全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(5): 886−892 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAD02A07, 2006BAK02A25-06)
作者简介: 郭天财(1953−), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事小麦栽培与耕作研究。Tel :0371-63558201; E-mail: tcguo888@sina.com
Received(收稿日期): 2007-09-17; Accepted(接受日期): 2007-12-16.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.00886
高产麦田氮素利用、氮平衡及适宜施氮量
郭天财 宋 晓 冯 伟 马冬云 谢迎新 王永华
(河南农业大学 / 国家小麦工程技术研究中心, 河南郑州 450002)
摘 要: 选用大穗型小麦品种兰考矮早八, 研究了施氮水平对小麦籽粒产量、蛋白质含量、氮素利用及氮平衡的影
响。结果表明, 适量增施氮肥有利于提高籽粒产量, 且以 180 kg hm−2 (N3)、360 kg hm−2 (N4)处理的产量最高, 且在
N4 条件下, 继续增施氮肥仍能显著提高籽粒蛋白质含量。随施氮量的增加, 植株地上部氮积累量提高。氮平衡分析
结果表明, 未被当季作物利用的氮主要以氮表观损失和残留无机氮的形式损失, 且随施氮水平的增加, 氮表观损失
量和土壤残留量均随之增多。通过环境经济学的 Coase 原理和边际收益分析, 综合考虑蛋白质含量、籽粒产量、经
济和生态效益, 确定 202~239 kg hm−2为兰考矮早八兼顾多目标适宜的氮肥用量, 其相应的产量水平为 8 628~8 680
kg hm−2, 蛋白质含量为 14.6%~14.8%。
关键词: 冬小麦; 产量; 氮平衡; 施氮量
Utilization and Balance of Nitrogen and Proper Application Amount of
Nitrogen Fertilizer in Winter Wheat in High-Yielding Regions
GUO Tian-Cai, SONG Xiao, FENG Wei, MA Dong-Yun, XIE Ying-Xin, and WANG Yong-Hua
(Henan Agricultural University / National Engineering Research Center for Wheat, Zhengzhou 450002, Henan, China)
Abstract: Application of nitrogen fertilizers is one of the most important measures to increase crop yields. Lankao’aizao 8 is a
famous large-spike wheat (Triticum aestivum L.) cultivar planted widely in North China. To optimize the nitrogen application in
Lankao’aizao 8 for the integrated purposes of yield, economic benefit, and environmental influence, a field experiment was car-
ried out at Henan Agricultural University in 2005—2006 growth seasons. The nitrogen fertilizer treatments were arranged with
application rates of 0 (N1), 90 (N2), 180 (N3), and 360 kg N ha−1 (N4) in the randomized block design with three replicates, re-
spectively. A half of the nitrogen fertilizer was applied before sowing as basic fertilizer together with 150 kg P2O5 ha−1 and 150 kg
K2O ha−1 and the other a half topdressed at jointing stage. Time-course measurements were taken on plant dry weight, nitrogen
content, grain protein content, soil mineral nitrogen (N min) content during the experiment. The results showed that the grain yield
and protein content increased with increasing nitrogen application amount, but the grain yield at N4 level (8 299.45 kg ha−1) was
lower than that at N3 level (8 602.92 kg ha−1) though there was no significant difference. The N accumulation in shoots increased
constantly with more nitrogen fertilizer applied. The N uptake in plants during jointing to heading accounted for 45.6%, 53.0%,
and 49.7% of whole uptake amount in N2, N3, and N4 treatments, respectively, indicating wheat plants are sensitive to nitrogen
from jointing to heading stages. The analysis on N balance further indicated that the unutilized nitrogen by the current crop mainly
lost in forms of residual Nmin in soil and apparent N, which increased accordingly with more nitrogen applications. Considering
grain yield and protein content, economic benefit, and ecological effect synthetically, the proper amount of nitrogen fertilizer for
Lankao’aizao 8 in production in areas similar to the experimental condition is 202–239 kg ha−1 calculated by the Marginal Reve-
nue Analysis and the Coase theory of environmental economics. Accordingly, the expected grain yield and protein content are
8 628–8 680 kg ha−1 and 14.6–14.8% under the current cultivation techniques, respectively.
Keywords: Winter wheat; Yield; N balance; Nitrogen application rate
20世纪 90年代以来, 我国农业生产中氮肥用量 急剧增加, 由于氮肥施用不合理而引起肥料利用率
第 5期 郭天财等: 高产麦田氮素利用、氮平衡及适宜施氮量 887


降低[1], 并严重威胁地下和地表水体的安全, 从而不
利于优质农产品生产与生态农业的可持续发展[2-3]。我
国人多地少, 只有逐年提高作物单产, 才能有效缓
解土地日益减少而人口逐年增长引起的对粮食需求
的持续压力。因此, 在提高施肥的增产效应和经济
效益的同时, 最大限度地降低肥料施用对环境的负
面影响, 已成为小麦生产中一个亟待解决的问题。
发达国家减少氮肥污染的主要对策除了改进施肥技
术和方法外, 适当降低产量目标以减少氮肥施用量
是常用措施。Sexton 等[4]认为, 达到最高产量 95%
的施氮量为兼顾玉米产量、经济效益和生态效益的
施氮量, 国内不少学者也提出了兼顾产量、经济和
生态效益的安全合理施氮量或生态适宜施氮量的概
念[5-7], 但有关小麦的研究相对较少且缺乏对品质指
标的兼顾。为此, 本试验研究了不同施氮水平对冬
小麦产量、蛋白质含量、氮素吸收及氮素平衡的影
响。以期为实现作物高产优质高效与环境友好结合
的氮肥合理运筹提供理论与实践依据。
1 材料和方法
1.1 试验地概况及田间设计
2005—2006 年生长季, 在河南农业大学科教示
范园区(34°44′N, 113°42′E)进行田间小区试验, 前茬
田菁掩底作基肥。试验点年平均温度为 14.4 , ℃ 全
年降雨集中在 6~8月, 小麦全生育期降雨量为 132.3
mm, 无霜期为 220 d, 全年日照时间为 2 400 h。供
试土壤为潮土, 耕作层土壤含有机质 17.8 g kg−1、全
氮 0.99 g kg−1、碱解氮 57.9 mg kg−1、速效磷 67.5 mg
kg−1、速效钾 204.8 mg kg−1, pH值为 7.49。试验设 4
个氮素水平, 分别施纯氮 0(N1)、90(N2)、180(N3)
和 360 kg hm−2(N4), 以普通尿素(氮含量 46%)为氮
源。各处理均结合耕翻整地, 基施磷肥 150 kg P2O5
hm−2和钾肥 150 kg K2O hm−2和总氮量 50%, 剩余
50%氮肥于拔节期(3 月 25 日)结合浇水追施。每个
处理 3次重复, 小区面积 3 m × 7 m = 21 m2, 采用随
机区组排列。供试品种为目前生产上大面积推广应
用的大穗型高产小麦品种兰考矮早八。10 月 12 日
播种, 3 叶期(10 月 28 日)定苗, 基本苗为 330 万
hm−2。其余田间管理按一般高产田进行。在小麦成
熟时, 分小区实收计产。
1.2 取样及氮含量测定
分别于返青期、拔节期、抽穗期、开花期和成
熟期取有代表性小麦 20株, 于 70℃烘至恒重, 称重,
按 GB/T5511-1985 方法测定植株和籽粒氮含量。每
个时期分别于各小区按对角线布点, 取 0~20 cm 土
样均匀混合, 称取 10 g新鲜土样(过 2 mm筛) 3份,
用 2 mol L−1 KCl溶液浸提, 通过 0.01 mol L−1 HCl
标准溶液滴定, 测出 NO3−-N 和 NH4+-N 含量, 即为
土壤无机氮含量[8]。
1.3 计算方法
氮素矿化是根据无氮区作物吸氮量与试验前后
土壤无机氮的净变化来估计, 由于不考虑氮肥激发
效应, 故假定施肥处理的土壤矿化量和无肥区(N1)
相同[9]。即生育期土壤氮素净矿化量=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[9]。
根据氮平衡模型(氮素输入输出平衡的原理)计
算氮的表观损失 : 氮表观损失=氮输入量－作物吸
收量－土壤残留无机氮量[10]。氮输入量包括施入氮
肥、土壤无机氮和氮矿化 3 项; 而氮输出量包括作
物吸收、残留无机氮和氮表观损失 3项。
边际产量为增加单位氮肥用量所能增加的籽粒重
量(kg kg−1), 边际蛋白质含量为增加单位氮肥用量所
能增加的蛋白质含量(% kg−1), 边际蛋白质产量为增
加单位氮肥用量所能增加的籽粒蛋白质产量(kg kg−1)。
以 12个小区的试验数据为基础, 对籽粒产量、
蛋白质产量和蛋白质含量与对应的氮肥用量进行二
元一次方程回归分析, 从而建立籽粒产量、蛋白质
产量及蛋白质含量生产函数。
采用 DPS(Data Processing System)和 Microsoft
Excel软件对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 施氮水平对小麦氮素吸收的影响
由表 1 可知, 兰考矮早八植株氮积累量在各生
育时期均随施氮量增加而提高。拔节期以后植株生
长旺盛, 植株对氮的需求急剧增加, 增施氮肥有利
于植株对氮素的吸收, 且以抽穗期最为显著, N4 较
N1处理提高 105.13 kg hm−2。植株氮积累量随生育
时期推进逐渐升高, 且以拔节期至抽穗期增加幅度
最大, 而且施氮各处理较对照(N1)增强氮素吸收强
度。不同生育时期的阶段吸氮量及比例表现为, 拔
节至抽穗期达峰值, N1处理占整个生育期的 35.5%,
而 N2、N3和 N4处理分别占 45.6%、53.0%和 49.7%。
说明拔节至抽穗期为氮素反应敏感期, 保证此期氮
素适时适量供应, 对提高植株氮素积累量具有重要
888 作 物 学 报 第 34卷

意义。在籽粒灌浆期, N1、N2、N3和 N4处理阶段
吸氮比例分别为 9.4%、12.9%、14.3%和 12.5%, 表
明增施氮肥有利于开花至成熟期植株对土壤氮素的
稳定吸收, 促进籽粒灌浆。

表 1 4种氮素水平下小麦各生育期地上部的总吸氮量
Table 1 Total nitrogen uptake in shoots at different wheat growth stages under the four nitrogen rates
施氮量
N rate
返青期
Revival
拔节期
Jointing
抽穗期
Heading
开花期
Anthesis
成熟期
Maturity
0 kg hm−2 21.60±0.24 d 45.03±0.02 c 107.54±0.36 b 159.48±16.28 c 176.04±16.65 d
90 kg hm−2 39.90±0.21 c 68.43±1.42 b 171.95±0.30 ab 197.90±3.69 b 227.08±3.17 c
180 kg hm−2 46.87±0.35 b 71.97±0.10 ab 205.72±14.6 a 216.30±19.07 a 252.35±10.07 b
360 kg hm−2 48.31±0.01 a 80.19±0.10 a 212.67±25.0 a 233.50±19.89 a 266.81±7.00 a
表中数据为平均值±标准误。同一列中数据后不同字母表示处理间差异显著。
Data in the table are mean ± SE. Values followed by a different letter within a column are significantly different at P<0.05.

2.2 施氮水平对小麦产量和蛋白质含量的影响
表 2 表明, 籽粒蛋白质含量随施氮量的增加而
持续提高, 但 N4与 N3处理间差异不显著。在试验
设计施氮量范围内, 籽粒产量和蛋白质产量随施氮
量的增加而协同提高, 且以 N3 处理最高。N4 与 N3
处理间的籽粒产量和蛋白质产量差异均不显著。边际
籽粒产量和边际蛋白质产量均随施氮量的增加而降低,
到 N4处理为负值, 表明 360 kg hm−2的施氮量已造成
氮肥浪费。边际蛋白质含量尽管随施氮量的增加而降
低, 但至N4处理依然为正值, 表明籽粒蛋白质含量即
使在高氮条件下仍可持续增加。从产量和品质协同提
高的目标来看, 以 N3处理为最佳施氮水平。

表 2 4种氮素水平下小麦籽粒的产量及蛋白质含量
Table 2 Grain yield and protein content under the 4 nitrogen rates
施氮量
N rate
籽粒产量
Grain yield
(kg hm−2)
籽粒蛋白质含量
Grain protein content
(%)
蛋白质产量
Protein yield
(kg hm−2)
边际籽粒产量
Marginal grain
yield (kg kg−1)
边际蛋白质含量
Marginal grain protein
content (% kg−1)
边际蛋白质产量
Marginal grain protein
yield (kg kg−1)
0 kg hm−2(N1) 6 976.86±256.87 b 12.41±0.01 c 787.6±30.00 c
90 kg hm−2(N2) 7 733.10±279.64 ab 13.72±0.27 b 1 081.3±48.82 b 10.63 1.46 2.47
180 kg hm−2(N3) 8 602.92±420.81 a 14.26±0.27 ab 1 189.4±32.67 a 7.44 0.60 1.54
360 kg hm−2(N4) 8 299.45±203.76 a 14.77±0.14 a 1 110.9±30.46 ab −1.69 0.28 −0.01
表中数据为平均值±标准误。同一列中数据后不同字母表示处理间差异显著。
Data in the table are mean ±SE. Values followed by a different letter within a column are significantly different at P<0.05.

2.3 施氮水平对不同生育阶段土壤氮素平衡的
影响
根据土壤无机氮和小麦吸氮动态, 运用氮平衡
原理分别计算冬小麦不同生育阶段的氮素平衡。从
表 3 可知, 从播种到返青期, 不同处理氮素积累范
围在 21.60~48.31 kg hm−2, 土壤有机氮的净矿化量
为 35 kg hm−2, 氮素表观损失量随施氮量增加而增
加, 变化范围为 17~82 kg hm−2, 表明基施的肥料氮
在这一阶段出现显著的表观损失(损失+固定)。基施
的肥料氮被耕翻进入土壤, 可能主要通过生物固定
或粘土矿物固定进入土壤有机氮或固定态铵组分。
从返青到拔节期 , 小麦植株吸氮量增加 , 大约为
23~32 kg hm−2, 土壤出现氮的净固定, 固定值约 33
kg hm−2, 而施氮处理氮的表观损失均为负值, 且随
施氮量增加而持续增加, 表明该阶段一部分被土壤
固持的肥料氮重新释放出来。从拔节至抽穗期, 随
着作物对氮素的大量需求 , 土壤无机氮显著下降 ,
氮矿化也加强(72 kg hm−2), 各施氮处理氮素表观损
失量高达 54~185 kg hm−2, 表明拔节期追施的肥料
氮在这一阶段再次出现显著的表观损失(损失+固定),
施氮量越大, 损失就越严重。从抽穗至开花期, 作物
对氮素吸收持续增加, 氮矿化量达较高水平, 约为
56 kg hm2, 施氮处理的土壤无机氮显著增加, 氮表
观损失为负值, 被土壤固持的肥料氮再次被释放出
来, 且随施氮量增加而增加。从开花期至成熟期, 土
壤出现氮的净固定, 固定值约为 6.2 kg hm−2, 氮表
观损失为负值, 被土壤固持的肥料氮持续释放, 以
供籽粒灌浆对氮素的稳定需求。
第 5期 郭天财等: 高产麦田氮素利用、氮平衡及适宜施氮量 889


表 3 小麦不同生育阶段的氮素输入和输出量
Table 3 Nitrogen input and output at different growth stages in wheat (kg hm−2)
氮输入 N input 氮输出 N output
生长期
Growing period 施用量
Application
起始量
Initial
净矿化
Net mineralization
吸收量
Uptake
残留量
Residual
表观损失
Surplus
0 176.31±3.72 a 34.65±1.58 21.60±0.24 d 189.36±3.37 c 0
45 188.55±6.59 a 34.65±1.58 39.90±0.21 c 210.84±6.35 b 17.46±1.09 c
90 179.45±2.97 a 34.65±1.58 46.87±0.35 b 224.11±5.30 b 33.12±1.44 b
播种—返青
Sowing–revival
180 169.22±4.34 a 34.65±1.58 48.31±0.01 a 253.85±7.79 a 81.71±3.46 a


0 189.36±3.37 c −32.69±1.78 23.43±0.38 c 133.24±3.79 d 0
45 210.84±6.35 b −32.69±1.78 28.53±1.47 ab 196.53±3.95 c −46.91±0.18 b
90 224.11±5.30 b −32.69±1.78 25.10±1.57 bc 213.49±5.47 b −47.17±1.47 b
返青—拔节
Revival–jointing
180 253.85±7.79 a −32.69±1.78 31.88±1.56 a 246.45±6.84 a −57.17±1.48 a


0 133.24±3.79 d 71.81±2.55 62.51±2.13 c 142.54±3.56 c 0
45 196.53±3.95 c 71.81±2.55 103.52±4.96 b 156.24±4.14 b 53.58±2.39 c
90 213.49±5.47 b 71.81±2.55 133.75±3.56 a 154.11±3.89 b 87.44±2.02 b
拔节—抽穗
Jointing–heading
180 246.45±6.84 a 71.81±2.55 132.48±3.61 a 180.41±4.64 a 185.37±5.33 a


0 142.54±3.56 c 56.02±1.88 51.94±2.74 a 146.62±2.73 d 0
45 156.24±4.14 b 56.02±1.88 25.95±2.91 b 189.85±3.18 c −3.54±0.18 c
90 154.11±3.89 b 56.02±1.88 10.58±0.81 c 216.61±2.94 bc −17.06±1.74 b
抽穗—开花
Heading–anthesis
180 180.41±4.64 a 56.02±1.88 20.83±2.64 b 239.34±4.55 a −23.74±1.73 a


0 146.62±2.73 d −6.21±0.13 16.56±2.04 c 123.85±4.02 d 0
45 189.85±3.18 c −6.21±0.13 29.17±1.39 b 157.49±5.46 c −3.02±0.18 c
90 216.61±2.94 bc −6.21±0.13 36.05±1.98 a 189.94±5.09 b −15.59±1.46 b
开花—成熟
Anthesis–maturity
180 239.34±4.55 a −6.21±0.13 33.3±2.93 ab 221.18±2.62 a −21.35±1.90 a
表中数据为平均值±标准误。同一列中数据后不同字母表示处理间差异显著。
Data in the table are mean ±SE. Values followed by a different letter within a column are significantly different at P<0.05.

2.4 施氮水平对全生育期土壤氮素平衡的影响
进一步对整个生育时期土壤-作物体系中的氮
素平衡进行分析(表 4), 可以看出 , 小麦生育期土
壤氮素的矿化量为 124 kg hm−2, 加上播前土壤无
机氮的含量 , 土壤自身供氮量可达 292~312 kg
hm−2, 已明显高于小麦生育期的总需氮量(176~267
kg hm−2), 表明在本试验条件下适当减少施氮量是
可行的。从成熟期土壤氮表观损失量来看, 随施氮
量的增加, 表观损失量急剧增加, N2、N3和 N4处
理的表观损失率依次为 19.51%、22.63%和 45.78%,
边际氮素表观损失量分别为 0.195、0.258 和 0.689
kg kg−1, 可见N4处理超过 1/2的肥料氮素被土壤固

表 4 小麦全生育期的氮素平衡
Table 4 Nitrogen balance during the whole growth period of wheat
施氮量
N application
播前起始氮
N initial before
sowing
(kg hm−2)
净矿化
Net
mineralization
(kg hm−2)
收获物中的氮
N removal by
harvest
(kg hm−2)
收获后残留氮
Residue N after
harvest
(kg hm−2)
氮素表观损失
N surplus
(kg hm−2)
氮表观损失率
N surplus rate
(%)
边际氮表观损失
Marginal N
surplus
(kg kg−1)
0 kg hm-2 176.31±3.72 a 123.58±7.92 176.04±16.65 d 123.85±4.02 d 0
90 kg hm−2 188.55±6.59 a 123.58±7.92 227.08±3.17 c 157.49±5.46 c 17.56±1.48 c 19.51 0.195
180 kg hm−2 179.45±2.97 a 123.58±7.92 252.35±10.07 b 189.94±5.09 b 40.74±3.24 b 22.63 0.258
360 kg hm−2 169.22±4.34 a 123.58±7.92 266.81±7.00 a 221.18±2.62 a 164.82±6.63 a 45.78 0.689
表中数据为平均值±标准误。同一列中数据后不同字母表示处理间差异显著。
Data in the table are mean ±SE. Values followed by a different letter within a column are significantly different at P<0.05.
890 作 物 学 报 第 34卷

定或损失, 从而对环境造成巨大压力。土壤残留无
机氮量在成熟期随氮素水平提高而增加, 与播种前
无机氮比较, N1和 N2处理降低, N3处理略有增加,
N4 处理显著增加 , 表明在高产条件下施氮偏低将
导致土壤肥力下降, 而适量施氮则有利于土壤无机
氮的平衡, 但若施氮过多, 土壤氮残留量则急剧增
加(如 N4处理高达 221.18 kg hm−2), 必将导致肥料
氮的严重浪费, 且如此高的残留无机氮, 尤其是硝
态氮容易被淋洗出土壤-小麦体系 , 造成对环境的
潜在污染。
2.5 适宜施氮量的确定
冬小麦基肥通常结合播前翻耕深施, 拔节期追
施氮肥后及时灌溉, 因温度不很高, 氮肥的氨挥发、
硝化-反硝化损失可能很小, 而多施的氮肥一方面可
以在土壤中固定贮存, 另一方面则主要以硝态氮下
移或淋洗形式损失, 一般认为土体中硝态氮的增量
与氮素表观损失的数量接近[11]。因此, 氮肥用量过
大, 增加了氮素表观损失量, 加剧了土壤硝态氮下
移或淋洗损失,进而污染环境 [11]。本试验结果表明,
随着施氮量的增加, 氮肥的边际籽粒产量、蛋白质
产量和蛋白质含量迅速降低, 而边际氮素表观损失
量却迅速上升, 尤其是高施氮量(N4)处理更是如此。
因此, 根据不同品种、不同地力水平合理确定适宜
的施氮量, 以协调籽粒产量、蛋白质含量、经济和
环境效益尤为重要。
利用氮肥用量(x, 取值范围为 0~360 kg hm-2)与
籽粒产量(y1)、蛋白质产量(y2)和蛋白质含量(y3)的模
拟模型(y1 = −0.0287x2 + 14.0770x + 6955.5000, R2
=0.9280; y2 = −0.0055x2 + 3.0007x + 865.1700, R2 =
0.9130; y3 = −2×10−5x2 + 0.0147x + 12.4570, R2 =
0.7960), 计算出实现最高籽粒产量、蛋白质产量和
蛋白质含量的最佳氮肥用量分别为 245、273和 368
kg hm−2, 同时求出最高产量的 95%时 , 施氮量为
122.3 kg hm−2, 此时氮肥对蛋白质含量的促进效应
还未充分发挥, 与最高蛋白质含量相差 1.2 个百分
点, 因此应继续增加氮肥用量。
按照小麦价格 1.6元 kg−1和尿素 1.8元 kg−1(折
合纯氮 3.914 元 kg−1)计算, 边际成本 Y1 = 3.9140,
边际收益 Y2 = −0.0918x + 22.4800(x为氮肥投入量)。
利用边际效益分析原理, 当边际成本等于边际收益,
氮肥投入可获得最佳经济收益, 因此可得经济效益
最佳时氮肥用量为 202 kg hm−2左右, 此时籽粒产量
为 8 628 kg hm−2, 蛋白质含量为 14.6%。
Y1 = 3.9140
Y2 = −0.0918 x + 22.4800
通过建立边际产量(y4)和边际氮表观损失量(y5)
与施纯氮量(x)的模拟方程 y4 = −0.0574x + 14.0770
和 y5 = 6 × 10−6x2 − 0.0009x + 0.2286, 并根据环境经
济学的 Coase 原理, 两线的交点即为兼顾生产和生
态效益的施肥量, 计算得出, 兼顾小麦生产和生态
效益比较适宜的施肥量为 239 kg hm−2, 该数值略低
于获得最高籽粒产量的氮肥用量, 但高于经济效益
最佳的施氮量, 此时的籽粒产量为 8 681 kg hm−2,
蛋白质含量为 14.8%。因此, 在本试验高产条件下,
氮肥用量为 202 kg hm−2左右经济效益高, 且能充分
兼顾生态效益; 若要获得较高的蛋白质含量并兼顾
生态效益, 适宜施氮量则可以提高到 239 kg hm−2
左右。
3 讨论
氮是作物的主要限产因子之一, 近年来, 氮肥
的增产效应和合理施用问题已成为农业可持续发展
中的关键问题之一[12]。Sowers 等[13]指出, 分次施氮
有利于提高小麦氮素吸收效率, 一般以拔节期追氮
且基追比 5 5∶ 方式为好, 该方式不仅产量较高, 且
能较好协同提高籽粒蛋白质含量 [14]。本试验表明 ,
拔节至抽穗期为氮素吸收敏感期, 适量增施氮肥能
显著提高该阶段氮素吸收比例(占全生育期 50%左
右), 有利于培育健壮植株, 形成合理的群体结构。
因此, 在进行小麦高产栽培时一定要保证该时期氮
素的适时适量供应。
有研究表明, 施氮量较低时土壤残留氮保持在
较低水平, 氮肥表观损失量也很低, 而施氮量过多,
土壤中氮素残留量和氮损失量均显著增加[10,15-16]。
尽管种植作物能改变土壤剖面硝态氮向深层迁移及
淋洗状态 [17], 但当氮素超过作物需求时, 施肥仍会
导致土壤中硝态氮累积, 且积累量随施氮量的增加
而增加[18-19]。本试验结果表明, 小麦收获后土壤无
机氮残留量随施氮水平的增加而增加 , 适量施氮
(N3)有利于土壤无机氮平衡, 而过量施氮(N4)的土
壤残留无机氮高达 221 kg hm−2, 如此高的残留无机
氮, 特别是硝态氮很容易通过淋洗或反硝化途径排
出土壤-作物体系, 造成对环境的潜在污染。适量施
氮(N3)条件下氮素表观损失较少, 氮素表观损失率
低; 而氮肥用量过高(N4), 氮素表观损失量急剧增
加, 多施的氮肥损失 1/2以上, 高达 143.99 kg hm−2,
其中大量硝态氮下移或淋洗使环境受到直接污染。
第 5期 郭天财等: 高产麦田氮素利用、氮平衡及适宜施氮量 891


很多研究表明, 在一定范围内随施氮量的增加
小麦籽粒产量和蛋白质含量均提高, 超过一定范围
籽粒产量增加不显著甚至降低[20-22], 而土壤氮残留
量、硝态氮残留和氮素表观损失则显著增加 [5,10,15],
不仅浪费了宝贵的资源, 也对环境产生巨大压力。
因此 , 近年来开展作物适宜施氮量的研究较多 [5-7],
以实现作物高产、优质、高效与环境友好的有机结
合。本试验利用边际收益分析技术, 求得小麦经济
效益最佳的施肥量, 并利用环境经济学的 Coase 原
理求得产量和生态效益兼顾的最佳施肥量。当然 ,
多效益兼顾的适宜施肥量也不是固定的, 它会随着
生产条件和市场波动而发生变化, 如经济效益受化
肥和农产品价格的影响, 而生态环境效益则受土壤
肥力和生产条件的影响。对此, 应进一步深入研究。
4 结论
施氮水平对高产麦田氮素利用及氮平衡具有积
极的调控效应, 适当增施氮肥, 有利于提高籽粒产
量和蛋白质产量, 且以 180 kg hm−2处理最高, 但在
高施氮(360 kg N hm−2)条件下氮素对植株地上部氮
积累量仍有积极的促进效应 ,且其籽粒蛋白质含量
继续提高,而籽粒产量和蛋白质产量却降低。从协调
作物高产、优质、高效、生态、安全的目标出发, 在
本试验条件下, 大穗型品种兰考矮早八以 202~239
kg hm−2为推荐的适宜施氮量。
References
[1] Tong Y-A(同延安). Nitrogen fertilizer and environment. In:
Feng F(冯锋 ) ed. Study on Plant Nutrition Progress and
Prospect (植物营养研究进展与展望). Beijing: China Agri-
cultural University Press, 2001. pp 207−215 (in Chinese)
[2] Xing G X, Zhu Z L. An assessment of N loss from agricul-
tural fields to the environment in China. Nutr Cycling
Agroecosyst, 2000, 57: 67−73
[3] May L, van Sanford D A, Mackown C T, Cornelius P L. Ge-
netic variations for nitrogen use in soft red × hard red winter
wheat populations. Crop Sci, 1991, 31: 626−630
[4] Sexton B T, Moncrief J F, Rosen C J, Gupta S C, Cheng H H.
Optimizing nitrogen and irrigation inputs for corn based on
nitrate leaching and yield on a coarse-textured soil. J Environ
Qual, 1996, 25: 982−992
[5] Cui Y-T(崔玉亭), Cheng X(程序), Han C-R(韩纯儒), Li R-G(李荣
刚). The economic and ecological satisfactory amount of nitrogen
fertilizer using on rice in Tai Lake Watershed. Acta Ecol Sin (生态
学报), 2000, 20(4): 659−662 (in Chinese with English abstract)
[6] Zhu Z-L(朱兆良). On the methodology of recommendation
for the application rate of chemical fertilizer nitrogen to crops.
Plant Nutr Fert Sci (植物营养与肥料学报), 2006, 12(1): 1−4
(in Chinese with English abstract)
[7] Huang J-B (黄进宝), Fan X-H (范晓晖), Zhang S-L (张绍林),
Ge G-F (葛高飞), Sun Y-H (孙永红), Feng X (冯霞). Inves-
tigation on the economically ecologically appropriate amount
of nitrogen fertilizer applied in rice production in
Fe-leaching-Stagnic Anthrosols of the Taihu Lake region.
Acta Ecol Sin (生态学报), 2007, 27(2): 588−595 (in Chinese
with English abstract)
[8] Bao S-D (鲍士旦). Soil and Agricultural Chemistry Analysis
(土壤农化分析). Beijing: China Agriculture Press, 2000. pp
49−55 (in Chinese)
[9] Cui Z-L(崔振岭), Shi L-W(石立委), Xu J-F(徐久飞), Li
J-L(李俊良), Zhang F-S(张福锁), Chen X-P(陈新平). Effects
of N fertilization on winter wheat grain yield and its crude
protein content and apparent N losses. Chin J Appl Ecol (应用
生态学报), 2005, 16(11): 2071−2075 (in Chinese with Eng-
lish abstract)
[10] Liu X-J (刘学军), Zhao Z-J(赵紫娟), Ju X-T(巨晓棠), Zhang
F-S(张福锁). Effect of N application as basal fertilizer on
grain yield of winter wheat, fertilizer N recovery and N bal-
ance. Acta Ecol Sin (生态学报), 2002, 22(7): 1122−1128 (in
Chinese with English abstract)
[11] Ju X-T(巨晓棠), Liu X-J(刘学军), Zou G-Y(邹国元), Wang
Z-H(王朝辉), Zhang F-S(张福锁). Evaluation of nitrogen
loss way in winter wheat and summer maize rotation system.
Sci Agric Sin (中国农业科学), 2002, 35(12): 1493−1499 (in
Chinese with English abstract)
[12] Zhao J-Y(赵俊晔), Yu Z-W(于振文), Li Y-Q(李延奇), Wang
X(王雪). Effects of different nitrogen rates of fertilization on
nitrogen, phosphorous and potassium uptakes and utilizations
as well as kernel yield of wheat under high yield circum
stances. Acta Bot Boreal-Occident Sin (西北植物学报), 2006,
26(1): 98−103 (in Chinese with English abstract)
[13] Sowers K E, Pan W L, Miller B C, Smith J L. Nitrogen use
efficiency of split nitrogen application in soft white winter
wheat. Agron J, 1994, 86: 942−948
[14] Yue S-C(岳寿松), Yu Z-W(于振文), Yu S-L(余松烈). Effect
of nitrogen application at different growth stages on nitrogen
distribution and leaves metabolism in winter wheat. Acta
Agron Sin (作物学报), 1998, 24(5): 1−4 (in Chinese with
English abstract)
[15] Liu X-J(刘学军), Ju X-T(巨晓棠), Zhang F-S(张福锁). Ef-
fect of reduced N application on N utilization and balance in
winter wheat-summer maize cropping system. Chin J Appl
Ecol (应用生态学报), 2004 ,15(3): 458−462 (in Chinese with
892 作 物 学 报 第 34卷

English abstract)
[16] Zhang X(张翔), Zhu H-X(朱洪勋), Sun C-H(孙春河). Study
on nitrogen recommendation system on middle and low yield
wheat fields by 15N. Chin J Soil Sci (土壤通报),1999 , 30 (5):
224−226 (in Chinese with English abstract)
[17] Wu J-S(吴金水 ), Guo S-L(郭胜利 ), Dang J-H(党廷辉 ).
Mechanisms in the accumulation and movement of mineral N
in soil profiles of farming land in a semi-arid region. Acta
Ecol Sin (生态学报), 2003, 23(10): 2041−2049 (in Chinese
with English abstract)
[18] Malhi S S, Brandt S A, Ulrich D, Lemke R, Gill K S.
Accumulation in the soil profile under various alternative
cropping systems. J Plant Nutr, 2002, 25: 2499−2520
[19] Zhang S-L(张树兰), Tong Y-A(同延安), Liang D-L(梁东丽),
Lü D-Q(吕殿青), Ove E. Nitrate-N movement in the soil pro-
files as influenced by rate and timing of application nitrogen.
Acta Pedol Sin (土壤学报), 2004, 41(2): 270−277 (in Chinese
with English abstract)
[20] Xu Y-C(徐阳春), Jiang T-H(蒋廷惠), Zhang C-L(张春兰),
Wang Y-B(王义炳), Cai D-T(蔡大同). Responses of grain
yield and protein content of bread-making wheat cultivars to
nitrogen application rate. Acta Agron Sin (作物学报), 1998,
24(6): 731−737 (in Chinese with English abstract)
[21] Pan Q-M(潘庆民), Yu Z-W(于振文), Wang Y-F(王月福),
Tian Q-Z(田奇卓). Studies on uptake and distribution of ni-
trogen in wheat at the level of 9 000 kg per hectare. Acta
Agron Sin (作物学报), 1999, 25(5): 541−547 (in Chinese with
English abstract)
[22] Lin Q(林琪), Hou L-B(侯立白), Han W(韩伟). Effects of ni-
trogen rates on grain yield and quality of wheat in different
soil fertility. Plant Nutr Fert Sci (植物营养与肥料学报),
2004, 10(6): 561−567 (in Chinese with English abstract)