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华北作为中国重要的粮食基地,冬小麦、夏玉米是主要的粮食作物,粮食获得高产的同时面临着由之带来的环境问题。本文通过河北清苑多年大田定位试验的研究,把冬小麦-夏玉米体系作为研究对象,设置不同施氮量处理(N0、N100、N180、N255、N330,下标为每公顷氮用量)和不同管理模式(农民习惯、高产高效、再高产、再高产高效),研究施氮量以及管理模式对冬小麦、夏玉米的产量、氮肥利用效率、硝态氮累积和淋洗、氮素表观平衡和环境的影响,旨在为我国粮食作物高产高效和降低环境污染风险提供依据。主要研究结果如下: (1)与N0处理相比,N100、N180、N255、N330四个处理六季冬小麦增产率平均为61.2%、95.3%、91.4%和72.5%,六季夏玉米增产率平均为32.8%、41.2%、33.2%和30.9%;冬小麦、夏玉米均在N180处理下产量最高,适宜施氮量范围分别在206.2-250.8kg/hm2、204.8-227.3kg/hm2之间。适量施氮可以显著提高作物产量,但过量施用氮肥不利于作物产量的提高。 (2)高产高效、再高产、再高产高效较农民习惯六季冬小麦平均增产率分别为12.8%、23.1%和15.5%,平均增效分别为61.6%、15.6%、26.8%;六季夏玉米增产率分别为15.0%、29.0%和20.4%,平均增效分别为35.6%、-3.5%、6.2%;冬小麦、夏玉米均以再高产模式增产率最高,高产高效模式增效最多;冬小麦、夏玉米高产高效模式大多实现了预期的目标。各模式产量并不只受到施氮量的影响,还受到播种量、氮肥追施时期和用量等管理因素的共同影响。 (3)不同施氮处理90cm土壤硝态氮累积量随种植年限增长逐渐表现出在冬小麦季增加和夏玉米季减少的特点,并且各处理90cm和180cm硝态氮累积总量均为N330>N255>N180>N100>N0,受施氮量影响较大。从剖面分布看,土壤硝态氮可淋洗至990cm的深层土壤中;N0处理在390cm、990cm内淋洗现象不明显,N100、N180处理在390cm内有少量硝态氮发生淋洗,N255在390cm内淋洗现象明显,N330处理在990cm内淋洗现象较明显,累积峰最深可达810-840cm处,说明施氮过多时硝态氮仍可淋洗至990cm深层土壤中且有多个累积峰。综合考虑各农学及环境因素,以N180表现最好,N330处理对浅层地下水威胁最大。 (4)不同管理模式90cm土壤硝态氮均表现为在冬小麦季增加和在夏玉米季减少特点,且硝态氮累积量受施氮量、氮肥追施时期和用量等管理模式共同影响;从剖面分布看,土壤硝态氮可淋洗至990cm的深层土壤中;农民习惯模式在390cm土壤中淋洗现象较明显,在390-990cm中淋洗现象不明显;高产高效模式在390cm中也有少量硝态氮发生淋洗;再高产和再高产高效模式在990cm内均有明显的淋洗现象,累积峰最深依次在510-540、720-750cm处。高产高效模式淋洗现象较不明显,对环境较友好,再高产模式淋洗现象最明显,且数量较大,对地下水存在威胁。 (5)从各层累积量的分配看,不同施氮量和不同管理模式0-990cm土层内,0-90cm能被植物吸收利用的氮素为10%-12%、11%-16%,90-990cm不能被植物吸收利用的根下层硝态氮为88%-90%、84%-89%。硝态氮大多淋洗到90cm以下土壤中,施氮量越高,向土壤深层淋洗量也越多,由此带来的对地下水的污染风险应该引起重视。 (6)冬小麦、夏玉米不同施氮量下土壤氮素表观盈余量都随施氮量的增加而增加,差异极显著,呈正线性相关关系;冬小麦、夏玉米不同管理模式土壤氮素表观盈余量均以再高产模式最多,高产高效模式最低。再高产模式虽可获得作物高产,但氮素累积和盈余量太多,对环境存在威胁,而高产高效模式在提高作物产量和保护环境上都表现较好。