新疆石河子地区玉米产量及氮素平衡的施氮量阈值研究

【目的】合理施用氮肥不仅会提高肥料利用率,还会降低氮素面源污染的风险。通过2年田间肥料定位试验,研究北疆灰漠土区不同氮肥用量下,土壤无机氮积累量、氮素平衡和玉米产量间的相互关系,为氮肥合理施用提供依据。【方法】研究采用肥料田间定位试验,小区试验于2011~2012年开展,设计6个氮肥(N)用量水平:0、225、300、375、450、600 kg/hm2,分别以N0、N225、N300、N375、N450、N600表示,其中300 kg/hm2为当地玉米农田氮肥推荐用量,磷肥(P2O5)施用量为75 kg/hm2,钾肥(K2O)施用量为37.5 kg/hm2。【结果】1)施用氮肥增加了土壤硝态氮和铵态氮残留量,硝态氮主要残留于0—60 cm土层,铵态氮主要分布在0—20 cm土层深度。2011年试验中,土壤无机氮残留量随氮肥用量增加而显著增加,与对照相比,施氮处理无机氮残留量增幅为12%~102%,与施氮量呈指数增长关系。2012年氮肥用量对土壤无机氮残留量的影响与2011年相似。2)施氮量【225kg/hm2时,0—100 cm土层深度土壤无机氮积累量降低,表现为负积累效应,N0和N225处理下2012年土壤无机氮积累量分别较2011年降低165%和170%;施氮量高于300 kg/hm2时,土壤无机氮积累量显著增加,表现为富集现象,其中,N375、N450和N600处理下2012年土壤无机氮积累量分别较2011年增加17%、388%、170%。土壤无机氮积累量与施氮量显著呈二次抛物线关系,2011年回归方程为y=0.0001x2+0.1013x-22.537(R2=0.9288),无机氮无积累时施氮量为187 kg/hm2;2012年为y=0.0003x2+0.1417x-52.78(R2=0.9583),无机氮无积累时施氮量为245 kg/hm2。土壤氮素表观损失量和氮素盈余量的增加幅度随氮肥用量增加而显著加大。3)氮肥投入可提高玉米产量,产量与施氮量呈显著的二次抛物线或线性加平台的关系,施氮量高于300 kg/hm2时,玉米产量与最高产量差异不显著;产量与无机氮积累量呈二次抛物线形关系,当土壤无机氮达到平衡时,玉米产量显著低于最高产量,当玉米产量达到最大时,土壤无机氮有一定积累。氮肥利用率则随氮肥用量增加呈指数关系显著降低。施氮量270 kg/hm2为产量与氮肥利用率的交点,施氮量340 kg/hm2是土壤无机氮残留量与氮肥利用率的交点。【结论】利用产量效应、环境效应与肥料效应函数的交点确定氮肥投入阈值,是较为优化的方法。合理的氮肥投入不仅能获得玉米高产,降低氮素面源污染风险,还能获得较高的氮肥利用率。因此,施氮量260~340 kg/hm2为本研究区玉米高产与环境友好的氮肥投入阈值。