暗管排水條件下黃豆干物質(zhì)分配特征及氮磷利用研究

何軍 廖薇 張宇航 鐘盛建 王平章 賀天忠 馬煜 胡小梅 鄭傳飛

摘要 為探究暗管排水對黃豆干物質(zhì)、氮磷分配及產(chǎn)量的影響機(jī)理，2020年在湖北省漳河灌區(qū)開展了自由排水（FD，埋深1.2 m）、定水位控制排水（FL，埋深0.6 m）、變水位控制排水（CL，埋深0.4～0.8 m）3種處理黃豆種植小區(qū)試驗(yàn)。結(jié)果表明：FL處理干物質(zhì)積累總量比FD和CL處理分別高6.81%和4.07%，其果的干物質(zhì)積累百分比分別比FD和CL處理高4.05和5.40百分點(diǎn)。FL處理的黃豆產(chǎn)量最高，達(dá)2 353.6 kg/hm2，比FD和CL處理分別高19.4%和21.2%?？刂婆潘畻l件會促進(jìn)黃豆莖、梢以及果的干物質(zhì)積累，尤其是暗管定水位控制排水處理對果實(shí)干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用明顯。FL處理植株總吸氮量比FD和CL處理分別高17.5%和11.3%，F(xiàn)L處理的總吸磷量分別比FD和CL處理高22.02%和32.34%。暗管定水位控制排水處理能提高植株的氮、磷肥吸收利用效率，從而提高黃豆產(chǎn)量，值得進(jìn)一步推廣。

關(guān)鍵詞 暗管控制排水;黃豆;干物質(zhì);產(chǎn)量;氮磷利用

中圖分類號 S 274? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）12-0174-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.045

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Study on Dry Matter Distribution Characteristics and Utilization of Nitrogen and Phosphorus in Soybean under Molepipe Drainage Conditions

HE Jun1，2，LIAO Wei1，ZHANG Yu-hang1 et al

（1. College of Hydraulic & Environmental Engineering， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002; 2.Engineering Research Center of Eco-environment in Three Gorges Reservoir Region， Ministry of Education， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002）

Abstract In order to explore the impact mechanism of molepipe drainage on the dry matter， nitrogen and phosphorus distribution and yield of soybean，? plot experiment of soybean planting was conducted in Zhanghe Irrigation District of Hubei Province in 2020 under three treatments of free drainage （FD， buried depth of 1.2 m）， fixed water-level drainage（FL， buried depth of 0.6 m），changeable water-level drainage （CL， buried depth of 0.4-0.8 m） .The? results showed that the total dry matter accumulation of FL treatment increased than FD and CL treatments by 6.81% and 4.07% respectively， and its dry matter proportion of fruit increased than FD and CL treatments by 4.05 and 5.40 percent points respectively. The soybean yield under FL treatment was the highest（2 353.6 kg/hm2）， which increased than FD and CL treatments by 19.4% and 21.2% respectively. The controlled drainage conditions could promote the dry matter accumulationof soybean stems， shoots and fruits. Especially， molepipe? fixed water-level drainage treatment had a significant effect on promoting the dry matter accumulation of soybean fruits. Plant nitrogen accumulation under FL treatment was 17.5% and 11.3% higher than that under FD and CL treatments， and phosphorus accumulation under FL treatment was 22.02% and 32.34% higher than that under FD and CL treatments respectively.The molepipe fixed water-level drainage treatment could improve the? absorption and utilization efficiency of nitrogen and phosphorus in soybean plants， thereby the yield of soybean was improved，so it was worthy of promotion.25FB63B6-81EB-4095-B60D-3DCA18B812D1

Key words Molepipe controlled drainage;Soybean;Dry matter;Yield;Nitrogen and phosphorus utilization

暗管排水技術(shù)是將具有滲水功能的管道埋置于地下適當(dāng)位置，用于控制地下水位、調(diào)節(jié)土壤水分、改善土壤理化性狀，從而達(dá)到促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)的一項(xiàng)技術(shù)措施[1-2]。20世紀(jì)以來，暗管排水技術(shù)受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。Chun等[3]研究表明暗管排水能有效緩解稻田種植芝麻的漬害，提高芝麻產(chǎn)量，提高芝麻的木質(zhì)素含量。袁念念等[4]研究表明暗管排水條件下的氮素流失要比自由排水條件下的氮素流失少，它能提高作物的產(chǎn)量和肥料的利用率。江陵杰等[5]認(rèn)為暗管排水可以有效增加稻田氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收。當(dāng)前研究大多側(cè)重于改善農(nóng)田地下水位，調(diào)節(jié)土壤鹽分含量，且研究對象主要為水稻[5-6]、小麥[7]、棉花[8-9]等。目前暗管排水條件下黃豆干物質(zhì)分配及氮、磷吸收利用研究少見報道。筆者選取我國南方典型農(nóng)作區(qū)湖北省漳河灌區(qū)開展試驗(yàn)，以代表性旱作黃豆為研究對象，在不同深度暗管排水條件下采集黃熟期植株樣品、測產(chǎn)，并分析氮、磷的吸收與分配，以期為南方黃豆暗管控制排水模式的優(yōu)化提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年黃豆生育期（5—9月）在湖北省漳河灌區(qū)內(nèi)的湖北省灌溉試驗(yàn)中心站（112°05′16″E，30°54′15″N）開展。該區(qū)域位于湖北省中部，地形起伏不定，山區(qū)、丘陵、平原、湖區(qū)等地形兼具;四季分明，常年氣候溫暖，年無霜期260 d;年平均氣溫16.0 ℃，月平均最高氣溫27.7 ℃，月平均最低氣溫3.9 ℃，年降雨量700～1 100 mm，多年平均降雨量947 mm，年平均蒸發(fā)量（20 cm蒸發(fā)皿）1 300～1 800 mm。該區(qū)域?yàn)榈湫偷哪戏角鹆甑貛夂?，是我國重要的棉糧生產(chǎn)基地[10]。該區(qū)域的耕層土壤以黃棕壤為主，質(zhì)地黏重，有機(jī)質(zhì)含量相對較低，pH為6.8～7.2（水土比1∶1），土壤孔隙率為45.5%，容重為1.33～1.44 g/cm3。供試黃豆品種為中黃36，在當(dāng)季當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣種植。

試驗(yàn)采用小區(qū)種植，小區(qū)面積為6.0 m×12.5 m，于2020年5月27日播種，2020年9月24日收割，行距50 ㎝、株距30 cm。設(shè)計(jì)3種暗管排水處理，分別為自由排水（free drainage，F(xiàn)D）、定水位控制排水（fixed level，F(xiàn)L）和變水位控制排水（changeable level，CL），其中自由排水為傳統(tǒng)排水技術(shù)，即控制水位（即埋深）為1.2 m;定水位控制排水處理的控制水位（即埋深）為0.6 m;變水位控制排水處理的控制水位考慮到作物根系隨生育期的生長變化及其對地下水位的要求設(shè)定不同，各處理不同生育期地下水位控制變化如表1所示。每個處理重復(fù)3次，并隨機(jī)布置到9個試驗(yàn)小區(qū)。參考當(dāng)?shù)厝毫?xí)模式，肥料采用N∶P2O5∶K2O=14∶16∶15的復(fù)合肥，施用量750 kg/hm2，一次性作底肥施入耕作層。

每個小區(qū)沿長邊在深1.2 m處居中埋設(shè)直徑50 mm的PVC排水暗管（含外包料），在排水管出口處安裝水位調(diào)控裝置，如圖1所示。為防止各小區(qū)間發(fā)生水分交換，小區(qū)四周設(shè)置2.0 m深的磚混結(jié)構(gòu)防水墻進(jìn)行隔離。

1.2 植株樣品采集分析

根據(jù)灌溉試驗(yàn)規(guī)范[11]，黃豆鼓粒成熟后在每個小區(qū)取1 m2內(nèi)的黃豆植株，將莖、梢、葉、果分開，置于烘箱中經(jīng)105 ℃殺青0.5 h，再置于80 ℃下烘干至恒重后稱重。待全部收獲后風(fēng)干脫粒進(jìn)行稱重。將整個成熟植株莖、梢、葉、果碾磨后過0.15 mm篩，采用H2SO4-H2O2法進(jìn)行植株全氮、全磷含量分析。植株全磷（TP）含量測定參考《植株全磷含量測定鉬銻抗比色法》（NY/T 2421—2013），全氮（TN）含量測定參考《植株全氮含量測定自動定氮儀法》（NY/T 2419—2013）。試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃豆生育期內(nèi)的平均氣溫和降雨量分析

圖2為黃豆生育期內(nèi)的平均氣溫和降雨量的變化趨勢（氣象數(shù)據(jù)來源于湖北省灌溉試驗(yàn)中心站氣象觀測園）。在黃豆整個生育期內(nèi)，最大降雨量出現(xiàn)在6月27日，為159.5 mm;8月25日至9月8日無降雨。平均最高氣溫出現(xiàn)在8月2日（33.8 ℃），平均最低氣溫出現(xiàn)在9月22日（16.9 ℃）。2020年黃豆全生育期（共121 d）內(nèi)的累計(jì)降雨量為827.1 mm，日均降雨量為6.84 mm;積溫為3 140.1 ℃，日均氣溫26.0 ℃。其中，平均氣溫偏態(tài)系數(shù)小于0，表明生育期內(nèi)大于平均氣溫均值的天數(shù)要比低于平均氣溫均值的天數(shù)少;降雨量偏態(tài)系數(shù)大于0，表明大于日均降雨量的天數(shù)要比小于日均降雨量的天數(shù)多，結(jié)合氣象觀測園歷史降雨數(shù)據(jù)，可得出2020年是一個降雨持續(xù)時間長，降雨量較大且分布不均勻的豐水年。

2.2 不同暗管排水條件下黃豆干物質(zhì)分配特征及產(chǎn)量

由表2可知，不同暗管排水處理下黃豆黃熟期干物質(zhì)在各組織間的分配各有不同，但均表現(xiàn)出相同趨勢，由大到小依次為果、莖、葉、梢。

整體來看，F(xiàn)L處理干物質(zhì)總積累量比FD和CL處理分別高6.81%和4.07%，果的干物質(zhì)積累量百分比分別比FD和CL處理高4.05和5.40百分點(diǎn)，F(xiàn)L處理下的黃豆產(chǎn)量最高（2 353.6 kg/hm2），比FD處理和CL處理高19.4%和21.2%。CL處理干物質(zhì)總積累量比FD處理高2.64%，但其果的干物質(zhì)積累量百分比低于FD處理，因而CL處理黃豆產(chǎn)量比FD處理低1.43%。3種暗管排水處理中，定水位控制排水處理黃豆產(chǎn)量明顯高于自由排水和變水位控制排水處理，可見該區(qū)域排水模式采取定水位控制排水對黃豆的增產(chǎn)效果優(yōu)于傳統(tǒng)的自由排水。25FB63B6-81EB-4095-B60D-3DCA18B812D1

綜上所述，控制排水條件會促進(jìn)作物莖、梢以及果的干物質(zhì)積累，暗管定水位控制排水處理對果實(shí)干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用更明顯。

2.3 不同暗管排水條件下黃豆植株氮、磷分配

2.3.1 不同暗管控制排水條件下黃豆植株氮素分配。

由圖3可知，黃豆植株各部位吸氮量占總吸氮量的百分比從大到小依次為果、莖、葉、梢。FL處理下果的吸氮量在3種控制排水處理中最高，為16.42 g/m2，占作物總吸氮量的63.45%，高于FD和CL處理。FL處理下梢的吸氮量最高，為1.20 g/m2，分別比FD和CL處理高0.14和0.04 g/m2。CL處理下莖和葉的吸氮量比其他2種處理要高，莖的吸氮量為5.73 g/m2，占作物總吸氮量的24.65%，分別比FD和FL處理高15.52%和3.43%。CL處理下葉的含氮量為3.58 g/m2，分別比FD和FL處理高7.83%和31.62%。FL處理下的植株地上部分總吸氮量為25.88 g/m2，分別比FD和CL處理高17.5%和11.3%。

綜上所述，定水位控制排水處理下黃豆植株梢和果的吸氮能力最強(qiáng)，其次為變水位控制排水，自由排水處理下最弱。變水位控制排水處理下莖的吸氮能力強(qiáng)于自由排水處理，自由排水處理下莖的吸氮能力弱于定水位排水。變水位控制排水處理葉的吸氮能力也最強(qiáng)，但定水位控制排水處理葉的吸氮能力低于自由排水。黃豆植株地上部分總體的吸氮能力從強(qiáng)到弱依次為定水位排水處理、變水位控制排水處理、自由排水處理。

2.3.2 不同暗管控制排水條件下黃豆植株磷素分配。

由圖4可知，植株各部位吸磷量占總吸磷量的百分比從大到小依次為果、莖、葉、梢，吸磷量主要集中在黃豆植株果和莖的部分。3種處理中，F(xiàn)L處理下果、莖和梢的吸磷量以及總吸磷量均最高。其中，F(xiàn)L處理果的吸磷量為1.34 g/m2，占總吸磷量的50.38%，分別比FD和CL處理高42.55%和48.89%。FL處理莖的吸磷量為0.90 g/m2，占作物總磷量的33.83%，分別比FD和CL處理高18.42%和36.36%。FL處理梢的吸磷量為0.15 g/m2，分別比FD和CL處理高0.03和0.01 g/m2。FD處理葉的吸磷量占總吸磷量的百分比為16.51%，分別比FL和CL處理高28.57%和16.13%。FL處理的總吸磷量分別比FD和CL處理高22.02%和32.34%。

綜上所述，定水位控制排水處理黃豆植株莖和果對磷的吸收能力都要明顯強(qiáng)于自由排水處理和變水位控制排水處理。3個處理梢的吸磷能力差異較小，定水位控制排水處理略強(qiáng)于自由排水處理及變水位控制排水處理。對于葉的吸磷能力而言，定水位控制排水處理要略弱于自由排水處理和變水位控制排水處理。黃豆植株總體的吸磷能力從大到小依次為定水位控制排水處理、自由排水處理、變水位控制排水處理。

3 結(jié)論與討論

筆者在湖北省漳河灌區(qū)開展了不同暗管控制排水條件下黃豆干物質(zhì)分配特征及氮磷利用研究，得出以下結(jié)論：

（1）定水位控制排水（FL）處理干物質(zhì)總積累量比自由排水（FD）處理和變水位控制排水（CL）處理分別高6.81%和4.07%，果的干物質(zhì)積累量百分比分別比FD和CL處理高4.05和540百分點(diǎn);FL處理黃豆產(chǎn)量最高，為2 353.6 kg/hm2，分別比FD處理和CL處理高19.4%和21.2%。這說明控制排水條件會促進(jìn)作物莖、梢以及果的干物質(zhì)積累，暗管定水位排水處理對果實(shí)干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用明顯。

（2）總氮、總磷的分配與干物質(zhì)分配規(guī)律相一致。3個處理吸氮量、吸磷量及干物質(zhì)總累積量從大到小依次為果、莖、葉、梢。其中，梢和果的吸氮量、吸磷量和干物質(zhì)積累量均為定水位控制排水處理最大，而自由排水處理和變水位控制排水處理較小且二者差異較小，總吸氮量、總吸磷量和干物質(zhì)總積累量也表現(xiàn)出相同規(guī)律。莖的吸氮量和干物質(zhì)積累量在變水位控制排水處理下最大，自由排水處理下最小，而莖的吸磷量則與此不同。變水位控制排水處理葉的吸氮量最大，定水位控制排水處理最小;葉的吸磷量和干物質(zhì)積累量均為自由排水處理最大，定水位控制排水處理最小。

總體來看，暗管定水位控制排水處理可以有效增加黃豆的產(chǎn)量，相對于傳統(tǒng)的自由排水處理（埋深1.2 m），定水位控制排水處理（埋深0.6 m）減少了水分和養(yǎng)分的流失，從而保證了黃豆植株的干物質(zhì)積累及養(yǎng)分吸收，提升了黃豆的產(chǎn)量。變水位控制排水處理（埋深0.4～0.8 m）莖的吸氮量和干物質(zhì)積累量能夠反映出黃豆植株的過度生長。這可能是導(dǎo)致變水位排水條件下黃豆產(chǎn)量最低的原因，也有可能與本年度降雨較多且分布不均有關(guān)。相較于變水位控制排水和傳統(tǒng)的自由排水處理，暗管定水位控制排水處理不僅可以降低農(nóng)田的過度排水，而且可以有效減少氮、磷的流失。黃志強(qiáng)等[12]研究表明控制排水處理的氮素流失要比自由排水處理的氮素流失少。金鳳生[13]連續(xù)4年開展控制排水技術(shù)下作物產(chǎn)量及氮損失研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的自由排水處理相比，控制排水處理平均流量下降21%，大豆平均增產(chǎn)8%。徐茵等[14]和Wesstrm等[15]的研究也表明在其他條件適宜的情況下控制排水處理可以促進(jìn)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

綜上所述，相較于暗管變水位控制排水處理和傳統(tǒng)的自由排水處理，暗管埋深0.6 m的定水位控制排水是漳河灌區(qū)及類似區(qū)域黃豆種植更優(yōu)的排水模式，可在漳河灌區(qū)及類似區(qū)域進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 程方武，宋功明，王貴田，等.暗管排水技術(shù)在魯北應(yīng)用的探討[C] //宮崇楠，張金麗.山東水利學(xué)會第十屆優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集.濟(jì)南：山東水利學(xué)會，2005：384-386.

[2] 譚攀，王士超，付同剛，等.我國暗管排水技術(shù)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與展望[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2021，29（4）：633-639.25FB63B6-81EB-4095-B60D-3DCA18B812D1

[3] CHUN H C，JUNG K Y，CHOI Y D，et al.Characterizations of yields and seed components of sesame（Sesamum indicum L.）as affected by soil moisture from paddy field cultivation[J].Korea journal of soil science and fertilizer，2017，50（5）：369-382.

[4] 袁念念，黃介生，謝華，等.暗管控制排水棉田氮素流失規(guī)律試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26（9）：8-13.

[5] 江陵杰，董林林，范鵬，等.暗管排水對規(guī)模農(nóng)田水稻養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量構(gòu)成的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2021，37（17）：105-111.

[6] 張瑜芳，張蔚榛，沈榮開，等.淹灌稻田的暗管排水中氮素流失的試驗(yàn)研究[J].灌溉排水，1999，18（3）：12-16.

[7] 邵孝侯，郭相平，戴振偉，等.塑料暗管排灌對麥田土壤水分調(diào)控的試驗(yàn)研究[J].河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000，28（2）：32-35.

[8] 丁中兵，倪同坤.鹽漬土地區(qū)暗管排水效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].南昌水專學(xué)報，2004，23（1）：59-62.

[9] 楊琳，黃介生，劉靜君，等.棉田暗管控制排水水位管理制度的試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報，2013，32（2）：6-9.

[10] 何軍，崔遠(yuǎn)來，呂露，等.不同水肥調(diào)控模式對稻田土壤氮磷肥力的影響試驗(yàn)[J].灌溉排水學(xué)報，2011，30（4）：1-4，52.

[11]? 中華人民共和國水利部.灌溉試驗(yàn)規(guī)范：SL 13—2015[S].北京：中國水利水電出版社，2015.

[12] 黃志強(qiáng)，袁念念.控制排水條件下旱地排水及氮素流失規(guī)律研究[J].河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，40（4）：412-419.

[13] 金鳳生.排水管理對作物產(chǎn)量和N損失的影響[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2014（6）：15-17.

[14] 徐茵，漆棟良，朱建強(qiáng)，等.控制排水下減量施氮對土壤無機(jī)氮含量變化和棉花產(chǎn)量的影響[J].節(jié)水灌溉，2020（4）：33-37，41.

[15] WESSTR M I，MESSING I.Effects of controlled drainage on N and P losses and N dynamics in a loamy sand with spring crops [J].Agricultural water management，2007，87（3）：229-240.25FB63B6-81EB-4095-B60D-3DCA18B812D1