嚴富來 張富倉 范興科 王 英 郭金金 張晨陽

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室， 陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西楊凌 712100)

0 引言

滴灌作為一種高效的節(jié)水灌溉技術(shù)，既可進行實時、精確的水肥供應(yīng)，又能提高作物根區(qū)水肥分布的均勻度[1]，在干旱半干旱地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]。研究表明，滴灌條件下適宜的氮肥供應(yīng)能明顯促進玉米對氮素的吸收，提高作物產(chǎn)量和氮肥利用效率[4]；但是，水肥供應(yīng)過多不僅降低作物水肥利用效率和產(chǎn)量[5]，還會使大量土壤硝態(tài)氮淋移到深層土壤，造成地下水污染[6-8]。因此，研究和掌握滴灌施肥條件下作物的氮素吸收和養(yǎng)分分布情況，制定合理的灌溉施肥制度，可提高作物養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量，減小水肥供應(yīng)和地下水污染，從而促進我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

應(yīng)用田間試驗手段研究滴灌水肥耦合對作物氮素吸收及土壤硝態(tài)氮殘留量的影響是制定高效灌溉施肥制度的重要途徑。目前，國內(nèi)外在應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)進行作物養(yǎng)分吸收方面已開展了諸多研究。WANG等[9]和CHILUNDO等[10]研究表明，滴灌能提高玉米的水氮利用效率，減小氮營養(yǎng)流失，降低土壤中硝態(tài)氮向深層土壤滲漏的風(fēng)險。GHEYSARI等[11]研究發(fā)現(xiàn)，150、200 kg/hm2的施氮水平下，100%ETc(作物需水量)和113%ETc灌水水平的玉米氮素吸收量分別高于70%ETc和85%ETc。劉洋等[12]研究發(fā)現(xiàn)，滴灌玉米成熟期干物質(zhì)量和氮素吸收量比地面灌溉提高22%和23%，產(chǎn)量平均提高了9%。在針對不同灌溉方式對土壤硝態(tài)氮含量及分布的影響研究中，王建東等[13]發(fā)現(xiàn)，相比地下滴灌，地表滴灌能降低土壤中硝態(tài)氮下滲的幾率。韋彥等[14]研究表明，滴灌施肥條件下土壤硝態(tài)氮大多聚集在表層，淋洗量比畦灌減少85.9%。玉米作為我國第一大糧食作物，在保障糧食安全及能源危機上具有重要作用[15]。地處西北干旱半干旱地區(qū)的寧夏，是我國重要的春玉米生產(chǎn)基地之一，水資源短缺和傳統(tǒng)的地面灌溉方式使寧夏沙土地區(qū)的春玉米灌溉保證率較低，產(chǎn)量不穩(wěn)和水肥利用效率低下等問題依然存在。本文采用水肥一體化滴灌技術(shù)，通過研究寧夏沙土地區(qū)不同水氮供應(yīng)條件下的春玉米產(chǎn)量、氮素吸收累積及其轉(zhuǎn)運效率，探究收獲后根區(qū)土壤硝態(tài)氮的分布殘留情況，分析滴灌玉米的水氮耦合效應(yīng)。結(jié)合該地區(qū)實際降雨情況，提出適合該沙土地區(qū)的春玉米水氮管理方案，旨在為干旱半干旱沙土地區(qū)玉米高產(chǎn)協(xié)同水分、養(yǎng)分高效利用及減小地下水污染提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年4—9月在寧夏回族自治區(qū)吳忠市鹽池縣馮記溝試驗基地進行。試驗地位于東經(jīng)106°31′，北緯38°34′，海拔1 204 m，屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。試驗區(qū)年日照時數(shù)為2 867 h，年平均氣溫8.5℃，大于等于10℃積溫為2 944.9℃，無霜期128 d；年平均降雨量290 mm，且年際變化大，多集中在7—9月，年蒸發(fā)量2179.8 mm。試驗區(qū)土壤為沙土，土壤容重1.55 g/cm3，0～100 cm田間持水率為27.10%(體積含水率)，pH值 8.60，地下水埋深30 m以上，基礎(chǔ)肥力(質(zhì)量比)為：有機質(zhì)4.13 g/kg，全氮0.30 g/kg，全磷0.34 g/kg，全鉀19.24 g/kg，速效磷5.48 mg/kg，速效鉀78.33 mg/kg。試驗區(qū)玉米生育期(4—9月)有效降雨量為205 mm(圖1)。

圖1 春玉米生育期內(nèi)有效降雨量、多年平均潛在作物蒸騰蒸發(fā)量、實際灌水量和施肥量Fig.1 Effective rainfall, multi-year average potential reference crop evapotranspiration, actual irrigation amount and fertilizer application rate during spring maize growth stage

1.2 試驗材料與設(shè)計

供試春玉米品種為“先玉1225”，為當?shù)赝茝V的密植品種。2018年4月20日播種，2018年9月26日收獲，共160 d。肥料選用常用肥，分別為尿素(N質(zhì)量分數(shù)為46.4%)、磷酸一銨(N質(zhì)量分數(shù)為12%、P2O5質(zhì)量分數(shù)為61%)和硫酸鉀(K2O質(zhì)量分數(shù)為52%)。滴灌施肥系統(tǒng)由水泵、過濾器、施肥罐和輸配水管道系統(tǒng)等組成。滴灌帶為內(nèi)嵌式滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量2.5 L/h，滴頭工作壓力0.1 MPa。試驗設(shè)置灌水量和施氮量2因素，施氮量設(shè)置4個水平：150、225、300、375 kg/hm2(N150、N225、N300、N375)，磷鉀施用量均為150 kg/hm2。將試驗區(qū)2000—2017年春玉米生育期內(nèi)潛在作物蒸發(fā)蒸騰量(ET0)和作物系數(shù)Kc相結(jié)合(圖1a)，Kc根據(jù)作物生育階段而定，苗期取0.7、拔節(jié)-灌漿期取1.2、乳熟-成熟期取0.6[16]。進而推算出試驗區(qū)春玉米生育期內(nèi)潛在充分耗水量(KcET0)為450 mm，記為W1.0。以此為依據(jù)，設(shè)3個滴灌水量W0.6(0.6KcET0)、W0.8(0.8KcET0)和W1.0，共12個處理，各處理3次重復(fù)。試驗區(qū)為引黃(水庫蓄水)灌區(qū)，需采取輪灌工作制度，因此采取10 d作為設(shè)計灌水間隔[17]。為了控制春玉米苗期生長過快，促進根系生長，該地區(qū)在生產(chǎn)中一般采用玉米小苗末期開始灌水，但該地區(qū)春季極易發(fā)生春旱，導(dǎo)致出苗率降低；另外根據(jù)該地區(qū)歷史氣象資料，試驗區(qū)年際降雨量變化較大，且多集中在7—9月。因此，春玉米的灌溉制度需根據(jù)實際降雨情況進行灌水量和灌水日期的調(diào)整(主要調(diào)節(jié)灌水日期，即遇降雨灌水日期順延[17])。2018年春玉米生育期內(nèi)的實際灌水量分別為W0.6(253 mm)、W0.8(327 mm)、W1.0(409 mm)(圖1)。

試驗區(qū)采用水肥一體化的滴灌施肥方式，小區(qū)面積為132 m2(20 m×6.6 m)，每個處理3次重復(fù)。春玉米采用寬窄行播種，寬行玉米間距為70 cm，窄行玉米間距為40 cm，玉米株距為20 cm，種植密度為90 945株/hm2。滴灌帶鋪設(shè)在窄行玉米中間，一條滴灌帶控制2行春玉米灌水施肥，為保證灌水施肥的均勻性，采用橫向供水方式[18]。根據(jù)春玉米的生長特性，整個生育期共施肥4次，每次施肥量占總施肥量分別為20%(苗期)、30%(小喇叭口期)、30%(抽雄期)和20%(灌漿期)[17](圖1b)。

1.3 測定內(nèi)容和方法

1.3.1地上部干物質(zhì)累積量與植株氮素吸收累積量測定

分別在春玉米播種后51、70、85、113、160 d取樣，每個小區(qū)選取有代表性的植株3株，從莖基部與地上部分離，去除表面污垢后按莖、葉片、苞葉+穗軸、籽粒4部分分離，放入干燥箱105℃殺青0.5 h，75℃下干燥至恒定質(zhì)量，采用電子天平稱量并計算單株地上干物質(zhì)量，最后換算成群體生物量(kg/hm2)。并稱取各器官的干物質(zhì)量后磨碎，用H2SO4-H2O2消煮，并用連續(xù)流動分析儀(Auto Analyzer-Ⅲ型，德國Bran Luebbe 公司)測定植物樣品全氮含量[19]。

1.3.2地上部干物質(zhì)量與氮素累積速率計算

將1.3.1節(jié)測定的干物質(zhì)量和氮素吸收累積量采用Logistic函數(shù)進行非線性回歸擬合，Logistic函數(shù)表達式為[20]

(1)

式中y——地上部干物質(zhì)累積量，kg/hm2

k——相應(yīng)的潛在最大值，kg/hm2

a——與干物質(zhì)有關(guān)的阻滯系數(shù)

b——干物質(zhì)的增長率

t——生長時間，d

對方程求一階導(dǎo)數(shù)，可得生育期干物質(zhì)和植株氮素累積速率，對方程求二階導(dǎo)數(shù)，并求其特征值方程可得積累速率持續(xù)時間[21]。特征值方程分別為

T1=(lna-1.317)/b

(2)

T2=(lna+1.317)/b

(3)

式中T1、T2——地上部干物質(zhì)或植株氮素快增期出現(xiàn)、結(jié)束的日期

由此可將干物質(zhì)和氮素積累過程分為漸增期、快增期和緩增期[22]。

1.3.3產(chǎn)量測定及水分利用效率計算

在春玉米成熟期，隨機選取小區(qū)1條滴灌帶控制的2行玉米，連續(xù)取20株，每個小區(qū)3次重復(fù)。曬干脫粒測定其總質(zhì)量，最終折算成含水率為14%的籽粒產(chǎn)量[23]。

水分利用效率的計算公式為[23]

WUE=Y/ET

(4)

其中

ET=Pr+U+I-D-R-ΔW

(5)

式中Y——產(chǎn)量，kg/hm2

ET——作物耗水量，mm

Pr——有效降雨量，mm

U——地下水補給量，mm

I——灌水量，mm

D——深層滲漏量，mm

R——徑流量，mm

ΔW——試驗初期和試驗?zāi)┢谕寥浪值淖兓浚琺m

在春玉米播前和收獲后，在每個小區(qū)內(nèi)取土，距滴灌帶0、20、40 cm 3個位置點取樣，每20 cm取1次，土壤剖面范圍分別在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm，采用干燥法測定土壤含水率，取其平均值作為該小區(qū)土壤含水率(%)。因試驗區(qū)地勢平坦，地下水埋藏較深，根據(jù)實測，生育期內(nèi)1 m深土壤含水率變化不大，且滴灌濕潤程度較淺，U、R和D均可忽略不計。則可將式(5)簡化為

ET=Pr+I-ΔW

(6)

1.3.4收獲期根區(qū)土壤硝態(tài)氮含量測定

1.3.5相關(guān)指標計算

收獲指數(shù)為產(chǎn)量(kg/hm2)與地上部干物質(zhì)累積量(kg/hm2)的比值；植株氮素吸收量(kg/hm2)為植株氮素含量(%)與干物質(zhì)質(zhì)量(kg/hm2)的乘積；抽雄期后氮素吸收量(kg/hm2)為成熟期氮素吸收總量與抽雄期營養(yǎng)器官氮素吸收量(kg/hm2)的差值；營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量(kg/hm2)為抽雄期營養(yǎng)器官氮素吸收量(kg/hm2)與成熟期營養(yǎng)器官氮素吸收量(kg/hm2)的差值；營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運率(NRE)為營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量(kg/hm2)與抽雄期營養(yǎng)器官氮素累積量(kg/hm2)的比值；氮素利用效率(NUE，kg/kg)為產(chǎn)量(kg/hm2)與植株氮素累積量(kg/hm2)的比值；氮素吸收效率(UPE，kg/kg)為植株氮素累積量(kg/hm2)與施氮量(kg/hm2)的比值；氮肥利用率(kg/kg)為產(chǎn)量(kg/hm2)與施氮量(kg/hm2)的比值；氮收獲指數(shù)為籽粒氮素累積量(kg/hm2)與植株氮素累積量(kg/hm2)的比值[17,24]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016處理數(shù)據(jù)；采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析；采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮互作對春玉米地上部干物質(zhì)、氮素累積速率的影響

表1為地上部干物質(zhì)量、氮素累積量與生長時間的Logistic函數(shù)的擬合方程，并對其求一階導(dǎo)數(shù)(圖2)、二階導(dǎo)數(shù)(表2)。由圖2可知，地上部干物質(zhì)、氮素累積速率均隨生長時間的遞進先增加后減小，各處理之間的差異隨著生長時間的推進而加大。相同灌水情況下，地上部干物質(zhì)累積速率和氮素累積速率(除W0.8灌水水平)均隨施氮量的增加先增加后減小。如表2所示，快增期內(nèi)，各灌水水平下的地上部干物質(zhì)平均累積速率最大值分別為W0.6N225、W0.8N300和W1.0N300處理，其中W1.0N300處理的地上部干物質(zhì)平均累積速率最大，為513.71 kg/(hm2·d)，與其他兩個處理相比分別提高了32.56%和22.83%；各灌水水平下的氮素平均累積速率最大值分別為W0.6N225、W0.8N375和W1.0N300處理，其中W0.8N375處理的氮素平均累積速率最大，為2.75 kg/(hm2·d)，與其他兩個處理相比分別提高了29.72%和30.95%。

表1 地上部干物質(zhì)量、氮素累積量與生長時間的Logistic函數(shù)擬合Tab.1 Fitting of aboveground dry biomass and nitrogen accumulation amount with growing time by Logistic function

圖2 不同水氮處理對地上部干物質(zhì)、氮素累積速率的影響Fig.2 Effects of different water and nitrogen treatments on rate of aboveground dry biomass and nitrogen accumulation

表2 不同處理春玉米地上部干物質(zhì)和氮素累積特征Tab.2 Accumulation of aboveground dry biomass and nitrogen of spring maize under different treatments

2.2 水氮互作對春玉米地上部干物質(zhì)累積量、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由圖3(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同)可知，在W0.6和W1.0灌水水平條件下，當施氮量分別高于225、300 kg/hm2時會抑制該灌水條件下春玉米的生長，從而降低了地上部干物質(zhì)量累積量，地上部干物質(zhì)累積量總體表現(xiàn)出隨施氮量增加先增加后減小的趨勢，說明施氮量過大會阻礙干物質(zhì)的累積，降低了籽粒干物質(zhì)的累積量。而在W0.8灌水水平條件下，該現(xiàn)象并不太明顯。在各處理之間籽粒干物質(zhì)累積量最大，分別占總累積量的52.69%～57.00%。W1.0N225處理的總累積量最大，但與W0.8N300和W1.0N300處理無顯著性差異(P>0.05)。各灌水水平下，產(chǎn)量均隨施氮量的增加先增加后減小，其中W0.8N300處理的產(chǎn)量最大，為16 387 kg/hm2，雖與W1.0灌水水平最高產(chǎn)量處理無顯著性差異(P>0.05)，卻顯著高于W0.6灌水水平最高產(chǎn)量處理(P<0.05)。另外，在W0.6灌水水平條件下，N375處理的水分利用效率顯著低于其他處理(P<0.05)；在W0.8和W1.0灌水水平條件下，WUE隨著灌水量的增加先增加后減小，W0.8N300處理的WUE最高，為3.34 kg/m3，與W0.6N225和W1.0N300相比提高了19.71%和17.16%。

圖3 不同水氮處理對地上部干物質(zhì)累積量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響Fig.3 Effects of different water and nitrogen treatments on aboveground dry biomass, yield and water use efficiency

2.3 水氮互作對春玉米抽雄期后氮素吸收的影響

由圖4可知，隨著播后時間的遞進，春玉米氮素總累積量不斷增加。播后第85天(抽雄期)，各器官的氮累積量表現(xiàn)為葉大于莖；播后第113天(灌漿期)和160天(成熟期)，籽粒的氮素累積量在持續(xù)增加，莖、葉的氮素累積量在逐漸減小。抽雄期(圖4a)春玉米氮素吸收量較小，占總吸收量的39.6%～59.0%，相同灌水條件下，除W1.0N300和W1.0N375處理差異不顯著外，不同施氮處理之間差異顯著(P<0.05)，春玉米氮素吸收量均隨施氮量的增加先增加后減小。灌漿期(圖4b)氮素快速累積，占總吸收量的72.1%～92.9%，W0.8N225、W0.8N300和W0.8N375處理差異不顯著，W0.6和W1.0灌水水平下，春玉米氮素吸收量均隨施氮量的增加先增加后減小。隨著生育期延長至成熟期(圖4c)，植株莖葉中的氮素積累量呈降低趨勢，而籽粒的氮素吸收量呈增大趨勢，說明抽雄期后營養(yǎng)器官中的氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移；另外，相同灌水條件下，成熟期植株的氮素吸收量的表現(xiàn)規(guī)律與灌漿期相似(圖4)。

圖4 不同水氮處理對春玉米氮素累積量的影響Fig.4 Effects of different water and nitrogen treatments on nitrogen accumulation of spring maize

由表3可知，灌水量和施氮量的耦合作用對抽雄期后氮素吸收量、營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量和氮素轉(zhuǎn)運效率(NRE)均有極顯著性影響(P<0.01)。各灌水條件下，N150處理抽雄期后氮素吸收量均較低，可能與該試驗處理氮肥供應(yīng)不足有關(guān)；W0.6灌水水平下，隨著施氮量的增加，營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量呈先增加后減小的趨勢，并在W0.8灌水水平下獲得最大值，為41.14 kg/hm2。另外，在W0.6灌水水平下，N375處理的NRE最低，顯著低于其他處理(P<0.05)；W0.8灌水水平下，各處理的NRE無顯著性差異(P>0.05)；W1.0灌水水平下，N375處理的NRE最高，顯著高于其他處理(P<0.05)。

表3 不同水氮處理對春玉米抽雄期前后氮素累積及運轉(zhuǎn)的影響Tab.3 Effects of different water and nitrogen treatments on pre- and post tasseling N accumulation and remobilization of spring maize

2.4 水氮互作對春玉米氮素利用的影響

由表4可知，灌水量對春玉米氮素利用效率(NUE)有顯著性影響(P<0.05)，對氮素吸收效率(UPE)和氮肥利用率有極顯著性影響(P<0.01)，對氮收獲指數(shù)無顯著性影響(P>0.05)，施氮量對其均無顯著性影響(P>0.05)，但二者的耦合作用卻均有極顯著性影響(P<0.01)。W0.6灌水水平下N150處理的NUE顯著高于其他處理(P<0.05)；W0.8灌水水平下，N150和N300處理無顯著差異(P>0.05)，但顯著高于N375處理；而W1.0灌水水平下，N375處理顯著高于N150處理(P<0.05)。相同灌水水平下，UPE和氮肥利用率均隨著施氮量的增加而減小，另外，各處理之間的氮收獲指數(shù)的變化范圍為0.69～0.75，進一步說明春玉米吸收的氮素主要用于形成籽粒，促進產(chǎn)量的提高。

表4 不同水氮處理對春玉米氮素利用的影響Tab.4 Effects of different water and nitrogen treatments on nitrogen use of spring maize

2.5 水氮互作對根區(qū)土壤硝態(tài)氮殘留及分布規(guī)律的影響

如圖5所示，相同灌水條件下，土壤殘留的硝態(tài)氮含量與施氮量成正比。W0.6灌水水平下，土壤殘留的硝態(tài)氮主要聚集在0～60 cm土層，并在滴頭正下方40 cm處出現(xiàn)硝態(tài)氮累積區(qū)，在相同土層深度處，各處理土壤中的硝態(tài)氮含量在水平方向有向遠離滴灌帶減小的趨勢；W0.8灌水水平下，硝態(tài)氮累積區(qū)有向下移動的趨勢，土壤殘留的硝態(tài)氮含量主要聚集在90 cm以上的土層，水平方向的硝態(tài)氮含量表現(xiàn)規(guī)律與W0.6灌水水平相似；W1.0灌水水平下，W1.0N150和W1.0N225處理殘留的硝態(tài)氮含量很小，而W1.0N300和W1.0N375處理的硝態(tài)氮累積區(qū)出現(xiàn)在植株正下方70～80 cm土層，并有下移的趨勢，該趨勢隨著施氮量的增加表現(xiàn)得更明顯。通過計算各灌水處理下各土層硝態(tài)氮累積殘留量占總累積殘留量的比例可知，0～40 cm土層硝態(tài)氮累積殘留量最大，由大到小依次為W0.6、W0.8、W1.0。隨著灌水量的增加，60～100 cm土層硝態(tài)氮累積殘留量所占的比例逐漸增加，該現(xiàn)象隨著施氮量的增加表現(xiàn)更加明顯。試驗結(jié)果表明，在沙土地區(qū)，低灌水量處理的硝態(tài)氮累積殘留量主要集中在土壤表層，隨著灌水量和施氮量的增加，土壤中的硝態(tài)氮會隨著水分垂直運動，使更多的硝態(tài)氮往深層土壤運動。

圖5 滴灌施氮條件下春玉米收獲期根區(qū)土壤硝態(tài)氮含量分布圖Fig.5 Distributions of soil in harvest period of spring maize root area under nitrogen treatments

3 討論

前人對棉花[25]、甜瓜[26]、番茄[27]的水肥耦合研究結(jié)果表明，適宜的水肥條件下作物產(chǎn)量最高，當水肥供應(yīng)超過一定閾值時，產(chǎn)量呈下降趨勢，本研究結(jié)果與之相似：施氮量低于225 kg/hm2(或300 kg/hm2)，W0.6(或W0.8、W1.0)灌水水平下，增加施氮量對提高作物產(chǎn)量和氮素吸收利用明顯，但當施氮量高于225 kg/hm2(或300 kg/hm2)時，增產(chǎn)效果不顯著且造成減產(chǎn)，同時也符合GHEYSARI等[28]的最佳施氮量會隨灌水量的增加而增加的研究結(jié)果。另外本研究表明，相同灌水條件下，大多處理的地上部干物質(zhì)和氮素累積速率均隨施氮量的增加先增加后減小，其中在快增期內(nèi)，W1.0N300處理的地上部干物質(zhì)平均累積速率最大，為513.71 kg/(hm2·d)， W0.8N375處理的氮素平均累積速率最大，為2.75 kg/(hm2·d)。在中灌水(W0.8)和高灌水(W1.0)灌水條件下，水分利用效率隨著灌水量的增加先增加后減小，并且低灌水(W0.6)條件下，N375處理的WUE也顯著低于其他處理(P<0.05)。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抽雄期后，莖和葉的氮素吸收累積量隨著生育期的遞進逐漸減小，籽粒氮素累積量逐漸增加，說明抽雄期后植株營養(yǎng)器官中的氮素向籽粒中發(fā)生了轉(zhuǎn)運[29]。各灌水水平下，施氮量為150 kg/hm2處理的抽雄期后氮素吸收量均較低，可能是因為該施氮量不能有效地滿足該地區(qū)春玉米后期對氮素的吸收利用。在W0.8灌水水平下的營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量最大，為41.14 kg/hm2，在低灌水(W0.6)水平下，N375處理的NRE最低，顯著低于其他處理(P<0.05)，說明氮肥施用量過高對營養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)運會產(chǎn)生抑制作用。另外，低灌水(W0.6)水平下，N150處理的NUE顯著高于其他處理(P<0.05)；中灌水(W0.8)水平下，N150和N300處理無顯著差異(P>0.05)，但顯著高于N375處理，而高灌水(W1.0)水平下N375處理顯著高于N150處理(P<0.05)。相同灌水條件下，氮素吸收效率和氮肥利用率均與施氮量成反比，與郭金金等[30]的研究結(jié)果相似。

硝態(tài)氮作為作物吸收利用的主要形態(tài)[31]，其分布情況和殘留量受作物氮素的吸收、灌水方法和施氮量的影響[32]，施氮量投入過高會顯著增加土壤中硝態(tài)氮的殘留[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，灌水量和施氮量對土壤硝態(tài)氮的分布和含量有顯著性影響：增加施氮量，硝態(tài)氮含量增大；隨著灌水量和施氮量的增加，深層土壤中硝態(tài)氮含量有逐漸增加的趨勢；W0.6和W0.8灌水水平下滴頭下方40～60 cm之間出現(xiàn)不同程度的硝態(tài)氮累積區(qū)，該現(xiàn)象隨著施氮量的增加變得越明顯，這與李久生等[34]的研究結(jié)論比較相似。BADR等[6]的研究也表明硝態(tài)氮隨水分運移向濕潤鋒附近累積。這是因為硝態(tài)氮極易溶于水并隨水流運動，根系的向水性使較多的水分在進入土壤后沿水平方向運動，在濕潤體的橫向邊緣產(chǎn)生累積，而滴頭的正下方由于含水量較高，阻礙了硝態(tài)氮的垂直運動，并且滴頭正下方由于長期保持較高的含水量，使得該處通氣狀況較差，有利于反硝化作用的形成[35]，導(dǎo)致該處硝態(tài)氮含量較低。另外研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌水量的增加，60～100 cm土層硝態(tài)氮累積殘留量所占的比例逐漸增加，而W0.8灌水水平下殘留的硝態(tài)氮主要分布在0～90 cm土層，能較好地滿足春玉米大部分根系對水分及養(yǎng)分的吸收利用[17]。相比而言，W1.0灌水水平硝態(tài)氮的殘留累積區(qū)有下移的趨勢，說明灌水量過多會產(chǎn)生重力水下滲，使得硝態(tài)氮向深層土壤淋失，增加地下水污染的幾率[36]。因此，合理的灌水量和施氮量，能夠減緩硝態(tài)氮往深層土壤的運移，從而降低了地下水質(zhì)污染的風(fēng)險。

綜合考慮產(chǎn)量、氮素利用效率和土壤硝態(tài)氮殘留累積量及分布規(guī)律，W0.8N300處理的產(chǎn)量最高，并且氮素吸收累積量與最高氮素吸收累積量W1.0N300處理無顯著性差異；N150處理的氮素吸收利用效率雖然獲得最大值，但嚴重影響產(chǎn)量，不符合實際高產(chǎn)目標。高灌水(W1.0)處理增加了土壤硝態(tài)氮向深層滲漏的幾率，而中灌水(W0.8)處理的土壤硝態(tài)氮分布在0～90 cm土層，較好地滿足了春玉米根系對水分及養(yǎng)分的吸收利用。另外，考慮到試驗區(qū)年際降雨量分布不均，具體的灌水量應(yīng)以實際降雨量為參考進行調(diào)整。因此，灌水量與有效降雨量之和為532 mm、施氮量為300 kg/hm2是寧夏沙土地區(qū)適宜的滴灌灌水施氮組合。

4 結(jié)論

(1)相同灌水條件下，春玉米地上部干物質(zhì)累積速率和氮素累積速率(W0.8灌水水平除外)均隨施氮量的增加先增加后減小。在快增期內(nèi)，W1.0N300處理的春玉米地上部干物質(zhì)平均累積速率和W0.8N375處理的氮素平均累積速率最大，分別為513.71、2.75 kg/(hm2·d)。

(2)春玉米地上部干物質(zhì)累積量(W0.8N375處理除外)和產(chǎn)量隨施氮量的增加先增加后減小，W0.6灌水水平的最佳施氮量明顯低于W0.8和W1.0灌水水平。W0.8N300處理的產(chǎn)量最大，為16 387 kg/hm2。

(3)W0.6和W1.0灌水水平下，植株氮素吸收量均隨施氮量的增加先增加后減小；而W0.8灌水水平下，除W0.8N150處理，其余處理無顯著性差異。另外，W0.8N300的營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量最大，為41.14 kg/hm2。

(4)0～100 cm土層中的硝態(tài)氮累積量與施氮量成正比，與灌水量成反比。W0.6灌水水平下，土壤殘留的硝態(tài)氮主要聚集在0～60 cm土層中，W0.8灌水水平下，土壤殘留的硝態(tài)氮主要聚集在0～90 cm土層中，W1.0灌水水平的硝態(tài)氮有下移的趨勢。

(5)考慮試驗區(qū)年降雨量分配不均，本研究選取灌水量與有效降雨量之和為532 mm、施氮量300 kg/hm2為寧夏沙土地區(qū)適宜的滴灌灌水施肥制度。