不同栽培模式下旱作春玉米產量及土壤水氮動態變化

呂 楠，張 聰，李紅兵，張歲岐

(1.西北農林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西 楊凌 712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100;3.西北農林科技大學林學院，陜西 楊凌 712100)

土壤水分不足、養分利用效率低是黃土塬區農業可持續發展的主要限制因素。為了促使黃土塬區農業生產效率得到有效提升，依據水肥利用總體規劃要求進行作物高產高效水肥管理模式的探究具有重要意義[1]。據統計，2006—2010年中國共涌現出159塊15 000 kg·hm-2以上的玉米超高產田，多數超高產田種植密度處于67 500～97 500 株·hm-2，平均施氮量達到485.3 kg·hm-2[2]，超高產紀錄多在高密度和高氮投入條件下獲得的[3]。適度密植和增施肥料是當前玉米高產的主要途徑[4]，但過高水肥投入增加生產成本，降低生產效益，并造成環境污染[5-6]。在黃土高原旱作農業區，農田用水僅為自然降雨，因此有效結合覆蓋、增加種植密度、化肥配施有機肥、合理追肥等形成不同栽培模式均可提高旱地玉米水分利用效率和產量，但是有效結合這些栽培管理措施并實現農學輸出與環境保護雙贏仍存在一定難度[7]。前人研究多集中在單或雙因素對春玉米產量和土壤水氮動態的影響方面，但通過對覆蓋方式、種植密度、氮肥運籌等多項栽培技術集成與優化研究尚少。研究表明，栽培模式對旱地春玉米產量及養分利用效率有顯著影響[8]，通過優化栽培模式或者綜合農藝措施，可以顯著提高作物產量和資源利用效率[9]。農田污染主要來源于礦質氮的淋失，礦質氮主要包括硝態氮和銨態氮，是植物吸收的主要氮素形態，也是植物營養氮素研究的主要切入點[10]。近年來因農田不合理施肥造成土壤硝態氮淋溶而引起地下水污染已成為一個全球關注的問題[11]。關于硝態氮、銨態氮在土壤中的運移或積累特征已進行了大量研究。劉順國等[12]研究表明，施用有機肥和化肥都能提高土壤硝態氮、銨態氮含量; 此外，苗艷芳等[13]研究認為，旱地土壤銨態氮和硝態氮累積特征與作物產量之間具有相關性。本試驗在廣泛調研黃土塬區旱作春玉米種植區農民種植習慣的基礎上設置優化栽培模式，比較研究了不同栽培模式土壤水分和硝銨態氮變化，分析了產量和水分利用效率提高的原因，旨在為黃土塬區旱地春玉米持續高產高效栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在中國科學院長武農業生態試驗站進行。試驗站位于黃土高原中南部陜甘交界處陜西省長武縣洪家鎮王東村，北緯35°12′，東經 107°40′，海拔1 200 m，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年均降水577 mm,年均氣溫9.1℃，無霜期171 d,地下水埋深 50～80 m,屬典型旱作農業區; 農作物以一年一熟小麥、玉米為主。春玉米試驗土壤為黑壚土，土體質地比較好，物理化學結構均勻、土壤孔隙多，透氣性較好，有機質含量為12.83 g·kg-1、全氮0.79 g·kg-1、速效磷9.94 mg·kg-1、速效鉀129 mg·kg-1。土壤溶液弱堿性，pH值為8.3，土壤容重為1.32 g·cm-3，田間持水量為22.4%。2017年和2018年玉米生育期降雨量分別為374.2、490.8 mm，按降水年型劃分，2017年是干旱年，2018年為豐水年。月平均氣溫和降雨量變化見圖1。

1.2 試驗設計

長期定位施肥試驗從2011年開始，本試驗于2017—2018年進行。基于之前的研究，采用了3種栽培模式的試驗設計，結合黃土塬區旱作春玉米栽培的特點，旨在通過施肥量和施肥時間的調控、有機肥配施和密度調整措施的相互配合，提高產量的同時，降低化肥投入，提高有機肥的利用價值和土壤的持續生產力，最終降低環境成本，實現經濟效益、社會效益和生態效益的共贏。

本試驗共設3個處理，分別為：T1,傳統栽培模式；T2,化肥有機肥高密度超高產模式；T3,化肥有機肥中密度高產高效模式。供試品種為鄭單958。試驗采用隨機區組分布，面積為36 m2(4.8 m×7.5 m),三次重復。半膜平覆，寬窄行(40 cm×80 cm)栽培，寬行覆膜，窄行種植玉米。所用氮肥為含氮量46%的尿素和有機肥(腐熟牛糞，N含量為20.3 g·kg-1)，磷肥為含P2O512%的過磷酸鈣，鉀肥為含K2O 51%的硫酸鉀。具體種植方式與管理措施見表1。玉米生長按時間苗、除草及追肥等田間管理，農田水分來源為天然降水。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 土壤水分測定 春玉米播前、拔節期(V6)、吐絲期(VT)、乳熟期(R3)、蠟熟期(R5)、成熟期(R6)，在小區內采取0～200 cm土樣，0～100 cm土層每10 cm土層取樣，100～200 cm土層每20 cm土層取樣。用烘干法測定土壤含水量，并計算各生育期土壤儲水量。

1.3.2 土壤容重測定 土壤容重測定采用環刀法，每個小區隨機選點，三次重復，于2018年收獲后用體積為100 cm3的環刀分別取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土樣，立即密封并烘干稱重，計算土壤容重。

土壤容重(g·cm-3)=烘干土樣重/環刀體積

1.3.3 土壤硝態氮和銨態氮的測定 在播前和收獲后分別取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土樣。土壤硝態氮、銨態氮采用1 mol·L-1KCL浸提(新鮮濕土5.00 g；浸提液50 ml)，震蕩1 h后過濾，浸提液冷藏保存或立即用流動分析儀測定土壤硝態氮和銨態氮含量。

表1 春玉米不同種植方式與管理措施

注:OM代表有機肥，V6、VT、R2分別代表玉米拔節期、吐絲期和灌漿期。

Note: OM represents organic fertilizer; V6, VT and R2 represent jointing, silking and filling stages of maize, respectively.

圖1 玉米生育期降雨分布和溫度變化Fig.1 Rainfall distribution and temperature change during maize growth period

1.3.4 產量測定 分別在各小區選擇中心兩行去除邊際效應植株，選取30株玉米穗稱總重，然后挑選10顆均勻的玉米穗，稱重記錄重量，放入網袋最后進行具體的構成因素的測定。測定穗數、千粒重、穗行數、穗粒重、行粒數等指標，并進行籽粒產量的計算。

1.3.5 相關指標計算

(1)土壤剖面不同土層內硝態氮、銨態氮含量

NO-3-N(mg·kg-1)= 待測液測定值(mg·L-1)×浸提液體積(mL)/[土壤質量(g)×(1-土壤含水量)]

NH+4-N(mg·kg-1)= 待測液測定值(mg·L-1)×浸提液體積(mL)/[土壤質量(g)×(1-土壤含水量)]

(2)土壤剖面不同土層內硝態氮累積量

土壤硝態氮累積量(kg·hm-2)= 土層厚度(cm)×土壤容重(kg·m-3)×硝態氮含量(mg·kg-1)×10/100

(3)其他指標

土壤含水量(%)=(土樣濕重-烘干干重)/(烘干干重-盒重)×100%

土壤儲水量= 土壤體積含水量(cm3·cm-3)×土層厚度(cm)×10

ET=Pi+ΔSWS

式中,ET是作物耗水量(mm)，Pi是生育期降水量(mm)，ΔSWS播前、收后土壤儲水量差值(mm)。

水分利用效率(WUE)=Y/ET

式中，Y為作物產量(kg·hm-2)，ET為作物耗水量(mm)。

1.4 數據處理

數據整理采用 Microsoft excel 2007; 數據方差、相關性分析采用SPSS(Version 14.0 for Windows)；采用Origin 8.0進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 玉米不同栽培模式下土壤水分的時空變化

2.1.1 0～200 cm土層土壤儲水量(SWS) 隨生育期的動態變化,不同栽培模式旱作春玉米土壤儲水量變化如圖2所示，因兩年降雨量差異大，土壤儲水量隨生育期推移變化規律不同，但不同處理間土壤儲水量隨時間推移變化趨勢一致，各處理間存在不同程度的差異，這與玉米生育期和當年降雨量有關。2017年從播種到拔節期(V6)降雨147.2 mm，占整個生育期降雨的39.3%，此階段玉米耗水量小，不同處理SWS均緩慢增加，但無顯著差異；從拔節期～吐絲期是玉米營養生長階段，對土壤水分的利用增強，氣溫升高，蒸發蒸騰作用強，而且降雨少，所以SWS急劇下降；吐絲期～乳熟期玉米已經進入生殖生長階段，玉米生長旺盛，灌漿需要消耗大量水分，而此時降雨少，因此SWS顯著降低，乳熟期(R3)T2、T3土壤儲水量分別為319.8、314.1 mm，分別比處理T1低39.1、44.8 mm，而且達到顯著水平(P<0.05)；乳熟期后，玉米吸水能力下降，氣溫降低，蒸發蒸騰作用減弱，SWS增加。各處理間無顯著差異，但各生育期T2、T3土壤儲水量均小于T1，說明覆膜、增加種植密度、施肥等綜合效應促進了玉米植株旺盛生長，消耗了更多土壤水分。

而2018年從播種到大喇叭口期，降雨量少，耗水量大，SWS降低，但大喇叭口期～吐絲期間降雨187.4mm，占整個生育期降雨的38.2%，因此SWS急劇增加；從吐絲期～乳熟期，SWS變化趨勢與2017年一致，均急劇下降；在玉米蠟熟期和成熟期，各處理SWS基本維持穩定。總體來說，由于2018年降雨多，各生育期SWS高于2017年。2017年降雨主要在營養生長前期和生殖生長后期，因此玉米生長中期消耗更多土壤水分，導致收獲后0～200 cm土層SWS比播種時平均低39.9 mm；2018年降雨主要集中在大喇叭口期到吐絲期，其他生育期雨水分布均勻且降雨量大，收獲后SWS略高于播前。

注：V6-拔節期;V8-大喇叭口期；VT-吐絲期；R3-乳熟期；R5-蠟熟期；R6-成熟期。Note: V6-jointing stage; V8-bell stage; VT-silking stage; R3-milking stage; R5-kernels dented stage; R6-maturity stage.圖2 不同栽培模式土壤儲水量隨玉米生育期的變化Fig.2 Changes in soil water storage under different cultivations with maize growth period

2.1.2 不同生育時期水分在土壤剖面的分布 春玉米土壤水分垂直動態變化與施肥、生育期及當季降雨密切相關。2017年春玉米0～200 cm土層土壤含水量的垂直變化規律見圖3。春玉米拔節期，各處理0～60 cm土層土壤含水量隨深度加深而下降，60～120 cm土層土壤含水量隨深度加深而增大，120～200 cm土層土壤含水量隨深度加深而降低。

圖3 2017年玉米不同生育期0～200 cm土層土壤含水量Fig.3 Soil water content in 0～200 cm soil layer in different growth periods of maize in 2017

吐絲期和乳熟期變化規律類似，春玉米生長旺盛，蒸騰強烈，水分代謝活躍，相比拔節期，0～50 cm土層土壤含水量迅速減小，50～200 cm土層土壤含水量隨土層深度加深而增大。春玉米蠟熟期和成熟期受到強降雨的影響，0～60 cm土層含水量增大，由于深層土壤水分對淺層的補給作用，各處理100～200 cm土層含水量均低于播前。總體來說，生育期的變化對土壤含水量具有明顯的影響。隨著生育期的變化，中上層土壤(0～120 cm)含水量變化較大，下層土壤(120～200 cm)各生育期含水量基本保持穩定。說明玉米生長既可以有效吸收中上層土壤水分，又不造成下層土壤的水分虧缺。

2018年降雨多于2017年，7月和9月降雨量分別比2017年高149.2、47.2 mm。經過較長的冬季休閑期，不同栽培模式下播前(圖4a)土壤水分無明顯差異。拔節期(圖4b)，隨著土層深度的加深，各處理0～50 cm土層土壤含水量下降，50～100 cm土層土壤含水量增加，100～200 cm土層土壤水含量略有下降。由于受到強降雨的影響，吐絲期(圖4c)0～200 cm土壤含水量顯著增加，其垂直變化規律與拔節期一致。乳熟期(圖4d)春玉米生長旺盛，蒸騰強烈，水分代謝活躍，0～50 cm土層土壤含水量迅速減小，50～200 cm土層土壤含水量隨土層深度增加而增加。乳熟期～蠟熟期(圖4e)有87.6mm降雨，表層土壤含水量增大，0～50 cm土層土壤含水量隨深度增加而減少，50～200 cm土層土壤含水量基本維持穩定。成熟期(圖4f)與蠟熟期變化規律基本一致。總體來說，土壤含水量變化受降雨影響較大，上層土壤(0～50 cm)含水量變化較大，100～200 cm土層土壤含水量基本維持穩定；玉米生長主要吸收0～60 cm土層土壤水分，故0～50 cm土層土壤含水量變化較大。相比2017年(干旱年份)，豐水年由于降水足夠利用，中層土壤含水量變化較小。

圖4 2018年玉米不同生育期0～200 cm土層土壤含水量Fig.4 Soil water content in 0～200 cm soil layer in different growth periods of maize in 2018

2.2 不同栽培模式下0～100 cm土層土壤礦質氮的時空變化

2.2.1 不同栽培模式0～100 cm土層土壤硝態氮含量的變化 不同栽培模式對春玉米收獲后0～100 cm土層硝態氮含量的影響如圖5和圖6所示。因為本試驗地已經進行了連續6 a的長期定位試驗，2017年播前硝態氮含量已達到11.86～49.87 mg·kg-1，0～20 cm土層模式T2和T3硝態氮含量顯著高于T1(P<0.05)，80～100 cm土層T2與T1,T3無顯著差異。收獲后隨土層深度的增加硝態氮含量增加，模式T2、T3 0～100 cm土層硝態氮含量動態變化基本一致，均在40～60 cm土層達到最大值，之后逐漸減小；其中模式T2 80～100 cm土層硝態氮含量又增多，可能因為模式T2 80～100 cm土層播前硝態氮含量已達到48.87 mg·kg-1，而且施肥過多，隨降雨入滲硝態氮淋溶到土壤深層。相同土層不同栽培模式，硝態氮含量從高到低都是T2>T3>T1，說明隨施氮量增加，硝態氮含量增加，除60～80 cm土層外，其它土層T2模式硝態氮含量均顯著高于T1、T3模式(P<0.05)。

除0～20 cm土層外，2018年春玉米播前模式T2硝態氮含量顯著高于T1、T3模式(P<0.05)，收獲后T2、T3各土層硝態氮含量顯著高于T1，模式T2 60～80、80～100 cm土層硝態氮含量顯著高于T1、T3;由于2018年生育期降雨多，相比2017年硝態氮累積下移，60～80 cm土層硝態氮含量最高，80～100 cm土層模式T2有淋失風險。

圖5 2017年玉米不同栽培模式0～100 cm土層土壤剖面硝態氮含量Fig.5 Nitrate content in 0～100 cm soil profile under different cultivations of maize in 2017

圖6 2018年玉米不同栽培模式0～100 cm土層土壤剖面硝態氮含量Fig.6 Nitrate content in 0～100 cm soil profile under different cultivations of maize in 2018

2.2.2 不同栽培模式0～100 cm土層銨態氮含量的變化 2017年不同栽培模式對春玉米收獲后0～100 cm土層銨態氮含量的影響如圖7所示。各處理在0～100 cm土層銨態氮含量變化趨勢基本一致，均在0～20 cm土層銨態氮含量最高，且隨土層深度的增加而逐漸下降，但降低幅度不同。收獲后，相同土層銨態氮含量相比，不同處理在0～20,20～40 cm土層銨態氮含量高低基本一致，從高到低依次為T3>T2>T1，說明不同栽培模式下，0～40 cm土層銨態氮含量變化也隨施氮量增加而增加；但40～60,60～80,80～100 cm土層銨態氮含量高低出現波動，且各處理間無顯著差異。

2018年不同栽培模式對春玉米收獲后0～100 cm土層銨態氮含量的影響如圖8所示。收獲后銨態氮含量顯著低于播前，但各處理間無顯著差異，說明玉米吸收利用銨態氮，但由于土壤膠體對NH+4吸附大，而且銨態氮極易轉化，因此變化不明顯。

2.2.3 不同栽培模式0～100 cm土層硝態氮累積量的變化 春玉米收獲后不同土層硝態氮積累量如表2所示，長期施用有機肥和氮肥對硝態氮積累的影響均達到顯著水平，2017年各土層不同栽培模式硝態氮積累量從高到低依次為T2>T3>T1,0～20 cm土層硝態氮積累量在統計學上差異不顯著，但硝態氮積累量與其它土層變化一致，施氮量增加，硝態氮累積量隨之增加。模式T2、T3 0～60 cm土層硝態氮累積量分別占61.48%、54.81%，模式T1硝態氮累積量占30.81%。可見，栽培模式T2、T3使大部分硝態氮累積在0～60 cm土層，防止硝態氮淋溶到土壤下層；栽培模式T1使大部分硝態氮累積在60～100 cm土層，容易造成環境污染。2018年T2、T3各土層硝態氮累積量均大于T1，0～20, 20～40 cm土層T3硝態氮累積量顯著高于T2、T1，40～60 cm土層無顯著差異，60～80, 80～100 cm土層T2硝態氮累積量顯著高于T1、T3，T2處理有明顯的硝態氮淋失。說明在豐水年，硝態氮更容易向土壤深層淋失。

圖7 2017年玉米不同栽培模式0～100 cm土層土壤剖面銨態氮含量Fig.7 Ammonium nitrogen content in 0～100 cm soil profile under different cultivations of maize in 2017

圖8 2018年玉米不同栽培模式0～100 cm土層土壤剖面銨態氮含量Fig.8 Variations of ammonium nitrogen content in 0～100 cm soil profile under different cultivations of maize in 2018

2.3 硝態氮累積量與玉米產量的關系

為確定硝態氮對春玉米產量的貢獻，計算了0～100 cm 土層的硝態氮累積量，擬合了春玉米收獲后硝態氮積累量與產量的關系(圖9)。可以看出，兩個生長季內0～100 cm土層硝態氮積累量與春玉米產量均呈顯著正相關，可見，土壤硝態氮是決定春玉米產量的重要因素。但兩年有明顯的年際差異，2018年硝態氮累積量與產量相關性大于2017年。

2.4 不同栽培模式下玉米產量、耗水量和水分利用效率的變化

不同栽培模式對籽粒產量、耗水量和WUE的影響如表3所示。2017年研究結果顯示，與栽培模式T1相比，T2、T3籽粒產量分別提高55.4%、64.4%，差異顯著；T2、T3處理生育期耗水量(ET)顯著高于T1，相比T1，T2、T3處理ET分別提高5.7%、5.4%；WUE分別提高46.9%、55.9%，均達到顯著水平。2018年T2、T3處理產量分別比T1高49.7%、23.8%，T2、T3處理耗水量都小于T1，差異不顯著；T2、T3處理水分利用效率相較T1分別高58.9%、40.0%，且差異達到顯著水平。兩年試驗結果均顯示T2和T3處理籽粒產量、WUE顯著高于T1栽培模式，說明合理的栽培模式和肥料管理投入能顯著提高籽粒產量。2017年T3模式產量和WUE最高，2018年T2模式產量和WUE最高，T2處理施肥量大于T3，豐水年水肥利用協調，因此產量更高。

表2 玉米收獲后不同土層土壤硝態氮積累量/(kg·hm-2)

注：不同字母表示在P<0.05水平上不同處理間差異顯著。下同。

Note: Different letters within each column mean significant differences atP<0.05 level. The same as below.

圖9 0～100 cm土層土壤硝態氮積累量與春玉米產量的關系Fig.9 Relationships of NO-3-N accumulation in 0～100 cm soil layers with spring maize yield

表3 不同栽培模式下玉米產量、生育期耗水量和水分利用效率的變化

3 討 論

農田土壤水分的運移受到降雨、覆蓋、施肥方式、種植密度等多種因素的影響。本試驗基于當地傳統栽培模式(T1)，結合上述多種因素形成了2種高產高效栽培模式：化肥有機肥高密度超高產模式(T2)、化肥有機肥中密度高效高產模式(T3)。2017年 0～200 cm土層土壤儲水量均低于傳統栽培模式T1，但除去乳熟期外其它生育期均無顯著差異；而且處理T2、T3生育期耗水量、產量和WUE均顯著高于T1。黃土高原旱作春玉米農田土壤剖面水分動態報道較多，有研究認為玉米耗水量和耗水深度隨產量提高而增加，高產導致深層土壤水分過耗，土壤貯水量虧缺[14]。本試驗在2017年從拔節期到乳熟期連續無效降水≤10 mm超過20 d，屬于中度干旱[15]，而此時玉米植株生長旺盛、籽粒灌漿，耗水量大，氣溫升高，蒸騰蒸散作用強，因此土壤儲水量急劇下降，后期隨降雨的增多土壤儲水量也增多。T2、T3土層土壤儲水量低于T1，也可能是地膜覆蓋、施肥方式和種植密度等因素引起土壤水分運移、水肥協同效應、作物根系分布及其吸水特性差異所致，需要進一步研究[16]。孫仕軍等[17]研究認為，雨養條件下，裸地玉米種植密度對土壤儲水區含水量分布影響表現為：高密度時，地表下 20～40 cm土層土壤水分變化最大，低密度時變化最小;玉米生長季內干旱無雨時段，土壤剖面含水率在 20～40 cm土層處消耗最多，該深度為根部的主要儲水和耗水區間。在整個玉米生育期，0～200 cm土層土壤含水量受降雨和生育期影響較大，0～60 cm土層土壤水分變化最大，說明根系主要吸收0～60 cm土層土壤水分；從乳熟期到成熟期，下層(120～200 cm)土壤含水量顯著降低，說明玉米生長大量消耗了土壤上層水分，還通過巨大的蒸騰拉力使下層土壤中的水分向上移動，阻止降雨入滲[18]。水分狀況、施肥方式和覆膜對玉米的生長發育和耗水規律的影響最終反映在水分利用效率和產量上[19]。兩年試驗結果均顯示T2、T3處理產量和WUE均顯著高于T1，可見覆膜、施肥、增加種植密度等綜合效應可顯著提高籽粒產量和水分利用效率，尤其是在干旱年份化肥有機肥中密度高產高效模式(T3)能更好地利用土壤水和降水，提高水分利用效率從而實現高產。

長期施用有機肥或化肥及其配施均能提高土壤各土層硝態氮、銨態氮含量及其積累量[10]。已有研究表明，硝態氮含量隨施氮量的增加而增加，長期高施氮量處理的硝態氮在土壤深層的含量及累積明顯增加[20]。本試驗結果表明，隨著施氮量的增加，硝態氮含量增加，2017年0～60 cm土層硝態氮含量顯著增加，0～40 cm土層銨態氮含量增加，兩年試驗結果表明各土層的硝態氮積累量均增加。處理T2、T3大部分硝態氮積累在0～60 cm土層，處理T1大部分硝態氮累積在60～100 cm土層，可能是因為地膜覆蓋增加表層土硝態氮累積，降低深層土硝態氮累積[21]。施用有機肥可滯緩硝態氮向土壤深層淋溶，而化學氮肥較有機肥容易淋失，但施肥對銨態氮向土壤深層遷移趨勢的影響不明顯[22]。隨種植年限增加，施氮對土壤硝態氮殘留的影響逐漸增加[10]。本試驗經過6 a的長期施肥，2017年播前硝態氮、銨態氮含量高，經過兩季作物生長、肥料投入后，硝態氮積累量顯著增加，銨態氮含量無明顯變化；可能是因為作物生長后期，地膜覆蓋提高土溫，促進了土壤氮素礦化，而作物需氮量少，導致硝態氮在0～100 cm土層累積[21]。施肥對銨態氮向土壤深層遷移趨勢的影響不明顯，王少平等[23]也認為，與硝態氮相比，銨態氮更易被土壤吸附，它只有在特定條件如土壤水分接近飽和的情況下借助下滲流的驅動才可能在土壤剖面中隨水遷移。2017年80～100 cm土層模式T2硝態氮含量顯著高于其他處理，淋溶現象明顯，硝態氮含量達到103.89 mg·kg-1,污染深層土壤；2018年T2處理60～80,80～100 cm土層硝態氮累積量達到115.27、107.65 kg·hm-2，占0～100 cm土層硝態氮含量的69%，硝態氮淋失現象明顯。這是由于T2處理投入高量氮肥和有機肥，超過作物的吸收量，造成土壤硝態氮的累積[24]。模式T3硝態氮含量與模式T1無顯著差異，淋溶現象不明顯，但其籽粒產量顯著高于模式T1，其硝態氮含量整體上較低，淋溶現象不明顯，與低投入的模式 T1沒有顯著差異。說明模式 T2 雖然高產，但氮肥投入量較高，造成土壤硝態氮淋溶增加，而在T3 模式下，能有效控制土壤硝態氮淋溶，又能保證春玉米產量。T3 種植模式對提高糧食產量，氮素利用，減少環境污染有良好的效果。

本研究發現，不同深度土壤硝態氮積累量與旱作春玉米產量均具有一定相關關系，硝態氮是決定夏玉米產量的重要因素[10]。這說明不同土層深度的硝態氮可作為春玉米直接吸收利用的有效氮素。而銨態氮積累量與春玉米產量無關，這可能是因為玉米對硝態氮的吸收量大于銨態氮的吸收量[25]。此外，有些研究認為土壤的硝態氮數量占銨態氮和硝態氮總量的 90% 以上，在反應土壤供氮特性方面與兩者之和的趨勢完全一致[26-27]。2018年硝態氮累積量與產量的相關系數明顯高于2017年，可能與兩年降水不同有關。2018年降水較多且各生育期分配均勻，由于玉米的生長未受到水分的限制，氮素供應是限制產量的主要因素，不同土層的硝態氮均發揮了充分作用。2017年拔節期到乳熟期降雨少，受到中度干旱脅迫，籽粒產量因水分缺乏表現出與硝態氮累積量不同的變化趨勢[13]。總之，合理的施肥配比及合理的有機無機肥配施可以降低土壤硝態氮、銨態氮的積累及淋溶，有利于提高作物產量，維持農田土壤生態系統的穩定性，促進農業可持續發展及保護地下水資源[10]。

4 結 論

本研究表明，不同深度土壤硝態氮積累量與春玉米產量均具有正相關關系，硝態氮是決定春玉米產量的重要因素。相較傳統栽培模式(T1)，化肥有機肥中密度高產高效栽培模式(T3)無論在干旱年份，還是豐水年春玉米均能獲得高產和高的水分利用效率。化肥有機肥高密度超高產栽培模式(T2)施肥量超過作物吸收利用，0～100 cm土層土壤硝態氮積累量高，淋溶趨勢明顯。T3栽培模式既能保證高產、高WUE又能保證較少的硝態氮淋溶，是本試驗的最優栽培模式。