试验于2002~2003年在山东省龙口市前诸留试验点进行。在多年秸秆还田的高肥力地块上,以强筋高产冬小麦品种烟农15号和济麦20号为试验材料,采用大田试验和15N微区示踪试验相结合的方法,从土壤—小麦植株系统出发研究了在0~450kg/hm2范围内6个梯度氮肥用量对氮素在土壤与小麦之间的分配、小麦植株对氮素的吸收、累积和利用,小麦产量和品质的形成,土壤养分含量、土壤酶活性以及地下水重要污染源土壤硝态氮含量的影响。本试验主要研究结果如下:1. 不同氮素水平下的氮素资源利用在小麦产量8500-9000kg/hm2水平的地块上,氮肥利用率随施氮量的增加明显下降。其中,施氮量为90kg/hm2时,氮肥利用率最高,达50%。氮肥对肥料氮总回收率的影响与氮肥利用率类似,随氮肥用量的增加而降低。施氮量为90kg/hm2时,肥料氮的回收率高达80.14%;施氮量为450kg/hm2时,肥料氮只收回了49.81%,通过各种途径损失掉50.19%。增加氮肥用量,氮肥损失也明显增加。起身到拔节是小麦氮素吸收强度最高和植株氮素积累量最多的时期,其次是开花至成熟。施氮量超过90kg/hm2时,成熟期小麦植株中的氮素积累量呈明显下降趋势。从小麦吸收氮素的来源看,施氮各处理氮素来自于肥料氮的比例随氮肥用量的增加而升高,来自于土壤氮的比例则相反。而且,各施氮处理来自于肥料氮的比例都要小于来自于土壤氮的比例。这表明,施用氮肥有利于小麦对土壤内速效氮的吸收。各处理来自于肥料的氮则表现为追肥氮比例高于底肥的比例。说明,小麦吸收的氮素中来自于追肥中的氮多于底肥。不同处理的小麦植株氮素在成熟期的分配均表现为籽粒>茎鞘>叶片>穗轴+颖壳。其中,籽粒的氮素分配比例约占小麦植株总吸氮量的75%-80%,营养器官分配比例约占20%-25%。不同施氮处理间比较,随施氮量的增加,小麦籽粒氮素比例降低而营养器官氮素比例有所升高。施氮量超过180kg/hm2时,滞留在地上部营养器官的氮素量和比例增加,籽粒的氮素分配量和比例降低,减少了营养器官氮素向籽粒的分配。 <WP=8>本试验范围内,氮肥用量越高,氮素表观利用率就越低。施氮量达到180kg/hm2时,再增加氮肥用量,氮素生理效率无明显变化。施氮处理中,90kg/hm2处理的氮素收获指数最高,达到了80%;其它处理间差异不明显,在76%-78%之间。高肥力土壤条件下增施氮肥,氮素边际效益较低。不同处理中不使用氮的处理氮素边际效益最高,为4.5。而且,氮素边际效益随施氮量的增加呈明显下降趋势。2. 小麦生育期内土壤养分含量和土壤脲酶活性的变化动态无论在小麦播种前,还是收获后,在0-1m土体内,土壤全氮含量随土层深度的增加而明显降低。0-20cm土层全氮含量约为1.2g/kg,80-100cm平均为0.4g/kg,仅为土壤浅层的1/3。小麦收获后与播前相比,施用氮肥可以提高土壤0-1m土体内的全氮含量,随土壤深度增加这种趋势表现更为明显。但是,施氮处理间无明显差异。施用氮肥可稍微提高当季小麦收获后土壤0-20cm土层的有机质含量。使用氮肥的处理较对照高约0.25%。施氮处理间无明显差异。在冬小麦生育时期内,土壤0-100cm土体内速效氮含量随土壤深度的增加而迅速下降。增施氮肥可明显提高小麦生育中后期(起身—成熟)0-60cm土层内的碱解氮含量。而且,随施氮量的增加速效氮的增加幅度也有所提高。但是,氮肥对小麦生产当季60-100cm土层中的速效氮含量几乎没有影响。不同处理间比较,土壤耕层速效磷含量随施氮量增加有明显升高的趋势。这在小麦生育中前期尤为明显。小麦生长季内,施用氮肥的处理0-20cm土层脲酶活性的变化为双峰曲线,且始终高于不施氮处理。施氮处理间脲酶活性差异主要出现在小麦生育前期,酶活性表现为随氮肥用量增加而升高。小麦生育后期,施氮处理间脲酶活性差异不明显。3. 土壤硝态氮含量的时空分布增加氮肥用量可以明显增加小麦各生育阶段0-1m土体内的硝态氮含量。小麦收获后,高氮处理(270kg/hm2,360kg/hm2,450kg/hm2)60-100cm的硝态氮累积量是低氮处理(90kg/hm2,180kg/hm2)的3-5倍。在高肥力土壤条件下,施氮量小于180kg/hm2可以极显著减少土壤深层(>60cm)<WP=9>的硝态氮累积量,明显降低土壤硝态氮污染地下水的可能性。4. 施用氮肥对小麦碳氮代谢指标的影响小麦花后28天以内,与对照相比,施用氮肥处理的旗叶NR活性维持在较高水平。氮肥对旗叶可溶性糖的影响主要表现在小麦灌浆中期至成熟期。增加施氮量可显著提高这段时期内旗叶可溶性糖含量,为籽粒建成过程中提供充足的光合产物。品种间比较,小麦花后旗叶可溶性糖含量烟农15号略高于济麦20号。不同施氮处理对成熟期茎鞘叶可溶性糖含量有明显影响。而且,品种间存在显著差异,烟农15号茎鞘叶可溶性糖含量要明显高于济麦20号。氮肥用量增加可提高小麦花后旗叶可溶性糖的输出量,但品种间差异不明显。5. 施用氮肥对小麦产量形成的影响小麦起身以后,干物质积累量迅速上升,随氮肥效应和光热条件的改善,各处理间差异也逐渐明显。至成熟期,各施氮处理比对照均有不同程度的提高。但是,施氮处理间、品种间比较无显著差异。增加氮肥用量显著提高小麦花后旗叶光合速率及其高值持续时间和花后旗叶叶绿素PSⅡ反应中心的光能转换效率和潜在活性。说明,增加氮肥用量显