噴灌條件下灌水與施肥對河西走廊春小麥不同生育期硝態(tài)氮分布的影響

朱忠銳，范永申，段福義，陳　震

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所/河南省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點試驗室，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081)

0　引　言

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

試驗時間為2017年3-7月，地點為甘肅省金昌市永昌縣朱王堡鎮(zhèn)試驗基地(北緯38°12′，東經(jīng)102°36′)，屬于石羊河流域，平均海拔1 487 m，年平均氣溫7.8 ℃，年均降水量124 mm，年蒸發(fā)量2 000 mm左右，無霜期145 d，年光照時長3 200 h左右。該地區(qū)常年種植的農(nóng)作物有春小麥、春玉米等，經(jīng)濟作物主要包括棉花、甜菜、油菜等。試驗地土壤質(zhì)地及理化參數(shù)見表1。試驗處理期間共降水量為51.4 mm，全生育期共67.9 mm，試驗期間最大風速為3.5 m/s，出現(xiàn)在3月22日，灌水期間風速都小于三級。

表1　試驗地土壤基本參數(shù)指標

1.2　試驗設(shè)計

試驗處理時間段為春小麥苗期至成熟期，試驗區(qū)采用噴灌進行灌水與施肥，與當?shù)仄韫喾绞叫纬蓪Ρ取９┰囆←溒贩N為隴春30號，該品種由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所培育而成，具有顯著高產(chǎn)性狀。2016年11月20日試驗地進行冬儲水，儲水量為1 650 m3/hm2，播種時間為3月13日，收獲為7月21日。播種前施底肥復(fù)合肥和磷酸二銨各375 kg/hm2, 播種行間距、播種量、播種深分別為16 cm、525 kg/hm2、3.5 cm，噴灌處理單個小區(qū)面積為28 m×46 m，畦灌小區(qū)面積為10 m×128 m。因各處理小區(qū)面積較大，且試驗地土壤理化性質(zhì)變異性較小，故未設(shè)重復(fù)。試驗控制變量為灌水量和施肥量，分別設(shè)為高、中、低3個水平(I高、I中、I低：3 300、2 550、1 800 m3/hm2；F高、F中、F低：337.5、225、187.5 kg/hm2)，試驗設(shè)計方法采用完全隨機裂區(qū)設(shè)計，整個試驗共10個處理，T1～T9為噴灌處理，T10為當?shù)啬Ｊ剑囼炋幚砉喔仁┓手贫纫姳?。試驗期間共5次灌水，第一次灌水時進行追肥，肥料為可溶性強的尿素(總氮≥46.0%)，根據(jù)當?shù)毓嗨?xí)慣，苗期灌第一次水后，以后每隔15 d左右灌一次水，收獲前20 d左右不灌水。

表2　灌溉施肥制度表

1.3　灌溉施肥方式

試驗中噴灌灌水施肥裝置采用的是自制輕小型噴灌機組。我國從20世紀70年代開始引進并研究輕小型噴灌機組，經(jīng)過多年發(fā)展，輕小型噴灌機組已經(jīng)發(fā)展成為多元化、適應(yīng)性強、投資水平低的先進機組應(yīng)用模式[11]。許多專家學(xué)者都對輕小型噴灌機組的水力性能、機組配套、機組能耗及優(yōu)化設(shè)計進行了較深研究[12-16]。機組是在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上研制而成，噴灌強度及噴灌均勻度均完全滿足《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》和《輕小型噴灌機》所要求的技術(shù)規(guī)范。裝置采用手推車式結(jié)構(gòu)，主要包括輕小型噴灌機、輸水軟管、噴頭(ZY-1型)及豎管等裝備，汽油泵(高壓泵)作為動力源，壓力表控制灌水壓力，出水口安裝流量表，機組上裝有施肥罐。噴灌灌水時從T1開始，輪流灌水，T1～T9處理施肥采用“清水—水肥混合液—清水”的方式進行，灌水量比例為1∶2∶1，當?shù)啬Ｊ綖槠韫啵目诔蓴?shù)為0.95，施肥為撒施。

1.4　測定項目及方法

(1)硝態(tài)氮。春小麥抽穗期、收獲后對土壤硝態(tài)氮含量進行測定，方法為紫外分光光度法，取樣深度設(shè)為20、40、60、80 cm，每個小區(qū)設(shè)3個重復(fù),每次20 cm深土樣充分混合后作為該土層土樣，另外，試驗用土樣都為濕樣。

(2)氣象參數(shù)。用手持式風速儀測定風速、風向，降水量、氣溫等氣象數(shù)據(jù)從中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(永昌縣站點)上下載。試驗處理期間最大降雨量為9.4 mm，最大降雨強度為4.3 mm/h，由于降雨量及降雨強度都不大，故在考慮對硝態(tài)氮淋失影響時沒有對降雨進行分析。

1.5　數(shù)據(jù)處理

使用Excel2007和DPS(Data Processing System)軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析，數(shù)據(jù)之間的多重比較方法為LSD(Least Significant Different)法，顯著性差異水平設(shè)為5%。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同處理下春小麥抽穗期土壤硝態(tài)氮分布

灌水方式、灌水量、施肥量是造成硝態(tài)氮分布及含量不同的主要因素。在相同灌水水平下，對不同施肥水平0～80 cm土層硝態(tài)氮含量及分布特征進行了比較，試驗結(jié)果如圖1所示。噴灌條件下，由于灌水量的不同，土壤浸潤線下降深度也會不同，造成土壤硝態(tài)氮含量峰值深度不一。一般情況下，隨灌水量增加，硝態(tài)氮含量峰值深度不斷下移，從圖中可看出，峰值深度由20 cm增加到60 cm，中等灌水水平時，硝態(tài)氮峰值深度在40 cm左右。原因分析，噴灌時水分下滲屬于無壓入滲，土壤中水分運動屬于非飽和水運動方式，下滲深度主要受灌水量影響。另外，除個別情況下，同一灌水水平時，高施肥水平硝態(tài)氮含量都顯著大于中、低施肥水平，中等施肥水平硝態(tài)氮含量顯著高于低施肥水平，說明土壤硝態(tài)氮含量主要受施肥量影響，不同施肥水平間顯著性差異顯著(P<0.05)。當?shù)啬Ｊ狡韫鄺l件下，0～80 cm土層硝態(tài)氮垂直分布特征差別不大，40～80 cm土層含量較高，原因是0～40 cm為春小麥根系主要活動層，對硝態(tài)氮需求量較大，另外，畦灌水分入滲屬于有壓入滲，硝態(tài)氮隨水下滲也是造成該現(xiàn)象的主要原因之一。

注：根據(jù)LSD法進行多重比較，同一土層中標有不同小寫字母表示差異性顯著(P<0.05)，下同圖1　抽穗期不同處理硝態(tài)氮垂直分布

2.2　不同處理下春小麥收獲后土壤硝態(tài)氮分布

對比分析春小麥不同生育期不同處理對硝態(tài)氮分布的影響，春小麥收獲后相同灌水水平條件下，對不同施肥量0～80 cm土層土壤硝態(tài)氮分布特征進行了對比分析，收獲后硝態(tài)氮分布如圖2所示。收獲后與抽穗期不同處理下硝態(tài)氮分布特征極其相似，不同灌水水平下，0～80 cm土層硝態(tài)氮分布趨勢線不同，但硝態(tài)氮含量最大值都隨灌水量的增大不斷下移。收獲后硝態(tài)氮含量與抽穗期相比下降明顯(尤其0～40 cm)，春小麥根系吸收與灌溉水淋失是造成該現(xiàn)象的主要原因。低灌水水平時，硝態(tài)氮在0～20 cm土層大量聚集，40～80 cm土層硝態(tài)氮幾乎無變化，0～80 cm土層硝態(tài)氮呈現(xiàn)出“S”形變化趨勢。另外，當灌水水平為高水平時，硝態(tài)氮在40～60 cm土層有明顯累積，該部分硝態(tài)氮不在根系主要活動內(nèi)，說明高灌水水平時有硝態(tài)氮淋失，并且施肥量越大淋失量也越大。

圖2　收獲后不同處理硝態(tài)氮垂直分布

2.3　抽穗期與收獲后硝態(tài)氮含量差值分析

利用差值法(抽穗期硝態(tài)氮含量與收獲后的差值)，分析春小麥不同生育期、不同處理0～80 cm土層硝態(tài)氮含量，進而可得出噴灌條件下適宜的灌水施肥水平。抽穗期與收獲后硝態(tài)氮含量差值分布見圖3。噴灌條件下，當灌水水平為中、低水平時，0～40 cm土層硝態(tài)氮含量差值較大(抽穗期>收獲后)，40～80 cm土層差值不大。原因是當?shù)退焦嗨畷r，收獲后0～40 cm土層土壤含水率較小，氮素反硝化作用強烈，收獲后硝態(tài)氮含量較低；當灌水水平為中等灌水水平時，春小麥生育期內(nèi)土壤含水率較適宜，根系對硝態(tài)氮的吸收順暢，春小麥灌漿期需要大量水分及硝態(tài)氮，這使得中等灌水水平下硝態(tài)氮含量差值與低灌水水平類似。灌水水平為高水平時，收獲后0～40 cm土層硝態(tài)氮含量顯著較抽穗期為低，但40～60 cm土層硝態(tài)氮含量較抽穗期為高，隨后又出現(xiàn)低值，呈“S”形。灌溉水淋洗、浸潤線帶動、根系吸收等因素是造成該現(xiàn)象的主要原因。當?shù)毓嗨┓誓Ｊ较拢樗肫谂c收獲后硝態(tài)氮含量不同土層差值不大，收獲后0～80 cm土層硝態(tài)氮含量都小于抽穗期，灌溉水有壓入滲與深層滲漏是主要原因。總結(jié)得出，灌水水平及灌水方式是造成不同土層硝態(tài)氮分布不同的原因。

圖3　抽穗期與收獲后硝態(tài)氮含量差值分布

3　結(jié)　語

河西走廊地處我國西北內(nèi)陸，常年干旱少雨，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)對緩解水危機、提高水資源利用率有利。本文將輕小型噴灌機組應(yīng)用于該地區(qū)進行噴灌灌水施肥試驗，該機組在通過與當?shù)仄韫鄬Ρ确治龅贸觯簢姽鄺l件下土壤硝態(tài)氮淋失較少，對春小麥根系吸收氮素有利；硝態(tài)氮淋失是否發(fā)生主要與灌水量有關(guān)，當灌水量過大時，噴灌灌水方式也會引起硝態(tài)氮淋失；春小麥不同生育期0～80 cm土層硝態(tài)氮含量不同，收獲后硝態(tài)氮含量處于較低水平，0～40 cm土層尤其明顯。試驗過程中，該機組的輕便性、靈活性得到充分體現(xiàn)，通過對比試驗研究表明，噴灌灌水技術(shù)對控制硝態(tài)氮淋失，提高肥料利用率有利，同時，該研究也為該地區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、保障水資源安全提供了依據(jù)。

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