灌溉定額對春播裸燕麥土壤氮素的影響

蔡雨++劉曉俠++吳娜++劉吉利++宗曉芳

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.042

摘要：在大田條件下，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，研究60、100、140、180、220 mm 5種滴灌定額與220 mm傳統(tǒng)灌溉（CK）對裸燕麥土壤不同土層氮素的影響，結(jié)果表明，100 mm滴灌定額處理的裸燕麥，其土壤的全氮含量高于其他處理，并隨著土層深度的增加而逐漸減少；60 mm滴灌定額處理的裸燕麥，其不同土層土壤的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量高于其他處理，隨著土層深度的增加，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量呈下降趨勢；滴灌定額處理的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均高于傳統(tǒng)灌溉（CK），傳統(tǒng)灌溉易造成土壤硝態(tài)氮向下淋洗，不利于裸燕麥對氮素的吸收利用。

關(guān)鍵詞：滴灌定額；裸燕麥；土壤氮素；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮

中圖分類號： S512.607；S512.606文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0165-03

收稿日期：2015-11-10

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：31201177）。

作者簡介：蔡雨（1991—），男，山東臨沂人，碩士研究生，從事作物高產(chǎn)栽培研究。E-mail：991588456@qq.com。

通信作者：吳娜，博士，副教授，主要從事作物高產(chǎn)栽培研究。E-mail：nawu2000@163.com。燕麥?zhǔn)呛瘫究蒲帑湆伲ˋvena sativa L.）1年生長日照草本植物，喜寒涼，耐干旱，抗鹽堿[1]，是我國半干旱、干旱地區(qū)的一種優(yōu)勢作物。作為牧草和飼草使用，燕麥產(chǎn)量高，營養(yǎng)成分豐富，成為世界各牧區(qū)重要的優(yōu)質(zhì)牧草[2-3]。氮素是影響植物生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的重要元素，是農(nóng)作物生長吸收最多的營養(yǎng)元素[4]，而氮素的遷移深度和灌水量存在密切聯(lián)系，合理的灌溉方式可以有效控制氮的淋失。張步翀等研究發(fā)現(xiàn)，0～40 cm土層的土壤全氮量與小麥全生育期供水量呈線性負(fù)相關(guān)，而堿解氮則與全生育期供水量呈線性正相關(guān)[5]。楊開靜等研究發(fā)現(xiàn)，綜合考慮水分利用率和產(chǎn)量等因素，滴灌條件下灌水定額為45 mm、灌溉定額為350 mm時，西北旱區(qū)春小麥可達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目標(biāo)，且比當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉條件下高產(chǎn)田增產(chǎn)3%～14%，節(jié)水32%[6]。安巧霞等通過阿拉爾墾區(qū)棉田灌溉試驗(yàn)得出，硝態(tài)氮淋失量與灌水量呈對數(shù)相關(guān)[7]。因此，在作物生長發(fā)育環(huán)節(jié)，針對不同作物需水量給予充足的灌溉保障，能夠極大程度地提升作物對土壤氮素的吸收利用率。

我國傳統(tǒng)的灌溉方式多采用大水漫灌，不僅使水資源得不到充分利用，而且長期漫灌容易產(chǎn)生次生鹽漬化等問題。滴灌作為一種新型的節(jié)水灌溉方式，實(shí)現(xiàn)了水資源的高效利用，也極大程度上解決了這一問題。本試驗(yàn)在我國干旱、半干旱農(nóng)牧交錯帶，研究不同灌溉定額對燕麥不同生育期土層中氮素的影響，探討氮素遷移和灌水量、灌溉方式的關(guān)系，為干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)品種為裸燕麥（Avena nuda L.）白燕8號，由吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院。白城市位于吉林省西北部、嫩江平原西部、科爾沁草原東部，44°13′57″～46°18′N、121°38′～124°22′E，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候；年均日照時數(shù)為2 919.4 h，年均氣溫為4.9 ℃，無霜期為157 d；年均降水量為407.9 mm，分布不均，秋冬雨雪少，春季降水少，2008年、2009年4—7月（燕麥生長期）的降水量分別為140、136.8 mm。耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.4 g/kg，全氮含量為0.859 g/kg，堿解氮、有效磷、有效鉀含量分別為66.6、14.2、71.8 mg/kg，土壤pH值為6.86。前茬作物為燕麥。播前，一次性施入復(fù)合肥 300 kg/hm2，純氮、P2O5和K2O的比例為12 ∶20 ∶13。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)6個灌溉定額處理（表1），隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。試驗(yàn)小區(qū)長、寬為10 m×4 m，面積40 m2；裸燕麥種植行距為30 cm。試驗(yàn)小區(qū)之間深埋50 cm塑料進(jìn)行隔離，防止不同小區(qū)之間的水分和養(yǎng)分相互影響。滴灌管布置在小區(qū)中間，滴頭間距為0.2 m，滴頭距植株0.15 m，滴頭流量為 2 L/h。灌溉時，按各處理灌溉定額分別計(jì)算滴灌延續(xù)時間，用閘閥精確控制。每次灌水前后測定各處理土壤的含水量。

1.4指標(biāo)測定

土壤全氮采用凱氏定氮法測定；土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮采用0.01 mol/L CaCl2浸提，TRAACS 2000流動分析儀測定。

1.5數(shù)據(jù)分析

采用SAS 8.2軟件進(jìn)行方差分析；其他數(shù)據(jù)處理與分析采用Microsoft Excel軟件。

2結(jié)果與分析

2.1灌溉定額對春播裸燕麥土壤全氮含量的影響

土壤全氮包括所有形式的有機(jī)氮素、無機(jī)氮素，是標(biāo)志土壤氮素總量和供應(yīng)植物有效氮素的源和庫，綜合反映土壤的氮素狀況[8]。由表2可知，裸燕麥在拔節(jié)期和開花期時，與其他處理相比，W2處理土壤不同土層的全氮含量相對較高；裸燕麥開花期至拔節(jié)期，W5處理的土壤全氮含量呈大幅上升趨勢，其后呈下降趨勢，收獲期時基本回到拔節(jié)期時土壤的含氮量水平；裸燕麥不同生育期，隨土層深度增加，土壤全氮含量多呈減小趨勢；裸燕麥整個生育期，隨生長發(fā)育期的推進(jìn)，同一土層土壤的全氮含量基本呈先上升后下降趨勢，裸燕麥開花期土壤的含氮量水平相對較高；裸燕麥各生育期同一土層全氮含量雖有不同，但不同灌溉定額處理間差異不顯著（P>0.05）。

2.2灌溉定額對裸燕麥土壤硝態(tài)氮含量的影響

2.2.1裸燕麥主要生育期土壤硝態(tài)氮的變化由圖1可見，拔節(jié)期時，0～60 cm土壤中的硝態(tài)氮含量相對較高，隨著裸燕麥生育期的推進(jìn)，各處理的土壤硝態(tài)氮含量逐漸降低；裸燕麥拔節(jié)期，隨灌溉定額的增加，硝態(tài)氮含量呈下降趨勢，其中，處理W1、W2與處理W3、W4、W5、CK差異顯著（P<0.05）；裸燕麥開花期時，各處理土壤中的大量硝態(tài)氮被作物利用或隨水下滲，0～60 cm土壤中的硝態(tài)氮含量低于拔節(jié)期，處理W1、W2與處理W3、W4、W5、CK差異顯著；裸燕麥成熟期時，各處理0～60 cm土壤中的硝態(tài)氮含量相對最低，處理W1、W2、W4與處理W3、W5、CK差異顯著；在裸燕麥各個生育期，W1處理的土壤硝態(tài)氮含量均高于W2、W3、W4、W5、CK處理。

2.2.2裸燕麥主要生育期0～60 cm土層土壤硝態(tài)氮的垂直分布由圖2可見，土壤硝態(tài)氮主要集中分布在0～40 cm土層；裸燕麥各生育期，0～60 cm土層土壤的硝態(tài)氮垂直分布趨勢基本一致；裸燕麥拔節(jié)期和開花期，0～20 cm土層土壤的硝態(tài)氮含量相對較高，灌溉定額較小的W1處理高于灌溉定額較大的W5和CK處理；隨著土層加深，土壤硝態(tài)氮含量逐漸降低；開花期，各處理表層土壤的硝態(tài)氮含量低于拔節(jié)期，而40～60 cm土層土壤的硝態(tài)氮含量與拔節(jié)期幾乎無差異；裸燕麥成熟期與拔節(jié)期、開花期相比，土壤硝態(tài)氮含量在各土層都有所降低；灌溉定額越大，各土層硝態(tài)氮的含量越低，不同處理間均有明顯差異。

2.3灌溉定額對裸燕麥土壤氨態(tài)氮含量的影響

由表3可見，不同灌溉定額下裸燕麥同一生育期時，隨土層加深，土壤的銨態(tài)氮含量呈降低趨勢；隨生育期的推進(jìn)，同一灌溉定額處理的裸燕麥各土層土壤的銨態(tài)氮含量也呈下降趨勢，并于成熟期時達(dá)到最低，且0～20、20～40 cm土層中的銨態(tài)氮含量變化波動相對較大，40～60 cm變化波動相對較??；隨灌溉定額的增大，同一土層土壤的銨態(tài)氮含量呈降低趨勢，高灌溉定額處理下土壤銨態(tài)氮含量明顯低于低灌溉定額處理；傳統(tǒng)灌溉處理低于灌溉定量處理；裸燕麥開花期時灌溉定額W1處理0～20 cm土層的銨態(tài)氮含量比傳統(tǒng)灌溉（CK）高62.96%，收獲期時W1處理20～40 cm土層的銨態(tài)氮含量比傳統(tǒng)灌溉（CK）高64.15%，這說明高灌溉定額和傳統(tǒng)灌溉易造成土壤銨態(tài)氮的淋洗。

3結(jié)論與討論

裸燕麥整個生育期間內(nèi)，不同土層土壤的全氮含量在苗期至拔節(jié)期相對較低，可能是由于隨著氣候轉(zhuǎn)暖，凍結(jié)的土壤開始融化，土壤微生物活性也逐漸增強(qiáng)，有機(jī)氮礦化量和氨揮發(fā)量（pH值>9.0）隨之增加，同時，植物開始生長，對有效態(tài)氮的吸收量增加，導(dǎo)致土壤全氮含量下降；進(jìn)入抽穗開花期后，土壤全氮含量有所增加，可能是由于充足的雨熱條件促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的礦化分解，同時凋落物的分解、有機(jī)氮濕沉降的輸入都會帶來養(yǎng)分的累積， 氮素含量的增加隨著灌水量的累加而淋溶。張步翀等研究結(jié)果表明，土壤水分虧缺會造成土壤有機(jī)質(zhì)分解速度加快而釋放氮素養(yǎng)分，并在土壤中積累，從而導(dǎo)致土壤全氮量提高[5]，本試驗(yàn)結(jié)果與之較為一致。

硝態(tài)氮是植物能夠直接吸收利用的速效性氮，不易被土壤膠體吸附，易隨水淋洗到下部土層[9]。隨著滴灌定額的增加，裸燕麥不同生育時期土壤中硝態(tài)氮的含量逐漸降低且顯著高于對照，這說明水分虧缺可能不利于土壤中氮素的礦化硝化，水分過多則加速了硝態(tài)氮的運(yùn)移，兩者都不利于硝態(tài)氮在土壤中的滯留和被吸收。而李娜娜研究認(rèn)為，灌水處理能夠明顯增加土壤硝態(tài)氮的累積[10]。考察裸燕麥主要生育時期不同土層硝態(tài)氮的垂直分布表明，土壤硝態(tài)氮主要集中分布在0～40 cm土層，燕麥植株對氮素的吸收也主要集中在該土層。吳漩等研究表明，設(shè)施土壤硝態(tài)氮含量最高值出現(xiàn)在土層20 cm處[11]，這與本試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異，可能是由不同土壤存在差異所致。灌溉定額越大，土壤硝態(tài)氮越容易向下淋洗，土壤0～60 cm分布的氮素就越少，而作物需要消耗自身的能量吸收60 cm以下的養(yǎng)分，這不利于作物自身的生長；灌溉定額相對較小時，上層滯留氮素較多，使得0～60 cm 的氮養(yǎng)分豐富，有利于作物根系對氮素的吸收利用。這與吳娜等研究結(jié)論[12]基本一致。

銨態(tài)氮是植物吸收的主要氮素形態(tài)，吸收量占吸收陰離子、陽離子總量的70%左右。本試驗(yàn)中，銨態(tài)氮含量顯著低于硝態(tài)氮，是由于土壤的銨態(tài)氮會通過硝化作用迅速地轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[13]。姬景紅等研究結(jié)果表明，不同滴灌灌水量可致使土壤有機(jī)質(zhì)及不同形態(tài)有機(jī)氮含量存在差異，并對土壤的供肥、保肥能力產(chǎn)生一定影響[14]。與溝灌相比，滴灌處理下易分解的氨基酸態(tài)氮、氨態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮占全氮的比例較高，滴灌效果最佳。張步翀等研究認(rèn)為，土壤氮素的淋失與灌溉方式和土壤水分含量有關(guān)，不合理的灌溉會引起土壤中氮素的淋失，灌水量或降水量越多，氮素淋失就越多[5]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，灌溉方式和灌水量是影響0～60 cm土層中銨態(tài)氮含量變化的主要因素，滴灌條件下土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量高于傳統(tǒng)灌溉。

滴灌作為一種先進(jìn)的灌水方式，不僅可以精確地控制灌溉水量，而且可以進(jìn)行施肥灌溉，既保證作物可以獲得必要的養(yǎng)分，又可以避免養(yǎng)分的淋失[15]。裸燕麥不同灌溉定額對土壤中氮素存在有不同的影響，滴灌定額過大或過小都不利于裸燕麥對氮素的吸收利用，裸燕麥以60 mm滴灌定額進(jìn)行灌溉，可有利于增加土壤耕層的氮素營養(yǎng)。

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