山东农业科学２０１６，４８（１２）：９５～１００ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ＤＯＩ：１０．１４０８３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４９４２．２０１６．１２．０２１ 不同有机肥用量对土壤硝态氮含量 及氮素利用率的影响 井永苹 ，李彦 ， ，张英鹏 ，罗加法 ，薄录吉 ，孙明１，２，仲子文 （１．山东省农业科学院农业资源与环境研究所，山东济南３．山东省植物营养与肥料重点实验室，山东济南２５０１００；２．农业部黄淮海重点实验室，山东济南２５０１００； ３２４０） ２５０１００；４．新西兰皇家农业科学研究院，怀卡托汉密尔顿摘要：为了研究有机肥用量对农田土壤硝态氮迁移累积的影响，合理使用有机肥，减少有机肥对环境的 污染，在山东省曹县潮土小麦玉米轮作区进行大田试验，研究了自然降雨条件下不同牛粪有机肥用量对小麦 玉米轮作农田土壤硝态氮纵向分布、作物产量、氮素利用率的影响。结果表明：０～１００ ａｍ各土层硝态氮含量 及累积量随着有机肥用量的增加而增加，且用量为每年每６６６．７ｍ 施３ ０００ ｋｇ以上时土壤硝态氮含量显著增 加；在小麦生育期和玉米苗期土壤硝态氮含量随着土层深度的增加基本呈先降低后升高的趋势，尤其在初夏 小麦成熟期６０～１００ ｃｍ土壤中硝态氮累积量高于表层土，表明该时期土壤硝态氮向土壤深处迁移累积，对雨 季地下水污染带来潜在的危害；小麦、玉米产量与牛粪有机肥用量之间分别呈二次函数关系和线性关系，牛粪 有机肥用量为每年每６６６．７ｍ 施３ ０００ ｋｇ（折纯氮４５ ｋｇ）时小麦和青贮玉米的总产量最高，该用量下，小麦、玉 米的氮素利用率分别为５２％和５０％。综合分析，推荐牛粪有机肥用量为每年每６６６．７ｍ 施３ ０００ ｋｇ，既保证 小麦、青贮玉米的产量又能降低施肥给环境带来的污染风险。 关键词：牛粪有机肥；小麦一玉米轮作；土壤硝态氮；产量；氮素利用率 中图分类号：Ｓ１５８．３ 文献标识号：Ａ 文章编号：１００１—４９４２（２０１６）１２—００９５—０６ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｄｉｆｅｒｅｎｔ Ｍａｎｕｒｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒａｔｅｓ ｏｎ Ｓｏｉｌ Ｎｉｔｒａｔｅ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｕｓｅ Ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ Ｊｉｎｇ Ｙｏｎｇｐｉｎｇ ，Ｌｉ Ｙａｎ ，ｈ，Ｚｈａｎｇ Ｙｉｎｇｐｅｎｇ ，Ｌｕｏ Ｊｉａｆａ ，Ｂｏ Ｌｕｊｉ 一，Ｓｕｎ Ｍｉｎｇ ，Ｚｈｏｎｇ Ｚｉｗｅｎ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｆＡｇｒｏｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉｎａｎ ２５０１００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＡｇｒｏ—Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ Ｈｕａｎｇ—Ｈｕａｉ—Ｈａｌ Ｐｌａｉｎ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｊｉｎａｎ ２５０１００，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ ａｂｏｒＬａｔｏｒｙ ｏｆＰｌａｎｔ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｆｌｎａｎ ２５０１００，Ｃｈｉｎａ； ４．Ｒｏｙａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｆ ｏＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｍｉｌｔｏｎ ３２４０，Ｎｅｗ Ｚｅａｌａｎｄ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｎ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉ— ｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＮＯ；一Ｎ）ｉｎ ｆａｒｍｌａｎｄ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ，ａ ｉｆｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｉｎ ｗｈｅａｔ—ｍａｉｚｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ａｒｅａ ｏｆ Ｃａｏｘｉａｎ Ｃｏｕｎｔｙ ｉｎ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕ— ｅｎｃｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＣＯＷ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｎ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ＮＯ；一Ｎ，ｃｒｏｐ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｎｉｔｒｏ— ｇｅｎ ｕｓｅ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｆｍｉｎｅｄ ｉｎ ａ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ａｎｄ ｓｕｍｍｅｒ ｍａｉｚｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｆａｒｍｌａｎｄ ｕｎｄｅｒ ｎａｔｕｒａｌ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＮＯ；一Ｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ（０～１００ ｃｍ）ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ３ ０００ ｋｇ ｐｅｒ ６６６．７ｍ ｆｏｒ ｏｎｅ ｙｅａｒ．ｔｈｅ ｓｏｉｌ ＮＯ；一Ｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｗｈｅａｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｍａｉｚｅ，ｔｈｅ ＮＯ；一Ｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｆｒｓｔｌｙ 收稿日期：２０１６—０６—２８；修回日期：２０１６—１０—１４ 基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项（２０１２０３０５０～５）；山东省青年基金（２０１４ＱＮＭ４９）；山东省“泰山学者”建设工程专项 作者简介：井永苹（１９８２一），女，博士，助理研究员，主要从事农业面源污染防控方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｙｐ８２９１６＠１６３．ｃｏｎ 通讯作者 ９６ 山东农业科学 第４８卷 ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒａｉｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｗｈｅａｔ ｍａｔｕｒｅ ｓｔａｇｅ ｉｎ ｅａｒｌｙ ｓｕｍｍｅｒ，ｔｈｅ ＮＯ３－一Ｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ６０—１００ ａｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｏｐｓｏｉｌ．Ｉｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ａｔ ｔｈｉｓ ｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅ ＮＯ；一Ｎ ｈａｄ ｍｉｇｒａｔｅｄ ｄｏｗｎｗａｒｄ ａｎｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｓｏｉｌ，ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｐｏｌｌｕｔｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｍｍｅｒ ｒａｉｎｆａｌｌ ｓｅａｓｏｎ．Ｔｈｅ ｗｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｉｚｅ ｙｉｅｌｄ ｓｈｏｗｅｄ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＣＯＷ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ．Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｗｈｅａｔ ａｎｄ ｓｉ． １ａｇｅ ｍａｉｚｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＣＯＷ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ３ ０００ ｋｇ ｐｅｒ ６６６．７ ｍ ｆｏｒ ｏｎｅ ｙｅａｒ（ｅ— ｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔｏ ４５ ｋｇ ｐｕｒｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｐｅｒ ６６６．７ｍ ｆｏｒ ｏｎｅ ｙｅａｒ），ａｎｄ ｔｈｅ Ｎ ｕｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗａｓ ５２％ａｎｄ ５０％ｒｅ— ｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ＣＯＷ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ３ ０００ ｋｇ ｐｅｒ ６６６．７ ｍ ｆｏｒ ｏｎｅ ｙｅａｒ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｗｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｉｚｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｒｉｓｋ ｏｆ ｆｅｒｔｉｌｉ— ｚａｔｉｏｎ ｔｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｃｏｗ ｍａｎｕｒｅ；Ｗｈｅａｔ—ｍａｉｚｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ；Ｓｏｉｌ ＮＯ；一Ｎ；Ｙｉｅｌｄ；Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｕｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ 随着畜禽养殖规模化和集约化程度的迅速提 高，畜禽粪便污染作为农业面源污染的重要组成 部分已经成为世界普遍关注的问题 。由于畜 禽粪便有机肥含有丰富的营养物质，将其作为肥 料进行农田回用是其资源化利用的主要途径。研 究表明，施用有机肥能增加土壤养分，提高土壤肥 力 Ｊ。但是越来越多的研究也表明过量有机肥 的施用会造成土壤硝态氮累积，对地表环境产生 严重危害的同时也会引起地下水硝酸盐污染。袁 新民等 研究发现，连续每年施用禽粪２０ ｔ／ｈｍ 所流出的地表径流液对地表水质量构成严重威 胁。另外姚丽贤 、刘勤 等研究发现大量施用 以鸡粪为主的有机肥，可使４ ｍ以上土层中硝态 氮浓度达到４０～５０ ｍｅ，／ｋｇ。林葆 研究发现，在 物产量的影响，为确定有机肥的合理用量、有效控 制农田养分流失提供技术支撑，也为我国单位耕 地面积畜禽粪便承载量国家标准的制定和完善提 供一定的理论依据。 １材料与方法 １．１试验点概况 试验在山东省菏泽市曹县磐石街道办事处王楼 村进行，该试验点位于鲁西南平原，Ｎ ３４。４７ ９．７８”， Ｅｌｌ５。３５ １６．３２ ，属于北亚热带地区，年均气温 １３．６～１４．３℃，年均日照时数为２ １４７．６ ｈ，年均降 水量６１１．８—７１１．０ ｍｍ，年无霜期２１２ ｄ。耕作模 式为冬小麦夏玉米轮作模式。供试土壤类型为潮 土，其基本理化性状为：ｐＨ（Ｈ ０，５：１）８．５６，有机质 １３．２５ ｋｇ，全氮１．３３ ｋｇ，有效磷ｌ７．７６ ｍ ｋｇ， 碱解氮９３．５４ ｍｇ／ｋｇ，速效钾１２９．１７ ｍｇ／ｋｇ。 １．２试验材料与设计 太湖流域氮素对水体的污染贡献中，田问径流液 和淋失液中的氮素８０％来自有机肥的矿化氮。 当施肥量超过植物需要及土壤反硝化能力时，就 会在降雨或灌溉作用下通过淋溶进入地下水 ， 因此，确定有机肥的合理用量、降低有机肥使用对 环境的污染已经成为目前亟待解决的问题。 小麦、玉米轮作是华北平原重要的种植模式 之一，具有土地集约化程度高和高投入高产出的 基本特点，深入研究基于牛粪资源化利用的小麦、 试验于２０１４年１０月１日播种小麦，２０１５年 ６月１１日收获，２０１５年６月２０日种植玉米，２０１５ 年９月１０ １３收获。供试有机肥为牛粪有机肥，养 分含量见表１。共设置６个有机肥处理（表２），分 别是，Ｔ１：对照，不施有机肥；Ｔ２：每年每６６６．７ｍ （下同）用量为１ ０００ ｋｇ；Ｔ３：２ ０００ ｋｇ；Ｔ４：３ ０００ ｋｇ；Ｔ５：４ ０００ ｋｇ；Ｔ６：５ ０００ ｋｇ，随机区组排列，重 玉米轮作制农田土壤硝态氮迁移累积特征，对于 合理处置养牛废弃物和建立良性循环的农业生态 环境具有重要的理论价值和现实意义。基于如上 分析，本研究从土壤硝态氮含量变化角度出发，通 过定量跟踪分析不同牛粪有机肥用量处理对土壤 硝态氮迁移累积规律、粮食产量及氮素利用率等 指标的影响，探讨有机肥用量对土壤硝态氮和作 复３次，小区面积６４ ｍ 。小麦季和玉米季各施一 半有机肥，且均为播前基施，后期不再追肥。 表１ １．５０ 牛粪有机肥养分含量 （％） 查 堕 １．７０ １．４８ ２９．０１ 旦 塑 ５７．Ｏ７ 第１２期 井永苹，等：不同有机肥用量对土壤硝态氮含量及氮素利用率的影响 ９７ 表２ 小麦、玉米季有机肥及其折合养分投入量 注：表中数据均为６６６．７ｍ 用量，下同。 供试小麦品种为当地主要栽培品种济麦２２， 采用２５ ｃｍ等行距机械播种，每６６６．７ｍ 播种量 为１２．５ ｋｇ；玉米品种为豫青贮２３，播种方式为点 种，等行距播种，行距６０ ｃｍ，株距２５ ｃｍ。小麦、 玉米播种前牛粪有机肥撒施，机械旋耕。试验田 １３常管理措施同大田生产模式。试验期作物不同 生育阶段的平均降水量为：小麦茬口内总降水 １７８．７ ｍｍ，玉米茬口内总降水４６８．１ ｍｍ。 １．３样品采集 分别在小麦、玉米季的苗期、拔节期、成熟期 进行土壤样品采集，小区内按每２０ ｃｍ一层分５ 层取０～１００ ｃｍ土样，每个小区随机取３个点， 相同层次的土壤混合为一个土壤样品，置于冰柜 中冷冻保存或立时测定。每层土壤的容重采用环 刀法测定。 小麦收获时收取５ ｍ 样方测产，同时测定小 麦籽粒和秸秆中的养分含量；青贮玉米收获时在 小区内随机选取１０株，测定其整株生物量、养分 含量等指标，小区全部收获计产。 １．４测定项目及方法 土壤硝态氮测定：新鲜土样用２ ｍｏｌ／Ｌ ＫＣ１ 浸提，滤液通过流动注射分析仪测定其硝态氮含 量。植株全氮含量测定：采用浓硫酸一双氧水消 煮，半微量凯氏定氮法测定，参照鲍士旦 的方 法测定。 １．５计算方法 氮肥农学效率（ｋｇ／ｋｇ）：（施氮区作物产 量一不施氮区作物产量）／施氮量； 氮素利用率（％）＝作物吸氮量／施氮量× １００ Ｅ 。 所有试验数据均用平均值，统计检验经ＳＰＳＳ １６．０软件处理分析，单因素方差分析后采用ＬＳＤ 法检验处理问的差异显著性，以Ｐ＜０．０５作为差 异显著性水平。采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ ２００３拟合小 麦、玉米产量与牛粪有机肥用量的关系曲线。 ２结果与分析 ２．１ 小麦季土壤剖面硝态氮垂直分布规律 在小麦苗期、抽穗期、成熟期，０～１００ ｃｍ土 层不同处理土壤硝态氮含量均随着牛粪有机肥用 量的升高而升高，但影响幅度不同（图１）。 在小麦苗期，各处理０～１００ ｃｍ土壤剖面内 硝态氮含量均随着土壤深度的增加呈先降低后升 高的趋势（图１Ａ）。０～４０ ｃｍ土层中Ｔ５、Ｔ６处理 土壤硝态氮含量显著高于其他处理；４０～１００ ｃｍ 土层中，Ｔ３一Ｔ６处理间差异不显著但显著高于 Ｔ１处理。由此可见该时期随着土层的加深，各施 肥处理间的差异逐渐变小。 在小麦拔节期，各处理０～１００ ｃｍ土壤剖面 的硝态氮分布规律与小麦苗期相似（图１Ｂ）。０～ ２０ ｃｍ土层中Ｔ６处理土壤硝态氮含量显著高于 Ｔ１一Ｔ５；２０～４０ ｃｍ土层Ｔ５、Ｔ６显著高于Ｔ１、，ｒ２， 但与 、Ｔ４处理间无显著差异；６０～１００ ｃｍ土层 中Ｔ５、Ｔ６显著高于Ｔ１一Ｔ４，且Ｔ５、Ｔ６处理硝态氮 含量分别是对照Ｔ１的３．５～３．７倍和３．８～４．７ 倍。由此可见，随着有机肥用量的增大，深层土壤 中硝态氮含量差距逐渐拉大，尤其是牛粪有机肥 用量为４ ０００～５ ０００ ｋｇ时，土壤硝态氮淋失风险 显然高于其他处理。 在小麦成熟期，０～１００ ｃｍ土壤剖面中，随着 土层的加深，各处理土壤硝态氮含量差异逐渐增 大（图１ Ｃ），且深层土壤硝态氮含量逐渐升高甚至 超过表层土壤。０～６０ ｃｍ土层，Ｔ２一Ｔ６处理土 壤硝态氮含量分别是Ｔ１的１．３５～２．８３、１．４７～ ３．３３、１．６１～４．３０、１．８８～５．３３、２．１９～７．６７倍； ６０—１００ ｃｍ土层， 一Ｔ６处理土壤硝态氮含量 分另０是Ｔ１的２．５７～３．６８、４．３３～４．４３、５．６８～ ６．８８、１０．７１～１４．３３、１２．８６～１５．１７倍，由此可 见，Ｔ５、Ｔ６处理在６Ｏ～１００ ｃｍ土壤中硝态氮含量 显著高于其他处理。此外，８０～１００ ｃｍ土层中 Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６处理土壤硝态氮含量分别是０～２０ ｃｍ 土层的１．０７、１．９１倍和１．７３倍。由此推测，小麦 成熟期随着牛粪有机肥施用量的增加，硝态氮逐 渐向深层土壤迁移累积，导致硝态氮污染地下水 的风险大幅度提高。 ９８ 沮器群州 硝态氮含量（ｍｇ／ｋｇ） Ｏ 山东农业科学 第４８卷 旧幂群刊 沮幕摹ｆ 在玉米拔节期，０～１００ ｃｍ土壤剖面中硝态 Ｏ ｍ １５．０ ０ ｍ册∞∞∞∞ ５．０ ∞∞∞ １０．０ ∞∞驰∞ ∞∞∞ ０ ｍ∞｛；；∞∞∞∞∞苦；∞ 氮含量随着土层的加深，除Ｔ１呈先降低后升高趋 ０ ５．０ ｌｎ ０ １ ５－Ｏ ２０．Ｏ ２５．０ Ｂ小麦拔节期 ０ ２１０ 毛Ｏ ＆Ｏ ＆Ｏ １ ０．Ｏ ｌ２．Ｏ １屯０ 图１ 小麦季不同处理硝态氮含量的时空变化 ２．２玉米季土壤剖面硝态氮垂直分布规律 与小麦季相似，在玉米季的苗期、拔节期、成 熟期，各处理０—１００ ｃｍ土层土壤中硝态氮含量 均随着牛粪有机肥用量的升高而升高（图２）。 在玉米苗期，除Ｔ１外，其他处理的０—１００ ｃｍ土壤剖面内硝态氮含量随着深度的增加， 、 Ｔ４、Ｔ５处理呈先下降后上升趋势，Ｔ３和Ｔ６处理 则呈先降低后升高再降低再升高的趋势（图 ２Ａ），在４０～６０、８０～１００ ｃｍ土层中硝态氮含量 出现峰值。０—４０ ｃｍ土层中各处理间土壤硝态 氮含量无显著差异；４０～６０ ｃｍ土层中 处理硝 态氮含量显著高于其他处理；６０～１００ ｃｍ土层中 Ｔ６处理显著高于其他处理，而 —Ｔ５之间差异 不显著。 势外，其他处理均呈先降低后升高再降低的趋势， 在６０～８０ ｃｍ处出现峰值（图２Ｂ）。０～２０ ｃｍ土 层硝态氮含量以Ｔ５、Ｔ６处理最高，分别是Ｔｌ处 理的２．８０倍和３．１６倍，显著高于Ｔ２一Ｔ４处理； ２Ｏ～６０ ｃｍ土层Ｔ６显著高于其他处理，而１２一Ｔ５ 之间差异不显著；６０～１００ ｃｍ土层Ｔ５、Ｔ６处理土 壤硝态氮含量显著高于Ｔ１，但与，ｒ２一Ｔ４处理间 的差异不显著。由此可见，玉米拔节期，随土层的 加深，各处理土壤硝态氮含量差异逐渐缩小，且在 不同土层中有迁移现象。 在玉米成熟期，０～１００ ｃｍ土层纵向剖面硝 态氮含量随着土层的加深总体呈逐渐下降趋势 （图２Ｃ）。０～４０ ｃｍ土层中硝态氮含量以Ｔ６最 高，显著高于其他处理；各处理４０～６０ ｃｍ土层硝 态氮含量差异不显著；６０～１００ ｃｍ土层中硝态氮 含量以Ｔ５、Ｔ６处理最高，显著高于其他处理。由 此可见，虽然随着土层的加深土壤硝态氮含量逐 渐降低，但是仍以施肥量大的处理硝态氮含量最 高。 玉米大量需肥阶段在拔节期后，本试验研究 发现自玉米拔节期至成熟期，土壤硝态氮含量随 土壤深度的增加逐渐降低，土壤硝态氮含量主要 集中在０—６０ ｃｍ土层中，恰能满足玉米根系活动 范围内的氮素供给（图２），一方面保证了玉米此 阶段对矿质养分的大量需求，另一方面也在一定 程度上减轻了硝态氮流失。但同时玉米大量需肥 时期也正是雨热同期的缘故，因此土壤中较高含 量的硝态氮也存在比较大的淋失风险。 ２．３不同牛粪有机肥用量对小麦、青贮玉米产量 及氮素利用率的影响 在本试验条件下，小麦产量随着牛粪有机肥 施用量的增大呈先升高后降低趋势，其中以Ｔ４处 理的小麦产量最高，达３８０．３ （表３），与Ｔ３差 异不显著，但显著高于其他处理。小麦产量与牛 粪有机肥施用量之间呈二次函数曲线（Ｙ＝一４× １０～ｘ ＋０．１２３２ｘ＋２７９．４２，Ｒ ＝０．９２００）。而青 贮玉米的产量随着牛粪有机肥施用量的增加呈不 断增加趋势。施肥处理青贮玉米产量依次比不施 肥对照Ｔ１高出３０．１％、３２．１％、４３．４％、５１．０％ 和５６．０％。青贮玉米产量与牛粪有机肥用量之 第１２期 井永苹，等：不同有机肥用量对土壤硝态氮含量及氮素利用率的影响 （Ⅱ 阻幂群州９９ 间呈线性关系（ｙ＝６×１０～ｘ＋３．３２４９，Ｒ ＝ ０．８８２７）。 Ｏ ｍ∞｛；；∞∞∞阳∞∞∞ Ｏ 信））赵 阻罹ｊ鏖｝州 舍 髓恒裒餮 增加均呈降低趋势。考虑作物根系的主要活动范 围在０～６０ ｅｍ土层内。不施牛粪有机肥的对照 Ｏ ｍ∞∞∞∞∞ ∞∞∞ ∞∞∞∞∞｛己踯∞∞ 硝态氮含量（ｍｇ／ｋｇ） ０ ２．０ 重Ｏ ６．０ ８．Ｏ １０．Ｏ Ａ玉米茁期 ０ ２．０ ４．０ ０ ８．０ ｌｎ０ Ｂ玉米拔节期 Ｏ ５．０ １０．０ １５．０ ２０．０ Ｃ玉米成熟期 图２玉米季不同处理硝态氮含量的时空变化 牛粪有机肥用量为每年每６６６．７ｍ 为１ ０００ ｋｇ（Ｔ２）时，小麦、玉米的氮肥农学效率最高，分别 为８．０、１２．１ ｋｇ／ｋｇ，但此用量下作物产量较低。 小麦、青贮玉米产量最高值的牛粪有机肥用量分 别为３ ０００ ｋｇ和５ ０００ ｋｇ，但青贮玉米产量在用 量为３ ０００～５ ０００ ｋｇ间无显著差异。牛粪有机 肥用量在３ ０００ ｋｇ时小麦与青贮玉米的总产量最 高。因此，从作物产量的指标来看，小麦季牛粪有 机肥的最佳用量为１ ５００ ｋｇ；而玉米季牛粪有机 肥施用量还有提升空间。 小麦、玉米两季的氮素利用率随着施肥量的 处理作物携出的氮素主要来源于土壤氮库。有机 肥用量为１ ０００ ｋｇ的处理，氮素利用率在小麦、玉 米季分别为１２５％和１２０％，表明该处理下作物移 走的氮超过肥料投入氮，长此以往势必会造成土 壤氮库亏损。随着有机肥用量的增加氮素利用率 逐渐降低，３ ０００ ｋｇ用量时小麦产量最高，氮素利 用率为５２％。牛粪有机肥用量在３ ０００～５ ０００ ｋｇ范围内青贮玉米产量无显著差异，而氮素利用 率随着牛粪有机肥用量的增加而降低，从５０％降 至３２％。而有机肥用量在５ ０００ ｋｇ时小麦和玉米 季的氮素利用率分别为２５％和３２％，表明作物携 出氮的增加量逐渐低于肥料中氮素投入的增加量。 表３不同有机肥用量处理小麦、青贮玉米 产量及氮素农学效率 注：表中小麦、玉米产量均为６６６．７ｍ 产量，同列数据后不同小写字母代表处理间 差异显著，Ｐ（Ｏ．０５。 ３讨论与结论 前人研究结果表明，硝态氮在土壤剖面的不 同分布及累积量与施肥量、生育时期、作物品种、 种植密度、降雨量、土壤类型、肥料种类等关系密 切¨ Ｊ。本试验结果表明，小麦、玉米季各时期 ０～１００ ｃｍ土层土壤硝态氮含量及累积量随牛粪 有机肥用量的增加而增加。这与杨蕊菊、刘敏 等 ３＇Ｈ 的研究结果相似。本研究发现在小麦、玉 米各时期牛粪有机肥用量为４ ０００ ｋｇ和５ ０００ ｋｇ 的土壤中硝态氮含量均显著高于其他施肥处理。 土壤中硝态氮含量及氮素累积量以牛粪用量 ３ ０００ ｋｇ（Ｔ４）为拐点，高于此用量后土壤硝态氮 含量及累积量随着牛粪有机肥用量的增加呈迅速 升高趋势。这说明有机肥用量大于３ ０００ ｋｇ时会 给土体带来严重的硝态氮累积现象，硝态氮迁移 １Ｏ０ 山东农业科学 第４８卷 污染地下水的潜在风险加大。 牛粪有机肥对小麦产量的影响随着其用量的 增加呈抛物线变化趋势，而青贮玉米的产量与牛 粪有机肥用量间呈正相关关系。牛粪有机肥用量 为３ ０００ ｋｇ（折合小麦、玉米季氮素投入量分别为 ２２．５ ｋｇ）时小麦、玉米季氮素利用率分别为５２％ 和５０％。巨晓棠 报道世界各地平衡法施肥氮 素利用率平均值为５０％一５５％。牛粪有机肥用 量为３ ０００ ｋｇ时小麦、玉米季氮素利用率与国际 平均水平持平。平衡法施肥氮素利用率越高表明 作物吸收氮超过肥料投入氮越多，随着时间的推 移，与肥料氮素输入量相比，作物带走的氮素更 多，不仅产量较低，而且会造成土壤氮肥力的耗 竭。相反平衡法施肥氮素利用率降低则说明作物 带走的氮素量（因产量增加）低于投入的氮素量， 因此会导致氮素在土壤中不断累积，导致氮素损 失量不断加大。蓄禽粪便作为有机肥施用虽然减 少了化肥的投入，但是过量蓄禽粪便的施用同样 会对土壤、水环境造成严重威胁 。因此，并不 是有机肥施用越多越好，从本研究结果来看，综合 土壤硝态氮含量、累积量与牛粪有机肥用量的关 系，以及考虑作物产量和氮肥利用率等因素，每年 每６６６．７ｍ 土壤牛粪有机肥的用量为３ ０００ ｋｇ时 是最佳用量。 参考文献： 张绪美，董元华，王辉，等．中国畜禽养殖结构及其粪便Ｎ 污染负荷特征分析［Ｊ］．环境科学，２００７，２８（６）：１３１１— １３１８． ［２］ Ｂｏｌａｎ Ｎ Ｓ，Ａｄｒｉａｎｏ Ｄ Ｃ，Ｎａｔｅｓａｎ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ａｍｅｎｄｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅｒｅ ｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｈｙｔｏ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｅ ｉｎ ｍｉｎｅｒａｌ ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａ Ｑｕａｌｉｔｙ，２００３， ３２（１）：１２０—１２８． ［３］ 袁新民，同延安，杨学云，等．有机肥对土壤ＮＯｒ—Ｎ累计 的影响［Ｊ］．土壤与环境，２０００，９（３）：１９７—２００． ［４］姚丽贤，周修冲．有机肥对环境的影响及预防研究［Ｊ］．中 国生态农业学报，２００５，１３（２）：１１３—１１５． ［５］ 刘勤，张斌，谢育平，等．施用鸡粪稻田土壤氮磷养分淋洗 特征研究［Ｊ］．中国生态农业学报，２００８，１６（１）：９ｌ一９５． ［６］林葆．化肥与无公害农业［Ｍ］．北京：中国农业出版社， ２００３． ［７］ Ｓａｌｖａｄｏｒ Ｐ Ｈ，Ｐｕｌｉｄｏ—Ｖｅｌａｚｑｕｅｚ Ｍ，Ｓａｈｕｅｑｕｉｌｌｏ Ａ．Ａｈｙｄｒｏ— ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍａｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｎｉｔｒａｔｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，２００９，３７３：１９３—２０３． ［８］鲍士旦．土壤农化分析［Ｍ］．第３版．北京：中国农业出版 社，２０００． ［９］ 巨晓棠．氮肥有效率的概念及意义——兼论对传统氮肥利 用率的理解误区［Ｊ］．土壤学报，２０１４，５１（５）：９２１—９３３． ［１０］吉艳芝，冯万忠，郝晓然，等．不同施肥模式对华北平原小 麦一玉米轮作体系产量及土壤硝态氮的影响［Ｊ］．生态环 境学报，２０１４，２３（１１）：１７２５—１７３１． ［１１］叶优良，李隆，孙建好．３种豆科作物与玉米间作对土壤硝 态氮累积和分布的影响［Ｊ］．中国生态农业学报，２００８，１６ （４）：８１８—８２３． 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