保水型高分子材料對滴灌小麥土壤氮素積累及產(chǎn)量的影響

張苗　洪大雙　李紫薇　魏春盈　馬慧萍　李佳明　寧友才　董雯　王開勇

摘要：為揭示保水型高分子材料對滴灌春小麥土壤氮素轉化規(guī)律、氮肥利用效率和產(chǎn)量的影響，通過隨機區(qū)組田間小區(qū)控制試驗，設置單施氮肥（N100），保水型高分子材料加100%、80%、60%施氮量（PN100、PN80、PN60）和不施肥對照組（CK）5個處理，在春小麥3葉期、拔節(jié)期、揚花期、成熟期4個主要時期采集0～20、20～40 cm土樣，測定土壤理化指標以及產(chǎn)量及構成因子，研究保水型高分子材料對滴灌春小麥不同生育時期土壤團聚體百分組成、有效養(yǎng)分和氮素轉化特征，以及對氮肥利用效率及產(chǎn)量的影響。結果表明，與N100處理相比，保水型高分子材料顯著降低土壤容重；顯著增加各處理0～20 cm土層土壤全氮、堿解氮和硝態(tài)氮含量，其中在小麥成熟期，PN100處理分別顯著增加19.05%、4.17%、48.64%。同時，添加保水型高分子材料能夠抑制土壤硝態(tài)氮的淋洗和銨態(tài)氮的釋放，有效提高土壤氮素保持能力和氮的有效利用，提高土壤表層有效養(yǎng)分含量，進而顯著提高小麥氮肥利用效率和產(chǎn)量。并且在PN80施氮量處理下，小麥產(chǎn)量與N100處理差異不顯著。施用保水型高分子材料顯著提高了土壤團聚體穩(wěn)定性和氮磷鉀等養(yǎng)分的有效性，抑制不同形態(tài)氮素損失，提高氮肥利用效率，達到穩(wěn)產(chǎn)減排固氮的協(xié)同效果，為新疆干旱地區(qū)滴灌條件下減施氮肥和提高氮肥利用提供依據(jù)。

關鍵詞：保水型高分子材料；氮素形態(tài)；氮肥利用效率；小麥產(chǎn)量

中圖分類號：S512.1+20.7；S512.1+20.6文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）09-0254-09

氮素作為植物大量營養(yǎng)元素，在作物生產(chǎn)過程中起著重要作用，可以多方面調控小麥生長發(fā)育進程，提高小麥產(chǎn)量［1］。為應對世界糧食安全需求及穩(wěn)定國家的經(jīng)濟發(fā)展，近年我國的氮肥投入量大幅增加。據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)業(yè)每年利用6 000萬t肥料，尿素的比例達到65.1%［2］。然而，過量施用氮肥使氮磷鉀配比不均衡，氮素過剩加重作物病害，造成作物減產(chǎn)。同時，氮肥淋洗造成水體污染，也有一部分氮肥通過氨揮發(fā)、硝化、反硝化等途徑［3］，排放N2O、NxO到大氣［4］，破環(huán)臭氧層，加重溫室效應，對環(huán)境效益造成極大威脅。因此，解決氮肥利用問題是各國科學研究的重大課題。

高分子保水材料作為一種土壤保水劑，不僅能夠提高土壤含水量［5］、改善土壤孔隙特征［6］，而且增強土壤對氮素吸附［6-7］、降低氮素淋洗、延緩土壤氮素釋放［8-9］，有效緩釋土壤養(yǎng)分［10］，同時也固定了一部分作物所必需的營養(yǎng)物質，促進作物對養(yǎng)分的吸收，從而增加土壤養(yǎng)分利用效率，降低土壤中肥料的損失，為作物提供了良好的生態(tài)環(huán)境，減少農(nóng)業(yè)污染［11］。可見，高分子材料在增強土壤保水性能、改良土壤結構和提高土壤養(yǎng)分利用效率方面，均能發(fā)揮積極作用。

目前，保水型高分子材料對土壤肥力保持及緩釋效應已有研究，但是這些研究方法大多表現(xiàn)在對土壤理化性質的影響，對滴灌減量施氮條件下土壤氮素轉化規(guī)律和作物產(chǎn)量效應還需要進一步研究。因此，本研究采用能夠隨水滴施且對環(huán)境無污染的保水型高分子材料，通過不同氮肥施用量試驗，明確其對土壤不同氮素形態(tài)轉化和積累特征，解析保水型高分子材料在減施氮量策略下提高小麥產(chǎn)量的土壤氮素利用過程，為區(qū)域應用保水型高分子材料減施化肥穩(wěn)定產(chǎn)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗分別于2020年和2021年的3—7月在石河子大學試驗農(nóng)場2連（44.33°N，86.00°E）進行。該區(qū)域屬于典型溫帶大陸性氣候，全年日照時數(shù)為 2 721～2 818 h，年均氣溫2～15 ℃，年均降水量 180～220 mm，年蒸發(fā)量1 000～1 500 mm。試驗區(qū)土壤類型為灰漠土，質地為壤土。土壤基本理化性質為pH值7.51，EC值344 μS/cm，全氮含量 1.76 g/kg，有機質含量24.32 g/kg，堿解氮含量70.24 mg/kg，速效磷含量18.23 mg/kg，速效鉀含量204.32 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共設置5個處理，分別為100%施氮量（N100）、高分子材料+100%施氮量（PN100）、高分子材料+80%施氮量（PN80）、高分子材料+60%施氮量（PN60）、不施用任何物質（CK），見表1。保水型高分子材料（P，主要由聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、硫酸錳等高溫加熱制備而成，其pH值為7.46，EC值為 1 330 μS/cm，授權發(fā)明專利號ZL201810184659.5）

。試驗采用完全隨機區(qū)組設計，每個小區(qū)面積2 m×5 m，各個小區(qū)均設置0.5 m×5 m保護行，每個處理重復3次。所有處理均施用基肥 P2O5、K2O 含量分別為120、90 kg/hm2，全生育期總灌水量4 500 m3/hm2。

滴灌帶為內嵌式，滴頭間距30 cm，滴灌帶配置模式為1管4行，種植作物為春小麥新春38號。播種后，高分子材料稀釋60倍與不同施用量氮肥溶解倒入施肥罐，在滴出苗水時一次性施入。其他各項管理同當?shù)卮筇铩?/p>

1.3 樣品采集

于2021年3月至7月分別在小麥3葉期、拔節(jié)期、揚花期、成熟期采集土樣（0～20、20～40 cm），每個小區(qū)按照梅花布點法混合獲得1個土樣，一部分風干后進行土壤氮素相關指標測定，另一部分新鮮土樣過2 mm篩于冰箱保存用于土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的測定；同時采集 0～20 cm原狀土壤于塑料盒中，帶回實驗室過8 mm篩并風干用于測定土壤團聚體百分組成；采用環(huán)刀采集耕層（0～20 cm）土樣用于容重測定。于2020年和2021年在小麥成熟期測定其產(chǎn)量。

1.4 測定方法

土壤容重采用環(huán)刀法測定；土壤團聚體采用干篩法測定。土壤全氮含量通過濃H2SO4-H2O2消化［12］，凱氏定氮儀（Foss KjeltecTM2300，Swiss）測定；土壤堿解氮含量采用堿解-擴散法測定［12］；土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量先用KCl浸提后過濾，用連續(xù)流動分析儀測定［12-13］。土壤pH值使用通用型pH計測定；EC值采用電導率儀測定；土壤有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定［12］；土壤速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量采用醋酸銨浸提-火焰光度計法測定［12］。小麥產(chǎn)量選取1 m2樣方測定穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 氮肥利用效率計算

作物氮肥利用率=（施氮處理作物地上部氮積累量-不施氮處理地上部作物氮積累量）/施氮量×100%；

作物氮肥農(nóng)學利用效率（kg/kg）=（施氮處理作物產(chǎn)量-不施氮處理作物產(chǎn)量）/施氮量；

作物氮素生理利用率（kg/kg）=（施氮處理籽粒干重-不施氮處理籽粒干重）/（施氮處理作物氮素積累量-不施氮處理作物氮素積累量）；

作物氮素偏生產(chǎn)力（kg/kg）=籽粒產(chǎn)量/施氮量；

作物氮收獲指數(shù)=籽粒中氮素積累量/成熟期作物氮素積累量×100%。

采用Excel 2016軟件進行表格制作，用SPSS 19.0進行Duncans檢驗（α=0.05）和方差分析，并用Origin 2021軟件進行作圖。土壤容重、化學特性及小麥產(chǎn)量之間的關系通過Canoco 5.0進行冗余分析（redundancy analysis，RDA）。

2 結果與分析

2.1 各生育時期不同處理土壤結構特征

2.1.1 土壤團聚體百分組成

由圖1可知，在0～20 cm土層，保水型高分子材料顯著影響小麥揚花期土壤團聚體百分組成（P<0.05），提高不同生育時期土壤粒級在>5.000、2.000～5.000、1.000～<2.000、0.500～<1.000 mm范圍的含量。在小麥3葉期，各處理組土壤粒級>5.000、2.000～5.000、1.000～<2.000、0.500～<1.000 mm的比例分別為21.13%～30.25%、29.20%～31.08%、15.49%～18.54%、14.77%～19.02%。在小麥拔節(jié)期，各處理組土壤粒級>5.000、2.000～5.000、1.000～<2.000、0.500～<1.000 mm的比例分別為14.06%～18.92%、21.52%～25.94%、18.19%～21.79%、21.76%～26.72%。在小麥揚花期，各處理組土壤粒級>5.000、2.000～5.000、1.000～<2.000、0.500～<1.000 mm的比例分別為13.33%～25.20%、26.53%～32.06%、16.18%～21.96%、16.06%～24.56%。在小麥成熟期，各處理組土壤粒級>5.000、2.000～5.000、1.000～<2.000、0.500～<1.000 mm的比例分別為18.87%～30.20%、25.82%～29.90%、15.19%～18.46%、15.80%～21.47%。

2.1.2 土壤容重 由圖2可知，與CK相比，添加保水型高分子材料能夠降低土壤容重。不同處理條件下，土壤容重大小依次為CK>N100>PN60>PN100>PN80。其中，在小麥拔節(jié)期和成熟期，PN80處理組的土壤容重與CK相比具有顯著差異（P<0.05）。隨著生育期的推進，各處理組的土壤容重均呈增加趨勢。與CK相比，在小麥3葉期，N100、PN60、PN100、PN80處理分別降低0.76%、2.65%、3.58%、3.79%；在拔節(jié)期，N100、PN60、PN100、PN80處理分別降低3.86%、5.77%、7.59%、8.07%，其中PN100、PN80、PN60處理效果顯著（P<0.05）；在揚花期N100、PN60、PN100、PN80處理分別降低1.38%、2.07%、4.83%、5.86%；在成熟期，N100、PN60、PN100、PN80處理分別降低1.07%、2.41%、3.71%、5.56%。與其他生育時期相比，在拔節(jié)期土壤容重下降程度更加明顯。

2.2 各生育時期不同處理土壤氮素組分含量

2.2.1 土壤全氮含量

由圖3可知，在0～20 cm土層，不同生育時期PN100和PN80處理土壤全氮含量與CK相比均顯著提高，而20～40 cm土層，PN100處理土壤全氮含量變化在3葉期和成熟期顯著增加，揚花期和拔節(jié)期差異不顯著，3葉期PN100處理的土壤全氮含量顯著高于N100處理。在0～20 cm土層，與CK相比，N100、PN100、PN80、PN60處理土壤全氮含量在3葉期分別顯著增加7.21%、31.61%、23.75%、8.48%（P<0.05），在拔節(jié)期分別顯著增加6.59%、21.66%、17.53%、5.13%（P<0.05），在揚花期分別顯著增加8.38%、11.04%、9.30%、5.75%（P<0.05）；在成熟期分別顯著增加13.21%、17.94%、11.40%、10.73%（P<0.05）。在20～40 cm土層，與CK相比，N100、PN100、PN80、PN60處理土壤全氮含量在3葉期分別增加6.86%、25.24%、11.45%、3.41%，在拔節(jié)期分別增加26.02%、12.88%、6.91%、3.84%，在揚花期分別增加10.07%、6.10%、5.97%、5.38%，在成熟期分別增加10.07%、6.10%、5.97%、5.38%。其中3葉期PN100、拔節(jié)期N100和成熟期N100、PN100、PN80顯著增加（P<0.05）。

2.2.2 土壤硝態(tài)氮含量

在0～20 cm土層，在3葉期和拔節(jié)期PN100和PN80處理組的土壤硝態(tài)氮含量顯著高于N100處理組（P<0.05），在揚花期和成熟期PN100處理組的土壤硝態(tài)氮含量顯著高于N100處理組（P<0.05），而N100處理組與PN80處理組無顯著差異（P>0.05）（圖4）。在0～20 cm 土層，與CK相比，N100、PN100、PN80、PN60處理土壤硝態(tài)氮含量在3葉期分別顯著增加194.83%、271.71%、228.42%、187.82%（P<0.05），在拔節(jié)期分別顯著增加150.73%、270.07%、207.35%、129.57%（P<0.05），在揚花期分別顯著增加111.52%、226.26%、93.18%、63.60%（P<0.05），在成熟期分別顯著增加119.08%、225.65%、125.65%、58.17%（P<0.05）。在20～40 cm土層，除揚花期的PN60處理組外，其他處理土壤硝態(tài)氮含量高于CK，且隨著生育期的推進，土壤硝態(tài)氮含量逐漸降低且趨于穩(wěn)定（圖4）。其中在3葉期，PN100和PN80處理高于N100處理但差異不顯著；在揚花期，與CK相比，N100、PN100、PN80處理分別增加56.78%、19.50%、3.17%；在成熟期，與CK相比，N100、PN100、PN80處理分別增加93.20%、15.82%、8.07%，N100處理效果最顯著，PN100次之。

2.2.3 土壤銨態(tài)氮含量

由圖5可知，在0～20 cm 土層，與N100處理組相比，在3葉期和拔節(jié)期PN100、PN80和PN60處理組的土壤銨態(tài)氮含量顯著降低（P<0.05）；揚花期和成熟期PN100處理組的土壤銨態(tài)氮含量顯著增加（P<0.05），PN80和PN60處理組差異不顯著（P<0.05）。在20～40 cm土層，添加高分子材料處理組的土壤銨態(tài)氮含量均顯著降低（P<0.05）。在0～20 cm土層，與CK相比，N100、PN100處理土壤銨態(tài)氮含量在3葉期分別顯著增加94.82%、47.09%（P<0.05），在拔節(jié)期分別顯著增加156.60%、122.64%、111.32%、100.00%（P<0.05），在揚花期分別顯著增加23.45%、44.11%、31.62%、17.91%（P<0.05），在成熟期分別顯著增加14.40%、33.12%、19.04%、9.28%（P<0.05）；在 20～40 cm土層，與CK相比，N100、PN100、PN80處理土壤銨態(tài)氮含量在3葉期分別顯著增加52.41%、15.40%、12.60%，在拔節(jié)期分別顯著增加93.75%、60.94%、35.94%、34.38%（P<0.05），在揚花期和成熟期N100處理增加9.65%和6.26%。

2.2.4 土壤堿解氮含量

不同生育時期PN100處理0～20 cm土壤堿解氮含量均顯著增加（圖6）。與CK相比，N100、PN100、PN80、PN60處理土壤堿解氮含量在3葉期分別顯著增加65.00%、95.69%、35.00%、25.00%（P<0.05），在拔節(jié)期分別顯著增加43.27%、66.96%、27.92%、22.81%（P<0.05）。隨著生育期的推進土壤堿解氮含量趨于穩(wěn)定，與CK相比，在揚花期N100和PN100處理土壤堿解氮含量顯著增加24.98%、50.91%（P<0.05），在成熟期，N100、PN100、PN80和PN60處理顯著增加23.53%、47.06%、41.18%、17.65%（P<0.05）。

2.3 各生育時期不同處理土壤理化指標特征

由圖7可知，與CK相比，在3葉期，N100處理增加2.85%，PN100、PN80、PN60處理分別顯著降低7.74%、4.86%、4.36%（P<0.05）；隨著生育期的推進，土壤pH值逐漸穩(wěn)定，在拔節(jié)期，N100、PN100、PN80、PN60處理分別降低0.72%、0.25%、1.06%、1.35%（P<0.05）；在揚花期，僅PN60處理降低0.13%（P<0.05）；在成熟期，N100、PN100、PN80、PN60處理分別降低2.72%、2.46%、1.89%、2.08%（P<0.05）。與CK相比，土壤EC值在3葉期N100、PN100、PN80、PN60處理顯著增加116.85%、327.41%、243.49%、99.85%（P<0.05）；在拔節(jié)期，PN100、PN80處理顯著增加56.76%、35.95%（P<0.05），PN60處理增加5.68%；在揚花期，N100和PN60處理顯著增加22.18%、8.27%（P<0.05）；在成熟期，僅PN60處理增加6.58%（P<0.05）。

與N100處理相比，拔節(jié)期PN100處理和成熟期PN100、PN80處理顯著提高土壤有機碳的含量（圖7）。與CK相比，N100、PN100、PN80、PN60處理在3葉期土壤有機碳的含量分別顯著增加6.00%、8.67%、9.08%、10.35%（P<0.05）；在拔節(jié)期和揚花期，PN100處理增加1.95%和6.20%；在成熟期，N100、PN100、PN80、PN60處理顯著增加10.15%、27.01%、26.35%、14.74%（P<0.05）。與CK相比，不同施氮處理土壤有效磷含量在3葉期呈下降趨勢，在拔節(jié)期呈上升趨勢，隨著生育期的推進逐步趨于穩(wěn)定（圖7）。在拔節(jié)期，N100、PN100、PN80處理土壤速效磷含量分別顯著增加26.63%、19.51%、6.35%（P<0.05）；在揚花期，N100、PN100、PN80、PN60處理分別顯著增加51.07%、58.14%、36.29%、23.18%（P<0.05）；在成熟期，PN100、PN80、PN60處理顯著增加34.62%、25.27%、19.48%（P<0.05）。與CK相比，不同施氮處理土壤速效鉀含量在3葉期、拔節(jié)期、揚花期顯著提高（圖7），在成熟期僅PN100處理顯著增加了60.45%（P<0.05）。在3葉期，PN100處理顯著增加27.37%；N100、PN100、PN80、PN60處理在拔節(jié)期分別顯著增加137.52%、151.28%、103.71%、103.71%（P<0.05），在揚花期顯著增加127.56%、207.29%、143.51%、111.62%（P<0.05）。高分子材料與氮肥配施對土壤pH值、EC值影響不大，但是顯著提高土壤有機碳、速效磷、速效鉀的含量。

2.4 不同處理下小麥產(chǎn)量及構成因素

由表2可知，2年試驗結果表明，與N100處理相比，PN100處理顯著提高小麥產(chǎn)量，PN80處理小麥產(chǎn)量差異不顯著。第1年，與N100處理相比，PN100、PN80處理小麥穗粒數(shù)分別顯著增加18.03%、6.68%（P<0.05），千粒重分別顯著增加8.98%、4.22%（P<0.05）；PN100處理小麥產(chǎn)量顯著增加14.26%（P<0.05），PN80處理小麥產(chǎn)量下降1.88%，但是與N100處理相比差異不顯著。第2年，與N100處理相比，PN100、PN80處理小麥穗數(shù)下降11.35%、12.71%（P<0.05），但穗粒數(shù)分別顯著增加27.86%、7.33%（P<0.05），千粒重分別顯著增加0.60%、6.17%（P<0.05）；PN100處理小麥產(chǎn)量仍然顯著增加14.02%（P<0.05），PN80處理小麥產(chǎn)量下降0.54%，與N100處理差異不顯著。這表明保水型高分子材料與氮肥配施可顯著提高小麥產(chǎn)量，并且在減氮量20%條件下，與N100處理差異不顯著。

2.5 不同處理下小麥氮肥利用效率

與N100處理相比，PN100和PN80處理顯著提高小麥的氮肥利用率（表3）。與N100處理相比，PN100、PN80、PN60處理氮肥利用率分別顯著增加39.72%、40.23%、26.48%（P<0.05）；PN100、PN80處理氮肥農(nóng)學利用效率分別顯著增加53.12%、22.64%（P<0.05）；PN100處理氮肥生理利用效率顯著增加9.51%（P<0.05）；PN100、PN80、PN60處理氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著增加14.01%、24.34%、46.08%（P<0.05），氮收獲指數(shù)分別顯著增加13.60%、13.37%、8.69%（P<0.05）。

2.6 冗余分析

由圖8可知，軸1和軸2共解釋了總變異量的94.52%。圖中土壤化學指標和小麥產(chǎn)量及氮素利用效率的關系中有機碳（解釋度=7.5%，F(xiàn)=11.1，P=0.004）、銨態(tài)氮（解釋度≤0.1%，F(xiàn)=0.7，P=0.534）、硝態(tài)氮（解釋度=10.4%，F(xiàn)=8.3，P=0.002）、堿解氮（解釋度=2.3%，F(xiàn)=6.0，P=0.008）、速效磷（解釋度=1.8%，F(xiàn)=3.1，P=0.042）、速效鉀（解釋度=0.4%，F(xiàn)=3.5，P=0.032）、土壤全氮（解釋度=74.6%，F(xiàn)=38.2，P=0.002）與PN100、PN80、小麥產(chǎn)量、氮肥利用效率呈正相關；土壤容重（解釋度≤0.1%，F(xiàn)=0.2，P=0.874）、EC值（解釋度=1.8%，F(xiàn)=8.8，P=0.004）與PN60、N100、穗數(shù)呈正相關；pH值（解釋度=0.6%，F(xiàn)=3.6，P=0.016）與CK呈正相關。

3 討論與結論

施用保水型高分子材料可顯著提高小麥全生育時期土壤團聚體結構穩(wěn)定性，進而提高其保肥效應。在小麥生長各個時期，土壤粒級主要以>5.000和2.000～5.000、1.000～<2.000、0.500～1.000 mm 為主，隨著土壤粒徑的減小，不同土壤粒級含量呈現(xiàn)先增多后減少趨勢，這與王潤瓏等研究結果［14］相一致。同時，本研究發(fā)現(xiàn)不同施氮處理顯著降低土壤容重和團聚體百分組成，添加高分子材料處理效果更顯著。其原因可能是由于高分子材料具有良好的絮凝性與吸附性，通過較強的物理吸附，顯著提高土壤有機碳、速效磷和速效鉀等有效養(yǎng)分含量，增強土壤保肥能力［15］，維持土壤團聚體的穩(wěn)定性，使土壤容重下降，進而提高土壤孔隙度，有利于小麥根系的伸展以及對氮、磷、鉀的吸收，促進小麥生長和產(chǎn)量提高。

保水型高分子材料通過不同形態(tài)氮組分含量、土壤養(yǎng)分含量、保肥時間變化提高養(yǎng)分利用效應，以0～20 cm土層和小麥3葉期、拔節(jié)期效果最顯著，對養(yǎng)分釋放規(guī)律影響的時間為60～90 d。與N100處理相比，高分子材料與氮肥配施顯著提高0～20 cm土壤全氮、硝態(tài)氮、堿解氮含量，其在小麥3葉期和拔節(jié)期作用效果最為顯著，而土壤銨態(tài)氮含量顯著降低；而20～40 cm土層的不同形態(tài)氮含量普遍降低，這與甄倩研究發(fā)現(xiàn)保水劑對肥料的緩釋作用能夠顯著降低土壤氮磷鉀的淋溶損失結果類似［16］。高分子材料通過維持和延緩肥效、提高肥料利用率的同時達到土壤增氮的作用［17］，氮的控釋也提高了磷鉀的有效性［18］。在0～20 cm土層，3葉期和拔節(jié)期土壤銨態(tài)氮含量與其他形態(tài)氮組分含量變化相反，這可能與高分子材料作用密切相關。添加高分子材料在前期促進了銨態(tài)氮的硝化作用進而產(chǎn)生NO-3和H+，顯著提高硝態(tài)氮含量的同時降低土壤pH值，抑制硝態(tài)氮的反硝化作用，提高干旱地區(qū)土壤氮素的有效性。

施用保水型高分子材料通過增加穗粒數(shù)和千粒重提高小麥產(chǎn)量。PN60、PN80、PN100處理氮肥施用量增加，小麥產(chǎn)量也隨之增加，表明適量增施氮肥能夠提高氮肥利用率和小麥產(chǎn)量并獲得高產(chǎn)，超過最佳施氮量會逐漸降低氮肥的農(nóng)學利用效率和氮肥的生理利用效率，這一結果與前人研究結果［19-20］一致。而與N100處理相比，PN100處理顯著提高第1年和第2年的籽粒產(chǎn)量，分別達到 6 947.36 kg/hm2 和7 252.65 kg/hm2，并在減氮20%條件下，與高分子材料配施上述指標基本持平或顯著增加。表明施氮量一樣條件下添加高分子材料能夠顯著提高小麥產(chǎn)量，然而僅減施氮肥會導致小麥產(chǎn)量顯著下降，高分子材料與氮肥配施能夠保證小麥產(chǎn)量穩(wěn)定。其原因可能是，隨小麥生育時期的推移，在小麥揚花期前后高分子材料在土壤中逐漸分解，對氮素的抑制效果減弱，使得氮肥中氮素釋放加快［21］，增加了土壤全氮含量，進而在拔節(jié)期和揚花期之間顯著提高PN100和PN80處理的小麥穗粒數(shù)和氮肥利用效率進而提高小麥產(chǎn)量［22］，實現(xiàn)氮肥減量施用。此外，第2年的小麥產(chǎn)量有所增加，增產(chǎn)280～360 kg/hm2，其原因可能是，高分子材料連年施用在同一處理，團聚體組成影響效應增大，不僅氮肥利用效率增加，水分和其他養(yǎng)分利用效率也有所增加，使第2年小麥產(chǎn)量高于第1年。通過高分子材料與尿素配施方式，避免出現(xiàn)高氮量而導致土壤氮的損失和污染問題，可減緩氮的釋放從而降低作物生產(chǎn)的經(jīng)濟和環(huán)境成本。

綜上所述，保水型高分子材料通過顯著提高小麥0～20 cm土壤全氮、硝態(tài)氮和堿解氮含量和氮素利用率，促進小麥穗粒數(shù)和千粒重，提高小麥產(chǎn)量，其中高分子材料與全量氮肥配施處理產(chǎn)量最高，增產(chǎn)約14%，而減少氮量20%下施用保水型高分子材料與全量氮肥處理產(chǎn)量差異不顯著。保水型高分子材料通過提升土壤團聚體穩(wěn)定性顯著提高土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的轉化與利用，實現(xiàn)農(nóng)田土壤固氮提效增產(chǎn)減排的目標。本研究主要圍繞減氮配施尿素環(huán)境下氮素轉化與利用及小麥產(chǎn)量進行分析，對土壤微生物多樣性及其酶活性的生物學機制、地上部小麥氮素不同器官轉運與產(chǎn)量構成等生理生化機制還有待深入研究，為高分子材料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的快速應用提供依據(jù)。

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收稿日期：2023-06-07

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)重點研發(fā)專項（編號：2022B02053-3）；國家自然科學基金（編號：31860591）；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（編號：202210759006）。

作者簡介：張 苗（2002—），女，河南新鄉(xiāng)人，主要從事土壤環(huán)境與生態(tài)安全研究。E-mail：2694903299@qq.com。

通信作者：王開勇，博士，教授，主要從事土壤環(huán)境與生態(tài)安全研究。E-mail：wky20@163.com。[HJ]