湖南双季稻田氮素去向及残效定量研究

樊鹏飞　刘伟民　杨勇　向红坤　田昌　张振华

摘要：【目的】研究不同施氮量下双季稻田氮素的吸收利用、损失残留和残效特征，定量化揭示湖南双季稻田肥料氮去向和残效规律，为制定科学合理的双季稻田氮肥施用措施提供理论依据。【方法】于2017—2018年在湖南双季稻区开展田间15N微区试验，按氮肥施用量设4个施氮量（以纯N计）处理：N0（不施氮）、N1（早晚稻均为90 kg/ha）、N2（早稻120 kg/ha，晚稻135 kg/ha）、N3（早稻150 kg/ha，晚稻180 kg/ha）。2017年施用15N标记尿素，研究各处理的15N吸收利用、15N在土壤中的残留及15N损失率，明确肥料15N的不同去向及其占比;2018年施用等量未标记尿素，分析各处理残留15N的吸收利用和损失率。【结果】差減法氮肥吸收利用率随施氮量的增加而显著下降（P<0.05），2017年早晚稻氮肥吸收利用率分别为42.14%～46.62%和35.45%～43.08%，2018年分别为37.93%～42.56%和37.20%～44.51%。示踪法2017年早稻15N回收率为24.49%～24.53%;晚稻15N回收率为25.32%～26.59%，晚稻略高于早稻;各处理15N回收率相近，无显著差异（P>0.05）。各处理肥料15N去向基本一致，作物吸收、土壤残留和总损失分别约占25%、23%和52%。肥料15N主要残留在0～20 cm土层中，约占总残留量的77%，20～40 cm土层约占19%，40～60 cm土层约占4%。上一季水稻残留的氮肥，可供下一季水稻吸收利用，是土壤氮库的补充，0～20 cm土层残效最好，2018年两季水稻累积残留15N吸收率为8.13%～9.28%，累积损失率为38.68%～52.97%，最终残留率为38.90%～52.05%。【结论】双季稻田氮肥利用率较低，氮肥损失占比较大，早晚稻均达50%以上;水稻积累的氮素主要来自于土壤，土壤氮贡献率达71.00%以上。双季稻生产中应充分考虑土壤自身的供氮能力以及上季水稻的氮肥残效，适当降低当季水稻的施氮量，实现氮肥的高效利用。

关键词： 双季稻;15N示踪法;氮肥去向;氮残效

中图分类号： S511                            文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2021）01-0045-10

Abstract：【Objective】The purpose of this paper was to study the characteristics of nitrogen absorption，utilization，loss and residual effect of double cropping rice fields under different nitrogen applications，and the fertilizer nitrogen direction and residual effect rule of double cropping rice fields in Hunan were quantified，providing theoretical basis for the establishment of scientific and reasonable nitrogen fertilizer management measures in double cropping rice fields. 【Method】This study conducted a 15N micro-plot experiment in Hunan double cropping rice area in 2017-2018，set four treatments：N0（no nitrogen fertilizer），N1（with nitrogen fertilizer 90 kg/ha in both early rice and late rice），N2（120 kg/ha of nitrogen fertilizer in early rice，135 kg/ha of nitrogen fertilizer in late rice） and N3（150 kg/ha of nitrogen fertilizer in early rice，180 kg/ha of nitrogen fertilizer in late rice） according to the N application level（based on pure N）. 15N labeling-urea was app-lied in 2017，the absorption and utilization of 15N，the residue of 15N in the soil and the loss rate of 15N in each treatment were studied，and the different directions and proportions of fertilizer 15N were determined.， the same amount of unlabeled urea was applied in 2018，analyzing the absorption and utilization of residual 15N，the total loss rate of residual 15N in each treatment. 【Result】The results of difference subtraction method showed that the nitrogen absorption use efficiency decreased significantly with the increase of nitrogen application（P<0.05）. In 2017，the nitrogen absorption use efficiencies of early and late rice were 42.14%-46.62% and 35.45%-43.08%，respectively，37.93%-42.56% and 37.20%-44.51% in 2018. The 15N tracer method results showed that in 2017，the 15N recovery rate of early rice under different treatments was 24.49%-24.53%，and late rice was 25.32%-26.59%，late rice was slightly higher than early rice. The 15N recovery rate of all treatments was similar，with no significant difference（P>0.05）. The direction of 15N fertilizer in each treatment was basically the same，the crop absorption， soil residues and total losses accounted for about 25%，23% and 52%，respectively. Fertilizer 15N mainly remained in the 0-20 cm soil layer，accounting for about 77% of the total residual amount，about 19% in the 20-40 cm soil layer，and about 4% in the 40-60 cm soil layer. The residual fertilizer nitrogen from the last rice season could be absorbed and utilized by the next rice season，which became the supplement of soil nitrogen pool. The resi-dual N in the soil at 0-20 cm had the best residual effect. In 2018，the cumulative absorption rate of the residual 15N in early rice and late rice was 8.13%-9.28%，the cumulative loss rate was 38.68%-52.97%，and the final residual rate was 38.90%-52.05%. 【Conclusion】The nitrogen fertilizer use efficiency of double-cropping rice field is low，and nitrogen fertilizer loss accounted for more than 50% in both early rice and late rice;nitrogen accumulation in rice mainly comes from soil，and the contribution rate of soil nitrogen is more than 71.00%. In the production of double cropping rice，the nitrogen supply capacity of the soil itself and the fertilizer residue of rice in the last season should be fully considered，and then the amount of nitrogen applied in the current season should be reduced appropriately to achieve the high utilization of nitrogen fertilizer.

Key words： double cropping rice; 15N tracer method; fate of nitrogen fertilizer; nitrogen residual effect

Foundation item： National Key Research and Development Program of China（2017YDF0200104）; Scientific Research Project of Education Department of Hunan（20K068）

0 引言

【研究意义】双季稻对我国粮食生产的稳定起到至关重要的作用，但目前水稻生产中普遍存在氮肥施用不合理的情况，氮肥的过量施用改变了土壤氮素平衡，导致大量氮素流失，造成大气污染、土壤酸化及水体富营养化等一系列环境问题。湖南省双季稻田面积和产量均位列全国前茅，该区域农业生产集约化程度高，氮肥投入量大，采用的是“高投入、高产出”的管理模式，但区域内全年降雨较多，稻田易发生径流和渗漏，造成养分流失，化肥增效效应相对较差（王晓龙等，2005;张福锁等，2008），在保证粮食产量的同时也造成资源浪费及生态环境破坏等问题（鲁艳红等，2018）。因此，定量分析湖南省双季稻区氮素去向和残效情况，能够更科学全面地评价周年氮肥农学效应和环境效应，可为制定协调水稻产量和环境效益的氮肥施用措施提供理论依据，对实现粮食安全及环境的可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】针对双季稻区氮肥利用率低、损失率高、环境污染严重等一系列问题，已有学者开展了大量关于协调氮肥管理与环境矛盾的研究，目前研究重心主要集中于优化氮肥管理，如选取合适氮肥类型、确定合适氮肥用量、调整氮肥施用时间和位置，进而探究这些施氮方式下作物产量与品质特征（鲁艳红等，2010，2016;钱银飞等，2019;朱启东等，2019）、作物氮素积累转运及利用情况（钟雪梅等，2019;蒋伟勤等，2020）、土壤氮素肥力及农业生态环境的变化（朱坚等，2013;侯云鹏等，2016;黄家怡等，2020）。这一系列工作主要关注不同氮肥管理措施下土壤—作物体系中氮素吸收、损失、残留三者中某一方面的规律特征，而对于氮素去向及残效的关注较少。目前关于稻田氮素去向的研究尤以南方太湖平原稻麦两熟制较为系统，如朱兆良和邢光喜（2010）围绕太湖平原稻麦体系，开展了长期大量的15N微区、原状土柱及多点田间试验，定量分析了该体系氮肥去向和氮素收支情况，初步估算了农田中化肥氮去向：作物收获带走40.9%，土壤残留21.7%，氮素损失37.4%。目前关于双季稻区氮素收支平衡的典型研究有：王淳（2012）研究发现，江西双季稻区早稻的表观回收率为35.38%～48.64%，晚稻为42.66%～58.57%，早晚稻表观损失率分别为39.44%～48.72%和32.27%～49.15%;侯红乾等（2018）研究指出，缓控释肥施用下，双季稻田氮素输入以施氮肥为主，占氮素输入量的44.82%～57.00%，氮输出项中，作物吸收氮素为主要方式，占氮素总输出量的56.47%～83.42%，氮肥吸收利用率为23.98%～53.93%，表观残留率为5.86%～33.04%，表观损失率为18.02%～55.29%;鲁艳红等（2018）研究表明，湖南宁乡双季稻田各施氮处理中，施肥占氮输入的46.3%～59.8%，氮输出项中，以作物吸收带出为主，占氮输出的45.9%～83.3%。上述研究工作得到的氮素回收率、损失率和残留率均存在一定差异，可能是由不同的试验处理或试验方法导致。因此，在研究双季稻田的氮素去向情况时，需设置合理的试验年限及采用系统的研究方法，进而科学全面地评价双季稻田的氮素去向规律。【本研究切入点】现阶段有关双季稻田氮素去向及残效的定量化研究相对缺乏，已有的类似研究均是基于单一作物季的某一或若干途径，且氮素收支的有限研究也通常仅考虑稻田氮素输入扣除作物收获的表观盈余量或仅研究氮肥去向（易琼等，2010;Zhao et al.，2012），并未关注氮肥的残留效应，基于此，本研究利用15N示踪法，在定量化研究双季稻田氮素去向的同时也关注氮肥的残留效应，进而综合全面评价其农学效应和环境效应。【拟解决的关键问题】本研究以湖南典型双季稻长期定位试验为研究对象，利用15N同位素示踪法，采用田间微区试验设计，设置不同施氮梯度，研究不同施氮量下双季稻田氮素的吸收利用、损失残留和残效特征，定量化揭示湖南双季稻田肥料氮去向和残效规律，为制定科学合理的双季稻田氮肥施用措施提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料及地点

试验用早稻品种为中早39，晚稻品种为泰优390。于2017—2018年在湖南省浏阳市原农场沿溪镇花园村（东经113?49′，北纬28?19′）湖南农业大学试验基地进行试验。试验地属亚热带季风性气候，年均气温17.5 ℃，日照时数1594.8 h，年均降水量1551.3 mm。供试土壤为河流冲积物发育的潮沙泥田水稻土，长期进行双季稻试验，2017年早稻试验开始前测定土壤（0～20 cm土层）基本理化性质：pH 6.72、有机质19.75 g/kg、全氮1.28 g/kg、全磷0.56 g/kg、全钾10.46 g/kg、碱解氮105.09 mg/kg、速效磷13.74 mg/kg、速效鉀96.51 mg/kg。

1. 2 试验方法

试验共设4个施氮量（按纯N计）处理：（1）不施氮肥（N0，对照）;（2）低施氮量（N1）：早晚稻均为90 kg/ha;（3）“十二五”推荐施氮量（N2）：早稻120 kg/ha，晚稻135 kg/ha;（4）本地农民习惯施氮量（N3）：早稻150 kg/ha，晚稻180 kg/ha。小区面积20 m2，3次重复，共计12个小区，随机区组排列。

在各小区套布15N微区试验，微区由PVC材质的微区桶构成，微区桶内径23 cm、外径25 cm，面积0.1662 m2，高度50 cm，掩埋深度为40 cm，地上突出10 cm，以防15N随水流失和外部氮素进入，15N施用量结合各处理施氮量及小区与微区的面积比值进行换算，保证两者单位面积施氮量一致，微区内按小区种植密度移栽4穴水稻，每穴3颗，各微区的日常管理措施保持一致。2017年氮肥施用丰度为15.21%的15N标记粉末状尿素，2018年施用未标记的粉末状尿素，两年均为基肥期施入60%，追肥期施入40%;磷肥施用过磷酸钙（含P2O5 12%），早稻为72 kg/ha，晚稻为60 kg/ha，均作基肥一次性施入;钾肥施用氯化钾（含K2O 60%），早稻为90 kg/ha，晚稻为105 kg/ha，基肥期施入60%，追肥期施入40%。水稻基肥在插秧前施入，追肥在插秧后10 d左右施入。2017年早稻于4月29日施基肥移栽，5月10日追肥，7月20日收获;晚稻于7月25日施基肥移栽，8月4日追肥，10月21日收获。2018年早稻于4月26日施基肥移栽，5月8日追肥，7月20日收获;晚稻于7月25日施基肥移栽，8月4日追肥，10月21日收获。

1. 3 样品采集与测定

水稻样品：微区内4穴水稻全部收获，105 ℃下杀青30 min，75 ℃烘干至恒重，分成籽粒与秸秆两部分，称重后全部粉碎过100目筛，测定样品全氮含量及15N丰度，其中全氮含量采用浓H2SO4—H2O2消煮结合半微量凯氏定氮法进行测定，15N丰度采用Isoprime-100稳定同位素质谱仪测定。

土壤样品：在微区中央采集0～20、20～40和40～60 cm的土样，风干磨碎过100目筛后测定全氮含量及15N丰度，其中全氮含量采用浓H2SO4—混合加速剂消煮结合半微量凯氏定氮法测定，15N丰度采用Isoprime-100稳定同位素质谱仪测定。

相关计算公式如下：

15N土壤残留率（%）=15N土壤残留量/投入肥料15N量×100

15N损失率（%）=100-15N利用率-15N土壤残留率

肥料贡献率（%）=15N积累量/氮素积累量×100

来自土壤的氮（kg/ha）=氮素积累量-15N积累量

土壤贡献率（%）=来自土壤的氮/氮素积累量×100

1. 4 统计分析

采用Excel 2010和DPS v7.05进行试验数据的整理及统计分析处理，采用LSD法检验各处理间差异显著性（P<0.05）。

2 结果与分析

2. 1 双季稻氮肥吸收利用情况

2. 1. 1 2017—2018年双季稻表观法氮肥吸收利用率 由表1可知，相对于N0处理，施用氮肥处理显著提高了早晚稻籽粒与秸秆的生物量（P<0.05，下同），同时也显著提高了氮含量，且随着施氮量的增加，籽粒与秸秆的生物量及氮含量整体呈升高趋势。在生物量方面，N3处理最高，各稻季均显著高于N0处理;其次为N2处理，各稻季籽粒重均与N3处理差异不显著（P>0.05，下同）;在氮含量方面，也是N3处理最高，但N1、N2和N3处理间差异减小，其中除2017年早稻籽粒氮含量外，其他稻季N2处理籽粒和秸秆的氮含量均与N3处理差异不显著。表明施氮量达N2水平时，继续增加氮肥投入，水稻生物量及氮含量增幅下降。除2018年早稻外，水稻的氮肥吸收利用率随施氮量的增加而显著下降，其中2017年早晚稻的氮肥吸收利用率分别为42.14%～46.62%和35.45%～43.08%，2018年分别为37.93%～42.56%和37.20%～44.51%。

2. 1. 2 2017年双季稻15N吸收利用情况 由表2可知，15N施用量增加，早晚稻15N积累量显著增加，但各处理15N回收率基本一致，无显著差异。早稻各处理15N回收率为24.49%～24.53%，晚稻为25.32%～26.59%，晚稻略高于早稻。在氮素来源方面，不考虑外界条件带入的氮素，水稻吸收的氮素主要来自于土壤与肥料。施氮量增加，肥料贡献率显著增加，土壤贡献率显著降低。早稻各处理肥料贡献率为17.33%～24.66%，土壤贡献率为75.34%～82.67%;晚稻肥料贡献率为18.03%～28.84%，土壤贡献率为71.16%～81.97%。由此可知，水稻积累的氮素主要来自于土壤，且早晚稻的土壤氮贡献率均达71.00%以上。

2. 2 2017年双季稻土壤剖面15N残留与分布

2017年双季稻土壤剖面15N残留和分布情况见图1。土壤中15N残留量随土层深度的增加明显下降，肥料15N主要残留在0～20 cm耕层土壤中，施氮量增加，各土层15N残留量显著增加。早稻季0～20 cm土层15N残留量占总残留量的76.26%～77.23%，20～40 cm土层占总残留量的18.71%～19.43%，40～60 cm土层占总残留量的4.05%～4.32%;晚稻季0～20 cm土层15N残留量占总残留量的77.18%～77.45%，20～40 cm土层占总残留量的18.47%～18.92%，40～60 cm土层占总残留量的3.82%～4.07%。综合早晚稻情况可知，水稻收获后，肥料15N主要残留在0～20 cm土层中，约占总残留量的77%，20～40 cm土层约占19%，40～60 cm土层约占4%。

2. 3 2017年双季稻15N去向情况

施入土壤的氮肥去向主要有作物吸收、土壤残留及各种途径的损失（如氨挥发、淋溶以及硝化和反硝化）。由图2可知，15N吸收量、15N土壤残留量及15N损失量均随施氮量的增加而提高，但各处理3种去向占比基本一致，无显著差异。早稻N1、N2和N3处理15N吸收量分别为22.1、29.3和36.7 kg/ha，占比为24%～25%，15N土壤残留量分别为19.5、26.6和34.1 kg/ha，占比為22%～23%，15N损失量分别为48.6、63.8和79.0 kg/ha，占比为53%～54%;晚稻季N1、N2和N3处理15N吸收量分别为24.0、35.7和45.6 kg/ha，占比为25%～27%，15N土壤残留量分别为20.1、30.4和41.8 kg/ha，占比为22%～23%，15N损失量分别为46.1、68.7和92.6 kg/ha，占比为51%～52%。综合早晚稻15N去向规律可知，氮肥的3种去向中，作物吸收约占25%，土壤残留约占23%，氮素损失约占52%。

2. 4 2017—2018年双季稻15N残效分析

2. 4. 1 各土层残留15N季节变化 由图3可看出，同一土层15N残留量变化趋势基本一致，不同土层15N残留量变化存在明显差异。15N残留量在0～20 cm土层中季节性变化最活跃，20～40和40～60 cm土层的15N残留量波动较小。停止施用15N后，在0～20 cm土层中，2018年早稻季（残留第一季）N1、N2和N3处理15N残留量相对于上一季水稻（2017年晚稻季）分别降低14.8 kg/ha（48.23%）、20.4 kg/ha（46.35%）和26.2 kg/ha（45.06%），2018年晚稻季（残留第二季）N1、N2和N3处理15N残留量相对于上一季水稻（2018年早稻季）分别降低7.0 kg/ha（44.30%）、7.1 kg/ha（30.10%）和6.5 kg/ha（20.27%）。表明残留15N的再利用与损失等一系列转化过程主要发生在0～20 cm土层，该土层中15N残留量的变化决定着土壤15N总残留量的变化。

2. 4. 2 残留15N去向情况 表3为2017晚稻季残留15N在残效水稻季的去向及分布情况。残留15N的去向同样有3种，即被下一季作物吸收利用、各种类型的损失及继续残留于土壤中。由表3可知，残留15N的作物吸收利用率随着施氮量的增加略有提高，2018年早稻残留15N的吸收率为4.96%～5.45%，晚稻为2.93%～3.83%;残留15N的损失率随施氮量的增加而降低，残留第一季为29.23%～34.19%，残留第二季为9.45%～18.78%;两季水稻残留15N累积吸收率为8.13%～9.28%，累积损失率为38.68%～52.97%，最終残留率为38.90%～52.05%。由此可见，无论改变施氮量或继续种植，残留的15N始终以一定比例继续残留于土壤中。因此，在双季稻生产中，应充分考虑上季水稻的残留氮效应，进而适当降低当季作物的施氮量，在保证水稻产量的基础上实现氮肥的高效利用。

3 讨论

3. 1 稻田15N利用、残留与去向研究

田间试验中，降雨导致的径流是影响氮肥利用率的因素之一。本研究以微区试验为主，分析和研究微区15N的吸收利用及去向情况，微区是相对稳定的，因此未考虑降雨和径流的影响。相关研究表明，同位素示踪法计算的15N回收率低于差减法计算的氮肥吸收利用率（王小彬等，2001;Mohammad，2004）。本研究中，双季稻早稻各处理当季15N回收率相对于差减法计算的氮肥吸收利用率平均低17.64%～22.09%，晚稻平均低10.13%～16.49%，该规律与晏娟等（2009）、林晶晶等（2014）、李鹏飞等（2018）的研究结果基本相同。研究表明，氮肥的“激发效应”是15N回收率低于氮肥吸收利用率的原因之一。施氮处理的植株比不施氮处理吸收更多的土壤氮素，这种土壤释放氮随施肥量增加而增加的现象，被称作“激发效应”（朱培立和黄东迈，1994）。另外，本研究中晚稻15N回收率略高于早稻，且晚稻的15N回收率与氮肥吸收利用率差值较小，这是因为早稻施用的15N部分残留于土壤中，该部分15N被晚稻继续吸收利用，进而间接提高了晚稻的15N吸收量，提高了15N的回收率。本研究中水稻吸收的氮素来自土壤的比例达71.16%～81.97%，与李鹏飞等（2018）的研究结果相近。因此，在双季稻田生长中，不宜盲目施肥，应当充分考虑土壤自身的供氮能力，确定合适的氮肥用量，保证较高的氮肥利用率。虽然本研究设置的15N标记微区试验面积有限，该贡献率可能与田间实际情况存在差异，但肥料氮去向情况及比例应该与之类似。在肥料15N残留方面，本研究发现水稻当季15N残留率约为22%～23%，肥料15N主要残留在0～20 cm土层中，占总残留量的77%左右，20～40 cm土层占19%左右，40～60 cm土层占4%左右，该结论与左红娟等（2012）、胡安永等（2014）、李鹏飞等（2018）的研究结果基本一致。综合这些研究，可以明确肥料残留氮主要存在于耕作层土壤中，占比可达70%～80%，耕作层以下土层氮素残留占比20%左右，且随着土层深度的增加，氮素残留显著减少。本研究中15N残留量随土层深度的增加而显著下降，在60 cm处仍有4%左右的残留，并未完全消失，故推测60 cm以下土层也有微量15N残留。因此本研究的实际15N残留量应该略高于测定值，实际残留值有待后续深入研究。在稻田15N去向研究方面，胡安永等（2014）采用田间微区15N示踪方法，研究了太湖地区稻田不同轮作模式（紫云英—水稻轮作、休闲—水稻轮作、小麦—水稻轮作）和施氮水平（0、120、240和300 kg/ha）下水稻对氮肥的吸收利用效率及土壤氮素残留特征，结果表明，当季水稻对肥料氮的利用率为25.0%～41.5%，肥料氮的土壤残留率为13.4%～24.6%，其中90%以上的土壤残留肥料氮集中在0～20 cm土层，土壤剖面中的残留率随土层深度增加而迅速降低，30～40 cm土层的肥料残留量仅占氮肥施用量的0.2%～0.7%;许露生等（2011）研究发现，在太湖地区典型土壤水稻季中，稻田施入的15N肥料中，水稻吸收的氮占21.68%～30.92%，残留在土壤中的氮占5.27%～13.71%，损失的氮占56.05%～72.03%，其中氨挥发损失的氮占7.06%～9.87%，且随着施氮量的增加而增多;闫德智（2011）的研究结果表明，在太湖地区稻田季中，当氮肥用量在225～315 kg/ha时，28%～33%的肥料氮被作物吸收，11%～16%的肥料氮残留在土壤中，损失掉的肥料氮约占56%。本研究的早晚稻15N吸收率及损失率与上述研究相当，但土壤中15N残留比例略高，可能是因为研究对象为双季稻，早稻残留的15N仍有部分继续残留在晚稻季中，进而提高了15N残留比例。同时，氮肥去向和损失途径受气候环境、作物品种和施肥等多种因素的影响，存在着较大的变异性（左红娟等，2012）。本研究中试验地和太湖流域稻田区均为典型的亚热带季风性气候，降雨量和年均气温差异不明显，肥料氮施入稻田后，利用率和损失大小主要受其在土壤中的氮转化特点影响，肥料氮的转化又主要取决于土壤本身性质，故推测本研究中氮素各去向和上述研究的差异主要由土壤自身理化性质的差异导致，且水肥管理、作物品种等因素的影响也不容忽视。因此，在肥料氮去向的研究中，研究者需充分考虑多种因素的综合影响，最终得到更为准确和更具代表性的结果。

3. 2 氮肥残效研究

关于残留肥料氮的生物有效性，国内外已有不少研究（张丽娟等，2007;Petersen et al.，2012），但研究结果各不相同。张丽娟等（2007）以北方半干旱湿润区潮土为对象，探讨土壤剖面不同层次硝态氮（NO3--N）的运移及其后效，研究结果表明，夏玉米对前茬标记氮利用率为2.1%～5.6%，且不同深度土壤氮残效不同，其中以45 cm土层处理氮残效最高;在华北平原小麦—玉米轮作体系中，残效季施用未标记氮肥并追踪小麦收获后残留氮肥去向，结果表明，当施氮量为120～360 kg/ha时，玉米残效季中残留肥料氮吸收量低于7.5%（Ju et al.，2007）;党廷辉等（2003）在黄土旱塬进行两年的田间试验，结果表明，旱地冬小麦氮肥后效显示，土壤残留的氮素可被第二茬小麦部分利用，占施氮量的2.1%～2.8 %，相当于0～40 cm土壤残留氮的6.7%～8.7%;董娴娴等（2012）研究发现，在华北平原地区的潮褐土冬小麦—夏玉米轮作体系中，后三茬作物均能吸收利用第一茬冬小麦残留在土壤中的15N标记肥料，第二茬夏玉米、第三茬冬小麦和第四茬夏玉米对残留15N的利用率分别为6.5%～14.1%、0.9%～2.9%和1.2%～1.6%，且四茬作物的叠加利用率显著高于氮肥当季利用率。本研究中，2018年残留15N累积吸收率为8.13%～9.28%，累积15N回收率为33.45%～35.87%，明显高于当季15N回收率，而现有大部分关于稻田氮素的研究在计算氮肥吸收利用率时未考虑氮肥残留效应。王秀斌等（2013）研究表明，早晚稻氮肥吸收利用率分别为23.5%～44.2%和23.8%～43.5%;唐利忠等（2019）研究发现，湘南早稻在不同氮肥施用量下的氮肥吸收利用率为34.31%～39.11%;黄玲娟和陆钧平（2020）研究表明，设置不同氮肥用量有机无机配施处理，水稻的氮肥吸收利用率为20.36%～35.32%。这些研究的氮肥吸收利用率均为氮肥的当季利用水平，如果将残留效应考虑在内，按本研究的氮肥残留利用率进行推算，双季稻田氮肥实际吸收利用率应超过40%。因此，在实际生产中，应充分利用上季作物残留在土壤中的氮，适当降低本季作物的施肥量，增加对土壤中残留氮素的吸收，充分利用肥料后效，这样不仅可降低生产成本，还能提高作物产量和肥料利用率，并有利于保护环境（Macdonald et al.，2002;Zhang et al.，2007）。此外，本研究还发现，2018年残留15N累积损失率为38.68%～52.97%，该数值与当季肥料15N损失率相近，表明在双季稻田中，无论当季施用的氮肥还是后季残留的氮肥，通过各种途径的损失均占较大比重。其中20～60 cm土层的残留15N量较少，表明向下淋溶的15N量较少，同时微区中不存在氮素的径流损失，因此推测残留氮的主要损失途径为以氨挥发和硝化—反硝化作用为主的气态损失。关于双季稻田中残留氮的具体损失去向及其比例，还有待于后续更为深入和细致的研究。

4 结论

本研究利用微区试验研究了湖南双季稻田氮素的吸收利用、损失残留和残效特征，结果表明，在微区相对稳定，未考虑降雨和径流影响的前提下，双季稻田氮肥利用率较低，而氮肥损失占比较高，早晚稻均达50%以上;水稻中氮素的积累主要来自于土壤，土壤氮贡献率达71.00%以上，且残留氮肥的累积吸收利用率达8.13%～9.28%。因此，在双季稻生产中，应当充分考虑土壤自身的供氮能力以及上季水稻的肥料残留氮效应，适当降低当季水稻的施氮量，进而保证较高的氮肥利用率和较低的氮素损失，以实现氮肥的高效利用。

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（責任编辑 王 晖）