张昊青,于昕阳,翟丙年*,金忠宇,马 臣,王朝辉

(1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100；2.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西 杨凌 712100)

渭北旱地麦田配施有机肥减量施氮的作用效果

张昊青1,2,于昕阳1,2,翟丙年1,2*,金忠宇1,2,马 臣1,2,王朝辉1,2

(1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100；2.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西 杨凌 712100)

为了探讨陕西渭北旱地冬小麦有机无机配施的减氮效应及机理，于2011年10月至2014年6月在陕西省渭南市白水县进行了连续三年的田间小区定位试验，探究不同氮肥用量(0、75、150、225、300 kg N·hm-2)与有机肥(猪粪30 t·hm-2)配施对冬小麦产量、氮肥利用率(NUE)、土壤硝态氮残留及土壤养分的影响，明确当地最适宜的有机无机配施比例。结果表明：有机无机配施处理的产量、地上部吸氮量和NUE较单施化肥处理分别提高6.9%、29.3%和34.3%，且以有机肥与150 kg N·hm-2氮肥配施处理效果最佳；有机无机配施显著改善0～20 cm土壤养分状况，土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量分别较单施化肥处理提高6.1%、8.2%、90.4%和94.8%，但当施氮量大于150 kg N·hm-2时，配施有机肥显著增加0～200 cm硝态氮残留量(43.7～188.8 kg·hm-2)，加大硝态氮淋溶风险；有机肥分别与75、150 kg N·hm-2氮肥配施相比单独施用150、225 kg N·hm-2氮肥处理在产量上无显著差异，却显著提高了NUE(27.4%和45.3%)，并降低60 cm土层以下硝态氮含量。综合上述研究结果，在渭北旱地冬小麦生产中，在有机肥(猪粪)30 t· hm-2的基础上配施75～150 kg N·hm-2的氮肥(有机氮∶无机氮=1∶0.46～0.91)，可以保证小麦高产优质，并降低氮素淋溶风险。

旱地；冬小麦；有机肥；产量；氮肥利用率；硝态氮残留；土壤有机质

渭北旱塬是我国粮食主产区之一，也是以小麦生产为主的古老旱作区[1]。长期以来，该地区冬小麦平均产量偏低，仅为3473 kg·hm-2，相比全国平均产量低26.3%，且年际间产量变化较大，整体呈现低而不稳的态势[2]。为追求高产，当地农民形成了“高产就要多施肥”的施肥习惯，小麦生产中过量施肥(尤其是氮肥)的现象十分普遍。调查结果显示，渭北旱塬有超过60%的小麦种植户存在过量施氮的现象[3]，不仅造成极大的资源浪费，而且导致氮肥利用率降低[4]、土壤及作物质量下降，同时造成硝酸盐累积，温室气体排放，以及地表水、地下水污染[5-6]等一系列环境问题。

近年来，为实现我国到2020年化肥用量零增长的战略目标，有机替代技术已成为减少化肥用量的重要措施之一。许多研究表明，有机肥的投入可促进微生物对无机氮的固定，在减少氮肥用量的情况下，能提高氮素利用效率，同时增加土壤有机质含量，并进一步改善土壤性质，从而促进作物增产稳产[7-9]。Bhattacharyya等[10]在印度研究发现，有机无机配施处理较单施化肥处理小麦增产27%，土壤有机碳、全氮、速效磷含量分别提高10%、42%和71%；Liu等[11]在我国甘肃的长期定位试验中发现，有机无机配施较单施化肥处理显著提高土壤pH、微生物活性以及脲酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶等酶活性；Abbasi等[12]在巴基斯坦的研究发现，以25%的禽畜粪肥代替化肥可以在不减产的情况下，显著提高小麦各器官吸氮量，将氮肥利用率提高近25%。渭北旱塬生态环境特殊，旱和薄紧密相连，在此特殊的环境下探明有机无机配施对培肥改土、增产增效的作用，对当地减量施用化肥、改善农业生态环境、实现农业可持续发展具有十分重要的意义。

虽然有关有机无机配施对冬小麦产量、水肥利用效率及土壤养分的研究已有很多[13-15]，但是，由于有机肥当季提供的养分量，特别是氮素，难以准确计算，过去大部分研究只是简单设计有机肥和化肥不同用量组合，通过田间试验直接筛选二者配比，有些尽管设计等氮量，但由于很难精准估算有机肥当季提供的氮素养分量，很可能过高或过低估算了有机肥料提供的氮量，而致使化学氮肥用量不足或过量。巨晓棠等[16]研究表明，向农田中投入的氮素越多，土壤中氮素残留量和氮损失量也越多，从而加剧环境污染。通过切实有效的途径，找出有机肥替代化肥氮的替代比例，才是实现减氮增效、环境友好的真正目标。因此，本研究以渭北当地冬小麦品种晋麦-47为研究对象，在前人和本研究团队多年工作的基础上，在确定较为合理的有机肥用量的前提下，设置系列氮肥的用量，形成多个有机无机配施比例，通过三年的连续定位试验，旨在探明：(1)有机肥与不同用量的氮肥配施对冬小麦产量、氮素吸收、土壤养分以及土壤硝态氮累积的影响；(2)有机肥替代部分氮肥的可行性；(3)在不加剧土壤硝态氮残留和淋失风险的条件下，通过数学拟合的方法找出可同时实现小麦高产高效和土壤培肥的最佳有机无机配比，为该地区冬小麦生产及土壤培肥提供科学依据，为实现我国化肥零增长战略目标进行有益探索。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2011—2014年在陕西省渭南市白水县(109°58′E，35°18′N)进行。该地区位于渭北旱塬，海拔696 m，年平均气温11.4℃，属于暖温带半湿润易旱气候区，多年平均降水量577.8 mm，绝大多数麦田无灌溉措施，为雨养农田。供试土壤为黄绵土，黄土母质，容重为1.3 g·kg-1。土壤肥力中等，试验前表层0～ 20 cm土壤pH 8.1、有机质含量为14.4 g·kg-1、全氮为0.8 g·kg-1、速效磷为9.2 mg·kg-1、速效钾为177.2 mg· kg-1。该试验开始于2011年10月，经过3年的连续试验，有机肥的增产增效作用逐渐显著，故本文涉及的内容为2014年6月冬小麦收获后的试验结果。试验年度全年降雨量为541 mm，其中小麦生育期243 mm，夏闲期298 mm。

1.2 试验设计与实施

试验采用裂区设计，主处理为施有机肥(+M)和不施有机肥(-M)，副处理为5个施氮水平，分别为0、75、150、225、300kgN·hm-2(N0、N75、N150、N225、N300)，共10个处理。其中施有机肥的各处理是将有机肥与不同用量的氮肥混合撒施(有机肥为猪粪，用量和养分含量见表1，折合纯氮164 kg N·hm-2，当季矿化43 kg N·hm-2)，不施有机肥的各处理按照试验用量单独施用化肥。因此，配施有机肥各处理总施氮量(按照有机肥矿化氮量计算)分别为43、118、193、268、343 kg N·hm-2，不施有机肥各处理施氮量为0、75、150、225、300 kg N·hm-2。同时，每个处理均增施磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)作为肥底，用量分别为90 kg P2O5·hm-2和60 kg K2O·hm-2。氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。所有肥料施用完毕后，用旋耕机旋耕20 cm，将肥料翻入土中，再进行小麦播种。各处理的氮肥均分两次施用，70%在播前撒施，其余30%在拔节期结合降雨追施。

各试验小区6 m×10 m，重复4次，在田间随机排列。小麦品种为晋麦47，采用机械播种，播种量为150 kg·hm-2，常规平作，不起垄，行宽20 cm。小麦生育期无灌溉，收获后夏休闲，田间管理与当地农户一致。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 土壤样品

在试验开始前(2011年9月)于整个试验地S型选取10个点，采集0～20 cm土壤样品用于土壤基础肥力分析。在进行3季试验后(2014年6月上旬小麦收获后)，于每小区随机选取3个点，采集0～20 cm层土壤样品，同一小区的样品混合，密封带回实验室。自然风干后分别过1 mm和0.25 mm筛，以进行土壤养分分析。土壤有机质含量采用油浴加热-重铬酸钾容量法测定；全氮含量采用浓硫酸消煮-半微量开氏法测定；速效磷含量采用0.5 mol·L-1碳酸氢钠溶液浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用1 mol·L-1乙酸铵溶液浸提-火焰光度法测定。

同时，在2014年小麦收获后采集0～200 cm的土壤样品供土壤水分和硝态氮含量测定。每小区用直径为4 cm的土钻随机采集3个点，每20 cm为一层，同一层的样品剔除作物要系后混匀，密封带回实验室。土壤含水率采用烘干法(105℃下烘24 h)测定。土壤硝态氮采用1 mol·L-1KCl溶液浸提(土水比为1∶10；振荡1 h)，连续流动分析仪(AA3)测定。

1.3.2 植物样品

在2014年冬小麦收获期采集植物样品。在各试验小区随机选取3个1 m×2 m代表性样方，贴地表收割地上部分。同一小区的所有样方样品混合，晾晒，风干后称量地上部生物量并脱粒计产。同时，在每个小区内随机选取3个1 m长的样段，将每个样段的小麦植株连要拔起，当场剪掉要系。同一小区各个样段混合，作为该小区的一个植物分析样品。将每个小区的地上部分植物样品分为茎叶和穗两部分，风干脱粒，并保留颖壳。各器官烘干粉碎后，用H2SO4-H2O2消解，半微量凯氏定氮法测定其中的全氮含量。

1.4 数据处理

籽粒吸氮量(kg·hm-2)=籽粒含氮量(g·kg-1)×籽粒产量(kg·hm-2)/1000

秸秆吸氮量(kg·hm-2)=茎叶含氮量(g·kg-1)×茎叶干质量(kg·hm-2)/1000

植株地上部吸氮量(kg·hm-2)=植株地上部含氮量(g·kg-1)×地上部生物量(kg·hm-2)/1000

氮素利用效率(%)=[施氮区地上部吸氮量(kg· hm-2)-对照区地上部吸氮量(kg·hm-2)]/施氮量(kg· hm-2)×100

土壤硝态氮残留量(kg·hm-2)=∑土层厚度(cm)×土壤容重(g·cm-3)×土壤硝态氮含量(mg·kg-1)/10

数据和图表处理采用Excel 2013及SPSS(19.0)软件进行统计分析。采用裂区设计的方差分析检验有机肥和氮水平的效应，采用单因素方差分析检验所有10个处理间的差异显著性。多重比较采用Duncan法，差异显著性水平为5%。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对冬小麦产量及产量构成因素的影响

试验结果见表2。连续3年有机无机配施可显著增加冬小麦产量，相比不施肥处理平均增产18.9%，相比单施化肥处理平均增产6.9%。分析产量构成要素可知，有效穗数的增加是增产的直接原因。配施有机肥相比不施肥处理有效穗数增加22.3%，相比单施化肥处理增加12.1%，而对千粒质量和穗粒数的影响不显著。

表1 试验有机肥的水分和养分含量Table 1 Water and nutrient contents of manure

表2 不同施肥处理对冬小麦产量及其构成因素的影响Table 2 Effect of different fertilization practices on yield and yield components of winter wheat

无论是否配施有机肥，产量和有效穗数均随着施氮量的增加呈现出先增加后降低的趋势。在单施化肥的各处理中，N225可达到产量和穗数的最大值，在配施有机肥的各处理中，有机肥与150 kg N·hm-2氮肥配施(M+N150)时达到最大值，与不施肥处理相比，产量、有效穗数分别增加24.3%和33.0%；与相同施氮量下单施化肥处理(N150)相比，分别增加5.7%和17.5%；与单施225 kg N·hm-2氮肥(N225)相比，分别增加4.4%和10.5%。

另外，M+N75、M+N150处理与单独施用150、225 kg N·hm-2化肥处理相比小麦产量差异不显著，且有增加的趋势。说明在配施有机肥的条件下适当减少氮肥用量不会造成小麦减产。

小麦产量随施氮量的变化情况见图1。将小麦产量与施氮量进行回归分析发现，二者之间呈显著的抛物线关系(图1)。其回归方程(有机无机配施：y=-0.018 2x2+5.997 3x+4 236.8，R2=0.971 1；单施化肥：y=-0.024 2x2+8.439 2x+3 783.4，R2=0.974 4)表明，在单施化肥的情况下，当施氮量为174 kg·hm-2时，达到理论产量最高值4519 kg·hm-2；在有机无机肥配施的情况下，当施氮量为164 kg·hm-2时，有机无机肥配施处理产量达到4731 kg·hm-2。说明有机无机肥配施相比单施化肥处理可以在减少5.7%氮肥用量的条件下，获得4.7%的增产效果。

2.2 不同施肥处理对冬小麦地上部吸氮量和氮肥利用效率(NUE)的影响

由表3可知，单独施用有机肥和不施肥处理对冬小麦各器官氮素吸收量均无显著促进作用。随着配施氮肥用量的增加，冬小麦秸秆、籽粒和地上部总吸氮量呈现出先增加后减少的趋势，最大值均出现在M+ N150处理：与不施肥处理相比，冬小麦秸秆、籽粒和地上部吸氮量分别增加110.1%、50.9%、57.4%；与相同氮肥用量下单施化肥处理相比，分别增加39.7%、16.1%、19.0%。总体来看，有机无机肥配施较单施化肥处理冬小麦籽粒吸氮量提高9.9%，地上部总吸氮量提高29.3%。

同时，有机无机肥配施较单施化肥处理显著提高冬小麦NUE(34.3%)。当有机肥与150 kg N·hm-2氮肥配施时NUE最大，较相同施氮量下单施化肥处理提高65.8%。另外，M+N75、M+N150处理的NUE较单独施用150、225 kg N·hm-2化肥处理相比分别提升27.4%和45.3%，说明在配施有机肥的情况下减量施用氮肥可显著提高NUE。但是，当施氮量大于150 kgN·hm-2时，配施有机肥会造成NUE的显著降低。

图1 氮肥用量对冬小麦产量的影响Figure 1 Effect of different N application rates on winter wheat yield

表3 不同施肥处理对冬小麦植株吸氮量和氮肥利用效率的影响Table 3 Effect of different fertilization practices on N uptake and N use efficiency(NUE)of winter wheat

2.3 不同施肥处理对收获后土壤残留硝态氮累积及剖面分布的影响

经过3年的连续种植，2014年冬小麦收获后，土壤残留硝态氮在0～200 cm土层中大量累积，且与氮肥用量呈极显著的抛物线关系，结果见图2。

由图2可知，有机无机配施与单施化肥处理0～ 200 cm土层硝态氮累积量的差异在施氮量超过150 kg N·hm-2时达到显著水平，且随着施氮量的增加，差异更加显著。当氮肥用量为150 kg N·hm-2和225 kg N·hm-2时，配施有机肥处理0～200 cm土层土壤硝态氮累积量比单施化肥处理分别多43.7 kg·hm-2和111.3 kg·hm-2，而当氮肥用量为300 kg N·hm-2时，这一数值提升到188.8 kg·hm-2。

2014年冬小麦收获后0～200 cm土层土壤残留硝态氮的剖面分布状况见图3。

图2 氮肥用量对小麦收获后0～200 cm土层土壤硝态氮累积的影响Figure 2 Effects of different N application rates on NO3-N accumulation in 0～200 cm soil layer

由图3可知，经过3年连续种植，不施肥处理中土壤硝态氮的累积量很少，0～200 cm土层的累积量仅为79.6 kg·hm-2，且在整个0～200 cm土层剖面无明显累积峰。当施氮量≤75 kg N·hm-2时，配施有机肥仅显著增加0～60 cm土层硝态氮含量，60 cm以下土层与化肥单施处理差异不显著，且无硝态氮累积峰出现。同样，当施氮量为150 kg N·hm-2时，配施有机肥仅在0～100 cm土层增加土壤硝态氮含量，100 cm以下土层无累积峰。但是，随着施氮量的增加，配施有机肥所造成的淋溶风险也越大。当氮肥用量大于150 kg N·hm-2时，有机无机肥配施处理和单施化肥处理土壤硝态氮均出现向2 m以下更深层的土壤淋失的趋势；当氮肥用量为225 kg N·hm-2时，有机无机肥配施处理不仅显著增加0～100 cm土层硝态氮含量，在180 cm以下土层，土壤硝态氮含量也显著高于单施化肥处理；当氮肥用量为300 kg N·hm-2时，有机无机配施处理的硝态氮含量几乎在整个0～200 cm土层剖面均显著高于单施化肥，200 cm土层硝态氮浓度超过29.0 mg·kg-1，极易发生淋失，污染地下水。

但是，将M+N75、M+N150处理的小麦收获后土壤残留硝态氮剖面分布分别与单独施用150、225 kg N·hm-2化肥处理相比，可以发现，M+N75、M+N150处理硝态氮含量在0～60 cm土层与N150和N225处理变化相似，但显著降低了60 cm以下土壤硝态氮含量，减少了硝态氮淋失的风险(图4)。

2.4 不同施肥处理对土壤养分的影响

图3 冬小麦收获后0～200 cm土层土壤硝态氮分布图Figure 3 Soil NO3-N distribution in 0～200 cm layers after winter wheat harvest

图4 氮肥减量与有机肥配施对0～200 cm土层土壤硝态氮剖面分布的影响Figure 4 Effect of reduced N application rate on NO3-N content in 0～200 cm soil profiles

经过3年的连续试验，总体来看，有机无机肥配施处理显著提高了土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量(表4)，与不施肥处理相比分别增加13.8%、28.8%、71.6%、53.8%，与单施化肥处理相比分别增加6.1%、8.2%、90.4%、94.8%。单独施用有机肥土壤的有机质和全氮含量较试验前均有所提高，分别增加0.2、0.05 g·kg-1，平均每年增加0.07、0.02 g·kg-1；较不施肥处理分别增加5.8%和18.1%。随着施氮量的增加，土壤有机质和全氮含量均呈现先上升后趋于稳定的趋势，最大值出现在M+N150处理，较试验前分别增加1.9、0.15 g·kg-1，平均每年增加0.63、0.05 g·kg-1；较不施肥处理分别增加18.1%和31.9%；较单独施用150 kg N·hm-2氮肥处理分别增加7.9%和8.0%。有机肥与各施用水平的氮肥配施都显著提高了土壤速效磷、速效钾含量，总体上较单施化肥处理增加近1倍。然而，无论是否配施有机肥，土壤速效磷、速效钾的最高值均出现在不施氮处理，随着施氮量的增加，土壤速效磷、速效钾含量均呈现逐渐降低、之后趋于稳定的趋势。

3 讨论

3.1 冬小麦产量和产量构成要素

有机无机肥配施条件下，当季施入的化肥可保证作物生产的需求，而有机物料的投入也有助于保持土壤肥力的稳步提高[17]。许多研究表明，有机无机肥配施可显著增加小麦产量[18-20]。在本研究中，有机无机肥配施处理较单施化肥处理平均增产6.8%，且在施氮150 kg N·hm-2时达到显著水平，与前人的报道一致[21]。也有研究表明，在施用一定量氮肥(150 kg N·hm-2)的基础上配施有机肥，未达到显著的增产效果[22]。这可能与土壤质地、肥力及生态条件等多方面因素有关。本试验点位于渭北旱塬，有机质含量低，微生物活动强，施入的氮肥很容易通过硝化-反硝化过程损失[16]。有机肥可以保证作物在生育后期“不脱肥”，从而显著提高产量。

表4 不同施肥处理对0～20 cm土层土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的影响Table 4 Effect of different fertilization practices on soil organic matter，total N，available P and available K in 0～20 cm soil layer

分析产量构成要素发现，不同施氮水平下配施有机肥对小麦穗粒数和千粒重均无显著影响，而公顷穗数较单施化肥处理平均增加12.1%，说明公顷穗数的增加是有机肥增产的直接原因。这可能是因为有机无机配施能显著提升小麦分蘖数，增加成穗率，进而提高公顷穗数[23]。随着施氮量的增加，有机无机配施条件下的公顷穗数与小麦产量的变化趋势一致，均呈现先增加后降低的趋势。可能是由于有机肥的C/N一般高于土壤中微生物活动适宜的比例范围[24]，施用有机肥后，土壤C/N升高，若氮素不足，造成微生物与作物争夺养分，影响分蘖过程，补充适宜氮肥后，不仅满足了微生物活动所需养分，也有充足养分保障小麦整个生育期的正常生长，从而增加小麦穗数和产量。直到施氮量过高，土壤溶液中过高的氮含量会降低小麦要系活力，限制养分吸收，导致公顷穗数下降，进而减产。

因此，在有机无机肥配施条件下，氮肥的施用不仅要适量，而且要同时满足微生物活动和作物生长的需要。那么，究竟配施多少氮肥才能获得最高的小麦产量呢?沈新磊等[25]研究指出，在黄土高原旱塬地区，施氮225 kg N·hm-2更有利于冬小麦的高产和稳产。本研究通过将小麦产量与施氮量进行回归分析发现，在本试验条件下，有机肥与164 kg N·hm-2氮肥配施可以获得最高的理论产量4731 kg·hm-2，较不施肥处理增产24.3%。在不施有机肥的情况下，则需要施用174 kg N·hm-2才可达到理论最高产4519 kg·hm-2，说明有机无机配施可以在较少的氮肥用量下获得更大程度的增产，证明了有机肥替代部分氮肥的可行性。

3.2 冬小麦氮素利用率及土壤硝态氮残留量

如何合理有效地利用氮肥，减少氮素损失一直是旱地小麦施肥研究的热点问题。巨晓棠等[16]指出，如果采取有效的氮肥施用方法，按照作物的需求动态调控施肥，就可减少氮素损失，提高氮肥利用率。在本试验中，通过在施用适量氮肥的基础上(75～150 kg N· hm-2)配施有机肥，NUE较相同施氮量下单施化肥处理增加19.1%～65.8%。这与许多研究[12，26-27]的结果一致。究其原因，一方面，有机肥中养分全面，使土壤中氮、磷、钾等养分均衡，有利于土壤养分库的积累，增加了氮素的固定，同时促进了作物对氮素的吸收[28]；另一方面，许多研究表明，配施有机肥可以协调土壤供氮与作物需氮的关系。在作物生长前期促进化肥氮的微生物固定，而在作物需氮量大的时候将养分释放，促进作物氮素吸收[29-30]。除此之外，有机肥也可促进要系生长，增加要在深层土壤的分布，延缓要系衰老，从而促进作物吸收养分[31]。

一些研究表明，施氮量较低时土壤残留氮保持在较低水平，而施氮量过多时，土壤中氮素残留量和氮损失量显著增加[32-33]。在本试验中，无论是单施化肥还是有机无机肥配施，0～200 cm土层土壤硝态氮累积量均随施氮量的增加线性递增。当施氮量大于150 kg N·hm-2时，配施有机肥后土壤硝态氮累积量高达359.3～960.7 kg N·hm-2，显著高于单施化肥处理。如此高的硝态氮残留，在渭北旱地很容易通过淋洗或反硝化途径排除土壤-作物体系，造成对环境的潜在污染。但是，通过分析0～200 cm土层剖面硝态氮分布情况，本研究发现，在氮肥用量适宜的情况下(0～150 kg N· hm-2)，配施有机肥仅增加了0～100土层硝态氮含量，100 cm以下土层与无机肥单施处理相比没有显著差异，而且没有硝态氮累积峰的出现。这说明有机肥与适量氮肥配施可以在一定程度上将硝态氮固持在要层供下一季作物吸收利用，从而抑制其向深层移动和累积，与杨学云等[34]的研究结果一致。这可能是由于有机肥的施入不仅活化了土壤微生物，增加微生物对矿质态氮素的固持作用，也增加了农田土壤团聚体含量以及土壤阳离子交换量，促进硝态氮的晶格固定[35]。

那么，如果用有机肥替代部分氮肥，是否能够在保证作物要层养分供应的同时，减少深层土壤硝态氮含量呢?一些研究表明，在等氮量条件下，随着有机肥配施比例的增加，100 cm以下土壤硝态氮净增加量减少[36-37]。本研究也发现，在农户习惯施氮量(225 kg N·hm-2)和当地推荐施氮量(150 kg N·hm-2)的基础上适当减量(75 kg N·hm-2)后，配施有机肥显著降低了60 cm以下土壤硝态氮含量，减少了硝态氮淋失的风险，表明用有机氮替代部分无机肥料氮在控制农业面源污染方面具有优越性。

3.3 土壤养分

土壤肥力的高低是制约农作物产量的一个重要因素。土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量均为衡量土壤肥力的重要指标。在本研究中，有机无机配施3年后，土壤有机质含量较试验前提高9.0%，较单施化肥处理提高6.1%，与高亚军等[38]研究结果一致。高会议等[39]研究指出，黄土旱塬小麦种植地区，要茬碳与外源碳之和可以在很大程度上(94%)解释土壤有机碳变异的原因。因此，有机无机配施对土壤有机质的提升作用一方面是由于有机物料的投入直接增加了农田碳投入量，另一方面则由于有机无机配施促进了作物生长，从而增加了有机物的还田量。

在单施化肥的5个处理中，土壤速效磷和速效钾含量均低于试验前，且随着施氮量的增加，呈现出降低的趋势。其原因主要是由于氮的投入在促进作物生长的同时增加了作物的养分携出量，而土壤中原有的磷和钾，以及外源磷肥(90 kg N·hm-2)和钾肥(60 kg N·hm-2)无法满足作物需求，因而造成土壤速效磷、速效钾含量的降低。而配施有机肥以后，有机肥带入了大量的有效磷和钾，使得土壤速效磷、速效钾含量较单施化肥处理提高近1倍。

4 结论

渭北旱塬雨养条件下，连续3年有机无机肥配施相比单施化肥处理可以在减少5.7%氮肥用量的条件下，获得4.7%的增产效果，同时显著增加小麦产量、地上部吸氮量、NUE以及土壤养分含量。其中以M+ N150处理效果最佳。但是，当施氮量大于150 kg N· hm-2时，配施有机肥会显著加剧0～200 cm土壤硝态氮累积，加大硝态氮淋溶风险。因此，在渭北旱塬特殊的生态环境下，建议在施用有机肥(猪粪)30 t·hm-2的基础上配施75～150 kg N·hm-2(有机氮∶无机氮= 1∶0.46～0.91)，以防止过量氮素残留所造成的环境污染，并保证小麦高产。

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Reducing N fertilization rate through a combination of manure and chemical fertilizer in Weibei dryland

ZHANG Hao-qing1,2,YU Xin-yang1,2,ZHAI Bing-nian1,2*,JIN Zhong-yu1,2,MA Chen1,2,WANG Zhao-hui1,2
(1.College of Natural Resources and Environment,Northwest A&F University,Yangling 712100,China;2.Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agro-environment in Northwest China,Ministry of Agriculture,Yangling 712100,China)

To explore the effect and mechanism of manure on reducing nitrogen(N)fertilizer rates in Weibei dryland,a 3-year field experiment was conducted to investigate the effects of manure and N fertilizer on winter wheat yield,N use efficiency(NUE),soil nitrate-N residue and soil nutrients in Baishui County.Following a spilt-plot design,the main treatments included two manure application rates：30 t· hm-2(with manure,+M),and 0 t·hm-2(without manure,-M);The sub-treatments included five N fertilizer rates：0,75,150,225 and 300 kg N·hm-2.The results showed that,additional manure increased winter wheat yield by 6.9%,aboveground N uptake by 29.3%,and NUE by 34.4%,relative to that without manure,and the highest values were all recorded in the M+N150 treatment(the combination of manure with 150 kg N·hm-2fertilizer).The combined application of manure and inorganic fertilizer increased soil organic matter,total N,available P and available K in 0～20 cm layer by a mean of 6.1%,8.2%,90.4%,94.8%,compared to that without manure,respectively.However,when manure was combined with the N rate which exceeded 150 kg N·hm-2,further increase of N rate would lead to an increase of soil nitrate-N residue(43.7～188.8 kg·hm-2),and the risk of nitrate-N leaching.The combination of manure with 75 and 150 kg N·hm-2N fertilizer resulted in a comparable grain yield with that for applying 150 and 225 kg N·hm-2fertilizer alone,but increased NUE significantly(The improve-ment was 27.4%and 45.3%,respectively),and additionally reduced the soil nitrate-N below 60 cm layer.As a result,we concluded that combining manure(30 t·hm-2pig manure)with 75～150 kg N·hm-2N fertilizer(organic N∶inorganic N=1∶0.46～0.91)is recommended for achieving an N efficient and environmental friendly winter wheat farming system in Weibei dryland.

dryland;winter wheat;manure;grain yield;N use efficiency;soil nitrate-N residue;soil organic matter

S512

A

1672-2043(2017)01-0124-10

10.11654/jaes.2016-0827

2016-06-20

张昊青(1993—)，女，宁夏银川人，硕士研究生，主要从事旱地水肥管理研究。E-mail：卜aoqingz卜ang@nwsuaf.edu.cn

*通信作者：翟丙年 E-mail：bingnianz卜aitg@126.com

国家科技支撑计划项目(2015BAD23B04)；公益性行业(农业)科研专项(201503124)；国家小麦现代产业技术体系建设专项(Z225020803)

Project supported：The National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China(2015BAD23B04)；The Special Scientific Research Fund of Agricultural Public Welfare Profession of China(201503124)；The Earmarked Fund for Modern Agro-industry Technology Research System(Z225020803)

张昊青，于听阳，翟丙年，等.渭北旱地麦田配施有机肥减量施氮的作用效果[J].农业环境科学学报,2017,36(1)：124-133.

ZHANG Hao-qing,YU Xin-yang,ZHAI Bing-nian,et al.Reducing N fertilization rate through a combination of manure and chemical fertilizer in Weibei dryland[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36(1)：124-133.