综合农艺措施实现东北玉米生...境效益及土壤肥力的同步提升_曹玉军.pdf

综合农艺措施实现东北玉米生产和环境效益综合农艺措施实现东北玉米生产和环境效益及土壤肥力的同步提升及土壤肥力的同步提升曹玉军1，姚凡云1，吕艳杰1，魏雯雯1，刘小丹1，刘志铭1，徐文华1，梁杰1，王立春1,2，王永军1,2*（1吉林省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室，吉林长春130033；2吉林农业大学农学院，吉林长春130118）摘要:【目的目的】东北春玉米生产中普遍存在种植密度偏低、肥料施用不合理、耕层质量差等问题，严重制约了玉米持续增产及养分效率的提升。研究综合农艺措施下玉米产量、植株氮素吸收与利用及土壤氮素平衡，为春玉米高效生产提供参考依据。【方法方法】20172019 年，以玉米品种富民 108为供试材料，在吉林省农安县进行田间试验。整合密度、耕作方式、氮素施用量和施用时期等技术要素，设置了高产高效模式(HH)和超高产模式(SH)，同时设置农户模式(FP)和基础地力模式(CK)作为对照；为计算肥料利用率及土壤氮素平衡，在FP、HH 和 SH 模式下各自增设不施氮肥空白处理。在玉米 6 个生育期，取植株样品测定氮素含量和吸收量，同时取 040cm 土壤样品测定铵态氮和硝态氮含量。在成熟期考种、测产。【结果结果】3 年试验玉米籽粒产量均表现为 SHHHFP(PSHFP，HH 处理的 AEN和 REN分别比 SH、FP 处理提高了 21.21%、35.72%和9.69%、63.56%。植株氮积累量在苗期至拔节期 FP、HH、SH 处理间无显著差异。生殖生长阶段(R1 至 R6)植株氮素积累量占氮素总积累量的比例为 SH(36.21%)HH(34.60%)FP(29.75%)CK(26.33%)。籽粒氮素积累量来自花后吸收的比例随着产量的增加而提高，SH、HH、FP、CK 处理花后氮素吸收量的贡献率分别为48.43%、44.78%、40.40%、35.39%。020cm、2040cm 土层土壤无机氮含量在玉米开花期前均以 FP 处理最高，而开花期到成熟期以 SH 处理最高，与 FP、HH 处理相比，SH 处理的 020cm土层土壤无机氮含量平均分别提高了 12.00%、4.05%，2040cm 土层土壤无机氮含量分别提高了 14.81%、4.93%。HH 处理氮素表观损失量显著低于 FP 和 SH 处理，而土壤氮素盈余量均以 FP 处理最高，比 HH、SH 处理分别平均高了 23.36%、5.25%。玉米净收益 HH 比 FP、SH 处理分别提高了 14.38%、18.30%。【结论结论】高产高效模式显著提高了玉米氮素利用率，降低了土壤氮残留率和氮损失量，而超高产模式虽然使产量进一步显著增加，但降低了氮素利用效率，增加了土壤氮素残留与表观损失量。综合考虑产量、氮素利用率、经济效益及潜在环境风险，将种植密度由6.0 万株/hm2提高至 7.5 万株/hm2，氮肥播前一次性基施改为减量分次施用，配套秋季深翻、夏季深松的高产高效模式，可以实现春玉米产量和氮效率的同步提高。关键词:春玉米；综合农艺措施；氮素效率；产量；土壤氮损失；氮素平衡Integrated agronomic measures increase maize production,environmentalefficiency,and soil fertility in Northeast ChinaCAOYu-jun1,YAOFan-yun1,LYan-jie1,WEIWen-wen1,LIUXiao-dan1,LIUZhi-ming1,XUWen-hua1,LIANGJie1,WANGLi-chun1,2,WANGYong-jun1,2*(1 Institute of Agricultural Resources and Environment,Jilin Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Eco-Physiology and Farming System in the Northeastern,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Changchun,Jilin 130033,China;2 College of Agronomy,Jilin Agricultural University,Changchun,Jilin 130118,China)植物营养与肥料学报2023,29(1):1830doi:10.11674/zwyf.2022225JournalofPlantNutritionandFertilizershttp:/www.plantnutrifert.org收稿日期：20220428接受日期：20220721基金项目：国家玉米产业技术体系岗位专家（CARS-02-19）；吉林省青年成长科技计划（20210508017RQ）；国家重点研究发展计划（2016YFD0300103）。联系方式：曹玉军E-mail:；*通信作者王永军E-mail:Abstract:【Objectives】Weproposedandtestedanintegratedmeasurementforefficientspringmaizeproductionconsideringplantingdensity,fertilizerapplicationrateandtimeinnortheastChina.【Methods】Afieldexperimentwasconductedforthreeyears,from2017to2019,inNonganCounty,JilinProvince,usingspringcultivarFumin108astheexperimentalmaterial.Thetreatmentsincludednofertilizer(CK)andlocalfarmersmodeasthecontrol(FP),high-yieldandhigh-efficiencymodel(HH),andsuper-high-yieldmodel(SH).Wesetupanextrano-nitrogenfertilizertreatmentinallFP,HH,andSHtocalculatefertilizerutilizationrateandsoilnitrogenbalance.Plantsampleswerecollectedatthemain6growingstagesofmaizetodetermineNcontentanduptake;040cmsoilsampleswerecollectedtodetermineNH4+-NandNO3-N.Weinvestigatedmaizeyieldatharvest.【Results】MaizegrainyieldwasintheorderSHHHFPCK.SHsmaizeyieldwas8.76%,20.16%,and106.91%higherthanHH,FP,andCK,respectively.HHproducedthehighestnitrogenpartialproductivity,whichwas37.92%and45.65%higherthanFPandSH.Similarly,HHrecordedthehighestnitrogenagronomicefficiency(AEN)andnitrogenrecoveryefficiency(REN),whichwere21.21%and35.72%(AEN)and9.69%and63.56%(REN)higherthanSHandFP,respectively.Therewasnosignificantdifference(P0.05)inplantNaccumulationamongFP,HH,andSHfromV3V6.However,thetotalrateofaccumulatedNinthereproductivegrowthstage(R1toR6)wasintheorderSH(36.21%)HH(34.60%)FP(29.75%)CK(26.33%).TheproportionofgrainNaccumulationabsorbedpost-silkingincreasedwithyieldincrease,andthecontributionratesofSH,HH,FPandCKwere48.43%,44.78%,40.40%and35.39%,respectively.FPhadthehighestmineralNcontentin020cmand2040cmsoillayersbeforesilking,andSHhadthehighestfromsilkingtomaturity.SHhad12.00%and4.05%(020cm),and14.81%and4.93%(2040cm)highermineralNcontentthanFPandHH.HHhad(P0.05)lowerapparentNlossthanFPandSH,whileFPhadthehighestNsurplusandwas23.36%and5.25%higherthanHHandSH.HHhadthehighestnetincome,whileSHrecordedthelowest;theincomefromHHwas14.38%and18.30%higherthanFPandSH.【Conclusions】Theproposedintegratedmeasurementrecordedthehighestnitrogenuseefficiency,lowestnitrogenloss,acceptableyield,andlowestenvironmentalriskpotential.Thehigh-yieldandhigh-efficienttreatment(i.e.,plantingdensityof7.5104plants/hm2,splitnitrogenfertilizerapplication,combinedwithdeepploughinginautumnanddeepsubsoilinginsummer)ledtothesynergisticimprovementofspringmaizeyieldandnitrogenuseefficiency.Key words:springmaize;integratedagronomypractices;nitrogenefficiency;yield;soilnitrogenloss;nitrogenbalance东北平原是我国最重要的玉米产区，常年种植面积约 1530 万 hm2，总产量 1.0 亿 t，分别占全国玉米种植面积的 37.3%和总产的 40.2%1。近几十年来，随着品种更替和栽培技术发展，玉米产量得到了极大提高2。然而，通常情况下，东北农户玉米实际产量与高产记录产量之间存在较大差距，实际产量仅为记录产量的45%左右3。同时，施肥不当等农艺措施导致玉米产量和肥料利用率低下4，且对环境产生不利影响，如大量硝酸盐淋溶、氧化亚氮排放和氨挥发等5，造成了严重的大气和水污染。因此，在进一步改善玉米产量的同时，提高肥料利用效率，避免环境污染是东北玉米种植业发展面临的重要挑战。目前生产上，东北地区大多数农户常常过量施用氮肥，施氮量远超过当前玉米产量水平下对氮素的需求量6。此外，近一半的农户对氮肥采取播前一次性施用的方式，即便追肥的农户大部分也在拔节期前进行7，而玉米生长前期对氮素的需求相对较低，只有约 10%的氮素被有效利用，剩余的氮素则通过不同的途径损失到环境中，导致玉米生育中后期对氮素需求