陇东旱塬覆膜玉米产量和氮肥...用率对秸秆还田与减氮的响应_党翼.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2021-0626党翼，张建军，赵刚，王磊，周刚，樊廷录，李尚中.陇东旱塬覆膜玉米产量和氮肥利用率对秸秆还田与减氮的响应.草业科学,2023,40(1):236-248.DANGY,ZHANGJJ,ZHAOG,WANGL,ZHOUG,FANTL,LISZ.ResponseofyieldandnitrogenuseefficiencyofmaizewithplasticmulchingtostrawreturningandnitrogenreductioninthedrylandregionoftheLoessPlateauofGansueastern.PrataculturalScience,2023,40(1):236-248.陇东旱塬覆膜玉米产量和氮肥利用率对秸秆还田与减氮的响应党翼，张建军，赵刚，王磊，周刚，樊廷录，李尚中（甘肃省农业科学院旱地农业研究所,甘肃兰州730070）摘要：为探索秸秆还田与减氮对旱地覆膜玉米(Zea mays)产量、土壤氮素形态及氮肥利用率(NUE)的影响，开展了连续 5 年的玉米连作定位试验，处理包括常规施氮(225kghm2,F)、秸秆还田(9000kghm2,TS)、F+TS、80%F+TS、60%F+TS 和不施肥+不还田(CK)。结果表明：与 F+TS 处理相比，80%F+TS 处理显著提高玉米产量(P0.05)，表现为第 2 年增产率最高达 22.1%，第 3 年开始增产率逐年降低；而 60%F+TS 处理前 3 年增产，第 4 年增产率减少，甚至减产。5 年累积产量显著增加 6.8%(P0.05)。同时，80%F+TS 处理显著提高表层(020cm)土壤碱解氮含量，显著降低有机质和硝态氮含量(P0.05)，但显著降低了深层(2040cm)土壤全氮和硝态氮含量，显著增加有机质和碱解氮含量，而且 80%F+TS 处理也显著提高了氮肥利用率，2019 和2020 年较 F+TS 处理分别提高了 23.7%和 22.1%(P0.05)。因此，秸秆还田 9000kghm2替代 20%的化肥氮是陇东黄土旱塬区秸秆还田减氮增效的优化组合模式，研究结果为陇东黄土旱塬区农业减氮增效绿色发展提供了依据。关键词：秸秆还田；氮肥减施；产量；氮素形态；氮肥利用效率；有机替代；黄土旱塬文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0236-13Response of yield and nitrogen use efficiency of maize with plastic mulching to straw returningand nitrogen reduction in the dryland region of the Loess Plateau of Gansu easternDANGYi,ZHANGJianjun,ZHAOGang,WANGLei,ZHOUGang,FANTinglu,LIShangzhong(InstituteofDrylandFarming,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070,Gansu,China)Abstract:Thisstudywasconductedtoinvestigatetheeffectsofstrawreturnwithnitrogenousfertilizerreductionontheyield,soilnitrogenforms,andnitrogenuseefficiency(NUE)offilm-mulchedmaizetoidentifystrategiesforreducingnitrogenfertilizationwhileincreasingtheefficiencyofagriculturalgreendevelopmentinthedrylandregionoftheLoessPlateauofeasternGansuProvince.The5-yearlong-termfixedfieldexperimentinvolvedsixtreatmentswiththreereplicates:nonitrogenandphosphatefertilizerandnostrawreturn(control,CK);225kgha1andnostrawreturn(F);strawreturnandnonitrogen(TS);225kgha1andstrawreturn(F+TS);180kgha1andstrawreturn(80%F+TS);and135kgha1andstrawreturn(60%F+TS).Resultsshowedthatthe80%F+TStreatmentincreasedthegrainyieldby22.1%inthesecondyearbutdecreasedthegrainyieldfromthethirdtofifthyear,whilethe60%F+TStreatmentincreasedthegrainyieldinthefirstthreeyearsbutreducedthegrainyieldinthefourthyear.The80%F+TStreatmentsignificantlyincreased(P0.05)收稿日期：2021-10-15接受日期：2022-04-02基金项目：国家自然科学基金(41561067)；甘肃省农业科学院院列重点研发计划(2019GAAS28)第一作者：党翼(1983-)，男，甘肃泾川人，副研究员，主要从事农田耕地质量培育技术研究。E-mail:通信作者：张建军(1977-)，男，甘肃靖远人，研究员，主要从事农田土壤地力培育及栽培生理研究。E-mail:236-248草业科学第40卷第1期1/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.1http:/thecumulativegrainyieldby6.8%comparedwiththeF+TStreatment.ComparedwiththeF+TStreatment,the80%F+TStreatmentalsosignificantlyincreased(P0.05)thenitratenitrogencontent,significantlydecreased(P0.05)theorganicmatterandNO3-Ncontent,significantlydecreased(P0.05)thecontentsoftotalnitrogenandNO3-Ncontent,significantlyincreased(P0.05).Inaddition,the80%F+TStreatmentimproved(P0.05)theNuseefficiencyby23.7%and22.1%in2019and2020comparedwiththeF+TStreatment,respectively.Therefore,strawreturnintheamountof9000kgha1couldbeusedtoreplace20%ofthechemicalnitrogenfertilizeruse,whichrepresentstheoptimalmodeforreducingfertilizationwhileincreasingefficiencyinthedrylandregionoftheLoessPlateauofeasternGansuProvince.Keywords:strawreturn;nitrogenousfertilizerreduction;yield;nitrogenforms;nitrogenuseefficiency;organicsubstitution;LoessPlateauCorresponding author:ZHANGJianjunE-mail:当前我国农田耕地质量退化严重，如耕层变浅、土壤养分库容降低、土壤容重增大及保水能力等理化性质变劣，致使农作物产量逐年下降1-3，其根本原因是农业生产过程中长期重用轻养，过量单施化肥尤其是氮(N)肥4，有些地方施用量较当地推荐施氮量高出 5590kghm25，高氮输入高产输出的同时却无有机物料补充使土壤养分供应失衡6。有机质作为农田土壤培肥和提高农作物产量的关键因素，通过向土壤中添加有机物料来提高土壤有机质含量能够解决上述问题7。农作物秸秆作为重要的有机肥资源，其含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等富碳物质，以及丰富的氮、磷、钾等营养元素8，持续的秸秆还田作为农业生产中氮肥减施和有机替代的有效措施，其在农田土壤养分管理和耕地质量提升中具有重要作用9。因此，在保证作物不减产的前提下，选择适宜当地推广的秸秆还田与氮肥减施的种植模式，对开展化学氮肥减施的有机替代种植模式意义重大。大量研究表明施入土壤的农作物秸秆通过两种途径影响农作物生长发育，一是秸秆自身腐解释放的营养元素直接影响作物生长，二是通过影响作物生长的环境因子间接影响农作物生长发育10。将秸秆施入土壤中，在改善土壤肥力的同时，还可以缓解由于集中、持续的传统耕作和化肥使用所引起的农田耕地质量退化问题11。然而，秸秆缓慢的腐解过程及养分释放时间对土壤肥力和作物产量的影响在短期内的表现并不能反映秸秆还田的实践意义12。张聪等13认为秸秆还田能有效提高玉米(Zeamays)籽粒产量，但并没有随秸秆还田年限的延长而持续大幅度增加。有研究认为秸秆还田结合适量减氮对作物产量无负面影响14，少数研究中秸秆还田配合减氮降低作物产量15。多年秸秆还田可节省化肥投入 10%20%，并提高作物产量 2.8%16.2%9,15-19。长期秸秆还田可达到减氮节肥的效果20，能够增加土壤有机质含量21、改善土壤理化性质13,22。增加外源有机物料输入的同时减少化学肥料投入对缓解土壤有机质质量降低作用明显23。张素瑜等24认为适宜的土壤水分、温度条件有利于还田玉米秸秆的腐解和氮释放，提高土壤有机质和碱解氮含量，减少硝态氮向下层土壤流失。同时，土壤剖面硝态氮含量随施氮量减少和土层深度增加而下降。王学敏等9认为秸秆还田配合减氮当年就能显著提高土壤有机质含量，不同程度提高全氮和全磷含量。研究还表明，多年秸秆还田配合减氮 20%30%，氮肥利用率提高 6.4%10.3%18,25-26。但是，地膜覆盖结合秸秆还田部分替代化肥氮对土壤养分和作物产量等的影响还没有较一致结论，尤其是陇东旱塬区长期连续秸秆还田减氮与地膜覆盖耦合条件下的土壤氮素养分含量变化、减氮率及其对作物产量的响应并不十分清楚。因此，如何提高秸秆还田减氮与地膜覆盖耦合技术下的氮肥利用率，减氮增效，助推环境友好旱作农业发展是当前亟需解决的关键问题。因此，本研究依托农业农村部西北旱作营养与施肥科学观测实验站，设置玉米长期连作定位试验，研究秸秆还田减氮与地膜覆盖耦合第1期党翼等：陇东旱塬覆膜玉米产量和氮肥利用率对秸秆还田与减氮的响应237http:/技术对旱地玉米产量、土壤氮素养分及氮肥利用率的影响，为建立环境友好型高效旱作农业提供科技支撑。1 试验材料与方法 1.1 试验区域概况长期定位试验在农业农村部西北旱作营养与施肥科学观测实验站(甘肃省农业科学院镇原试验站，352942N，1072936E)进行，土壤类型为覆盖黑垆土，该区近 20 年年均降水量 540mm，60%以上降水集中在 7 月9 月，年蒸发量 1532mm，年均温 9.3，无霜期 170d，海拔 1279m，属典型的旱作雨养农业区，无灌溉条件。20162020 年玉米生育期降水量依次为 284.8、440.2、501.3、378.8 和450.2mm(表 1)。1.2 试验设计及种植方式1.2.1 试验设计长期春玉米连作定位试验始于 2016 年，试验采表 1 20162020 年玉米生育期间降水量Table 1 Precipitation during the maize growing period from April to September in 2016 to 2020mm月份Month旬10days年份Year201620172018201920204月April下旬Last10daysofamonth18.808.012.005月May上旬First10daysofamonth12.037.262.513.550.5中旬Middle10daysofamonth15.411.3019.412.0下旬Last10daysofamonth17.413.617.718.306月June上旬First10daysofamonth27.980.220.819.511.1中旬Middle10daysofamonth6.85.012.718.264.0下旬Last10daysofamonth40.817.647.126.240.47月July上旬First10daysofamonth1.921.6116.236.423.3中旬Middle10daysofamonth89.028.3100.20.355.3下旬Last10daysofamonth14.314.237.528.847.98月August上旬First10daysofamonth9.98.724.627.855.3中旬Middle10daysofamonth083.59.838.133.7下旬Last10daysofamonth38.1119.131.234.033.79月September上旬First10daysofamonth07.013.029.56.5中旬Middle10daysofamonth28.86.325.529.116.5下旬Last10daysofamonth007.825.219.5生育期降水量Rainfallinthegrowthperiod284.8440.2501.3378.8450.2年降水量Annualrainfall403.2658.6629.2597.2554.2降水年型划分*Divisionofrainfallyeartypes干旱年Dryyear丰水年Wetyear丰水年Wetyear丰水年Wetyear平水年Normalyear*试验研究区域近70年的年平均降水量532.5mm，20162020年生育期平均降水量411.1mm，按试验年平均降水量来划分降水年型，降水量增减10%以内为“平水年”，减少10%以上为“干旱年”，增加10%以上为“丰水年”。Theaverageannualrainfalloftheexperimentalstudyareaoverthepast70yearsis532.5mm,andtheaverageannualprecipitationinthegrowthperiodsfrom20162019is411.1mm.Accordingtotheaverageannualrainfallintheexperiment,therainfallyeartypeisdividedinto“normalyear”,whichpresentsanincreaseordecreaseof10%;“dryyear”,whichpresentsadecreaseofmorethan10%;and“wetyear”,whichpresentsanincreaseofmorethan10%.238草业科学第40卷http:/用随机区组设计，包括 6 个处理，每年均按照试验设计投入氮磷化肥和玉米秸秆，分别为：F(常规施氮，225kghm2)；TS(秸秆还田，9000kghm2)；F+TS；80%F+TS；60%F+TS；CK(不施氮磷肥，不秸秆还田)。3 次重复。1.2.2 种植方式采用厚度 0.01mm 的白色普通聚乙烯膜全地面覆盖，幅宽 1.2m。参试玉米品种为耐密性、抗逆性和丰产性好的先玉 335，种植密度 7.5 万株hm2，行距 55.0cm，株距 24.2cm，8 行区，小区面积为4.4m5m。4 月下旬人工穴播，每穴保 1 苗，9 月中旬收获。常规施氮(当地农户普遍用量)和玉米秸秆按试验设计用量 春顶凌覆膜前采用滚筒式电动铡草机(自力牌，9Z-0.4 型)粉碎 35cm，耕层(025cm)翻压还田，磷肥(含P2O516%的过磷酸钙)1000kghm2，除 CK 外，覆膜前结合整地一次性施入耕层(025cm)，整个生育期不再追氮肥。其他栽培管理措施同大田生产。1.3 测定项目与方法1.3.1 测定方法1)产量及植株全氮含量测定：各小区选择长势均匀一致处作为采样区，按整行逐株取 30 株测产，脱粒后用谷物水分测定仪(PM-8188-A，泰州市维科特仪器仪表有限公司)测定含水量，然后折算成标准含水量(14%)下的公顷产量。并分别于 2019 年和 2020 年采集每个小区 3 株植株样品，所有植株沿地面全部割下，105 杀青 30min，65 烘干至恒重，将植株样品全部粉碎过 0.15mm 筛，混匀后，连续用四分法取测定所需的样品量，采用凯氏定氮仪法测定植株全氮含量27。2)土壤有机质及氮素养分含量测定(2020 年)：采用五点法，用直径 3.5cm 土钻分别采集收获期020、2040cm 土层土壤样品，将同一土层土壤样品混匀，四分法去掉多余土样，自然风干后，剔除肉眼可见的植物残体、砾石等杂物，研磨过 2mm 孔径筛备用。土壤基本理化性状采用常规分析法28：重铬酸钾外加热法测定有机质含量；凯氏定氮仪法测定全氮含量；碱解扩散法测定碱解氮含量。硝态氮29以 1molL1KCl 浸提(水土比为 101)，振荡30min 后用中速定量分析滤纸过滤分离出提取液，采用流动注射分析仪(AA3，Seal 公司，德国)测定。1.3.2 计算公式1)氮肥利用率30(nitrogenuseefficiency,NUE)=(施氮处理地上部总吸氮量不施氮处理地上部总吸氮量)/施氮量100%。2)累积产量是指采用某种施肥处理后，在某一具体年限内的作物产量总和31。1.4 数据处理采用 Excel2010 进行数据处理、表格制作和作图，采用 SPSS18.0 统计软件方差分析(ANOVA)，利用 LSD 法多重比较(P=0.05)。2 结果与分析 2.1 秸秆还田与减氮对覆膜玉米产量的影响与 F+TS 处理相比(表 2)，不同年份 80%F+TS 处理均有利于增加玉米产量，减氮第 2 年产量显著增加 1339.5kghm2(P0.05)，增产 22.1%，第3 年开始，产量增加量逐年减少；60%F+TS 处理前3 年增产，第 4 年显著减产 11.8%。与 F 处理相比，80%F+TS 处理第 2 年产量显著增加 24.7%，第 3 年开始产量增加量逐年减少。F+TS 与 F 处理相比，5 年平均产量增加 1.3%，表明还田秸秆对产量的贡献率仅为 1.3%。与 TS 和 CK 处理相比，80%F+TS 处理不同年份均显著增产，产量增幅 1669.56213.0和 2236.56745.5kghm2，5 年平均显著增加 32.8%和51.4%。可见，9000kghm2秸秆还田条件下，在施氮225kghm2基础上减氮 20%均有利于增加产量，进一步增加减氮量至 40%，增产率随减氮年限逐年降低，甚至减产。降水年型及关键生育期降水量对玉米产量存在明显影响(表 1)，特别是 7 月中下旬和 8 月上旬降水量。同样是丰水年的 2017、2018 和 2019 年，由于2017 年 7 月中下旬和 8 月上旬降水量较 2018 年同期分别减少 69.1%和 64.6%，较 2019 年 8 月上旬降水量减少 68.7%，致使 2017 年各处理玉米平均产量较 2018 和 2019 年分别降低 52.1%和 51.3%。2.2 秸秆还田与减氮对覆膜玉米累积产量的影响为消除年际间降水量、温度及栽培措施等因素差异而引起的产量波动，采用累积产量法研究不同施肥处理在具体时间段内对作物产量的贡献。第1期党翼等：陇东旱塬覆膜玉米产量和氮肥利用率对秸秆还田与减氮的响应239http:/80%F+TS 处理均显著增加玉米累积产量(P0.05)(图 1)，F+TS、80%F+TS、60%F+TS、F、TS 和CK 处理玉米累积产量分别为 59883.3、64007.3、58577.0、59106.3、48191.2 和 42279.0kghm2。与F+TS 和 60%F+TS 处理相比，80%F+TS 处理累积产量分别显著增加 6.8%和 9.2%，表明长期秸秆还田与氮肥适量减施技术的组合应用可以稳产，并补充土壤养分替代部分氮肥用量。与 F 处理相比，80%F+TS 处理显著增加玉米累积产量 8.3%，60%F+TS 处理较 F+TS 和 F 累积产量无明显减少。与TS 处理相比，氮肥单施或秸秆还田与减氮配施均显著增加玉米累积产量，增幅为 21.6%32.8%。与CK 相比，各处理均显著增加玉米产量累积量，F+TS、80%F+TS、60%F+TS、F和 TS 处理分别提高了 41.6%、51.4%、38.6%、39.8%和 14.0%。2.3 秸秆还田与减氮土壤有机质含量及氮素形态变化2.3.1 秸秆还田与减氮土壤有机质含量变化秸秆还田能显著提高表层(020cm)土壤有机质含量(P0.05)，有机质含量随土层深度增加明显降低(图 2)。与 F 处理相比，F+TS、80%F+TS、60%F+TS 和 TS 处理 020cm 土层有机质含量分别显著提高 20.8%、7.7%、14.1%和 8.7%，2040cm土层有机质含量分别显著提高 28.6%、34.7%、24.2%和 10.7%。随土层深度增加，有机质含量明显减少，降幅 11.3%39.2%。2.3.2 秸秆还田与减氮土壤全氮含量变化秸秆还田与减氮显著提高表层(020cm)土壤全氮含量，随土层深度增加，全氮含量明显降低(图 3)。020cm 土层，与 F 和 TS 处理相比，F+TS、80%F+TS、60%F+TS 处理表层全氮含量显著增加(P0.05)，且全氮含量随减氮量增加呈降低趋势；与 60%F+TS 处理相比，F+TS、80%F+TS 处理显著提高表层全氮含量；各处理较 CK 均显著提高表层全氮含量。2040cm 土层，与 60%F+TS 处理相比，F+TS、80%F+TS、F 处理全氮含量显著增加，且全氮含量随减氮量增加呈降低趋势，与 TS表 2 20162020 年不同处理玉米产量变化Table 2 Variation of corn grain yield under different treatments from 2016 to 2020处理Treatment年份year平均Average20162017201820192020F+TS12423.0ab6064.5bc13989.0a14812.5a12594.3a11976.73450.6a80%F+TS13513.5a7404.0a14781.0a15408.0a12900.8a12801.53176.6a60%F+TS12597.0ab6553.5ab14178.0a13056.0b12192.5a11715.42979.6aF12085.5abc5938.5bc13870.5a14623.5a12588.3a11821.33439.4aTS11248.5bc5734.5bc11625.0b9195.0c10388.2b9638.22373.7bCK10618.5c5167.5c8511.0c8662.5c9319.5c8455.82017.5b同列不同小写字母表示不同处理间差异显著(P0.05)；F、TS、F+TS、80%F+TS、60%F+TS、CK分别表示常规施氮、秸秆还田、常规施氮+秸秆还田、减氮20%+秸秆还田、减氮40%+秸秆还田和空白对照；下图同。Differentlowercaselettersindicatesignificantdifferencesamongthedifferenttreatmentsatthe0.05level;F、TS、F+TS、80%F+TS、60%F+TS,andCKrepresentthetreatmentswith225kghm2andnostrawreturn,strawreturnandnonitrogen,225kghm2andstrawreturn,180kghm2andstrawreturn,135kghm2andstrawreturn,andnonitrogenandphosphatefertilizerandnostrawreturn,respectively;thisisapplicableforthefollowingfiguresaswell.babbcd0102030405060 010 00020 00030 00040 00050 00060 00070 000F+TS80%F+TS60%F+TSFTSCK增产率 Yield increasing rate/%累计产量 Cumulative yield/(kghm2)累积产量 Cumulative yield增产率 Yield increasing rate处理 Treatment图 1 不同处理玉米累积产量变化Figure 1 Changes of the cumulative yield in thedifferent treatments240草业科学第40卷http:/和 CK 处理相比，各处理均显著提高全氮含量，增幅分别为 4.0%28.7%和 6.6%32.0%；与 CK 处理相比，各处理均显著提高全氮含量，增幅 2.5%32.0%。随土层加深，全氮含量明显减少，降幅 9.5%26.9%。2.3.3 秸秆还田与减氮土壤碱解氮含量变化秸秆还田与减氮显著提高了表层(020cm)土壤碱解氮含量，随土层深度增加，碱解氮含量降低(图 4)。020cm 土层，随减氮量增加，碱解氮含量显著增加(P0.05)，以 60%F+TS 处理碱解氮含量最高，为 84.5mgkg1，较其他处理显著增加 4.5%32.0%；60%F+TS 处理较 F+TS、80%F+TS 分别显著提高 16.5%和 4.5%，80%F+TS 处理较 F+TS 显著增加 11.5%，与 TS 和 CK 处理相比，F+TS、80%F+TS、60%F+TS、F 处理均显著提高表层土壤碱解氮含量，增幅分别为 3.3%20.4%和 13.3%32.0%。2040cm 土层，与 F+TS 处理相比，80%F+TS 和60%F+TS 处理均显著提高碱解氮含量 30.4%和22.6%，而 60%F+TS 处理较 80%F+TS 显著降低6.0%，以 80%F+TS 处理碱解氮含量最高，为 66.5mgkg1，较其他处理显著增加 6.3%30.4%。随土层深度增加，各处理碱解氮含量均明显降低，降幅17.1%29.6%。2.3.4 秸秆还田与减氮土壤硝态氮含量变化秸秆还田 9000kghm2处理(TS)下，硝态氮含量随减氮量增加和土层深度增加明显降低(图 5)。020cm 土层，以 F+TS 处理硝态氮含量最高，为92.0mgkg1，显著高于其他处理(P0.05)。60%F+TS 处理较 F+TS、80%F+TS 硝态氮含量分别显著降低 87.2%和 81.6%，80%F+TS 处理较 F+TS 显著降低 30.5%；2040cm 土层，同样以 F+TS 处理硝态氮含量最高，为 33.8mgkg1，显著高于其他处理。acbdce024681012141618F+TS80%F+TS60%F+TS处理 Treatment处理 TreatmentFTSCKF+TS80%F+TS60%F+TSFTSCK有机质 Organic matter/(gkg1)024681012141618有机质 Organic matter/(gkg1)020 cm2040 cmbabdcd图 2 不同处理有机质含量变化Figure 2 Changes in the organic matter content in the different treatmentsF+TS80%F+TS60%F+TSFTSCKF+TS80%F+TS60%F+TSFTSCK020 cm2040 cmaabccd0.00.20.40.60.81.01.21.41.6全氮 Total nitrogen(gkg1)0.00.20.40.60.81.01.21.41.6全氮 Total nitrogen(gkg1)abdcef处理 Treatment处理 Treatment图 3 不同处理全氮含量差异Figure 3 Changes in the total nitrogen content in the different treatment第1期党翼等：陇东旱塬覆膜玉米产量和氮肥利用率对秸秆还田与减氮的响应241http:/60%F+TS 处理较 F+TS 和 80%F+TS 硝态氮含量分别显著降低 69.1%和 50.3%，80%F+TS 处理较 F+TS 显著降低 37.7%，随土层深度增加，各处理硝态氮含量降幅为 11.1%67.0%。2.4 秸秆还田与减氮氮肥利用率变化秸秆还田与减氮显著提高氮肥利用率(P0.05)。随减氮量增加，氮肥利用率增加(图 6)。与 F+TS 处理相比，80%F+TS、60%F+TS 处理 2019 年020 cm2040 cmdbacef0102030405060708090碱解氮 Available nitrogen/(mgkg1)0102030405060708090碱解氮 Available nitrogen/(mgkg1)dabbccF+TS80%F+TS60%F+TSFTSCKF+TS80%F+TS60%F+TSFTSCK处理 Treatment处理 Treatment图 4 不同施氮处理碱解氮含量变化Figure 4 Changes in the available nitrogen content in the different nitrogen treatments020 cm2040 cmabcdef0102030405060708090100硝态氮 NO3-N/(mgkg1)0102030405060708090100硝态氮 NO3-N/(mgkg1)abcdefF+TS80%F+TS60%F+TSFTSCK处理 TreatmentF+TS80%F+TS60%F+TSFTSCK处理 Treatment图 5 不同处理硝态氮含量变化Figure 5 Changes in the NO-3-N content in the different treatments2019 年 year2020 年 year051015202530354045氮肥利用率(NUE)Nitrogen use efficiency/%051015202530354045氮肥利用率(NUE)Nitrogen use efficiency/%F+TS80%F+TS 60%F+TSFTS处理 TreatmentF+TS80%F+TS 60%F+TSFTS处理 Treatmentbaabccabbcd图 6 不同施氮处理氮肥利用率变化Figure 6 Changes in the nitrogen use efficiency(NUE)in the different nitrogen treatments242草业科学第40卷http:/和2020 年分别显著增加23.7%、14.4%和22.1%、6.9%，两年均以 80%F+TS 处理氮肥利用率最高，分别为38.7%和 39.6%。与 TS 处理相比，F+TS、80%F+TS、60%F+TS、F 处理 2019 年和 2020 年分别显著增加 34.3%、66.1%、53.6%、39.1%和 21.5%、48.3%、29.9%和 24.4%。3 讨论 3.1 秸秆还田与减氮对旱地覆膜玉米产量的影响氮肥减施增效是提高我国玉米竞争力、保护生态环境的重大科技需求。氮肥对作物增产效果显著，不科学的施氮方式增加了作物减产风险。作物秸秆含有丰富的 C、N、P、K 和微量元素，对提高土壤肥力发挥关键作用32。因此，秸秆还田与氮肥科学减施技术的组合应用是实现旱地玉米高产高效的有效途径。现阶段关于秸秆还田与氮肥减施对作物产量的影响存在分歧。李锦等33报道了秸秆还田与常规施氮(玉米 188kghm2、小麦 150kghm2)基础上减氮 15%，小麦和玉米均未明显减产，两作物周年产量反而较常规施氮增加 1.0%和 7.0%。杨宪龙等34连续 4 年定位研究表明，优化施氮 330kghm2(较当地习惯施氮量 491kghm2减少 27%)下冬小麦产量与习惯施氮间无显著差异，且随试验年限增加，后两季秸秆还田与减氮 27%处理冬小麦产量较秸秆不还田处理增幅分别达 19.0%和 30.0%，且呈逐年增加趋势。王学敏等9认为秸秆还田与氮肥减施 20%配施处理产量呈增加趋势。而少数研究中秸秆还田配合减氮会降低作物产量15,35。本研究秸秆还田 9000kghm2条件下，与 F+TS 处理相比，20%减氮处理第 2 年(2017 年)玉米产量显著增加 22.1%，这与本年度降水年型(丰水年)、生育期降水量(440.2mm)及7 月和8 月降水量(64.1 和211.3mm)关系密切。同时，7 月和 8 月平均温度分别为 25.03和 20.51，高温高湿有利于还田秸秆腐解和补充一定的氮素，5 年平均产量明显增加6.9%，无显著差异。原因是经过 5 年连续秸秆还田，2020 年收获时表层(020cm)土壤有机质和硝态氮含量分别显著降低 10.8%和 30.5%，全氮含量无显著变化，而碱解氮含量显著增加 30.4%，氮肥利用率 2019 年和 2020年分别达到 38.7%和 39.7%，分别显著提高 23.6%和 22.2%，故减氮 20%能够达到很好的增产效果，第 3 年开始产量增幅呈降低趋势；减氮量增至40%，减氮 20%前 3 年产量呈增加趋势36；第 4 年开始减产，研究结果与前人略有差异9，原因可能与施氮量及减氮梯度的设置、区域气候、秸秆还田方式及数量、土壤类型和含水量等因素有关37。秸秆还田与减氮 20%处理玉米累积产量较常规施氮与秸秆还田显著增加 6.9%，减氮 40%处理累积产量无明显降低，这表明秸秆还田需配施适量的氮肥才可以稳定或者提高作物产量38。3.2 秸秆还田与减氮对土壤有机质含量及氮素养分含量的影响土壤中氮素形态与数量受氮肥类型、施氮量、施肥技术、作物吸氮量、土壤质地及肥力等因素综合影响。Murphy 等39研究表明秸秆还田有助于氮肥减量。Mu 等40认为秸秆还田结合适量减氮可增加土壤有机质含量。张素瑜等24认为还田玉米秸秆的腐解和氮释放需要较好的土壤水分条件，适宜的土壤含水量条件下进行秸秆还田有利于提高土壤有机质和碱解氮含量，并将硝态氮固定在耕层，降低土壤氮素向下层土壤流失的风险，既能为接茬作物提供氮素营养，并减少施氮量。本研究结果显示：与 F+TS 处理相比，80%F+TS 处理处理显著降低表层土壤(020cm)有机质和硝态氮含量，显著增加碱解氮含量，全氮含量无明显变化；随土层深度增加，有机质、全氮、碱解氮含量均降低。80%F+TS 处理较 F+TS 有机质含量降低的原因可能是：秸秆还田后改善了农田水分生态效应，加速了土壤有机质矿化速率，致使土壤有机质含量降低，尤其对表层土壤影响较大，同时具有增产效应；而全氮含量无显著变化是由于秸秆腐解需要利