Effects of Fertilizer Nitrogen Reduction and Crop Residue Return on Soil Fixed Ammonium Content
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摘要:目的 固定态铵作为土壤氮素的暂存库，其含量的变化能够影响土壤的保氮供氮功能，而深入探究氮肥减施对土壤固定态铵的影响及其对秸秆还田的响应，可为优化农田氮肥管理提供理论依据。方法 依托位于中国东北黑土区玉米种植系统连续9年全量玉米秸秆覆盖归还的保护性耕作试验平台，通过设置玉米秸秆不还田（S0）、秸秆还田量33%（S33）和秸秆全量覆盖还田（S100）3个秸秆还田量处理，以及240 kg hm−2（N240）、190 kg hm−2（N190）、135 kg hm−2（N135）、0 kg hm−2（N0）4个氮素施用水平，研究氮素减施3年后土壤固定态铵总量的变化以及不同秸秆还田量对固定态铵的影响。结果 秸秆不还田时，土壤固定态铵总量随施氮量降低而逐渐下降，且在不施氮肥处理（N0）时显著低于施氮肥处理；在S33N190时土壤－作物系统出现氮素缺乏，并且随施氮量的下降土壤固定态铵降低量与氮素缺乏量之间具有显著的正相关关系。在所有氮肥水平，秸秆还田尤其是全量秸秆还田均有利于缓解固定态铵的释放，但在N135处理时秸秆效应较弱。整体上，与对照相比，S100N190处理土壤固定态铵的降低量最小。另外，秸秆还田降低了施肥处理土壤硝态氮含量。结论 在氮肥减施条件下，土壤固定态铵可以释放供氮，氮肥减施20%配合免耕全量秸秆覆盖还田可在保持土壤固定态铵库相对稳定的基础上，维持土壤-作物系统的氮素平衡。Abstract:Objective Soil fixed ammonium (NH4 + ), as a temporary pool of nitrogen (N), the change of its content can affect the function of soil N retention and supply. The response mechanisms of soil fixed NH4 + and crop residue return to N fertilizer reduction should be investigated, in order to provide theoretical basis for optimizing N fertilizer management in agroecosystems.Method Based on the experimental platform of conservation tillage corn planting system with full crop residue return (9 years) in the black soil region of Northeast China, a fertilizer reduction experiments were set up with: 3 crop residue return treatments, 0 (S0), 33% (S33) and 100% (S100); 4 N fertilizer application rates, 240 kg hm−2 (N240), 190 kg hm−2 (N190), 135 kg hm−2 (N135), and 0 kg hm−2 (N0).Result When the crop residue removal, the total amount of fixed NH4 + gradually decreased with the decrease of N application and was significantly lower than that of the fertilization treatment in the N0 treatment. N deficiency appeared in the soil-crop system at S33N190, and the fixed NH4 + decreased with the decrease of N application. There was a significant positive correlation between fixed NH4 + reduction and N deficiency. At all N fertilizer levels, crop residue return, especially full crop residue return, was beneficial to alleviating the release of fixed NH4 + , but the crop residue effect was weaker under N135 treatment. Overall, the S100N190 treatment showed the smallest reduction in fixed NH4 + compared to the control. In addition, crop residue return reduced the nitrate N content in the fertilization treatment.Conclusion Under the condition of reducing N fertilizer application, fixed NH4 + can release and maintain N supply, reducing N fertilizer application by 20% with no-tillage and full crop residue return can maintain the N supply and balance in the soil-crop system.
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Keywords:
- Crop residue return /
- Fertilizer reduction /
- fixed NH4 + /
- Nitrogen supply
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【研究意义】氮（N）素是作物生长必需的三大元素之一，对保障东北黑土区粮食稳产高产至关重要。然而在集约化耕作管理中，过量N肥施用造成土壤N素供应与作物需N之间不同步，导致土壤中存在过量的矿质态N，进而引起N素损失并降低肥料N素利用率[1-2]，影响区域农业生产和生态环境的可持续发展[3]。因此，减少N素施用是实现提高肥料利用率、农业节支增收和减少环境污染的重要措施。研究表明，东北农田土壤中存在的矿质铵态N可被2∶1型粘土矿物晶格固定转化为固定态铵而保留在土壤中，降低N素损失的风险，且这部分N素能够被矿物释放出来供应后期作物需N[4-6]。因此，固定态铵的形成和释放过程能够影响农田土壤的保N供N功能，是控制土壤-植物系统N素循环的重要过程。推广以免耕秸秆原位归还为核心的保护性耕作技术是提升东北黑土区土壤肥力和保障农业可持续发展的重要举措[7-8]。秸秆归还通过提供可利用性碳源影响土壤中矿质态N转化的生物和非生物过程[9]，同时调控土壤供N与作物需N之间的同步性[10]，进一步降低N素损失。因此，探究减肥条件下固定态铵含量的变化及其对秸秆还田的响应机理对优化土壤N素管理以及提高N素利用率具有重要意义。【前人研究进展】固定态铵是东北黑土区土壤N库的重要组成部分，松辽平原玉米带耕层黑土固定态铵含量为60.2 ~ 210 mg kg−1 [11]，在作物生长期内固定态铵释放出的N占作物总N素吸收量的一半以上[12]。因此，作为土壤N素潜在的储存库[13-14]，固定态铵的储存和释放对N素的利用效率起着至关重要的作用，影响着土壤N的供应和作物对N的吸收。增加NH4 + 在土壤中的固定是建立N素暂存库的一种途径，对于作物生长期N素供应，提高作物产量，减少N损失具有重要的调节作用[15]。 固定态铵在作物生长期的固定与释放会影响土壤供N状况。有研究表明，固定态铵量与施N量呈正相关关系[16]，N素的施入会增加土壤溶液中的NH4 + 的浓度，进而增强黏土矿物对NH4 + 的固定。也有报道，冬小麦在常规N肥用量减少20%后对土壤N素依赖性增强，N素的部分生产力显著提高，并且这一过程减少了土壤N2O的流失[17-18]。秸秆还田是提升农田土壤肥力的有效手段，在提高土壤有机质[19]，改善土壤结构[20]，提高作物产量等方面具有重要的作用[20]。同时秸秆还田与N素的合理配施可以降低土壤容重，提高土壤通透性[21]，促进作物生长和N素的吸收。有研究表明，秸秆还田通过提高土壤有机质总量、增加土壤微生物和有机质对NH4 + 的固持和吸附，与粘土矿物对铵的固定形成有力的竞争，阻止NH4 + 进入矿物晶层被固定[22-23]，并促进固定态铵的释放[24, 25]；秸秆还田后带入的大量K + 离子可与NH4 + 竞争矿物吸附位点，从而降低土壤晶格对NH4 + 的固定[24, 26]。然而也有研究指出，秸秆还田可以调控固定态铵的释放和固定，促进N素向固定态铵库的转化，提高土壤对铵的固定[27]。有机与无机肥配施较单施化肥能提高固定态铵量，而且在秸秆还田条件下配施N肥能够有效缓解作物与微生物的“争N”现象[28-29]。【本研究切入点】进一步明确土壤固定态铵在不同土壤肥力条件下发挥的作用及其对秸秆还田的响应，可以提高我们对固定态铵作为N素暂存库调控土壤N素保持和供应的认识。【拟解决的问题】本试验以东北黑土区不同量秸秆还田条件下玉米种植系统为研究对象，探讨土壤固定态铵对N肥减施的响应，以及在N肥减施条件下秸秆还田对土壤固定态铵的影响，以期为东北黑土区玉米的稳产高产、养分资源优化管理和可持续发展提供理论依据和技术指导。
1. 材料与方法
1.1 研究区概况
试验样地为2007年建立的吉林省四平市梨树县高家村中国科学院沈阳应用生态研究所保护性耕作研发基地（43°19′ N, 124°14′ E），为温带季风气候，年降水量为614 mm，主要集中在7、8月，月均最低温为1月的−13.5 ℃，月均最高气温为7月的23.7 ℃，年均温6.7 ℃。试验区土壤类型为黑土，质地为壤质黏土， pH为6.8。
1.2 试验设计
试验样地在2007 ~ 2016年经过9年免耕秸秆全量覆盖还田（7500 kg hm–2）后于2016年春季设置了秸秆不同还田量和N肥减施试验，采用裂区试验设计，主处理为玉米秸秆不还田（S0）、秸秆还田量33%（S33）和秸秆全量覆盖还田（S100）3个秸秆还田量处理，副处理为施N 240 kg hm–2（N240），（当地常规施N量）、190 kg hm–2（N190）、135 kg hm–2（N135）、0 kg hm–2（N0）4个N肥处理，每个处理4次重复，种植作物为玉米，每年4 ~ 5月进行播种，同时不同N肥（尿素）用量做底肥一次性施入，磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）用量均为110 kg hm–2，玉米生长期间无其他扰动，每年10月左右收获。
1.3 样品采集与处理
于2018年收获季节采集0 ~ 20 cm土壤样品。每个小区按照5点采样法采集并混匀，用自封袋带回实验室，剔除石砾、细根及其他生物残体后过2 mm筛，一部分新鲜土壤保存在4 ℃用于铵态N（NH4 + -N）和硝态N（NO3−-N）的提取和测定，剩余土壤样品风干后用于土壤总N和固定态铵的测定。采集各处理玉米的茎、叶、籽粒和玉米芯，烘干称重后用粉碎机进行粉碎过筛，测定植株各部位N含量。
1.4 测定方法
土壤和植物样品的总N用元素分析仪（vario MACRO cube，Emelentar Analyse nsysteme GmbH，Germany）测定。
铵态N和硝态N含量测定：称取10 g鲜土用2 mol L–1 KCl溶液浸提，使用Auto Analyzer 3流动分析仪测定土壤铵态N、硝态N含量。
固定态铵的测定：采用Silva-Bremner 法，称取2 g过100目的风干土到高型烧杯中，加入40 ml KOBr，盖好摇匀后静置2 h以去除土壤中的可交换NH4 + 和有机N。然后加入120 ml蒸馏水，并在电热板上加热暴沸5 min，静置过夜。第二天弃去上清液，用0.5 mol L–1 KCl将土壤洗入100 ml离心管中，摇匀，离心10 min（1100 r min–1）。弃上清液，再加入0.5 mol L–1 KCl摇匀，离心，以上过程共重复3次。之后加入5 mol L–1 HF - 1 mol L–1 HCl混合酸40 ml，振荡24 h以释放矿物固定的NH4 + ，最后用凯氏法蒸馏定N，标准酸滴定，测定的N含量即为固定态铵含量，根据固定态铵含量和土壤容重计算0 ~ 20 cm土壤固定态铵总量。
N素输入输出相对变化量的计算公式：
地上部吸N量（kg hm–2）= 籽粒产量（t hm–2） × 籽粒N含量（g kg–1） + 秸秆产量（t hm–2） × 秸秆N含量（g kg–1）
N素输入与输出相对变化量（kg hm–2）=（总输入N素量）（ kg hm–2）− 地上部作物N素吸收量（kg hm–2）
1.5 统计分析
所有数据采用Excel 2016和IBM SPSS 25.0进行双因素方差分析，检验施肥和秸秆还田对土壤固定态铵、NH4 + -N、NO3−-N、玉米产量和N素吸收的影响，有交互作用时进一步做简单效应分析。
2. 结果与分析
2.1 秸秆还田和N肥减施对玉米N素吸收量和N素输入输出相对变化量的影响
双因素方差分析表明，玉米植株地上部2016 ~ 2018年累积玉米N素吸收量受N肥减施的影响，而不受秸秆还田量及其与N肥减施交互作用的影响（图1a），与N240处理玉米N素吸收量（705 kg hm–2）相比，当无N肥施用时，玉米平均N素吸收量为452 kg hm–2，降幅为36.2%（P < 0.05）。根据N素输入与输出的累积变化量（图1b）发现，在施N量为240 kg hm–2时，秸秆全量覆盖还田时N素盈余量为278 kg hm–2，在秸秆不还田时N素盈余量为117 kg hm–2。从S33N190处理开始出现N供应不足，并且，随着施N量的降低N素缺乏量加剧，在S0N0时N素缺乏量（342 kg hm–2）达到最大。
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图 1 2016 ~ 2018年玉米植株地上部累积N素吸收量变化(a)和N素输入与输出的相对变化量(b)S0：秸秆不还田，S33：秸秆还田量33%；S100：秸秆全量覆盖还田；N0：施氮量为0，N135：施氮量为135 kg hm–2，N190：施氮量为190 kg hm–2，N240：施氮量为240 kg hm–2。不同大写字母代表不考虑秸秆处理情况下，不同N肥处理间差异显著（P < 0.05）；不同小写字母代表在同一N肥处理下，不同秸秆还田量之间差异显著（P < 0.05）。Figure 1. Changes of uptake of N by maize aboveground (a), the relative change between N input and aboveground uptake (b) from 2016 to 20182.2 秸秆还田和N肥减施对土壤全N、铵态N和硝态N的影响
双因素方差分析表明，秸秆还田和N肥减施及其两者的交互作用对土壤全N和铵态N含量没有显著影响（图2a,b），但却显著影响了硝态N含量的变化（图2c）。整体上，硝态N含量随施N量的降低逐渐下降，在无肥处理时维持在较低水平（P < 0.05）。在N240处理下，秸秆全量覆盖还田时硝态N含量为18 mg kg–1，与S100相比， S33处理硝态N含量无显著变化，但当秸秆不还田时，硝态N含量显著提高50%（P < 0.05）。当施N量降低到190 kg hm–2时，与S100处理硝态N含量（17 mg kg–1）相比，S33和S0硝态N含量分别显著提高29.2%和39.3%（P < 0.05）；当施N量进一步降低到135 kg hm–2和0时，S0、S33和S100硝态N含量无显著变化。
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图 2 2018年土壤全N (a)、NH4 + -N (b)与NO3--N (c)含量的变化S0：秸秆不还田，S33：秸秆还田量33%；S100：秸秆全量覆盖还田；N0：施氮量为0，N135：施氮量为135 kg hm–2，N190：施氮量为190 kg hm–2，N240：施氮量为240 kg hm–2。不同大写字母代表不考虑秸秆处理情况下，不同N肥处理间差异显著（P < 0.05）。Figure 2. Changes of total soil N (a), NH4 + -N (b) and NO3--N (c) in 20182.3 秸秆还田和N肥减施对土壤固定态铵数量的影响
与试验初期（2016年）秸秆全量覆盖还田和常规施肥（S100N240）0 ~ 20 cm土壤固定态铵总量（442 kg hm–2）相比，2018年S100N240固定态铵量（459 kg hm–2）没有显著差异，并且在此情况下固定态铵占全N的比重在10%左右。
双因素方差分析表明，整体上，0 ~ 20 cm土壤固定态铵量主要受秸秆还田主效应而非N肥减施主效应的影响（表1），在不考虑N肥处理的情况下，在S100处理时土壤固定态铵平均总量达到447.6 kg hm–2，随着秸秆还田量的降低，土壤固定态铵平均总量显著降低4.5% ~ 7.7%（P < 0.05）。具体地，对于N肥减施的影响，发现在秸秆不还田时，随着施N量的降低，固定态铵量逐渐下降并在N0处理时显著低于施肥处理（P < 0.05）；而在还田量33%和全量秸秆覆盖还田时，N肥减施对固定态铵量无显著影响。对于秸秆还田的影响，发现在施N量为240 kg hm–2时，S100处理土壤固定态铵量为459 kg hm–2，随着秸秆还田量的降低固定态铵量逐渐下降，在S0处理时土壤固定态铵量降低6.9%（P < 0.05）；当施N量降为190 kg hm–2时，S100处理固定态铵量与常规施肥相同秸秆还田量处理相比降低4.8%（P < 0.05），并且秸秆还田处理对土壤固定态铵的影响与N240处理下表现相似，S0处理土壤固定态铵比S100降低7.0%（P < 0.05）；当施N量为135 kg hm–2时，随着秸秆还田量的降低，固定态铵量呈降低趋势，但差异并不显著；当施肥量为0时，S100固定态铵量为443 kg hm–2，但在秸秆不还田时，固定态铵量显著降低11%（P < 0.05）。
表 1 各处理土壤（0 ~ 20 cm）固定态铵量（kg hm–2）Table 1. The stocks（kg hm–2）of fixed ammonium in soil (0 - 20 cm)处理
TreatmentS0 S33 S100 N0 393.79 ± 16.26 Aa 424.41 ± 21.56 Aa 443.14 ± 10.45 Ab N135 409.93 ± 25.99 Ba 428.79 ± 15.93 Aa 435.13 ± 28.57 Aa N190 419.54 ± 11.75 Ba 429.66 ± 13.05 Aa 452.45 ± 14.63 Ab N240 427.35 ± 14.69 Ba 429.74 ± 14.94 Aa 459.66 ± 29.95 Ab 注：不同大写字母代表同一秸秆还田下N肥处理间差异显著（P < 0.05），不同小写字母代表在同一N肥处理下，不同秸秆还田量之间差异显著（P < 0.05） 基于S100N240处理土壤固定态铵量，我们计算了N肥减施下各处理土壤固定态铵的相对变化量（表2），整体上，随着施N量的降低，固定态铵的降低量逐渐增加。并且，在相同N肥处理下，随着秸秆还田量由100%减少到0，土壤固定态铵的降低量也逐渐增加。综合来看，S100N190处理土壤固定态铵的相对变化量最小。
表 2 固定态铵相对变化量（kg hm–2）Table 2. Changes of fixed ammonium amounts (kg hm–2)处理
TreatmentS0 S33 S100 N0 −65.87 −35.25 −30.14 N135 −49.73 −30.87 −24.53 N190 −40.12 −30.00 −7.21 N240 −32.31 −17.32 0 注：对照为常规施肥和全量秸秆还田处理（S100N240）。 2.4 土壤固定态铵与施肥量、铵态N和硝态N的关系
线性回归分析表明，在无秸秆覆盖还田时，N素输入和输出相对变化量与固定态铵的相对变化量之间存在显著的正相关关系（P < 0.05），并且，土壤固定态铵相对变化量与N肥减施量之间也存在显著的相关关系（P < 0.05），即随着施N量的降低土壤固定态铵的降低量逐渐增加，在秸秆不还田和秸秆还田33%时，N素的输入输出相对变化量与固定态铵的相对变化量，固定态铵的相对变化量和N肥减施之家不存在相关关系（图3）。
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图 3 固定态铵相对变化量与N素输入和输出相对变化量以及施N量之间的相关关系(a)代表无秸秆还田（S0）时固定态铵相对变化量与N素输入和输出相对变化量之间的线性回归关系，(b)代表无秸秆还田（S0）时固定态铵相对变化量与N肥减施之间的线性回归关系；(c)代表秸秆还田33%（S33）时固定态铵相对变化量与N素输入和输出相对变化量之间的线性回归关系，(d)代表秸秆还田33%（S33）时固定态铵相对变化量与N肥减施之间的线性回归关系；(e)代表秸秆全量覆盖还田（S100）时固定态铵相对变化量与N素输入和输出相对变化量之间的线性回归关系，(f)代表秸秆全量覆盖还田（S100）时固定态铵相对变化量与N肥减施之间的线性回归关系。Figure 3. Correlation between relative change of fixed ammonium with nitrogen input and output3. 讨论
本研究通过9年的秸秆全量覆盖秸秆还田和常规施肥（S100N240）之后，0 ~ 20 cm土壤固定态铵总量达到442 kg hm–2，占土壤总N库的10.1%，固定态铵作为N素的临时储存库，对于维持土壤-作物系统N素供应具有重要作用[22]。经过N肥减施3个生长季之后，土壤铵态N含量没有显著变化，土壤的供N能力保持稳定，但在土壤-作物系统中，不同施N量和秸秆还田量处理土壤无机N素之间的转化是不同的。
在常规施肥和秸秆不还田（S0N240）处理下，土壤-作物系统N素总输入量比输出量高228 kg hm–2，这说明在常规施肥条件下N素供应处于盈余状态。Ju等[27]研究表明施N量超过作物生长所需的N，会增加硝态N的积累。这与我们的结果相一致，即土壤铵态N含量维持稳定，但土壤硝态N含量在常规施肥下却维持较高的水平（图2c）。因此，在这一条件下，固定态铵的释放除满足作物生长对N素的需求外，多余的铵态N可能会通过通过硝化作用转化为硝态N，从而潜在增加土壤N素的淋失风险。施N量降为190 kg N hm–2时，在无秸秆还田情况下，土壤-作物系统出现轻度N缺乏，在此情况下固定态铵的降低量大于N素缺乏量，并且，随着施N量的降低，相关性分析表明固定态铵的降低量与土壤-作物系统N素缺乏量之间存在显著的正相关关系（图3），说明固定态铵的释放可以补偿N素缺乏，供给作物生长对N素的需求，这与李俊杰等[30]对小麦各生育期N素形态调控的研究结果相似。但是在S0N135处理，尤其是在S0N0处理玉米产量降低的情况下，固定态铵的降低量小于土壤-作物系统的N缺乏量（图1b，表2），这说明固定态铵的释放可能存在一定的阈值，且在缺N条件下仅仅依靠土壤固定态铵的释放并不能满足作物对N素的需求，从而影响作物产量[31]。土壤供N过程不仅仅涉及到固定态铵的释放，同时还包含有机N的矿化供应。在本试验地，Ma等[32]的研究发现，随着施N量的降低，微生物残体N降解供N，结合本研究固定态铵的变化，说明在N素缺乏情况下固定态铵的释放和土壤有机N的矿化共同对N素供应的维持起重要作用。另外，我们发现随着施N量的降低，土壤硝态N的含量逐渐下降，并且在N0处理时维持在较低水平，这说明土壤的硝化作用强度降低，有利于降低N素的淋失风险，使N素保留在土壤-作物系统中。
在常规施肥（N240）下，与秸秆不还田相比，秸秆的输入尤其是秸秆全量覆盖还田显著增加了土壤固定态铵的含量，说明秸秆还田能够促进黏土矿物对土壤铵态N的固定，有利于土壤N素的保持[33]。这可能与秸秆还田改善了土壤理化性质，从而提升了土壤对NH4 + 的固定有关[34]。研究表明，秸秆还田有利于促进肥料N素向土壤有机N和固定态铵库的转化[35]，在本试验地微生物残体N的研究中，N240处理下秸秆还田对微生物残体N的促进作用并未达到显著水平[36]，在秸秆不还田处理时，N肥减施显著降低了固定态铵量，这说明N素可能更多地以固定态铵的形式暂时储存在土壤中，因为相比于微生物对矿质N素的固持过程，黏土矿物对NH4 + 的固定可能更迅速，更有利于N素盈余条件下土壤对N素的保持，前人的研究也发现加入的肥料N可以在短时间内被矿物固定[34,37]。
施N量降为190 kg hm–2时，土壤－作物系统的轻度N缺乏随着秸秆覆盖还田量的增加被抵消，并且土壤固定态铵的降低量在全量秸秆还田时与对照（S100N240）相比差异最小，这表明在N肥减施20%的情况下，全量秸秆还田可以维持土壤－作物系统N素的相对平衡，保持土壤固定态铵库的稳定和作物对N素的需求。随着施N量的降低，在N素缺乏条件下秸秆还田缓解了固定态铵的降低量，这说明作为一种有机肥，秸秆N对土壤N素的补充可以缓解土壤－作物系统N素的缺乏[32]，Shindo和Nishio[38]研究发现小麦秸秆中约10%的有机N可转化为微生物量，并且土壤中来源于小麦秸秆的无机N约为1.93 ~ 2.37 mg kg−1。并且，在N素缺乏情况下，秸秆输入后碳有效性的增加可以增强异养微生物的活性，提高其对无机N素的需求，从而促进无机N向有机N的转化[33]，因此，与无秸秆还田相比，尽管秸秆还田并没有影响土壤铵态N含量但却抑制了土壤硝化作用，降低了所有施肥处理土壤硝态N的含量，进一步提高了土壤N素的保留效率，从而降低土壤潜在的N淋失风险[6]。
4. 结论
在连续9年免耕玉米秸秆全量覆盖还田后进行N肥减施和不同秸秆还田量处理，结果表明，常规施肥量时，土壤－作物系统处于N素盈余状态，秸秆不还田处理土壤硝态N的积累潜在增加了N素的淋溶损失风险。随着施N量的降低，土壤固定态铵的释放可以补偿土壤－作物系统对N素的需求，但在极端缺N条件下固定态铵的释放量并不能弥补N素的缺乏量。在常规施肥下，秸秆还田有利于促进铵态N向固定态铵的转化，抑制硝化作用，潜在降低N素的淋失风险；施N量降为190 kg hm–2时，秸秆还田尤其在秸秆全量覆盖还田下可以维持土壤-作物系统的N素平衡，保持固定态铵库的稳定，并且随着施N量的进一步降低，秸秆还田同样有利于缓解固定态铵的显著降低。综上，在东北黑土玉米种植区，当N肥减施20%配合免耕全量秸秆覆盖还田可在保持土壤固定态铵库相对稳定的基础上，维持土壤－作物系统的N素平衡。关于不同秸秆还田量和N肥减施处理影响土壤固定态铵固定和释放的物理化学机制有待进一步研究。
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图 1 2016 ~ 2018年玉米植株地上部累积N素吸收量变化(a)和N素输入与输出的相对变化量(b)
S0：秸秆不还田，S33：秸秆还田量33%；S100：秸秆全量覆盖还田；N0：施氮量为0，N135：施氮量为135 kg hm–2，N190：施氮量为190 kg hm–2，N240：施氮量为240 kg hm–2。不同大写字母代表不考虑秸秆处理情况下，不同N肥处理间差异显著（P < 0.05）；不同小写字母代表在同一N肥处理下，不同秸秆还田量之间差异显著（P < 0.05）。
Figure 1. Changes of uptake of N by maize aboveground (a), the relative change between N input and aboveground uptake (b) from 2016 to 2018
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图 2 2018年土壤全N (a)、NH4 + -N (b)与NO3--N (c)含量的变化
S0：秸秆不还田，S33：秸秆还田量33%；S100：秸秆全量覆盖还田；N0：施氮量为0，N135：施氮量为135 kg hm–2，N190：施氮量为190 kg hm–2，N240：施氮量为240 kg hm–2。不同大写字母代表不考虑秸秆处理情况下，不同N肥处理间差异显著（P < 0.05）。
Figure 2. Changes of total soil N (a), NH4 + -N (b) and NO3--N (c) in 2018
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图 3 固定态铵相对变化量与N素输入和输出相对变化量以及施N量之间的相关关系
(a)代表无秸秆还田（S0）时固定态铵相对变化量与N素输入和输出相对变化量之间的线性回归关系，(b)代表无秸秆还田（S0）时固定态铵相对变化量与N肥减施之间的线性回归关系；(c)代表秸秆还田33%（S33）时固定态铵相对变化量与N素输入和输出相对变化量之间的线性回归关系，(d)代表秸秆还田33%（S33）时固定态铵相对变化量与N肥减施之间的线性回归关系；(e)代表秸秆全量覆盖还田（S100）时固定态铵相对变化量与N素输入和输出相对变化量之间的线性回归关系，(f)代表秸秆全量覆盖还田（S100）时固定态铵相对变化量与N肥减施之间的线性回归关系。
Figure 3. Correlation between relative change of fixed ammonium with nitrogen input and output
表 1 各处理土壤（0 ~ 20 cm）固定态铵量（kg hm–2）
Table 1 The stocks（kg hm–2）of fixed ammonium in soil (0 - 20 cm)
处理
TreatmentS0 S33 S100 N0 393.79 ± 16.26 Aa 424.41 ± 21.56 Aa 443.14 ± 10.45 Ab N135 409.93 ± 25.99 Ba 428.79 ± 15.93 Aa 435.13 ± 28.57 Aa N190 419.54 ± 11.75 Ba 429.66 ± 13.05 Aa 452.45 ± 14.63 Ab N240 427.35 ± 14.69 Ba 429.74 ± 14.94 Aa 459.66 ± 29.95 Ab 注：不同大写字母代表同一秸秆还田下N肥处理间差异显著（P < 0.05），不同小写字母代表在同一N肥处理下，不同秸秆还田量之间差异显著（P < 0.05） 
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表 2 固定态铵相对变化量（kg hm–2）
Table 2 Changes of fixed ammonium amounts (kg hm–2)
处理
TreatmentS0 S33 S100 N0 −65.87 −35.25 −30.14 N135 −49.73 −30.87 −24.53 N190 −40.12 −30.00 −7.21 N240 −32.31 −17.32 0 注：对照为常规施肥和全量秸秆还田处理（S100N240）。
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