论文摘要
土壤-作物体系对人类社会的生存、发展、繁荣和稳定发挥着基础性作用。肥料是粮食的“粮食”,施用化肥在过去、现在和将来都是我国最有效的粮食增产措施之一。当前形势下,化肥施用（尤其氮肥）不仅要求进一步提高作物产量、品质、增加农民收益,还要求兼顾保护生态环境和农业可持续发展等多重目标。如何实现施肥目标的多元化,提高肥料利用率,是摆在农业科学工作者面前的重大技术问题。本文选择山西粮食主产区代表两种种植制度（一年一作、一年两作）的忻州市忻府区和临汾市尧都区的农田作为研究对象,通过田间试验与室内分析相结合的方法,探索研究了当前两种种植制度下土壤-作物体系内氮养分的调控技术,旨在实现高产、高效、优质和环境友好等多重目标,取得了如下主要结果与新的进展:1.一年一作的春玉米种植制度下施肥结果显示:（1）在当前普施105kg P2O5/hm2、120kg K2O/hm2的生产条件下,增施氮肥（240kg N/hm2）仍是提高产量、增加收益的重要措施。施氮处理与不施氮肥处理比较,产量和收益均达到极显著水平,每公顷增产2342-3752kg,增产率达30.5%-48.8%,增收幅度为2577-4692元/hm2。氮肥的农学效益为9.8-15.6kg/kg。但不同氮肥分配方式存在差异,表现在产量、收益及氮肥农学效益等指标上。处理4的产量、纯收益和氮肥利用率均表现最高,分别为11440kg/hm2、15234元/hm2、15.6kg/kg;而处理1则表现最低,分别为10030 kg/hm2、13119元/hm2、9.8kg/kg。按从高到低的排序为:处理4（1/2N作基肥+1/2N作追肥）＞处理5（1/2N作追肥+1/2N作追肥）＞处理3（1/3N作基肥+1/3N作追肥+1/3N作追肥）＞处理2（1/3N作基肥+2/3N作追肥）＞处理1（全部氮肥作基肥,农民习惯方式）。（2）氮肥施用促进春玉米的生长发育和对养分的吸收。处理4氮养分吸收量最高,为239.6kg/hm2,处理1氮养分吸收量最低,为205.8kg/hm2;氮肥利用率也表现为处理4最高,为42.1%,处理1的氮肥利用率最低,为28.0%。不同氮肥处理的养分吸收量和氮肥利用率由高到低的排序为处理4＞处理5＞处理3＞处理2＞处理1,与产量和收益的表现一致。从氮素表观平衡来看,处理4基本上收支平衡,其它四个施氮处理均有不同程度的盈余。而处理6由于不施氮肥表现大量亏缺,为-138.6kg/hm2。（3）从整个春玉米生育期土壤NO3--N含量的监测结果看,土壤表层NO3--N含量主要随施氮量的变化而变化。在0-120cm土层中,硝态氮积累量不同处理均表现从上到下依次呈降低的态势,在0-40cm的硝态氮积累量最高,占到整个垂直剖面的60%以上。处理4在0-120cm土壤剖面硝态氮含量和积累量均低于其它处理。（4）以上结果综合显示,一年一作的春玉米种植制度下,施氮240kg N/hm2,以1/2N底施、1/2N拔节期追施效果最好,可以实现高产、高效、环境友好的多重目标。2.一年两作的冬小麦/夏玉米种植制度下施肥结果显示:（1）在当前普施150kgP2O5/hm2、150kg K2O/hm2的生产条件下,增施氮肥（小麦施用225kg N/hm2、夏玉米施用195 kg N/hm2）仍是提高作物（冬小麦/夏玉米）产量、增加收益的重要措施。施氮处理与不施氮肥处理比较,冬小麦每公顷增产2774-3381kg,增产率达54.3%-66.2%,增收幅度为3367-4262元/hm2;夏玉米每公顷增产1461-2299kg,增产率达20.4%-32.1%,增收幅度为1080-2336元/hm2。（2）不同氮肥分配方式存在差异,冬小麦季各处理相比较,以处理5（1/3N作基肥,2/3N返青期作追肥）获得最高产量和收益,分别为8489 kg/hm2和9744元/hm2;处理4（1/4N作基肥+1/4N返青期作追肥+1/4拔节期作追肥+1/4N抽穗期作追肥）产量与收益分别为8382 kg/hm2和9554元/hm2,与处理5差异不显著。处理5与处理1全部氮肥底施（农民习惯施肥方式）比较,增产607kg/hm2,增产率为7.7%,增收995元/hm2。处理5每形成100kg籽粒吸收的N最高,为2.68kg,氮肥利用率及氮肥农学效率均为处理5最高,分别为56.7%和15.0kg/kg。夏玉米季表现为处理4（1/4N 5-6叶期追施+1/4N拔节期追施+1/4N大喇叭期追施+1/4N抽雄期追施）可以获得最高产量、收益,分别为9464kg/hm2和13085元/hm2;比处理1全部氮肥一次追施（农民习惯方式）增产838kg/hm2,增产率为9.7%,产量差异达10%水平显著,增收1257元/hm2。氮肥利用率及氮肥农学效率也是处理4最高,分别为37%和11.8kg/kg,比处理1分别高14.2%和4.0 kg/kg,并且土壤硝态氮含量和积累量在环境安全范围内。（3）氮肥不同调控方式对冬小麦/夏玉米轮作体系存在显著影响,1/4N分四次施肥和1/3N作基肥+2/3N作一次追肥处理,冬小麦/夏玉米轮作体系可以获得最高产量,分别为17846kg/hm2和17671kg/hm2;收益也最高,为22638元/hm2和22391元/hm2;并获得最高养分吸收量413kg/hm2和424kg/hm2;氮肥效益分别为13.3kg/kg和12.9 kg/hm2;肥料利用率也最高,为47.6%和50.2%,明显高于农民习惯方式（37.6%）;土壤剖面硝态氮含量和积累量符合环境安全的要求。（4）以上结果综合显示,一年两作的冬小麦/夏玉米种植制度下,施氮420kgN/hm2,以1/4N分四次施肥和1/3N作基肥+2/3N作一次追肥效果最好,可以实现高产、高效、环境友好的多重目标。3.两种种植制度下的氮肥结果显示:在不同土壤类型下氮素养分调控对作物产量、农民收益、土壤养分消耗及氮肥利用率影响显著,主要表现在:（1）两种种植制度下的作物氮素养分吸收规律;春玉米整个生育期以抽雄期为界,前、后养分吸收大体上各占50%;而冬小麦以抽穗期-乳熟期吸收最多,占39.3%,其次是返青期-拔节期（18.3%）和乳熟期-成熟期（16.4%）,拔节期-抽穗期吸收15%的养分,从播种到返青期共吸收11%;夏玉米以苗期-拔节期和拔节期-大喇叭口期吸收最高,分别占31.2%和32.7%,灌浆期-成熟期为21.7%,其余三个时期总和占14.4%。（2）两种种植制度下土壤-作物体系氮养分调控对作物产量的影响:春玉米和冬小麦/夏玉米都是以处理四产量最高,说明1/2N底施+1/2N追施和分四次施肥最能满足春玉米和冬小麦/夏玉米生长需求,也与作物氮素养分吸收规律相吻合。（3）两种种植制度下土壤-作物体系氮肥调控对农民收益的影响:冬小麦/夏玉米轮作体系总收益明显高于春玉米一年一作种植体系,在一年一作（春玉米）种植系统中,以处理4（1/2N底施+1/2N拔节期追施）获得最高收益,为15234元/hm2;在冬小麦/夏玉米轮作种植系统中以1/4N分四次施肥和1/3N作基肥+2/3N作一次追肥两个处理,获得最高收益,为22638元/hm2和22391元/hm2。（4）两种种植制度下土壤-作物体系氮养分调控对土壤养分消耗的影响:除不施氮肥处理6表现明显亏缺外,春玉米种植系统和冬小麦/夏玉米轮作系统中其他施氮处理表现略有盈余,其中不同氮肥分配方式下土壤养分消耗有所差异。春玉米种植系统中以处理4（1/2N底施+1/2N追施）表现最好,冬小麦/夏玉米轮作系统中以处理5表现最好;而两种种植制度下都以处理1（全部底施的农民习惯施肥）盈余最高。（5）两种种植制度下土壤-作物体系氮肥调控对氮肥利用率的影响:两种种植制度下由于复种指数不同,一年两作种植制度下明显高于一年一作种植制度下的氮肥利用率。在同一种植制度下,不同氮肥分配方式的氮肥利用率也有差异。春玉米种植系统中以处理4（1/2N底施+1/2N追施）氮肥利用率最高,冬小麦/夏玉米轮作系统中以处理5表现最高;两种种植制度下以处理1（全部底施的农民习惯施肥）氮肥利用率最低,这也与土壤养分表观平衡相一致。
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