控氮對黃壤坡耕地小麥-玉米輪作土壤氮素分布特征的影響

胡 崗，劉桂華，范成五，張邦喜，敖 明，柴冠群，秦 松*

(1.貴州省土壤肥料研究所/貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境工程研究中心，貴州 貴陽 550006；2.農(nóng)業(yè)部(貴州)耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測站，貴州 貴陽 550006)

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)在貴州省中部的花溪區(qū)湖潮鄉(xiāng)，東經(jīng)106°31′，北緯26°26′，典型中亞熱帶東部濕潤季風氣候區(qū)，年均溫14.9 ℃，年均降雨量1100～1200 mm，主要降雨集中于4-10月。屬典型南方丘陵黃壤坡耕地，坡度15°，由第四紀紅色粘土發(fā)育的黃粘泥土，其剖面構型為A-B1-B2-C，在50～80 cm上層出現(xiàn)鐵盤層，質地重壤，肥力中等，小塊狀結構，土壤呈微酸性。土壤的基本理化性狀見表1。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為黔單21，小麥品種為黔麥18。氮肥為尿素(46 %)，磷肥為普鈣(12 %)，鉀肥為硫酸鉀(60 %)。

1.3 試驗設計

根據(jù)資料調研、專家推薦黔中地區(qū)的施肥量設定優(yōu)化施肥方案，共設6個處理：空白對照(CK)、優(yōu)化減氮25 %(OPT-N)、優(yōu)化施肥(OPT)、優(yōu)化增氮125 %(OPT+N1)、優(yōu)化增氮150 %(OPT+N2)、優(yōu)化增氮200 %(OPT+N3)。磷(P2O5)、鉀(K2O)肥用量均為120 kg/gm2。施肥方案見表2。3次重復，隨機區(qū)組排列。小區(qū)面積31.5 m2(9 m×3.5 m)。玉米、小麥氮肥分別分3次施，其比例分別為2∶3∶5和4∶2∶4；磷鉀肥均作基肥一次性施用(表2)。

1.4 試驗方法

冬小麥于前一年10月撒施播種，次年5月中旬收獲，其中40 %的氮肥和100 %磷鉀肥作底肥撒施，分蘗期追施氮肥20 %，返青期追施氮肥40 %；夏玉米于6月穴施播種，10月收獲，其中20 %的氮肥和100 %磷鉀肥作為底肥穴施，拔節(jié)期追施氮肥30 %，大喇叭口期追施氮肥50 %，其他田間管理措施均一致。

表1 供試土壤理化性質

表2 各處理冬小麥-夏玉米NPK施肥總量

2 結果與分析

2.1 控氮水平對小麥-玉米輪作土壤-N分布的影響

2.2 控氮水平對小麥-玉米輪作土壤-N分布的影響

圖1 不同施氮水平下小麥-玉米輪作土壤0～100 cm的-N含量Fig.-N content in 0-100 cm layer of wheat-maize rotated soil with various nitrogen application levels

圖2 不同施氮水平下小麥-玉米輪作土壤0～100 cm的-N含量Fig.-N content in 0-100 cm layer of wheat-maize rotated soil with various nitrogen application levels

2.3 控氮水平對小麥-玉米輪作土壤可溶性總氮分布的影響

不同的氮肥水平對小麥-玉米輪作模式下0～100 cm土體的可溶性總氮累積量有顯著差異，且都隨著土層深度加深可溶性氮含量逐漸下降。兩作物收獲后，各施氮處理的土壤可溶性氮累積量均顯著大于CK，且均以OPT+N3處理最高，OPT+N2處理次之(圖3)?？傮w來看，土壤可溶性氮累積量小麥季顯著大于玉米季，原因可能是玉米季(5-10月)降雨較多，從而導致大量可溶性氮流失。小麥收獲后，CK處理的土壤可溶性氮累積量下降了46.45 %；在各施氮處理中，除OPT-N處理的土壤可溶性總氮累積量略有降低外，其余4個處理的土壤可溶性總氮累積量均明顯增加，OPT、OPT+N1、OPT+N2和OPT+N3處理較基礎土壤可溶性總氮的累積量增幅分別為59 %、143 %、144 %和172 %。玉米收獲后，優(yōu)化施氮和優(yōu)化減氮處理(OPT和OPT-N)的可溶性氮累積量均顯著小于3個優(yōu)化加氮處理(OPT+N1、OPT+N2和OPT+N3)，其中OPT和OPT-N處理的土壤可溶性氮累積量較OPT+N1處理分別減少了33.39 %和65.47 %；較OPT+N2處理分別減少了47.10 %和72.58 %。減量施氮可有效減少可溶性氮在土壤中的累積量；過量施氮不僅增加了可溶性氮的累積量，同時也增加了可溶性氮向下淋溶的風險。

2.4 控氮水平對小麥/玉米產(chǎn)量的影響

由圖4可知，不同施氮處理均能夠極顯著提高作物產(chǎn)量，冬小麥、玉米的產(chǎn)量各處理均顯著大于CK，平均增產(chǎn)率分別為29.04 %和17.55 %。其中，冬小麥產(chǎn)量以OPT+N1處理最高，為1401 kg/hm2；夏玉米以OPT處理的產(chǎn)量最高，為4036 kg/hm2。小麥季各處理隨施氮量的增加產(chǎn)量呈先增后降趨勢，其中在合理配比磷鉀肥情況下，產(chǎn)量OPT+N1處理最高，分別較CK、OPT-N、OPT、OPT+N2和OPT+N3處理增產(chǎn)24.72 %、0.32 %、7.40 %、10.09 %和22.00 %；玉米季與冬小麥季籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)一致的規(guī)律，僅OPT-N與OPT處理差異不顯著，其他處理間差異顯著。且OPT-N處理平均產(chǎn)量較CK、OPT+N1、OPT+N2和OPT+N3處理分別增產(chǎn)24.48 %、7.10 %、9.71 %和21.74 %。表明冬小麥和夏玉米籽粒產(chǎn)量在適宜施氮量可增加產(chǎn)量，施氮量過高或過低時作物產(chǎn)量降低。

圖3 不同控氮水平對小麥-玉米輪作土壤0～100 cm可溶性總氮含量的影響Fig.3 Soluble total nitrogen content in 0-100 cm layer of wheat-maize rotated soil with various nitrogen application levels

不同小寫字母表示不同施氮量間小麥/玉米產(chǎn)量差異達顯著水平Different lowercase letters indicate significant difference of wheat/maize yields among treatments with various nitrogen application level圖4 控氮水平下小麥/玉米的產(chǎn)量Fig.4 Wheat/maize yield with controlled nitrogen application level

3 討 論

施肥均能提高土壤各硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和可溶性氮含量及其累積量。已有研究表明，硝態(tài)氮含量隨施氮量的增加而增加，長期高施氮量處理的硝態(tài)氮在土壤深層的含量及累積量明顯增加[19-21]。氮素不能被當季作物吸收利用而殘留、累積在0～40 cm土壤中，及易隨土壤水向下遷移。楊學云等[10,22-23]研究表明，土壤中氮素的遷移規(guī)律，不僅氮肥用量能夠對硝態(tài)氮向深層移動具有顯著影響，且高肥處理與其他有機肥配施比低氮肥處理，硝態(tài)氮明顯向下層土體中移動，主要累積在0～100 cm土層內(nèi)。張麗娟等[24]研究潮土區(qū)作物氮素利用狀況表明，后茬作物土壤硝態(tài)氮的利用與前茬作物吸收、土壤剖面硝態(tài)氮的運移及殘留密切相關。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤氮素含量與施肥、降雨等具有密切相關性。本研究中，過量施用氮肥，能明顯增加土壤硝態(tài)氮大量累積，從而增加氮素流失的潛在風險。玉米季硝態(tài)氮流失量大于小麥季，可能與當?shù)氐慕邓畯姸取⒔涤炅坑袠O大的關系，也可能與前后茬作物吸收量有關[25]。段文學等[26]研究認為，小麥各生育期氮素吸收量增加隨施氮量的增加呈先增后降趨勢，但土壤硝態(tài)氮含量顯著增加。本研究結果表明土壤硝態(tài)氮主要集中在0～40 cm，占總硝態(tài)氮含量的37.3 %～55.1 %。

銨態(tài)氮進入土壤后大部分被吸附在土壤顆粒中，只有當施氮量較大時，土壤銨態(tài)氮的吸附量達到飽和后，銨態(tài)氮在大量滲流作用下發(fā)生少量淋失，因此，土壤銨態(tài)氮的淋失過程是相對緩慢的過程[23]。林清火等[13]研究認為，在0～20 cm土層內(nèi)銨態(tài)氮含量無明顯變化，而隨土層的增加呈近直線增加。本研究小麥季銨態(tài)氮基本不變，玉米季銨態(tài)氮波動比較大，可能與施肥量、降雨有極大關系。

施肥量對土壤可溶性總氮有顯著的影響，并且隨著施氮量的增加，可溶性總氮主要集中在表層土壤0～40 cm，無論小麥、玉米季可溶性氮隨著土壤深度呈遞減趨勢?？扇苄钥偟梢灾苯踊蚪?jīng)過轉化后被作物吸收利用，但移動性相對較強，可隨水分移動而發(fā)生徑流或淋溶，導致可溶性總氮流失?？赡芘c當季作物有關，尤其是作物根系對可溶性氮分布的影響，也可能降雨也會影響可溶性氮含量的變化。本研究結果表明：土壤可溶性氮含量較大占氮素65.5 %～74.5 %，且主要集中在0～40 cm土壤中，可能原因是不同作物根系的吸收作用對可溶性氮的遷移及分布有明顯作用[27]。

4 結 論