氮肥运筹对氮肥利用率与小麦产量的影响.doc

氮肥运筹对氮肥利用率及小麦产量的影响
赵金花
(河南农业大学农学院,河南郑州450003)
摘要：随着氮肥大量用于农业生产中，氮肥的利用率随之降低，由氮肥淋失而产生的环境问题日益严重。本文通过对氮肥的动态变化、氮肥的利用率以及在小麦增产中的作用，探讨不同施氮量、施氮时期与施氮方式对氮肥利用率以及小麦产量的影响。
关键词：氮肥；氮肥利用率；小麦；产量
Effects of Different Nitrogen Application Techniques on Yield and Nitrogen Use Efficiency of Wheat
ZHAO Jin-hua
(College Of Agronomy，Agricultural University of Zhengzhou,
Henan 450003，China)
Abstract: Along with the fertilizer used in agricultural production, The utilization rate of nitrogen fertilizer decreased, Nitrogen leaching loss has caused serious environmental problems. Based on the dynamic changes of nitrogen fertilizer、the utilization rate of nitrogen fertilizer and the effect on wheat yield, Discuss different nitrogen levels、nitrogen application period and nitrogen application methods have influence on the utilization rate of nitrogenous fertilizer and wheat yield.
Key words: Nitrogenous fertilizer; Nitrogen use efficiency; Wheat; Yield
氮肥是小麦生产过程中需求量最大、增产效果最显著、产生经济效益最高的肥料类型，施用氮肥是提高小麦产量的主要措施之一。就小麦生产而言，应用适宜的氮肥用量与施用方法以及合理的运筹比例是获得小麦高产的关键。随着农业生产的持续发展与作物产量水平的不断提高，氮肥的使用量在小麦生产中逐年增大，但肥料利用率较低、经济效益不高的现象十分严重。除筛选与利用氮高效基因型小麦品种外,解决这一问题的主要途径便是如何合理施用氮肥及提高其利用率。关于氮肥对小麦生长发育、产量形成及氮素积累、分配与利用的影响,前人已经作了大量的研究。在前人研究的基础上，本文综述了氮素供应量、时期、方式等对氮素利用率与小麦产量影响的研究进展，从而为小麦生产中确定适宜的施氮量、施氮方式与时期提供理论与实践依据，帮助农民充分发挥氮肥作用，提高小麦产量，减少环境污染。
1. 农田氮肥的动态变化
1.1氮素在土壤中的存在形式
土壤中的氮素绝大部分以无机态氮的形式存在，包括硝态氮与铵态氮两部分，其中以土壤硝态氮为主，而铵态氮的含量非常少且变化不大 。
1.2土壤中化肥氮的去向
氮肥施入农田后的去向可分为3个部分：（1）被作物吸收，即氮肥的当季利用率；（2）残留在土壤中；（3）通过不同机制与途径损失。众所周知，氮肥的损失途径主要包括氨挥发、硝化-反硝化与淋洗损失。随着麦田施肥用量的增加，在农业生产中施入的化肥氮除了被植物直接吸收利用的，其他的氮素大部分都通过各种途径损失了，所以氮肥调控的另一个重要方面就是减少氮素的损失。
1.2.1土壤中化肥氮的淋溶
土壤化肥氮的淋溶是土壤氮素损失的基本途径之一，而硝态氮的淋洗是土壤中氮素损失的重要途径之一[1]。如果将铵态氮肥或酰胺态氮肥施入土壤中，它很快转化为NO3-N，在不合理的高施氮量条件下，整个生育期以NO3-N的形式在土壤剖面不同层次累积，若遇到强度较大的降雨或一次性大量的灌水，这些NO3-N逐渐向土壤深层移动，其中一部分最终可能移动到地下水。累积于土壤不同层次的NO3-N，在有利用反硝化的环境条件下，还通过反硝化作用而发生损失。适量施用有机肥，可减少土壤中硝态氮的累积量，尤其是减少根区外土壤硝态氮累积量，降低硝态氮淋失风险[2]。值得注意的是，这些损失都发生在不合理的高施氮量条件下，如果按照作物需要动态调控氮肥用量，氮肥的损失量并不大。有机氮化合物是土壤氮素的主要形式，而无机氮的水平一般较低，因此有机氮的动态与转化方向是决定硝酸盐淋失数量不可忽视的重要因素。
1.2.2土壤中肥料氮的径流损失
除硝态氮向土壤深层淋失外，土壤侵蚀与径流也是引起土壤氮损失的重要途径之一。近几年我国近海与湖泊频发的“藻华”现象说明水体富营养化已经成为一个重要的环境问题，而农田氮素是水体氮的重要来源之一；但是对于通过径流损失的氮量，不同估计间的差别很大，而且通过土壤侵蚀与径流方式损失的氮素大部分为有机态氮。
1.2.3土壤中氮的挥发
土壤化肥氮的另一个损失途径是铵态氮以氨气的形式挥发。当铵态氮肥或酰胺态氮肥施入通气性良好的旱作土壤后，硝化作用一般情况下在7天之内完成，氨挥发则集中发生在施肥后的较短时间内。王朝辉等[3]研究表明与冬小麦施用基肥相比，夏玉米追肥后土壤的氨挥发速率很快升高，但挥发高峰期持续时间短，最大氨挥发速率亦低于冬小麦。
2.施氮对氮肥利用率的影响
为了满足不断增加的人口对粮食的需求，我国未来对氮肥的消费量还可能增加，最根本的问题将是如何更有效地利用肥料氮。我国主要作物氮肥利用率在28％～41％，平均为35％，利用率较低[4]。而氮肥的当季利用率是决定氮肥增产效果的主要因素，要提高氮肥的当季利用率，关键是确定一个合理的氮肥用量与提出正确的施肥方法[5]。因此，研究施氮对氮肥利用率的影响，提高氮肥的当季利用率，减少其施入农田后的损失，对于小麦增产及发展现代化可持续农业具有重要作用。
2.1施氮量对氮肥利用率的影响
氮肥利用率受施氮量的深刻影响。一般来说，随着施氮量的增加，作物产量增加，氮肥利用率显著降低 [6,7]。在实际生产中，相同施肥模式下，可以通过少施氮肥而提高氮肥利用率，但产量并不一定很高。但就我国目前的情况而言，只能追求保持较高产量水平下合理的氮肥利用率，而不能一味追求高的氮肥利用率而降低产量。当氮肥的施用量超过作物的需氮量时，未被作物吸收的氮素一方面在土壤中的作物根区外积累，对生态造成潜在威胁；另一方面进入大气与水体对生态环境造成直接破坏。因此，研究施氮量对氮肥利用率的影响，不仅对小麦增产有重要意义，同时对生态环境保护也有巨大作用。
2.1.1单一土壤肥力下施氮量对氮肥利用率的影响
在单一土壤肥力下，适宜的施氮量可以获得较高的氮肥利用率。巨晓棠等[8]研究表明，当施氮量≥240 kg／hm2时，高达80％以上的氮肥未被作物吸收利用，其中占施肥量38％以上的氮肥损失出土壤——作物体系。刘学军等[8]研究表明，未被当季小麦利用的肥料氮主要以无机氮的形式残留于0—100 cm的土体中，当施氮量分别为75、112.5、150 kg／hm2时，氮肥利用率下降分别为16.0％、14.5％与13.5％。由此可见，施氮量对氮肥的利用率有显著的影响。
2.1.2不同土壤肥力下施氮量对氮肥利用率的影响
不同土壤肥力下适当增施氮肥，可使氮的吸收效率保持在较高的水平上，并获得较高的氮肥利用率。张铭等[9]研究表明，在同一施氮水平下，不同土壤肥力间氮肥利用率差异显著，高肥力土壤氮肥利用率比中肥力高2.1％，比低肥力高4.1％。因此，高肥力田若施氮量过大，就会使部分的氮肥不能被小麦植株吸收利用，既造成肥料浪费，又残留在土壤中污染环境；而低肥力田若施氮量较低时，小麦植株的吸氮量与氮肥利用率均较低，不能满足物质生产氮素营养的需要，从而得不到较高的籽粒产量[10]。
2.2施氮方式对氮肥利用率的影响
相同施氮量条件下，增加施肥次数可以提高氮肥利用率。施氮量与施肥次数相同的情况下，施用比例为1:1:1的处理，氮肥利用率高于施用比例为1:3:2的处理[11]。说明氮肥利用率不仅与施氮量有关，而且还受施肥次数、基追肥比例的影响。合理的氮肥运筹可以提高氮肥的利用率，在小麦生产上施用一定数量的氮肥做基肥，对于提高产量与氮肥利用率是必要的。
3.氮肥运筹对小麦产量的影响
不同的施氮量、施氮时期、施氮方式及环境因子对氮素吸收、利用与小麦产量影响较大。
3.1施氮量对小麦产量的影响
施氮量对小麦产量的影响其主要作用机理为施氮可以显著提高小麦旗叶叶绿素含量，延缓叶片衰老，提高叶片净光合速率，并延长光合功能期。氮素对小麦的小穗发育也产生重要影响，可以显著提高小穗结实率与粒重。因此氮肥可以通过影响产量形成的各要素来提高小麦产量。通过研究不同施氮量对小麦产量的影响，为科学施用氮肥及提高小麦产量提供理论依据。
3.1.1施氮量对小麦产量结构的影响
在一定的施氮量范围内，小麦穗数随着施氮量的增加呈先升高后下降的趋势[12,13]。适宜的施氮量可以促进小麦分蘖成穗，而施氮量过高，则会导致前期群体过大，后期分蘖成穗率降低，穗数减少；穗粒数亦随施氮量的增加呈先升高后降低的趋势；粒重对增施氮肥的反应与穗数与穗粒数不同，而是随施氮量的增加而降低[14]。王长年等[15]的研究表明每穗粒数、产量在施氮量300kg／hm2以内时随着施氮量的增加而提高，超过300kg／hm2的每穗粒数、产量均有所下降，千粒重则以不施肥为最高，施肥处理随着施氮量的增加而降低。这说明在一定条件下施氮量并不是施的越多越好。崔振岭等[16]在华北平原研究了施氮量对冬小麦产量的影响后认为，在一定施氮量范围内，冬小麦籽粒产量随施氮量增加而增加；当施氮量增加到一定量时，产量不再随施氮量的增加而增加也印证了这一点。这就是说适宜的施氮量是确定在不同的氮肥水平下的，随着施氮量的增加小麦籽粒产量呈上升趋势，其最佳施氮量都有一临界值，超过这一临界值，即为奢侈消耗，会产生毒害作用，籽粒产量不但不再上升，反而下降。
3.1.2施氮量对小麦生育进程的影响
小麦生育进程随着施氮量的增加而加快。施氮量越高，小麦分蘖力越强，高峰苗越高,进一步分析，高峰苗与成穗数也呈线性相关[15]。增加氮肥用量，对小麦的基本苗数无影响，但提高了小麦的分蘖数与收获时单位面积穗数。小麦开花期以前，小麦各期的干物质积累都是随着施氮量的增加而增加，拔节前增长较慢，拔节后增长迅速[15]。
3.1.3施氮量对小麦光合效用的影响
小麦施氮量增加，各期的叶面积也随之提高。返青前小麦叶面积增长缓慢．拔节后叶面积增长加快，至孕穗期达到最高。赵雪飞等[17]研究发现，不同施氮水平之间小麦光合效用随施氮量的增加而增大，在肥力较低情况下，增加施氮量能显著提高小麦的总茎(穗)数与叶面积指数（LAI），而在肥力较高的条件下，施氮量对总茎数与LAI的影响不明显，在一定程度上还会产生负效应，不利于达到合理的群体动态。土壤肥力与施氮量对叶面积指数的影响，各个时期均表现为高肥力>中肥力>低肥力。然而叶面积过大不利于高产，群体过大，田间通风透光性差，光合源衰减快，致使叶面积持续期短，净同化率减低，直接影响小麦的产量与效益。
3.2施氮时期对小麦产量的影响
不同生育时期施氮对小麦籽粒产量的影响不同。潘庆民等[18]试验表明，拔节期追施氮肥可以显著提高籽粒产量，追氮时期过早(起身期)或过晚(开花期)对籽粒产量均有显著影响。同时田纪春[19]、王晨阳[20]试验表明，氮素追肥后移可提高籽粒产量。小麦植株在出苗至拔节与拔节至抽穗阶段的吸氮强度均随施氮量的增加而显著提高，且拔节至抽穗阶段的吸氮强度显著高于其他阶段。拔节期以后植株生长旺盛，植株对氮的需求急剧增加，增施氮肥有利于植株对氮素的吸收，且以抽穗期最为显著[21]。抽穗期至成熟期的吸氮强度随施氮量的增加呈先升后降的趋势。另外，在不同土壤肥力水平间与施氮量间，小麦拔节期、抽穗期与成熟期的茎蘖数均存在极显著的差异。不同土壤肥力水平下各生育时期的茎蘖数与成熟期茎蘖成穗率均表现为高肥力>中肥力>低肥力[9]。因此，应大力推广氮肥后移，少量多次施肥等农业技术。
3.3施氮方式对小麦产量的影响
在施肥总量相同的前提下，分次追肥与增加底肥比例可以提高产量。在高肥力土壤上，减少基肥的施用比例，不仅能促进小麦籽粒产量的提高，而且可以减少氮肥的损失[22,23]。魏建林等[11]研究发现，在施氮量一致的情况下，氮肥施用方式的不同对小麦的分蘖数与单位面积穗数有一定的影响，氮肥分3次均施对于提高小麦产量形成指标效果最好。氮肥不做基施、只追施两次的小麦产量最低，这是因为前期不施氮或施氮量偏少，其营养生长不足，分蘖减少，即使后期追氮量增加也难以消除前期生长不良带来的影响，说明了小麦施用基肥的必要性。
3.4施氮环境对小麦产量的影响
赵振东等[24]认为，氮肥施用量对小麦籽粒产量的影响因地力状况有较大的不同。在地力较高的条件下，施氮量对小麦产量没有明显的影响，只有在地力较低的情况下，不同的施氮量才会使产量差异在0.01水平显著[25]。高肥力田的较强供氮能力促进了小麦植株对氮素的吸收，低肥力田上增施氮肥则可以显著提高植株的最终吸氮量。土壤肥力与施氮量间在小麦产量上存在极显著的互作效应。籽粒产量在高、中土壤肥力条件下随施氮量的增加表现为先升后降的趋势，与施氮量呈二次曲线关系；在低肥力条件下表现为上升的趋势，与施氮量则呈线性正相关关系[9]。从这一规律可以看出，施氮量过高与过低都不能得到高产，不同肥力土壤上通过调节施氮量虽均可得到高产，但各自的高产水平是不同的，且对应的施氮量也是不一样的。由此可见，根据具体田块的土壤肥力来确定合理的施氮量对小麦的高产稳产与高效施氮具有双重意义。
4.结 语
在大力发展农业科技的时代背景下与鼓励农业科学技术创新的历史机遇下,农业规模化生产的效益优势正在凸显,研究如何合理运筹氮肥,科学掌握氮肥的施氮量、施氮时期及施用方式，充分考虑土壤对氮肥需求变化规律并加强田间管理对提高小麦产量，更好地满足人民物质生活需求具有重要的意义,同时提高氮肥利用率,减少氮肥损失,对生态环境保护有巨大作用，为建设现代化可持续发展农业奠定基础。
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