李 源

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450046)

引言

目前，我國(guó)小麥-玉米輪作種植灌溉方式主要還是傳統(tǒng)平作與畦灌結(jié)合的方式，該方式水分利用效率低，節(jié)水潛力大。壟作溝灌作為一種新型灌溉方式，其將田面由傳統(tǒng)平面改變?yōu)椴ɡ诵危黾犹镩g通風(fēng)條件，且具有節(jié)水、保肥以及增產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。師學(xué)珍等[1]通過(guò)在西北內(nèi)陸干旱地區(qū)對(duì)壟作溝灌下不同灌水制度對(duì)玉米產(chǎn)量的研究，發(fā)現(xiàn)壟作溝灌條件下，玉米產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)耗水量之間具有明顯正相關(guān)關(guān)系，因此合理減少灌溉量可以大大提高制種的玉米水分利用效率。張新民等[2]針對(duì)壟作溝灌水的入滲特點(diǎn)與灌溉效益，對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)地面灌溉效率的考核指標(biāo)作出了完善，并確立了以灌溉的均勻度、貯水量與田間灌溉水效率、壟體濕潤(rùn)度4個(gè)指標(biāo)組成的灌水質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。曾愛(ài)國(guó)[3]通過(guò)在石羊河流域設(shè)置不同的灌水量梯度，研究不同灌水量梯度對(duì)全膜壟作溝灌水分利用效率及玉米產(chǎn)量，以及土壤含水率、產(chǎn)量要素的影響，得到了石羊河流域玉米全膜壟作溝灌條件下的適宜灌溉量為5175m3·hm-2。高傳昌等[4]通過(guò)研究小麥、玉米一體化壟作溝灌種植模式對(duì)冬小麥生長(zhǎng)特性和產(chǎn)量的影響發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)平作相比，一體化壟作溝灌種植模式為冬小麥提供了更好的生長(zhǎng)環(huán)境。以上研究均是從節(jié)水增產(chǎn)方面對(duì)壟作溝灌技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，然而目前對(duì)大田水肥耦合條件下壟作溝灌土壤水氮運(yùn)移尚缺乏系統(tǒng)研究。即便是有涉及壟作溝灌水氮運(yùn)移方面的研究，也只是室內(nèi)研究。如，汪順生等[5]通過(guò)室內(nèi)土箱試驗(yàn)對(duì)不同肥液含量下壟作溝灌硝態(tài)氮和銨態(tài)氮運(yùn)移進(jìn)行了試驗(yàn)與模擬；陳春來(lái)[6]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)探究了壟作溝灌土壤肥液入滲水氮運(yùn)移特性。

因此，可基于前人對(duì)溝灌水氮運(yùn)移研究結(jié)論，進(jìn)行大田試驗(yàn)，探究水肥耦合條件下壟作溝灌不同處理的水氮運(yùn)動(dòng)規(guī)律，尋求能夠更精確地探明土壤水氮運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方法，進(jìn)一步優(yōu)化施肥和灌溉的管理措施，旨在提供有關(guān)壟作溝灌技術(shù)參數(shù)選擇和提高農(nóng)田作物對(duì)水和氮肥利用效率的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本次試驗(yàn)于2020年10月—2021年9月，在華北水利水電大學(xué)農(nóng)水試驗(yàn)場(chǎng)開(kāi)展試驗(yàn)(N34°47′，E113°46′，海拔110.4m)。該地屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫14.5℃，多年平均降水量637.1mm，平均日照時(shí)數(shù)5.6h，無(wú)霜期220d。農(nóng)水試驗(yàn)場(chǎng)的試驗(yàn)大田地勢(shì)均勻，灌溉方便，土壤為粘壤土和沙壤土。田間持水量(體積比)為34.2%，平均土壤容重1.42g·cm-3，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為870mg·kg-1，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為539mg·kg-1，堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45～60mg·kg-1，速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.8mg·kg-1，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為104.4mg·kg-1。試驗(yàn)中的氣象資料通過(guò)試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的自動(dòng)氣象站收集整理得到。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年10月—2021年9月進(jìn)行冬小麥和夏玉米輪作水肥耦合試驗(yàn)。試驗(yàn)田種植方式采用壟作溝灌方式進(jìn)行，溝型及種植區(qū)域劃分見(jiàn)圖1。小麥和玉米種子分別采用“濟(jì)麥22”和“DHA757”，試驗(yàn)均設(shè)置2個(gè)影響因素，6種處理，分別為3種水分控制下限，3種施氮量處理。施氮處理3個(gè)水平分別為低肥量處理氮肥施用量為120kg·hm-2、中肥量處理氮肥施用量為220kg·hm-2、高肥量處理氮肥施用量為320kg·hm-2，分別記為N1、N2、N3。每種施氮水平下設(shè)置3種水分控制下限，分別為田間持水量的60%、70%和80%，即相對(duì)含水率為60%θf(wàn)、70%θf(wàn)和80%θf(wàn)，記作W1、W2、W3，以各生育期內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤水分為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)各處理土壤含水率低于設(shè)計(jì)水分下限時(shí)沿著壟溝進(jìn)行灌水，小麥灌水定額為30mm，玉米灌水定額為15mm。

注：溝型尺寸以小麥田為例。圖1 壟作溝灌田間試驗(yàn)布置及溝型尺寸

壟作溝灌試驗(yàn)區(qū)面積為28.5m×40m，壟作溝灌種植模式相鄰2溝中距離為1.1m，溝為梯形斷面，底寬20cm，深20cm，邊坡坡度為2。壟上小麥種植5行，行間距為15cm，玉米種植3行，行間距25cm。

表1 試驗(yàn)水肥處理方案

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤水分含水量

播種前、全生長(zhǎng)周期和收獲后都進(jìn)行測(cè)定，在冬小麥的生育周年內(nèi)，土壤含水量每隔5～10d測(cè)定1次；其中壟作溝灌種植模式在溝、壟各取1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；采用TRIME管檢測(cè)法分層測(cè)定土壤含水率，并在試驗(yàn)前期用烘干法對(duì)其校核1次。含水率測(cè)量深度為120cm，分6層(每層20cm)，降雨和灌水前、后加測(cè)1次。

1.3.2 土壤干容重測(cè)量

此次試驗(yàn)采用環(huán)刀法測(cè)定土壤干容重，在種植區(qū)域具有代表性位置隨機(jī)選取3個(gè)采樣點(diǎn)，用鐵鍬將采樣點(diǎn)表面土層鏟平，0～120cm土層每隔20cm進(jìn)行取樣并稱重，最后將樣品烘干稱重計(jì)算結(jié)果。計(jì)算公式：

式中，ρB為土壤容重，g·cm-3；m1為環(huán)刀和干土的重量，g；m2為環(huán)刀的重量，g；V為環(huán)刀體積，cm3。

1.3.3 土壤硝態(tài)氮測(cè)量方法

在小麥和玉米不同生育期內(nèi)，用土鉆在每個(gè)處理取0～120cm土層土壤，每隔20cm進(jìn)行1次取樣。此次試驗(yàn)硝態(tài)氮測(cè)量采用紫外線分光光度校正因數(shù)法，取適量待測(cè)鮮土，用2mol·L-1KCl溶液浸取土壤，通過(guò)混合、振蕩將土壤中吸附的硝態(tài)氮(包括水溶性硝態(tài)氮和交換態(tài)硝態(tài)氮)交換浸取出來(lái)，取適量析出液利用硝酸根離子在220nm具有強(qiáng)吸收性，在275nm處無(wú)吸收性結(jié)合校正因數(shù)測(cè)定待測(cè)樣品硝態(tài)氮的吸光度，再通過(guò)制定的標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液與吸光度建立的函數(shù)關(guān)系反推土壤硝態(tài)氮濃度，進(jìn)而計(jì)算硝態(tài)氮含量。

1.3.4 土壤氨態(tài)氮測(cè)量方法

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)收集、記錄、整理和分析采用Excel 2016進(jìn)行，數(shù)據(jù)處理采用SPSS 22.0，繪圖采用Origin 2021繪圖軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 壟作溝灌冬小麥土壤水氮運(yùn)移規(guī)律

冬小麥各處理按量進(jìn)行施基肥后，對(duì)大田進(jìn)行機(jī)耕，并在機(jī)耕后進(jìn)行3d晾田，然后進(jìn)行播種。不同處理拔節(jié)期前按量進(jìn)行一次追肥處理，全生育期共進(jìn)行一次施肥處理。冬小麥生育期內(nèi)按照各處理水分控制下限進(jìn)行灌水，每次灌水定額為30mm。

2.1.1 不同生育期含水率分布

由圖2可知，不同水肥處理下各生育期內(nèi)0～120cm土層體積含水率隨土層深度的增加呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。隨水分控制下限增加，0～60cm土層土壤含水率變化幅度大于60～120cm土層土壤含水率的變化幅度。不同施氮水平對(duì)不同土層土壤含水率也存在一定的影響，影響集中在0～60cm中，主要表現(xiàn)為隨施氮量增加含水率有略微的減少。

圖2 不同水肥處理下小麥不同生育期土壤體積含水率分布

不同水肥處理?xiàng)l件下，全生育期內(nèi)越冬期小麥0～120cm各層土壤含水率明顯高于其他生育期，這主要是因?yàn)樵摃r(shí)間段地表溫度較低，作物植株較小導(dǎo)致田間的騰發(fā)量和作物耗水量較低。從拔節(jié)期到開(kāi)花期土壤各層含水率隨生育期的延伸表現(xiàn)為逐漸降低，說(shuō)明該時(shí)間段耗水量較大，主要是因?yàn)樘鞖饣嘏饕约拔镏仓昕焖偕L(zhǎng)增加田間的騰發(fā)量。而開(kāi)花期到成熟期土壤中各層土壤含水量明顯增加，主要是該時(shí)期作物生長(zhǎng)耗水速率降低導(dǎo)致。

2.1.2 不同生育期硝態(tài)氮分布

由圖3可知，W1、W2和W3處理之間隨著含水率控制下限的增加，小麥各生育期0～60cm土層硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，60～120cm土層硝態(tài)氮含量變化幅度不大。N1、N2和N3處理之間隨著施氮量的增加，各生育期不同土層硝態(tài)氮含量均呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢(shì)，其中0～40cm硝態(tài)氮含量增加較為明顯。

圖3 不同水肥處理下小麥不同生育期土壤硝態(tài)氮含量分布

不同水肥處理?xiàng)l件下，各生育期之間除拔節(jié)期前進(jìn)行追肥處理后，導(dǎo)致拔節(jié)期各土層硝態(tài)氮含量增加外，其他時(shí)期各層硝態(tài)氮含量變化均表現(xiàn)為隨生育期遞減。其中，拔節(jié)期到孕穗期時(shí)間段硝態(tài)氮含量下降最快，說(shuō)明此時(shí)期小麥生長(zhǎng)旺盛。

不同水肥處理?xiàng)l件下，各時(shí)期不同土層硝態(tài)氮含量隨土層深度增加變化規(guī)律也存在較大差別。孕穗期和開(kāi)花期，W1不同施氮處理?xiàng)l件下硝態(tài)氮含量隨土層增減逐漸減少，W2不同施氮處理?xiàng)l件下40cm土層深度硝態(tài)氮含量比W1同處理?xiàng)l件下變化不大，W3不同施氮處理?xiàng)l件下>40cm土層硝態(tài)氮含量比W1和W2同處理下有顯著增加；出苗期、越冬期和拔節(jié)期，冬小麥不同處理各土層硝態(tài)氮含量隨土層深度增加表現(xiàn)出降低趨勢(shì)；成熟期，不同水肥處理?xiàng)l件下各土層硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為W1、W2處理0～80cm硝態(tài)氮變化不明顯，80～120cm硝態(tài)氮呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而W3處理0～120cm土層土壤硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)小幅增加趨勢(shì)。

2.1.3 不同生育期銨態(tài)氮分布

由圖4可知，各處理冬小麥不同生育期不同土層深度土壤銨態(tài)氮含量變化差異顯著，小麥全生育期內(nèi)銨態(tài)氮分布表現(xiàn)為集中在表層土層(0～20cm)，20～40cm土層土壤銨態(tài)氮急劇降低，土層深度≥40cm土壤中銨態(tài)氮含量均較低。排除拔節(jié)期前追肥的影響，冬小麥銨態(tài)氮含量隨生育期的延伸表現(xiàn)為遞減，其中出苗期到越冬期和拔節(jié)期到孕穗期銨態(tài)氮含量較其他生育時(shí)間段減少最為顯著。開(kāi)花期到成熟期0～120cm土層各層銨態(tài)氮含量幾乎沒(méi)有變化。

通過(guò)對(duì)比各生育期下各處理銨態(tài)氮在0～120cm土層中分布情況發(fā)現(xiàn)，隨著土壤水分控制下限的增加各處理土層中銨態(tài)氮含量有一定的下降趨勢(shì)；隨著施氮量的增加各處理土層中銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

2.2 壟作溝灌夏玉米土壤水氮運(yùn)移規(guī)律

夏玉米各處理按量進(jìn)行施基肥后，對(duì)大田進(jìn)行機(jī)耕，并在機(jī)耕后進(jìn)行3d晾田，然后進(jìn)行播種。夏玉米生育期內(nèi)同樣按照各處理水分控制下限進(jìn)行灌水，每次灌水定額為15mm。不同處理開(kāi)花期前按量進(jìn)行一次追肥處理，全生育期共進(jìn)行一次施肥處理。在各處理基礎(chǔ)上定期在夏玉米生育周期內(nèi)進(jìn)行土壤體積含水率、硝態(tài)氮含量和銨態(tài)氮含量測(cè)定。

2.2.1 不同生育期含水率分布

由圖5可知，玉米全生育期不同水肥處理下，0～100cm土層體積含水率隨土層深度的增加同樣呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，而100～120cm土壤含水量變化存在較大差異，有的表現(xiàn)為增加，有的減少。隨水分控制下限增加，0～80cm土層中土壤含水率變化幅度大于80～120cm土層中土壤含水率的變化幅度，這主要是因?yàn)楦魃趦?nèi)降雨量以及各生育期作物根長(zhǎng)度不同，以及80～120cm土層土壤受蒸發(fā)影響較弱。不同施氮水平對(duì)不同土層土壤含水率也存在一定的影響，影響集中在0～60cm土層，主要表現(xiàn)為隨施氮量增加含水率有略微的減少。

圖5 不同水肥處理下玉米不同生育期土壤含水率分布

不同水肥處理?xiàng)l件下，全生育期內(nèi)拔節(jié)期到抽雄期玉米0～120cm各層土壤含水率明顯高于其他生育時(shí)間段，這主要是該時(shí)間段降雨非常多導(dǎo)致。從抽雄期到灌漿期土壤各層含水率明顯降低且低于生育時(shí)間段，這主要是因?yàn)橛衩壮樾鄣焦酀{期是夏玉米生長(zhǎng)階段需水量最大的時(shí)期。而灌漿期到成熟期土壤中各層土壤含水量變化不明顯，主要原因是該時(shí)期作物生長(zhǎng)耗水速率較低。

2.2.2 不同生育期硝態(tài)氮分布

由圖6可知，W1、W2和W3處理之間隨著含水率下限的增加，玉米各生育期0～60cm土層硝態(tài)氮含量在降低，60～120cm土層硝態(tài)氮含量表現(xiàn)出增加趨勢(shì)。N1、N2和N3處理之間隨著施氮量的增加，各生育期不同土層硝態(tài)氮含量均出現(xiàn)不同程度的增加。

圖6 不同水肥處理下玉米不同生育期土壤硝態(tài)氮含量分布

不同水肥處理下，玉米各處理土壤硝態(tài)氮含量各生育期之間的變化差異顯著，除開(kāi)花期前進(jìn)行施肥處理使得各處理硝態(tài)氮含量增加外，其他各生育期硝態(tài)氮含量均隨生育期逐漸降低。從出苗期到拔節(jié)期和開(kāi)花期到灌漿期期間表層(0～20cm)硝態(tài)氮含量消耗速率較其他時(shí)間段快。各處理灌漿期到完熟期未施肥反而各層土壤硝態(tài)氮含量出現(xiàn)小幅增加，應(yīng)是該時(shí)間段土壤含水率下降，土壤通氣良好促進(jìn)了硝化反應(yīng)引起了銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化。

不同水肥處理下，各土層硝態(tài)氮含量隨土層深度增加變化規(guī)律差異顯著。出苗期，硝態(tài)氮主要集中在表層0～20cm土層中，0～60cm硝態(tài)氮含量隨土層深度增加而減少。60～120cm土層土壤中硝態(tài)氮含量隨土層深度增加表現(xiàn)為先增加后減少；拔節(jié)期和抽雄期各處理0～60cm土層硝態(tài)氮含量隨土層深度增加逐漸減少，>60cm土層硝態(tài)氮含量均出現(xiàn)有增加趨勢(shì)，其中W3處理較W1、W2處理同等條件下60～120cm硝態(tài)氮含量多，由此說(shuō)明由于該時(shí)期降雨較多，導(dǎo)致各處理出拔節(jié)期和抽雄期出現(xiàn)了不同程度的硝態(tài)氮深層滲漏。

2.2.3 不同生育期銨態(tài)氮分布

由圖7可知，施氮量一定條件下，W1、W2和W3處理之間隨著含水率控制下限的增加，玉米各生育期0～120cm土層銨態(tài)氮含量有下降趨勢(shì)但不明顯。水分控制下限一定條件下，N1、N2和N3處理之間隨著施氮量的增加，各生育期不同土層銨態(tài)氮含量均出現(xiàn)不同程度的增加，其中表層(0～20cm)增加比較明顯，>20cm土層銨態(tài)氮變化幅度較小。

圖7 不同水肥處理下玉米不同生育期土壤銨態(tài)氮含量分布

不同水肥處理下，玉米各處理土壤銨態(tài)氮含量不同生育期之間的變化差異同樣也主要集中在表層(0～20cm)土壤。灌漿期到完熟期各處理土壤銨態(tài)氮含量出現(xiàn)大幅降低，因此該玉米生育時(shí)間段土壤中銨態(tài)氮含量消耗速率較其他時(shí)間段快。拔節(jié)期到抽雄期土壤各處理土壤銨態(tài)氮含量變化不明顯，因此該時(shí)間段降雨較多影響土壤中硝化反應(yīng)速率，導(dǎo)致土壤中銨態(tài)氮消耗速率較低。除拔節(jié)期到抽雄期，其他各生育時(shí)間段銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)為下降。

不同水肥處理下，各土層銨態(tài)氮含量隨土層深度增加變化規(guī)律有所差異。除完熟期各層土壤中銨態(tài)氮含量差別不大，其他各生育期各土層銨態(tài)氮含量均主要集中在表層(0～20cm)土壤，≥20cm土層土壤中銨態(tài)氮含量很少。

2.3 作物產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

冬小麥不同水分控制下限處理下，小麥產(chǎn)量隨土壤水分下限的增加而增加，W2處理比W1產(chǎn)量平均提高5.02%，W3處理比W1處理產(chǎn)量平均提高12.76%；不同施氮處理下小麥產(chǎn)量隨施氮水平的增加表現(xiàn)為先增加后減少，N2處理比N1處理產(chǎn)量平均提升5.85%，W3處理比W1處理產(chǎn)量平均增長(zhǎng)2.12%。除此之外，其他產(chǎn)量構(gòu)成因素也隨水肥處理變化表現(xiàn)不同，如穗長(zhǎng)隨施氮量的增加而增加，隨土壤水分控制下限的增加表現(xiàn)出先增加后減??；密度隨施氮量的增加表現(xiàn)出先增加后減小，隨土壤水分控制下限的增加而增加。

表2 不同水肥處理冬小麥、夏玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成

夏玉米不同水分處理對(duì)玉米產(chǎn)量影響和小麥表現(xiàn)規(guī)律一樣。其中，不同水分控制線下限下，W2處理產(chǎn)量比W1處理平均增加3.26%，W3處理產(chǎn)量比W1處理平均增長(zhǎng)8.36%；不同施氮水平下，N2處理產(chǎn)量比N1處理平均增加2.63%，N3處理產(chǎn)量比N1處理平均增加0.83%。對(duì)于玉米果長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，施氮量和土壤水分控制下限的增加均對(duì)其有促進(jìn)作用；單株粒數(shù)隨水分控制下限增加而增加，隨施氮水平增加表現(xiàn)為先增加后減少。

3 討論

3.1 水肥耦合對(duì)小麥、玉米土壤水分分布的影響

經(jīng)前人研究土壤水分的分布在土層中主要受到土壤結(jié)構(gòu)、灌溉方式、灌溉定額以及灌溉次數(shù)等因素的調(diào)節(jié)[7]。在采用相同土壤、灌溉方式和灌溉定額時(shí)，土壤水分控制下限越高土壤初始含水率越高，同等條件下生育期內(nèi)灌溉次數(shù)越多。陳琳等[8]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤初始含水率越大在進(jìn)行灌水時(shí)土壤中的濕潤(rùn)鋒越大，進(jìn)而對(duì)土壤水分分布影響范圍也就越大。為具體探究該問(wèn)題，本研究設(shè)定3種灌水方案和3種施氮水平，即3種水分下限60%θf(wàn)(W1)、70%θf(wàn)(W2)、80%θf(wàn)(W3)和3種施氮水平120kg·hm-2(N1)、220kg·hm-2(N2)、320kg·hm-2(N3)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，小麥-玉米不同生育期>60cm土層硝態(tài)氮含量均發(fā)生了不同程度增加，其中小麥0～40cm土層和玉米0～60cm土層中含水率呈現(xiàn)小幅度的較少，而>60cm土層小麥-玉米含水率無(wú)顯著變化。原因在于，在一定施氮水平范圍內(nèi)隨著施氮水平的增加土壤中的基質(zhì)勢(shì)增加，導(dǎo)致土壤0～60cm土壤中水勢(shì)增加，促進(jìn)土壤水分向水勢(shì)低的下層運(yùn)動(dòng)；隨著施氮水平的增加促進(jìn)了植物生長(zhǎng)，增加了植物耗水量，進(jìn)而導(dǎo)致小麥0～40cm土層和玉米0～60cm土層土壤含水率降低；玉米根系比小麥根系長(zhǎng)，能影響更深層土壤的含水率分布。綜合小麥-玉米全生育期土壤水分分布規(guī)律來(lái)看，隨著水分控制下限的提高，0～60cm土層含水率出現(xiàn)顯著的提升，而>60cm土層變化不明顯，說(shuō)明0～60cm土層比較活躍，受降雨和蒸發(fā)量影響較大，這與孫寧霞等[9]結(jié)論一致。

3.2 水肥耦合對(duì)小麥、玉米土壤氮素分布的影響

由于小麥-玉米追肥時(shí)均采用水肥一體化施肥，因此小麥-玉米追肥后土壤中氮素的運(yùn)動(dòng)規(guī)律受到土壤水分分布的巨大影響。合適的水肥處理可以顯著減少土壤中氮素深層滲漏的現(xiàn)象[10]。從本次研究結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，小麥-玉米各生育期內(nèi)施氮量對(duì)不同土層中土壤硝態(tài)氮含量的影響結(jié)果跟前人研究基本一致，即不同土層土壤中硝態(tài)氮含量與施氮量呈正比[11，12]。而關(guān)于不同灌水水平對(duì)不同土層土壤硝態(tài)氮含量分布的影響結(jié)論不全一致。部分人認(rèn)為隨著田間的輸水量增加土壤中硝態(tài)氮向深層滲漏越嚴(yán)重，部分人認(rèn)為增加輸水量土壤中硝態(tài)氮含量滲漏并不是很嚴(yán)重[12，13]。本研究表明，無(wú)論是小麥還是玉米，水分控制下限從60%θf(wàn)增加到70%θf(wàn)各生育期，0～120cm土層土壤硝態(tài)氮含量變化不大，因此表層硝態(tài)氮為產(chǎn)生明顯向土壤深處運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。而水分控制下限從60%θf(wàn)增加到80%θf(wàn)，小麥生育后期(孕穗期到成熟期)0～60cm土層硝態(tài)氮含量出現(xiàn)小幅的較少，60～120cm土層硝態(tài)氮出現(xiàn)小幅的增加，說(shuō)明小麥生育后期土壤水分控制下限從60%θf(wàn)增加到80%θf(wàn)，土壤硝態(tài)氮有向深層運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)；玉米拔節(jié)期-抽雄期0～60cm土層硝態(tài)氮含量出現(xiàn)小幅的較少，60～120cm土層硝態(tài)氮出現(xiàn)一定程度的增加，說(shuō)明玉米抽雄期-拔節(jié)期土壤水分控制下限從60%θf(wàn)增加到80%θf(wàn)，部分土壤硝態(tài)氮向深層土壤運(yùn)動(dòng)。隨著施氮量的增加，小麥-玉米各生育期內(nèi)0～120cm土層土壤中硝態(tài)氮增加幅度不盡相同，其中0～60cm土層中土壤硝態(tài)氮含量隨施氮量增加的幅度較60～120cm土層大。不同生育期硝態(tài)氮含量隨施氮水平增加表現(xiàn)規(guī)律也不盡相同，小麥出苗期、越冬期和玉米的出苗期施氮量的增加對(duì)土壤硝態(tài)氮含量影響較其他時(shí)期大[13]。

小麥和玉米各生育期內(nèi)不同土層硝態(tài)氮含量變化不盡相同。隨作物生長(zhǎng)并不斷吸收土壤中硝態(tài)氮，在不考慮追肥的影響下，小麥-玉米隨生育期的延伸0～120cm土層土壤中硝態(tài)氮含量逐漸降低。由于不同生育期作物根系長(zhǎng)度不同，對(duì)土壤中硝態(tài)氮影響深度也不同，小麥-玉米生育前期土壤中硝態(tài)氮消耗主要集中在0～20m土層，剩余生育時(shí)間段硝態(tài)氮消耗主要集中在0～60cm土層。

相較于硝態(tài)氮的分布情況，銨根離子帶有正電荷，因此容易被帶有負(fù)電荷的土壤膠粒吸附，這就使得銨態(tài)氮較不容易受到淋溶的影響[7]。本研究的結(jié)果同樣顯示，當(dāng)土壤水分控制下限從60%θf(wàn)增加到80%θf(wàn)時(shí)，小麥-玉米0～120cm各層的土壤中銨態(tài)氮的變化并不大，這表明在一定范圍內(nèi)增加土壤水分控制下限對(duì)銨態(tài)氮在0～120cm土層中的分布影響并不大。通過(guò)對(duì)比施氮量從120kg·hm-2增加到320kg·hm-2的小麥-玉米各生育期內(nèi)銨態(tài)氮的分布規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)施氮量的增加能夠顯著提高0～20cm土層中的銨態(tài)氮含量。

3.3 水肥耦合對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

前人研究表明[14，15]，灌水和施氮對(duì)作物產(chǎn)量有促進(jìn)作用，但是在作物生長(zhǎng)發(fā)育中水肥耦合存在一個(gè)臨界閾值，低于此臨界閾值可通過(guò)增加水肥投入促進(jìn)增長(zhǎng)，但高于此臨界閾值時(shí)，增產(chǎn)效果不明顯或有可能減產(chǎn)。從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在同一施氮量下，隨水分控制下限的增加而增加，而相同水分控制下限下，小麥-玉米產(chǎn)量最大的卻是N2處理。說(shuō)明水分控制下限在60%θf(wàn)～80%θf(wàn)范圍內(nèi)，水分控制線下限對(duì)小麥-玉米產(chǎn)量有促進(jìn)作用，施氮量在120～320kg·hm-2范圍內(nèi)，施氮量對(duì)小麥-玉米產(chǎn)量的促進(jìn)作用存在一個(gè)閾值，即220kg·hm-2。

4 結(jié)論

不同水肥處理壟作溝灌小麥-玉米，各生育期土壤剖面水分分布差異顯著。0～60cm深度土層受降雨、灌水和騰發(fā)影響大，在整個(gè)生育期內(nèi)0～60cm土層土壤含水率變化比深層(>60cm)土壤含水率變化劇烈。從小麥-玉米各生育期土壤含水量變化規(guī)律來(lái)看，提高水分控制下限明顯增加了小麥-玉米生育期內(nèi)土壤0～60cm土層含水率，施氮量增加對(duì)0～60cm土層土壤含水率有降低趨勢(shì)。對(duì)于小麥-玉米全生育期灌水次數(shù)來(lái)說(shuō)，增加土壤水分控制下限明顯增加了小麥-玉米生育期灌水次數(shù)。

不同水肥處理對(duì)小麥-玉米同生育期內(nèi)氮素分布影響顯著。施氮量的增加能顯著提高硝態(tài)氮0～60cm土層和銨態(tài)氮0～20cm土層中的含量；試驗(yàn)控制范圍內(nèi)，隨土壤水分控制下限的增加，作物生育期內(nèi)土壤中氮素均未產(chǎn)生明顯向的深層土壤運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)；作物生育越旺盛土壤中氮素變化越劇烈。

不同水肥處理對(duì)小麥-玉米產(chǎn)量影響顯著，水肥耦合對(duì)作物生長(zhǎng)存在一個(gè)臨界閾值，低于該值增加水肥投入可以促進(jìn)作物高產(chǎn)，但高于該值時(shí)存在可減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

因此，通過(guò)本次田間小麥-玉米試驗(yàn)分析，本研究認(rèn)為壟作溝灌種植模式下，小麥-玉米連作時(shí)，W3N2處理對(duì)小麥-玉米效益最高，即灌水水分控制下限為80%θf(wàn)，施氮量為220kg·hm-2。由于本試驗(yàn)存在一定的局限性，因此可以該試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，進(jìn)一步通過(guò)構(gòu)建模型、數(shù)值模擬以尋求不同條件下小麥-玉米的最優(yōu)水肥制度，以期為壟作溝灌灌溉模式下種植的作物提高科學(xué)指導(dǎo)。