河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮素平衡及氮肥投入阈值研究.pdf

Journal of Agricultural Resources and Environment农业资源与环境学报 2023,40（4）:763-771http:/Research on nitrogen equilibrium and nitrogen fertilizer input threshold in rice soil with drip irrigation in theHexi Oasis irrigation areaTANG Wenxue1,MA Zhongming2*,LUO Shuanglong1,DUAN Yu2（1.Institute of Soil,Fertilizer and Water-saving Agriculture,Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou 730070,China;2.GansuAcademy of Agricultural Sciences,Lanzhou 730070,China）Abstract：In order to determine the nitrogen fertilizer input threshold of rice based on yield and environmental safety under drip irrigationin the Hexi Oasis irrigation area,field tests on rice drip irrigation were conducted at the Zhangye Water-Saving Agricultural Pilot Station in2020 and 2021.Five nitrogen application levels of 0,135,225,315 kghm-2,and 405 kghm-2were set and labeled as N0,N1,N2,N3,andN4,respectively.Then,the impacts of the nitrogen application levels on the rice yield,accumulative mineral nitrogen,and nitrogen balancein soil were studied.The results showed that nitrogen application significantly increased the rice yield and formed a significant quadraticparabolic curve together with the rice yield and the amount of nitrogen applied.The rice yield reached the value of 5 684 kghm-2（99.7%ofthe maxium yield）when 222 kghm-2of nitrogen was applied.There was a significant exponential correlation between the cumulativeamount of mineral nitrogen in soil and the amount of nitrogen applied.When the amount of nitrogen applied was 315 kghm-2,the河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮素平衡及氮肥投入阈值研究唐文雪1，马忠明2*，罗双龙1，段誉2（1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，兰州 730070；2.甘肃省农业科学院，兰州 730070）收稿日期：2023-02-06录用日期：2023-05-05作者简介：唐文雪（1967），女，甘肃临夏人，本科，研究员，主要从事农业面源污染防控与节水农业研究。E-mail：*通信作者：马忠明E-mail：基金项目：甘肃省科技计划项目（21YF5NA145，21ZD4NF044-4）；甘肃省农业科学院科技创新专项（2019GAAS12）Project supported：Science and Technology Plan of Gansu Province（21YF5NA145，21ZD4NF044-4）；Scientific and Technological Innovation Project ofGansu Academy of Agricultural Science（2019GAAS12）摘要：为确定河西绿洲灌区膜下滴灌条件下基于产量及环境安全的水稻氮肥投入阈值，于2020、2021年在张掖节水农业试验站开展水稻膜下滴灌栽培田间试验，研究不同施氮水平（纯氮0、135、225、315、405 kghm-2）对水稻产量、土壤矿质氮累积及土壤氮素平衡的影响。结果表明，水稻产量与施氮量呈显著的二次抛物线关系，最佳经济效益氮肥用量为222 kghm-2，对应水稻产量为5 684 kghm-2（最高产量的99.7%）。土壤矿质氮累积量与施氮量呈显著的指数相关关系，施氮量为225 kghm-2时，矿质氮累积量为119 kghm-2，与135 kghm-2施氮量处理差异不显著，施氮量达到315 kghm-2时，矿质氮累积量显著增加，并且出现由浅层向深层迁移的趋势；氮表观平衡值与施氮量呈显著线性正相关，土壤氮素达到表观平衡时，对应的施氮量为171 kghm-2。综合考虑产量、矿质氮累积量、土壤氮盈余与施氮量的关系，得出河西绿洲灌区膜下滴灌水稻合理氮肥投入阈值为171222 kghm-2。该施氮量比最高产量氮肥用量降低10.8%31.3%，既保证了水稻高产稳产，又有效降低了氮素在土壤中的盈余与淋失风险，为该区域水稻减氮高产高效栽培提供了理论依据。关键词：施氮量；产量；矿质氮累积量；土壤氮素平衡值；氮阈值；膜下滴灌；水稻中图分类号：S511文献标志码：A文章编号：2095-6819（2023）04-0763-09doi:10.13254/j.jare.2023.0048唐文雪，马忠明，罗双龙，等.河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮素平衡及氮肥投入阈值研究J.农业资源与环境学报,2023,40（4）:763-771.TANG W X,MA Z M,LUO S L,et al.Research on nitrogen equilibrium and nitrogen fertilizer input threshold in rice soil with drip irrigation in the HexiOasis irrigation areaJ.Journal of Agricultural Resources and Environment,2023,40（4）:763-771.http:/农业资源与环境学报 第40卷 第4期水稻是我国重要的粮食作物，确保水稻高产稳产对我国粮食安全具有十分重要的作用。水稻膜下滴灌技术是近年来研发的一种创新型的栽培技术，该技术比传统栽培方式节水60%以上，在新疆、宁夏、内蒙古等地区推广应用迅速，具有产量高、品质优、收益高的特点，具有很强的市场竞争力1。氮素是营养元素中影响水稻生长发育和产量最敏感的因素，合理施氮是水稻高产优质的关键措施。盲目过量施氮不仅会降低氮肥增产效率和肥料利用率，还会造成土壤质量退化、地表和地下水体硝酸盐含量超标等一系列环境问题2-4。确定合理施氮量是获得较高目标产量、维持土壤肥力和降低施氮引起的环境污染的关键。用什么指标来衡量不同尺度或生产体系氮素管理的优劣，是提高氮素管理水平的核心问题5。世界各地学者在水稻氮肥适宜投入量、评价指标、阈值推荐方法等方面进行了广泛研究。宫亮等6将水稻目标产量临界值与最佳经济施氮量的范围确定为氮肥施用阈值，较农民习惯施氮量低5.8%19.2%。侯云鹏等7研究认为与最高产量氮肥用量相比，采用最佳经济氮肥用量在保证产量基本不降低的条件下（最高产量的 99%100%），可节约氮肥 4.6%5.2%。施泽升等8以氮肥效应为基础，在洱海北部地区以水稻籽粒产量和土壤氮素表观盈余率等环境指标确定氮肥投入阈值。李波等9在综合考虑水稻目标产量、经济效益、氮肥利用率及土壤氮素平衡等因素的基础上，提出了辽河三角洲单季稻区氮肥投入阈值。Ding等10研究以氮素表观平衡为评价指标的稻田氮肥限量新方法，综合考虑氮素损失和产量，提出全国不同种植区域水稻类型的化学氮肥投入上限阈值。以往研究提出的产量指标及氮素盈余、氮素平衡等环境指标既有其自身的理论依据，又可满足产量安全及生态环境安全的需求，是确定最佳施氮量常用且有效的指标11，为水稻生产合理施用氮肥、控制面源污染提供了重要的理论及技术依据。甘肃省河西走廊地处我国西北干旱区，主要作物是春小麦、啤酒大麦、制种玉米和玉米。该区玉米年制种面积及产量分别占我国玉米制种面积和总产量的55%和60%。但该区连作问题严重，局部地区甚至已连作30年，严重影响制种业持续发展12。张掖市甘州区生产的稻米品质优良，有“乌江贡米”美誉，但因为耗水量大，种植面积逐年萎缩。引进和推广水稻膜下滴灌栽培技术对河西灌区优化种植结构、促进区域经济发展意义重大。目前，有关该区域水稻膜下滴灌技术合理施氮的农学效应、环境效应的研究还鲜见报道，影响了该技术的推广应用。本研究通过两年试验，系统研究不同施氮水平对水稻产量、矿质氮累积、土壤氮素平衡的影响，以期确定河西绿洲灌区膜下滴灌水稻适宜的氮肥投入阈值，从而实现农业生产和环境保护的双赢。1材料与方法1.1 试验地与材料试验于2020、2021年在甘肃省农业科学院张掖节水农业试验站进行。试验站（北纬 3856，东经10026）地处甘肃省河西走廊中段、黑河中上游，海拔1 570 m。该区域干旱少雨，日照充足，无霜期153 d，日照时数 2 9323 085 h，年均气温 7.48，10 积温为1 8372 870。膜下滴灌水稻生育期气温、降水量见图1。试验于 2020 年 5 月 13 日播种，9 月 30 日收获；cumulative amount of mineral nitrogen was 151 kghm-2,which was significantly higher than the levels of 119 kghm-2when the amount ofnitrogen applied was 225 kghm-2.Additionally,when the amount of nitrogen applied reached 315 kghm-2,the mineral nitrogen movedfrom the shallow to deep layers,following a trend of aggregation.There was a significant linear correlation between the nitrogen apparentbalance value and the amount of nitrogen applied.The amount of nitrogen applied was 171 kghm-2when the nitrogen apparent balancevalue of nitrogen was 0.When the amount of nitrogen applied ranged from 171 to 222 kghm-2,the rice yield was 5 551 to 5 684 kghm-2,the cumulative amount of mineral nitrogen in soil was 104 kghm-2to 118 kghm-2,and the nitrogen balance value was 0 kghm-2to 44 kghm-2.By considering the relationship among the yield,accumulative amount of mineral nitrogen,soil nitrogen surplus,and the amount ofnitrogen applied,the proposed rational nitrogen fertilizer input threshold for rice under drip irrigation in the Hexi Oasis irrigation area is171 kghm-2to 222 kghm-2.Under this nitrogen application condition,the rice yield is high,the input and output of nitrogen in soil reachequilibrium,and the cumulative amount of mineral nitrogen is low,ensuring a high and stable rice yield and reducing environmental risks.Keywords：nitrogen application;yield;accumulation of soil mineral nitrogen;soil nitrogen balance;nitrogen threshold;drip irrigation withplastic film mulching;rice 7642023年7月http:/唐文雪，等：河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮素平衡及氮肥投入阈值研究2021年5月5日播种，9月28日收获。两年试验在邻近地块进行，前茬作物均为春玉米。试验地土壤类型为轻壤土，040 cm土壤理化性状见表1。1.2 试验设计试验采用随机区组设计，设0（N0）、135（N1）、225（N2）、315（N3）、405 kghm-2（N4）5个施氮量水平，3次重复。小区长 16 m，宽 3.3 m，小区面积 52.8 m2。试验氮肥分基肥和追肥施入，追肥随水滴施，其中分蘖肥和穗肥分次施入，粒肥1次施入。基肥、分蘖肥、穗肥、粒肥分配比例为15%、30%、40%、15%。磷肥、钾肥施用量为120 kghm-2，均作基肥。供试水稻品种为张掖农业科学研究院提供的乌江黑芒稻，生育期135 d。氮肥为尿素（N 46.4%）、磷肥为普通过磷酸钙（P2O512%）、钾肥为硫酸钾（K2O50%）。膜下滴灌水稻各生育期施氮量及施氮时间见表2。1.3 栽培模式及灌水量水稻栽培采用一膜两管八行模式，即覆盖1幅地膜（膜宽145 cm），铺设滴灌带2条，种植水稻8行。带幅为165 cm，宽窄行种植。采用专用播种机一次完成铺管、覆膜、播种、覆土作业。穴距10 cm，播种密度45 万穴hm-2，每穴播 68 粒种子，播深 2.53.0 cm。播种后及时灌出苗水。生育期灌水量9 000 m3hm-2，苗期、分蘖期、拔节期、抽穗扬花期、灌浆期、成熟期灌表2 膜下滴灌水稻各生育时期施氮量Table 2 N application rate for drip irrigation under plastic film mulching at different growth stages处理TreamentN0N1N2N3N4施肥方式施氮总量Total N application rate/（kghm-2）0135225315405基肥Base fertilizer5月上旬020.2533.7547.2560.75播前旋地施入分蘖肥Tillering fertilizer6月中旬020.2533.7547.2560.75随灌水分2次施入6月下旬020.2533.7547.2560.75穗肥Ear fertilizer7月中旬027456381随灌水分2次施入7月下旬027456381粒肥Granulated fertilizer8月中旬020.2533.7547.2560.75随灌水1次施入土层深度Soil depth/cm0202040pH20208.48.320218.228.09有机质Organic matter/（gkg-1）20207.715.6920217.906.21全盐Total salt/（gkg-1）20201.951.4620211.741.53全氮Total nitrogen/（gkg-1）20200.640.5520210.770.68硝态氮NO-3-N/（mgkg-1）202015.359.54202117.368.55速效磷Available P/（mgkg-1）202022.1225.41202124.7726.52速效钾Available K/（mgkg-1）2020106.4873.45202182.0069.29表1 土壤基本理化性状Table 1 Basic physical and chemical properties of the tested soil图1 膜下滴灌水稻生育期降水量和气温Figure 1 Precipitation and temperature during rice growth period under film drip irrigation 765http:/农业资源与环境学报 第40卷 第4期水量分别为160、195、235、85、145、80 mm。灌水采用滴灌方式，拔节前每34 d灌水1次，之后每2 d灌1次，收获前20 d停止灌水。1.4 测定项目与方法1.4.1 土壤铵态氮及硝态氮测定试验播种前和收获后，以对角线法确定采样位置。每小区在滴头下，距滴灌带15、25 cm的种植行，两根滴灌带间，两幅膜间各测定1个点。用土钻采集0100 cm土壤样品，分为010、1020、2040、4060、6080、80100 cm 6个土层。相同土层5个点土样混合后迅速放入-4 冰柜中保存，用于测定土壤铵态氮及硝态氮含量。土壤水分用烘干法测定，土壤铵态氮、硝态氮用1 molL-1NaCl浸提，采用靛酚蓝比色法及紫外分光光度计法测定。1.4.2 植株全氮测定从测产样品中随机选取3穴植株，测定秸秆、籽粒干物质质量，然后粉碎过2 mm筛备用。植株样品经H2SO4-H2O2消煮后采用凯氏定氮法测定全氮。1.4.3 测产和考种收获前随机取样测产，测产面积为16.5 m2，单收单打测定籽粒产量、秸秆产量。同时每小区随机选取连续10穴，测定穴穗数、有效穗数、穗粒数、实粒数及千粒重等指标。1.5 计算方法氮素相关指标采用下列方法计算13。（1）植株氮素吸收量（kghm-2）=籽粒含氮量籽粒产量+秸秆含氮量秸秆产量（2）土壤矿质氮累积量为土壤硝态氮累积量与土壤铵态氮累积量之和。其中：土壤硝态氮累积量（kghm-2）=土壤容重（gcm-3）土层厚度（cm）土壤硝态氮含量（mgkg-1）/10土壤铵态氮累积量（kghm-2）=土壤容重（gcm-3）土层厚度（cm）土壤铵态氮含量（mgkg-1）/10（3）氮表观矿化量（kghm-2）=不施氮区地上部分吸氮量+收获后土壤残留矿质氮量-播前土壤初始矿质氮量-灌溉水氮量（4）N素表观平衡值（kghm-2）=施N量-植株N素吸收量（5）氮素表观损失量（kghm-2）=（施氮量+播前土壤初始矿质氮量+灌溉水氮量+氮素表观矿化量）-（施氮区地上部分吸氮量+收获后土壤残留矿质氮量）1.6 数据处理与分析方法研究数据用SPSS和Excel软件进行处理与统计分析。2结果与分析2.1 施氮量对膜下滴灌水稻产量的影响施氮量对水稻产量的影响结果（图 2）表明，2020、2021年 N2处理产量最高，分别为 6 028、5 623kghm-2，与N3处理差异不显著，但显著高于N1和N4处理。2020、2021年施氮处理较N0处理分别显著增产 21.1%42.7%、21.2%35.1%，施氮可显著提高水稻产量。2020、2021 年土壤基础地力产量为 4 224、4 161 kghm-2，氮肥处理增产量分别为 8911 804、8841 462 kghm-2。从两年平均结果看，土壤基础地力对产量的贡献率为 72.0%82.5%，肥料贡献率为18.5%28.0%。2.2 施氮量对土壤矿质氮空间分布及累积的影响图3、图4为水稻收获后不同施氮水平下，0100cm 土层土壤矿质氮剖面分布及矿质氮累积状况。2020、2021年土壤矿质氮空间分布特征相似。矿质氮在010、1020 cm耕层土壤含量最高，随土层深度的增加，矿质氮含量逐渐降低。在同一土层，矿质氮含量大小依次为N4N3N2N1N0。土壤矿质氮年际间累积量差异不明显。矿质氮主要累积在 040cm土层，占0100 cm土层累积量的47.0%58.8%，表明施氮量对矿质氮累积的影响范围主要在040 cm土层，对 40100 cm土层影响减小。施氮量为 0 kghm-2时，矿质氮累积量为69 kghm-2。施氮量为135、225 kghm-2时，矿质氮累积量平均为 98、104 kghm-2，两者差异不显著。在施氮量达到 315、405 kg不同小写字母表示处理间差异显著（P0.05）。Different small letters indicate a significant difference among treatments atthe 0.05 level.图2 施氮量对玉米产量的影响Figure 2 Effects of N application rates on maize yield产量Yield/（kghm-2）7662023年7月http:/唐文雪，等：河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮素平衡及氮肥投入阈值研究hm-2后，矿质氮累积量急剧上升至151、207 kghm-2，显著高于225 kghm-2施氮量处理。研究说明，在合理施氮范围内，无机氮库在作物播种前和收获后的变化不大，只是在施氮量偏低或偏高的条件下，由于消耗或增加了土壤矿质氮才引起较大变化。2.3 施氮量对土壤氮素平衡的影响水稻氮素平衡结果（表3）显示，施氮是氮素总输入量的主要来源，对氮素输出量也有显著影响。在施氮量为225 kghm-2时，作物吸氮量达到最大，为204kghm-2，与N3处理差异不显著，但显著高于N1、N4处理。该施氮水平下，矿质氮累积量仅比N1处理提高6.2%，但比N3和N4处理显著降低31.1%、49.7%，且氮表观损失量也显著低于N3和N4处理，降幅高达32.3%、47.1%。从氮素输出量构成看，作物吸氮量占氮输出量的47.3%，矿质氮累积量占 32.0%，氮表观损失量占20.7%。随施氮量的增加，作物吸氮量占比逐渐减小，而矿质氮累积量和表观损失量所占比例持续增加。与N2处理相比，N4处理作物吸氮量平均减少了11.7%，而矿质氮累积量增加了98.8%，表观损失量增加了89.1%。土壤氮表观平衡值结果表明，施氮量少于 135kghm-2的条件下，氮表观平衡值低于-44 kghm-2，表示土壤氮处于亏缺状态，因而影响了水稻产量提高。施氮量为 225 kghm-2时，氮表观平衡值为 21 kghm-2，土壤氮收支基本平衡，既维持了土壤氮肥力，又可获得最高的水稻产量，且氮素损失量显著低于N3、N4处理。当施氮量超过315 kghm-2时，氮素盈余超过122 kghm-2，氮表观损失量急剧增加，矿质氮累积量比试验前增加40%以上，既提高了环境风险，又使作物产量下降。2.4 水稻产量与矿质氮累积量的关系从图5看出，水稻产量与矿质氮累积量呈二次曲线关系。分析 2020、2021年及 2年平均效应方程得出，在水稻产量最高时矿质氮累积量分别为 134、162、148 kghm-2，分析矿质氮累积量与施氮量关系（表3）发现，不同年份矿质氮累积量对应的施氮量与N3处理施氮量（315 kghm-2）相近。2.5 基于产量和环境友好的氮肥投入阈值确定考虑到 2020、2021 年水稻产量、土壤矿质氮累积量及氮平衡值年际间无显著差异，故用2年平均投入和平均产出反映氮肥的施肥效应。如图6所示，水稻产量与施氮量呈极显著的二次曲线关系，效应方程为 y1=-0.025x2+12.433x+4 156.8（R2=0.974 9）。研究区近 2 年稻谷价格为 3.20 元kg-1，尿素为 2 000 元t-1，折合纯氮 4.31 元kg-1。根据产量效应方程与稻谷及氮肥价格计算得出，最高产量施氮量为249 kghm-2，最佳经济效益施氮量为222 kghm-2，对应产量图3 不同施氮量下土壤剖面矿质氮含量Figure 3 Effects of different N application rates on mineralN content in soil矿质氮含量Mineral N/（mgkg-1）矿质氮含量Mineral N/（mgkg-1）矿质氮含量Mineral N/（mgkg-1）767http:/农业资源与环境学报 第40卷 第4期为5 684 kghm-2（最高产量的99.7%），与最高产量差异不显著，但比最高产量对应的施氮量降低10.8%。因此，222 kghm-2是水稻获得高产高收益的施氮量阈值。100 cm土层矿质氮累积量与施氮量呈显著指数相关关系（图 6），效应方程为 y2=66.352e0.0026x（R2=0.964 8）。施氮量为225 kghm-2时，矿质氮累积量为119 kghm-2，与135 kghm-2施氮量处理差异不显著。施氮量为 315 kghm-2时，矿质氮累积量为 151 kghm-2，显著高于 N2 处理，且氮素表观损失量急剧增加，环境风险增大。另外，分析产量与矿质氮累积量二次曲线关系（图 5）可知，矿质氮平均值为 148 kghm-2时，水稻产量最高，该点对应的氮投入量为 310kghm-2。以上2种评价方法得出的环境安全施氮量相近，可以相互印证。因此，研究确定氮素投入量的环境安全上限为310 kghm-2。氮素表观平衡值与施氮量呈显著线性正相关（图6），效应方程为y3=0.868 9x-148.41（R2=0.976 8），土壤氮收支平衡对应施氮量为171 kghm-2。该施氮条件下，水稻产量较高，与最高产量差异不显著，但施氮量表3 不同施氮量对土壤-作物系统氮素平衡的影响（kghm-2）Table 3 Effects of different N application rates on nitrogen balance in soil-crop system（kghm-2）处理TreatmentN0N1N2N3N4年份Year20202021平均20202021平均20202021平均20202021平均20202021平均氮输入 N input施氮量Napplication000135135135225225225315315315405405405灌溉Irrigation17.4217.4217.4217.4217.4217.4217.4217.4217.4217.4217.4217.4217.4217.4217.42起始无机氮Initialinorganic N103.82112.17108.00103.82112.17108.00103.82112.17108.00103.82112.17108.00103.82112.17108.00氮矿化N mineralization72.7469.1271.4372.7469.1271.4372.7469.1271.4372.7469.1271.4372.7469.1271.43总输入量Totalinput193.98e198.71e196.85e328.98d333.71d321.35d418.98c423.71c421.35c508.98b513.71b511.35b598.98a603.71a601.35a氮输出 N output作物吸收Crop uptake129.136.39c125.318.09c127.227.24c187.326.43b171.609.16b179.467.80b211.087.94a196.887.24a203.987.59a195.049.23ab190.7210.24a192.889.74a180.966.69b179.296.18b180.136.44b矿质氮累积Mineral Naccumulation64.852.82d73.406.55d69.134.68d95.883.08c100.233.21c98.063.15c105.435.96c102.933.45c104.184.71c142.057.82b160.5420.75b151.3014.28b184.2825.20a229.999.39a207.147.90a氮表观损失Apparent N loss00045.789.51d61.8812.37d53.8310.94d102.471.98c123.905.79c113.192.89c171.8917.05b162.4530.99b167.1724.02b233.7431.88a194.4313.21a214.0814.33a氮表观平衡N balance-129.136.39e-125.318.09e-127.727.24e-52.326.43d-36.609.16d-44.467.80d13.927.94c28.127.24c21.027.59c119.969.23b124.2810.24b122.129.74b224.046.69a225.716.18a224.886.44a图4 不同施氮量下土壤矿质氮累积量Figure 4 Accumulation of soil mineral nitrogen under different N application rates矿质氮累积量Mineral N accumulation/（kghm-2）注：同列不同字母表示差异显著（P0.05）。Note：Different letters in a column indicate the significant differences（P100 cm）的NO-3-N则很难被作物利用。Cui等19在华北小麦-玉米轮作区开展田间试验得出，在优化氮素管理条件下，收获后 090 cm 根层硝态氮维持在 90100 kghm-2（以N计）的临界范围内，既可以维持较高目标产量，又可以降低环境风险。本研究发现膜下滴灌水稻土壤矿质氮主要累积在 040 cm 浅层土壤中，占 0100 cm 土层累积量的 47.0%58.8%。施氮量在 225kghm-2时，水稻产量较高，矿质氮累积量为119 kghm-2，与水稻播种前累积量相近，但施氮量增加到315、405 kghm-2时，矿质氮累积量急剧增加，并且有y1、y2和y3分别代表产量、矿质氮累积量和氮表现平衡值。y1，y2and y3is yield，mineral N accumulation and N balance，respectively.施氮量N application rate/（kghm-2）产量Yield/（kghm-2）矿质氮Mineral N/（kghm-2）氮表现平衡值N balance/（kghm-2）施氮量N application rate/（kghm-2）产量Yield/（kghm-2）矿质氮Mineral N/（kghm-2）氮表现平衡值N balance/（kghm-2）施氮量N application rate/（kghm-2）产量Yield/（kghm-2）矿质氮Mineral N/（kghm-2）氮表现平衡值N balance/（kghm-2）图6 20202021年施氮量与产量、矿质氮累积量、氮表观平衡值关系Figure 6 The relationship between N application rate and yield，mineral N accumulation and N balance from 2020 to 2021图5 20202021年产量与矿质氮累积量关系Figure 5 Relationship between yield and mineral N accumulationfrom 2020 to 2021产量Yield/（kghm-2）矿质氮累积量Mineral N accumulation/（kghm-2）769http:/农业资源与环境学报 第40卷 第4期向下迁移的倾向，增加了环境风险。考虑到环境风险及不可避免的氮素损失，2003年荷兰MINAS（Minerals Accounting System）整合了政策、农业经济和环境状况因素，将砂壤和黏壤耕地氮素盈余参考指标分别设为 60 kghm-2和 100 kghm-2 20。Ding等10基于水稻田间试验数据，确定基于氨挥发、增产率的土壤氮素表观盈余上限是 4491kghm-2、53112 kghm-2。本研究中，氮肥用量与土壤氮素盈余呈线性正相关关系（R2=0.966 4）。当施氮量为171222 kghm-2时，水稻产量较高，收获后矿质氮累积量与播前相近，氮收支基本平衡。该施氮范围内氮素盈余为044 kghm-2，低于以往的研究结果，这可能是因为输入氮中仅考虑了氮肥输入及灌溉水氮素输入，未考虑大气沉降及种子带入等来源。由于氮素盈余指标反映的是输入与输出的差值，随生产能力提升，输入氮也需要相应增加。土壤氮肥投入阈值的确定要依据供氮量、植株吸氮量和土壤氮库三者间的平衡关系。本研究结果表明，在施氮量171222 kghm-2时，水稻产量为5 5515 684 kghm-2，100 cm土壤矿质氮累积量较试验前初始量增加-510 kghm-2，氮表观平衡值为 044 kghm-2。施氮量低于171 kghm-2时，氮素盈余为负值，长期持续会造成土壤肥力下降，影响水稻的稳产高产。施氮量超过222 kghm-2时，经济效益不升反降，并且100 cm土壤矿质氮累积量大幅提升，对地下水环境造成威胁。因此，依据2020、2021年两年平均产量、矿质氮累积量及土壤氮素平衡值，确定河西绿洲灌区膜下滴灌水稻的氮肥投入阈值为 171222 kghm-2。4结论（1）适宜的氮肥用量可显著提高水稻产量，土壤基础地力对水稻产量形成的贡献率在70%以上。基于产量效应曲线与稻谷及氮肥价格，研究提出河西绿洲灌区膜下滴灌水稻的最佳经济施氮量为 222 kghm-2，对应产量为最高产量的99.7%，但氮肥用量比最高产量施氮量降低10.8%。（2）施氮量为171 kghm-2时，氮素盈余为0，土壤氮素收支达到平衡。施氮量为225 kghm-2时，0100cm土层矿质氮累积量104 kghm-2，与播前初始量相近。施氮量达到310 kghm-2时，矿质氮累积量急剧增加。考虑土壤氮素平衡及矿质氮累积量指标，该地区施氮安全范围为171310 kghm-2。（3）综合分析产量、矿质氮累积量、土壤氮盈余与施氮量的关系，研究确定河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮肥投入阈值为 171222 kghm-2。该施氮量条件下，水稻产量和经济收益高，土壤氮素收支平衡，且土壤矿质氮累积量与播前相近，环境风险较低。参考文献：1 银永安.膜下滴灌水稻水肥一体化技术M.北京：中国农业出版社,2019：183-193.YIN Y A.Integrated technology of water and fertilizer for rice under film drip irrigationM.Beijing：China Agricu