黃土高原旱地夏季休閑期土壤硝態(tài)氮淋溶與降水年型間的關(guān)系

夏夢(mèng)潔，馬樂樂，師倩云，陳竹君，周建斌

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黃土高原旱地夏季休閑期土壤硝態(tài)氮淋溶與降水年型間的關(guān)系

夏夢(mèng)潔，馬樂樂，師倩云，陳竹君，周建斌

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

【目的】冬小麥-夏休閑是旱地重要的輪作模式之一，隨著氮肥用量的增加，一季小麥?zhǔn)斋@后土壤中殘留的硝態(tài)氮含量不斷增加，夏季休閑期間集中降水的特點(diǎn)是否會(huì)導(dǎo)致硝態(tài)氮淋溶損失，這一問題值得關(guān)注?！痉椒ā窟B續(xù)3年（2013—2015年）采集黃土高原南部長(zhǎng)武和楊凌兩地夏季休閑前后0—200 cm土壤剖面樣品，測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量，研究不同降水年和不同施氮量下黃土高原旱地夏季休閑期間土壤剖面硝態(tài)氮累積及淋溶特性?！窘Y(jié)果】小麥?zhǔn)斋@后，長(zhǎng)武0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量在97—328 kg·hm-2，平均193 kg·hm-2；楊凌施氮量為120 kgN·hm-2及240 kg N·hm-2時(shí)，土壤剖面硝態(tài)氮累積量分別為156 kg·hm-2及366 kg·hm-2，增加施氮量土壤剖面累積硝態(tài)氮量顯著增加。不同降水年夏季休閑前后硝態(tài)氮在土壤剖面的淋溶與降水量密切相關(guān)，長(zhǎng)武降水量高的豐水年2013年（296 mm）休閑前位于40—60 cm深度的硝態(tài)氮累積峰在休閑后到達(dá)80 cm以下，淋溶作用明顯。而降水量少的欠水年2014年（157 mm）休閑后土壤剖面未發(fā)生硝態(tài)氮的淋溶。降水量一般的平水年2015年（200 mm）休閑后在0—100 cm土壤剖面會(huì)發(fā)生硝態(tài)氮向下淋溶，但是遷移深度不大。在降水量高的2013年夏季休閑后100—200 cm土壤剖面增加的硝態(tài)氮累積量是0—100 cm的2.5倍，而2014年夏季休閑后土壤剖面增加的硝態(tài)氮累積量主要出現(xiàn)在0—100 cm土壤剖面。楊凌2013年試驗(yàn)期間降水量低（僅220 mm，屬欠水年），休閑后兩個(gè)施氮處理的土壤剖面硝態(tài)氮累積峰甚至出現(xiàn)輕微上移；同為欠水年，2015年降水量有所增加（288 mm），休閑后0—100 cm土壤剖面中發(fā)生硝態(tài)氮下移達(dá)到20—40 cm。而降水量更高的2014年（346 mm，平水年），休閑后土壤剖面中硝態(tài)氮累積峰較休閑前下移了60—80 cm。相比休閑前，降水量低的2013年夏季休閑后土壤剖面增加的硝態(tài)氮累積量主要出現(xiàn)在0—100 cm土壤剖面，淋溶作用弱。而降水量高的2014年施氮處理100—200 cm土層硝態(tài)氮的累積增加量顯著高于0—100 cm土層，其中施氮240 kg N·hm-2處理0—100 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量顯著下降，有大量硝態(tài)氮被淋溶到100—200 cm土層?！窘Y(jié)論】黃土高原旱地小麥?zhǔn)斋@后0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量高。夏季休閑期間降水量是影響黃土高原旱地土壤剖面硝態(tài)氮淋溶的關(guān)鍵因素，降水量高的年份土壤剖面硝態(tài)氮淋溶作用明顯。夏季休閑期間長(zhǎng)武遇上豐水年土壤中硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)大，而楊凌遇上平水年就會(huì)出現(xiàn)硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)。

旱地；夏季休閑；降水；施氮量；硝態(tài)氮淋溶；黃土高原

0 引言

【研究意義】全球旱地面積占土地總面積的41%，生活著近20億的人口[1]。中國干旱、半干旱地區(qū)主要分布在北方地區(qū)，占國土面積的比例高達(dá)52.5%[2]。隨著全球水資源短缺問題及氣候變化的加劇，旱地農(nóng)業(yè)的重要性日趨突出。以中國為例，1990—2010年的20年間新增旱地農(nóng)田面積就達(dá)到2.99×106hm2[3]。旱地生產(chǎn)了全球約3/4的小麥[4]，在世界小麥生產(chǎn)中占有重要地位。【前人研究進(jìn)展】自20世紀(jì)80年代以來，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥用量不斷增加[5]，一季作物收獲后殘留在土壤的肥料氮量也隨之增加，長(zhǎng)期施用氮肥的土壤在40—100 cm深度當(dāng)季硝態(tài)氮累積量達(dá)到73.5 kg·hm-2 [6]；單施氮肥180 kg·hm-2，23年后0—300 cm土層硝態(tài)氮?dú)埩袅扛哌_(dá)1 500 kg·hm-2 [7]。RIMSKI-KORSAKOV等[8]15N試驗(yàn)表明，氮肥用量為250 kg·hm-2時(shí)，一季玉米收獲后殘留在土壤中的肥料氮占到33%。LIANG等[9]利用15N方法研究長(zhǎng)期不同施肥處理土壤施用氮肥后一季小麥?zhǔn)斋@時(shí)殘留在土壤中肥料氮的比例在38%—45%。水分是制約旱地小麥生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，為了蓄水保墑，中國北方旱地小麥生產(chǎn)中采取了夏季休閑措施[10]。而夏季休閑期（7—9月）為這一地區(qū)的雨季，以黃土高原南部為例，年均降水量約有60%以上集中在夏季休閑期[11]；缺少植被覆蓋，土壤殘留肥料氮淋溶損失是值得關(guān)注的問題。彭琳等[13]研究夏閑期土硝態(tài)氮季節(jié)性變化，發(fā)現(xiàn)在6—9月降水集中時(shí)硝態(tài)氮累積和下滲現(xiàn)象非常明顯，平均10 mm降水可使硝態(tài)氮下滲3—5 cm。黃土高原南部在降水364 mm的夏季，休閑后硝態(tài)氮向下淋溶深度超過100 cm[12]。戴健等[14]研究指出，每10 mm降水可使土中硝態(tài)氮向下遷移2—4 cm。張麗娟等[15]研究表明，休閑地土壤剖面硝態(tài)氮隨降水逐漸向下移動(dòng)，在556 mm降水的作用下硝態(tài)氮會(huì)在60—80 cm土層出現(xiàn)累積。硝態(tài)氮淋溶與施氮量顯著相關(guān)，當(dāng)施氮量超過200 kg·hm-2，0—200 cm土壤剖面殘留硝態(tài)氮淋失量達(dá)到40 kg·hm-2以上[16-17]。【本研究切入點(diǎn)】目前關(guān)于黃土高原旱地硝態(tài)氮累積狀況等已有不少研究，但對(duì)旱地不同年份夏閑期硝態(tài)氮淋溶的研究尚少見報(bào)道[18-19]。隨著旱地小麥氮肥用量的增加，一季作物收獲后土壤剖面殘留的肥料氮會(huì)隨之增加，因此，有必要研究旱地夏季休閑期間的土壤剖面氮素淋溶損失特性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】連續(xù)3年研究了黃土高原南部旱地夏閑期土壤剖面硝態(tài)氮的變化，旨在探究不同年際間休閑期間硝態(tài)氮的淋溶特性，為進(jìn)行旱地氮肥管理，減少土壤硝態(tài)氮淋溶損失提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)分別在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站和長(zhǎng)武縣王東村開展。西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站位于黃土高原南部，地處渭河三級(jí)階地，海拔520 m，年平均氣溫12.9 ℃，年降水量632 mm，主要集中在7—9月，年均蒸發(fā)量993 mm，屬半濕潤(rùn)易旱區(qū)，供試土壤為土（土墊旱耕人為土）。陜西長(zhǎng)武縣王東村（東經(jīng)107°40′，北緯35°14′）位于黃土高原中南部典型旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。該地海拔1 227 m，地勢(shì)平坦，多年平均降水量580 mm，主要集中在7—9月。供試土壤為黑壚土（堆墊干潤(rùn)均腐土）。兩地供試土壤基本理化性質(zhì)見表1，試驗(yàn)期間降水與蒸發(fā)，多年降水量見圖1和表2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別于2013—2015年在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站和長(zhǎng)武縣洪家鎮(zhèn)王東村采集夏季休閑前后農(nóng)田土壤樣品。楊凌農(nóng)作一站土樣采自2002年設(shè)立的旱地栽培模式及氮肥用量長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田。該試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，栽培模式為主區(qū)，施氮量為副區(qū)，副區(qū)面積為28.8 m2，重復(fù)4次。氮肥為尿素，有3個(gè)水平（0、120、240 kg N·hm-2，分別用N0、N120、N240表示），磷肥為重過磷酸鈣，施用量為100 kg P2O5·hm-2，都于播種前統(tǒng)一施用。本研究選取該定位試驗(yàn)中3種栽培模式（常規(guī)、覆草和壟溝）下的3個(gè)施氮量為采樣對(duì)象。每個(gè)小區(qū)選取兩個(gè)采樣點(diǎn)，采集0—200 cm土壤樣品，每20 cm為一個(gè)土層，同一土層樣品混勻后測(cè)定硝態(tài)氮。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)（0—20 cm土層）

圖1 連續(xù)3年試驗(yàn)期間長(zhǎng)武和楊凌降水量和蒸發(fā)量

表2 長(zhǎng)武、楊凌兩地試驗(yàn)期間（2013—2015）及多年同期降水量

本研究中長(zhǎng)武、楊凌2013，2014和2015年夏季休閑期的起止時(shí)間見圖1。（夏季休閑降水-多年同期降水）/多年同期降水＞15%為豐水年、-15%—15%為平水年、＜-15%為欠水年[20]

In this study, duration of summer fallow of 2013~2015 in two sites are showed in figure 1. (Rainfall in summer fallow - long-time average rainfall in summer fallow) / long-time average rainfall in summer fallow > 15% is abundant rainfall, < -15% is deficit rainfall, and -15%—15% is normal rainfall

長(zhǎng)武土樣采自王東村不同農(nóng)戶采取夏季休閑的農(nóng)田，田塊數(shù)2013年6個(gè)，2014年12個(gè)，2015年減少為8個(gè)。調(diào)查的農(nóng)戶小麥季的氮肥用量在94—292 kg·hm-2之間，平均為167 kg·hm-2。各田塊面積在800—1 700 m2。每個(gè)農(nóng)田選取3個(gè)采樣點(diǎn)，采集0—200 cm土層樣品，每20 cm為一個(gè)土層，同一土層樣品混勻后備用。

楊凌、長(zhǎng)武兩地采樣農(nóng)田夏季休閑初地表殘留有5—10 cm左右的殘茬，夏季休閑開始后不久翻地以切斷土壤毛細(xì)管減少水分蒸發(fā)。

1.3 樣品測(cè)定

土壤含水量采用烘干法（105 ℃下烘干8 h) 測(cè)定。硝態(tài)氮測(cè)定：1 mol·L-1KCl 溶液浸提（水土比10﹕1），振蕩1 h，過濾，自動(dòng)化連續(xù)流動(dòng)分析儀（AA3, Bran+Luebbe, 德國）測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

20 cm土層硝態(tài)氮含量（kg·hm-2）=硝態(tài)氮濃度（mg·kg-1）×土壤容重（kg·m-3）×面積（m2）×0.2（m）/1 000 000；

0—200 cm土壤硝態(tài)氮累積量（kg·hm-2）=每20 cm土層硝態(tài)氮含量之和；

休閑后土壤硝態(tài)氮增加量（kg·hm-2）=休閑后土壤硝態(tài)氮累積量-休閑前土壤硝態(tài)氮累積量。

數(shù)據(jù)計(jì)算采用Excel 2007，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 20.0，多重比較采用鄧肯（Duncan）法。圖表繪制采用Excel 2007和SigmaPlot 12.0。

2 結(jié)果

2.1 小麥?zhǔn)斋@后土壤剖面硝態(tài)氮累積量

圖2結(jié)果表明，連續(xù)3年長(zhǎng)武小麥?zhǔn)斋@后0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量在97—328 kg·hm-2，平均193 kg·hm-2。楊凌不同氮肥用量定位試驗(yàn)小麥?zhǔn)斋@后0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮平均累積量在施氮0、120及240 kg N·hm2時(shí)分別為65、156和366 kg·hm-2?？梢姡S著氮肥用量的增加，旱地小麥?zhǔn)斋@后土壤剖面累積的硝態(tài)氮量顯著增加。

2.2 長(zhǎng)武夏季休閑期間0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮變化

2013年休閑前土壤剖面硝態(tài)氮累積峰主要位于40—60 cm深度，休閑后到達(dá)80 cm以下，最深處到達(dá)140 cm（圖3）。2014年休閑后土壤剖面硝態(tài)氮累積峰相對(duì)于休閑前并沒有發(fā)生下移，這與試驗(yàn)期間降水量（僅157 mm，屬欠水年）低于多年同期（1957—2015年7月8日至9月10日期間降水量均值為227 mm）有關(guān)。2015年休閑后剖面中硝態(tài)氮含量在60 cm以上存在明顯的硝態(tài)氮累積，這可能與當(dāng)季殘留肥料氮隨降水下移，土壤中原有氮素礦化有關(guān)；另一個(gè)累積峰位于160 cm深度，這一累積峰的存在可能是由于長(zhǎng)武2015年上半年降水量很大，使土壤中原有氮素下移到140 cm左右累積，最終在夏季休閑降水（200 mm）作用下，累積峰發(fā)生輕度下移到達(dá)160 cm（圖3）。

圖2 長(zhǎng)武、楊凌一季小麥?zhǔn)斋@后0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量

圖3 2013—2015年長(zhǎng)武休閑前后0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮含量分布（括號(hào)中為樣本數(shù)）

長(zhǎng)武農(nóng)田施氮量平均為182 kg N·hm-2，連續(xù)3年夏閑期間0—200 cm土壤剖面中硝態(tài)氮的累積增加量分別為109、91和110 kg·hm-2。其中2013年和2015年休閑后土壤剖面硝態(tài)氮淋溶到100—200 cm，淋溶增加的硝態(tài)氮累積量分別是0—100 cm土壤剖面的2.5和2.7倍。2014年硝態(tài)氮累積增加量主要發(fā)生在0—100 cm土壤剖面，與這一年夏閑期降水量少有關(guān)（圖4）。

2.3 楊凌夏季休閑期間0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮變化

長(zhǎng)期不施氮處理休閑前后0—200 cm土壤剖面中硝態(tài)氮含量較低，無明顯的累積峰；而長(zhǎng)期施用氮肥處理土壤剖面硝態(tài)氮累積量相對(duì)較高，且存在明顯的累積峰。與休閑前相比，2013年休閑后施氮120和240 kg N·hm-2處理土壤剖面硝態(tài)氮累積峰出現(xiàn)輕微上移，這與試驗(yàn)期間降水量（僅220 mm，屬欠水年）低于多年同期（2003—2015年6月20日至10月10日期間降水量均值為384 mm）有關(guān)。2014年降水量達(dá)到357 mm（屬平水年），休閑后施氮120和240 kg N·hm-2處理土壤剖面累積的硝態(tài)氮發(fā)生明顯下移，累積峰到達(dá)140 —160 cm深度，下移距離在60—80 cm之間，都淋出了0—100 cm土層。2015年休閑后施氮240 kg N·hm-2處理剖面中有兩個(gè)硝態(tài)氮累積峰，第一個(gè)累積峰位于40 cm深度，這可能與當(dāng)季殘留肥料氮隨降水下移有關(guān)；另一個(gè)累積峰位于140 cm深度，可能是由于休閑前土壤中原有肥料氮已在140 cm深度累積，而該階段的降水量（288 mm，屬欠水年）難以到達(dá)這一深度，因此在休閑后這一累積峰的位置并沒發(fā)生下移，反而有輕微上移趨勢(shì)（圖5）。

不同字母表示差異顯著，P＜0.05。圖6同 Different lowercase letters represent significantly different, P＜0.05. The same as Fig.6

圖5 2013—2015年楊凌休閑前后不同施氮處理0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮分布

比較休閑前后0—100 cm及100—200 cm土層硝態(tài)氮累積量的變化可以評(píng)價(jià)這一期間硝態(tài)氮的淋溶情況。與休閑前相比，2013年休閑后施氮120和240 kg·hm-2處理土壤剖面硝態(tài)氮均有所增加，且0—100 cm土層硝態(tài)氮的累積增加量高于100—200 cm土層（圖6），說明硝態(tài)氮淋溶作用弱, 這與這一年降水量低有關(guān)。2014、2015年100—200 cm土層硝態(tài)氮的累積增加量高于0—100 cm土層, 說明硝態(tài)氮淋溶到100—200 cm土層，其中2014年100—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積增加量高于2015年，這與這一年降水量最大有關(guān)?？梢娊邓叩哪攴蒿@著增加了硝態(tài)氮的向不同剖面深層的淋溶。

3 討論

3.1 一季小麥?zhǔn)斋@后旱地土壤剖面硝態(tài)氮的累積量

本研究測(cè)定的長(zhǎng)武26個(gè)旱地農(nóng)田一季小麥?zhǔn)斋@后0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量在97—328 kg·hm-2，平均193 kg·hm-2，與其他學(xué)者的研究結(jié)論類似。有研究表明[21]，陜西渭北旱塬連續(xù)種植兩年冬小麥后0—200 cm土壤剖面中硝態(tài)氮累積在58—284 kg·hm-2。晉南旱地冬小麥?zhǔn)┑?65 kg·hm-2，種植兩年后0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量為204 kg·hm-2[22]?？梢姾档囟←?zhǔn)斋@后0—200 cm土壤剖面中硝態(tài)氮累積量很高。本研究同時(shí)表明，小麥?zhǔn)斋@后0—200 cm土壤剖面中硝態(tài)氮累積量隨氮肥用量的增加而增加，當(dāng)施氮量為240 kg·hm-2時(shí)，土壤剖面累積量達(dá)366 kg·hm-2，較不施氮處理增幅達(dá)到了5.6倍。FAN等[23]研究指出，當(dāng)施氮量由90 kg·hm-2增加到180 kg·hm-2時(shí)，0—400 cm土壤剖面硝態(tài)氮總累積量從460 kg·hm-2增加到1 256 kg·hm-2。近年來，中國旱地小麥氮肥用量有了明顯的增加[24]，無疑小麥?zhǔn)斋@后土壤剖面累積的硝態(tài)氮量也會(huì)顯著增加，其去向值得關(guān)注。而黃土高原旱地小麥?zhǔn)斋@后緊接著是夏季休閑，降水又主要集中在這一時(shí)期，很容易造成殘留的硝態(tài)氮發(fā)生淋溶損失[25]。

圖6 2013—2015年楊凌休閑后不同施氮處理0—200 cm土壤硝態(tài)氮增加量

3.2 旱地夏季休閑期間硝態(tài)氮淋溶

硝態(tài)氮在土壤中的淋溶與降水量（灌水量）關(guān)系密切，國內(nèi)外學(xué)者已開展了不少研究[15,26-27]。但關(guān)于旱地夏季休閑期間不同年份硝態(tài)氮在0—200 cm土壤剖面淋溶的研究相對(duì)較少。本研究表明，休閑后硝態(tài)氮累積峰下移深度與降水量有關(guān)，降水量高的年份土壤剖面中硝態(tài)氮下移深度大，反之則小；若降水量過少，由于表層蒸發(fā)促使水分上移，使得硝態(tài)氮發(fā)生向上運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，如2013年試驗(yàn)期間楊凌降水量只有220 mm，土壤剖面硝態(tài)氮在休閑后累積峰出現(xiàn)上移現(xiàn)象，因?yàn)樵谟牮B(yǎng)區(qū)降水是硝態(tài)氮向下遷移的驅(qū)動(dòng)力[28]，另外降水對(duì)硝態(tài)氮下移的作用會(huì)受到累積峰深度的影響。當(dāng)累積峰位于下層土壤中時(shí)，降水很難到達(dá)，除非有連續(xù)性的大量降水。圖5中2015年施氮240 kg·hm-2處理20 cm處的累積峰隨降水作用下移到40 cm深度，而160 cm處的累積峰卻上移到140 cm。類似結(jié)果還出現(xiàn)在圖3中2015年的結(jié)果，位于下層的硝態(tài)氮累積峰并沒有下移。JU等[29]15N標(biāo)記試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氮素殘留深度會(huì)影響硝態(tài)氮的垂直運(yùn)移。因?yàn)樵谙嗤乃謼l件下，其下滲深度有限，殘留氮素深度越大，隨水下移的深度就會(huì)越小。

本研究表明，單位降水量引起的硝態(tài)氮在土壤剖面下移的距離楊凌與長(zhǎng)武間存在差異，其中楊凌每10 mm降水可使硝態(tài)氮平均向下遷移1.4（2015年）—1.7 cm（2014年），而長(zhǎng)武可以達(dá)到1.8—3.7 cm（2013年）這與兩地土壤類型不同有關(guān)。長(zhǎng)武土壤屬黑壚土，黏粒含量較楊凌土少，因此，氮素向下遷移速度會(huì)加快，這與其他研究結(jié)果類似[30]。本研究連續(xù)進(jìn)行了3年，兩地連續(xù)3年的降水年型不同（表2），2013年長(zhǎng)武夏季休閑期間的降水量屬于豐水年，硝態(tài)氮淋溶作用明顯，而在平水（2015）和欠水（2014）年時(shí)硝態(tài)氮淋溶作用弱?？梢娫陂L(zhǎng)武地區(qū)夏季休閑期間遇上豐水年時(shí)，存在硝態(tài)氮向下大量淋溶的風(fēng)險(xiǎn)，平水和欠水年時(shí)不存在這一問題。而楊凌的情況有所不同，夏季休閑期間遭遇平水年（2014）時(shí)硝態(tài)氮淋溶作用已經(jīng)明顯，大量硝態(tài)氮被淋溶到1 m以下土層，由此可知當(dāng)遇上豐水年淋溶風(fēng)險(xiǎn)更大，而在欠水年（2013和2015）硝態(tài)氮淋溶作用弱，甚至還出現(xiàn)輕微上移。

與不施氮相比，施氮處理休閑后0—200 cm土壤剖面中硝態(tài)氮累積量有明顯增加，并且施氮240 kg·hm-2處理顯著高于施氮120 kg·hm-2處理。QIANG等[31]試驗(yàn)表明，淋溶液中的硝態(tài)氮含量隨著氮肥用量的增加而迅速增加，與本研究結(jié)果一致。在相同降水量作用下，不同施氮量休閑后剖面中硝態(tài)氮累積峰的位置接近，并不因施氮量的不同而出現(xiàn)明顯差異，與戴健等[14]2013年的試驗(yàn)得到的結(jié)論相一致。本研究發(fā)現(xiàn)，旱地夏季休閑期間降雨量高的年份土壤剖面硝態(tài)氮含量多淋溶至0—100 cm土層以下（圖4，圖6），雖然小麥根系下扎深度超過2 m，但92%的根系集中在1 m范圍內(nèi)，因此，淋溶到1 m以下的硝態(tài)氮被認(rèn)為是發(fā)生淋溶損失[32]。ZHOU等[33]指出達(dá)到單位產(chǎn)量硝態(tài)氮最低淋溶損失時(shí)小麥季的施氮量為162 kg·hm-2，此時(shí)的小麥產(chǎn)量是最高產(chǎn)量的90%。可見適當(dāng)減少肥料氮的投入不僅可以減少夏閑期硝態(tài)氮淋溶損失，同時(shí)也不會(huì)影響作物產(chǎn)量。

4 結(jié)論

4.1 黃土高原旱地小麥?zhǔn)斋@后0—200 cm土壤剖面累積了相當(dāng)量的硝態(tài)氮, 其中長(zhǎng)武0—200 cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量在97—328 kg·hm-2，平均193 kg·hm-2；土壤剖面中硝態(tài)氮累積量隨著施氮量的增加而顯著增加，施氮量為240 kg·hm-2時(shí)，楊凌土壤剖面硝態(tài)氮累積量達(dá)366 kg·hm-2。

4.2 夏季休閑期降水量是影響硝態(tài)氮在土壤剖面移動(dòng)的關(guān)鍵因素，降水量高的豐水年, 硝態(tài)氮淋溶至1 m以下土層; 而降水量低的欠水年，會(huì)發(fā)生硝態(tài)氮在土壤剖面的上移。長(zhǎng)武夏季休閑期間遇上豐水年時(shí)土壤中硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)大，而楊凌遇上平水年時(shí)就會(huì)出現(xiàn)硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)。

[1] PLAZA-BONILLA D, ARRúE J L, CANTERO-MARTíNEZ C, FANLO R, IGLESIAS A, áLVARO-FUENTES J. Carbon management in dryland agricultural systems: A review, 2015, 35(4): 1319-1334.

[2] 高煥文, 李問盈, 李洪文. 中國特色保護(hù)性耕作技術(shù)農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2003, 19(3): 1-4.

GAO H W, LI W Y, LI H W. Conservation tillage technology with Chinese characteristics., 2003, 19(3): 1-4. (in Chinese)

[3] 劉紀(jì)遠(yuǎn), 匡文慧, 張?jiān)鱿? 徐新良, 秦元偉, 寧佳, 周萬村, 張樹文, 李仁東, 顏長(zhǎng)珍, 吳世新, 史學(xué)正, 江南, 于東升, 潘賢章, 遲文峰. 20世紀(jì)80年代末以來中國土地利用變化的基本特征與空間格局地理學(xué)報(bào), 2014, 69(1): 3-14.

LIU J Y, KUANG W H, ZHANG Z X, XU X Y, QIN Y W, NING J, ZHOU W C, ZHANG S W, LI R D, YAN C Z, WU S X, SHI X Z, JIANG N, YU D S, PAN X Z, CHI W F. Spatiotemporal characteristics, patterns and causes of land use change in China since the late 1980s., 2014, 69(1): 3-14. (in Chinese)

[4] 李生秀. 中國旱地農(nóng)業(yè). 北京: 科學(xué)出版社, 2007.

LI S X.. Beijing: Science Press, 2007. (in Chinese)

[5] 閆湘, 金繼運(yùn), 何萍, 梁鳴早. 提高肥料利用率技術(shù)研究進(jìn)展中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(2): 450-459.

YAN X, JIN J Y, HE P,LIANG M Z. Recent advances in technology of increasing fertilizer use efficiency., 2008, 41(2): 450-459. (in Chinese)

[6] 陳磊, 郝明德, 李占斌. 黃土高原旱地長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤硝態(tài)氮淋失的影響水土保持研究, 2014, 21(2): 43-47.

CHEN L, HAO M D, LI Z B. Effects of long-term application of fertilizers on nitrate accumulation in the Loess Plateau dryland., 2014, 21(2): 43-47. (in Chinese)

[7] 薛曉輝, 郝明德. 小麥氮磷肥長(zhǎng)期配施對(duì)土壤硝態(tài)氮淋溶的影響中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(3): 918-925.

XUE X H, HAO M D. Nitrate-N leaching in 23-year winter wheat field combined with application of nitrogen and phosphorus., 2009, 42(3): 918-925. (in Chinese)

[8] RIMSKI-KORSAKOV H, RUBIO G, LAVADO R S. Fate of the nitrogen from fertilizers in field-grown maize, 2012, 93(3): 253-263.

[9] LIANG B, ZHAO W, YANG X Y, ZHOU J B. Fate of nitrogen-15 as influenced by soil and nutrient management history in a 19-year wheat–maize experiment, 2013, 144: 126-134.

[10] 山侖. 旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨向中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002, 35(7): 848-855.

SHAN L. Development trend of dryland farming technologies., 2002, 35(7): 848-855. (in Chinese)

[11] 王曉峰, 田霄鴻, 陳自惠, 陳輝林, 王朝輝. 不同覆蓋施肥措施對(duì)黃土旱塬冬小麥土壤水分的影響應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 20(5): 1105-1111.

WANG X F, TIAN X H, CHEN Z H, CHEN H L, WANG Z H. Effects of mulching and fertilization on winter wheat field soil moisture in dry highland region of Loess Plateau., 2009, 20(5): 1105-1111. (in Chinese)

[12] 王西娜, 王朝輝, 李生秀. 種植玉米與休閑對(duì)土壤水分和礦質(zhì)態(tài)氮的影響中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(6): 1179-1185.

WANG X N, WANG Z H, LI S X. Influence of planting maize and fallowing on soil moisture and mineral nitrogen., 2006, 39(6): 1179-1185. (in Chinese)

[13] 彭琳, 彭祥林, 盧宗藩. 塿土旱地土壤硝態(tài)氮季節(jié)性變化與夏季休閑的培肥增產(chǎn)作用土壤學(xué)報(bào), 1981, 18(3): 211-222.

PENG L, PENG X L, LU Z X. NO3--N seasonal change in dryland and fertilization production role duringsummer fallow of Lou soil., 1981, 18(3):211-222. (in Chinese)

[14] 戴健, 王朝輝, 李強(qiáng), 李孟, 李富翠. 氮肥用量對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量及夏閑期土壤硝態(tài)氮變化的影響土壤學(xué)報(bào), 2013, 50(5): 956-965.

DAI J, WANG Z H, LI Q, LI M H, LI F C. Effects of nitrogen application rate on winter wheat yield and soil nitrate nitrogen during summer fallow season on dryland., 2013, 50(5): 956-965. (in Chinese)

[15] 張麗娟, 巨曉棠, 吉艷芝, 張福鎖, 彭正萍. 夏季休閑與種植對(duì)華北潮土剖面殘留硝態(tài)氮分布的影響植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(2): 312-320.

ZHANG L J, JU X T, JI Y Z, ZHANG F S, PENG Z PEffects of fallow and plant growth in summer on the movement of residual nitrate in aquic soil on North China Plain., 2010, 16(2): 312-320. (in Chinese)

[16] WANG G L, CHEN X P, CUI Z L, YUE S C, ZHANG F SEstimated reactive nitrogen losses for intensive maize production in ChinaAgriculture,, 2014, 197(0): 293-300.

[17] QUEMADA M, BARANSKI M, NOBEL-DE LANGE M N J, VALLEJO A, COOPER J MMeta-analysis of strategies to control nitrate leaching in irrigated agricultural systems and their effects on crop yield, 2013, 174(0): 1-10.

[18] HE G, WANG Z H, LI F C, DAI J, MA X L,LI Q, XUE C, CAO H B, WANG S,LIU H, LUO L C, HUANG M, MALHI S S. Soil nitrate–N residue, loss and accumulation affected by soil surface management and precipitation in a winter wheat-summer fallow system on dryland.2016, 106(1): 31-46.

[19] DAI J,WANG Z H, LI F C,HE G,WANG S,LI Q,CAO H B,LUO L C,ZAN Y L,MENG X Y,ZHANG W W,WANG R H, MALHI S S. Optimizing nitrogen input by balancing winter wheat yield and residual nitrate-N in soil in a long-term dryland field experiment in the Loess Plateau of China., 2015, 181: 32-41.

[20] 吳義城, 袁業(yè)暢, 任耀武, 張震, 馮明, 李國華. 農(nóng)業(yè)氣候影響評(píng)價(jià): 農(nóng)作物氣候年型劃分方法（GB/T 21986-2008）. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008.

WU Y C, YUAN Y C, REN Y W, ZHANG Z, FENG M, LI G H.. Beijing: Standards Press of China, 2008. (in Chinese)

[21] 高亞軍, 李云, 李生秀, 強(qiáng)秦, 曹衛(wèi)賢, 劉文國, 張建昌, 黨占平, 劉金海. 旱地小麥不同栽培條件對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊懮鷳B(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(11): 2901-2910.

GAO Y J, LI Y, LI S X, QIANG Q, CAO W X, LIU W G, ZHANG J C, DANG Z P, LIU J HEffects of different wheat cultivation methods on residual nitrate nitrogen in soil in dryland., 2005, 25(11): 2901-2910. (in Chinese)

[22] 李廷亮, 謝英荷, 洪堅(jiān)平, 劉麗萍, 孟會(huì)生, 鄧樹元, 單杰, 孫丞鴻. 追氮和壟膜溝播種植對(duì)晉南旱地冬小麥氮素利用的影響植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(6): 1300-1308.

LI T L, XIE Y H, HONG J P, LIU L P, MENG H S, DENG S Y, SHAN J, SUN C HEffects of topdressing nitrogen and plastic film mulched ridge-sowing furrow cultivation on nitrogen utilization of winter wheat on rainfed lands in Southern Shanxi., 2011, 17(6): 1300-1308. (in Chinese)

[23] FAN J, HAO M D. Accumulation of nitrate in the soil profile and its implications for the environment under dryland agriculture in northern China: A review., 2010, 429-440.

[24] 巨曉棠, 谷保靜. 我國農(nóng)田氮肥施用現(xiàn)狀、問題及趨勢(shì)植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(4): 783-795.

JU X T, GU B J.Status-quo, problem and trend of nitrogen fertilization in China., 2014, 20(4): 783-795. (in Chinese)

[25] 袁新民, 同延安, 楊學(xué)云, 李曉林, 張福鎖. 灌溉與降水對(duì)土壤 NO3--N 累積的影響水土保持學(xué)報(bào), 2000, 14(3): 71-74.

YUAN X M, T ONG Y A, YANG X Y, LI X L, ZHANG F SEffect of irrigation and precipitation on soil nitrate nitrogen accumulation., 2000, 14(3):71-74. (in Chinese)

[26] 高亞軍, 李生秀, 李世清, 田霄鴻, 王朝輝, 鄭險(xiǎn)峰, 杜建軍. 施肥與灌水對(duì)硝態(tài)氮在土壤中殘留的影響水土保持學(xué)報(bào), 2005, 19(6): 61-64.

GAO Y J, LI S X, LI S Q, TIAN X H, WANG Z H, ZHENG X F, DU J JEffect of fertilization and irrigation on residual nitrate N in soil., 2005, 19(6): 61-64. (in Chinese)

[27] 鄭成巖, 于振文, 王西芝, 武同華. 灌水量和時(shí)期對(duì)高產(chǎn)小麥氮素積累, 分配和轉(zhuǎn)運(yùn)及土壤硝態(tài)氮含量的影響植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2009, 15(6): 1324-1332.

ZHENG C Y, YU Z W, WANG X Z, WU T HEffects of irrigation amount and stage on nitrogen accumulation, distribution, translocation and soil NO3--N content in high-yield wheat., 2009, 15(6): 1324-1332. (in Chinese)

[28] 郭勝利, 吳金水, 郝明德, 黨廷輝. 長(zhǎng)期施肥對(duì) NO3--N 深層積累和土壤剖面中水分分布的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 14(1): 75-78.

GUO S L, WU J S, HAO M D, DANG T HEffect of long-term fertilization on NO3--N accumulation and moisture distribution in soil profiles., 2003, 14(1): 75-78. (in Chinese)

[29] JU X T, GAO Q, CHRISTIE P, ZHANG F SInterception of residual nitrate from a calcareous alluvial soil profile on the North China Plain by deep-rooted crops: a15N tracer study, 2007, 146(2): 534-542.

[30] 陳效民, 鄧建才, 柯用春, 張佳寶, 朱安寧. 硝態(tài)氮垂直運(yùn)移過程中的影響因素研究水土保持學(xué)報(bào), 2003, 17(2): 12-15.

CHEN X M, DENG J C, KE Y C, ZHANG J B, ZHU A NStudy on influence factors in process of nitrate vertical transport., 2003, 17(2): 12-15. (in Chinese)

[31] LIANG X Q, XU L, LI H, HE M M, QIAN Y C, LIU J, NIE Z Y, YE Y S, CHEN Y XInfluence of N fertilization rates, rainfall, and temperature on nitrate leaching from a rainfed winter wheat field in Taihu watershed, 2011, 36(9-11): 395-400.

[32] 黨廷輝, 郭勝利, 樊軍, 郝明德. 長(zhǎng)期施肥條件下黃土旱塬土壤 NO3--N 的淋溶分布規(guī)律應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 14(8): 1265-1268.

DANG T H, GUO S L, FAN J, HAO M DNO3--N leaching and distribution in soil profile in dry highland of Loess Plateau under long-term fertilization., 2003, 14(8): 1265-1268. (in Chinese)

[33] ZHOU M H, BUTTERBACH-BAHL K. Assessment of nitrate leaching loss on a yield-scaled basis from maize and wheat cropping systems, 2014, 374(1-2): 977-991.

The Relationship of NO3--N Leaching and Rainfall Types During Summer Fallow in the Loess Plateau Dryland

XIA MengJie, MA LeLe, SHI QianYun, CHEN ZhuJun, ZHOU JianBin

(College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture, Yangling 712100, Shaanxi)

【Objective】 Summer fallow after harvesting winter wheat is very common in dryland of the Loess Plateau. The residual nitrate in soil profile after wheat harvest was increased with the application of nitrogen (N) fertilizer. Whether the intensive high rainfall during summer fallow will increase NO3--N leaching loss is an important issue deserving study.【Method】Soil profile samples (0-200 cm) were taken before and after summer fallow in three consecutive years (2013 to 2015) in Changwu and Yangling; NO3--N content in soil was analyzed to evaluate the impact of different precipitations and N application rates on NO3--N leaching during summer fallow. 【Result】The NO3--N in soil profiles of Changwu was in range of 97 to 328 kg·hm-2, averaged 193 kg·hm-2. The average NO3--N content in soil profiles of 120 and 240 kg N·hm-2treatments in Yangling was 156 and 366 kg·hm-2, respectively, indicating that NO3--N accumulation in soil was increased with N fertilizer rate. There was significant relationship between NO3--N leaching and rainfall during summer fallow. When rainfall was high (296 mm, abundant rainfall) in 2013 in Changwu, NO3--N accumulation peak leached below 80 cm soil depth from 40-60 cm after summer fallow, indicating strong nitrate leaching. But NO3--N peak didn’t change after summer fallow in 2014 due to the low rainfall (157 mm, deficit rainfall). The rainfall was normal in 2015 (200 mm), so slight nitrate leaching occurred in 0-100 cm soil profile after summer fallow. Soil nitrate has already leached to 100-200 cm soil profile after summer fallow in 2013 and the accumulation increment was 2.5 times than 0-100 cm soil profile due to high rainfall; but in 2014 soil nitrate accumulation increment was mainly in 0-100 cm soil profile. When rainfall in 2013 was low (only 220 mm, deficit rainfall) in Yangling, NO3--N was found slightly move upward of two N applied treatments. It was deficit rainfall but the rainfall increased to 288 mm in 2015, then nitrate leaching occurred through a 20-40 cm thick soil layer in 0-100 cm soil profile after summer fallow. While rainfall was 346 mm (normal rainfall) in 2014, nitrate peaks of 120 kg N·hm-2and 240kg N·hm-2treatments was leached down to 140-160 cm in depth, through a 60-80 cm thick soil layer. Compared with the beginning of summer fallow, soil nitrate accumulation increment was mainly in 0-100 cm soil layer in 2013 due to deficit rainfall. While in 2014, a massive of soil nitrate of N applied treatments leached down to 100-200 cm due to high rainfall, especially under 240 kg·hm-2N applied treatment. 【Conclusion】NO3--N accumulation content in 0-200 cm soil profile of Loess Plateau dryland after wheat harvest was high. Rainfall was the key factor affects NO3--N leaching; and high rainfall during summer fallow increased NO3--N leaching. When abundant rainfall occured during summer fallow in Changwu, there was high leaching risk; while in Yangling high leaching risk would occur under normal rainfall.

dryland; summer fallow; rainfall; N application; nitrate leaching; Loess Plateau

（責(zé)任編輯 李云霞）

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.011

2017-06-27；

2017-10-31

國家自然科學(xué)基金（31372137）

夏夢(mèng)潔，E-mail：xmj629@126.com。

周建斌，E-mail：jbzhou@nwsuaf.edu.cn