我国秸秆资源丰富，每年约产生7 亿t 的秸秆。 秸秆中含有丰富的氮、磷、钾等养分，是农业生产中可 直接利用的有机资源^[1]。长期秸秆还田，可以改善土壤 结构和土壤理化性状，增加土壤有机质^[2]、土壤速效 氮、速效磷和速效钾等养分含量，持续提高土壤肥 力^[3]，有利于作物生长发育和提高作物产量^{[4, 5]}，既可 实现农业资源再利用，又减轻焚烧带来的环境污染。

然而，近年来由于农业生产中长期大量的施用氮 肥以及秸秆腐解所转化的氮素，使农田生态系统氮素 盈余不断增加，残留的无机氮主要以硝态氮形式存在^[6]， 一旦超出了作物的吸收能力和土壤的固持能力^[7]将导 致土壤中残留的氮素淋出根层，增加氮素淋失的潜在 风险^{[8, 9]}。杨振兴等^[10]研究表明长期秸秆还田提高作物 产量的同时增加土壤氮素盈余，提高硝态氮淋失的风 险。赵鹏等^[11]研究认为秸秆还田提高了土壤NH₄⁺-N含量，降低了土壤NO₃^--N 含量。李贵桐等^[12]研究表明 秸秆还田可提高表层土壤无机氮含量。本研究选择在 浅层地下水地区，探讨秸秆还田条件下氮肥用量对玉 米产量、氮肥利用率及土壤无机氮累积量的影响，揭示 秸秆还田条件下合理的氮肥施用量，在保证作物增产 前提下，提高氮肥利用率，减少土壤无机氮残留，降低 氮素淋失风险，为实现农业可持续发展提供技术参考。 1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验于2010 年在辽宁省清原县北三家乡押虎沟 进行，该地区地下水埋藏浅，浅水层约2~5 m，属中温 带大陆性季风气候。供试土壤类型为草甸土，试验土 壤基础地力pH 值5.2，有机质26.4 g·kg^-1，全氮1.23 g·kg^-1，速效磷（P₂O₅）20.3 mg·kg^-1，速效钾（K₂O）51 mg·kg^-1，碱解氮71 mg·kg^-1。供试玉米品种辽单28，试 验区田间管理同大田。 1.2 试验设计

试验设玉米秸秆全量还田下N 肥用量0、168、 192、216、240 kg·hm^-2 5 个水平，分别以N0、N168、 N192、N216、N240 表示。每个处理3 次重复，小区面 积33.3 m²，小区随机排列，其中N 25%作底肥，剩余 氮肥在玉米拔节期追施，P、K 肥均作基肥一次施入， 其用量分别为P₂O₅ 60 kg·hm^-2，K₂O 60 kg·hm^-2。秸秆 用量9 000 kg·hm^-2，秸秆粉碎还田，还田深度20 cm。 1.3 测定方法

在玉米收获期采集0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm 的土壤样品，每个小区随机取5 个点，混 合制样，装于自封袋中，将样品带回置于-18 益条件 下冷冻保存。鲜土解冻混匀，称取5 g土，加入0.01 mol·L^-1 CaCl₂ 溶液50 mL，振荡30 min 后过滤，同时 测定土壤含水量，用流动分析仪（SKALAR SAN⁺⁺）测 定浸提液中的硝态氮（NO₃^--N）。玉米产量测定：试验 小区全区收获计算产量。

氮肥利用率（%）=（施氮区植株总吸氮量-空白区植株总吸氮量）/施氮量伊100%；

氮肥农学效率（kg·kg^-1）=（施氮区产量-空白区产量）/施氮量；

氮肥偏生产力=施氮区产量/施氮量；

氮收获指数=籽粒氮积累量/植株总氮积累量；

土壤硝态氮累积量（kg·hm^-2）=土层厚度（cm）×土 壤容重（g·cm^-3）伊土壤硝态氮含量（mg·kg^-1）/10。 1.4 数据处理

试验数据均采用Excel 2003 和DPS 7.05 软件进行分析。 2 结果与分析 2.1 秸秆还田下氮肥用量对玉米产量和氮肥利用率 的影响

秸秆还田下不同氮肥用量对玉米产量和氮效率的影响见表 1。从表 1可以看出，施氮量从168kg·hm^-2上升到216 kg·hm^-2时，玉米籽粒产量逐渐增加，但达到240 kg·hm^-2时，玉米籽粒产量下降，这表明过量的氮肥投入并不能有效地提高玉米产量。2年各施氮处理产量较N0 提高8.42%~20.77%、9.7%~23.45%，2年均以N216产量最高，平均产量为9 289.29 kg·hm^-2。施用氮肥显著增加了植株总吸氮量，2 年总吸氮量分别较N0 提高53.28%~62.57%和56.56%~69.77%，2年总吸氮量均以N216 最高，分别为181.51 kg·hm^-2和186.79 kg·hm^-2。总吸氮量随着施氮量的增加而增加，当施氮量达到一定程度时，总吸氮量不再增加。氮肥利用率和氮肥偏生产力均随施氮量的增加而逐渐降低，2年氮肥利用率均以N168 最高，N168、N192 和N216 处理间差异不显著，但显著高于N240。氮肥偏生产力2 年均以N168 最高，且显著高于其他处理。2年氮肥农学利用率N192 和N216 显著高于其他处理。相同处理氮收获指数随着秸秆还田年限的增加而升高。

表 1 不同处理对玉米产量和氮肥利用率的影响 Table 1 Effect of different treatments on maize yield and nitrogenous fertilizer use efficiency

表选项

秸秆还田下氮肥用量对玉米收获期0~100 cm 土 层土壤硝态氮含量的影响见图 1。从图 1 可以看出， 2009 年和2010 年玉米收获期0~100 cm 土层土壤硝 态氮含量变化趋势基本一致，即随土层加深而降低。 0~40 cm 土层土壤硝态氮含量，施氮处理均高于N0， 说明施氮提高了土壤中硝态氮含量；N168、N192 和 N216 处理40~100 cm 土层土壤硝态氮含量与N0 相 近。2009 年玉米收获期N240 处理40~60 cm 土层土 壤硝态氮含量出现峰值，2010 年N240处理60~80 cm 土层出现峰值，这表明过量的氮肥投入，导致土壤中 残留的硝态氮有向深层土壤迁移的趋势。

图 1 不同氮肥用量对玉米收获期0~100 cm 土层土壤硝态氮含量的影响 Figure 1 Effect of different N fertilizer rate on soil NO3--N content in 0~100 cm during the harvest season of maize

图选项

秸秆还田下氮肥用量对玉米收获期0~100 cm 土层土壤铵态氮含量的影响见图 2。从图 2 可以看出，连续2年试验中，玉米收获期0~100 cm 土层土壤铵态氮含量随土层加深而降低。0~40 cm土层土壤铵态氮含量受施氮影响较大，表现出随施氮量的增加而增加的趋势，40 cm 土层以下土壤铵态氮含量为3~6mg·kg^-1，受施肥影响较小，且分布均匀。

图 2 不同氮肥用量对玉米收获期0~100 cm 土层土壤铵态氮含量的影响 Figure 2 Effect of different N fertilizer rate on soil NH4+-N content in 0~100 cm at the harvest season of maize

图选项

秸秆还田下氮肥用量对土壤无机氮累积量的影 响见表 2。从表 2可以看出，施氮显著增加了0~100 cm 土层土壤无机氮累积量，硝态氮累积量占无机氮累积 量的62.05%~70.76%（2 年平均），这表明硝态氮是无 机氮的主要存在形式。2 年0~100 cm 土层土壤无机 氮累积量均以N240 最高，且显著高于其他处理。与 N240 相比，N168、N192 和N216 处理0~100 cm 土壤 无机氮累积量2009 年分别减少37.65%、32.36%和 24.12%；2010 年分别减少42.08%、39.32%和34.63%。 从年际变化看，相同施氮处理0~100 cm 土层土壤无 机氮累积量2010 年比2009 年分别降低8.35%、 11.48%、14.99%和1.33%。

表 2 不同氮肥用量对玉米收获期0~100 cm 土层土壤无机氮累积量的影响 Table 2 Effect of different N fertilizer rate on soil inorganic nitrogen accumulation in 0~100 cm soil at the harvest season of maize

表选项

研究表明，秸秆还田配施合理的氮肥用量可有效地增加作物产量^{[13, 14]}。本研究连续2年进行秸秆还田试验表明，施氮量达到216 kg·hm^-2 时，产量最高，超过该施氮量时产量反而下降。相同处理玉米产量年际变化2010年玉米产量增产效果明显，较2009 年提高0.69%~4.75%，进一步证实了前人的研究成果，即秸秆还田配施氮肥增加了作物产量，随着秸秆还田年限的增加，效果越来越明显^[15]。氮肥利用率、氮肥农学利用率和氮收获指数秸秆还田第二年比第一年均有不同程度的增加。这是由于秸秆还田可增加土壤有机质及速效养分，有效改善土壤结构，降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增加土壤持水性和通透性，提高了水肥利用效率^{[16, 17]}。

过量施用氮肥，土体中硝态氮向深层淋失的可能 性越大^[18]，增加了地下水硝态氮污染风险^{[19, 20, 21]}。本研究 结果显示，当施氮240 kg·hm^-2 时，土壤硝态氮有向深 层迁移的趋势，这与黄满湘等^[22]研究结果一致。无机 氮是作物吸收氮素的主要形态，施氮显著增加了土壤 无机氮残留量^[23]。汪军等^[3]研究表明，秸秆还田可降低 土壤硝态氮和铵态氮含量。武际等^[24]研究认为连续秸 秆覆盖还田提升了表层土壤硝态氮和铵态氮含量，且 随还田年限的延长而增加。本试验研究结果则显示， 秸秆还田可减低玉米收获期0~100 cm 土层土壤无机 氮累积量，且随秸秆还田年限的延长，土壤无机氮累 积量也随之降低。主要是由于秸秆为微生物生命活动 提供了充足的碳源，土壤微生物活性增强，部分矿质 氮被固持^[25]，与此同时，秸秆还田提高了作物总吸氮 量和氮肥利用率，减少了氮素损失。 4 结论

本研究结果表明，结合玉米产量与环境效益，秸秆 全量还田条件下，施氮量200 kg·hm^-2左右，可获得较 高产量，氮肥利用率相对较高，并显著降低0~100 cm 土壤硝态氮累积量，实现保护生态环境，促进当地农业发展的可持续性。