全 文 ：收稿日期：!""#$"%$&’ 接受日期：!""#$"($"(
基金项目：国家自然科学基金（%")#&&&(，%"(#"%!(）资助。
作者简介：范亚宁（&’#’—），女，陕西扶风人，博士研究生，主要从事植物营养生理生态的科研工作。*+,-./：012!3&&4&!(5 67,
! 通讯作者 89/："!’$:#"&(&#&，*+,-./：;6= -6= 61
半湿润农田杂草及施氮对夏玉米产量及
氮素利用的影响
范亚宁&，!，李世清&，!!，李生秀!
（& 西北农林科技大学、中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌
#&!&""；! 西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 #&!&""）
摘要：以土垫旱耕人为土为供试土壤，采用大田试验，研究了半湿润农田两种杂草处理方式下（成熟后期清除杂草
$ ?区和苗期开始清除杂草 $ @区），不同施氮量对夏玉米产量及氮素利用效率的影响。结果表明，当施氮量为 "、
3)、’"、&%)、&:" AB C D,!时，@区玉米子粒产量比 ?区分别增加了 :5#E、&!5&E、’53E、)5"E和 &!5)E；吸氮量分别
增加了 &5)、!5’、35:、)5!和 35% AB C D,!。?区和 @区全生育期 "—&"" 6,土层矿质氮（F,.1）累积量变化趋势基本一
致，但 @区比 ?区变幅较大。当施氮量为 3)、’"、&%)和 &:" AB C D,!时，@区氮肥利用率、氮肥农学利用率、氮肥生理
利用率均高于 ?区。研究还发现，在 ?区，当施氮量为 &:" AB C D,!时，杂草干生物量最大，为 &)&:5% AB C D,!，不施氮
时，杂草的生物量最低，为 :3)5# AB C D,!；杂草的吸氮量随施氮量的增加而增加。可见，清除玉米农田杂草不仅可
以提高作物产量和氮肥利用率，而且在减少氮素损失方面具有一定作用。
关键词：杂草；施氮；夏玉米；氮素利用
中图分类号：G)&%5"(!；G)&%5")% 文献标识码：? 文章编号：&"":$)")H（!"":）"!$"!)!$"(
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-1O &!5)E RD-1 BQ-.1 0.9/O .1 ?Q9- ? 27Q F Q-R9; 72 "，3)，’"，&%) -1O &:" AB C D-，Q9;P96R.T9/0 = 87R-/ F NPR-A9 .1
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植物营养与肥料学报 !"":，&3（!）：!)! $ !)#
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V/-1R FNRQ.R.71 -1O I9QR./.X9Q G6.9169
大量应用氮肥促进了作物产量大幅度提高，也
引起了一系列严重问题，氮肥效率不高已引起人们
普遍关注。施入土壤中的氮大约有 !"#通过淋洗、
反硝化和氨挥发等途径被损失［$%&］。在半湿润农田
生态系统石灰性土壤中，施入的氮肥和有机氮矿化
产物除被植物吸收、微生物固定、粘土矿物固定、挥
发损失和反硝化损失外，还有相当一部分最终以
’(%! %’形态残留土壤中［!%"］。)*+,-和 .,/01-［2］研
究表明，土壤剖面中 ’(%! %’的大量累积，会促进 3!
和 34植物种群竞争，影响植物多样性。相反，由于
不同植物种群生长、根系分布及其对 ’(%! %’ 吸收
利用能力等方面的差异，植物多样性和种群组成也
强烈影响土壤剖面中 ’(%! % ’ 的累积及淋溶损
失［5］；随着植物多样性丰富度增加，土壤剖面中
’(%! %’累积量及淋溶损失相应减少［2，6］。在农田生
态系统中，植物除农作物外，还存在大量杂草，后者
是农田生态系统中重要的组成部分，农田杂草强烈
受农业栽培管理措施的影响。国内外在施肥对杂草
的影响方面已开展了大量相关研究［7%$$］，但重点集
中在施肥对杂草多样性的影响方面，而对杂草对作
物产量的影响以及所引起的作物氮素利用率等影响
方面的研究较少。半湿润区夏玉米生长期雨水较
多，杂草大量滋生，生长较快，影响农田生态系统中
作物的生长。因此，开展了半湿润区杂草及不同施
氮水平对夏玉米产量、吸氮量及氮素利用率影响的
研究，以期为农田生态系统杂草及氮素养分资源管
理提供参考。
! 材料与方法
!"! 试验设计
试验在西北农林科技大学土壤肥料试验站进
行。该试验站位于黄土高原南部旱作区，属于渭河
三级阶地，海拔 "&8 0左右。属大陆性季风气候，年
均降水量 2!& 00，分布不均，主要集中在 5、6、7 三
个月，冬春易旱，年均气温 $&97:，年蒸发量 $488
00，地下水深大于 28 0，属半湿润易旱地区。作物
轮作方式主要为冬小麦 ;夏玉米。供试土壤为中等
肥力土垫旱耕人为土（表 $），其剖面层次大体可划
分为耕层（8—&8 <0）、粘化层（&8—28 <0）和母质层
（28—&88 <0）。
定位试验从 &88" 年 $8 月冬小麦季开始，冬小
麦收获后在原小区以相同的试验处理进行夏玉米试
验。试验为裂区设计，氮肥处理为主区，杂草处理为
副区。杂草处理设 &种方式：成熟后期清除杂草（以
表 ! 试验地土壤基本性状
#$%&’ ! ()*+’),-’. */ .*-& 0.’1 -2 ,3-. ’4+’)-5’2,
土层
=1>*?
（<0）
有机质
(@
（A ; BA）
全氮
.CD E ’
（A ; BA）
’FG4 %’
（0A ; BA）
’(%! %’
（0A ; BA）
有效磷
HI1,/ E J
（0A ; BA）
8—&8 $!957 8956 $&927 59$8 $$958
&8—48 $$94! 8954 $8925 "922 795!
48—28 6988 89"2 $$988 49!" "946
28—68 59!2 89"6 7975 !972 2965
68—$88 2927 89!! $8944 295" 798"
下称 H区）；从拔节期开始清除杂草，其后保持田间
无杂草（以下称 K区）。施肥处理设 "个施氮水平，
即在施磷的基础上施氮（’）8、4"、78、$!"和 $68 BA ;
L0&，在夏玉米三叶期各处理施 $ ; ! 氮肥，& ; ! 的氮
肥在小喇叭口期追施。磷肥（过磷酸钙）用量为 $88
BA ; L0&，作为基肥一次性施入。氮肥以尿素（含氮
42#）为氮源，磷肥以含 J&(" 为 $&#的过磷酸钙为
磷源。试验设 !次重复，共 !8个小区，小区面积为 2
0&，本季田间试验指示作物品种为夏玉米沈单 $8
号；于 &882年 2月 $8日播种，&882年 $8月 6日收
获，全生育期为 $&8 +。夏玉米整个生育期间降水量
为 468 00，占全年降水量的 58#以上，未进行灌溉。
!"6 样品采集与分析
分别于播前，拔节期、喇叭口期、灌浆期和收获
后，每小区按 8—&8、&8—48、48—28、28—68和 68—
$88 <0分 "个层次采集土样，以测定土壤矿质氮含
量。新鲜土样按照采样点装袋，冰柜保存。测定时，
待新鲜土样解冻，过 & 00筛，充分混匀后准确称取
$8 A左右放入铝盒中于 $8":下烘干测定土壤水分
含量（即烘干法）；准确称取 $8 A左右鲜土装入塑料
瓶中，加入 $ 0C/ ; 0=的 M3=溶液 "8 0=振荡 $ L后
过滤，用连续流动分析仪测定浸提液中的硝、铵态氮
含量。
玉米成熟后，按区收获。称量每小区植株全部
茎叶及果穗鲜重，然后取具有代表性植株茎叶称量
鲜重，按大小不同选取鲜果穗样品，分为子粒，芯和
苞叶称鲜重，然后将鲜样于 $8":杀青 89" L，于
68:烘干后称干重。根据每区植物样鲜重、样品鲜
重及干重确定单位面积生物量及子粒产量等。子
粒、芯和茎叶（包括苞叶）烘干后粉碎，用 F&N(4（浓）
%F&(&消煮，自动定氮仪测定各部位全氮含量。
在玉米成熟后期以小区为单位采集 H区杂草，
记录各小区杂草种数，称量每种杂草鲜重，并对每种
!"&&期 范亚宁，等：半湿润农田杂草及施氮对夏玉米产量及氮素利用的影响
杂草取部分烘干以确定其干重和全氮含量，杂草全
氮含量的测定方法同玉米全氮的测定方法。
!"# 计算方法
氮肥利用率是指作物地上部分从肥料中吸收的
氮量占施氮量的百分数，它的大小可以反映氮肥的
利用程度：
氮肥利用率（!"#）（$）%（施氮区吸氮量 & 不
施氮区吸氮量）’施氮量 ( )**；
氮肥生理利用率是指施氮后增加的单位吸氮量
所增加的产量，它的大小可以评价因施氮增加的吸
氮量转化为产量或干物质的效率，是土壤氮和肥料
氮共同作用的结果：
氮肥生理利用率（!+#）%（施氮区的产量 & 对
照区的产量）’吸氮量；
氮肥农学利用率是指单位施氮量增加的产量，
它的大小可以进行评价氮肥的增产效果：
氮肥农学利用率（!,#）%（施氮区的产量 &对
照区的产量）’施氮量；
土壤剖面中每土层矿质氮累积量（!-./）按下式
计算：
各土层硝态氮 ’铵态氮累积量（! 01 ’ 2-3） % 4
( 56 ( 7
式中 4为土层厚度 3*8-；56为土壤容重，7为土壤
中硝态氮或者铵态氮含量，单位为 ! -1 ’ 01。
将各土层硝态氮或铵态氮相加，可计算其累积
量，矿质氮累积量为硝态氮和铵态氮累积量之和。
经测定，*—3* 8-土层容重为 )93: 1 ’ 8-;，下层容重
约为 )9;* 1 ’ 8-;。
试验数据均采用 #<8=> 进行处理，方差分析采
用 ?,?@9)3程序进行差异显著性检验。
$ 结果与分析
$"! 杂草及施氮对玉米产量和吸氮量的影响
两种杂草处理方式下夏玉米产量和吸氮量的比
较分析（表 3）可以看出，,区子粒产量（烘干重）在
;;:39*! A:BA9) 01 ’ 2-3 之间，C 区子粒产量在
;@AA9A!:):A9D 01 ’ 2-3之间；两种杂草处理方式下
子粒产量均随施氮量增加而增加，但 C区子粒产量
在同等施氮水平下高于 ,区。,区子粒产量（E）与
施氮量（<）间的回归方程为 E % @9BA< F ;AB39)，"3 %
*9D;（! G *9*:），即施氮量每增加 )01，子粒产量增
加 @9BA 01 ’ 2-3；C区子粒产量（E）与施氮量（<）回归
方程为 E % H9::< F ;B*B9:，"3 % *9D3（! G *9*:），即
施氮量每增加 ) 01，子粒产量增加 H9:: 01 ’ 2-3。
表 $ 两种杂草处理方式下施氮对夏玉米产量及吸氮量影响（%& ’ ()$）
*+,-. $ /00.12 30 45263&.4 +77-51+2534 34 89)).6 )+5:. ;5.-< +4< = 972+%. +8 +00.12.< ,; 2>3 <500.6.42 >..< 26.+2).428
处理
IJ=KL-=/L
,区 ,J=K , C区 ,J=K C
子粒产量
MJK./ E.=>4
秸秆产量
?LJKN E.=>4
吸氮量
! O5LK0=
子粒产量
MJK./ E.=>4
秸秆产量
?LJKN E.=>4
吸氮量
! O5LK0=
!* ;;:39* 6 :B:B9* K )*@9: 6 ;@AA9A 6 @:*B9D K )*B9* 6
!A: ;B;;9@ K6 @@B:9@ K ))@9; 6 A3D@9@ K6 HAA*9D K ))D93 6
!D* A3H)93 K H*HH9: K )3H9@ 6K A@H)9) K HA:393 K );39: K6
!);: AAAB93 K H33:9D K )A*9H K A@H)9) K HAHB9; K )A:9D K
!)B* A:BA9) K H3DH9B K ):*9* K :):A9D K H@:*9D K ):A9; K
注（!PL=）：同列不同字母差异达 :$的显著水平 Q.RR=J=/L >=LL=JS ./ L2= SK-= >./= -=K/ S.1/.R.8K/L KL :$ >=T=>SU
方差分析显示，在两种杂草处理方式下，施氮量
为 D*!)B* 01 ’ 2-3时，夏玉米子粒产量与不施氮区
和施氮量为 A: 01 ’ 2-3时差异达 :$显著水平，施氮
和不施氮小区玉米秸秆产量（烘干重）差异未达到
:$显著水平；,区的秸秆产量低于同等施氮量下 C
区秸秆产量。,区和 C区吸氮量均随着施氮量增加
而增加，当施氮量大于 D* 01 ’ 2-3 时，吸氮量与未施
氮区和施氮量为 A: 01 ’ 2-3 时吸氮量的差异达到
:$显著水平。
根据表 3数据计算，当施氮量为 *、A:、D*、);:、
)B* 01 ’ 2-3，C区子粒产量比 ,区分别增加了 3D39;、
A@;9*、;DD9D、33;9* 和 :H*9B 01 ’ 2-3，相应增产率分
别为 B9H$、)39)$、D9A$、:9*$和 )39:$，且以施
氮量为 )B* 01 ’ 2-3时增产率最高。可见，清除农田
杂草有利于提高玉米产量，减少氮素损失。
$"$ 两种杂草处理方式下施氮对夏玉米氮效率的
影响
氮效率分别可用氮肥利用率、氮肥农学利用率
和氮肥生理利用率等指标表示。图 )可以看出，在
同等施氮水平下，C区氮肥利用率始终高于 ,区，施
A:3 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 )A卷
氮量在 !"!#$" %& ’ ()* 时，氮肥利用率随施氮量增
加而增加，施氮量为 #$" %& ’ ()*时，+区和 ,区的氮
肥利用率最高，分别为 *"-和 *.-；当施氮量大于
#$" %& ’ ()*时，氮肥利用率均有所下降。在同等施
氮水平下，,区氮肥农学利用率高于 +区，但氮肥农
学利用率均随施氮量的增加而下降；当施氮量为
#./ %& ’ ()*时，+区和 ,区的氮肥农学利用率最低，
分别为 0-和 .-。在同等施氮水平下，,区氮肥生
理利用率高于 + 区，且均随着施氮量的增加而增
加。两种杂草处理方式下，,区的氮肥利用率、氮肥
农学利用率和氮肥生理利用率始终大于 +区，表明
在没有杂草对氮素营养竞争情况下，,区土壤中有
更多的肥料氮发挥其增产效果，以增加作物产量。
图 ! 两种杂草处理方式下夏玉米的氮效率
"#$%! &’(()* (+#,) -#.*/$)- )00#1#)-12 +3 +00)1.)4 52 .6/ 4#00)*)-. 6))4 .*)+.()-.3
789 两种杂草处理方式下土壤矿质氮的变化
氮肥施入土壤后，除被作物吸收利用及以各种途
径损失外，部分以矿质的形态残留于土壤剖面中。土
壤矿质氮主要包括 123$ 31 和 145! 31，由于施肥 #
!*周后，土壤中的 145! 31含量相对稳定，因而整个
生育期矿质氮的变化主要受 123$ 31影响［#*］。土壤
矿质氮动态监测结果（图 *）表明，土壤剖面中矿质氮
累积量在各个生育期变化较大，这主要与施氮时期及
作物对氮素的吸收利用特点有关。受前茬小麦施氮
及杂草处理方式的影响，+区和 ,区土壤起始矿质氮
累积量存在一定差异，在玉米全生育期，两种杂草处
理方式下，土壤剖面矿质氮累积量呈现大致相同的变
化趋势。在 +区，施氮量为 #./ %& ’ ()* 时，矿质氮累
积量相对高于其它施氮处理；在 ,区，施氮量为 #./
%& ’()* 时，除喇叭口期，矿质氮累积量（##06!*
%& ’ ()*）低于其它施氮量处理，在其它各生育期则高
于其它施氮处理。在玉米三叶期施 # ’ $氮肥后，土壤
中矿质氮累积量逐渐增加，在喇叭口期施 * ’ $ 氮肥
后，+区和 ,区矿质氮累积量达到最大。而从播种前
到喇叭口期，+区矿质氮累积量增加幅度比 , 区缓
慢，此后，随着雌雄穗的分化，作物对土壤氮的消耗增
加，土壤中矿质氮累积量急剧下降。
图 7 两种杂草处理方式下施氮对 :—!:: 1(土壤矿质氮动态影响
"#$%7 ;2-+(#1 1<+-$)3 /0 (#-)*+= -#.*/$)- +11’(’=+.#/- /0 .6/ 4#00)*)-. 6))4 .*)+.()-.3 +. :>!::1( 3/#= 4)?.<
（,7—播前 ,89:;8 <:=>?&；@7—拔节期 @:>?A>?& ?& GG>?& ""**期 范亚宁，等：半湿润农田杂草及施氮对夏玉米产量及氮素利用的影响
随着作物对氮素需求量的下降，土壤矿质氮累
积量又呈现增加趋势，这显然与后期土壤有机氮继
续矿化、而作物吸氮量减少有关，说明土壤中矿质氮
的动态变化与作物整个生育阶段对氮素需求量密切
相关。但是，玉米整个生育期，!区由于作物和杂草
共同竞争土壤氮素，土壤中矿质氮变化趋势没有 "
区明显。在喇叭口期，各种处理间无机氮的累积达
到峰值，随着植物对养分的需求增大，两种杂草处理
方式下，矿质氮的累积又趋于一致。
!"# 成熟期 $区杂草的生物量及杂草吸氮量
据调查玉米成熟后期在 !区共发现马唐（!"#"$
%&’"& (&)#*")&+"( #$%%& ’()*&）、稗（,-.")/-.+/& -’*(#&++"
#& "+,-.&）、狗尾草（01%&’"& 2"’"3"( #& "+,-.&）、灰绿藜
（4.1)/5/3"*6 #+&*-*6 #&）、 草（ 7*6*+*( (-&)31)(
#)-/&0+// &）、香附子（ 4851’*( ’/%*)3*( #）1 种杂草。
图 2 看出，不施氮时，杂草的生物量为 34567
89 : ;<=，吸氮量为 >261 89 : ;<=；当施氮量为 >3?
89 : ;<=时，杂草的生物量为 >5>362 89 : ;<=，吸氮量
为 2>65 89 : ;<=；方差分析显示，施氮与未施氮杂草
生物量和吸氮量未达到显著相关。在夏玉米生长过
程中，加之雨水较充足，杂草大量滋生，与玉米争夺
养分、水分、阳光和生长空间而最终影响玉米的产量
和品质，因此夏玉米田管理中要考虑清除杂草。
图 % 不同施氮量下杂草生物量及杂草吸氮量
&’()% *++,- ,./ 0122+. 13, 4 56217+ 8’29 ,’::+.+32 4 .12+
% 讨论
杂草作为农田生态系统的组成成分，它们的存
在是长期适应气候、土壤、耕作制度及社会因素与栽
培作物竞争的结果［>2］。农田杂草与作物之间存在
对光照、养分与水分等资源的竞争，是导致作物减产
的重要因素之一。李永丰等［>4］研究发现，小麦产量
损失率随着小麦出苗后有草天数的延长而增加，随
小麦出苗后无草天数的增加而减少；徐淑霞等［>5］
研究表明，玉米与杂草的共生对玉米产量的影响主
要是减少百粒重，随着玉米与杂草共生期的延长，玉
米减产损失有加重的趋势。在作物生长初期，由于
杂草幼小，植株矮、叶片数少，不能形成郁闭，故与作
物不能产生竞争；其后随着生物量和叶片数增加，
开始与作物产生竞争，这种竞争的结果使得作物减
产。本研究中，!区和 "区作物子粒产量均随施氮
量增加而增加，施氮与不施氮之间子粒产量差异达
5@显著水平；但在相同施氮水平下，"区子粒产量
高于 !区。!区和 "区作物吸氮量也有相同的变
化趋势，相同施氮水平下，"区吸氮量高于 !区。作
物产量和吸氮量的不同说明杂草与作物共同竞争养
分，杂草在农田中的作用就如所谓的“蝴蝶效应”，初
始条件的极小偏差，将会引起结果的极大差异，而这
种差异反映在经济效应上就是作物产量的差异。本
研究结果表明，同等施氮量下，!区的子粒产量比 "
区分别减少 =A=62、4126?、2AA6A、==26? 和 57?63
89 : ;<=，减产率分别为 367@、>=6>@、A64@、56?@
和 >=65@，当施氮量为 >3? 89 : ;<=时，减产率最高。
本试验中，在同等施氮量下，" 区的氮肥利用
率、氮肥农学利用率和氮肥生理利用率均高于 !
区。当施氮量!>25 89 : ;<= 时，!区和 "区氮肥利
用率均随着施氮量增加而增加；">25 89 : ;<= 时，!
区和 "区氮肥利用率均出现降低趋势；这与过去的
研究结果基本一致［>1B>7］。以前大量研究发现，在特
定的试验条件下，当施氮量高于某一值时，氮肥利用
率随施氮量进一步增加而降低，这主要是因为氮肥
的利用率受轮作制度、土壤条件、作物品种和气候条
件等多种因素影响［>3B=?］；而加强田间杂草管理是提
高氮肥利用率的途径之一［=>］。土壤养分是田间杂
草生长的限制因子，它们的变化将相应地引起杂草
生长水平及其与作物竞争能力的改变。在本试验
中，当施氮量为 >3? 89 : ;<=时，!区的杂草生物量最
高，为 >5>362? 89 : ;<=；杂草的吸氮量也随着施氮量
的增加而增加；而 "区在没有杂草对氮素营养竞争
情况下，土壤中有更多的肥料氮发挥增产效果，以提
高作物对氮素的利用率。可见，清除农田杂草对提
高氮素效率、补充氮库以及减少氮素损失有一定效
果。
参 考 文 献：
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15= 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 >4卷
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