全 文 ： 4* “十五”国家科技攻关项目 ( 2001BA508B02-06) 资助
** ?通讯作者
收稿日期 : 2004-11-24 改回日期 : 2004-12-31
秸秆还田与氮肥施用对夏玉米物质生产的影响研究 *
霍 竹
(中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101)
王 璞 ** 付晋峰
(中国农业大学农学与生物技术学院 北京 100094) (中央广播电视大学 北京 100031)
摘 要 试验研究秸秆还田与 N 肥施用对夏玉米干物质生产的影响结果表明 , 秸秆还田与 N 肥施用对夏玉米干
物质生产有促进作用 ,且在一定程度上延缓夏玉米叶片衰老 ,延长叶片功能期 ,并促进夏玉米干物质由茎秆向籽粒
的转运。
关键词 秸秆还田 N 肥 叶绿素含量 干物质积累
Effects of crop residues incorporation and N-fertilizer utilization on the matter production of summer maize .HUO Zhu
( Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101,
China) , WANG Pu( Collegeof Agronomy and Bio-technology, China Agricultural University,Beijing 100094,China) , FU
Jin-Feng( China Central Radio and TV University, Beijing 100031,China) , CJ EA , 2006, 14( 2) :95～98
Abstract The effectsof crop residues incorporationand N-fertilizer on the dry matter of summer maize werestudied .The
results show that crop residues in corporation and N-fertilizer utilization can promote the matter production of summer
maize, delay the decrepitude of summer maize’s leaves in some degree, prolong the function period of leaves and increase
the transportation ability of dry matter from stem to grain .
Key words Straw residues incorporation, N-fertilizer,Chlorophyll content, Dry matter accumulation
(Received Nov .24,2004;revised Dec .31,2004)
秸秆还田在大多情况下都能使作物增产 ,且该效果随秸秆还田年数的延续而增加[ 1] 。但随 N 肥施用量
的增加 ,玉米产量并非相应增加 , N 肥的生产效率明显下降[ 2] 。有关秸秆还田与 N 肥配施对土壤培肥与增
产效果已有较多报道[ 3～ 5] , 秸秆碳氮比高 ,微生物在分解作物秸秆时需吸收一定量的 N 素营养 , 造成与作物
争 N ,影响苗期生长 , 故秸秆还田时要补充一定量的速效氮肥 , 以保证土壤全期的肥力[ 6 ,7] 。不同秸秆还田
量并配施化肥比单施化肥或单纯秸秆还田对小麦均表现增产 , 尤其以 3000kg/ hm2 秸秆加碳铵作基肥的组
合为最优 [ 8] 。研究认为 , 将小麦秸秆翻入土壤中并配施 N、P 处理增产效果最佳 [ 9] 。秸秆还田配施 N 肥有
利于平衡土壤中各种养分和改善养分供应状况 ,促进土壤对速效氮磷的吸收 [ 10] 。本试验研究了秸秆还田与
N 肥施用对夏玉米物质生产的影响 ,为夏玉米合理施肥提供依据。
1 试验材料与方法
试验于 2001年夏天在北京市海淀区东北旺农场 ( 东经 116°,北纬 39 .56°) 中德合作项目试验基地进行 ,
该区属典型温带季风气候 ,试验地 0～30cm土层为壤土 , 30～60cm土层为粉壤土 , 各土层土壤质地和基本
性质见表 1。试验地有机质含量 20.5g/ kg,全 N、全 P 和全 K 分别为 1.14g/ kg、1.06g/ kg和 18.09g/ kg, 速
效磷和速效钾分别为 53.67mg/ kg、162mg/ kg, 0～30cm和 30～60cm土层土壤剖面无机氮测试 ( NH +4 -N 和
NO -3 -N 之和 )分别为 35kg/ hm2 和 32kg/ hm2。试验所用夏玉米品种为北京市农场局培育的“京垦 114”, 该
品种生育期 90d左右 , 抗病性好 ,且茎秆坚韧 , 具有较好的抗倒伏性 ,品质好 , 粗蛋白和多种养分含量高 ,适宜
第 14 ?卷第 2期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .2
2 0 0 6 ?年 4 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture April, 2006
种植密度为 6万株/ hm2。试验采用二因素随机区组设计 ,共设秸秆不还田-不施 N (A? )、秸秆不还田-传统
施 N(A? )、秸秆不还田-优化施 N(A? )、秸秆还田-不施 N( B? )、秸秆还田-传统施 N ( B? )和秸秆还田-优化
施 N(B? )6个处理 , 3次重复 , 共 18个小区 , 小区面积为 300m2 , 未施 N 肥处理夏玉米整个生长季均不施 N
肥 ;传统施 N 处理按农民习惯进行 ,施入纯 N300kg/ hm2 ( 尿素 ) , 夏玉米第 1次施 N 于 2001年 7月 17～19
日以开沟形式施入纯 N100kg/ hm2 , 其余 N 在玉米大喇叭口期 (8月 10～11日 )撒施追入 ; 优化施 N , 即结合
夏玉米的目标产量 ,并根据其在不同生育阶段 ( 播种～3 叶展期、3 叶展期～10 叶展期、10叶展期～收获 )的
N 素要求和土壤无机氮测试结果 ,确定不同时期的 N 肥用量。夏玉米于 6月 21～23日机播 ,行距为 60cm,
最后留苗密度 6万株/ hm2 , 10月 2～4日收获 , 目标产量为 6000kg/ hm2。预备试验表明达到该目标产量的
地上部分吸 N 量为 180kg/ hm2 ,分为播种～3叶展期、3叶展期～10叶展期、10叶展期～收获 3个阶段调控
N 肥用量 ,根据土壤无机氮测试结果 , 若土壤无机氮高于所需供应量 , 优化处理不施 N ; 反之则用肥料 N 补
足至供 N 量。优化施肥基肥和追肥均采用尿素 , 撒施后立即进行短时喷灌。7 月 17～19日对优化施 N 的
夏玉米处理追施 N 肥 , A? 和 B? 2个优化施 N 处理均施 N 肥 60kg/ hm2。
表 1 试验地不同土层土壤质地与基本特性
Tab .1 Soil textures and basic characteristics of different layers in the experiment field
土层/ cm
Soil layers
沙粒/ %
Sand content
粉粒/ %
Silt content
粘粒/ %
Clay content
土壤质地
Soil texture
土 壤 容
重/ g 7. cm- 3
Soil bulk density
饱和含水量/ %
Saturated water
content
凋萎点含
水量/ %
Wizen water
content
田间持水量/ %
Field capacity
饱 和 水 导
率/ cm·min - 1 ?
Saturated hydraulic
conductivity
0 ?～15
15～30
30～60
30 .8
34 .6
16 .4
52 .6
47 .8
56 .8
16 }.6
17 .7
26 .8
壤 土
壤 土
粉壤土
1 %.34
1 .34
1 .51
49 |.2
50 .0
43 .3
13 {.8
13 .8
14 .5
32 .2
33 .7
34 .6
0 .24
0 .24
0 .13
2 结果与分析
2 .1 不同处理对夏玉米地上部干物质生产的影响
玉米籽粒产量的绝大部分来自叶片的光合产物 , 干物质是籽粒产量形成的重要物质基础。夏玉米“京
垦 114”地上部干物质积累呈“慢-快-慢”方式 (见图 1) ,拔节～灌浆期是玉米地上部干物质积累的关键时期。
2001年夏玉米灌浆期降水较少 , 影响了其正常的灌浆过程 ,尤其是不施 N 肥处理干物质积累明显减少。收
获时处理 A? 地上部干物质仅 14276kg/ hm2 ,而处理 A? 和 A? 则分别达 15811kg/ hm2 和 15827 .5kg/ hm2 ,处
理 B? 和 B? 则更高 , 分别为 16742 .1kg/ hm2 和 16811 .8kg/ hm2 , 较处理 A? 分别增加 17 .27% 和 17 .76%。
秸秆还田也增加了夏玉米地上部的干物质生产 , 收获时秸秆还田不施 N 处理 ( B? )比秸秆不还田不施 N 处
理 (A? ) 干物质增加 3 .92% , 这与秸秆保水蓄墒、增加土壤有机质含量并促进土壤中原有 N 素的矿化有密切
关系。
图 1 2001 年夏玉米干物质积累动态
Fig .1 The dynamic accumulation of
dry matter of summer maize in 2001
由表 2可知出苗～拔节期各处理玉米干物质日积累量差异较小 , 这主
要是由于试验地肥力较高且此期间降水较多 ,土壤中的肥料基本能保证玉
米的正常生长。拔节～吐丝期玉米处于持续快速生长期 ,此阶段仅靠土壤
中的肥力已不足以保证玉米的正常生长需要 ,秸秆不还田传统施 N 和优化
施 N处理玉米干物质日积累量分别比未施 N 处理高53 .34kg/ hm2·d和
105 .17kg/ hm2·d,达显著水平。而秸秆还田处理中差异不明显 , 说明秸秆
在提高土壤肥力保障作物正常生长发育过程中起重要作用。N 肥在维持
玉米吐丝～收获期间继续保持较高的干物质积累量方面起着重要作用。
处理 B?在吐丝～收获期干物质积累总量达7777 .96kg/ hm2 , 处理 B?仅
6188 .70kg/ hm2 ,多 25 .68% ,而此期正是玉米籽粒从形成到最终产量形成
期 ,干物质积累量直接决定着玉米最终经济产量。从全部 6个处理分析 , 传统施 N 和优化施 N 处理间差异甚微
且明显大于未施 N 处理 ,最终干物质积累量以处理 B?最高。本试验也表明 , 不同栽培措施下玉米产量与干物
质积累有着密切关系 ,一定范围内干物质积累量越高则作物产量也越高。
叶面积指数动态 (图 2)表明 ,三叶期～拔节期夏玉米各处理叶面积指数差异较小 , 这与干物质积累动态
趋势相同。从拔节期开始各处理间差异明显 , 大喇叭口期B?、B?、B?处理叶面积指数分别为2 .80、2 .82和2 .86,
96 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷
比处理A? 分别大12 .45%、13 .25%和14 .86% , 差异显著。拔节后期开始处理A? 和B? 叶面积增长缓慢 , 到
吐丝期达最大值3 .07和3 .21,之后处理A?将此叶面积指数维持至灌浆期 , 而处理B?则从吐丝期叶面积指数
即缓慢下降 , 至灌浆盛期二者趋
于一致。这与此阶段降水较多、
秸秆迅速分解、土壤中缺乏足够
的有效氮使秸秆与玉米争肥影响
了玉米生长有关 , 且处理B? 自吐
丝后叶片开始变黄也是造成其叶
面积下降的原因。方差分析 ( 见
表 3) 表明 N 肥在叶面积形成方
面起着重要作用 , 秸秆还田也影
响夏玉米的叶面积 , 说明秸秆还
田并配施一定量的速效氮肥更有
利于作物的良好生长。
叶绿素含量影响叶片的光
合强度和光合效率 , 叶片叶绿素
含量高则光合强度和光合效率
也高 , 反之则低 , 叶绿素含量可
用来判断叶片的衰老程度。由
图 3 可知各处理在授粉 21d 内
SPAD 值变化较小 , 保持相对稳
定状态。授粉 21d 后秸秆不还
田处理叶绿素含量下降速率大
于秸秆还田处理 , 说明秸秆还田
可延缓夏玉米生育后期穗位叶
衰老 ,使穗位叶保持较长的功能
期 , 这与秸秆覆盖调节地温和保
墒蓄水提高夏玉米的叶片质量
有密切关系。
表 2 2001 年夏玉米地上部干物质积累特点
Tab .2 Accumulated characteristics of dry matter overground of summer maize in 2001
处 理
Treatments
生育阶段
Growth
period
天数/ d
Days
干 物 质 日 增
量/ kg·hm- 2 g·d - 1
Daily increasing
quantity of
dry matter
干物质阶段积累
量 / kg· hm- 2 ?
Dry matter
accumulation in
different phases
干物质阶段积累
量 占 总 量 / %
The percent of dry matter
accumulation in different
phases to general
accumulation
A?
A?
A?
B?
B?
B?
出苗～拔节
拔节～吐丝
吐丝～收获
全 生 育 期
出苗～拔节
拔节～吐丝
吐丝～收获
全 生 育 期
出苗～拔节
拔节～吐丝
吐丝～收获
全 生 育 期
出苗～拔节
拔节～吐丝
吐丝～收获
全 生 育 期
出苗～拔节
拔节～吐丝
吐丝～收获
全 生 育 期
出苗～拔节
拔节～吐丝
吐丝～收获
全 生 育 期
25 ?
27
44
96
25
27
44
96
25
27
44
96
25
27
44
96
25
27
44
96
25
27
44
96
47 .20
227 .19
158 .28
148 .71
46 .72
280 .53
160 .65
164 .70
54 .00
332 .36
125 .09
164 .87
52 .88
271 .31
140 .65
154 .54
49 .16
286 .41
176 .82
174 .40
53 .28
298 .59
168 .57
175 .11
1180 .00
6134 .00
6962 .00
14276 .00
1168 .00
7574 .30
7068 .70
15811 .00
1350 .00
8973 .75
5503 .75
15827 .50
1322 .00
7325 .30
6188 .70
14836 .00
1229 .00
7733 .14
7779 .96
16742 .10
1332 .00
8061 .90
7417 .10
16811 .00
8 C.27
42 .97
48 .76
100 .00
7 .39
47 .90
44 .71
100 .00
8 .53
56 .70
34 .77
100 .00
8 .91
49 .38
41 .71
100 .00
7 .34
46 .19
46 .47
100 .00
7 .92
47 .96
44 .12
100 .00
图 2 不同处理夏玉米叶面积指数动态
Fig .2 Thedynamicchangingof leaf area
of summer maizeindifferent treatments
表 3 灌浆期夏玉米叶面积指数方差分析
Tab .3 Analysis of variance of summer maize LAI in the filling period
变异来源
Variation resource
平方和
Sum of squares
自由度
Degreeof freedom
均方
M ean squares
F F0 e.05 F0 Z.01
秸秆间
N 素间
秸秆×N 素
误差
总变异
0 j.03
0 .93
0 .01
0 .05
1 .02
1 ?
2
2
12
17
0 .03
0 .465
0 .005
0 .0042
7 .14*
110 .71 * *
1 .19
4 9.75
3 .88
3 .88
9 P.33
6 .93
6 .93
2 . 2 经济系数分析
经济系数是衡量“流”特性的重要指标 ,指生物产量转化为经济产量的效率 , 又称收获指数 ( 经济系数 =
经济产量/ 生物产量 ) ,经济系数反映了光合产物转运到结实器官中的能力。通过对夏玉米“京垦 114”经济
系数分析表明 , 处理 A? 经济系数最高 , 达 0.447, 比处理 A? 高 37.54% , 达极显著水平。处理 A? 、A? 差异
较小 ,说明传统施 N 和优化施 N 在提高夏玉米经济系数方面无明显差异。秸秆还田处理夏玉米经济系数变
化与秸秆不还田相似 ,处理 B? 最大 ,达 0 .440。传统施 N 和优化施 N 处理间经济系数差异不明显 , 但从经
济效益看 ,优化施 N 节省了大量 N 肥 ,减少了投入 , 经济效益明显提高 (见表 4)。
第 2 ?期 霍 竹等 : 秸秆还田与氮肥施用对夏玉米物质生产的影响研究 97
图 3 秸秆不还田( a)与秸秆还田 (b)处理夏
玉米穗位叶叶绿素变化动态
Fig .3 Chlorophyll dynamic changing of the ear leaf
of summer maize without straw(a)and with straw( b)
表 4 不同处理夏玉米生物产量与经济产量对比
Tab .4 Biology yield and economic yield of summer
maize in different treatments
处 理
Treatments
生物产量/ kg·hm - 2 ?
Biology yield
经济产量/ kg·hm- 2
Economic yield
经济系数/ %
Harvest index
A?
A?
A?
B?
B?
B?
14276 ?.0
15811 .0
15827 .5
14836 .0
16742 .1
16811 .8
4646 0.55
6614 .40
7067 .70
5485 .65
7297 .65
7385 .10
0 i.325
0 .418
0 .447
0 .370
0 .436
0 .440
3 小 结
秸秆还田和 N 肥施用均不同程度延缓夏玉米叶片衰老 , 延长夏玉米叶片功能期 , 促进叶片光合产物向
籽粒的转移 ,提高夏玉米产量。同时秸秆还田可减少由于秸秆焚烧造成的环境污染 ,且可培肥地力 , 提高玉
米产量 ,具有很好的社会和经济效益。优化施 N 则大大减少了 N 肥用量 ,经济效益显著提高。
参 考 文 献
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98 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷