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Effect of conventional and optimized nitrogen fertilization on spring maize yield, ammonia volatilization and nitrogen balance in soil-maize system

传统和优化施氮对春玉米产量、氨挥发及氮平衡的影响



全 文 :植物营养与肥料学报 2015,21(3):571-579 doi牶1011674/zwyf.20150303
JournalofPlantNutritionandFertilizer htp://www.plantnutrifert.org
收稿日期:2014-02-17   接受日期:2014-05-09
基金项目:国家自然科学基金项目(41071151)资助。
作者简介:李欠欠 (1984—),女,江苏徐州人,博士研究生,主要从事植物营养与肥料方面的研究。Email:cute_lq@163com
 通信作者 Email:liu310@cau.edu.cn
传统和优化施氮对春玉米产量、氨挥发及
氮平衡的影响
李欠欠1,李雨繁2,高 强2,李世清3,陈新平1,张福锁1,刘学军1
(1中国农业大学资源与环境学院,北京 100193;2吉林农业大学资源与环境学院,吉林长春 130118;
3西北农林科技大学水土保持研究所,陕西杨凌 712100)
摘要:【目的】本文通过在陕西省长武县(CW)和吉林省梨树县(LS)的春玉米田间试验,研究了传统和优化施氮对
春玉米产量、土壤氨挥发及氮平衡的影响,以探讨春玉米氮肥优化的潜力及其对农田氨减排的效果。【方法】试验
设对照、传统施氮(长武N250kg/hm2,梨树N300kg/hm2)及优化施氮(N200kg/hm2)3个处理,分别以N0、Ncon、
Nopt表示。氨挥发采用德尔格氨管法(简称DTM法)进行原位测定,通过田间气象因素的校正计算氨挥发累积量。
【结果】长武和梨树点不同施氮处理下春玉米的产量结果表明,除对照(长武79t/hm2、梨树38t/hm2)外,传统和
优化施氮处理间均无显著差异(长武106 108t/hm2,梨树95 96t/hm2)。玉米氮肥利用率表现为优化施
氮(443% 445%)显著高于传统施氮(336% 364%),其中长武点氮肥利用率提高了81个百分点,梨树点
氮肥利用率增加了107个百分点。氨挥发田间监测结果显示,基肥翻耕入土后,伴随降雨的产生,长武和梨树点
均未产生氨挥发。喇叭口追肥期表施氮肥后,长武和梨树点均产生大量氨挥发(占追施尿素氮量的16% 22%),
减少追肥用量N30kg/hm2(长武点)和N100kg/hm2(梨树点)能显著减少氨挥发损失N8和15kg/hm2。土壤-
春玉米系统氮平衡估算的结果显示,与长武点氮素表观矿化N97kg/hm2相比,梨树点仅为 N16kg/hm2。优化施
氮比传统施氮处理显著降低表观氮素盈余N48 88kg/hm2。长武点各施氮处理的表观氮素盈余中,约46%的氮
素残留在0—1m的土壤中,54%损失到环境中,氨挥发占总损失的15% 30%;梨树点表观氮素盈余中,35%损失
到环境中,其中氨挥发占总损失的54% 75%,约有65%残留在0—1m的土壤中。梨树点传统施氮处理0—1m
土层的氮素残留达N140kg/hm2,部分残留在土壤中的氮素也将面临淋洗、硝化和反硝化等损失的风险。与优化
施氮相比传统施氮氮素表观损失增加了约N30 40kg/hm2,除氨挥发损失外,淋洗和硝化/反硝化等也是土壤-
春玉米系统中不可忽视的氮素损失途径。【结论】我国春玉米主产区农民传统的氮肥用量偏高,增产效应不明显,
氮肥损失风险加剧,尤其是氨挥发损失较大,氮肥的优化潜力高达20% 33%,相当于可减少施氮 N50 100
kg/hm2。
关键词:春玉米;产量;氮肥利用率;氨挥发;氮平衡
中图分类号:S513062;S1536+1   文献标识码:A   文章编号:1008-505X(2015)03-0571-09
Efectofconventionalandoptimizednitrogenfertilizationonspring
maizeyield,ammoniavolatilizationandnitrogenbalanceinsoilmaizesystem
LIQianqian1,LIYufan2,GAOQiang2,LIShiqing2,CHENXinping1,ZHANGFusuo1,LIUXuejun1
(1ColegeofResourceandEnvironmentScience,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China;
2ColegeofResourceandEnvironmentScience,JilinAgriculturalUniversity,Changchun130118,China;
3InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China)
Abstract:【Objectives】TwofieldexperimentswereconductedinspringmaizeatChangwucounty(CW)of
ShaanxiprovinceandLishucounty(LS)ofJinlinprovince,tocomparetheefectsofoptimizedandconventionalN
fertilizationoncropyield,NH3volatilization,andNbalanceinsoilspringmaizesystem.Theobjectiveofthepaper
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
wastoquantifytheNsavingpotentialandNH3 mitigationpotentialinspringmaizeunderoptimizationN
fertilization.【Methods】NH3volatilizationwasmonitoredinsituwithaDrgerTubeMethod(DTM),whichwas
corectedbyamicrometeorologicalfluxmethodinpreviouswork.ThreeNtreatments:CK(noNapplication),
Ncon(conventionalNfertilizer,N250kg/hm2 atCW andN300kg/hm2 atLS)andNopt(optimizedN
fertilization,N200kg/hm2),weredesignedatthetwosites.【Results】ExceptCKtreatment(79t/hm2atCW
and38t/hm2atLS),nosignificantdiferenceofmaizeyieldbetweenNconandNoptwasfoundatbothsites
(106-108t/hm2atCWand95-96t/hm2atLS).Incontrast,apparentNrecoverywassignificantlyhigherin
Nopt(443%-445%)thaninNcon(336% -364%).ComparedwithNcon,apparentNrecoveryincreased
by81percentagepointsand107percentagepointsinNoptatCWandLS,respectively.NoobviousNH3losswas
detectedduringthebasalfertilizationperiodwithuniformlyincorporatedfertilizerintosoil,combinedwithlater
precipitationatbothsites.HoweversubstantialNH3volatilization,accountingfor16% -22% ofNapplied,was
foundatthetwositesduringNtopdressingperiod.ReducedNapplicationofN30kg/hm2(CW)andN100
kg/hm2(LS)couldsignificantlyreduceNH3volatilization(N8kg/hm
2atCWandN15kg/hm2atLS).Calculated
NbalanceresultsshowedregionaldiferenceforNsurplusandapparentNlossbetweenCW andLSsites.For
apparentNmineralization,N97kg/hm2wasobservedatCWsite,whileonlyN16kg/hm2atLSsite.TheNopt
significantlydecreasedNsurplusN48-88kg/hm2comparedwithNcon.AtCW,about46% ofNsurpluswasas
0-1m residualsoilN,and54% ofNsurpluslosttoenvironment,andNH3 volatilizationaccountedfor
15%-30% oftotalNloss.AtLS,about65% Nsurplusexistedas0-1mresidualsoilN,35% ofNsurpluslost
toenvironment,andNH3volatilizationaccountedfor54%-75% oftotalNloss.NearlyN140kg/hm
2ofresidual
soilNinNcontreatmentatLS,whilepartsofresidualsoilNmaybelostduetoNleachingand/ornitrification/
denitrification.ComparedwithNcon,theNopttreatmentsignificantlydecreasedN30-40kg/hm2ofNloss.TheN
lossresultsalsoshowedlargeamountsofNunaccountedfor(otherNloss)wasnotNH3lossbutaconsiderable
amountofNleaching,and/ordenitrification.【Conclusions】OutresultsrevealthatthereisaNsavingpotentialof
N50-100kg/hm2or20% -33% ofconventionalNrateinmajorspringmaizeproductionareaofChinawithout
yieldlossbutsignificantlessNlosstotheenvironment.
Keywords牶springmaize牷grainyield牷Nrecovery牷ammoniavolatilization牷apparentNbalance
  我国氮肥用量占全球氮肥用量的30%左右[1]。
氮肥施入农田土壤后,作物吸收利用率普遍低于
50%,大部分损失于环境中,氨挥发是氮肥损失的重
要途径之一[2-3]。进入到大气中的氨可以沉降方式
返回陆地、海洋生态系统[4],过量的氨沉降可引起
生态系统酸化、富营养化、降低生物多样性等一系列
问题;同时,氨作为空气中二次颗粒物(如PM25)来
源的重要组成部分,与人体呼吸系统健康也有密切
联系[5-6]。玉米作为我国的三大粮食作物之一,其
种植区域主要分布于我国华北、东北以及西北。目
前针对玉米体系的田间氨挥发损失已有研究,但主
要集中于华北平原[7-10]。针对东北及西北的春玉
米体系氨挥发损失研究很少[11-12],还需进一步系统
研究。此外,由于技术及多处理试验小区面积等限
制,微气象方法(如梯度扩散法、质量平衡法)对土
壤氨挥发测定在我国进行较少[13]。目前国内许多
氨挥发研究采用的是简易密闭箱式法[12]、海绵通气
法[14]等,虽然满足了小尺度多处理田块上氨挥发监
测,但由于无法考虑自然条件下的风速等气象条件,
通常与氨挥发的实际排放量有一定差异。为此,本
研究参考 Pacholski等的研究[15-17],结合自然条件
下的风速等气象条件,采用校正的德尔格氨管法
(简称DTM法)对东北、西北春玉米季的田间氨挥
发开展原位测定,评价春玉米体系的土壤氨挥发通
量。此外,通过比较传统和优化施氮条件下土壤氨
挥发通量、春玉米产量以及土壤 -春玉米作物系统
氮素表观平衡,以期为春玉米体系氮素优化管理、减
少氮素损失及提高氮肥利用率等提供科学依据。
1 材料与方法
11 试验点概况
春玉米田间试验于2011年分别设在两个典型
的北方春玉米种植区域,为西北的陕西省长武县
(CW)和东北的吉林省梨树县(LS)。长武县位于黄
275
3期    李欠欠,等:传统和优化施氮对春玉米产量、氨挥发及氮平衡的影响
土高原渭北旱塬,35°12′N,107°47′E,海拔1184m,
属暖温带半湿润易旱气候区,年均气温91℃,无霜
期171d,土壤类型为黑垆土,2011年春玉米生育期
间的降水量为500mm;东北的吉林省梨树县,地处
43°18′N,124°20′E,海拔155m,属寒温带半湿润大
陆性气候区,年均气温58℃,无霜期140d,土壤类
型为黑土,2011年春玉米生育期间的平均降水量为
340mm。两试验区的土壤基本理化性状见表1。
表1 供试土壤(0—20cm)基本理化性状
Table1 Soil(0-20cm)physicalchemicalpropertiesattwoexperimentalsites
地点
Site
pH
有机质(g/kg)
Organicmater
全氮(g/kg)
TotalN
无机氮(mg/kg)
Nmin
有效磷(mg/kg)
OlsenP
速效钾(mg/kg)
ExcK
长武Changwucounty
梨树Lishucounty
83
55
144
176
10
12
117
110
212
304
1616
1190
12 试验设计
两试验点均设3个施氮处理,为不施氮对照,传
统施氮(施氮量长武点为N250kg/hm2,梨树点为N
300kg/hm2)和 优 化 施 氮 (两 点 均 为 N 200
kg/hm2),分别以N0、Ncon、Nopt表示。每处理3次
重复,小区面积为40m2,田间完全随机排列。两试
验点具体施肥的方法和时间见表2。所有处理磷肥
和钾肥施用量相同,均为P2O560kg/hm
2、钾肥 K2O
60kg/hm2,在播种时作基肥一次施入。此外,依照
长武当地的管理方式,所有处理均采用半膜覆盖技
术,长武点春玉米种植密度为75000plant/hm2。梨
树点春玉米种植密度为60000plant/hm2。
玉米品种均为先玉335,春玉米生长季无灌溉,
除草、病虫害防治等田间管理也均采用当地的传统
方式进行。
表2 试验期间长武、梨树点的施肥量与施肥时间
Table2 NapplicationratesanddatesforconventionalandoptimizedNtreatmentsatChangwuandLishu
地点
Site
时期
Stages
施肥方式
Fertilizationmode
施氮日期(md)
Fertilizationdate
施肥量Nrate(Nkg/hm2)
 优化Ncon 传统Nopt
长武
Changwu
county
播种期
Seedingtime
翻耕入土
Uniformlyincorporatedafterbroadcast
5-8 160 80
喇叭口期
Trumpetperiod
条状表施
Stripsurfacebroadcasting
7-10 90 120
梨树
Lishu
county
播种期
Seedingtime
翻耕入土
Uniformlyincorporatedafterbroadcast
5-2 60 60
喇叭口期
Trumpetperiod
条状表施
Stripsurfacebroadcasting
6-28 240 140
  注(Note):除梨树点播种期氮肥采用15-15-15氮磷钾复合肥外,其他氮肥均采用尿素 Exceptseedingtime’sNapplicationatLSsite
conductedasNPK(15-15-15)compoundfertilizer,andaltheothertreatmentsconductedasurea.
13 德尔格氨管法(DTM)氨挥发的原位测定方法
德尔格氨管法(DTM方法)测定氨挥发,属动态
密闭箱原位测定法,田间装置如图1所示。具体方
法为:用4个密闭罐(各罐子覆盖面积为100cm2,
体积370cm3)捕获气体,各罐子上的2个管道(直
径05cm)用于气体的输入和输出,在出气口用特
氟龙管连接 4个罐子(特氟龙管广泛用于流体输
送,具有耐温耐磨损,柔软性高等优良特性),用手
泵抽气时(每次泵入体积100cm3),气体经过一个
德尔格氨检测管(手泵和氨管均购于德国德尔格公
司,DrgerwerkAG,Lübeck,Germany),抽气结束后
(抽气次数一般5 10次),记录氨管上的读数和手
泵抽气的次数、时间,并参考测定时期的平均大气压
和温度,计算氨挥发浓度。氨检测管中填充固态酸
性混合物以及遇碱变蓝的 pH指示剂溴苯酚,氨检
测管可进行005 700μL/L氨气的检测。每次氨
375
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
图1 测定氨挥发的DTM试验装置示意图
Fig.1 ExperimentalsetupofDTM for
ammoniavolatilization
测定约3min,由于测定时间短,密闭罐下的温度、
辐射、水分等因素的变化很小,不计其影响。
14 氨挥发的计算方法
DTM氨挥发原位测定计算公式为
FNg=V·!conc.!·10
-6·pNH3·UN·UF·UZ
式中:FNg为氨排放量[Nmg/(m
2·h)];V为抽气的
体积(L);
!
conc.
!
为氨气的浓度(μl/L);pNH3为
该温度气压下NH3密度(mg/L);UN为 NH3换算为
N的分子量换算因子;UF为表面积换算因子(m
2);
UZ为时间换算因子(h)。
经过为气象学方法校正的 DTM氨挥发的计算
方法为:
冬季 ln(NH3 fluxIHF)=0444· ln(NH3
fluxDTM)+0590·ln(V2m)
夏季 ln(NH3 fluxIHF)=0456· ln(NH3
fluxDTM)+0745·ln(V2m)-0280·ln(V02m)
式中:NH3fluxIHF表示由 IHF微气象法测定的氨挥
发量[Nkg/(hm2·h)];V2m与 V02m分别表示距地
面2m与 02m的风速(m/s);NH3fluxDTM表示
DTM测定的氨挥发量[Nkg/(hm2·h)]。
通过DTM进行原位测定,结合气象数据(以风
速为主),校正为微气象学(IHF)下的氨挥发通量。
由于该监测方法已和 IHF微气象学法进行了校验,
所得结果接近于 IHF法,而且具有操作简便的特
点,无需将氨采集后再进行实验室分析。因此该方
法在进行多个处理的田间氨挥发测定中具有明显的
优势。有 关 此 DTM 法 的 详 细 介 绍 可 参 考
文献[13,15-17]。
本研究在进行氨挥发监测时,试验田安装了实
时风速自动测定仪,用于监测02m和2m的风速
(m/s)。氨挥发监测频率可依据当时氨挥发速率进
行监测次数的调整。低浓度的氨挥发下,每天采样
1次(在10:00);随着挥发强度的增加,采样频率增
加到每天2 3次(分别在6:00、10:00、18:00),若
遇到降雨等特殊天气,可以在时间上进行一定调整,
一般进行14d的连续采样,直至仪器测不出明显的
氨挥发损失。DTM方法的最低监测限为 N006
mg/(m2·h),相当于N06g/(hm2·h)。
2 结果与分析
21 春玉米产量、吸氮量及氮肥利用率
两个试验点传统和优化施氮处理的产量、生物
量和籽粒吸氮量均显著高于对照处理(表3),但传
统和优化施氮处理间无显著差异,可见长武和梨树
点的传统施肥处理的施氮量(N250和300kg/hm2)
超过了春玉米的需氮量,增产不明显。两试验点的
氮肥利用率优化施氮较传统施氮均显著提高8 10
个百分点,进一步说明传统施氮量偏高,在当前的生
产条件下优化施氮至少可以减少施氮 N50 100
kg/hm2即减少氮肥用量20% 33%(表2),但仍可
保持春玉米高产(108 96t/hm2),同时还可提
高氮肥利用率8 10个百分点。
22 春玉米生长季氨挥发的动态变化及累积量
春玉米播种期基肥均翻耕入土,其中长武点基
肥翻耕入土后的第1天降雨30mm,梨树于第3天
降雨9mm,两试验点在基肥期间用 DTM法均未监
测到氨挥发。一方面是因为基肥翻耕入土后导致土
壤表层氮素浓度低,氨的底物 NH+4N的浓度低
(NH+4N浓度普遍低于 N05mg/kg),不利于氨挥
发产生;另一方面基肥翻耕入土后产生的降雨以及
低温环境,进一步将尿素水解之后的 NH+4N滞留
在土壤深层进行硝化反应,而不能扩散到土壤表层。
喇叭口追肥期尿素表施后,由DTM原位监测的
氨挥发动态变化(图2)来看,两个试验点的氨挥发
速率差异较大。追肥期长武点优化施氮处理的氨挥
发速率高于传统施氮(图2a),主要是因为播种期长
武点优化施氮的施氮量比传统施氮减少了 N80
kg/hm2(播种期未监测到氨挥发),追肥期优化施氮
比传统施氮的施氮量高N30kg/hm2。一般情况下,
氨挥发会随着施氮量的升高而增加,因此导致长武
点追肥期的优化施氮处理的氨挥发略高于传统施
475
3期    李欠欠,等:传统和优化施氮对春玉米产量、氨挥发及氮平衡的影响
表3 不同施肥处理下长武和梨树点春玉米产量、吸氮量和氮素利用率
Table3 EfectofdiferentNtreatmentsongrainyield,Nuptake,andapparentNrecovery(ANR)
ofspringmaizeatChangwuandLishusites
地点
Site
处理
Treatment
籽粒产量
Grainyield
(t/hm2)
地上生物量
Shootbiomass
(t/hm2)
籽粒吸氮量
GrainNuptake
(kg/hm2)
地上部吸氮量
TotalNuptake
(kg/hm2)
氮肥利用率
ANR
(%)
长武
Changwu
county
N0 793b 1482b 64b 118b —
优化Ncon 1065a 1836a 132a 209a 364b
传统Nopt 1083a 1848a 130a 207a 445a
梨树
Lishu
county
N0 381b 743b 35b 57b —
优化Ncon 951a 1697a 105a 157a 336b
传统Nopt 959a 1606a 106a 145a 443a
  注(Note):籽粒产量是指包括14%含水量的玉米产量,地上生物量是指籽粒、棒芯和秸秆的干物质总量Thegrainyielddenotesairdrygrain
yieldwith14% moistureandtheshootbiomassreferstototaldrymateryieldofgrain,cobsandstraw.氮素利用率(ANR%)=(施肥区氮吸收-对
照区氮吸收)/氮肥施用量×100,ANR% =(NuptakeinfertilizedtreatmentNuptakeinunfertilizedtreatment)/Nappliedinfertilizedtreatment×
100.同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平Valuesfolowedbydiferentletersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%
level.
图2 追肥期长武(a)和梨树(b)春玉米田间氨挥发动态
Fig.2 RateofNH3lossesinChangwucounty(a)andLishucounty(b)springmaizefieldwithtopdressingfertilization
[注(Note):箭头表示降雨Arowsdenoterainfalevents.]
氮。在长武点,表施尿素后,尿素很快溶解并进一步
水解,在施肥不到1d的时间里便产生了氨挥发,之
后氨挥发在施肥后的第3d出现高峰[N140 165
g/(hm2·h)],伴随第6d之后的连续降雨,氨挥发
速率逐渐减少。追肥期梨树点优化施氮处理的氨挥
发速率低于传统施氮(图2b)。在梨树点,表施尿素
后,土壤表层干燥使得尿素颗粒在施用后的前2d
都没有溶解,随后出现的6mm及10mm降雨加速
了尿素的溶解,伴随着尿素的进一步水解从而产生
氨挥发。梨树点的氨挥发高峰出现在第5d,传统施
氮处理的氨挥发高峰值为N400g/(hm2·h),优化
施氮的氨挥发高峰值仅为 N100g/(hm2·h)。在
施肥后的第8d,因7mm降雨及后期底物 NH+4N
浓度的降低,氨挥发逐渐停止。
  将 DTM原位监测的氨挥发速率结合面积及风
速校正后,得到追肥期间氨累积挥发量(图3)。长
武点,追肥期优化施氮处理的氨挥发累积量为 N
232kg/hm2,占施氮量的193%;传统施氮的氨挥
发累积量为N146kg/hm2,占施氮量的162%(图
3a)。梨树点,追肥期优化施氮处理的氨挥发累积
量为N307kg/hm2,占施氮量的219%;传统施氮
的氨挥发累积量为 N453kg/hm2,占施氮量的
189%(图3b)。可见,在长武及梨树点,表面追施
尿素均能产生大量的氨挥发(占追施尿素的16%
575
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
图3 追肥期长武(a)和梨树(b)春玉米田间氨挥发累积量
Fig.3 CumulativeNH3lossesatChangwucounty(a)andLishucounty(b)sitesduringNtopdressingofspringmaize
22%),因此在长武及梨树点分别减少尿素氮施用
量30kg/hm2及 100kg/hm2可减少氨挥发量 N8
kg/hm2和N15kg/hm2。
23 春玉米生长季的氮素平衡
由长武及梨树试验点春玉米季土壤-作物系统
的氮素平衡。结果(表4)表明,两试验点在氮素输
出项中,传统与优化施氮相比,随氮肥投入量的增
加,未被作物吸收的氮量显著增加,而优化施氮比传
统施氮的氮素盈余(N48 88kg/hm2)、土壤氮残
留(N22 45kg/hm2)和氮表观损失(N26 43
kg/hm2)均降低。可见,农民传统施氮处理导致的
氮肥过量投入,不仅不能促进作物的吸氮量,且增加
了氮肥的残留及损失风险。长武点的表观氮损失
中,除了N15 23kg/hm2的氨挥发损失外,其余氮
损失(如淋洗、硝化、反硝化等)为 N52 86
kg/hm2,氨挥发占表观氮损失的15% 30%;梨树
点氮素表观损失中,其余氮损失为 N10 38
kg/hm2,氨挥发占表观氮损失的54% 75%。因此,
两试验点的氨挥发均是氮肥表观损失的主要途径之
一。此外,0—1m土层中施氮处理的氮残留结果显
示,长武点氮残留为 N65 87kg/hm2,梨树点为 N
94 139kg/hm2。随春玉米收获后,残留氮在约6个
月的休闲期间将面临一定程度的淋洗和硝化/反硝化
损失的风险,部分残留氮将不能被下一季作物吸收利
用。两试验点土壤氮素表观矿化量存在显著差异,长
武点氮矿化量为 N97kg/hm2,远高于梨树点 N16
kg/hm2的氮矿化量,在一定程度上反映了土壤、气
候、耕作等环境条件对土壤供氮能力的影响。
3 讨论与结论
31 氮肥的玉米产量效应与节氮潜力
与传统施氮相比,长武和梨树点的优化施氮处
理在减少氮肥用量20% 33%的基础上不但能保
证玉米的高产,同时氮肥利用率还可提高8 10个
百分点。林治安等[20]22年的长期定位试验结果也
显示,当产量提高到一定水平后,继续高量施肥无助
于作物产量的提高。本试验中优化施氮处理的结果
与Liu等[18]、Ju等[19]在夏玉米上得出的结果基本
一致,但本试验条件下的春玉米产量高于夏玉米,而
节氮潜力和氮肥利用率的提升略低于后者。两试验
点的产量结果显示,对照处理的产量长武点比梨树
点高41t/hm2,传统和优化施氮处理的产量长武点
比梨树点增加了约12t/hm2。导致区域产量差异
的部分因素可能有:1)长武点种植密度比梨树点增
加了15000plant/hm2,耕作栽培上可通过稳定氮肥
用量并结合适量增加密度达到增产增效的目的。
2)以往研究表明[21-22],地膜覆盖能够改善土壤微
环境,贮水保墒,提高作物产量及水分、养分利用效
率。与梨树点相比,长武点采取的半膜覆盖技术为
玉米生长提供了优越的水热条件,此外长武点春玉
米生育期降水量也高出梨树点160mm。可见,除了
施肥增产的效应外,田间管理及土壤气候等因素对
作物产量潜力的实现起到不可忽视的作用。
32 玉米季的氮肥氨挥发损失特征
DTM法监测的春玉米氨挥发动态表明,长武和
梨树点在追肥期不同施氮处理下氨挥发速率高峰期
分别出现在第3d[N140 165g/(hm2·h)]及第
5d[N100 400g/(hm2·h)]。氨挥发不仅受氮
素形态及施氮量的影响,与温度、降水等环境因素也
有密切关系。梨树点追肥后的第2d和3d分别降
雨6mm及10mm,从而促进了氨挥发的产生;与梨
树点降雨对氨挥发的影响结果不同,SanzCobena
675
3期    李欠欠,等:传统和优化施氮对春玉米产量、氨挥发及氮平衡的影响
表4 不同施肥处理下长武和梨树春玉米田间氮的表观平衡
Table4 ApparentNbalanceinsoilspringmaizesystematChangwuandLishusites
地点Site 项目Item N0 优化Ncon 传统Nopt
长武
Changwucounty
氮输入 Ninput(kg/hm2)(A)
土壤播前NminInitialsoilNmin(a) 50 50 50
施氮量 AppliedN(b) 0 250 200
氮矿化Nmineralization(c) 97 97 97
氮输出Noutput(kg/hm2)(B)
作物吸氮量 PlantNuptake(d) 118 209 207
氮盈余 Nsurplus(kg/hm2)(C,A-B) 29 188 140
土壤残留NminResidualsoilNmin(e) 29 87 65
表观氮损失 ApparentNloss(f,C-e) 0 101 75
NH3挥发 NH3emission(g) 0 15 23
其他氮损失 OtherNloss(h,f-g) 0 86 52
梨树
Lishucounty
氮输入 Ninput(kg/hm2)(A)
土壤播前NminInitialsoilNmin(a) 63 63 63
施氮量 AppliedN(b) 0 300 200
氮矿化Nmineralization(c) 16 16 16
氮输出Noutput(kg/hm2)(B)
作物吸氮量 PlantNuptake(d) 57 157 145
氮盈余 Nsurplus(kg/hm2)(C,A-B) 22 222 134
土壤残留NminResidualsoilNmin(e) 22 139 94
表观氮损失 ApparentNloss(f,C-e) 0 83 40
NH3挥发 NH3emission(g) 0 45 30
其他氮损失 OtherNloss(h,f-g) 0 38 10
  注(Note):氮矿化=(对照区吸氮量-播前对照区0—1m土壤无机氮量+收获后对照区0—1m土壤无机氮残留量)
Nmineralization=Nuptakefromcontrolinitial0-1msoilNmininthecontrol+residual0-1msoilNmininthecontrol
等[22]在裸土上通过灌溉模拟降雨的试验结果表明,
施肥后立即降水3mm能促进氨挥发损失,而7
14mm的降水能显著减少84%的氨挥发。这种结
果的差异可能是因为,降雨前梨树点土壤表层干燥
使尿素颗粒无法溶解,以及降雨发生后玉米叶片对
雨水的拦截作用减少了到达土壤表层的降雨量和降
雨后的温度(23℃),有利于氨挥发有关;此外,施肥
一周后的降雨均使两个试验点的氨挥发大大降低,
表明氨挥发不仅与降雨量有关,也受降雨时间的
影响。
DTM法结合气象因子(风速)校正后,长武点追
肥期氨挥发累积量为 N146 232kg/hm2,梨树
点追肥期氨挥发累积量为 N307 453kg/hm2,
两点累积挥发量约占追施氮肥的16% 22%。与
苏芳等[9]采用风洞法连续2年监测华北平原夏玉米
追肥期的氨挥发(N47 66kg/hm2,占追施尿素的
23% 33%)相比,两试验点春玉米体系的氨挥发
潜力略低。两试验点氨挥发高于纪玉刚等[11]采用
通气法对春玉米的研究结果(氨挥发 N11kg/hm2,
约占追施尿素的7%)。
33 氮素优化对土壤-玉米体系氮素平衡的影响
通过对不同施氮处理长武和梨树点春玉米田间
氮的表观平衡研究显示,两试验点土壤氮素表观矿
化量存在显著差异,与长武点氮素表观矿化量 N97
kg/hm2相比,梨树点仅为 N16kg/hm2,与高强
等[23]在吉林研究的春玉米的表观氮矿化量(N13
775
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
24kg/hm2)的结果相当。氮素盈余量与氮肥投入量
紧密相关,与优化施氮处理相比,传统施氮的氮素盈
余量提高了N48 88kg/hm2。收获后大量氮素残
留于0—1m土层,尤其是梨树点的传统施氮处理的
氮素残留达N139kg/hm2。研究表明,春玉米收获
后,残留在土壤中的氮素也将面临损失风险,尤其是
当土壤氮残留超过 N100kg/hm2时[23-24]。传统施
氮处理也导致了当季作物约 N80 100kg/hm2的
氮素损失,除了氨挥发损失,淋洗和硝化/反硝化等
也是氮肥的重要损失途径。以往研究表明,淋洗是
玉米体系氮损失的主要途径之一[18-19]。
综合以上分析,长武和梨树点春玉米生产中农
民传统施氮量偏高,氮肥增产效应不明显,优化潜力
高达20% 33%。与优化施氮处理相比,传统施氮
的氮肥利用率降低了约10个百分点,导致土壤中约
N90 140kg/hm2的残留无机氮,增加了当季氮肥
的环境损失风险,其中氨挥发损失 N15 45
kg/hm2,其他损失N38 86kg/hm2。
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