壤肥料 ,1994 , (4) :18～21
5 张绍林等 1 黄泛区潮土2冬小麦系统中尿素的转化和化肥氮去向 1 核农学报 ,1989 ,3 (1) :9～15
6 余美炎等 1 高产小麦施肥效应的研究 1 核农学报 ,1994 ,8 (1) :51～58
7 何宗衡等 1 运用同位素15N 研究尿素不同施用方法的效果和氮肥利用率. 土壤肥料 ,1983 , (5) :21～23
8 郭绍铮等 1 江苏麦作科学 1 南京 :江苏科学出版社 ,1994 ,278
9 高式余等 1 稻茬麦少、免耕小麦吸肥特性的研究 1 北京农学院学报 ,1988 ,3 (2) :93～100
10 史春余等 1 高产条件下稻麦两熟对氮肥的吸收作用 1 核农学通报 ,1995 ,16 (4) :171～174
11 余松烈主编 1 山东小麦 1 北京 :农业出版社 ,1990 ,225
NITROGEN BALANCE BETWEEN WHEAT PLANT
AND SOIL IN NO2TILLAGE FIELD AFTER RICE REAPING
Tian Qizhuo Qi Xinhua
( S handong A gricut ural university , Taian 271018)
Wang J unling Fan Chunhua
( A gricult ure B ureau of Rencheng , Jining 272133)
ABSTRACT
The experimental results indicated that about 49. 4 % of the nitrogen , which was absorbed
and accumulated by wheat plant grown in the soil of no2tillage f ield after rice reaping , was from
fertil izer. The util ization percentage of fertil izer was 45. 98 % in the same season. The wheat
plant growing in this f ield was more dependent on the nitrogen derived from fertil izer than that
of growing on the irrigated dry farmland. The residual percentage of fertil izer nitrogen in this
soil was about 27. 87 %, the nitrogen recovery percentage was 73. 85 %and the loss percentage
was 26. 16 %. The amount of nitrogen absorption or one hundred kg grains and biomatter were
3170kg and 1. 44kg respectively. The partitioning percentage of nitrogen derived from fertil izer
into grains was 72. 4 %, which was higher than that of the total nitrogen in this soil . The ab2
sorption percentage of nitrogen fertil izer applied at reviving , jointing , three leaves and sowing
stage were 19. 72 %, 11. 35 %, 10. 71 % and 7. 02 %, respectively. It was more benif icial for
wheat plant using l iquid fertil izer instead of sol id fertil izer at three leaves stage. Buried fertil iz2
er was more effective than surface applicatin at reviving stage.
Key words : Wheat , no2tillage rice , nit rogen balance
261 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1997 ,11 (3) :157～162