2.2.3 秸秆覆盖-施氮耦合下夏玉米施氮制度优化试验
1）试验设计
秸秆覆盖-施氮耦合试验采用2因素裂区设计：秸秆覆盖的方式（秸秆表覆处理B和秸秆深埋处理S）；施氮量设4个水平，分别为不施氮（N0处理）、低施氮水平135 kg/hm2（N1处理）、中施氮水平180 kg/hm2（N2处理）及当地常规施氮水平225 kg/hm2（N3处理，施氮量水平按纯N计算，氮肥采用尿素，氮质量分数46%，在施用时需换算成尿素的质量）；以当地常规耕作（无秸秆覆盖或深埋，施氮量为225 kg/hm2）为对照（CK处理），共9个处理，3次重复，随机区组排列。各试验小区间设2～3 m宽保护带，小区四周采用聚乙烯塑料薄膜隔开，薄膜埋深1.2 m，且顶部预留30 cm，防止水肥互窜，田间管理与当地农户管理一致。
2018年灌水定额采用2017年试验（见2.2.2小节）秸秆覆盖-灌水量耦合试验初步得到的试验田尺度较优灌水量90 mm，2019年在2年试验基础上，基于递进水盐嵌入神经网络模型模拟进一步优化秸秆覆盖灌水量为89.3～96.8 mm，故综合考虑后，本试验选取秸秆覆盖-灌溉耦合试验优化的灌水量90 mm，全生育期灌溉3次，用汽油泵从渠道中定量抽取。
磷肥和钾肥使用量同2.2.1小节，均为当地常规用量。按照当地习惯喷药，喷药时间是在夏玉米第1次灌水后3～5 d（农田里人可进入即可），分别在各小区进行均匀喷施除草剂。除草剂选用大连松辽化工有限责任公司生产的38%莠去津（Atrazine，AT）悬浮剂，施药剂量为当地用药量2.25 kg/hm2（以纯莠去津量计，喷药时需换算为成品农药的质量），用手持式的小喷雾器均匀地喷雾，喷药时须做好个人防护，避开有风天气，以免影响药效。试验所用秸秆来自上一年夏玉米收获后粉碎的秸秆，夏玉米秸秆覆盖量（表覆或深埋）为7 500 kg/hm2，厚度5 cm。供试夏玉米品种为当地常规品种（钧凯918），机械播种，株距为0.35 m，行距为0.45 m，每年5月初播种，9月末收获。具体试验设计见表2.8。
表2.8 秸秆覆盖与施氮量耦合的试验设计
2）样品采集与测定
（1）作物指标
收获期在各小区随机采集植株5株，进行考种，测夏玉米产量及产量各构成因素；穗粗、穗长用游标卡尺测定，测5次，取平均值；对收获的籽粒称重，随机选取3个重复，每个重复100粒，各自称量，计算夏玉米百粒重。秆、茎叶、籽粒分开采集，在烘箱中105℃杀青30 min后，调至80℃烘干至恒质量，称量地上部干物质质量，把样品粉碎过筛，通过H2SO4-H2O2消煮，用凯氏定氮法测定全氮含量。
（2）根样品采集
分别在夏玉米苗期、开花期、成熟期随机选取3株代表性植株，采集与分析方法同秸秆覆盖下夏玉米耕作模式优选试验。
（3）土壤养分采用与测定
在夏玉米拔节期、开花期、灌浆期、成熟期及收获后，用土钻在各小区按照S型5点取土法取样，采集0～100 cm土层土样，将取出土样相应的土层混合，测定土壤养分含量。每20 cm为一层，分别为0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm，共5层。依据《森林土壤水溶性盐分分析》（LY/T 1251—1999）和《森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算》（LY/T 1237—1999）规定，采用H2SO4消煮-凯氏定氮法测定土壤全氮含量；采用NaOH熔融-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量；采用重铬酸钾氧化-外加热法测量土壤有机质含量；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量；采用NH4Ac浸提-火焰光度计法测定土壤速效钾；采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定土壤有效磷。土壤
和
含量采用紫外分光光度法测定，测量仪器是麦科仪（北京）科技有限公司生产的TU1810PC型紫外可见光分光光度计。
（4）水样采集与检测
试验小区紧临灌水渠道，受引黄来水的顶托作用，田间地下埋深平均为1.8 m，夏玉米生育期灌溉时地下水埋深更浅，故本研究取2.5 m深处地下水中的氮素，并将地下水中
含量作为作物-土壤生态系统中渗漏进入地下水中氮素的含量。播种后，在各处理小区埋设自制的渗漏采样管，埋设的深度为4 m，静止24 h后取地下水质基础水样，随后在抽雄期和收获后取地下水样，测定地下水中
的含量。采集水样后，立即送往实验室分析与测定各形态氮素含量。根据《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水检验方法》（GB/T 8538—2022），采用紫外分光光度法测定水样的
浓度；采用纳氏试剂分光光度法测定
浓度；采用重氮偶合比色法测定
浓度。
本研究采用模糊综合评价数学模型对地下水质氮素污染的风险进行评价，并选取各试验小区地下水环境典型污染物
作为评价指标，因素集
，评判集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。各氮素污染指标物对地下水质污染的贡献程度，不仅与氮素污染指标物实测浓度有关，而且与地下水质分类中其他的污染指标物允许的浓度标准值有关。实测的同一因素的允许浓度标准值越大，该因素对地下水质污染程度越小。因此，采用各因素指标权证值衡量，指标权重值ωi可计算为
式中 ωi——各因素指标权重值；
ci——地下水第i种污染物实测浓度，mg/L；
Si——第i种元素某种用途水浓度标准，mg/L。
各因素在地下水质中5个类别评判标准值参考《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017），见表2.9。
表2.9 地下水质分类评判标准值
（5）氮利用效率的计算
氮肥偏生产力（Partial Factor Productivity from Applied Nitrogen，PFPN，kg/kg）是指在农业生产中，投入单位量的氮肥所能得到的作物籽粒的质量，即
式中 Y——施氮肥的作物产量，kg/hm2，下同；
F——氮肥的投入量，kg/hm2，下同。
氮肥农学效率（Agronomic Efficiency of Applied Nitrogen，AEN，kg/kg）是指在农业生产中，投入单位量的氮肥，能增加的作物籽粒的质量，即
式中 Y0——不施氮肥的作物产量，kg/hm2。
氮肥利用率（Apparent Recovery Efficiency of Applied Nitrogen，REN，%）也称氮肥回收率，是作物生育期吸收的氮素来自投入氮肥的部分占投入氮肥量的比例，即
式中 U——施氮作物收获时地上部植株总吸氮量，kg/hm2，下同；
U0——未施氮作物收获时地上部植株总吸氮量，kg/hm2。
氮肥收获指数（Harvest Index of Applied Nitrogen，HIN）反映作物地上部植株中氮素在作物籽粒中的分配情况，则
式中 U1——作物收获后籽粒中氮素的累积量，kg/hm2。
（6）氮素吸收运移指标
参考文献建立计算公式为
式中 MN——植株各器官氮素累积量，g/株；
D——植株各器官干物质质量，g/株；
ρ——植株各器官氮素质量分数，g/kg；
NTE——氮素转运效率（Nitrogen Translocation Efficiency），反映灌浆期氮素转运变化的指标，%；
MFN——开花期某器官全氮积累量，g/株；
MMN——成熟期各器官全氮累积量，g/株；
NTP——植株各器官氮素转运量对籽粒的贡献率（Nitrogen Translocation to Proportion for Grain），反映各器官氮素转运量对提高籽粒产量贡献的指标，%；
MFNG——成熟期籽粒的全氮累积量，g/株。
（7）土壤氮素含量的计算
土壤氮素含量的计算采用等质量法，可计算为
式中 MTN——等质量土壤氮素含量，kg/hm2；
ρi——第i土层的土壤容重，g/cm3；
hi——第i层的土层厚度，cm；
mi——第i层的土壤氮素的实测含量，mg/kg。
夏玉米生育期内土壤氮素累积损失量可计算为
式中 MTNM，MTNJ——夏玉米成熟期和拔节期的土层氮素累积量，kg/hm2。
（8）土壤莠去津残留测定
土壤样品采集：按照《农药残留试验准则》（NY/T 788—2004），在农药喷施后1 h分别将各小区0～5 cm土壤样品的莠去津含量作为各处理的初始沉降浓度；然后分别在施药后1，3，7，21，30，45，90，120 d随机采集0～20 cm和20～40 cm土壤样品，每个小区不少于10个点，土样质量不少于2 kg。
试验仪器及材料：高效液相色谱仪（美国PerkinElmer公司生产，型号Altus A10）、超声机（宁波新芝生物科技股份有限公司生产，型号SB-300DTY）、低速离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司生产，型号SC-3612）、涡旋混合器（型号lKA MS3 digital）、旋转蒸发器（Greatwall）；100 mL离心管、250 mL分液漏斗、浓缩瓶、万分之一天平等实验室常规仪器。
高效液相色谱条件：色谱柱为C18（5 μm，长250 mm，内径4.6 mm），采用体积比甲醇∶水=70∶30作为流动相，流速为1.0 mL/min，柱温采用常温40℃；紫外检测器，检测波长为225 nm，自动进样，进样体积为10 μL。在该色谱条件下，莠去津的保留时间为4.9 min，标准品添加回收率为92.6%～106.5%，检出限为0.02 mg/kg。以莠去津标样溶液进样浓度（mg/L）为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标样标准曲线（图2.9），线性回归方程为
图2.9 莠去津标液的标准曲线
检测步骤：首先称取5.0（±0.001）g样品，于100 mL离心管中，加入50 mL提取液，超声提取30 min，经过4 000 r/min的离心机离心5 min，取上清液，重复此步骤，提取3次，合并上清液，35℃旋转蒸发至35 mL左右；然后采用二氯甲烷和石油醚（体积比35∶65）混合液萃取3次，收集有机相，用无水硫酸钠过滤到旋转蒸发瓶中；35℃旋转至进干，用甲醇定容至2.0 mL，过0.45 μm滤膜，上机，采用高效液相色谱仪测定莠去津残留量。