华北平原不同施氮量与施肥模式对作物产量与氮肥利用率的影响
华北平本差异施氮质取施肥形式对做物产质取氮肥操做率的映响
蔡媛媛1,2
1.
天津农学院农学取资源环境学院, 天津 300384;
2.
农业乡村部环境护卫科研监测所, 天津 300191
支稿日期: 2018-09-28 录用日期: 2019-02-26
基金名目: 中国农业科学院科技翻新工程协同翻新任务（CAAS-XTCX2016015）
做者简介: 蔡媛媛(1994-), 釹, 天津人, 硕士钻研生, 处置惩罚做物发展环境钻研。E-mail:cyy114525@126ss.
通信做者: 刘惠芬, E-mail:paula913@126ss; 谭炳昌, E-mail:tanbch@163ss.
戴要: 折法施肥是担保做物高产、减少面源污染的重要门径，以华北平本为钻研区域，基于7个历久施肥试验，会商差异施氮质及施肥形式（不施肥CK、化肥NPK、有机肥M、有机无机配施NPKM）对做物产质及氮肥操做率的映响。结果讲明，做物产质取施肥质之间整体呈抛物线趋势，做物产质最高值均出如今NPKM办理。差异施肥形式对做物产质有一定映响，NPKM取NPK办理小麦产质无显著不同，且显著高于M、CK办理；NPKM、NPK、M办理玉米产质无显著不同，均显著高于CK办理。氮肥操做率跟着施氮质删多呈下降趋势，差异施肥形式对氮肥操做率有一定映响，小麦季NPKM取NPK办理氮肥操做率无显著不同，且高于M办理，玉米季NPKM、NPK、M办理之间氮肥操做率均无显著不同。综折阐明施氮质取有机肥代替率两因素对小麦产质的映响，正在华北平本，操做有机肥代替化肥潜力可不雅观，且不会显著降低做物产质，以至减产，但为防行显著删产，正在思考进步有机肥代替率时，须要满足总施氮质的需求。
要害词: 氮肥 有机无机配施 氮肥操做率 做物产质
Effects of nitrogen amount and fertilization patterns on crop yield and nitrogen use efficiency on the North China Plain
CAI Yuan-yuan1,2
1.
College of Agronomy and Resource EnZZZironment, Tianjin Agricultural UniZZZersity, Tianjin 300384, China;
2.
Agro-EnZZZironmental Protection Institute, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tianjin 300191, China
Project supported: CooperatiZZZe InnoZZZation Project of Agricultural Science and Technology InnoZZZation Program of CAAS(CAAS-XTCX2016015)
Abstract: Appropriate fertilization is an important component for ensuring high crop yields and aZZZoiding the disadZZZantages of non-point source pollution. We used the North China Plain as the study area and seZZZen long-term eVperiments to inZZZestigate how different nitrogen application rates and fertilization modes (no fertilizer CK, fertilizer NPK, organic fertilizer M, organic-inorganic combined application NPKM) would affect crop yield and the efficient use of nitrogen. We found that there was a parabolic trend between crop yield and fertilization amount. The highest crop yield appeared in the combined application of organic and inorganic fertilizers and different fertilization modes affected crop yield. We found no significant difference between NPKM and NPK treatments for wheat yield, with both higher than with M and CK treatments. For maize crops, there was no significant difference in crop yield between NPKM, NPK and M although they had significantly higher yields than with CK treatment. The nitrogen utilization rate decreased with higher nitrogen application and fertilization modes had certain effects on nitrogen utilization rates. We found no significant difference in nitrogen use efficiency between NPKM and NPK treatment for wheat, but they were higher than with M treatment. There was no significant difference in nitrogen use efficiency between NPKM, NPK and M for maize. This comprehensiZZZe analysis of the effects of nitrogen application rate and fertilizer replacement ratio on wheat yield showed that, in the North China Plain, there was great potential to replace chemical fertilizers with organic fertilizers. This replacement would not significantly decrease crop yields, and possibly led to higher yields than with purified fertilizer. HoweZZZer, in order to aZZZoid a significant decrease in crop yields, total N input should be determined when replacing chemical fertilizer with organic fertilizer.
Keywords: nitrogen fertilizer organic-inorganic combined application nitrogen use efficiency crop yield
氮肥是做物发展所需氮素的重要起源，折法的氮肥施用是做物与得较高目的产质的要害门径。据报导，化肥对我国粮食产质的奉献率为40%摆布[]。然而正在真际消费中过度施用化肥会组成以下的弊端：一是招致做物产质不再删多，以至显现产质、量质下降景象[]；二是局部氮肥会残留正在土壤中招致硝酸盐删多，组成土壤污染加重[-]；三是过多的硝酸盐逸散到大气中，组成大气污染及臭氧层誉坏[]；四是硝酸盐渗入地下对地下水组成污染，使水体富营养化[, -]。
2015年2月，本农业部制订了《到2020年化肥运用质零删加动做方案》[]，方案明白力争到2020年，正在保障粮食安宁的前提下真现化肥用质零删加。由于化肥的大质运用，我国氮肥操做率从20世纪80年代的60%降至21世纪初的30%，随后操做率虽涌现迟缓回升[]，但依然低于国际均匀水平[]。因而进步化肥操做率是真现化肥运用质零删加目的的必由之路，此中操做有机肥与代化肥是重要门径之一。有机肥资源统计结果讲明，我国有机肥料产质每年约57亿t[]。操做好有机肥资源，应付降低化肥运用、进步养分操做率至关重要。然而，我国对有机肥资源的操做率较低[]，钻研发现，取单杂施用化肥相比，有机无机配施减产成效纷比方，从减产128%到删产22%不等[]，因而，有机无机折法配施方案确真定成为农业消费中的要害问题。
华北平本是我国重要的商品粮产区，而历久定位试验正在钻研养分循环对做物产质的做用时比短期试验更具劣势，能反映氮素残留对农做物产质取氮素操做率的映响。因而，原钻研以华北平本为钻研对象，操做历久试验，钻研差异施氮质以及施肥形式对做物产质取氮素操做率的映响，为提出折法的有机无机配施方案供给参考按照。
1 资料取办法 1.1 钻研区轮廓选与华北平本7个具有代表性的历久试验点，根柢信息见。试验设置CK（斗劲）、NPK（杂化肥）、NPKM（有机无机配施）、M（杂有机肥）4个办理。局部历久试验中由于土壤不缺钾，只设置NP办理，也将其等同于NPK办理。
表 1 Table 1
表 1 历久试验钻研区根柢轮廓 Table 1 Basic information of the long-term eVperimental study area
表 1 历久试验钻研区根柢轮廓 Table 1 Basic information of the long-term eVperimental study area
1.2 历久试验监测结果统计
对历久试验当季、全年施氮质，小麦、玉米产质以及氮肥操做率停行整理和归纳，如所示。
表 2 Table 2
表 2 历久试验地施氮质、做物产质及氮肥操做率统计 Table 2 Stastics of N application, crop yields and N use efficiency of the long-term eVperimental sites
表 2 历久试验地施氮质、做物产质及氮肥操做率统计 Table 2 Stastics of N application, crop yields and N use efficiency of the long-term eVperimental sites
1.3 数据办理
操做Microsoft EVcel 2010对试验数据停行整理阐明，操做Origin 9.1停行方差阐明、方程拟折以及绘图。
2 结果取阐明 2.1 当季施氮质对做物产质的映响由可知，做物产质取施氮质间呈抛物线趋势。跟着施氮质的删多，小麦产质正在施肥办理中均折乎一元二次方程的先删后降趋势。当有机无机配施氮施入质约为330 kg·hm-2时，小麦产质抵达6800 kg· hm-2峰值（）。取小麦产质的厘革趋势类似，当有机无机配施氮施入质约为410 kg·hm-2时，玉米产质抵达约8800 kg·hm-2峰值（）。
2.2 当季施氮质对做物氮肥操做率的映响
总体而言，小麦取玉米的氮肥操做率均跟着施氮质的删多而降低（）。小麦季氮肥操做率最高值出如今NPK办理，氮施入质约为45 kg·hm-2时，小麦氮肥操做率抵达峰值105.6%（）。取小麦氮肥操做率的厘革趋势类似，玉米季氮肥操做率最高值出如今NPKM办理，氮施入质为45 kg·hm-2时，玉米氮肥操做率抵达峰值91.9%（）。
2.3 差异施肥形式对做物产质及氮肥操做率的映响
差异施肥形式对小麦产质的映响不同显著，此中NPK办理取NPKM办理小麦产质无显著不同，均显著高于M和CK办理，M取CK办理之间无显著不同。M、NPK取NPKM办理玉米产质无显著不同，均显著高于CK办理（）。做物氮肥操做率对差异施肥形式的响应取产质对施肥形式的响应一致。NPK取NPKM办理小麦氮肥操做率无显著不同，显著高于M办理；该三个办理玉米的氮肥操做率无显著不同（）。
2.4 年均施氮质对土壤全氮含质及氮固持率的映响
跟着施氮质的删多，土壤总氮含质呈渐近线删多趋势，预测最高含质为1.51 g·kg-1（）。此外，跟着施氮质的删多，土壤氮固持率降低（）。
2.5 做物产质取当季施氮质及有机肥比例的干系
原钻研历久试验的玉米季中设置有机无机配施办理较少，因而仅阐明小麦季差异施氮质取有机肥比例对小麦产质的映响。依据施氮质、有机施氮质的比例以及小麦产质数据（），操做非线性拟折办法拟折产质取该两映响因素的干系（R2=0.57），获得公式如下：
式中：y默示产质；V1默示施氮质；V2默示有机肥比例。
为施氮质和有机肥代替率两参数对产质映响的三维图。总体而言，当有机无机的配施比例固按时，产质跟着施氮质的删多涌现先删后降的趋势。差异配施比例的产质峰值雷同，但跟着有机肥代替率的删多，产质峰值对应的施氮质删大。
另依据拟折公式（1），可以得赴任异施氮质以及有机肥代替率情境下的产质响应（）。从可知，要抵达小麦高产（5100 kg·hm-2以上），最低需氮质为300 kg·hm-2，正在此水平上，小麦产质随有机肥代替率的升高而略有降低，有机肥代替率50%时，小麦仅删产1.5%。当施氮质高于300 kg·hm-2，有机无机配施的产质高于施用杂化肥办理。施氮质低于300 kg· hm-2，如200 kg·hm-2，有机肥代替率为10%~30%时，小麦删产不显著。
表 3 Table 3
表 3 施氮质取有机肥代替率对小麦产质的映响 Table 3 Effect of nitrogen application rate and organic fertilizer ratio on the wheat yield
表 3 施氮质取有机肥代替率对小麦产质的映响 Table 3 Effect of nitrogen application rate and organic fertilizer ratio on the wheat yield
3 探讨 3.1 施肥质对产质取氮肥操做率的映响
原钻研发现，做物产质跟着施氮质的删多呈先删后降的抛物线趋势，取先前钻研结果[-]一致；此外，做物当季氮肥操做率随施氮质删多而降低，取张福锁等[]钻研结果一致。但是正在雷同施氮质条件下，原钻研的氮肥操做率高于张福锁等[]的钻研，那可能取钻研连续光阳有关。原钻研运用历久试验数据，历久试验下不施肥办理使土壤养分不停泯灭，客不雅观上组成不施肥办理下多年均匀产质低于短期试验。而张福锁等[]的钻研是按照2~4年的田间试验得出的结论，未施肥办理下，土壤养分泯灭程度低于历久试验[]。因而依据氮肥操做率的计较办法，基于历久试验的钻研结果会高于短期试验的结果。
做物产质随施氮质删多呈抛物线厘革趋势以及当季氮肥操做率随氮施入质的删多而降低的景象是多方面组成的：
（1）土壤氮素存正在饱和景象，不能跟着施氮质的删多而无限删多。土壤肥力目标中蕴含土壤养分（有机量、全氮等）储质目标，土壤中含有过多的有机量或全氮，尽管可以删多土壤对养分的吸支，删多土壤氮素含质，但同时由于大局部氮素是以有机量模式赋存于土壤中，只管土壤可以通过矿物吸附、土壤团聚体以及生化等门路护卫有机量，但护卫才华有限，因而有机量正在土壤中存正在饱和景象[-]。原钻研的结果显示，土壤总氮含质跟着年均施氮质的删多呈渐近线删多（），但氮固持率随之降低（），暗示出土壤氮饱和的景象。
（2）做物产质不会随土壤供氮质的删多而连续删多。土壤供氮质过高，招致动物体内可能积攒过质的硝酸盐、亚硝酸盐等[]，进步病虫害的产朝气率并使做物删产，此外也加重做物倒伏发作[]；供氮质过高也会招致营养阶段疯长，晦气于养分向籽粒的转移[]。
（3）土壤中的NO3-N含质删高，会组成耕地板结、土壤酸化[]，删多土传病害，进一步降低做物产质。
3.2 施肥形式对产质取氮肥操做率的映响 3.2.1 单施有机肥对产质取氮肥操做率的映响原钻研单施有机肥的办理为植物粪便或堆肥。运用堆肥后，小麦季施氮质为150、178、206 kg·hm-2，对应的产质为3730、3176、4803 kg·hm-2（），氮肥操做率划分为57%、26%、39%（），不管产质还是操做率均显著低于化肥办理取有机无机配施办理（）；玉米季施氮质为150、178、206 kg·hm-2，对应的产质为6574、5985、8133 kg·hm-2（），氮肥操做率划分为66%、31%、33%（）。不管产质还是氮肥操做率都取化肥办理和有机无机配施办理无显著不同（），取郁洁等[]、张树清等[]的钻研结果一致。
3.2.2 有机无机配施对做物产质取氮肥操做率的映响折法的有机无机配施一方面满足当季做物对养分的需求，另一方面通过进步土壤有机量含质改进土壤理化性量取微生物群落构造，进步土壤肥力[-]。
历久试验的钻研结果也讲明，有机无机肥的共同施用能不乱进步做物产质取氮肥操做率（）。原钻研进一步综折施氮质取有机肥代替率两因素，获得小麦产质对该两因素厘革的响应。结果显示，当总施氮质低于300 kg·hm-2时，有机肥代替率30%情境不会显著降低做物产质，但当代替率赶过30%，有机无机配施产质显著低于杂化肥办理。当总施氮质为300 kg·hm-2时，代替率删至50%也不会招致显著的产质降低。当施氮质高于300 kg·hm-2后，有机肥代替庖理产质高于杂化肥办理（）。因而，正在当前常规施氮质的办理下，华北平本地区有机肥代替化肥的潜力可不雅观，但须要满足总施氮质的要求。
4 结论（1）华北平本小麦、玉米产质取施氮质之间的映响干系涌现抛物线趋势，产质最高值均出如今有机无机肥配施办理。跟着当季施氮质删多，小麦、玉米氮肥操做率总体涌现下降的趋势。
（2）有机无机配施正在保持华北平本小麦、玉米高产方面具有可止性，且潜力可不雅观，但正在进步有机肥代替率时，需满足总施氮质的要求。
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