Effect of postponing N application on soil N supply, plant N uptake and utilization in winter wheat-文献传递-植物通论文库

摘要：采用田间试验研究了氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素吸收利用的影响。结果表明，与农民习惯施氮（N 300 kg/hm²，基肥和拔节肥各占1/2）比较，氮肥后移处理（N210kg/hm²，基肥、拔节肥和孕穗肥各占1/3）在不降低小麦产量的同时，大大提高了氮肥利用率，且全生育期氮素表观损失极低。过量施用氮肥(N 300 kg/hm²)明显提高了60 cm以下土层硝态氮含量，增加了其向地下水淋溶迁移的风险。氮肥后移可提高小麦成熟期0-20cm土层硝态氮积累量，降低其在20-100cm土层的积累。基于冬小麦不同生育阶段的氮素吸收量而进行氮肥后移是可行的，氮肥后移可节省氮肥30%，是较为理想的施氮方式。

全文：收稿日期：!""# $%"$ !& 接受日期：!""’ $%%$ %#
基金项目：国家重点基础研究发展计划课题（!""#()%"*+",）；国家科技支撑计划课题（!"",)-.!/)"%）；
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助。
作者简介：裴雪霞（%*#+—），女，山西襄汾人，博士研究生，主要从事养分循环方面的研究。012345：674897483:%,+; <=2
!通讯作者 >75："%"$’!%"’"""，012345：6?7:<33@A 3氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素
吸收利用的影响
裴雪霞%，!，王秀斌%，何萍%!，张秀芝%，李科江+，
周卫%，梁国庆%，金继运%
（%中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，农业部植物营养与养分循环重点开放实验室，北京 %"""’%；
! 山西省农业科学院小麦研究所，临汾 "&%"""；+河北省农林科学院旱作所，衡水 "/+"""）
摘要：采用田间试验研究了氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素吸收利用的影响。结果表明，与农民习惯施氮
（C +"" DE F ?2!，基肥和拔节肥各占 % F !）比较，氮肥后移处理（C !%" DE F ?2!，基肥、拔节肥和孕穗肥各占 % F +）在不降
低小麦产量的同时，大大提高了氮肥利用率，且全生育期氮素表观损失极低。过量施用氮肥（C +"" DE F ?2!）明显提
高了 ," <2以下土层硝态氮含量，增加了其向地下水淋溶迁移的风险。氮肥后移可提高小麦成熟期 "—!" <2土层
硝态氮积累量，降低其在 !"—%"" <2土层的积累。基于冬小麦不同生育阶段的氮素吸收量而进行氮肥后移是可行
的，氮肥后移可节省氮肥 +"G，是较为理想的施氮方式。
关键词：氮肥后移；冬小麦；土壤硝态氮；氮肥利用率
中图分类号：H%&#;+；H/%!;% 文献标识码：- 文章编号：%""’ $/"/I（!""*）"%$ """* $"# !""#$ % &" ’&(%’&)*)+ , -’’.* $-%*&) &) (&*. , (/’’.0，’.-)% , /’%-1# -)2 /%*.*3-%*&) *) 4*)%#5 46#-% J0K I971843%，!，L-CM I491N4B%，O0 J4BE%!，PO-CM I491Q?4%，RK S71T43BE+，POUV L74%，RK-CM M9=1W4BE%，XKC X41Y9B% （! "#$ %&%’%( )* +,-&.’/%’-0/ 1( $)’-.($ 0#2 1(,&)#0/ 3/0##&#,，45&#( $( +.02(67 )* +,-&.’/%’-0/ 8.&(#.($ ，
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麦品种中后期植株对氮素的吸收、运转和分配的需
要，易造成过多的无效分蘖，后期脱肥［’］。因此氮肥
后移引起了学术界的广泛重视。国内外研究证明，
氮肥后移可保证土壤氮素持续有效供应，协调群体
与个体的矛盾，延缓小麦后期衰老，提高子粒产量及
氮素利用率［+"#，,"!+］，但如何实现氮肥后移尚无一致
的认识。本研究拟提出基于冬小麦不同生育阶段的
氮素吸收量而进行氮肥后移的学术思路，以农民习
惯施氮方法为对照，探讨氮肥后移对冬小麦氮素吸
收利用和土壤氮素供应的影响，为集约化农区作物
持续高产、提高氮素利用率和减少氮素对环境污染
提供理论依据和技术途径。
! 材料与方法
!"! 试验设计
试验于 +%%’!+%%, 年度在河北省农林科学院
旱作所衡水试验站（),-%!./，!! $-)+.0）进行。该区属北温带季风半湿润气候，海拔 +% 1，年降水量$ %%
11，主要分布在 *!2月份，年平均气温 !+-* 3，无
霜期 !,, 4，主要耕作方式为冬小麦—夏玉米轮作。
+%%’!+%%,年度小麦季生育期降水量为 !’#-# 11，
其中播种!拔节期 *)-!11，拔节!开花期 #)-2 11，
开花!收获期 *’-# 11。试验地为潮土，播前 %—+%
51土壤有机质含量 !!-’ 6 7 86，速效 9 $-, 16 7 86，速效 : !%) 16 7 86，;< ,-*。播种前 %—+% 51、+%—#% 51、#%—*% 51、*%—,% 51和 ,%—!%% 51土层 /=") > / 含量分别为 !+-!#、#-)$ 、’-,,、)*-*’ 和 $%-’) 16 7 86，/<(# >/含量分别为 %-’*、%-*’、%-’#、%-’, 和 %-’* 16 7 86。基于冬小麦区域施肥状况调查和冬小麦不同生育阶段的氮素吸收量进行试验设计。该区域按目标产量 *’$ % 86 7 ?1+ 以及氮肥利用率 #%&计算，优化
施氮量应为 +!% 86 7 ?1+，而该地区农民的习惯施氮
处理高达 / )%% 86 7 ?1+；同时发现苗期!拔节期，拔
节期!孕穗期，以及孕穗期!成熟期小麦吸氮量大
约各占总吸氮量的 ! 7 )，而农民的习惯施氮处理则
是底肥和拔节肥各半。基于此，试验设 $个处理： !）不施氮肥（/%，对照）；+）习惯施氮（/ )%% 7 +，/ )%% 86 7 ?1+分两次施用，基肥与拔节肥各半）；)）氮肥减量（/ +!% 7 +，/ +!% 86 7 ?1+分两次施用，基肥与拔节肥各半）；#）氮肥减量后移 !（/ +!% 7 )，/ +!% 86 7 ?1+ 分三次施用，基肥，拔节肥和孕穗肥各占 ! 7 )）；$ ）氮
肥减量后移 +（/ +!% 7 #，/ +!% 86 7 ?1+ 分四次施用，
基肥、拔节肥、孕穗肥和灌浆肥各占 ! 7 #）。各小区
磷、钾肥用量相同，分别为 9+= $!$ % 86 7 ?1+ 和 :+=
2% 86 7 ?1+，全部做底肥一次施入，氮肥按设计方案
进行。小区面积 2- $1 @ , 1，随机区组排列，三次重复。氮、磷、钾肥料分别为尿素（/ #*-#&），过磷酸钙（9+=$ !’&），氯化钾（:+= *%&）。基施的氮肥、
全部磷肥和钾肥均匀撒于小区后翻入地下；追施氮
肥按试验设计分别于拔节期（雌雄蕊原基分化期，#
月 !+日）、孕穗期（#月 + $日）和灌浆期（$ 月 !,日）
开沟施入并覆土，然后采用畦灌方式灌溉。选用节
水高产型小麦衡观 ) $。!%月 ++日播种，基本苗 !$ %
@ !%#株 7 ?1+，田间管理同当地高产田。* 月 !+ 日
收获。
!"# 田间取样和测定方法
各小区分别在小麦播种前、冬前期（+2 ABC，
ABC为播种后天数 ADEF DGHIJ FKLMN6）、拔节期（!’%
ABC）、孕穗期（!2! ABC）、开花期（!22 ABC）和成熟期
（+)# ABC）每 +% 51为一层分 $层取 %—!%% 51 土样，每小区随机取两点，相同层次的土壤混合为 !个样，迅速充分混匀过 + 11筛，置于 " +%3冷冻保存。样品解冻后，称取 !% 6土样 ) 份，! 1KO 7 P :QO溶液浸提（水土比$ R!），振荡 )% 1MN过滤，用德国产 SKFF
型流动注射分析仪测定 /=") >/ 和 /<(# >/含量，并
根据各层土壤容重将矿质 /单位换算成86 7 ?1+［!)］。
同时测定土壤含水量。
每小区分别于小麦返青期（!#! ABC）、拔节期
（!’% ABC）、孕穗期（!2! ABC）、开花期（!22 ABC）、灌
浆期（+%, ABC）和成熟期（+)# ABC）用日本产的
C9BA" $%+测定 )%片最上部全展叶 C9BA值，在上部 ! 7 )处、中部和下部 ! 7 )处分别测定，取平均值为小区的 C9BA值，并采取小麦植株样品，取 ) @ %-$ 1+
样段，在 !% $3杀青 )% 1MN，’% 3烘至恒重后称重，计算地上部干物重。收获时取 ) @ ! 1+ 脱粒晒干计产。样品粉碎过筛后，按照国标 TU+2%$ ",+，用半微
量凯氏定氮法测定植株全氮含量。
%! 植物营养与肥料学报 ! $卷 !"# 计算方法氮肥利用率是指施入的氮肥被当季作物吸收利用的百分率，采用差值法计算，公式为：氮肥利用率（!）"（施氮区吸氮量 # 无氮区吸氮量）$ 施氮量 % &’’
收获指数（!）" 子粒产量 $总生物量 % &’’ 氮素矿化根据无氮区作物吸氮量与试验前后土壤无机氮的净矿化加以计算［&(］，由于不考虑氮肥的激发效应，故假定施肥处理的土壤氮素矿化量和无肥区相同，即：土壤氮素净矿化量 "不施氮肥区地上部分氮积累量 )不施氮肥区土壤残留无机氮量 # 不施氮肥区土壤起始无机氮量根据氮平衡模型计算氮的表观损失［&*］，即根据氮素输入输出平衡的原理：氮素表观损失（+,$ -./）"氮输入量（施入氮肥
氮 )起始无机氮 )氮矿化）#作物吸收氮量 #土壤
残留无机氮量
用 012软件进行数据统计分析。
$结果与分析$ "! 小麦产量与氮肥利用率
施用氮肥是作物获得高产的重要措施，由表 &
可知，施氮肥能极显著提高小麦子粒产量，增产幅度
为 *34!!536!，其中 7 /&’ $8处理显著高于 7 /&’$
/处理；与农民习惯施氮 7 8’’ $/处理比较，7 /&’$ 8
处理产量也没有下降，而 7 /&’ $(较 7 /&’$ 8处理产
量显著降低；增施氮肥小麦收获指数处理间差异不
显著；与 7’相比，施氮极显著促进了收获期小麦地
上部对氮素的吸收，各施氮处理间差异不显著；氮
素利用率 7 /&’ $8 处理高达 8934!，而习惯施肥 7 8’’$ /处理仅为 //3(!。由此说明，氮肥后移（7 /&’
+, $-./分三次施用，基肥，拔节肥和孕穗肥各占 &$ 8）
在不降低冬小麦产量的同时，还大大提高了氮素利
用率。
表 ! 小麦产量及氮素利用率
%&’() ! *+&,- .,)(/ &-/ 0 12) )33,4,)-4. 53 6,-7)+ 68)&7
处理
:;<=>.@
子粒产量（+, $ -./）
AB收获指数（!）
E=;F<@> B?D总吸氮量（+, $ -./）
:H>=C 7 IJ>=+<
氮素利用率（!）
7 I@< 7’ *6*8 DN (43/ =O &6’3( PN —
7 8’’ $/ 9899 =PO (*3& =O /(43* =O //3( LQ 7 /&’$ / 9/9* PLO (93( =O /(83/ =O /535 PP
7 /&’ $8 9(/5 =O (*39 =O /*43( =O 8934 =O 7 /&’$ ( 9&64 LO ((3( =O /(*3& =O 8’36 PN
注：不同大、小写字母表示处理间差异达 &!和 *!显著水平。
7H><：0BKK<; L=JB>=C =?D @.=CC C<>><;@ .<=? @B,?BKBL=?> =.H?, >;<=>.@ => >-< &! =?D *! C对冬小麦地上部生长发育和氮素积累的动态监
测表明（图 &），从播种到返青期小麦地上部的生物
量不超过全生育期的 *!，返青期以后生长迅速，开
花期达总生物量的 **3*!!993/!，灌浆初期地上
部生物产量已达 5’!以上，随后缓慢增加（图 &O ）。
小麦地上部氮素积累趋势与生物量动态在灌浆期前
基本一致（图 &N），但成熟期有所下降。这与李生秀
等［&9］的研究结果一致，可能与后期代谢过程中蛋白
质降解形成氨基酸，脱氨挥发有关。小麦拔节期前
不施氮处理与施氮处理间的生物产量及吸氮量无显
著差异，小麦拔节后差异显著。7 /&’ $8 处理小麦生长发育前期干物质和氮素积累量较少，后期积累量较多，有利于千粒重及产量的增加。小麦最上部展开叶 21O0从返青期到拔节期缓慢增加，拔节期后小麦处于旺盛生长阶段，最上部全展叶 21O0持续增加，到灌浆前期达到最高，灌浆后期快速下降。灌浆期氮肥后移处理的 7 /&’$ 8和 7
/&’ $(的 21O0仍维持较高水平，有利于延长子粒灌浆，但并未贪青晚熟，而 7’处理后期下降迅速。$ " $土壤硝态氮含量由图 /可见，施氮处理各生育时期各土层硝态氮含量均高于不施氮肥（7’），不同土层硝态氮含量动态变化有差异。 ’—(’ L.土层硝态氮含量随小麦生育进程呈先降低后升高再降低的趋势，拔节期最低，随气温回升，小麦进入旺盛生长期，到孕穗期硝态氮含量最高，而后缓慢下降。 (’—6’ L.土层硝态氮含量随小麦生育进程呈先升高后降低的趋势，从播种到孕穗期最高，孕穗期后除少量被作物吸收外，积累的硝态氮大部分向深 &&&期裴雪霞，等：氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素吸收利用的影响图 ! 冬小麦地上部生物量（"）、氮积累量（#）和最上全展叶$ %"&（’）随生育期的动态变化
()*+! &,-./)01 23 4)2/.11（"），5 .006/67.8)2- 23 9)-8:; 9<:.8（#）.-= $%"& 23 8<: 82>/218 3677, :?>.-=:= 7:.3（’）［!"—返青期 !#$ %##&；’(—拔节期 ’)*&+*& $,+-$ #；.(—孕穗期 .))+*& $,+-$ #；/(—开花期 /&+0#,*, ,+- $#； 1(—灌浆期 1*22*&$ (+- $#；3(—成熟期 3-+4%# ,+-$ #5 下同 60# ,-7# 8#2)95］
层土壤淋溶，成熟期降低到较低水平。
:;—<;; =7土层硝态氮含量在小麦生长发育前
期变化幅度较小，随生育期的推进，施入土壤的过量
氮素随降雨逐渐向深层土壤淋溶，到成熟期最低。
> ?;; @ A处理小麦生育前期 ;—A; =7土层硝态
氮含量最高，生育后期 A;—<;; =7土层硝态氮含量
均最高，施 > A<; B $@ 07A的 ?个处理，各土层硝态氮含量变化基本上是 > A<; @ A C > A<; @ ? C > A<; @ D，尤其是成熟期，氮肥后移处理除 ;—A; =7土层硝态氮含量明显高于其他处理外，A;—<;; =7土层硝态氮含量均较低。由此可见，氮肥后移可使地上部氮素吸收与土壤氮素供应相协调，从而减少土壤氮素累积，降低氮素向深层土壤淋溶的风险。 @AB 氮肥后移对土壤硝态氮累积的影响土壤无机氮（>7*&）由铵态氮和硝态氮组成。本试验条件下，冬小麦整个生育期内各土层铵态氮含量均不超过 E B$ @ 07A，可见旱作土壤 >7*&的变化主
要受硝态氮影响。由图 ?可知，;—<;; =7土层硝态
氮积累量随生育期推进而逐渐增加，孕穗期达到最
高，然后开始下降，成熟期最低。各生育期不同土层
硝态氮积累量存在差异。冬前小麦植株较小，根系
较浅，吸收氮素少，硝态氮主要积累在 ;—A; =7土
层；拔节期后，硝态氮开始向下层移动，;—F; =7土
层硝态氮积累量减少，F;—<;; =7土层硝态氮累积
增加；孕穗期硝态氮积累量达到最高，这可能与拔
节期灌水造成硝态氮向土壤深层淋溶增加有关；开
花期到成熟期各土层硝态氮积累量开始降低。
各施氮处理在冬小麦整个生育期的硝态氮积累
量存在明显差异。>; 处理各土层中硝态氮积累最
少，> ?;; @ A和 > A<; @ A处理硝态氮累积量较高，而
氮肥后移处理> A<; @ ?明显降低了土层中硝态氮的
累积。
@AC 氮肥后移对土壤氮素平衡的影响
运用氮素平衡原理，根据土壤 >7*&和小麦吸氮
动态，计算小麦播种至成熟期 ;—<;; =7土体的氮
素平衡。表 A 显示，从播种到成熟期，各处理以
> ?;; @ A处理氮素盈余最多，即表观损失最为严重，
高达 > F:G< B $@ 07A，而 > A<; @ ?处理氮素表观损失最低，仅为 > ? B$ @ 07A，即氮素的投入和输出接近平
衡。显然从氮素平衡的角度，氮肥后移是合理的施
肥方式。
B 讨论与结论
合理施氮关系到作物高产高效、生态安全和农
业可持续发展，过量不合理施氮不仅不能实现小麦
增产，而且使氮肥利用率和产投比下降，并增加了地
下水污染的风险。氮肥施用时期对小麦产量及氮肥
利用率有较大影响，一直是国内外研究的热点［AH:］。
有研究认为底追比 < I <（拔节期追施）与底追比 ; I <
（拔节期一次施用）氮素利用率差异不显著［J］；也有
研究认为，底追比 < I A 氮素利用率高于底追比 < I
<［F］；而在底追比 < I < 时，分两次（拔节期和开花期
各追 < @ A）可提高氮素积累量和利用率，减少损
失［来自土壤供给。本试验中虽然表 <的植株吸氮量超
过施氮量，但存在土壤氮的净矿化能提供相当数量
的氮素，> A<; @ ? 处理全生育期氮素的投入和产出
基本平衡，损失量极低。可见本文基于冬小麦不同
生育阶段的氮素吸收量而进行氮肥后移是可行的，
方法简单易行，易于为农民接受和推广。
A< 植物营养与肥料学报图 ! 小麦不同生育期各土层硝态氮含量
"# $%! &’() *& +,-./-. #- 0#11/2/-. 3,#4 456/23 5. 0#11/2/-.$ 2,7.8 3.5 $/3 图 ) 小麦不同生育期 9—:99 +;土层硝态氮积累量 "#$ %) &’() *& 5++<;<45.#,- #- 9(:99 +; 3,#4 456/2
5. 0#11/2/-. $2,7.8 3.5$ /3
!""期裴雪霞，等：氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素吸收利用的影响
表 ! 冬小麦整个生育阶段的土壤氮素平衡
"# $%& ! ’()*+,&-$ #%#-.& /0*(-, &-)(*& ,*+1(-, 2+- +3 1(-)&* 14&#)（5, 6 47!）
处理
!"# $%&#’%( )输入 ) *’+,% )输出 ) -,%+,% )表观损失施氮量 ) .#"%*/*0#" 起始无机氮 1’*%*$ / )&*’
净矿化
)#% &*’#" $/*0$ %*-’
吸氮量
) ,+% $2# 残留无机氮 3#(*4,$ / )&*’
5++$"#’%
) /-((
)6 6 786 97:6 ;<6:= ;>;:8 —
)?66 @ 7 ?66 786 97:6 7=9:> ?;8:= 8<:;
)7;6 @ 7 7;6 786 97:6 7=?:7 797:= ;8:=
)7;6 @ ? 7;6 786 97:6 7>9:= 7<;:8 ?:6
)7;6 @ = 7;6 786 97:6 7=>:; 7 9:=
土壤剖面硝态氮含量随施氮量及追氮时期不同
而异。研究表明：长期大量施氮会造成硝态氮的积
累，且土壤硝态氮含量随施氮量的增加而增加［;7］；
周顺利等［;<］认为，即使不施氮肥，高产条件下，因多
年施肥的影响，冬小麦播种到拔节期间土壤氮素的
供应仍过量，大量不被小麦利用的氮素可能随水淋
洗进入土壤深层；但也有研究认为，施氮量高于最
佳经济施肥量，对小麦收获后土壤硝态氮含量无显
著影响［;A］；B $*&#等认为，追施 ) 766 2C @ D&7不会引起土壤硝态氮的提高［76］。本研究表明，不施氮和施氮处理播种前土壤中积累的硝态氮在小麦各生育期均不断向深层移动，成熟期硝态氮含量比播种前降低。氮肥减施后移处理提高了小麦成熟期 6—76 E& 土层硝态氮的积累量，降低 76—;66 E&土层硝态氮的积累，从而减小向深层淋溶的风险。施氮合理与否，除增产效果外，土壤中残留无机氮的高低也是一个重要指标。欧盟的许多国家［7;］都要求 6—A6 E&土体中残留硝态氮低于 A6 2C @ D&7。钟茜［77］结合保护环境兼顾高产的实情，认为我国北方冬小麦 @夏玉米轮作区，土壤中无机氮的适当残留有利于下季作物的吸收利用，但残留量不宜超过 ;>6 2C @ D&7。本试验结果表明，在土壤起始无机氮含量较高的条件下，小麦收获后土壤中残留的无机氮仍在 766 2C @ D&7以上，减少基施氮肥可显著降低小麦生育期氮素的表观损失量，提高氮肥利用率；氮肥适当后移，有利于氮素的吸收运转，提高收获指数和氮肥利用率，获得较高的子粒产量。本试验条件下，施氮量 7;6 2C @ D&7，基肥、拔节肥和孕穗肥各占 ; @ ?比习惯施肥节氮 ?6F，是较为理想的施肥方式。参考文献：［;］ G$ "%*’ 3 B，H,%%-’ IJ K..#E% -. ’*%"-C#’ .#"%*/*0#" -’ %D# L*#/4 $’4 M,$ /*%L -. (*N E,/%*O $"( -.$ ,%,&’P(-Q’［B］J )#Q R# $/$ ’4 BJ S"-+ J
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氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素吸收利用的影响

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