全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(6): 1051−1059 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(2006BAD15B05); 中国-加拿大合作 IPNI项目; 河北省“十一五”科技支撑计划项目(06220901D)
作者简介: 杜雄(1979−), 男, 河北定州市人, 博士研究生, 主要从事农牧系统耦合与饲草高产优质施肥研究。Tel: 0312-7528414; E-mail: dux-
iong@hebau.edu.cn
*
通讯作者(Corresponding author): 张立峰。Tel: 0312-7528113; E-mail: zlf@hebau.edu.cn
Received(收稿日期): 2007-12-05; Accepted(接受日期): 2007-12-21.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.01051
华北农牧交错区两种土壤类型下青饲玉米的施氮效应
杜 雄 1,2 左启华 1,2 冯丽肖 1,2 张维宏 3 窦铁岭 1,2 边秀举 1,2 张立峰 1,2,*
(1 河北农业大学农学院, 河北保定 071001; 2 农业部张北农业资源与生态环境重点野外观测试验站, 河北张家口 076450; 3 河北农
业大学植物保护学院, 河北保定 071001)
摘 要: 针对华北农牧交错区饲草量少质差的现实问题, 在区域草甸栗钙土和沙质栗钙土条件下, 研究了氮肥不同
施用量对青饲玉米产量与品质形成及肥水利用效果的影响。结果表明, 草甸栗钙土田和沙质栗钙土田施氮比不施氮
青饲玉米生物产量分别增加 36.1%和 106.0%, 植株氮素含量分别提高 108.0%和 81.9%, 且在草甸栗钙土田出现氮素
的奢侈吸收现象; 施氮使草甸栗钙土田玉米植株磷素含量提高 10.9%, 但沙质栗钙土田玉米磷素含量降低; 玉米植株
粗蛋白、粗脂肪的含量和产量均随施氮量增加而显著增加, 草甸栗钙土田分别增产 1.60倍和 2.10倍, 沙质栗钙土田
分别增产 2.74倍和 1.36倍; 施氮显著提高青饲玉米的水分利用效率, 草甸栗钙土田增幅为 27%~45%, 相当于多供水
82.5~135.7 mm; 沙质栗钙土田增幅为 95%~97%, 相当于多供水 294.9~258.5 mm。故华北农牧交错区青饲玉米施氮是
快速提高饲草产量和营养品质以及高效利用肥水资源的有效技术手段, 草甸栗钙土田不超过 200 kg hm−2、沙质栗钙
土田不少于 135 kg hm−2, 是兼顾玉米产量、品质与肥水高效利用的适宜施氮量。
关键词: 青饲玉米; 施氮; 产量; 营养品质; 氮、磷利用; 水分利用
Effects of Nitrogen Application on Forage Maize Planted in Two Soil
Types in Agriculture-Animal Husbandry Ecotone of North China
DU Xiong1,2, ZUO Qi-Hua1,2, FENG Li-Xiao1,2, ZHANG Wei-Hong3, DOU Tie-Ling1,2, BIAN Xiu-Ju1,2, and
ZHANG Li-Feng1,2,*
(1 College of Agronomy, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, Hebei; 2 Zhangbei Agricultural Resource and Ecological Environment
Key Field Research Station, Ministry of Agriculture, Zhangjiakou 076450, Hebei; 3 College of Plant Protection, Agricultural University of Hebei,
Baoding 071001, Hebei, China)
Abstract: To solve the actual problems of shortage and bad quality of forages in current agriculture-animal husbandry ecotone of
North China, a field experiment was conducted to study the effects of nitrogen application rate on biomass yield, forage quality,
fertilizer and water use efficiencies of forage maize (Zea mays L.) in meadow chestnut and sand chestnut soils. The results indi-
cated that nitrogen application increased the forage maize biomass yield by 36.1% and 106.0% in meadow chestnut and sand
meadow chestnut soils, respectively, and significantly improved nitrogen absorption in forage maize plant. The nitrogen content in
plant increased by 108.0% and 81.9% compared with that without nitrogen application, and the extravagant absorption of nitrogen
by plant occured in meadow chestnut soil. Nitrogen application also increased the phosphorus content in forage maize plant by
10.9% in meadow chestnut soil, but decreased in sand chestnut soil. In the two soil types, the content and yield of crude protein
and crude fat of the forage maize were enhanced significantly with the increase of nitrogen application. The yields of crude pro-
tein and crude fat increased by 1.60 and 2.10 times in meadow chestnut soil, and by 2.74 and 1.36 times in sand chestnut soil,
respectively. The nitrogen application increased the water use efficiency (WUE) of the forage maize by 27%–45%, equivalent to a
surplus supply of 82.5–135.7 mm water in meadow chestnut soil, and by 95%–97%, equivalent to a surplus supply of 294.9–258.5
mm water in sand chestnut soil. Thus it concluded that nitrogen for forage maize is an effective technique to improve biomass,
nutrition quality, and fertilizer and water utilization efficiencies in the area, nitrogen applications of less than 200 kg ha−1 in
1052 作 物 学 报 第 34卷

meadow chestnut soil and more than 135 kg ha−1 in sand chestnut soil were appropriate to ensure high yield and good quality as
well as high nitrogen fertilizer and water use efficiencies of forage maize.
Keywords: Forage maize (Zea mays L.); Nitrogen application; Biomass; Nutrition quality; Nitrogen and phosphorus utili-
zation; water utilization
华北农牧交错区位于河北、山西、内蒙古的长
城沿线, 由于地处东南季风北进的尾闾区以及西伯
利亚冷空气南下的通道之上, 加上其陡起的地势和
相对平缓的地貌状态, 形成了气候干寒多风, 土壤
沙化贫瘠 , 植被喜凉短季 , 农牧兼业生产的生态 -
经济结构。高寒干旱成为华北农牧交错区植被与生
境演替的制约因素 [1]。区域农业生产旱作, 低投粗
放, 大面积草场和农田长期处于养分耗损状态。牧
草和农作物产量均低而不稳, 饲料饲草短缺问题日
趋严峻, 严重影响了该区域农牧业高效、协调、持
续发展。种植青饲玉米成为高寒区农业可持续发展
和农民脱贫致富的重要途径 [2]。近年来, 随着农牧
交错区牲畜牧养变为舍饲, 对饲草数量和品质需求
逐渐加大, 该区域青饲玉米种植面积也逐年扩大[3]。
但长期以来, 国外学者对青饲玉米的研究主要集中
在高产优质品种的选育 [4-7], 而对其栽培过程中的
肥效研究不足。在我国, 玉米栽培研究以粮用类型
为主, 形成了系统的以籽粒生产为中心的施肥理论
与技术体系 [8-12], 对青饲玉米的研究多以生物产量
为中心, 对施肥和肥效研究只有零星报道[13-16]。氮素
是作物吸收利用的大量元素, 但仅有张吉旺 [14]和王
永军 [15]等在华北农区研究了施氮对夏玉米产量和
饲用营养价值的影响, 有关氮素对青饲玉米产量品
质与水分利用效果的研究鲜有报道。本研究旨在揭
示氮素营养对青饲玉米的生产效应, 为饲草量少质
差的华北农牧交错区发展高产优质节水饲草生产、
缓解草畜矛盾, 促进区域生态恢复和经济发展探索
有效技术途径。
1 材料与方法
1.1 试验设计
田间试验在河北省张家口市农业部张北试验站
(属代表性的华北农牧交错区)进行。生境高寒干旱,
年均温 2.6℃, 降水量 400 mm, 无霜期 103 d。试验
田土壤类型分别为草甸栗钙土壤和沙质栗钙土壤 ,
其理化性质见表 1。

表 1 供试土壤的理化性状(0~20 cm土层)
Table 1 Physical and chemical characteristics of the tested soil (0–20 cm soil layer)
土壤类型
Soil type
有机质
Organic matter
(g kg−1)
全 N
Total N
(g kg−1)
全 P
Total P
(g kg−1)
速效 N
Available N
(mg kg−1)
速效 P
Available P
(mg kg−1)
速效 K
Available K
(mg kg−1)
容重
Bulk density
(g cm−3)
pH
草甸栗钙土
Meadow chestnut soil
26.7 1.71 0.48 112.0 9.8 90 1.33 7.7
沙质栗钙土
Sand chestnut soil
12.1 0.89 0.18 71.7 2.5 60 1.54 7.2

2004—2005 年在草甸栗钙土壤上 , 每处理以
P2O5 150 kg hm−2为基础, 设施纯 N 0 kg hm−2(N0)、
100 kg hm−2(N100)、200 kg hm−2(N200)和 300 kg
hm−2(N300) 4 个处理, 氮肥用尿素, 磷肥用普通过
磷酸钙, 全部作为基肥施入, 青饲玉米品种为“白马
牙”, 密度为 10万株 hm−2, 行距 40 cm, 株距 20 cm。
2006—2007 年在沙质栗钙土壤上, 鉴于此土壤
基础肥力差和漏水漏肥, 每处理以 P2O5 60 kg hm−2,
K2O 75 kg hm−2为基础, 设施纯 N 0 kg hm−2(N0)、45
kg hm−2(N45)、90 kg hm−2(N90)和 135 kg hm−2 (N135)
4个处理, 磷肥基施, 氮、钾肥 1/2基施, 1/2拔节期
追施。氮肥用尿素, 磷肥用重过磷酸钙, 钾肥用氯化
钾。青饲玉米品种为“金坤 9 号”, 密度为 15 万株
hm−2, 行距 15 cm, 株距 35 cm。
每年每处理 3次重复, 随机排列, 共 12个小区。
小区测产和取样面积 4 m × 4 m; 每个区组间留有 1 m
宽的观察路。玉米全生育期无灌溉, 全部为雨养旱作。
1.2 测定项目与方法
1.2.1 土壤水分 在播种和收获时, 每小区钻取
0~80 cm土样, 采用烘干法测定含水量, 每 10 cm为
一层。土壤含水量(mm) = 土层厚度(cm) × 土壤容
重(g cm−3) × 10 × 水重/干土重; 玉米全生育期田间
耗水量(mm) = 播种时土壤含水量 + 降水量 － 收
获时土壤含水量。玉米生育期内跟踪监测降水量。
1.2.2 产量 各年度均在初霜前(正值玉米抽雄
期)收获, 分区实测鲜重。取代表株 10株于 105℃杀
第 6期 杜 雄等: 华北农牧交错区两种土壤类型下青饲玉米的施氮效应 1053


青 15 min, 然后 80℃烘干至恒重称量, 测定干重和
出干率。
1.2.3 玉米植株养分 将称量后的样品粉碎供化
验分析。采用浓 H2SO4-H2O2消煮后钼锑抗比色法测
定全磷 [17], 半微量凯氏定氮法测定全氮(全氮×6.25
折算粗蛋白)[18], 残余法测定粗脂肪[18], 酸碱处理法
测定粗纤维[18]。
1.3 数据处理
由于每种土壤类型两年结果一致, 故草甸栗钙
土试验取 2004 年数据, 沙质栗钙土试验取 2006 年
数据。采用 SAS8.02 软件分析处理数据。N(P)素物
质生产效率 = 玉米生物产量/玉米 N(P)吸收量; N(P)
素利用产投比 = 植株 N(P)吸收量/施 N(P)量; N 素
农艺效率 = (施 N区玉米生物产量－未施 N区玉米
生物产量)/施 N量; N素表观回收率 = (施 N区玉米
N素吸收量－未施 N区玉米 N素吸收量)/施 N量; N
素生理效率 = (施 N区玉米生物产量－未施 N区玉
米生物产量)/(施 N区玉米 N素吸收量－未施用 N区
玉米 N 素吸收量); N 素吸收效率 = 玉米 N 素吸收
量/(施 N 量+土壤 N 素供应量); 土壤 N 素贡献率 =
未施 N区玉米 N素吸收量/施 N区玉米 N素吸收量。
2 结果与分析
2.1 施氮对青饲玉米生物产量的影响
表 2 显示, 在草甸栗钙土与沙质栗钙土两种类
型土壤下 , 施氮均能显著提高青饲玉米的生物产
量。草甸栗钙土壤下, 青饲玉米的鲜重施氮处理与
未施氮相比差异显著, 而施氮处理 N200与 N100、
N300 差异显著; 干重以 N200 处理最高, 同其他处
理相比差异显著, N200 干重比 N0 增加 36.1%; 草
甸栗钙土的基础肥力高 , 且施肥多 , 当施氮量为
300 kg hm−2时, 产量开始下降, 但其出干率有升高
的趋势。沙质栗钙土条件下, 青饲玉米的鲜重和干
重各施氮水平间的差异都显著, 随施氮量的提高而
增产, 但出干率下降, 鲜重和干重都以 N135 最高,
比 N0分别增产 120.7%和 106.6%, 在沙质栗钙土壤
上, 施氮增产的效果较草甸栗钙土壤更为显著。可见,
在该地区增施氮肥可大幅度提高玉米饲草产量。

表 2 不同土壤类型各氮素水平青饲玉米生物产量
Table 2 Biomass of forage maize with different nitrogen application rates in two soil types
土壤类型
Soil type
施氮水平
Nitrogen application rate (kg hm−2)
鲜重
Fresh weight (kg hm−2)
出干率
Dry slice yielding ratio (%)
干重
Dry weight (kg hm−2)
0 (CK) 60776±1472 c 12.7±0.2 b 7703±134 c
100 72490±2917 b 12.8±0.4 ab 9239±144 b
200 79454±575 a 13.2±0.3 ab 10482±250 a
草甸栗钙土
Meadow chestnut soil
300 71612±3293 b 13.4±0.2 a 9567±342 b


0 (CK) 18881±2240 d 18.7±0.1 a 3537±431 d
45 28788±1862 c 18.5±0.2 ab 5316±301 c
90 35679±3525 b 18.0±0.4 bc 6433±309 b
沙质栗钙土
Sand chestnut soil
135 41675±2641 a 17.5±0.4 c 7306±622 a
表中数据为平均值±标准误。在同一土壤类型中, 每一列数据后不同字母表示处理间在 0.05水平上差异显著。
Data in the table are mean ± SE. In each soil type, values followed by a different letter within a column are significantly different at
P<0.05.

2.2 施氮对青饲玉米植株营养品质的影响
2.2.1 植株营养成分含量 表 3 表明, 草甸栗钙
土条件下, 玉米粗蛋白、粗脂肪含量随施氮量的提
高而增加, 粗蛋白和粗脂肪 4 个不同氮素处理间差
异显著, N300和其他 3个氮肥处理间粗纤维含量差
异显著。N300 比 N0 粗蛋白含量提高 109%、粗脂
肪提高 145%、粗纤维提高 17%。沙质栗钙土条件下,
其粗蛋白和粗脂肪的含量同样表现为随施氮量提高
而增加, 各氮素梯度间粗蛋白含量差异显著, 粗纤
维含量则无明显影响; N90、N135与 N45、N0间粗
脂肪含量差异显著, N135 比 N0 粗蛋白含量提高
81.0%, 粗脂肪提高 15.8%。但由于其基础地力和施
氮相对较少的原因, 这两种营养物质含量的增长幅
度均小于草甸栗钙土。
2.2.2 植株营养成分产量 在草甸栗钙土条件下,
随施氮量的增加, 玉米粗蛋白、粗脂肪和粗纤维的
产量表现出持续增长的趋势。施氮与未施氮间的差
异显著, 但随施氮量的提高, 单位氮素的营养物质
1054 作 物 学 报 第 34卷

表 3 不同土壤类型各氮素水平青饲玉米饲用营养成分含量
Table 3 Nutrient contents of forage maize under different nitrogen application rates in two soil types (%)
土壤类型
Soil type
施氮水平
Nitrogen application rate (kg hm−2)
粗蛋白
Crude protein
粗脂肪
Crude fat
粗纤维
Crude fiber
0 (CK) 5.91±0.13 d 1.45±0.10 d 24.45±1.03 b
100 7.92±0.19 c 1.91±0.06 c 24.95±1.60 b
200 11.19±0.44 b 2.60±0.08 b 26.15±1.26 b
草甸栗钙土
Meadow chestnut soil
300 12.38±0.16 a 3.55±0.14 a 28.84±0.88 a


0 (CK) 5.16±0.26 d 1.46±0.09 b 24.89±1.38 a
45 5.92±0.35 c 1.43±0.09 b 22.62±1.10 a
90 7.91±0.40 b 1.54±0.06 a 24.18±1.29 a
沙质栗钙土
Sand chestnut soil
135 9.41±0.35 a 1.69±0.08 a 23.01±1.19 a
表中数据为平均值±标准误。在同一土壤类型中, 每一列数据后不同字母表示处理间在 0.05水平上差异显著。
Data in the table are mean±SE. In each soil type, values followed by a different letter within a column are significantly different at
P<0.05.

增产幅度降低, 这与施氮量增长时玉米生物产量增
幅降低和营养物质百分含量的增幅减少有关。N300
与 N0相比, 粗蛋白、粗脂肪和粗纤维的产量分别提
高 160%、210%和 47%(表 4)。沙质栗钙土条件下, 这
3 种营养成分产量不同施氮梯度间的差异均显著 ,
单位氮素对养分产量的增幅比草甸栗钙土更大 ,
N135 比 N0 粗蛋白的产量提高 274%, 粗脂肪提高
136%, 粗纤维提高 91%(表 4)。可见, 在华北农牧交
错区两种不同的土壤上增施氮肥均能实现玉米高能
营养物质产量的快速增长, 且养分产量的增幅几倍
于生物量的增长, 这可有效地提高区域青饲玉米的
生产价值。

表 4 不同土壤类型各氮素水平青饲玉米饲用营养成分产量
Table 4 Nutrient yields of forage maize under different nitrogen application rates in two soil types (kg hm−2)
土壤类型
Soil type
施氮水平
Nitrogen application rate (kg hm−2)
粗蛋白
Crude protein
粗脂肪
Crude fat
粗纤维
Crude fiber
0 (CK) 455±15 c 112±9 d 1884±111 c
100 732±29 b 176±5 c 2304±113 b
200 1173±65 a 273±12 b 2741±146 a
草甸栗钙土
Meadow chestnut soil
300 1184±45 a 340±17 a 2758±103 a


0 (CK) 184±19 d 52±6 d 880±155 c
45 315±13 c 76±5 c 1203±110 b
90 509±66 b 99±9 b 1555±114 a
沙质栗钙土
Sand chestnut soil
135 688±47 a 123±14 a 1681±116 a
表中数据为平均值±标准误。在同一土壤类型中, 每一列数据后不同字母表示处理间在 0.05水平上差异显著。
Data in the table are mean±SE. In each soil type, values followed by a different letter within a column are significantly different at
P<0.05.

2.3 施氮对青饲玉米肥料利用的影响
2.3.1 氮、磷肥料利用效果 表 5 表明, 两种土
壤类型下 , 施氮均能促进青饲玉米对氮素的吸收 ,
玉米植株氮素含量和吸收量各处理间差异显著; 草
甸栗钙土, 适量施氮能促进玉米对磷素的吸收, 植
株磷素含量和吸收总量施氮处理与未施氮间差异显
著, 但沙质栗钙土, 施氮则使玉米植株磷素含量下降,
由于施氮显著提高了玉米生物产量, 磷素吸收量明显
提高, 施氮与未施氮间差异显著。在这两种类型的土
壤上, 施氮促成玉米植株氮素吸收量与其生物产量的
协同增长, 且植株吸氮量的增幅大于生物量的增幅,
从而植株氮素含量上升而物质生产效率下降。沙质栗
钙土下, 单位氮素的物质生产效率高于草甸栗钙土。
草甸栗钙土上, 施氮能促进玉米生物产量和磷素含量
的共同提高, 而磷素的物质生产效率下降; 而在沙质
栗钙土条件下, 植株磷素含量下降, 其物质生产效率
则上升。氮素产投比随施氮量的增加而显著降低, 当
施氮量草甸栗钙土小于 100 kg hm−2、沙质栗钙土下小
第 6期 杜 雄等: 华北农牧交错区两种土壤类型下青饲玉米的施氮效应 1055


于 45 kg hm−2时氮素产投比大于1, 表明此时消耗土壤
库存氮素, 这对维持土壤生产力不利。因施氮提高了
玉米的磷素吸收量, 施氮处理磷肥的肥料利用产投比
比未施氮者显著提高。

表 5 各氮素水平下的青饲玉米植株养分吸收和肥料利用效果
Table 5 Nutrient uptake and fertilizer use efficiency of the forage maize under different N application rates
营养元素含量
Nutrient content
(%)
营养元素吸收量
Nutrient update
account (kg hm−2)
物质生产效率
Dry matter production
efficiency (kg kg−1)
肥料利用产投比
Fertilizer input/output
ratio (%)
土壤类型
Soil type
施氮水平
Nitrogen appli-
cation rate
(kg hm−2) N P2O5 N P2O5 N P2O5


N P2O5
0 (CK) 0.95 d 0.46 c 72.8 c 35.4 c 105.8 a 217.4 a — 23.6 d
100 1.27 c 0.49 b 117.1 b 45.3 b 78.9 b 204.1 b 117 a 30.2 c
200 1.79 b 0.56 a 187.7 a 58.7 a 55.8 c 178.6 c 94 b 39.1 a
草甸栗钙土
Meadow chestnut
soil
300 1.98 a 0.51 b 189.5 a 48.8 b 50.5 d 196.1 b 63 c 32.5 b


0 (CK) 0.83 d 0.16 a 29.4 d 5.7 d 120.5 a 625.0 c — 9.5 b
45 0.95 c 0.16 a 50.5 c 8.5 a 105.3 b 625.0 c 112.2 a 14.4 a
90 1.27 b 0.12 b 81.7 b 7.7 c 78.7 c 833.3 b 90.8 b 12.8 a
沙质栗钙土
Sand chestnut soil
135 1.51 a 0.11 b 110.3 a 8.0 b 66.2 d 909.1 a 81.7 c 13.5 a
在同一土壤类型中, 每一列数据后不同字母表示处理间在 0.05水平上差异显著。
In each soil type, values followed by a different letter within a column are significantly different at P<0.05.

2.3.2 氮素利用效率 由表 6 可看出, 在这两种
类型的土壤上, 氮素的生理效率、农艺效率和土壤
氮素的贡献率均随施氮量的增加而下降, 说明提高
施氮量, 施单位氮素和吸收单位氮素对玉米增产的
效果下降, 这体现了肥料的报酬递减规律, 且在氮
素施量较低时 , 玉米对土壤氮素吸收利用较充分 ,
而施氮量提高后, 土壤氮的贡献率降低; 由于沙质
栗钙土基础地力差且氮素施量相对较少, 玉米吸收
单位氮素的增产效果显著高于草甸栗钙土, 表现为
氮素的生理效率两种土壤类型间差异显著。草甸栗
钙土条件下, 在施氮量超过 200 kg hm−2时, 玉米氮
素吸收量占可吸收氮总量的比例减小, 玉米的氮素
吸收效率显著降低; 而在沙质栗钙土上, 随着施氮
量的提高玉米氮素吸收效率则无显著变化。氮素的
表观回收率反映的是氮肥在当季的利用效果, 草甸
栗钙土上, 氮素的表观回收率随施氮量提高呈先上
升而后下降, 在施氮量为 200 kg hm−2时, 玉米产量、
氮素吸收量和表观利用率均显著高于其他处理, 施
氮量过多或不足, 均能导致氮素的表观回收率降低;
在沙质栗钙土条件下, 随施氮量的提高氮素的表观
利用率升高, 这是土壤氮素含量较低所致, 但随着施
氮量由 90 kg hm−2增至 135 kg hm−2时差异不再显著。

表 6 各氮素水平下的青饲玉米氮素利用率
Table 6 N utilization efficiency under different N application rates
土壤类型
Soil type
施氮水平
Nitrogen application
rate (kg hm−2)
生理效率
Physiological efficiency
(kg kg−1)
吸收效率
Absorption efficiency
(%)
农艺效率
Agronomic efficiency
(kg kg−1)
表观回收率
Apparent recovery
ratio (%)
土壤贡献率
Soil contribution
(%)
100 34.7 a 67.8 a 15.4 a 44.2 b 62.2 a
200 24.2 b 68.8 a 13.9 a 57.5 a 38.8 b
草甸栗钙土
Meadow chestnut
soil
300 16.0 c 50.8 b 6.2 b 38.9 c 38.4 b


45 84.1 a 67.9 a 39.5 a 46.9 b 58.2 a
90 55.4 b 68.4 a 32.2 ab 58.1 a 36.0 b
沙质栗钙土
Sand chestnut soil
135 46.7 b 67.1 a 27.9 b 59.9 a 26.7 c
在同一土壤类型中, 每一列数据后不同字母表示处理间在 0.05水平上差异显著。
In each soil type, values followed by a different letter within a column are significantly different at P<0.05.

2.4 施氮对青饲玉米水分利用的影响
表 7表明, 草甸栗钙土上, 2004年青饲玉米全生
育期的耗水量施氮与未施氮间差异显著, 氮素处理
间差异不显著, 而 2005年 4个处理间的耗水量差异
1056 作 物 学 报 第 34卷

不显著 ; 由于施氮大幅提高了青饲玉米的生物产量,
从而更大程度上改变了青饲玉米的水分利用效率。两
年试验水分利用效率施氮与未施氮处理间差异显著,
2004 年施氮处理的水分利用效率提高 14%~27%, 相
当于多供水 41.8~82.5 mm, 2005年施氮水分利用效率
提高 20%~45%, 相当于多供水 61.1~135.7 mm。沙质
栗钙土上, 2006年玉米耗水量 N0、N45、N90处理间
差异不显著, N135与这 3个处理间差异显著, 2007年 4
个处理间差异不显著。施氮对玉米生物产量的增幅比
草甸栗钙土更大, 故施氮与未施氮处理间水分利用效
率的增幅较草甸栗钙土更为明显, 2006 年施氮比未施
氮处理分别提高 50%~94%, 相当于多供水 147.3~
294.9 mm, 2007年施氮处理比未施提高 50%~97%, 相
当于多供水 139.9~258.5 mm。这些充分说明施氮是该
区域快速提高玉米饲草产量和高效利用当地有限自然
降水的有效技术途径之一。从表 7 还可以看出, 在丰
水的 2004 年, 玉米田间耗水量小于降水量, 表现为土
壤水分的净增加, 而 2007 年比 2006 年生长季降水量
少 41 mm, 但玉米的生物产量两年间差异并不显著,
土壤贮水净减少 29.1~42.5 mm, 但玉米的生物产量两
年间差异并不显著, 表明土壤贮水对确保玉米产量起
了关键作用。

表 7 各氮素水平下青饲玉米全生育期的耗水状况
Table 7 Water use status of forage maize in different growth stages under different nitrogen application rates
土壤类型
Soil type
年份
Year
降水量
Precipitation
(mm)
施氮水平
Nitrogen application
rate (kg hm−2)
生物产量
Biomass
(kg hm−2)
耗水量
Field water con-
sumption (mm)
土壤含水量变化
Fluctuation of soil
water(mm)
水分利用效率
Water use efficiency
(kg mm−1 hm−2)
相当于多供水
Water surplus
(mm)
0 (CK) 7703 c 285.1 b 48.9 a 27.0 c —
100 9239 b 300.4 a 33.6 b 30.8 b 41.8
200 10482 a 305.7 a 28.3 b 34.3 a 82.5
2004 334
300 9567 b 300.4 a 33.6 b 31.8 b 53.9

0 (CK) 7322 c 298.4 a 0.6 a 24.5 c —
100 8847 b 300.0 a 1.0 a 29.5 b 61.1
200 10761 a 303.5 a −4.5 a 35.5 a 135.7
草甸栗钙土
Meadow
chestnut soil
2005 299
300 9722 b 307.0 a −8.0 a 31.7 b 89.8


0 (CK) 3537 d 294.1 b −9.1 b 12.0 d —
45 5316 c 294.6 b −9.6 b 18.1 c 147.3
90 6433 b 299.1 b −14.1 b 21.5 b 235.7
2006 285
135 7306 a 312.4 a −27.4 a 23.4 a 294.9

0 (CK) 3570 c 273.1 a −29.1 a 13.1 d —
45 5525 b 281.9 a −37.9 a 19.6 c 139.9
90 5984 b 282.8 a −38.8 a 21.2 b 174.0
沙质栗钙土
Sand chestnut
soil
2007 244
135 7140 a 286.5 a −42.5 a 24.9 a 258.5
在同一土壤类型中, 每一列数据后不同字母表示处理间在 0.05水平上差异显著。
In each soil type, values followed by a different letter within a column are significantly different at P<0.05.

3 讨论
在高寒干旱的华北农牧交错地区, 玉米同当地
其他作物和饲草相比, 具有植株高、叶面积大、生
育期长等特点, 初霜到来收获时尚在抽雄, 与籽粒
玉米相比, 对水热条件要求不严格, 在生长季节内
的任何时间, 都能够最大限度地利用当地的生态资
源生产生物量 , 生物产量远高于其他早熟玉米品
种。高产、优质、较低水分消耗和较高水分利用效
率的饲草作物与品种对高寒干旱区农牧业良性持续
发展具有重要意义。在该区域, 提高饲草产量、解
决畜牧业草料问题是种植青饲玉米的基本目的。本
试验玉米的氮素表观利用率草甸栗钙土为
38.9%~57.5%, 沙质栗钙土为 46.9%~59.9%, 明显高
于 Johnson等[19]小麦 34%~49%的氮素表观利用率。
高密度且生长期长的营养体农作的生产措施, 提高
了玉米对土壤氮素的吸收量, 正是这一原因, 增施
氮肥是华北农牧交错区种植青饲玉米高产优质的有
效途径之一。本研究表明, 施氮促成玉米植株氮吸
收量与其生物产量协同增长, 且随施氮量的增加营
第 6期 杜 雄等: 华北农牧交错区两种土壤类型下青饲玉米的施氮效应 1057


养成分含量的增加速度快于产量, 表现为氮素在植
株体内的含量上升而物质生产效率下降, 这是氮素
营养元素在玉米体内浓缩的体现, 是青饲玉米营养
品质提高的物质基础, 且在沙质栗钙土条件下, 单
位氮素的物质生产效率均高于草甸栗钙土。粗蛋白
含有各种必需氨基酸, 粗脂肪富含热能, 两者均为
决定玉米饲用营养价值的重要基础。研究表明, 施
氮是促进玉米植株粗蛋白和粗脂肪含量大幅提高的
重要原因。施氮对增加玉米植株粗蛋白和粗脂肪含
量的显著效果, 是有目的改善青饲玉米饲用营养品
质的重要依据。在草甸栗钙土上 , 施氮量 300 kg
hm−2较 200 kg hm−2生物产量下降, 但植株却出现了
氮素持续积累的“奢侈吸收”现象, 而这种奢侈耗氮
显著提高了玉米植株粗蛋白、粗脂肪等高能营养物
质的含量和产量, 这对于迅速提高玉米的饲用营养
品质具有极为重要的现实意义 [20]。但实际生产中 ,
人们可能为追求单位土地面积上的营养物质产量而
盲目增施氮肥, 过量施氮是否会像蔬菜一样造成植
株体内硝态氮的累积 [21-22], 是否会降低饲用品质 ,
这些问题有待进一步探讨。Johnson等[23]认为, 只有
无机氮的供应超过植物的需求时, 才会发生氮的损
失。在本试验条件下, 草甸栗钙土在施氮量超过 200
kg hm−2、沙质栗钙土不少于 135 kg hm−2时, 出现了
土壤速效氮的累积, 此时可能发生氮素淋失或挥发
的危险, 而这两个值是兼顾玉米产量、品质与肥水
高效的适宜氮肥用量。
研究同时表明, 草甸栗钙土上施氮也从某种程
度上提高了青饲玉米粗纤维的含量。粗纤维含量提
高会降低青饲玉米的可消化率[24-25]。张吉旺等[14]、
王永军等[15]和邰书静等[16]在研究不同类型青饲玉米
后认为, 氮素的时序运筹不但可以有效降低全株粗
纤维的含量, 还可显著提高粗蛋白和粗脂肪的含量
和生物产量; 张吉旺等[26]、Cusicanqui 和 Joseph[27]
研究认为, 通过调控玉米种植密度也能降低全株粗
纤维的含量; 种植密度对全株玉米饲用营养品质的
影响, 主要是由于籽粒在全株干物质所占比重的变
化引起的[26]。在高寒干旱的华北农牧交错地区, 晚
熟饲用玉米初霜到来收获时正值抽雄期, 通过合理
的氮素时序运筹和种植密度调控对降低玉米营养体
粗纤维含量、增加产量和提高品质的效果尚需进一
步研究。饲料中粗纤维的适当增加可以提高奶牛的
产奶量和降低发病率、可以促进仔猪消化系统的发
育, 并能减少某些家畜的异常行为, 尤其是对于一
些反刍动物, 粗纤维更具重要意义[28-30]。因此, 饲用
玉米植株粗纤维含量的促控, 以及针对某个畜种对
饲用玉米粗纤维进行特异性调控的施肥技术措施有
待进一步研究。
自然降水是雨养旱作农业土壤水分的唯一来
源。因此, 种植高产优质和较低水分消耗或高水分
利用效率的饲草作物对寒旱区农牧业良性持续发展
具有重要意义。施肥状况能在一定程度上影响作物
对水的吸收利用和改变其蒸腾系数, 通过施肥增加
作物产量而不增加或减少耗水, 就可提高作物的水
分利用效率; 或者通过施肥而降低蒸腾耗水和保持
作物的较高产量, 也可提高对水的利用效率。本研
究表明, 各处理下青饲玉米总耗水量差别并不十分
明显, 施肥增加玉米生物产量也就增加了水分利用
效率。水分利用效率与产量存在显著的正相关关系。
在一定的水热条件下, 依据降水规律适时适量施肥
可以促成良好的田间植物群体结构, 并有助于迅速
形成植物地面遮盖和根系土体占据, 减少水分的土
面蒸发和径流, 因而形成良好的植物-土水互促相长
的作物生产系统。Arnon[31]提出在旱地农业中, 植物
营养的基本问题是如何在水分受限制的条件下, 通
过合理施肥, 提高水分利用效率。国际干旱农业研
究中心把土壤水分和养分视为雨养农业生产力的决
定性因素[32], 故在华北寒旱的农牧交错带雨养旱作
农业区, 农田施肥与水分耦合效应需深入研究。在
丰水年份, 青饲玉米收获后, 土壤水分表现较播种
前土壤水含量增加, 而在干旱年份, 土壤贮水净减
少很大, 故玉米收获后土壤水分的秋蓄春供、及玉
米生长过程中覆盖增温保水的技术创新在华北农牧
交错区有重要的现实意义。
4 结论
在华北农牧交错区草甸栗钙土和沙质栗钙土田
施氮, 使饲用玉米的生物产量与饲用营养品质的协
同增长, 且营养成分的增幅(含量和产量)成倍于生
物产量的增幅。草甸栗钙土田施氮, 饲用玉米生物
产量提高 36.1%, 植株中粗蛋白、粗脂肪的含量分别
提高 109%和 145%, 产量提高 160%和 210%; 在此
土壤上, 施氮促进了青饲玉米对氮素和磷素的吸收,
且随着施氮量的增加出现氮素的“奢侈吸收”现象 ,
这为提高青饲玉米的营养价值奠定了物质基础。沙
质栗钙土田施氮, 饲用玉米生物产量提高 106%, 植
株中粗蛋白、粗脂肪的含量分别提高 81.0%和 15.8%,
1058 作 物 学 报 第 34卷

产量增加 274%和 136%; 沙质栗钙土上施氮, 促进
了玉米对氮素的吸收, 但植株的磷素含量下降。两
种土壤上施氮, 均显著提高青饲玉米的水分利用效
率。在草甸栗钙土田不超过 200 kg hm-2、沙质栗钙
土田不少于 135 kg hm-2, 是兼顾玉米产量、品质与
肥水高效利用的适宜施氮量。华北农牧交错区饲用
玉米合理施用氮肥是大幅提高其生产价值和高效用
水的有效方法。
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