王新媛，趙思達(dá)，鄭險(xiǎn)峰?，王朝輝,2，何剛

1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100

0 引言

【研究意義】作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀等養(yǎng)分資源，合理利用作物秸稈是實(shí)現(xiàn)資源高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，然而焚燒、丟棄秸稈的現(xiàn)象仍較普遍[1-2]?；试谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用為全球一半人口提供了食物[3]，施用化肥是提高作物產(chǎn)量的重要措施之一。然而，近年來(lái)過(guò)量施用化肥仍然突出。陜西關(guān)中平原的農(nóng)戶施肥調(diào)查結(jié)果顯示，58%的農(nóng)戶在小麥生產(chǎn)中過(guò)量施用氮肥[4]。這不僅導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低，也造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[5-6]。冬小麥-夏玉米輪作是我國(guó)糧食作物生產(chǎn)的主要制度之一，秸稈還田是當(dāng)前秸稈資源利用的主要方式之一。因此，研究小麥-玉米輪作區(qū)秸稈還田配施化學(xué)氮肥的產(chǎn)量效應(yīng)及氮素吸收利用，對(duì)糧食生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈含有氮素養(yǎng)分，通常認(rèn)為秸稈還田可替代部分化學(xué)氮肥。在陜西楊凌，連續(xù)5年秸稈還田在減少20%氮肥用量的條件下增加了小麥籽粒產(chǎn)量7%、提高了氮肥農(nóng)學(xué)效率15%[7]。水稻秸稈還田在減施27%氮肥的條件下保持了穩(wěn)產(chǎn)、提高氮肥農(nóng)學(xué)效率 50%[8]?？梢?jiàn)，秸稈還田在節(jié)約氮肥用量的同時(shí)能夠穩(wěn)產(chǎn)甚至增產(chǎn)，提高了化肥利用效率。然而，在陜西關(guān)中小麥-玉米輪作區(qū)常規(guī)施肥條件下，玉米秸稈全量還田未增加小麥產(chǎn)量[9]。青海連續(xù)19年的定位試驗(yàn)表明，在氮、磷、鉀施肥用量相同條件下，小麥秸稈半量還田對(duì)小麥產(chǎn)量無(wú)影響、全量還田減產(chǎn)14%[10]。這說(shuō)明通過(guò)田間定位試驗(yàn)研究小麥-玉米輪作體系下秸稈還田配施化學(xué)氮肥的產(chǎn)量效應(yīng)是必要的。土壤硝態(tài)氮淋溶是水體和大氣污染、生態(tài)環(huán)境惡化的重要影響因素[11]。較高的土壤硝態(tài)氮?dú)埩羰且鹜寥老鯌B(tài)氮淋溶的主要驅(qū)動(dòng)力，因此減少土壤硝態(tài)氮?dú)埩衾诮档陀捎谙鯌B(tài)氮淋溶引起的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。在山東兗州，玉米秸稈還田降低0—60 cm土層的硝態(tài)氮?dú)埩袅?1%—61%[12]。在云南大理，玉米秸稈還田降低油菜收獲后根層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?2%—55%[13]。然而，吉林四平試驗(yàn)報(bào)道在等量養(yǎng)分條件下，玉米秸稈全量還田增加玉米收獲期0—40 cm土層硝態(tài)氮?dú)埩袅?68%[14]?？梢?jiàn)，秸稈還田對(duì)作物收獲期土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅坑兄匾绊?，探索小?玉米輪作體系秸稈還田配施化學(xué)氮肥如何調(diào)控土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?，?duì)減少土壤硝態(tài)氮淋溶和保護(hù)環(huán)境有重要意義。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分輸入和輸出平衡對(duì)資源高效利用和環(huán)境保護(hù)十分重要[15]。秸稈還田和施氮量能調(diào)控作物氮素吸收利用，從而影響土壤氮素平衡。陜西關(guān)中小麥-玉米輪作區(qū)連續(xù)4年田間定位試驗(yàn)表明，在施氮量為330 kg·hm-2時(shí)，秸稈還田的作物累計(jì)吸氮量較秸稈不還田增加 13%，但對(duì)硝態(tài)氮?dú)埩袅繜o(wú)影響[16]。河北連續(xù)4年小麥-玉米輪作田間定位試驗(yàn)表明，在施氮量為200 kg·hm-2時(shí)，秸稈還田較秸稈不還田的氮盈余量增加128%[17]。因此，研究小麥-玉米輪作體系中秸稈還田配施化學(xué)氮肥的氮素平衡對(duì)氮素吸收利用和環(huán)境保護(hù)有重要意義?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】與單施氮肥相比，秸稈還田配施化學(xué)氮肥對(duì)作物產(chǎn)量和環(huán)境有重要影響。然而，目前秸稈還田和化學(xué)氮肥應(yīng)用的研究多基于短期田間試驗(yàn)，基于連續(xù)定位試驗(yàn)的小麥-玉米輪作體系，以作物氮素養(yǎng)分吸收-土壤硝態(tài)氮?dú)埩?土壤氮素平衡為主線的系統(tǒng)研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)連續(xù)7年田間定位試驗(yàn)，研究玉米秸稈還田配施化學(xué)氮肥對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量、地上部吸氮量、土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅考巴寥赖仄胶獾挠绊?，為秸稈還田條件下合理的氮肥管理以實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)、降低土壤硝態(tài)氮?dú)埩襞c淋溶提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于 2011—2018年在陜西省周至縣終南鎮(zhèn)王才屯村（東經(jīng) 108°22′4″，北緯 34°07′20″）進(jìn)行，試驗(yàn)點(diǎn)位于關(guān)中平原，屬半濕潤(rùn)易旱氣候，冬小麥-夏玉米輪作，一年兩熟。當(dāng)?shù)啬昃鶜鉁?3℃，平均海拔524 m，降水量674 mm，無(wú)霜期225 d。試驗(yàn)前0—20 cm 土層土壤的基本理化性狀為：有機(jī)質(zhì) 18.6 g·kg-1，全氮 1.13 g·kg-1，硝態(tài)氮 4.03 mg·kg-1，有效磷8.51 mg·kg-1，速效鉀 188 mg·kg-1，pH 7.28，土壤容重1.21 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)始于2011年10月，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為玉米秸稈還田和不還田2個(gè)水平，其中秸稈還田是將玉米秸稈機(jī)械粉碎后全量還田，在小麥播種前深翻（30 cm）入土，然后撒施肥料，用旋耕機(jī)旋耕 20 cm，再用帶有土壤壓實(shí)器的播種機(jī)播種；秸稈不還田是將玉米秸稈移出田塊，其他耕作措施同秸稈還田處理。副處理為5個(gè)施氮量處理，設(shè)置施氮水平分別為 0（N0）、84 kg·hm-2（N84，低氮肥用量）、168 kg·hm-2（N168，當(dāng)?shù)赝扑]氮肥用量）、252 kg·hm-2（N252，高氮肥用量）、336 kg·hm-2（N336，超高氮肥用量）。所有處理磷、鉀肥用量一致。2011年磷肥（P2O5）施用量為150 kg·hm-2、鉀肥（K2O）施用量為 135 kg·hm-2，2012—2018 年調(diào)整為 100 kg P2O5·hm-2和75 kg K2O·hm-2。氮肥用尿素，磷肥為過(guò)磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，60%氮肥和全部磷、鉀肥在小麥播前作底肥一次施入，其余40%氮肥在拔節(jié)期追肥。試驗(yàn)共10個(gè)處理，各處理重復(fù)4次，小區(qū)面積為35 m2。冬小麥品種為周麥23，小麥生育期不灌水。小麥?zhǔn)斋@后種植夏玉米，品種每年均為鄭單 958，播量 45 kg·hm-2，機(jī)械播種，施氮量 108 kg N·hm-2，磷肥用量138 kg P2O5·hm-2。冬小麥和夏玉米生長(zhǎng)期間管理措施均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶一致，按時(shí)防病蟲(chóng)害、除草。2011—2018年小麥播種量分別為 188、165、168、168、168、168、168 和 168 kg·hm-2，2012—2018 年玉米秸稈還田量分別為5 500、4 910、8 064、11 290、7 840、9 583 和 6 972 kg·hm-2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 冬小麥籽粒產(chǎn)量 在冬小麥成熟期各小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)1 m2大小、具有代表性的區(qū)域采集小麥植株，待小麥植株風(fēng)干后脫粒、稱重。取部分籽粒樣品，于65℃烘干至恒重，測(cè)定風(fēng)干樣的水分含量，計(jì)算小麥籽粒產(chǎn)量，并測(cè)定公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等指標(biāo)。此外，在各小區(qū)隨機(jī)采3個(gè)1 m長(zhǎng)的小麥樣段，用于測(cè)定植株各部分（籽粒、莖稈和穎殼）養(yǎng)分含量。小麥生物量和籽粒產(chǎn)量均以烘干質(zhì)量表示。

1.3.2 土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)，在每個(gè)小區(qū)采集0—200 cm土層土樣，每20 cm為一個(gè)土層采集，用AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量。

土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅浚╧g·hm-2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤硝態(tài)氮含量（mg·kg-1）/10。

1.3.3 籽粒含氮量及蛋白質(zhì)含量 隨機(jī)采取各小區(qū)3個(gè)1 m長(zhǎng)樣段的植物樣品按照籽粒、莖葉、穎殼分開(kāi)，于 105℃下殺青，65℃烘干至恒重、粉碎混勻。用H2SO4-H2O2消煮，用連續(xù)流動(dòng)分析儀（Auto analysis 3）測(cè)定消煮液氮素含量，籽粒含氮量乘以5.7即為籽粒蛋白質(zhì)含量[18]。

1.3.4 氮平衡 氮平衡=氮輸入-氮輸出。氮輸入=種子帶入氮+化肥氮+秸稈還田帶入氮+干濕沉降氮。氮輸出=籽粒攜出氮+秸稈收獲攜出氮。

種子帶入氮（kg·hm-2）=種子含氮量（g·kg-1）×播種量（kg·hm-2）/1000；

秸稈還田帶入氮（kg·hm-2）=秸稈還田量（kg·hm-2）×秸稈含氮量（g·kg-1）/1000。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用 Microsoft Excel 2013整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用SigmaPlot 12.5作圖，用SAS 9.2統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行裂區(qū)試驗(yàn)方差分析，秸稈還田為主區(qū)，氮肥用量為裂區(qū)。方差分析結(jié)果用最小顯著差異法（LSD）在 P＜0.05水平進(jìn)行多重比較。用回歸分析模擬氮肥用量與產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素、籽粒蛋白質(zhì)含量、地上部吸氮量及土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅块g的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1 秸稈還田和氮肥用量調(diào)控冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

分析連續(xù)7年的冬小麥產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)（表1），秸稈還田對(duì)小麥產(chǎn)量無(wú)顯著影響，而氮肥用量顯著影響小麥產(chǎn)量。與N0相比，N84、N168、N252、N336分別增產(chǎn)18%、24%、29%和24%（圖1-a）。秸稈還田和氮肥用量的交互效應(yīng)對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量有顯著影響。這主要表現(xiàn)在當(dāng)?shù)视昧繛?52和336 kg·hm-2時(shí)，秸稈還田處理較不還田處理增產(chǎn)5%—6%。然而與N252相比，N336處理的小麥籽粒產(chǎn)量平均減少3%—5%，說(shuō)明進(jìn)一步增加氮肥用量未能進(jìn)一步增產(chǎn)、甚至有減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)?？梢?jiàn)，盡管秸稈還田未顯著增產(chǎn)，但秸稈還田合理配施氮肥有增產(chǎn)趨勢(shì)，同時(shí)應(yīng)注意超高氮肥用量的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

秸稈還田對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成要素?zé)o顯著影響，而氮肥用量顯著影響產(chǎn)量構(gòu)成要素（表1）。與N0相比，施氮處理的小麥公頃穗數(shù)增加12%—16%（圖1-b），穗粒數(shù)增加8%—11%（圖1-c），千粒重減少3%—7%（圖1-d）。秸稈還田和氮肥用量的交互效應(yīng)顯著影響公頃穗數(shù)。與秸稈不還田相比，秸稈還田的公頃穗數(shù)在氮肥用量為252和336 kg·hm-2時(shí)增加了5%—7%。

表1 小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素、籽粒蛋白質(zhì)含量、地上部吸氮量和土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅康姆讲罘治鯰able 1 Analysis of variance of wheat grain yield, yield components, grain protein, aboveground N uptake, and NO3--N residue

2.2 秸稈還田和氮肥用量對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量和地上部吸氮量的影響

分析籽粒蛋白質(zhì)含量發(fā)現(xiàn)（表1），秸稈還田對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著影響，氮肥用量顯著影響小麥籽粒蛋白質(zhì)含量。與N0相比，N84、N168、N252、N336處理的籽粒蛋白質(zhì)含量分別增加16%、31%、32%、33%（圖 2-a）。秸稈還田對(duì)小麥地上部吸氮量無(wú)顯著差異，氮肥用量顯著影響地上部吸氮量。與N0相比，N84、N168、N252、N336處理的地上部吸氮量分別增加36%、64%、72%、72%（圖2-b）。秸稈還田和氮肥用量的交互效應(yīng)對(duì)地上部吸氮量有顯著影響。當(dāng)?shù)视昧繛?52和336 kg·hm-2時(shí)，秸稈還田處理的小麥地上部吸氮量較不還田的增加 5%—8%。總體來(lái)看，秸稈還田未顯著增加地上部吸氮量；無(wú)論秸稈是否還田，增加氮肥用量均顯著增加地上部吸氮量。

2.3 秸稈還田和氮肥用量對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅考捌浞植嫉挠绊?/h3>

分析冬小麥?zhǔn)斋@期0—200 cm土層的土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅靠芍ū?1），秸稈還田、氮肥用量及其交互作用均顯著影響土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?。與秸稈不還田相比，秸稈還田的土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅科骄黾?8%（圖3）。與N0相比，N84、N168、N252和N336處理的土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e增加了73%（56 kg N·hm-2）、327%（252 kg N·hm-2）、610%（469 kg N·hm-2）和881%（678 kg N·hm-2）。在 N0、N84、N168、N252、N336條件下，秸稈還田比秸稈不還田的土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e平均增加30%、7%、29%、20%、13%（圖3）。可見(jiàn)，秸稈還田措施和增加氮肥用量均使得土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅吭黾?；氮肥用量與土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅砍手笖?shù)關(guān)系，當(dāng)?shù)视昧砍^(guò)推薦量時(shí)，增加的土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅扛哂谠黾拥牡视昧俊?/p>

在高氮肥用量條件下，秸稈還田有增加深層土壤硝態(tài)氮含量的能力。以2018年為例，在N252和N336條件下，秸稈還田顯著增加了70—130 cm土層及130—170 cm土層的土壤硝態(tài)氮含量（圖4）。然而，在N0、N84和N168條件下，秸稈還田對(duì)剖面土層的土壤硝態(tài)氮含量無(wú)顯著影響。

2.4 秸稈還田和施氮量對(duì)表觀氮素平衡的影響

與秸稈不還田相比，秸稈還田有額外的秸稈投入，7年平均增加氮素養(yǎng)分投入29 kg·hm-2（表2）。然而，秸稈還田未顯著增加小麥地上部吸氮量（籽粒和秸稈氮攜出），故秸稈還田顯著增加了氮盈余。在N252、N336條件下，秸稈還田的氮盈余比秸稈不還田分別平均增加19%和15%。表2表明，氮盈余在N0、N84條件下為負(fù)值，這表明不施氮和低氮肥用量提供的氮素不足以滿足作物生長(zhǎng)所需氮素養(yǎng)分。N168處理在秸稈不還田條件下，土壤氮處于虧損狀態(tài)，秸稈還田后有效地彌補(bǔ)了氮虧損，使其處于合理狀態(tài)。進(jìn)一步增加氮肥用量，將大幅增加土壤氮盈余量，勢(shì)必會(huì)增大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

表2 2011-2018年冬小麥-夏玉米輪作體系表觀氮素平衡Table 2 Apparent N balance of winter wheat-summer maize rotation system during 2011 to 2018 (kg·hm-2)

3 討論

3.1 冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

秸稈還田可改善土壤理化性質(zhì)、維持土壤碳氮平衡、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，從而增加作物產(chǎn)量[12,20]。本研究結(jié)果證明，秸稈還田和氮肥用量對(duì)小麥產(chǎn)量有顯著的交互效應(yīng)。當(dāng)?shù)视昧繛?52和336 kg·hm-2時(shí)，秸稈還田處理較不還田處理增產(chǎn) 5%—6%，這主要?dú)w因于公頃穗數(shù)的增加（圖1）。

本研究結(jié)果表明，無(wú)論秸稈還田與否，施用氮肥均顯著增加小麥產(chǎn)量，氮肥用量過(guò)高時(shí)小麥有減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。在北京昌平試驗(yàn)站，冬小麥-夏玉米-春玉米輪作體系連續(xù)13年的田間定位試驗(yàn)結(jié)果顯示，高氮肥施入未能帶來(lái)相應(yīng)高的凈能量產(chǎn)出，適量氮肥投入獲得高的凈能量產(chǎn)出和凈能量產(chǎn)投比[21]。在山東禹城冬小麥-夏玉米輪作區(qū)連續(xù)22年田間試驗(yàn)也表明，高量施氮不能繼續(xù)提高小麥產(chǎn)量[22]。氮肥過(guò)量投入造成小麥貪青晚熟，遇干熱風(fēng)天氣致使小麥籽粒灌漿不足、千粒重降低，從而導(dǎo)致減產(chǎn)[23]。總的來(lái)看，秸稈還田配施氮肥用量能增加小麥公頃穗數(shù)，進(jìn)而提高小麥產(chǎn)量。然而，超高氮肥用量有減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 小麥?zhǔn)斋@期土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?/h3>

土壤硝態(tài)氮淋失是污染地下水、危害人類(lèi)健康的重要途徑之一。關(guān)中地區(qū) 50%—70%的降水集中在7—9月，冬小麥?zhǔn)斋@后殘留在土壤的硝態(tài)氮在降水作用下易發(fā)生淋失[24]。因此，減少土壤硝態(tài)氮?dú)埩羰墙档屯寥老鯌B(tài)氮淋溶的核心途徑之一。硝態(tài)氮在土壤剖面的殘留受施氮量和秸稈還田等因素影響[25]。本研究結(jié)果顯示，施氮在增加作物產(chǎn)量的同時(shí)也會(huì)增加土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅俊Ｔ陉兾麝P(guān)中連續(xù)7年小麥-玉米輪作田間試驗(yàn)[26]以及加拿大連續(xù) 27年田間試驗(yàn)的結(jié)果均表明，施用氮肥顯著增加土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅縖27]。更重要的是，土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅侩S氮肥用量呈指數(shù)增長(zhǎng)。這意味著當(dāng)?shù)视昧砍^(guò)作物生長(zhǎng)所需的推薦量時(shí)，增加的土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅扛哂谠黾拥牡视昧?。可?jiàn)，施用適量的氮肥對(duì)維持作物產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅康钠胶庥蟹e極效應(yīng)。

與秸稈不還田相比，秸稈還田增加土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?8%。這一方面因?yàn)榻斩掃€田對(duì)土壤硝態(tài)氮具有一定的固持作用，在一定范圍內(nèi)有能力減少土壤硝態(tài)氮淋失[20]；另一方面玉米秸稈還田后為土壤提供了額外的氮素，當(dāng)小麥產(chǎn)量和地上部吸氮量未顯著增加時(shí)，則會(huì)有更多未被小麥吸收利用的氮素殘留在土壤中。而當(dāng)秸稈還田配施適宜氮肥顯著增產(chǎn)時(shí)，許多報(bào)道表明秸稈還田可降低土壤剖面硝態(tài)氮?dú)埩?。然而，?dāng)?shù)适┯昧繃?yán)重過(guò)量時(shí)，殘留的土壤硝態(tài)氮將可能超過(guò)秸稈的固持能力，從而導(dǎo)致淋溶。本研究在 N252和N336條件下，秸稈還田處理由于額外的秸稈氮投入導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅匡@著增加。這可能是由于較高的土壤硝態(tài)氮含量在降水作用下脫離秸稈固持能力的束縛，移動(dòng)到下層土壤中[17]?？偟膩?lái)看，秸稈還田能增加小麥?zhǔn)斋@期殘留的土壤氮素，但應(yīng)防止過(guò)量施用肥料氮帶來(lái)的土壤硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 土壤表觀氮素平衡

過(guò)多的肥料氮施用會(huì)導(dǎo)致氮肥利用率降低、作物產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低[28]。施用的肥料氮一部分被作物吸收利用，一部分殘留在土壤中。殘留在土壤中的氮素養(yǎng)分或隨降水淋溶到土壤深層、或隨徑流進(jìn)入地表水，污染水資源[24]；或經(jīng)氨揮發(fā)、硝化-反硝化作用以氣體形式進(jìn)入大氣，污染大氣[29-30]，保持土壤表觀氮素平衡對(duì)維持作物穩(wěn)產(chǎn)、降低環(huán)境污染具有重要意義。本研究結(jié)果表明，秸稈還田顯著增加了小麥-玉米輪作體系的氮盈余量，這是由于秸稈還田增加了農(nóng)田氮素養(yǎng)分的輸入量，但并未增加籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量和地上部吸氮量等輸出項(xiàng)，從而增加了土壤氮盈余量。在河南滑縣也報(bào)道了秸稈還田的氮盈余量比秸稈不還田增加 6%[31]。研究結(jié)果還表明，土壤氮盈余量隨氮肥用量的增加而增加。相似的結(jié)果在江蘇徐州試驗(yàn)站也有報(bào)道[32]。相對(duì)于秸稈還田，氮肥用量對(duì)土壤氮盈余量影響更大。盡管本研究在分析小麥-玉米輪作體系下農(nóng)田氮素平衡時(shí)未考慮土壤凈氮礦化和表觀氮損失，但這并未低估秸稈還田和氮肥用量對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表觀氮素平衡的重要作用。

總的來(lái)看，秸稈還田與高氮肥用量結(jié)合有能力增加小麥產(chǎn)量，但導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅亢偷嗔枯^高，因此提高秸稈還田條件下的氮肥管理水平對(duì)糧食生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)非常重要。綜合考慮小麥籽粒產(chǎn)量、小麥?zhǔn)斋@期土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅亢屯寥辣碛^氮素平衡，秸稈還田配施 168 kg·hm-2氮肥能在維持小麥籽粒產(chǎn)量的同時(shí)使土壤硝態(tài)氮?dú)埩艉屯寥辣碛^氮平衡處于理想狀態(tài)。

4 結(jié)論

連續(xù)7年的田間定位試驗(yàn)表明秸稈還田未提高小麥產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量和地上部吸氮量。與不施用氮肥相比，施用氮肥的籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量和地上部吸氮量分別增加18%—29%、16%—33%和36%—72%。秸稈還田和氮肥用量對(duì)小麥產(chǎn)量和地上部吸氮量有交互效應(yīng)。與秸稈不還田相比，秸稈還田在氮肥用量為252和336 kg·hm-2時(shí)平均增產(chǎn)5%—6%，平均增加地上部吸氮量5%—8%。秸稈還田使土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅科骄黾?18%，增加的硝態(tài)氮主要分布在70—170 cm土層。施用氮肥使土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅科骄黾?3%—881%。采用秸稈還田和增加氮肥用量均增加氮盈余，相對(duì)于秸稈還田，氮肥用量對(duì)土壤氮盈余量影響更大?？偟膩?lái)看，秸稈還田配施高氮肥用量有能力增加小麥產(chǎn)量和地上部吸氮量，但同時(shí)增加了土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅亢偷嗔?，?dǎo)致更大的環(huán)境代價(jià)。綜合考慮小麥籽粒產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮?dú)埩艉屯寥辣碛^氮平衡等，全量秸稈還田（年均還田量7 933 kg·hm-2）配施168 kg·hm-2氮肥更利于維持小麥產(chǎn)量和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。