一种减少黄淮海平原夏玉米农田N

摘要

本发明涉及一种减少黄淮海平原夏玉米农田N

说明书

技术领域

本发明涉及一种减少黄淮海平原夏玉米农田N₂O排放的氮肥施用方法，属于农业技术和 生态环境保护技术领域。

背景技术

氧化亚氮(N₂O)作为一种重要的温室气体，其浓度已由工业革命前的270μL/L，上升到 2005年的319μL/L，且每年仍以0.2％-0.3％的速度持续上升。它不仅可以产生温室效应，还 可以间接破坏臭氧层，因此其浓度变化及其对全球气候变化和生态环境变化的影响备受关 注。据统计，大气中70％的N₂O来自土壤，尤其是农田土壤是全球最主要的N₂O排放源， 而化肥氮的施用对N₂O排放的贡献高达74％。因此，中国作为农业大国，从农田的氮肥管 理入手，不仅是农田N₂O减排，更是全国N₂O减排的首选途径。

玉米是我国三大粮食作物之一，据统计，2012年玉米播种面积和总产量均居粮食作物首 位，其中夏玉米播种面积和产量占玉米总播种面积和总产量的1/3，主要分布在黄淮海地区。 近年来，农民为达到作物高产、收入增加的目的，氮肥施用量远远超过作物吸收量，造成农 田N₂O排放量的增加。此外，夏玉米生长期处于雨热同期，过量氮肥施用后，在气温高、 降水量大的环境因素影响下，也会增加N₂O的排放。再者，由于玉米价格不高，农民仍偏 好施速效氮肥以节省成本，而现阶段劳动力的短缺，肥料仍以“一炮烘”和撒施等传统的施 肥方式为主，肥料损失严重，进一步促进了N₂O的排放。由此看来，尽管夏玉米播种面积 和产量不及春玉米，但其增产幅度略高；而且受生产习惯和生长环境的影响，N₂O的排放必 然不亚于春玉米。因此，夏玉米氮肥管理对于保障我国粮食安全和农田N₂O减排具有重要 意义。

目前，关于夏玉米的施肥方面研究较多，如，中国专利文献CN101720609B公开了一种 “潮土区高产夏玉米的氮肥施用方法”，该施肥方法针对潮土区，且施肥次数多达3次，然 而面对现在农村劳动力老龄化，雇工难、贵的现状，使该方法应用受到限制，中国专利文献 CN101209935B公开了“一种玉米专用肥及其应用”虽然减少了施肥次数，但只针对春玉米； 中国专利文献CN102017839B公开了“一种小麦、玉米轮作周年简化施肥方法”提出施用缓 释肥，简化了夏玉米施肥次数，但缓释肥价格较高；中国专利文献CN103636339A公开的“玉 米的施肥方法”，提供了一种山地玉米区的缓释肥一次性施肥方法，不适用于平原玉米区的 机械化生产。

以上方法主要基于玉米增产下的施肥方法，没有涉及N₂O的排放，对黄淮海平原夏玉 米农田N₂O的减排作用不明确，且以上方法都不能全面兼顾降低生产成本和简化施肥次数； 且在作物和适用区域上没有涉及黄淮海大面积夏播玉米。因此，在保证玉米不减产条件下， 探寻N₂O减排效果好、生产成本较低且操作简便的黄淮海平原区夏播玉米的氮肥管理方法， 是保障粮食安全和保护农田生态环境重点解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种减少黄淮海平原夏玉米农田N₂O排放的氮肥施 用方法，该方法能够有效降低农田N₂O的排放，方法简单、操作方便、成本低，且不会造 成玉米减产。

术语说明：

低产田：指土壤碱解氮含量小于等于60mg/kg的农田；

中产田：指土壤碱解氮含量60-90mg/kg的农田；

高产田：指土壤碱解氮含量大于等于90mg/kg的农田。

本发明的技术方案如下：

一种减少黄淮海平原夏玉米农田N₂O排放的氮肥施用方法，在玉米苗期，将氮肥一次 性施入农田，所述的施入方法为分两层施入施肥沟，第一层将夏玉米生育期所需氮肥的 60％-70％均匀施入施肥沟沟底，覆土至施肥沟高度的1/3～1/2，再将其余30％-40氮肥施入 覆土表面进行第二层施肥，然后进行填埋。

本发明优选的，施肥沟距离玉米种植行10-15cm。

本发明优选的，所述的施肥沟深度为15-20cm，宽度为3-8cm。

进一步优选的，第一层将夏玉米每亩所需氮肥的65％-68％均匀施入施肥沟沟底，覆土 6-10cm后，再将其余32％-35％氮肥均匀施入覆土表面，然后进行填埋。

本发明优选的，玉米苗期为玉米五叶期或拔节期。

本发明优选的，所述氮肥选自尿素、磷酸氢二铵、碳酸氢铵或复合肥中的一种或两种以 上组合。本发明的氮肥为玉米种植中常用和市场上销售的速效氮肥，均可市场购得。

本发明优选的，所述夏玉米所需氮肥，对于低产田，玉米产量达到<6000kg/hm²，所需 氮肥折合成纯氮总用量小于180kg/hm²；对于中产田，玉米产量达到6000-9000kg/hm²，所 需氮肥折合成纯氮总用量为180-240kg/hm²；对于高产田，玉米产量达到9000-13500kg/hm²， 所需氮肥折合成纯氮总用量为240-320kg/hm²。

本发明优选的，本发明的氮肥施肥后进行灌溉，保证0-40cm深度的土壤含水量达到田 间持水量的70％-80％。夏玉米种植季正值雨热同期，降雨基本能够满足水分需求，后期不 需灌溉，若遇干旱，在玉米抽雄开花期和灌浆期浇水，使0-40cm土壤含水量维持田间持水 量的70％-80％。

本发明的黄淮海平原区夏玉米种植方式，包括冬小麦套种夏玉米和小麦收获后直播夏玉 米。

本发明的氮肥施用方法可用机械开沟进行施肥，人工施入肥料和覆土，有条件的地区开 沟与施肥可由施肥机械一次性完成，节省劳动力。

本发明具有以下优良效果：

1、本发明的氮肥施用方法，速效氮肥的施用量和施用方式提高了氮肥利用率，显著减 少夏玉米农田土壤N₂O的排放量，一方面减少了施肥次数，省工省时；其次，降低了肥料 成本，增加了收益；且在玉米苗期采用速效氮肥分层沟施，后期没有出现脱肥现象，在降低 成本的同时，保证了夏玉米的产量。

2、本发明的氮肥施用方法，使用速效氮肥，成本低于缓释肥；施氮量比常规农民习惯 能够减少10％-30％，也降低了生产成本，且方法简便易行，效果明显，可实现机械化操作， 适用于麦套夏玉米和直播夏玉米。

3、本发明的氮肥施用方法，针对劳动力缺乏，使用当季一次性施肥，省工省时，降低 了劳动力成本。

附图说明

图1为应用例2中处理(5)-处理(8)4个不同处理对玉米叶绿素的影响曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例中未详加说明的均按本领域现有技术。 所用化肥均为常规市售。所用普通氮肥为尿素(N≥46％)或磷酸氢二铵(N≥18％)，购自 山东谷丰源化肥有限公司；普通钾肥为氯化钾(K₂O≥60％)购自中化化肥山东有限公司； 普通磷肥为重过磷酸钙(P₂O₅≥46％)，购自江西广源化工有限责任公司；缓控释氮肥(N≥ 42％)，购自山东金正大生态工程股份有限公司。

实施例1：济南市济阳县低产田夏玉米农田N₂O减排的氮肥施用方法，步骤如下：

在玉米拔节期，在种植行同一侧距离植株10cm处开施肥沟，施肥沟沟深15cm，宽8cm， 分两层将氮肥施入施肥沟，先将208.7kg/hm²尿素施入施肥沟沟底，覆土8cm后，再施入磷 酸氢二铵355.6kg/hm²，覆土至与地面平齐。

实施例2：泰安市泰山区中产田夏玉米农田N₂O减排的氮肥施用方法，步骤如下：

在玉米五叶期，用小型人力机械，在种植行同一侧距离植株10cm处开施肥沟，施肥沟 沟深20cm，宽5cm，分两层将氮肥施入施肥沟，先将335kg/hm²尿素施入施肥沟沟底，覆 土10cm后，再施入尿素145kg/hm²，覆土至与地面平齐。

实施例3：淄博市桓台县中产田麦套夏玉米农田N₂O减排的氮肥施用方法，步骤如下：

在玉米拔节期，用小型人力机械，在种植行同一侧距离植株10cm处开施肥沟，施肥沟 沟深15cm，宽5cm，分两层将氮肥施入施肥沟，先将364.7kg/hm²尿素施入施肥沟沟底，覆 土7cm后，再施入尿素156.3kg/hm²，覆土至与地面平齐。

实施例4：菏泽市定陶县高产田夏直播玉米农田N₂O减排的氮肥施用方法，步骤如下：

在玉米五叶期，用小型人力机械，在种植行同一侧距离植株12cm处开施肥沟，施肥沟 沟深20cm，宽5cm，分两层将氮肥施入施肥沟，先将466kg/hm²尿素施入施肥沟沟底，覆 土8cm后，再施入尿素250kg/hm²，覆土至与地面平齐。

应用例1：淄博市桓台县中产田夏直播玉米土壤N₂O减排的氮肥施用方法效果试验

2012年在淄博市桓台县逯家村小麦玉米轮作农田进行试验，玉米品种为郑单958，共设 4个处理，3次重复，随机排列，小区面积51m²：

处理(1)：农民习惯施肥作为对照：尿素358kg/hm²，重钙228kg/hm²和氯化钾175/hm²撒施后翻耕播种玉米，大喇叭口期撒施358/hm²尿素后浇水。

处理(2)：农民习惯施肥量+本发明的分两层将氮肥施入施肥沟：玉米五叶期，用小型 人力机械，在种植行同一侧距离植株10cm处开沟，沟深20cm，宽5cm，沟底施入尿素 501kg/hm²，覆土6cm后，施入尿素215kg/hm²，重钙228kg/hm²和氯化钾175/hm²，覆土至 与地面平齐。

处理(3)：本发明的氮肥施用方法：在玉米五叶期，用小型人力机械，在种植行同一侧 距离植株10cm处开施肥沟，施肥沟沟深20cm，宽5cm，分两层将氮肥施入施肥沟，先将 365kg/hm²尿素施入施肥沟沟底，覆土8cm后，再施入尿素156kg/hm²，重钙228kg/hm²和 氯化钾175/hm²，覆土至与地面平齐。

处理(4)：采用本发明的分两层将缓控释氮肥施入施肥沟+缓控释氮肥：在玉米五叶期， 用小型人力机械，在种植行同一侧距离植株10cm处开施肥沟，施肥沟沟深20cm，宽5cm， 分两层将氮肥施入施肥沟，沟底施入缓控释氮肥400kg/hm²，覆土8cm后，再施入缓控释氮 肥171kg/hm²，重钙228kg/hm²和氯化钾175/hm²，覆土至与地面平齐。

每个小区放置一个静态箱，箱体尺寸规格定为50cm×50cm×50cm，由不锈钢材料制 成，采样时间一般在早上9:00-11:00进行，平常取样为3-7d一次，施肥后连续取样一周， 灌溉或降雨后连续取样2d。采样时将采样箱扣在底座凹槽内并加水密封，扣箱后用100ml 塑料注射器于0，8，16，24，32min时抽取箱内气体，并准确记录采样时的具体时间和箱 内温度。采集的N₂O气样用改进的Agilent7890A气相色谱仪测定，N₂O交换总量利用内插 法计算相邻两次监测之间未监测日期的排放通量，然后将每天的交换通量累加即可。测定玉 米籽粒产量、土壤表层硝态氮、计算经济效益，不同处理对玉米季N₂O排放、玉米产量及 土壤硝态氮含量的影响见表1所示。

表1不同处理对玉米季N₂O排放、玉米产量及土壤硝态氮含量的影响

由表1可以看出，与处理(1)相比，处理(2)-(4)都能显著降低N₂O排放量和土壤 表层硝铵态氮含量，两者降幅分别为9.9％-29.6％和17.7％-50.9％；尤以处理(3)技术效果 最好。此外，三种技术的玉米籽粒产量并没有减产，虽然氮肥施用量降低了27.3％，仍能增 产200-267kg/hm²。从生产成本来看，处理(2)技术较处理(1)肥料成本降低350元/hm²， 施肥成本降低600元/hm²，生产成本共减少近1000元。施用缓控释肥处理肥料成本增加995 元/hm²，施肥成本降低600元/hm²，生产成本略增加了近400元。处理(3)技术取得了最 高经济效益，较处理(1)农民传统生产习惯增收1446.2元/hm²；处理(4)缓控释肥由于 增产，抵消了增加的部分生产成本，收益也增加了2％。各方面综合来看，处理(3)技术在 N₂O减排、节本、省工、增产和增收方面效果最佳。

应用例2：章丘市高产田夏直播玉米土壤N₂O减排的氮肥施用方法效果试验

2013年在章丘市徐家村小麦玉米轮作农田进行试验，玉米品种为郑单958，共设4个处 理，3次重复，随机排列，小区面积51m²：

处理(5)：农民习惯施肥作为对照：玉米三叶期，撒施尿素300kg/hm²，重钙196kg/hm²和氯化钾150/hm²，大喇叭口期撒施450/hm²尿素。

处理(6)：农民习惯施肥量+沟施：玉米三叶期，在种植行同一侧距离植株6-8cm处沟 施尿素300kg/hm²，重钙196kg/hm²和氯化钾150/hm²；大喇叭口期沟施尿素450kg/hm²，两 次施肥可用施肥篓完成。

处理(7)：缓控释氮肥：玉米三叶期，用施肥篓，在种植行同一侧距离植株6-8cm处沟 施缓控释氮肥666.7kg/hm²，重钙196kg/hm²和氯化钾150/hm²。

处理(8)：本发明的氮肥施用方法：在玉米五叶期，用小型人力机械，在种植行同一侧 距离植株10cm处开施肥沟，施肥沟沟深20cm，宽5cm，分两层将氮肥施入施肥沟，先将 426kg/hm²尿素施入施肥沟沟底，覆土8cm后，再施入尿素129kg/hm²，重钙228kg/hm²和 氯化钾175/hm²，覆土至与地面平齐。

采用应用例1的方法测定处理(5)-处理(8)的N₂O排放量，并测定玉米叶绿素、产 量、土壤表层硝态氮、计算经济效益。

各处理对玉米叶绿素影响差别不大，处理(7)和(8)虽然施肥量较处理(5)减少18.8％， 且施肥次数减少一次，但后期玉米叶绿素含量并未减少，说明两个处理未造成后期脱肥。

处理(5)-处理(8)4个不同处理对玉米叶绿素的影响曲线见图1所示，不同处理对玉 米季N₂O排放、玉米产量及土壤硝态氮含量的影响见表2所示。

表2不同处理对玉米季N₂O排放、玉米产量及土壤硝态氮含量的影响

由表2可以看出，与处理(5)农民传统施肥相比，采用沟施、缓释肥和分层施肥的(6) -(7)处理都能显著降低N₂O排放量和土壤表层硝铵态氮含量，两者降幅可分别达到 8.6％-28.9％和11.9％-46.6％；处理(8)技术效果最好。从生产成本来看，处理(7)施用缓 控释肥，肥料成本增加1075元/hm²，由于采用一次性施肥，施肥成本降低600元/hm²，总 成本增加475元/hm²；处理(8)技术肥料和施肥成本都有所降低，分别为350元/hm²和 600元/hm²，成本共计减少950元/hm²。技术中，氮肥施用量降低了18.8％，但取得了较高 的产量，较处理(5)增产6％。并且技术取得了最高经济效益，较处理(5)农民传统生产 习惯增收近2100元/hm²。各方面综合来看，在N₂O减排、节本、省工、增产和增收方面， 均以处理(8)技术效果最佳。