东北春玉米区是中国玉米主产区之一，玉米产量占各类粮食总产量的40%左右，在保障国家粮食安全战略中具有重要地位^[1–2]。其中，松嫩平原作为国家重要的商品粮生产基地，属于典型的半干旱农业区^[3]，由于地处湿润季风区与内陆干旱区之间的过渡带，该地区年蒸发量远大于年降水量，且分布极不均匀，气候变化敏感，生态环境较为脆弱^[4]，特别是春季低温、干旱频繁发生，常造成玉米播期延迟和保苗率低等问题，严重制约区域农业的高效生产。膜下滴灌技术是将覆膜种植与滴灌相结合的一种栽培模式^[5]，既能提高地温减少行间蒸发，又能利用滴灌控制水分、养分供给，进而明显提高作物对水分和肥料的利用效率^[6]，综合实现了节水、节肥、高效和增产之效果，是先进栽培技术与灌水技术的集成^[7]。已有研究证实，由于土壤中的水热环境、养分转化运移过程^[8]等方面的变化，使得膜下滴灌与常规栽培条件下，农田土壤养分特别是氮素的转化、吸收利用过程存在显著差异。近年来，尽管膜下滴灌栽培技术已被广泛应用于松嫩平原西部的玉米生产，有效缓解了玉米生育前期低温冷害、干旱少雨以及生育后期脱肥等玉米丰产高效的瓶颈问题，但松嫩平原西部玉米种植田土壤较贫瘠，保水保肥性较差，在膜下滴灌栽培模式下，大部分农户为了追求高产，氮肥管理上仍沿用传统栽培模式下的氮肥运筹方式，尚不能充分发挥膜下滴灌技术“少量多次”按需供应的肥料高效运筹优势，导致肥料利用率仍较低、土壤无机氮残留过多、地下水硝酸盐污染等问题及生态环境风险不断增加^[9]。因此进一步优化膜下滴灌栽培模式下的氮肥运筹，提高用肥精准性，对于促进玉米提质增效生产，实现我国2020年农用化肥的“零增长”目标，推动资源节约型和环境友好型绿色农业的发展具有重要意义。

前人针对玉米膜下滴灌的肥料类型、施肥量和施肥频率等方面开展了大量的研究工作，其中氮肥运筹已逐渐成为滴灌施肥管理研究的热点问题之一。习金根等^[10]研究发现，在同等施氮量下，与传统露地栽培相比，膜下滴灌栽培模式更有利于玉米植株对氮素的高效吸收利用，进而促进干物质的积累和高效转运，最终显著增加玉米籽粒的产量；刘洋等^[11]试验结果表明，在东北黑土区玉米膜下滴灌栽培模式下，分别于玉米拔节期、抽穗期、灌浆期3次等量追施氮肥50～66 kg/hm²，可有效提高玉米的株高、叶面积指数，进而实现高产；陈天宇等^[12]对松嫩平原西部玉米膜下滴灌追氮方式的初步研究发现，在30% + 60% + 100%叶龄指数时期3次等比例追施氮肥，玉米氮素利用效率和籽粒产量均优于30% + 60%叶龄指数时期2次等比例追肥处理和30% + 45% + 60% + 100%叶龄指数时期 + 吐丝后15天5次等比例追氮处理。此外，张鹰等^[13]报道认为在吉林省东部膜下滴灌栽培模式下，生长季30%和40%氮肥分别在拔节期和抽雄期追施，可在满足玉米生长发育需求的同时，提升玉米籽粒产量和氮素利用效率；Zhou等^[14]在黄淮海地区的研究也表明，玉米膜下滴灌栽培模式下氮肥追施总量不变，通过优化拔节期、大喇叭口期和吐丝期的追氮量分配比例，可有效提高玉米干物质积累量，促进籽粒产量提高。然而，目前有关松嫩平原西部膜下滴灌玉米氮肥运筹的研究报道多集中于分次等量追施，且大多围绕玉米产量、品质、生长发育和氮素吸收等方面进行探讨，而关于生育关键时期追氮量的最佳配比及其对土壤无机氮的残留、转化和损失状况，尤其是对作物-土壤系统氮素平衡的影响研究则鲜有报道。基于此，本研究结合松嫩平原半干旱区自然环境条件和农业生产措施发展特点，采用大垄垄上双行膜下滴灌栽培模式，通过设置不同氮肥追施水平和关键生育时期追氮比例组合，研究不同氮肥运筹方式对玉米产量、氮素积累与利用、土壤无机氮残留与矿化以及系统氮素平衡的影响，综合考虑玉米产量、氮素利用和氮素平衡而明确膜下滴灌最佳的氮肥分期追施量，为完善和改进松嫩平原半干旱区玉米膜下滴灌标准化栽培技术体系，实现在玉米养分需求关键时期合理、精准的氮肥管理提供理论依据。

试验于2015—2016年在黑龙江八一农垦大学现代农业栽培技术与作物种质改良重点实验室试验基地 (46°37′N、125°11′E) 进行，海拔高度146 m，该区域位于松嫩平原腹地，属于典型的北温带大陆性季风气候，全年光照充足、雨热同季、降水偏少。春季冷暖多变，干旱多风，水资源严重匮乏；夏季前期干热，后期降水集中且变率大；秋季多寒潮，降温急剧。试验基地多年平均气温4.2℃，降雨量427.5 mm，蒸发量1635 mm，无霜期143 d，年日照时数2726 h，平均风速3.8 m/s。试验地土壤类型为草甸土，肥力均匀，0—20 cm耕层土壤平均容重1.25 g/cm³、土壤pH值7.79、有机质29.72 g/kg、全氮1.41 g/kg、碱解氮115.89 mg/kg、有效磷5.11 mg/kg、速效钾106.34 mg/kg。玉米生长期内平均温度、降雨量、降雨分布、蒸发量等数据由试验基地小型气象站提供 (图1)，2015—2016年玉米生育期内活动积温为2815.3℃和2872.7℃，总降雨量为415.3 mm和413.6 mm，蒸发量为581.2 mm和634.4 mm，差异较小。

图1(Fig. 1)

图1 玉米生育期间降水量、蒸发量和日平均气温 Fig. 1 Rainfall, evaporation and daily average temperature during the growth period of maize

试验采用裂区设计，主区因素为3个氮肥追施水平，分别为90 (T90)、120 (T120)、150 (T150) kg/hm²，在叶龄指数为30% (拔节期)、60% (大喇叭口期) 和100% (吐丝期) 时追施，供试氮肥均为尿素。副区因素为三个生育期追施氮肥的分配比例。基于前人研究的最佳氮肥追施频次^[11–12]，三个时期追施比例设为5∶5∶0 (A1)、3.3∶3.3∶3.3 (A2)、4∶5∶1 (A3)、3∶5∶2 (A4) 和2∶5∶3 (A5)，其中A1为松嫩平原半干旱区生产上常用的氮肥追施分配方案。另设滴灌覆膜不施氮 (CK) 处理为对照，总计16个处理 (表1)，每个处理重复3次，共48个小区。各小区行长30 m，宽6.6 m，小区面积198 m²。

表1(Table 1)

表1 各处理氮素追施总量及在三个生育期的具体分配比例和追施量 Table 1 Total topdressing amounts of nitrogen and the distributing ratios and amounts in each treatment at the three growth stages

表1 各处理氮素追施总量及在三个生育期的具体分配比例和追施量 Table 1 Total topdressing amounts of nitrogen and the distributing ratios and amounts in each treatment at the three growth stages 处理 Treatment 追施总量 Total topdressing N (kg/hm2) 分配比例 Ratio 追施量Topdressing amount (kg/hm2) 30%叶龄指数 30% leaf age index 60%叶龄指数 60% leaf age index 100%叶龄指数 100% leaf age index T90A1 90 5∶5∶0 45 45 0 T90A2 90 3.3∶3.3∶3.3 30 30 30 T90A3 90 4∶5∶1 36 45 9 T90A4 90 3∶5∶2 27 45 18 T90A5 90 2∶5∶3 18 45 27 T120A1 120 5∶5∶0 60 60 0 T120A2 120 3.3∶3.3∶3.3 40 40 40 T120A3 120 4∶5∶1 48 60 12 T120A4 120 3∶5∶2 36 60 24 T120A5 120 2∶5∶3 24 60 36 T150A1 150 5∶5∶0 75 75 0 T150A2 150 3.3∶3.3∶3.3 50 50 50 T150A3 150 4∶5∶1 60 75 15 T150A4 150 3∶5∶2 45 75 30 T150A5 150 2∶5∶3 30 75 45

各处理均采用大垄垄上双行膜下滴灌栽培模式，相邻两垄间距110 cm，垄台宽80 cm，垄高15 cm，每垄种植两行玉米，种植密度为75000株/hm²，垄上行距为40 cm，垄间行距70 cm，供试玉米品种为试验区主栽品种郑单958。使用白色透光高压低密度聚乙烯地膜，覆膜宽度100 cm，厚度0.008 mm。播种前，对试验地进行旋耕、翻平耙细起垄，旋耕深度20—25 cm，并结合测土配方施肥，基施纯N 60 kg/hm²，P₂O₅ 135 kg/hm²，K₂O 105 kg/hm²。待土壤表层5—10 cm温度稳定在7～8℃时，采用2BMJ-6气吸式铺膜播种机完成种床镇压、喷施封闭除草剂、开膜沟、铺滴灌管、铺膜、膜边覆土、膜上打孔精量点播 (播种深度5 cm)、膜孔覆土镇压。滴灌带沿玉米行向铺设于垄台中央，每条滴灌带控制两行玉米，滴灌带滴头间距30 cm，工作压力0.1 MPa，滴头流量为2.0 L/h。

每次追肥前使用Field TDR 200 (Spectrum公司，美国) 进行田间土壤含水量检测，确定各时期追肥灌水定额。2015年生育期内灌水量为1745 m³/hm²，其中在30%、60%、100%叶龄指数时期灌水量分别为450、590、705 m³/hm²；2016年生育期内灌水量为2005 m³/hm²，其中在30%、60%、100%叶龄指数时期灌水量分别为520、695、790 m³/hm²。利用压差式施肥罐按照“1/4–1/2–1/4”的模式施入，即前1/4灌水定额灌清水，中间1/2灌水定额用于施肥，后1/4灌水定额灌清水冲洗管道^[15]。灌水量由水表和球阀控制，保证各小区灌水一致。通过施肥罐的水流压差和管网系统首部的压力，由安装在施肥罐上下游的压力表 (精度为5%) 控制，确保施肥罐上下游压差控制在0.04 MPa，出水口压力恒定在0.1 MPa。其它田间管理措施同大田膜下滴灌玉米生产。

在整地前取0—20 cm耕层土壤，根据鲍士旦^[16]的方法，测定土壤基本理化性质。整地前和收获后，每小区随机选取5个位点，使用土钻分别取0—20、20—40、40—60、60—80和80—100 cm土层的新鲜土样，将各区五个样点的等层土壤混匀后，装入塑封袋，放入冰盒迅速带回实验室。新鲜土样过5目筛后，经0.01 mol/L的CaCl₂振荡浸提，采用Auto-analyzer Ⅲ Colorimeter (Bran Luebbe) 测定土壤中硝态氮与铵态氮含量^[17]。

分别于玉米拔节后第15、30、45、60、75天 (分别以15DAJ、30DAJ、45DAJ、60DAJ、75DAJ表示)，在各小区选取长势均匀具代表性的植株3株，15DAJ、30DAJ采集的植株样品拆分为茎、叶、鞘三部分，45DAJ、60DAJ、75DAJ植株样品拆分为茎、叶、鞘、雄穗、苞叶、穗轴和籽粒七部分，分别装入牛皮纸袋，置于烘箱中，105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，称重后的样品粉碎混匀后，用浓H₂SO₄–H₂O₂湿灰化法进行消煮，稀释后用凯氏定氮仪 (KjelFlex K-360，BüCHI) 测定含氮量，并计算植株 (不同组织器官) 氮素吸收量。

在玉米成熟期，收获各小区中间两垄 (4行)连续5 m长的所有果穗，统计有效穗数后称重，计算平均穗鲜重；选取具代表性的20个果穗 (误差小于0.05 kg)，脱粒，称重，计算出籽率，最后测定籽粒含水率，折算公顷产量 (14%含水率)。

参考巨晓棠^[18–19]的方法计算0—100 cm土层氮素平衡参数：

土壤无机氮残留量 (kg/hm²)= 土层厚度 × 土壤容重 × 土壤无机氮含量/10；

土壤氮素净矿化量 (kg/hm²)= 不施氮区作物吸氮量 + 不施氮区土壤无机氮残留量−不施氮区土壤起始无机氮累积量；

土壤氮素表观损失量 (kg/hm²) = (施氮量 + 土壤起始无机氮累积量 + 土壤氮素净矿化量) − (作物吸氮量 + 土壤无机氮残留量)；

氮素盈余量 (kg/hm²) = 氮素表观损失量 + 收获后土壤无机氮残留量；

氮肥偏生产力 (kg/kg)= 施氮区产量/施氮量；

氮肥农学利用率 (kg/kg)=(施氮区玉米产量 – 不施氮区玉米产量) /施氮量；

氮肥表观利用率 (%)=(施氮区作物吸氮量 –不施氮区作物吸氮量) /施氮量 × 100；

土壤氮素依存率 (%)= 不施氮区作物吸氮量/施氮区作物吸氮量 × 100。

本研究所用产量数据为2015年和2016年的试验数据，其余均为2016年试验数据。采用SPSS 21.0进行统计分析，Duncan多重比较和T检验分析不同处理的影响差异，多因素方差分析因素间的交互效应，利用Microsoft Excel 2003绘制图表。

由图2可以看出，2015年以T120A4处理的玉米籽粒产量最高，达11643 kg/hm²，且显著高于其他处理。经方差分析可知，氮肥追施水平、不同时期追氮量分配比例及二者互作效应对玉米籽粒产量的影响均达极显著水平。玉米籽粒产量随氮肥追施水平的增加，表现为T120 > T150 > T90，且各氮肥追施水平处理间差异显著，其中T120较T150、T90处理分别高出7.4%、20.7%。籽粒产量随不同时期追氮量分配比例的变化表现为A4 > A5 > A2 > A3 > A1，A4处理显著高于其它处理11.6%～26.0%。在2016年试验中，各处理玉米籽粒产量变化与2015年的整体趋势一致，T120A4处理籽粒产量达12952 kg/hm ²，在不同时期追氮量分配比例一致的条件下，T120籽粒产量分别显著高于T150、T90处理9.02%、21.27%；氮肥追施水平一致的条件下，A4籽粒产量较其它处理明显提高14.3%～29.1%。

图2(Fig. 2)

图2 不同氮肥分期追施量对玉米籽粒产量的影响 Fig. 2 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on grain yield of maize [注（Note）：柱上不同字母表示处理间差异达0.05%显著水平 Different letters above the bars mean significant at the 0. 05% level among treatment.]

由图3可知，随着玉米生育进程的推进，各处理的茎秆 + 叶鞘 + 雄穗及叶片的氮素积累量动态均呈抛物线的规律变化，并分别于45DAJ时期氮素积累量达峰值，其中以T120A4处理最高，茎秆 + 叶鞘 + 雄穗为38.89 kg/hm²，叶片为63.82 kg/hm²。不同时期追氮量分配比例一致的条件下，茎秆 + 叶鞘 + 雄穂和叶片氮素积累量均表现为T120 > T150 > T90。各氮肥追施水平处理，茎秆 + 叶鞘 + 雄穗和叶片的氮素积累量随不同时期追氮量分配比例变化在15DAJ表现为A1 > A3 > A2 > A4 > A5，30DAJ表现为A1 > A3 > A4 > A5 > A2，而45DAJ至75DAJ时期则表现为A4 > A5 > A2 > A3 > A1。玉米的苞叶 + 穗轴及籽粒氮素积累量随着生育进程的延续呈持续上升趋势，各时期亦以T120A4处理表现最佳。不同时期追氮量分配比例一致的条件下，随氮肥追施水平的增加，各时期苞叶 + 穗轴及籽粒氮素积累量总体表现为T120 > T150 > T90。氮肥追施水平一致，各时期苞叶 + 穗轴及籽粒氮素积累量随不同时期追氮量分配比例的变化表现为A4 > A5 > A2 > A3 > A1，且仅45DAJ时期A4处理籽粒氮素积累量与其它处理未表现出明显差异。

图3(Fig. 3)

图3 氮肥分期追施量对玉米各器官氮素积累的影响 Fig. 3 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on nitrogen accumulation in maize organs

从表2可以看出，氮肥追施水平、不同时期追氮量分配比例二者互作效应除对80—100 cm土层影响不显著外，对其它土层影响均达显著或极显著水平。深层土壤无机氮残留量随前期氮肥追施比例的增加而升高，而浅层土壤则与之相反。氮肥追施水平单因素除显著影响80—100 cm土层无机氮残留量外，对其他土层无机氮残留量及总残留量影响均达极显著水平。随氮肥追施水平的增加，各土层无机氮残留量及总残留量均表现为T150 > T120 > T90，其中T150处理显著高于T90、T120处理。不同时期氮肥追施量分配比例单因素除对80—100 cm土层无显著影响外，对其他土层无机氮残留量及残留总量均有显著或极显著影响。其中0—20 cm、20—40 cm土层均表现为A2 > A5 > A4 > A3 > A1，且各处理间差异均达显著水平；40—60 cm土层A4处理无机氮残留量显著高于其他处理8.2%～27.9%；60—80 cm土层A3处理较其他处理显著提高0.81～3.09 kg/hm ²；无机氮总残留量受不同时期氮肥追施量分配比例单因素影响与0—20 cm、20—40 cm土层规律相一致。

表2(Table 2)

表2 氮肥分期追施量对土壤剖面无机氮残留量的影响 (kg/hm2) Table 2 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on residual soil mineral nitrogen

表2 氮肥分期追施量对土壤剖面无机氮残留量的影响 (kg/hm2) Table 2 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on residual soil mineral nitrogen 处理 Treatment 土层深度Soil depth (cm) 0—20 20—40 40—60 60—80 80—100 0—100 T90A1 29.43 i 19.70 h 16.36 g 14.06 efg 13.29 def 92.83 l T90A2 43.55 ef 32.70 e 16.90 fg 13.77 fg 12.30 ef 119.22 g T90A3 30.12 i 21.35 h 15.91 g 14.71 defg 12.43 ef 94.53 l T90A4 31.55 i 24.52 g 19.85 cde 13.03 g 12.19 ef 101.15 k T90A5 36.18 gh 29.24 f 17.58 efg 13.52 g 9.14 g 105.55 j T120A1 32.40 hi 25.81 g 19.19 def 16.44 bcd 16.36 b 110.20 i T120A2 53.17 bc 41.86 bc 20.05 cd 16.13 cde 13.35 def 144.57 c T120A3 36.85 g 29.81 f 17.52 efg 17.09 bc 13.82 cde 115.11 h T120A4 43.50 ef 31.23 ef 22.21 bc 14.00 efg 12.81 def 123.75 f T120A5 47.42 de 36.12 d 20.50 bcd 15.90 cdef 9.71 g 129.54 e T150A1 42.17 f 32.41 e 21.53 bcd 18.68 ab 18.89 a 133.69 d T150A2 62.00 a 45.98 a 22.89 b 17.55 bc 16.18 bc 164.60 a T150A3 46.40 def 40.27 c 20.56 bcd 19.82 a 17.46 ab 144.51 c T150A4 49.55 cd 43.46 b 27.03 a 15.31 cdefg 15.02 bcd 150.38 b T150A5 54.20 b 43.96 ab 25.75 a 16.33 cde 11.11 fg 151.37 b F值及显著性 F value and significance 追施量Topdressing amount (T) 190.16** 497.90** 84.48** 33.73** 3.86* 1554.32** 追施比例N distributing ratio (R) 18.54* 143.37** 11.92** 7.97** 2.74 236.27** T × R 9.85** 13.48** 4.34* 3.12* 0.89 5.58** 注（Note）：同列数据后不同字母表示处理间差异达到 0.05 显著水平 Data followed by different letters within a column are significantly different at the 0.05 level; *—P < 0.05; **— P < 0.01.

由表3可知，氮肥追施水平、不同时期追氮量分配比例及二者的交互效应对氮素输出所有项目、氮素盈余均具有显著或极显著的影响。T120A4处理玉米植株吸氮量显著高于其他处理，其值为255.09 kg/hm²，同时其氮肥表观损失量及氮素盈余方面均处于较低水平。不同时期追氮量分配比例一致的条件下，玉米植株吸氮量表现为T120 > T150 > T90，且各处理间氮素表观损失量、盈余量差异均达显著水平，其中T120处理氮素表观损失量、氮素盈余量分别显著低于T90、T150处理56.94 kg/hm ²、32.81 kg/hm²，34.98 kg/hm²、57.08 kg/hm²。氮肥追施水平一致的条件下，A4处理玉米氮素吸收量最大，较其它处理明显增加7.5%～24.4%，同时其氮肥表观损失量分别显著低于其它处理10.24～58.41 kg/hm²，且氮素盈余方面明显低于A1～A3处理。

表3(Table 3)

表3 氮肥分期追施量对土壤-作物系统氮素平衡的影响 Table 3 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on nitrogen balance in soil-crop system

表3 氮肥分期追施量对土壤-作物系统氮素平衡的影响 Table 3 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on nitrogen balance in soil-crop system 处理 Treatment 氮输入N input (kg/hm2) 氮输出N output (kg/hm2) 氮素盈余 N surplus (kg/hm2) 施氮量 N rate 起始无机氮 Initial Nmin 氮矿化量 N mineralization 总输入量 Total input 作物吸收 Crop uptake 残留无机氮 Residual Nmin 氮表观损失 Apparent N loss T90A1 150 116.64 92.15 358.79 154.58 i 92.83 l 111.36 a 204.20 bcd T90A2 150 116.64 92.15 358.79 169.99 ghi 119.22 g 69.57 b 188.80 de T90A3 150 116.64 92.15 358.79 166.28 hi 94.53 l 97.97 b 192.50 de T90A4 150 116.64 92.15 358.79 199.85 ef 101.15 k 57.79 bc 158.94 gh T90A5 150 116.64 92.15 358.79 178.01 gh 105.66 j 75.11 b 180.77 ef T120A1 180 116.64 92.15 388.79 220.85 cd 110.20 i 57.72 bc 167.93 fg T120A2 180 116.64 92.15 388.79 241.50 ab 144.57 c 2.71 g 147.29 hij T120A3 180 116.64 92.15 388.79 234.48 bc 115.11 h 39.19 de 154.31 ghi T120A4 180 116.64 92.15 388.79 255.09 a 123.75 f 9.94 fg 133.70 j T120A5 180 116.64 92.15 388.79 248.72 ab 129.54 e 10.52 fg 140.07 ij T150A1 210 116.64 92.15 418.79 184.43 fg 133.69 d 100.66 b 234.36 a T150A2 210 116.64 92.15 418.79 208.21 de 164.60 a 45.97 cd 210.58 bc T150A3 210 116.64 92.15 418.79 202.97 e 144.51 c 71.29 b 215.81 b T150A4 210 116.64 92.15 418.79 241.61 ab 150.38 b 26.79 ef 177.17 ef T150A5 210 116.64 92.15 418.79 221.00 cd 151.37 b 46.41 cd 197.78 cd F值及显著性 F value and significance 追施量 (T) Topdressing amount 45.64** 1554.32** 35.41** 36.79** 追施比例 (R) N distributing ratio 3.11* 236.27** 15.64** 12.78** T × R 7.96** 5.58** 11.42** 7.86** 注 （Note）：同列数据后不同字母表示处理间差异达到 0.05 显著水平 Data followed by different letters within a column are significantly different at the 0.05 level among treatments; *—P < 0.05; **— P < 0.01.

由表4可以看出，所有氮肥利用率指标均受氮肥追施水平、不同时期追氮量分配比例及二者互作效应显著或极显著的影响，其中T120A4处理各项氮素利用效率指标均处于最优水平。在不同时期追氮量分配比例一致的条件下，T120处理下氮肥农学利用率、表观利用率表现最佳，分别为20.61 kg/kg、61.49%，显著高于T90、T150处理7.18 kg/kg、8.46 kg/kg，31.02%、21.68%，同时，土壤氮素依存率表现为T120 > T150 > T90。氮肥追施水平一致的条件下，A4处理氮肥偏生产力、农学利用率、表观利用率分别显著高于其他处理13.9%～28.4%、48.5%～144.8%、9.3%～25.5%，此外，其土壤氮素依存率较A1、A2、A3、A5处理分别显著降低14.3%、7.9%%、9.1%、5.7%。

表4(Table 4)

表4 不同氮肥分期追施量对玉米氮素利用率的影响 Table 4 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on nitrogen use efficiencies of maize

表4 不同氮肥分期追施量对玉米氮素利用率的影响 Table 4 Effects of nitrogen topdressing amounts at various stages on nitrogen use efficiencies of maize 处理 Treatment 氮肥偏生产力 (kg/kg) PFPN 氮肥农学利用率 (kg/kg) AEN 氮肥表观利用率 (%) AUN 土壤氮素依存率 (%) SNDR T90A1 53.52 f 6.46 i 17.69 i 82.93 a T90A2 59.09 cd 12.04 fg 27.96 ghi 75.34 b T90A3 57.47 cdef 10.41 gh 25.49 hi 77.12 b T90A4 63.29 b 16.24 cde 47.87 cd 64.07 c T90A5 61.09 bc 14.03 defg 33.31 fgh 71.96 b T120A1 55.17 def 15.95 cdef 51.56 bc 58.07 ef T120A2 57.38 cdef 18.16 bcd 59.14 b 54.61 efg T120A3 56.19 def 16.97 cd 59.13 b 54.67 efg T120A4 71.95 a 32.74 a 70.58 a 50.29 h T120A5 58.46 cde 19.25 bc 67.04 ab 51.79 gh T150A1 40.42 h 6.81 hi 26.85 hi 69.47 b T150A2 45.98 g 12.37 efg 38.17 def 61.50 d T150A3 45.70 g 12.09 fg 35.68 efg 63.20 c T150A4 54.59 ef 20.98 b 54.05 bc 53.29 fgh T150A5 48.50 g 14.89 def 44.26 cde 61.05 de F值及显著性 F value and significance 追施量Topdressing amount (T) 28.46** 16.48** 44.48** 121.47** 追施比例N distributing ratio (R) 4.76* 5.49** 4.21* 26.82** T × R 5.96** 3.17* 11.49** 6.78** 注 （Note）：PFPN— Partial factor productivity of N; AEN— Agronomic efficiency of N; AUN—Apparent utilization of N; SNDR—Soil N dependency rate. 同列数据后不同字母表示处理间差异达到 0.05 显著水平 Data followed by different letters within a column are significantly different at the 0.05 level among treatments. *—P < 0.05; **— P < 0.01.

通过合理的氮肥运筹可有效提高玉米籽粒产量^[20]。已有学者研究表明，随施氮量的不断增加，玉米籽粒产量呈单峰曲线的规律变化^[21]。本研究也得出相似结论，两年试验中，玉米籽粒产量随氮肥追施水平的增加均表现为T120 > T150 > T90。尽管已有学者 ^[11–12]针对东北地区玉米膜下滴灌栽培模式，提出了优化的施氮量和3次等比例的追施氮肥方式可显著提高玉米产量，但本试验在松嫩平原西部半干旱区的研究发现，3种氮肥追施水平，在30%、60%和100%叶龄指数时期氮肥追施比例为3∶5∶2处理 (A4) 下，玉米的籽粒产量明显高于3次等比例追施处理 (A2) 9.75%～25.41%，且分别较传统等比例2次追施处理 (A1) 显著增加21.18%、30.43%和35.03%。此外，玉米对氮素的吸收积累直接影响其生长发育，进而影响籽粒产量^[22]。战秀梅等^[23]研究认为，通过氮肥减量后移及不同时期合理的追氮配比，可使玉米生育中后期营养器官氮素积累量仍处于较高水平，促进生殖器官氮素积累，提高籽粒氮素积累量。本研究结果表明，30%、60%和100%叶龄指数时期氮肥追施比例为3∶5∶2处理，其营养器官和生殖器官氮素积累量在45DAJ～75DAJ阶段均优于其他处理。分析认为，该处理可较好地满足玉米对氮肥的需求，调优不同组织器官的氮积累动态的同时，维持玉米全生育期营养器官中较高的氮素积累，促进生育中后期的物质合成及氮素向籽粒中的运移，进而提升籽粒氮素积累量及产量。

无机氮是作物吸收利用和氮素在土壤中存在的主要形式，但氮肥的不合理施用造成土壤无机氮的大量残留，其在降雨过程中或灌溉条件下将向下淋溶，污染地下水^[24]。已有研究证明，收获后残留的无机氮主要分布在浅层土壤中，但如果残留量过多或施用量、时间不当，将导致大量无机氮向深层移动、积累^[25]。叶东靖等^[26]对0—90 cm土层研究表明，浅层土壤无机氮残留量明显高于深层土壤，本研究中各处理无机氮主要残留于0—60 cm土层中，而仅19.3%～29.0%无机氮残留于60—100 cm土层中，这与其研究结果大致相同。赵士诚等^[27]研究认为，基于玉米不同生育阶段的氮素吸收特点进行分期施氮，可降低0—100 cm土层无机氮残留；本研究中，A4处理无机氮总残留量与其他处理相比处于中等水平，分别低于A2、A5处理14.16%、3.01%，高于A1、A3处理11.45%、5.96%，同时其0—60 cm土层具有相对较高的无机氮残留量比例 (占总残留量78.1%)。另外，本研究还发现，在同等氮肥追施水平条件下，不同时期追施氮肥比例处理对各层次土壤无机氮残留量影响程度存在差异，其中0—40 cm土层以A2和A5较高，A1最低；40—60 cm土层A4处理明显高于其他处理8.2%～27.9%；60—80 cm土层表现为A3 > A1 > A2 > A5 > A4；80—100 cm土层，A1最高，而A5最低，其他处理无机氮残留量较为接近。究其原因，可能是由于A1、A3处理在叶龄指数30%时期氮肥供应过量，导致未被玉米所及时吸收的氮素在淋溶作用下移向深层；玉米在叶龄指数100% 时期至成熟阶段对氮素需求较低，而A2处理在100%叶龄指数时期追氮量最大，同时该阶段降雨量较低并停止灌溉，淋溶作用较弱，致使其0—40 cm土层无机氮残留量在收获后处于最高水平。

氮肥施入土壤—作物体系后的基本去向主要包括三个方面，一是被作物吸收，二是以无机氮形式残留于土壤中，三是以淋洗或径流、氨挥发等途径损失至环境。氮肥运筹不当不仅造成氮肥大量盈余，且损失量也会显著增加。已有报道^[28]认为减量多次分期追施氮肥可降低土壤—作物系统中氮肥盈余，减少氮肥表观损失，提高氮肥利用率。本试验结果表明，随氮肥追施总量的增加，玉米吸氮量、氮肥利用率呈抛物线的规律变化，氮肥追施水平为120 kg/hm² (T120) 时，玉米氮素积累量明显高于其它追氮量处理，同时氮素盈余与表观损失量显著低于其它追氮量处理，且氮肥利用率表现最佳。同等氮肥追施总量条件下，在30%、60%和100%叶龄指数时期氮肥追施比例为3∶5∶2处理 (A4) 玉米氮素积累量明显高于其它追氮量分配比例处理7.54%～24.42%，氮素盈余及表观损失量与其他处理相比也有较为明显的下降，同时氮肥偏生产力、农学利用率、表观利用率均优于其它追氮量分配比例处理。梁冬丽等^[29]研究发现，作物吸收的氮素主要由土壤供应，其次为氮肥，本研究也得出相似结论，但本试验还表明，T120A4处理氮素土壤依存率低于其它处理1.7%～32.6%，显著提高玉米对肥料氮的吸收比例。分析认为，通过优化氮肥分期追施量可实现在玉米养分需求关键时期合理、精准施肥，达到按需施肥的目的，既促进了玉米对氮肥的吸收与利用，又可有效减少氮肥损量及盈余量，降低因施用氮肥对环境造成的负面效应。

氮肥追施水平与不同时期追氮量分配比例直接影响玉米产量，追施氮肥120 kg/hm²，并在30%、60%、100%叶龄指数时期氮肥追施比例为3∶5∶2的处理组合 (T120A4) 可对玉米氮素的吸收积累与分配起到良好的调控作用，使玉米在生育中后期各营养器官氮素含量仍维持较高水平，有效促进了籽粒产量的增加，其产量表现最佳。同时其可通过有效减少玉米农田中0—100 cm土层无机氮残留总量，适度增加0—60 cm土层无机氮残留比例，减少土壤—作物系统中的氮素盈余与损失，提高氮肥利用率，降低氮素淋失对环境的不利影响。因此，在松嫩平原半干旱区玉米膜下滴灌栽培生产实践中，应重视优化玉米各生育关键时期的氮肥追施数量，适当减少玉米生育前期氮素供应，增加生育中后期追氮数量，可有效增加玉米籽粒产量，提高氮肥利用效率，减少氮素损失，从而进一步发挥膜下滴灌栽培模式精准、高效的技术优势。