不同灌水和施氮處理對燕麥產(chǎn)量、耗水特性和土壤鹽分的影響

邵志遠，蔣靜，張毅，張超波

不同灌水和施氮處理對燕麥產(chǎn)量、耗水特性和土壤鹽分的影響

邵志遠1，蔣靜1*，張毅2，張超波1

（1.太原理工大學，太原 030024；2.侯馬市鳳城鄉(xiāng)人民政府，山西 臨汾 041000）

【目的】揭示鹽堿地區(qū)不同灌水和施氮處理對燕麥耗水特性、產(chǎn)量及土壤鹽分的影響?！痉椒ā恳詨屋?8號裸燕麥為研究對象，開展盆栽試驗，試驗設W1（120%）和W2（100%）2個灌水水平，N0（0）、N1（70 kg/hm2）、N2（140 kg/hm2）、N3（210 kg/hm2）4個施氮水平，探究不同灌水和施氮處理下的燕麥產(chǎn)量、耗水特性和土壤鹽分的響應?！窘Y果】W1灌水水平與N2施氮水平可顯著（<0.05）提高燕麥的耗水量與產(chǎn)量，同時水分利用效率隨之增大。增施氮肥會導致土壤鹽分增加；W1灌水水平更有利于淋洗土壤中的鹽分，降低土壤鹽分累積風險。N2處理的氮肥農學利用效率和燕麥產(chǎn)量最大，分別為2.9 kg/kg和1 079.0 kg/hm2。【結論】灌水量和施氮量為120%和140 kg/hm2時，土壤含水率和電導率分別保持在22.02%～23.39%和2.24～3.03 dS/m，既能提高水氮利用效率，又能取得較佳的燕麥產(chǎn)量。

水氮調控；燕麥；耗水特性；產(chǎn)量；土壤鹽分

0 引言

【研究意義】全球鹽堿土面積約9.55億hm2，約占陸地總面積的10%[1]。鹽堿土的含鹽量遠高于正常土壤，使得土壤溶液的水勢降低，土壤滲透壓提高，導致作物根系吸水困難，抑制作物正常生長，甚至會導致作物脫水死亡[2]。因此，優(yōu)化鹽堿地區(qū)作物生產(chǎn)的水氮管理模式，提高土壤鹽漬化條件下燕麥產(chǎn)量及水氮利用效率，對鹽堿地區(qū)作物生產(chǎn)至關重要?！狙芯窟M展】灌水和施肥是農業(yè)生產(chǎn)過程中較易控制的2個因素，目前有眾多研究成果已證實，合理的灌水和施肥模式對提高作物產(chǎn)量和防止土壤鹽漬化將起到極其重要的作用[3-5]。研究表明，隨施氮量的增加，小麥籽粒產(chǎn)量先升后降，施用適量氮肥能促進小麥生長并提高其產(chǎn)量[6]，同時灌水量過高或過低也會對小麥生長及產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響[7]。劉青林等[8]研究表明，植株耗水強度隨灌水量的增加而增加，但施氮對植株耗水強度的影響不顯著。李武超等[9]通過冬小麥水氮耦合試驗指出，耗水量存在隨土壤含水率和施氮量的增加而增大的趨勢；減少灌水量與氮肥施用量能有效降低水分消耗，提高水分利用效率。土壤鹽分隨施氮量的增加而顯著增加[10]；張明杰[11]研究表明，在輕度鹽堿條件下，適量增加灌水量和增施氮肥可以達到降低土壤鹽分且提高小麥產(chǎn)量的目的。【切入點】國內外學者針對施肥、灌水管理和作物水分利用效率等方面做了大量研究[12-14]。但在鹽漬化條件下不同灌水量和施氮量對作物階段性耗水、產(chǎn)量和土壤鹽分的影響機制有待進一步研究。【擬解決的關鍵問題】鑒于此，本研究擬通過盆栽試驗，研究不同水氮調控方案對鹽漬化土壤的鹽分變化和燕麥產(chǎn)量及耗水的影響，以尋找土壤鹽漬化條件下燕麥種植較優(yōu)的水氮耦合模式。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2019年4—8月在太原理工大學試驗基地（112°50′E、39°20′N）進行，試驗地海拔785 m，年均降水量為459 mm[15]，生育期平均氣溫為22.4 ℃，最高氣溫為34.2 ℃，平均相對濕度為49.9%，試驗期間日最高氣溫為27.4 ℃。試驗區(qū)內土壤為砂壤土，0～40 cm土層的土壤體積質量為1.40 g/cm3，含鹽量為1.982～2.341 g/kg，田間持水率為32%（體積含水率）。各土層的土壤粒徑組成和基本理化參數(shù)如表1所示。

表1 土壤粒徑組成和基本理化參數(shù)

1.2 試驗設計

以燕麥為研究對象，選育品種為壩莜18號。灌水量設置2個水平：W1（120%）和W2（100%），灌水下限為田間持水率的60%，每3～5 d灌水1次，試驗設置遮雨棚以防止自然降雨的影響。氮肥施用量（尿素，純N≥46.6%）設置4個水平，分別為：N0（0）、N1（70 kg/hm2）、N2（140 kg/hm2）、N3（210 kg/hm2）。各處理磷肥P2O5（純P≥43.6%）和鉀肥K2O（純K≥82.9%）施用量一致，分別為160 kg/hm2和120 kg/hm2，所有肥料均作為底肥一次性施入。

采用盆栽試驗，盆直徑為20 cm，高為40 cm，底部填有5 cm反濾層。土樣過5 mm篩，每盆分層填入13.2 kg干土，裝土過程中，土壤體積質量控制在1.40 g/cm3，播種前先將盆內土壤灌水至土壤飽和。各處理采用隨機區(qū)組排列方式，每個處理重復4次。燕麥于2019年4月23日播種，于2019年8月3日收獲，生育期共99 d，生育期劃分如表2所示。

表2 燕麥生育期劃分

1.3 測定指標與方法

1.3.1燕麥產(chǎn)量及其構成要素的測定

在燕麥收獲期取樣，從莖基部與地上部分離，去除植株表面污垢將各器官分為莖、葉、穗，放入烘箱，在105 ℃條件下殺青2 h，且在75 ℃條件下烘干至恒質量，測定各處理的燕麥小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質量。燕麥各器官經(jīng)烘干處理后的質量總和記為地上部分干物質量；燕麥的籽粒產(chǎn)量按30.24%邊行優(yōu)勢指數(shù)折算。

1.3.2土壤鹽分的測定

每次取土后，將土樣風干后過1 mm篩，按1∶5的土水質量比制成土壤浸提液，充分振蕩、過濾后，利用SG-3型（SG-ELK742，Mettler-Toledo International Inc，Switzerland）電導儀測定土壤電導率。

1.3.3燕麥耗水特性的測定

耗水量（，L）通過水量平衡法計算：

式中：和+1分別為第次和+1次灌水前盆、土及植株的總質量，利用精度為0.1 g的電子天平在每次灌水前進行測定（g）；為灌水量（L）；為滲漏量（L）；為水的密度（1 000 g/L），滲漏水采用安放在桶底部的廣口瓶收集[16]。

1.3.4燕麥水氮利用效率的計算

式中：為氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）；為氮肥農學利用效率（kg/kg）；N和0分別表示施氮區(qū)和不施氮區(qū)的產(chǎn)量（kg/hm2）；N為施氮區(qū)的實際施氮量（kg/hm2）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 各處理下的燕麥產(chǎn)量分析

由表3可知，W1灌水處理的產(chǎn)量、地上部干物質量及小穗數(shù)在N0、N2和N3施氮水平下均高于W2灌水處理。相同灌水水平下，施氮量對小穗數(shù)、穗粒數(shù)、地上部干物質量和籽粒產(chǎn)量均有顯著影響（＜0.05），施氮量超過140kg/hm2后，產(chǎn)量反而下降，其中W1N2處理的籽粒產(chǎn)量最高，為1 079.0kg/hm2。與不施氮條件（N0）相比，N1、N2處理和N3處理的籽粒產(chǎn)量在W1條件下分別提高14.5%、59.0%和41.3%，在W2條件下分別提高24.6%、34.5%和27.0%，而N2處理和N3處理之間的差異均不顯著（＞0.05）?？梢姡}漬土條件下施用氮肥可顯著提高燕麥產(chǎn)量，但施氮量超過140kg/hm2后反而會導致產(chǎn)量下降。

表3 各處理燕麥產(chǎn)量及其構成因素

注 同列中不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05），下同。

2.2 各處理下的燕麥耗水特性與水氮利用效率分析

由表4可知，燕麥全生育期耗水量隨灌水量的增加而增大。W1灌水條件下，N1、N2處理和N3處理的全生育期耗水量比N0處理分別增加了7.4%、17.5%和13.6%；W2灌水條件下，N1、N2處理和N3處理的全生育期耗水量比N0處理分別增加了11.1%、25.2%和16.2%?？梢?，N2施肥處理最有助于燕麥對水分的吸收。燕麥抽穗期對水分的依賴程度最大，占全生育期耗水量的比例達24.4%～26.9%，分蘗期和拔節(jié)期分別達到了19.0%～22.7%和21.5%～22.4%。同一施氮水平下，W1處理的耗水量比W2處理高9.6%～16.9%。

提高灌水量可以提高氮肥偏生產(chǎn)力（）和氮肥農學利用效率（），促進植株對氮肥的吸收利用，但同時也增大了燕麥的耗水量，使得水分利用效率（）沒有明顯規(guī)律。W1條件下，N2處理和N3處理的比N1顯著提高26.3%和17.5%（＜0.05），但N3處理相比N2處理的略有降低。W2條件下，施氮處理的顯著高于不施氮處理（＜0.05），N2處理和N3處理比N1處理分別減少4.3%和2.1%。可見，鹽漬化條件下施氮量控制在140 kg/hm2且適當減少灌水量有助于提高，過高的施氮量對無顯著提升作用。相同灌水水平下，N2處理的和均顯著高于N3處理（＜0.05）；同一施氮水平下，增加灌水量會提高。

表4 不同處理的燕麥各生育階段耗水量和水氮利用效率

注 同列中不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05），下同。

2.3 各處理下的土壤鹽分及含水率分析

由表5可知，土壤電導率在苗期、拔節(jié)期和灌漿期隨施氮水平的增大而增大，其中W2N3處理在苗期的最高。W1灌水水平下，N1處理和N2處理在苗期的差異不顯著（＞0.05），但在成熟期，N2處理的顯著低于N1處理（＜0.05）。說明適量增施氮肥可以有效降低成熟期的土壤鹽分。

W1條件下，除N2處理拔節(jié)期外，其余處理各生育期土壤含水率差異不顯著（＞0.05），N2處理的土壤含水率在苗期、拔節(jié)期和灌漿期均最小。W2條件下，N2處理的土壤含水率在苗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期均低于N1處理；N3處理在苗期、拔節(jié)期和成熟期的土壤含水率略低于N2處理，但在灌漿期增大了0.99%。說明鹽漬化土壤上施用適量氮肥能促進作物吸收水分，但水分條件不同，促進作用有所差異。

表5 不同處理的燕麥各生育階段土壤電導率和土壤含水率

注 同列中不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。

3 討 論

施氮和灌水是作物生產(chǎn)中2個重要的因素，合理的灌水和施用氮肥有利于作物吸收、轉化、生長并積累干物質，從而提高作物的產(chǎn)量。作物產(chǎn)量是農田管理水平和土壤生產(chǎn)力的綜合反映，也是農業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要評價指標。本研究中，同一施氮水平下，籽粒產(chǎn)量隨著灌水量的增大而提高。2種灌水處理的產(chǎn)量均在N2施氮水平下達到最高，其中W1N2處理產(chǎn)量最高，W1N3處理產(chǎn)量次之，其后為W2N2處理，但三者并無顯著差異，表明灌水充足時過多施用氮肥一定程度上會削減作物產(chǎn)量，適量的灌水和施氮有助于增加作物產(chǎn)量，同時增施氮肥可以補償由于灌水不足而影響的部分產(chǎn)量，與相關研究結果相似[17-18]。李振松等[19]研究表明灌水定額為264 mm、施氮量為100 kg/hm2有利于科爾沁地區(qū)的燕麥生產(chǎn)；而田永雷等[20]認為當?shù)匮帑溩罴咽┑繛?10 kg/hm2；馮學福等[21]研究認為，施氮量150 kg/hm2、灌溉定額為337.5 mm是西北綠洲種植燕麥較佳水氮管理模式。本研究施氮量為140kg/hm2，灌水量為719.4～831.2 mm時，可以取得較高的產(chǎn)量，該結果與以上研究結果相比偏高，原因可能是土壤類型差異較大，本研究為鹽漬化土壤，需要大量水分進行淋洗，另一方面本試驗采用盆栽試驗并設有遮雨棚，導致地下水、周圍土壤水和降雨無法進行補給。

研究發(fā)現(xiàn)，耗水量和產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增大，但水分利用效率會降低[22-23]。本研究表明，同一施氮水平下，階段耗水量隨灌水量增大而顯著增加，從播種到成熟，燕麥階段性耗水量先增大后減小，抽穗—灌漿期為最大耗水期。此外有研究指出，燕麥在抽穗—灌漿期耗水量最大，占總耗水量比例達40%[21]，與本研究結果相近。李武超等[9]通過盆栽冬小麥水氮耦合的研究表明，耗水量隨土壤含水率和施氮量的增加而增大；拔節(jié)—成熟期，低灌水量處理的耗水量顯著低于高灌水量處理的耗水量（＜0.05），減少灌水量與施氮量能有效減少水分消耗，提高水分利用效率。本研究中，同一施氮水平下，燕麥水分利用效率隨著灌水量增大而降低；同一灌溉水平下，則隨施氮量增大有所增加；其中W1N2處理水分利用效率最高，W2N1處理次之。灌水和施氮對土壤鹽分的影響較大，含鹽量越大，對燕麥生長發(fā)育脅迫作用也越強，結合已有研究結果，土壤含鹽量沒有超過燕麥的耐鹽閾值[24-25]。本研究表明，增大灌水量和減少施氮量能降低土壤鹽分量，為作物生長提供更優(yōu)的根土環(huán)境，同時可以提高產(chǎn)量及其構成因素。通過對比2種灌水水平下土壤鹽分量的變化量可知，W1灌水條件下更能有效淋洗土壤鹽分，從而降低土壤鹽分量，其中W1N2處理的鹽分量低于其他施氮處理，這可能是產(chǎn)量高于其他處理的原因之一，并且含水率保持在22.02%～23.39%（田間持水率的68.81%～73.09%）。Zhang等[26]研究得出0～60 cm土壤含水率為田間持水率的50%～60%、65%～70%時，作物籽粒產(chǎn)量最高，這與本研究結果相近。本試驗具有一定的局限性，還需結合大田試驗進一步研究水氮對燕麥生長及產(chǎn)量的耦合效應及其機制。

4 結 論

1）燕麥產(chǎn)量和耗水量隨施氮量的增大而增大，施氮量為140 kg/hm2時更有助于植株對水分的吸收，其中各處理抽穗期耗水量占全生育期耗水量比例最高，達24.4%～26.9%。

2）鹽漬化條件下，當施氮量為140 kg/hm2、灌水量為120%時，燕麥產(chǎn)量最高，為1 079.0 kg/hm2，且水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力達到最大，氮肥農學利用效率處于相對較高的水平；同時可以有效降低土壤鹽分水平，使土壤含水率和電導率分別保持在22.02%～23.39%、2.24～3.03 dS/m，為燕麥植株提供一個較優(yōu)的根土環(huán)境。

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The Combined Effect of Irrigation and Nitrogen Application on Yield,Water Consumption of Oat and Soil Salinity

SHAO Zhiyuan1, JIANG Jing1*, ZHANG Yi2, ZHANG Chaobo1

(1. Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China; 2. Houma cityFengcheng Township People’s Government, Linfen 041000, China)

【Objective】 Irrigation and fertilization are essential to safeguarding crop yields, but they have detrimental impacts on the environment and could result in soil salinization. The objective of this paper is to study the effects of different combinations of irrigation and nitrogen application on water consumption, yield of oat , as well as soil salinity.【Method】The experiment was conducted in pots repacked with soil taken from a saline-alkali area, with the Bayou No.18 cultivar used as the model plant. The experiment consisted of two irrigation amounts: 120% (W1) and 100% (W2) of the evapotranspiration, and four nitrogen applications: 0 (N0), 70 kg/hm2(N1), 140 kg/hm2(N2), and 210 kg/hm2(N3). In each treatment, we measured the yield, water consumption of the oat, as well soil salinity of each pot. 【Result】W1 and N2 significantly (<0.05) increased water consumption, oat yield, and water use efficiency. Increasing nitrogen application led to an increase in soil salinity. W1 was more effective in leaching salt and reducing salt content in the root zone. The agronomic use efficiency and yield of nitrogen fertilizer were the highest in N2, reaching 2.9 kg/kg and 1 079.0 kg/hm2, respectively.【Conclusion】Irrigating 120% ofcombined with 140 kg/hm2of nitrogen fertilization can maintain soil water content and electrical conductivity at 22.02%～23.39% and 2.24～3.03 dS/m, respectively. They improved the use efficiency of irrigation water and the nitrogen fertilizer, thereby increasing the oat yield.

water-nitrogen coupling; oat; water consumption; yield;soil salinity

1672 -3317（2022）05 - 0084 - 06

S166

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021577

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SHAO Zhiyuan, JIANG Jing, ZHANG Yi, et al. The Combined Effect of Irrigation and Nitrogen Application on Yield, Water Consumption of Oat and Soil Salinity[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(5): 84-89.

2021-11-22

山西省土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源重點實驗室開放課題（2019001）；山西省基礎研究計劃項目（201901D211101）

邵志遠（1998-），男，寧夏石嘴山人。碩士研究生，主要從事土壤水氮鹽運移等方面的研究。E-mail: 2451826373@qq.com

蔣靜（1984-），女，山東棗莊人。副教授，主要從事節(jié)水灌溉、水土資源與環(huán)境方面的研究。E-mail: jiangjing@tyut.edu.cn

責任編輯：韓 洋