小麥玉米周年氮水耦合對(duì)麥季氮素流向和利用效率的影響.pdf

1、華北地區(qū)，超量施用氮肥和不合理灌溉導(dǎo)致土壤剖面中和地下水的硝態(tài)氮大量積累，降低了氮肥和水分利用效率，限制了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的提高。為促進(jìn)該農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，亟需建立高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、無(wú)污染的水氮管理措施。本試驗(yàn)利用大型防雨棚-滲漏池設(shè)施，選用不同氮素利用率冬小麥品種(氮高效型品種石麥15和氮低效型品種濟(jì)麥19)，從氮素平衡和水分平衡入手，定量研究了氮水耦合效應(yīng)（設(shè)置不同灌溉量、氮肥類型和施氮量）對(duì)小麥玉米周年輪作條

2、件下冬小麥季的氮素流向和利用特性的影響，以期為高產(chǎn)冬小麥氮肥和水分的高效合理利用提供思路和借鑒。主要研究結(jié)果如下:
　　1.氮水耦合對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響
　　兩個(gè)冬小麥品種石麥15和濟(jì)麥19的產(chǎn)量和干物質(zhì)均隨氮肥和灌溉投入量的增加而增加。灌溉和氮肥之間存在顯著的交互作用，施氮量為180 kgN hm-2和90 kg Nhm-2的產(chǎn)量和干物質(zhì)之間的差異在脅迫灌溉條件下(W2)顯著低于正常灌溉條件下(W1)。相同施氮量條件下，第1

3、年有機(jī)肥處理的產(chǎn)量和干物質(zhì)顯著低于尿素處理，隨有機(jī)肥處理土壤肥力的提高，第3年有機(jī)肥處理的產(chǎn)量高于尿素處理。W1條件下，石麥15的產(chǎn)量和干物質(zhì)均顯著高于濟(jì)麥19，在W2條件下石麥15的干物質(zhì)高于濟(jì)麥19，但濟(jì)麥19的產(chǎn)量高于石麥15。石麥15和濟(jì)麥19的產(chǎn)量在W1條件下分別比W2條件下高77.2％和41.0％，說(shuō)明濟(jì)麥19在水分脅迫條件下減產(chǎn)幅度低于石麥15，其耐旱性比石麥15強(qiáng)。
　　從產(chǎn)量構(gòu)成因素上分析，增加灌溉量，兩品種冬小

4、麥的公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均顯著提高，且180 kgNhm-2施氮量處理的千粒重和穗粒數(shù)均顯著高于90 kgNhm-2。施氮量相同時(shí)，第3年的有機(jī)肥處理的千粒重高于尿素處理。品種間的公頃穗數(shù)差異明顯，石麥15的公頃穗數(shù)顯著高于濟(jì)麥19。品種、灌溉量、氮肥類型和施氮量的交互作用顯著影響千粒重和產(chǎn)量。
　　2.氨水耦合對(duì)冬小麥氮素流向的影響
　　植株吸收、氨揮發(fā)損失和淋洗損失是土壤氮素的主要流向，2011年分別占投入氮的62.

5、6～195.5％、2.5～25.7％和2.7～25.7，2012年分別占投入氮量54.1～199.9％、5.3～12.6％和5.9～36.5％。增加灌溉量和施肥量，植株吸收氮素和籽粒氮素含量均顯著增加。在本試驗(yàn)條件下，施氮量從90 kgN hm-2增加到180 kgNhm-2，或從灌溉水平從W2提高到W1，植株吸收氮素均顯著增加。相同施氮量條件下，尿素處理植株氮素積累量高于有機(jī)肥處理，干旱和氮素脅迫促進(jìn)了氮素向籽粒中的分配。
　　

6、施氮量從90 kg Nhm-2增加到180 kg Nhm-2，尿素處理的氨揮發(fā)損失量從34.5kg Nhm-2增加到38.3 kgNhm-2，增幅11.1％，但氨揮發(fā)損失率從41.5％下降到23.0％，降幅44.5％。W2處理的氨揮發(fā)速率峰值和累積氨揮發(fā)量分別比W1處理的高18.5％和15.4％。尿素處理的氨揮發(fā)損失量是有機(jī)肥的2.8～3.1倍。不同處理中，W2U1處理的氨揮發(fā)損失量最高，達(dá)43.8～45.6 kgN hm-2，占肥料氮

7、的24.4～25.4％; W2U2處理的氨揮發(fā)損失率最高，占肥料氮的40.6～42.5％。逐步回歸分析結(jié)果表明土壤表層的銨態(tài)氮含量和日平均氣溫與氨揮發(fā)速率密切相關(guān)，其他因素如氮肥類型、施氮量、土壤pH和灌溉量影響土壤銨態(tài)氮含量而間接影響氨揮發(fā)速率。
　　W2條件下3年中均無(wú)淋洗。W1條件下，第1年無(wú)淋洗;第2、3年的淋洗主要發(fā)生在生育前期，開(kāi)花期和灌漿期無(wú)淋洗發(fā)生，播種期硝態(tài)氮淋洗量分別占全年淋洗量的91.1％和56.1％。W1條

8、件下不同施肥處理的硝態(tài)氮淋洗在第2、3年分別為3.4～9.1和4.9～12.6 kg Nhm-2，分別占投入氮量的2.5～7.6％和4.9～12.6％。隨施氮量增加，土壤水溶液和淋洗液中的硝態(tài)氮濃度增加，但淋洗氮量占投入氮比例降低。淋洗液中硝態(tài)氮含量占礦質(zhì)氮的95.3～97.9％，是主要的淋洗形式。在W1條件下，施肥后土壤增加的硝態(tài)氮隨著灌溉水的下滲而向下移動(dòng)，從播種到拔節(jié)期，表層硝態(tài)氮可以淋洗到200 cm處，從開(kāi)花期到灌溉期可淋洗到

9、100 cm處。與尿素相比，盡管有機(jī)肥降低了第1、2年硝態(tài)氮向下遷移量，但依然會(huì)導(dǎo)致硝態(tài)氮淋洗。
　　3.氮水耦合對(duì)冬小麥氮素平衡和氮素利用效率的影響
　　三年后，不同處理之間的有機(jī)質(zhì)含量變化因不同的種植品種、灌溉量、施肥類型和施氮量而異。多數(shù)尿素處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈降低趨勢(shì)，U1處理的降低量（降低率）高于U2處理;有機(jī)肥處理的有機(jī)質(zhì)含量增加，M1與M2土壤有機(jī)質(zhì)增加量（增加率）分別為0.56～2.43 g kg-1(5.

10、13～22.35％)和0.06～0.96 g kg-1(0.52～8.70％)，且在W1條件下有機(jī)質(zhì)的增加量和增加率高于W2條件下。
　　忽略氮肥激發(fā)效應(yīng)和硝化反硝化作用，假定施肥處理的土壤氮礦化量完全等于不施氮處理的氮素輸出和投入的差值，有機(jī)肥處理表現(xiàn)出氮素盈余，M1的盈余量最高，達(dá)109.0～107.7 kgNhm-2，占投入氮的30.1～30.2％;而石麥15的尿素處理表現(xiàn)為氮素虧損。三年中，除W1M1、W2M1和W2U1處

11、理的土壤剖面礦質(zhì)氮含量呈增加趨勢(shì)外，其他處理的均呈降低趨勢(shì)。
　　氮水耦合顯著影響氮素利用率(Nit-UE)、氮素吸收效率(NUpE)、氮素利用效率(NUtE)和氮素收獲指數(shù)(NHI)。與W2灌溉相比，W1顯著提高了小麥的Nit-UE、NUpE和NUtE，降低了NHI。施氮量從90 kg N hm-2增加到180 kg N hm-2，小麥的Nit-UE、NUpE、NUtE和NHI降低。相同施氮量時(shí)，尿素處理的Nit-UE、NUpE

12、高于有機(jī)肥處理，但其NUtE較低。盡管濟(jì)麥19的Nit-UE顯著高于石麥15，但石麥15的植株吸氮量、NUpE和Nit-UE高于濟(jì)麥19。
　　選用氮高效小麥品種、改施尿素為有機(jī)肥、減少播種期的施肥量和灌溉量，可以顯著地減少土壤氮素的淋洗和氨揮發(fā)損失，增加作物氮素吸收，協(xié)同提高小麥的產(chǎn)量和氮素利用率。
　　4.氮水耦合對(duì)冬小麥水分利用特性的影響
　　W1灌溉條件下0～105 cm土層（尤其0～75cm），而W2灌溉條件

13、下0～75 cm(尤其0～35cm)土壤含量水量變化最大。W2條件下的水分淋洗量、抽出水量、土壤水分消耗(SWD)和蒸發(fā)蒸騰總量(ET)顯著地低于W1處理。W2處理的產(chǎn)量水分利用效率(WUEg)和干物質(zhì)水分利用效率(WUEd)在第1年高于W1處理，但在第3年低于W1處理。冬小麥的水分利用效率隨施氮量的增加而增加，但不同施氮量之間WUEg和WUEd的差異在W1條件下顯著高于W2處理。水分脅迫降低了氮肥對(duì)WUEg和WUEd的促進(jìn)作用，，施氮