膜下滴灌條件下碳酸鹽草甸土氮素分布的研究

周連仁，鄭 余，陳宵宇

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

氮是植物生長(zhǎng)必需的大量元素，需要量位居礦質(zhì)元素之首，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物最重要的產(chǎn)量限制因子之一[1]。氮肥管理不合理能夠造成產(chǎn)量波動(dòng)[2]?；侍貏e是氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要作用日益顯現(xiàn)。在施用化肥總量中氮肥占有相當(dāng)大的比重，約60%[3]。國(guó)外氮肥利用率在50%～60%[4-6]，我國(guó)利用率僅為30%～50%[7-8]，硝態(tài)氮的淋溶不僅是氮素?fù)p失的主要途徑，是導(dǎo)致地下水污染和氮肥利用率低重要原因。如何在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中科學(xué)灌溉施肥，做到水肥協(xié)調(diào)、以肥調(diào)水，在增加作物產(chǎn)量同時(shí)，減少浪費(fèi)、降低污染，是國(guó)內(nèi)外共同面臨的重要課題。

近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)在灌溉施肥條件下土壤中氮的硝化和反硝化作用及氮素循環(huán)，土壤施肥后氨的揮發(fā)及作物根系吸肥等方面做了大量研究，并對(duì)滴灌條件下土壤中氮素運(yùn)移分布進(jìn)行系列性的試驗(yàn)[6]。隨著節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展，與其相結(jié)合的施肥技術(shù)，特別是滴灌施肥技術(shù)的應(yīng)用引起土壤肥料工作者的關(guān)注。本文在室外田間小區(qū)條件下，對(duì)玉米膜下滴灌氮分布特性及產(chǎn)量影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)于提高膜下滴灌灌溉質(zhì)量和施肥管理技術(shù)，提高氮肥利用率，減少氮肥污染，確保農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)和農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地的自然概況

試驗(yàn)地設(shè)在黑龍江省肇州縣托古鄉(xiāng)金家屯，東經(jīng)125°21′12.2″，北緯45°41′43.0″，高度149米。位于松嫩平原腹地，屬大陸季風(fēng)性氣候，年均降水463.2 mm，無(wú)霜期138 d。境內(nèi)無(wú)江無(wú)河，地表水貧乏，是全省重點(diǎn)干旱縣之一。試驗(yàn)區(qū)0～20 cm土層土壤物理化學(xué)性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)26.7 g·kg-1，全氮 0.89 g·kg-1，堿解氮 84 mg·kg-1，速效磷 9.2 mg·kg-1，速效鉀 162 mg·kg-1，pH 8.23，礦化度0.73 g·L-1。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 材料

供試玉米品種：亨達(dá)22。

1.2.2 設(shè)計(jì)

試驗(yàn)開始于2010年5月，試驗(yàn)地以滴灌量和滴灌時(shí)期不同共設(shè)兩個(gè)大區(qū)。

以不同滴灌量設(shè)5個(gè)處理，各處理為：處理A無(wú)滴灌為對(duì)照，以每次滴灌潤(rùn)濕土層16 cm為處理C的滴灌量，在處理C滴灌量的基礎(chǔ)上，減少25%滴灌量為處理B，增加25%滴灌量為處理D，增加50%滴灌量為處理E，根據(jù)土水勢(shì)決定灌溉時(shí)期，負(fù)壓計(jì)埋深16 cm，以上處理均用地膜覆蓋。每個(gè)處理3次重復(fù)。

以不同滴灌時(shí)期設(shè)6個(gè)處理，各處理為：處理1常規(guī)滴灌作對(duì)照，處理2苗期滴灌，處理3苗期+抽穗期滴灌，處理4苗期+抽穗期+灌漿期滴灌，處理5苗期+抽穗期+灌漿期+拔節(jié)期滴灌，以上處理均用地膜覆蓋。處理6無(wú)滴灌無(wú)地膜覆蓋。每個(gè)處理3次重復(fù)。肥料施用量N 160 kg·hm-2，P2O5100 kg·hm-2，K2O 70 kg·hm-2，施用無(wú)機(jī)肥料為尿素，磷酸二銨，氯化鉀，一次全部施入。

1.2.3 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目及方法

銨態(tài)氮測(cè)定方法：2 mol·L-1KCl浸提—蒸餾法硝態(tài)氮測(cè)定方法：還原蒸餾法。

2 結(jié)果與分析

2.1 膜下滴灌對(duì)土壤氮素分布的影響

2.1.1 膜下滴灌對(duì)土壤銨態(tài)氮分布的影響

2.1.1.1 不同滴灌量對(duì)土壤銨態(tài)氮分布的影響

圖1不同滴灌量條件下土壤銨態(tài)氮分布變化可以看出，苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期0～60 cm的銨態(tài)氮含量都隨深度增加而減小，0～20cm土層的土壤銨態(tài)氮含量處理A最高，其他處理依次減小，處理E含量最低。苗期、拔節(jié)期20～40 cm土層的土壤銨態(tài)氮含量處理B含量最高，抽穗期、灌漿期處理A銨態(tài)氮含量最高。40～60 cm土層各處理間土壤銨態(tài)氮含量差異不明顯，并且分布沒有規(guī)律可循。

2.1.1.2 不同滴灌時(shí)期對(duì)銨態(tài)氮分布的影響圖2所示，分析不同滴灌時(shí)期的土壤銨態(tài)氮含量變化。從各時(shí)期總體上看，土壤0～20 cm銨態(tài)氮在各處理間的含量最高，并隨滴灌時(shí)期增長(zhǎng)而增大，20～40 cm、40～60 cm的含量較低，并且差異不明顯。由于0～20 cm負(fù)電荷膠體較多，對(duì)銨態(tài)氮的吸附量大，導(dǎo)致銨態(tài)氮向下遷移緩慢。苗期0～20 cm土壤銨態(tài)氮含量變化：處理6銨態(tài)氮含量最高，其次順序?yàn)樘幚?＞處理3＞處理4＞處理5＞處理1；拔節(jié)期0～20 cm土壤銨態(tài)氮含量變化：處理6銨態(tài)氮含量最高，其次順序?yàn)樘幚?＞處理3＞處理5＞處理1＞處理4；抽穗期0～20 cm土壤銨態(tài)氮含量變化，處理6銨態(tài)氮含量最高，其次順序?yàn)樘幚?＞處理4＞處理3＞處理5＞處理1；灌漿期0～20 cm土壤銨態(tài)氮含量變化：處理6銨態(tài)氮含量最高，其次順序?yàn)樘幚?＞處理4＞處理3＞處理1＞處理5。

2.1.2 膜下滴灌對(duì)土壤硝態(tài)氮分布的影響

2.1.2.1 不同滴灌量對(duì)硝態(tài)氮分布的影響

由圖3可見，分析不同滴灌量土壤硝態(tài)氮變化規(guī)律。總體來看，玉米生育各時(shí)期的土壤硝態(tài)氮在0～40 cm土層滴灌量增加，硝態(tài)氮含量反而減小，在40～60 cm土層滴灌量較大的土壤硝態(tài)氮含量較高，但并沒有非常明顯的變化規(guī)律，處理C在0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層土壤硝態(tài)氮含量相對(duì)比較平均，提高氮肥的利用效率，有利于作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和植株生長(zhǎng)。

圖1 不同滴灌量的土壤銨態(tài)氮變化Fig.1 Changes of soil content under different quantities of drip irrigation

2.1.2.2 不同滴灌時(shí)期硝態(tài)氮分布的影響

由圖4可見，分析不同滴灌時(shí)期的土壤硝態(tài)氮變化規(guī)律。在在玉米苗期，各處理間差異不顯著。在玉米拔節(jié)期，0～20 cm土層深度，處理2含量最低，滴灌量和滴灌時(shí)期相同導(dǎo)致處理3到處理5硝態(tài)氮變化幅度不大，差異不顯著；在玉米抽穗期，各處理在0～20 cm土層深度處理6硝態(tài)氮含量最高，處理3含量最低；在玉米灌漿期，各處理在0～20 cm土層深度6硝態(tài)氮含量最高，處理5含量最低。在20～40和40～60 cm土層中各處理差異不顯著，規(guī)律性不強(qiáng)，但硝態(tài)氮的含量隨深度增加而減小。

2.2 不同滴灌方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

2.2.1 不同滴灌量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

對(duì)不同滴灌量玉米產(chǎn)量進(jìn)行分析繪制表1，分析表明，處理C滴灌量適宜，玉米產(chǎn)量最高，處理A產(chǎn)量最低。與處理A產(chǎn)量11 898 kg·hm-2相比，其他產(chǎn)量13 582、14478、13 255、13 177 kg·hm-2，分別增加14.15%、21.68%、11.41%、10.75%。處理C與其他處理差異顯著，處理B、處理D、處理E之間差異不顯著，但與處理A差異顯著，說明不同滴灌量對(duì)產(chǎn)量的影響明顯，處理C的滴灌量有益于植物高產(chǎn)。

圖3 不同滴灌量的土壤硝態(tài)氮變化Fig.3 Changes of soil content under different quantities of drip irrigation

圖4 不同滴灌時(shí)期的土壤硝態(tài)氮變化Fig.4 Changes of soil content under different drip irrigation time

2.2.2 不同滴灌時(shí)期對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

對(duì)不同滴灌時(shí)期玉米產(chǎn)量進(jìn)行分析繪制表2，分析表明，在不同滴灌處理?xiàng)l件下處理6玉米產(chǎn)量最低為10 932 kg·hm-2，處理5玉米產(chǎn)量最高為14 543 kg·hm-2，與處理6差異顯著；相比較無(wú)覆膜無(wú)滴灌處理6玉米產(chǎn)量，其他處理1～5產(chǎn)量增加20.77%、12.74%、19.42%、25.02%、33.03%。從表中產(chǎn)量高低順序可以看出玉米產(chǎn)量隨著滴灌時(shí)期的增長(zhǎng)而增大，說明長(zhǎng)時(shí)間滴灌可以滿足作物生育期的需要，有利于高產(chǎn)。處理5與其他五個(gè)處理差異顯著，處理1、處理3、處理4差異不顯著，但與處理處理2、處理6差異顯著。

表1 不同滴灌量玉米產(chǎn)量分析Table1 Analysis of maize yield under different quantities of drip irrigation

表2 不同滴灌時(shí)期玉米產(chǎn)量分析Table2 Analysis of maize yield under different drip irrigation time

3 討論與結(jié)論

高水分利用效率是干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展重要因素。膜下滴灌技術(shù)既能夠改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，還可以防止水分深層入滲和表面流失，起到提高水分利用率節(jié)水效應(yīng)。膜下滴灌能夠緩慢有效地提供土壤水分，營(yíng)造適宜的水分脅迫環(huán)境，從而誘導(dǎo)根系想土壤深層生長(zhǎng)，增大玉米對(duì)養(yǎng)分和水分的利用范圍。覆膜抑制水分蒸發(fā)，鹽分在根部富集，作物不利于生長(zhǎng)導(dǎo)致減產(chǎn)，生產(chǎn)過程中應(yīng)適時(shí)調(diào)節(jié)地下水灌溉量，減少根系與鹽分接觸。葉片的水分利用率受到植物光合作用和蒸騰作用的制約，光合作用越強(qiáng)，葉片水分利用率越高；蒸騰作用越強(qiáng)，葉片水分利用率越低。覆膜滴灌對(duì)兩個(gè)主要作物生理過程的影響都會(huì)影響葉面水分利用率的高低[10]。因此，通過蒸騰作用和光合作用與葉面水分利用率的關(guān)系研究高效節(jié)水灌溉模式，找到科學(xué)有效水分平衡區(qū)間，將有利于作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量。

在玉米整個(gè)生育期，0～40 cm土壤硝態(tài)氮含量隨滴灌量增加呈減小趨勢(shì)，40～60 cm土層的硝態(tài)氮含量較大，但規(guī)律并不明顯。處理3和5在各土層土壤硝態(tài)氮含量相對(duì)平均。滴灌量不同各處理均有不同程度的增產(chǎn)效果，以處理C產(chǎn)量最高，滴灌量合適，處理E產(chǎn)量低。以滴灌時(shí)期不同處理間差異顯著，處理5產(chǎn)量最高，處理6產(chǎn)量最低。

膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用于東北地區(qū)鹽堿地開發(fā)利用，對(duì)氮素平衡、氮素相互間的轉(zhuǎn)化具有良好調(diào)節(jié)作用。在綜合考慮水資源缺乏和生態(tài)環(huán)境問題的基礎(chǔ)上，膜下滴灌將成為一種節(jié)水又可開發(fā)利用鹽堿地和防治次生鹽堿化的有效途徑。

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