全 文 ：灌溉条件下施氮水平对土壤2作物系统中
肥料氮素去向的影响
陈　清　温贤芳　郑兴耘　潘家荣
(中国农业科学院原子能利用研究所　北京　100094)
此文于 1995 年 12 月 5 日收到。
国际原子能机构资助项目。
本试验利用15N 示踪技术 ,研究 3 种施氮水平 (适宜施氮量 N110∶150kgN·ha - 1 ,
低于适宜施氮量的 50 % N015∶75kgN·ha - 1 ,高于适宜施氮量的 50 %N115∶225kgN·
ha - 1)对灌溉冬小麦氮素利用、去向及作物产量的影响。结果表明 :在灌溉条件下 ,3
种施氮水平 (N015 , N110 , N115) 的冬小麦氮素利用效率分别为 3815 %、3213 %和
2214 % , 以 N015 水平为最高。N110 施氮水平获得了最高的作物产量 (6180 ×103kg
籽粒·ha - 1 , 1417 ×103kg 生物量·ha - 1) , N015 水平同 N110 水平相比 ,在产量上没
有显著性差异 ;而 N115 水平因施氮过量造成籽粒产量明显下降 ,与不施肥相比 ,差
异不显著。在深层条施 (5～8mm) 条件下 ,仍有 3012 %～3617 %的化学氮素通过各
种途径而损失。在 N115 水平中 ,施用氮素的 46 %仍存在于 0～50cm 土层中 ,远远
高于其它两种施肥水平。土壤残留态的无机氮素含量以 N115 施氮水平为最高。
关键词 :碳酸氢铵 　施氮水平 　冬小麦 　吸收利用 　土壤残留 　氮素损失
前 　　　言
在灌溉条件下 ,肥料氮的投入是获得作物高产的重要保证之一。近几年来 , 为了提高作
物产量而片面追求施肥量已成为普遍现象。施肥水平及其管理措施不仅决定 了作物对肥料
氮的吸收能力 ,而且决定了氮素对环境污染的大小[8 ] 。从国内的研究资料来看[3 ] , 麦类作物
化肥氮的损失 ,一般介于 14 %～55 %之间 , 其中碳酸氢铵 > 硫酸铵 > 尿素。碳酸氢铵的生产
和施用在我国一直占有十分重要的地位 , 目前所施用的氮素肥料中 ,将近 50 %仍为碳酸氢
铵[2 ] 。在施用技术上 ,深施覆土一直是合理施用碳铵的一个基本原则[6 ] , 但施用量的多少则
是一个比较复杂的问题。本研究旨在以推荐的氮素施用量为基础 , 利用15N 示踪技术研究灌
溉条件下碳酸氢铵不同施用量对华北地区石灰性土壤上肥料氮素的去向及在土壤2植物系统
中的分配的影响 ,同时对施用氮素的损失程度进行评估。
材 料 与 方 法
1994～1995 年的田间试验在河北农林科学院试验农场 (北纬 38°02′, 东经 114°25′) 进行 ,
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试验地块比较均匀 ,没有进行肥料效应试验 ,前茬作物为大豆 ,地下水位 18m。
土壤条件 　土壤质地为中壤 ,肥力中上等 ,地表平坦。p H7188 , 土壤有效态 N、P、K含量
处于比较适宜水平 , 其基本的理化性状如表 1、表 2 所示。
表 1 　田间试验土壤的一些化学性状
Table 1 　Some chemical properties of the soil in the field experiment
养分指标
Index
测定值
Measured value
对施肥的反应
Response to fertilization
全氮
Total nitrogen( %) 0. 092
碱解氮
Avail. N (mg·kg - 1soil) 90. 7
中等
Medium
速效磷
Avail. P(mg·kg - 1soil) 43. 4
中等
Medium
速效钾
Avail. K(mg·kg - 1soil) 240
较低
Low
有机质
O. M. ( %) 1. 88
p H 7. 88
表 2 　土壤的机械组成及其它物理性状
Table 2 　 The profile characteristics of the soil in the field experiment
代号
Code
土层深度
Depth
(cm)
砂
Sand
粉
Silt
粘
Clay
有机质
O. M.
土壤饱和含水量
S. W. C
( %)
p H
(in water)
土壤容重
B. D.
(g·cm - 3)
A1 16 53. 4 32. 3 14. 3 1. 91 43. 5 7. 80 1. 17
A2 27 54. 4 31. 3 14. 3 1. 73 28. 1 7. 85 1. 55
A3 48 51. 9 30. 3 17. 8 0. 82 33. 9 7. 92 1. 40
A4 76 50. 9 31. 3 17. 8 0. 67 36. 2 8. 00 1. 35
A5 108 49. 9 32. 3 17. 8 0. 59 32. 0 7. 98 1. 44
A6 146 47. 9 28. 3 23. 8 0. 71 40. 8 7. 95 1. 32
　　B. D. = Bulk Density 　O. M. = Organic Matter 　S. W. C. = Saturated Water Content
供试材料　冬小麦品种为 5144 ( T riticum aestiv um c. v. 5144) 。1994 年 10 月播种 ,播量
为 150kg·ha - 1 , 1995 年 6 月中旬收获。氮素化肥采用石家庄市化肥厂生产的碳酸氢铵 (含添
加剂 ,含氮量为 17 % , 水分含量 3 %) ,田间微区所用的15N 标记碳酸氢铵来自上海化工研究
院 ,其丰度为 5154 %。磷肥为当地生产的普通过磷酸钙 ,基施用量为 75kgP2O5·ha - 1 。
试验处理　根据土壤基础地力和当地施肥习惯 ,确定最适宜的氮素施用量为 150kgN·
ha - 1 。依此设立如下施氮水平 (表 3) 。1/ 3 氮肥于播种时作基肥 ,其余的氮肥在返青2拔节时
期施用 ,15N 微区的肥料施用时间和数量与所在小区一致。
每处理重复 3 次 ,随机区组排列 ,试验小区面积 910 ×5. 5m2 ,小区内设置15N 微区 ,其面积为
110 ×0. 6m2。根据推荐施氮量所需的水分量确定灌水时间和灌溉次数 ,冬前 1 次 , 冬后 5 次。
病虫害防治、中耕等田间管理措施基本按当地习惯进行 ,确保没有限制作物生长的不良因子。
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表 3 　田间试验的氮肥施用水平及施用时期
Table 3 　Rate and timing of fertilizer N application
代号
Code
　处理
Treatment
氮水平
N level (kgN·ha - 1)
基肥
Basal dressing (planting) Top dressing (March , 1995)
N 010 不施氮Control 0 0
N 015 最适施氮量的 50 %50 % of optimum rate 25 50
N 110 最适施氮量Optimum rate 50 100
N 115 最适施氮量的 150 %150 % of optimum rate 75 150
在作物收获前后采集土壤样品 , 分析土壤氮素含量 , 在收获时进行考种和植株各部位氮
素含量及15N 丰度的分析 ,分析方法见[1 ]。
结 果 与 讨 论
(一) 小麦对氮素的吸收及产量
从图 1 可看出 ,氮超过推荐施氮量 50 % ,即 N115 处理 (225kgN·ha - 1) ,其籽粒对氮素吸
收量比 N110 处理下降很多 ,几乎与对照一样 ,但茎秆对氮素的吸收量仍最高 ,植株吸收氮素
的总量低于 N015 和 N110 处理。
从表 4 可见 ,N110 和 N015 处理的冬小麦分别获得最高籽粒产量和地上部产量 ,N115 处
理的籽粒产量则明显低于其它的两个施氮处理 ,与不施肥处理没有差异。
图 1 　氮素施用水平对冬小麦
植株吸收氮素的影响
Fig. 1 　Effect of N applied level on
nitrogen uptake by winter wheat
图 2 　冬小麦吸收氮素中来自
肥料氮的百分比
Fig. 2 　Ndf F % of N uptake in winter
wheat affected by different N levels
从图 2 的结果看 ,冬小麦植株吸收化学氮素的比例 ,茎秆和籽粒差异不大 ,茎秆的 Ndf F
百分比略低于籽粒。随着施氮量水平的升高 ,Ndf F 百分比也逐渐增加。表 5 的结果表明 ,在
本试验的条件下 ,冬小麦对化学氮素的吸收比例随氮素施用量的增加而下降。在过量施用化
学肥料的情况下 (N115 处理) ,作物籽粒部分对化学氮素的吸收量低于 N110 处理。虽然作物
对肥料氮素的吸收量随施氮量的增加而增加 ,但其占施氮量的比例却在下降。在 3 种施氮水
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平下 ,作物对氮素的利用率为 2214 %～3815 % ,在深施覆土的条件下 ,N015 的处理对碳酸氢
铵的吸收利用效率达 3815 % ,接近施用尿素的利用水平。因而 ,在保证合理的灌溉和施肥方
式条件下 ,正确选择合适的施肥量是获得高产、提高作物对碳酸氢铵利用率的重要保证。
表 4 　不同供氮水平冬小麦籽粒产量及地上部生物量
Table 4 　 Top dry matter weight and grain yield at harvest affected
by different N levels (J une , 1995 , ×103kg·ha - 1)
氮水平
N level
地上部生物量
Top dry weight
P0. 05 P0. 01
(Ducans test)
籽粒产量
Grain yield
P0. 05 P0. 01
(Ducans test)
N010 12. 14 ±0. 944 cd CD 5. 14 ±0. 18 c C
N015 14. 78 ±0. 791 a A 6. 39 ±0. 25 ab AB
N110 14. 70 ±0. 565 ab AB 6. 68 ±0. 18 a A
N1. 5 13. 02 ±0. 148 c C 5. 08 ±0. 3 cd CD
表 5 　不同施氮水平冬小麦吸收肥料氮的总量及肥料氮的利用率
Table 5 　 Total plant2N from fertilizer and N use efficiency (NU E) in winter
wheat at harvest when labelled ammonium bicarbonate applied
at three N levels (J une 1995)
处理
Treatment
作物吸收的肥料氮
N absorbed from fertilizer
by plant (kgN·ha - 1)
籽粒 Grain 茎秆 Straw
施用肥料氮的数量
Applied N
(kg N·ha - 1)
肥料氮素的利用率
NU E( %)
N015 19. 42 ±1. 46 9. 47 ±0. 33 75 38. 5 ±2. 3
N110 33. 27 ±1. 82 15. 19 ±1. 64 150 32. 3 ±2. 2
N115 30. 75 ±5. 15 19. 69 ±6. 29 225 22. 4 ±4. 9
(二) 土壤残留态氮及氮素损失
从表 6 可以看出 ,施氮增加了耕层土壤中的氮素残留量 ,肥料氮的残留量随施肥量的增加
而呈急剧增加的趋势 , 特别是 N115 处理 ,将近 50 %的肥料氮仍残留于耕层土壤中 ,耕层土壤
肥料氮的残留量及残留比例 (占施氮量的比例) 明显高于其它的两个施肥处理 ,集中施肥并覆
土可能是产生上述结果的主要原因。集中施肥 ,形成了抑制土壤中微生物活性的高浓度铵离
子 ,使土壤的硝化和反硝化作用减弱[7 ] , 深施覆土在很大程度上也减少了表层土壤中氨挥发
的可能性。
表 6 　冬小麦收获后土壤残留态氮及15 N平衡
Table 6 　Soil residual nit rogen and 15N balance after harvest of winter wheat (1995)
处理
Treatment
土壤残留态氮 Ndf F
Total N content
(kg·ha - 1) ( %)
0～30cm 30～50cm 0～30cm 30～50cm
肥料氮残留量
Fert . N content
(kg·ha - 1)
0～50cm
肥料氮
占施氮量的比例
% of applied N
未计部分
Unaccounted part
of applied N
kgN·ha - 1 %
N010 3286 1988 - - - -
N015 3962 2268 0154 0129 23146 31128 22165 30120
N110 4244 2380 0183 0158 46169 31112 54184 36156
N115 4325 2604 1176 1108 104124 46133 70132 31125
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　　根据15N 平衡计算结果可以得到未被作物利用或将被有效利用的氮素 ,即被看作为从土
壤2作物生产系统中损失掉的这部分。表 6 的结果表明 ,从系统中损失的化学 N 素占施用比例
的 30 %～36156 % ,约占施肥总量的 1/ 3 左右 , 其中 N015 和 N115 明显低于 N110。在土壤肥
力相对较高的情况下 ,N015 处理的作物吸收肥料氮素的比例提高 ,但随着施氮量的增加 ,这种
比例逐渐下降 ;在 N115 处理中 ,大部分肥料氮存在于土壤中 ,比其它两个处理高出 15 %左右 ;
在 3 种施肥水平中 ,N110 处理的肥料氮的损失比例提高。从损失的途径来分析 , 除了上面谈
到的氨挥发损失外 ,气态损失还包括通过反硝化和进一步的硝化作用以 N2O ,N2 ,NO 和 NO2
的形式损失[4 ] ; 另一主要损失的途径是硝酸盐淋溶作用。土壤中残留态的无机 N 含量增加 ,
使氮素在土壤系统中的过量累积 ,增加了土壤氮素的内循环 ,但同时增加了氮素从土壤系统损
失的危险性。然而 ,较高的土壤残留态氮确实能够为下茬作物的早期生长提供较充足的氮 ,因
此控制土壤残留态氮含量十分重要[9 ] 。
结 语
从本试验结果可见 ,在相同的品种、气候和灌溉的条件下 ,施肥措施和用量的不同对化学
氮素在土壤2作物体系中的分配和氮素损失的影响十分巨大。过量施化肥使土壤残留态氮的
含量急剧增加 ,这无疑会增加氮素的损失。我国农业生产中氮肥的效果远未得到充分的发挥 ,
减少氮肥损失 ,提高其利用率的潜力十分巨大。由于作物对氮素的利用与其土壤2植物系统中
的损失关系十分密切 ,因此合理地根据作物品种的吸收特性、当地的气象和土壤等 ,有效地调
控氮素在生产系统中的去向 , 是解决合理利用氮肥的根本方法。
参 考 文 献
1 　陈　良等 1 生物样品中硝酸盐的测定方法 1 核农学报 ,1995 , (9)增刊 :58～62
2 　陈　清等 1 氮素管理与农业的持续发展 1 核农学通报 ,1996 , (待发表)
3 　朱祖祥等 1 中国土壤氮素 1 南京 :江苏科学技术出版社 ,1992
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tility , Irrigation and Crop Production Section , Joint FAO/ IAEA Division of Nuclear Techniques in Food and Agriculture ,
Colombo , Sri Lanka , 5 - 9 April 1993. International Atomic Energy Agency , 1995
5 　Engels C et al. Plant uptake and utilization of nitrogen. In P. E. Bacon (ed. ) , Nitrogen Fertilization in the Environment , Mar2
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6 　Neeteson J J . Nitrogen management for intensively grown arable crops and field vegetables. Nitrogen Fertilization in the Envi2
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FATE OF FERTIL IZER NITROGEN IN SOIL2PLANT SYSTEM UNDER
IRRIGATING CONDITION Ⅰ. EFFECT OF NITROGEN L EVEL
Chen Qing 　Wen Xianfang 　Zheng Xingyun 　Pan Jiarong
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , CA A S , Beiji ng 100094)
ABSTRACT
Three nitrogen fertil ization levels including optimum rate of nitrogen applied ( N110 ,
150kg N·ha - 1) , 150 % of optimum rate ( N115 , 225kg N·ha - 1) and 50 % of optimum rate
( N015 , 75kg N·ha - 1) were selected to determine the fate of nitrogen in soil plant system by 15 N
technique in 1994～1995 f ield experiment which was conducted in Shijiazhuang. The results
showed that under irrigated condition the nitrogen use eff iciencies ( NUE) of ammonium bicar2
bonate by winter wheat in fertil ized treatments were 3815 %, 3213 %and 2214 % respectively ,
while the highest NUE of winter wheat was found in N015 treatment due to a relatively high fer2
til ity. The highest yield ( 618 ×103kg grain·ha - 1 , 1417 ×103 kg top·ha - 1) was obtained in
N110 treatment , but nitrogen uptake and grain yield in N115 treatment were lower than those of
other fertil izer treatments and there was no signif icant difference between N010 and N115 in
grain yield. The highest residue of fertil izer N was determined in N115 treatment , of which
46 %existed in the top layer of the soil ( 0～50cm) . There was no signif icant difference in resid2
ual fertil izer N in soil between the other two treatments ( 31128 % in N015 , 31112 % in N110) .
In 15 N balance calculation , the unaccounted part of applied N which was leaching down 50cm in
the soil prof ile as nitrate or gaseous loss through volatil ization , denitrif ication were 30120 %,
36156 %, 31125 % in N015 , N110 , N115 treatments , respectively. It is very important to con2
trol residual N in order to prevent N pollution and promote the growth of next crop.
Key words :Ammonium bicarbonate , N fertilization level , winter wheat , absorption , soil
residue , N loss
201 Acta A gricult urae N ucleatae Si nica
1997 ,11 (2) :97～102
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net