，， ， ，，

(1.黑龍江大學(xué) 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引 言

黑龍江省作為糧食種植的第一大省，近年來(lái)春玉米每年種植面積在600萬(wàn)hm2以上，隨著春玉米產(chǎn)量的不斷提高，玉米秸稈量也在不斷增加。受技術(shù)條件的限制，玉米秸稈的利用率并不高，大部分玉米秸稈被焚燒，從而引起大氣污染等環(huán)境問題[1-2]。秸稈覆蓋作為秸稈還田提高秸稈利用率的常見方式之一，對(duì)養(yǎng)分資源的循環(huán)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。然而，玉米秸稈碳氮比值較高，在其分解過程中與土壤微生物爭(zhēng)奪氮素而影響作物的生長(zhǎng)[3-4]。為提高作物產(chǎn)量盲目地大量施用氮肥，不僅沒有提升作物產(chǎn)量還會(huì)降低氮肥利用效率。因此，研究秸稈覆蓋下氮肥配施量對(duì)作物產(chǎn)量的增加及氮肥利用效率的提高具有重要的意義。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外秸稈覆蓋的研究多數(shù)集中在土壤水分狀況[5-7]、土壤肥力[8-10]及土壤溫度等方面，只有少數(shù)的研究集中在秸稈覆蓋后作物產(chǎn)量及肥料利用率上，且研究的結(jié)果還不一致[11-13]。關(guān)于秸稈覆蓋配施氮肥對(duì)東北春玉米產(chǎn)量及在農(nóng)田黑土上氮肥利用效率的研究還少有報(bào)導(dǎo)。本文以此為切入點(diǎn)，利用呼蘭區(qū)秸稈還田試驗(yàn)研究平臺(tái)，研究了不同施氮量水平下秸稈覆蓋對(duì)春玉米產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響，旨為農(nóng)田黑土區(qū)秸稈全量覆蓋還田氮肥的合理施用及玉米增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)于2017年4月末在黑龍江省哈爾濱市呼蘭區(qū)(126.58°E，45.90°N)進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)區(qū)位于黑龍江省第一積溫帶，年平均氣溫3.3 ℃，7月份平均氣溫23.1 ℃，1月份平均氣溫19.4 ℃。年平均降水量505.4 mm，≥10 ℃的有效積溫2 700 ℃，土壤類型為薄層黑土(均腐土，CST)，試驗(yàn)前土壤有機(jī)碳19.05 g·kg-1，全氮1.79 g·kg-1，全磷0.35 g·kg-1，速效氮134 mg·kg-1，有效磷76.6 mg·kg-1，pH為6.02。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)始于2015年，每年秋天玉米收獲后，將玉米秸稈破碎進(jìn)行覆蓋。試驗(yàn)包括了秸稈覆蓋和施氮量水平兩個(gè)因素，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，秸稈覆蓋為主因素，施氮量水平為副因素，3次重復(fù)。秸稈覆蓋包括秸稈覆蓋、秸稈不覆蓋兩個(gè)處理，秸稈覆蓋量為7 500 kg·hm-2，氮肥為尿素(含N 46%)，施氮量設(shè)4個(gè)施氮水平(純N)(0、135 kg·hm-2、180 kg·hm-2、225 kg·hm-2)，所有施氮肥的處理，施氮量的2/3在玉米拔節(jié)期左右追施，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，P2O5為150 kg·hm-2，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 50%)，K2O為75 kg·hm-2，試驗(yàn)每個(gè)副區(qū)的面積為24 m2，供試的玉米品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N禾豐6號(hào)，于2017年5月5日人工播種，9月26日收獲，整個(gè)生育期人工追肥、除草管理。

1.3 樣品采集與測(cè)定

在春玉米的收獲期，每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)2 m2樣方用于統(tǒng)計(jì)測(cè)產(chǎn)，重復(fù)3次，然后整個(gè)小區(qū)全部收獲，風(fēng)干后測(cè)春玉米產(chǎn)量并對(duì)春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行調(diào)查，計(jì)算春玉米的穗數(shù)、穗粒數(shù)及百粒重。

1.4 計(jì)算公式及統(tǒng)計(jì)方法

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)玉米產(chǎn)量-不施氮區(qū)玉米產(chǎn)量)/氮肥施用量[14]；

氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量[14];

利用SPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用Duncan多重檢驗(yàn)法對(duì)各個(gè)處理進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，Sigma plot12.0繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量水平下秸稈覆蓋對(duì)春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

無(wú)論有無(wú)秸稈覆蓋，春玉米株高、穗長(zhǎng)及穗粗均呈現(xiàn)出隨施氮量的增加而增加的趨勢(shì)，且增加的幅度分別為1.08%～23.9%、3.23%～23.4%和2.65%～6.96%之間，施氮量在(純N)225 kg·hm-2時(shí)，達(dá)到最高，見表1。與無(wú)秸稈覆蓋相比，在施氮量(純N)(0～180 kg·hm-2)較低時(shí)，秸稈覆蓋降低了春玉米株高、穗長(zhǎng)和穗粗，降低的幅度分別在2.71%～6.55%、4.26%～10.1%和3.92%～7.74%；而在施氮量(純N)(225 kg·hm-2)較高時(shí)，秸稈覆蓋使春玉米株高增加了6.41%、穗長(zhǎng)增加6.38%、穗粗增加5.67%，且與其它施氮量水平之間差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，說明在施氮量較低的情況下，秸稈覆蓋不利于春玉米生長(zhǎng)，只有適當(dāng)增加氮肥的施用量，秸稈覆蓋才利于春玉米生長(zhǎng)。不同施氮量水平下秸稈覆蓋對(duì)春玉米百粒重影響與對(duì)株高、穗長(zhǎng)和穗粗的影響規(guī)律基本一致，在施氮量為(純N)225 kg·hm-2時(shí)，秸稈覆蓋比無(wú)秸稈覆蓋百粒重增加4.29%。但施氮量(純N)225 kg·hm-2與施氮量(純N)180 kg·hm-2之間沒有達(dá)到差異顯著水平(P>0.05)。不同施氮量水平下秸稈覆蓋對(duì)春玉米禿尖、行數(shù)和行粒數(shù)影響沒有表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。

表1 不同施氮量水平秸稈覆蓋對(duì)春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 1 Yield components in different nitrogen application rates under straw cover

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different letters mean significant difference at 0.05 level.The same is as below.

2.2 不同施氮量水平下秸稈覆蓋對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

無(wú)論有無(wú)秸稈覆蓋，不同施氮量水平下春玉米產(chǎn)量變化的規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)出隨施氮量的增加春玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，見圖1，施氮量在225 kg·hm-2時(shí)春玉米的產(chǎn)量最高，分別為12 046 kg·hm-2、12 928 kg·hm-2，其次為施氮量180 kg·hm-2時(shí)春玉米產(chǎn)量分別為11 321 kg·hm-2、10 834 kg·hm-2，不施氮肥的春玉米產(chǎn)量最低，分別為8 977 kg·hm-2、7 987 kg·hm-2。與無(wú)秸稈覆蓋相比，秸稈覆蓋施氮量在0、135 kg·hm-2、180 kg·hm-2水平下春玉米產(chǎn)量分別降低了11.0%、7.68%和4.30%。只有在施氮量達(dá)到225 kg·hm-2時(shí)，秸稈覆蓋下春玉米產(chǎn)量顯著高于無(wú)秸稈覆蓋下春玉米產(chǎn)量6.82%(P<0.05)，說明只有在高氮水平下秸稈覆蓋對(duì)春玉米產(chǎn)量的增加是有利的。本研究中的4個(gè)氮肥水平，以施氮量在225 kg·hm-2配合秸稈覆蓋方式在實(shí)際運(yùn)用的價(jià)值較高。

2.3 不同施氮量水平下秸稈覆蓋對(duì)春玉米氮肥利用效率的影響

用以表征農(nóng)田肥料利用效率最常用的是肥料農(nóng)學(xué)利用效率和肥料偏生產(chǎn)力。不同施氮量水平下秸稈覆蓋對(duì)春玉米的肥料農(nóng)學(xué)利用效率、肥料偏生產(chǎn)力的影響，見表2。不同施氮量水平氮肥農(nóng)學(xué)利用效率呈現(xiàn)出隨施氮量增加而增高的趨勢(shì)，增加的幅度為8.27%～22.0%。與無(wú)秸稈覆蓋相比，秸稈覆蓋下不同施氮量水平春玉米氮肥農(nóng)學(xué)利用效率較高，分別比無(wú)秸稈覆蓋高1.59%、2.80%和8.32%。肥料偏生產(chǎn)力是指施氮區(qū)產(chǎn)量與氮肥施用量的比值。無(wú)論是有無(wú)秸稈覆蓋，不同施氮量水平肥料偏生產(chǎn)力均呈現(xiàn)出隨氮肥施用量的增加而降低的趨勢(shì)，降低幅度分別在74.8%～53.5%和69.0%～57.5%之間。與無(wú)秸稈覆蓋相比，秸稈覆蓋下各施氮量水平降低幅度較小。

圖1 不同施氮量水平秸稈覆蓋對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響Fig.1 Maize yields in different nitrogen application rates under straw cover

表2 不同施氮量水平秸稈覆蓋對(duì)春玉米氮肥利用率的影響Table 2 Nitrogen utilizaiton efficiencies in different nitrogen application rates under straw cover

3 討 論

關(guān)于秸稈覆蓋對(duì)作物產(chǎn)量的影響，國(guó)內(nèi)外很多研究認(rèn)為，秸稈覆蓋后主要減少土壤水分蒸發(fā)量，使玉米有一個(gè)適宜的水分環(huán)境，增強(qiáng)了土壤保墑的能力，提高了土壤水分的利用效率，從而對(duì)玉米的生長(zhǎng)和產(chǎn)量產(chǎn)生影響。氮肥的施用是提高作物產(chǎn)量的有效手段之一[15]，但當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平后，作物產(chǎn)量會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)[16]。本研究中，在低施氮量(純N)(0～180 kg·hm-2)下秸稈覆蓋后降低了春玉米株高、穗長(zhǎng)、穗粗和百粒重等主要的產(chǎn)量構(gòu)成因素，對(duì)春玉米的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響，這與李洪文等研究認(rèn)為秸稈覆蓋后可增加玉米千粒重、提高產(chǎn)量的結(jié)論相反[17]，主要原因應(yīng)與秸稈的覆蓋量、研究區(qū)域的溫度有關(guān)[18]。本研究中玉米秸稈覆蓋是秸稈全部還田覆蓋，秸稈覆蓋量較大，導(dǎo)致春玉米生長(zhǎng)初期地溫偏低，使玉米生育期延遲，籽粒灌漿受到影響，進(jìn)而使產(chǎn)量降低[19]。但在施氮量達(dá)到(純N)225 kg·hm-2時(shí)，秸稈覆蓋促進(jìn)了春玉米的生長(zhǎng)，增加了春玉米株高、穗長(zhǎng)、穗粗、百粒重和產(chǎn)量，這進(jìn)一步說明秸稈覆蓋對(duì)玉米產(chǎn)量的影響與氮肥的供應(yīng)水平有很大的關(guān)系。本研究將秸稈覆蓋條件下氮肥施用量、產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示氮肥施用量與產(chǎn)量間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.9015)，證明了玉米產(chǎn)量在秸稈覆蓋條件下受氮肥施用量的影響。單鶴翔的研究曾指出，秸稈還田的條件下，土壤供氮水平是主要的影響因素[20]。秸稈覆蓋下地溫雖低，但充足的氮肥供應(yīng)量提高了土壤養(yǎng)分，改善土壤的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)[21-22]，從而增強(qiáng)了春玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，使春玉米的產(chǎn)量高于無(wú)秸稈覆蓋下春玉米的產(chǎn)量。本研究中，秸稈覆蓋下春玉米氮肥農(nóng)學(xué)利用效率表現(xiàn)出隨施氮量的增加而增加的趨勢(shì)，偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加而呈遞減的趨勢(shì)，說明秸稈覆蓋后作物產(chǎn)量及氮肥的利用效率與施氮量有關(guān)，綜合考慮氮肥農(nóng)學(xué)利用效率與偏生產(chǎn)力可以反映出施肥量實(shí)際價(jià)值，本研究中施氮量(純N)225 kg·hm-2時(shí)，獲得的產(chǎn)量最高，氮肥利用效率較高，偏生產(chǎn)力與施氮量(純N)180 kg·hm-2時(shí)接近，進(jìn)一步說明秸稈覆蓋下適當(dāng)提高氮肥的施用量在生產(chǎn)中實(shí)際運(yùn)用的價(jià)值較高。

4 結(jié) 論

不同施氮量下秸稈覆蓋對(duì)春玉米產(chǎn)量及氮肥利用效率產(chǎn)生影響。在低施氮量下(純N)(0～180 kg·hm-2)，秸稈覆蓋會(huì)降低春玉米株高、穗長(zhǎng)、穗粗及百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素，不利于春玉米生長(zhǎng)，降低產(chǎn)量；在高施氮量(純N)225 kg·hm-2下，秸稈覆蓋后促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，提高玉米株高、穗長(zhǎng)、穗粗和百粒重，增加春玉米的產(chǎn)量。秸稈覆蓋利于氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的提高，且其隨著施氮量的增加而增加，氮肥偏生產(chǎn)力則呈遞減趨勢(shì)，綜合施氮量、秸稈覆蓋和產(chǎn)量，以施氮量為225 kg·hm-2配合秸稈覆蓋方式在實(shí)際運(yùn)用的價(jià)值較高。

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