施氮量对超高产夏玉米产量与氮素吸收及土壤硝态氮的影响

作者及研究机构
本研究的通讯作者为河南农业大学的李潮海（Email: lichaohai2005@yahoo.com.cn）和赵鹏（Email: zhpddy@163.com），第一作者为王宜伦（Email: wangyilunrl@163.com）。研究团队来自河南农业大学资源与环境学院及农学院/河南省粮食作物生理生态与遗传改良重点实验室。论文发表于《中国农业科学》（*Scientia Agricultura Sinica*）2013年第46卷第12期，DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.12.009。

学术背景

研究领域与动机
本研究属于作物栽培与植物营养学领域，聚焦超高产夏玉米（产量≥12 000 kg·hm⁻²）的氮肥优化管理。中国玉米种植面积居粮食作物之首，实现超高产是保障粮食安全的关键。然而，当前生产中氮肥过量施用（450–600 kg·hm⁻²）导致成本增加、利用率低下及环境污染。前人研究多针对中高产玉米（7 000–10 500 kg·hm⁻²），而超高产条件下的氮肥适宜用量缺乏系统研究。

科学问题与目标
研究旨在通过田间试验，明确超高产夏玉米的适宜施氮量，平衡产量、经济效益、氮素利用效率及土壤环境效应，为高产高效施肥提供理论依据。

研究设计与方法

试验地点与设计
试验于2007–2008年在河南省鹤壁市淇滨区进行，土壤为黏壤质潮土，基础肥力中等。设5个施氮水平：0（N0）、150（N1）、300（N2）、450（N3）、600 kg·hm⁻²（N4），氮肥分苗期（50%）和大喇叭口期（50%）两次追施，磷钾肥作基肥一次性施用。供试品种为郑单958，密度75 000株/hm²，采用超高产栽培管理。

数据采集与分析
1. 产量与构成因素：收获期测定穗粒数、百粒重及产量，计算经济效益（玉米价格2.1元/kg，氮肥4.3元/kg）。
2. 氮代谢指标：测定叶片硝酸还原酶（NR, nitrate reductase）和蔗糖磷酸合成酶（SPS, sucrose phosphate synthase）活性，分析碳氮代谢关系。
3. 氮素积累与利用效率：植株全氮测定采用浓H₂SO₄-H₂O₂消煮-蒸馏定氮法，计算氮肥利用率（回收率）和农学效率。
4. 土壤硝态氮动态：分层（0–100 cm，每20 cm）测定土壤硝态氮含量，评估氮素残留与环境风险。

统计方法
数据通过Excel 2003和DPS 7.05软件处理，采用一元二次模型拟合产量与施氮量关系，计算经济最佳施氮量。

主要结果

1. 产量与经济效益

   • 施氮显著增产（2007年6.76%–9.62%，2008年5.21%–9.80%），N2（300 kg·hm⁻²）产量最高（2007年11 753.64 kg·hm⁻²，2008年13 246.32 kg·hm⁻²）。
     
   • 经济最佳施氮量为255.4 kg·hm⁻²，N2产投比最高（1.68–1.92），N4（600 kg·hm⁻²）产投比，无经济效益。
     

2. 氮代谢与积累

   • N2处理显著提升NR和SPS活性，促进氮素同化与蔗糖合成。
     
   • 植株氮积累量以N2最高（217.20–221.42 kg·hm⁻²），过量施氮（>300 kg·hm⁻²）未进一步增加积累量。
     

3. 氮肥利用效率

   • N2的氮肥利用率（16.12%）和农学效率（3.69 kg·kg⁻¹）显著高于高氮处理（N3–N4）。
     

4. 土壤硝态氮残留

   • N2维持0–20 cm土层硝态氮平衡，而N4导致0–100 cm硝态氮累积（>12 mg·kg⁻¹），存在淋溶风险。
     

结论与意义

科学结论
豫北黏壤土超高产夏玉米的适宜施氮量为255–300 kg·hm⁻²。此范围内可实现高产（>12 000 kg·hm⁻²）、高效益（产投比>1.6）、氮肥高效利用（利用率>16%）及土壤氮素平衡。

应用价值
较农户习惯施氮量（450–600 kg·hm⁻²）减少30%以上，降低生产成本与环境压力，为黄淮海地区夏玉米绿色高产提供技术支撑。

研究亮点

1. 创新性：首次通过产量、氮代谢、土壤氮平衡多维度评估超高产夏玉米的施氮阈值。
   
2. 方法学：结合生理指标（NR、SPS）与土壤硝态氮动态，解析碳氮协同机制。
   
3. 实践指导：明确经济最佳施氮量（255.4 kg·hm⁻²），填补超高产玉米氮肥管理的空白。
   

其他价值

研究团队提出氮肥“后移”技术（50%大喇叭口期追施），进一步优化氮素供应时序，相关成果发表于《作物学报》（2011年）。此外，试验数据为后续控释氮肥与栽培技术改良提供了基础。

（注：文中术语如“硝态氮（NO₃⁻-N）”“农学效率（agronomic efficiency）”等均保留英文原词以保障专业性。）