灌溉定额对春播裸燕麦土壤氮素的影响

蔡雨++刘晓侠++吴娜++刘吉利++宗晓芳

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.042

摘要：在大田条件下，采用随机区组设计，研究60、100、140、180、220 mm 5种滴灌定额与220 mm传统灌溉（CK）对裸燕麦土壤不同土层氮素的影响，结果表明，100 mm滴灌定额处理的裸燕麦，其土壤的全氮含量高于其他处理，并随着土层深度的增加而逐渐减少；60 mm滴灌定额处理的裸燕麦，其不同土层土壤的硝态氮、铵态氮含量高于其他处理，随着土层深度的增加，硝态氮、铵态氮含量呈下降趋势；滴灌定额处理的硝态氮、铵态氮含量均高于传统灌溉（CK），传统灌溉易造成土壤硝态氮向下淋洗，不利于裸燕麦对氮素的吸收利用。

关键词：滴灌定额；裸燕麦；土壤氮素；硝态氮；铵态氮

中图分类号： S512.607；S512.606文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0165-03

收稿日期：2015-11-10

基金项目：国家自然科学基金（编号：31201177）。

作者简介：蔡雨（1991—），男，山东临沂人，硕士研究生，从事作物高产栽培研究。E-mail：991588456@qq.com。

通信作者：吴娜，博士，副教授，主要从事作物高产栽培研究。E-mail：nawu2000@163.com。燕麦是禾本科燕麦属（Avena sativa L.）1年生长日照草本植物，喜寒凉，耐干旱，抗盐碱[1]，是我国半干旱、干旱地区的一种优势作物。作为牧草和饲草使用，燕麦产量高，营养成分丰富，成为世界各牧区重要的优质牧草[2-3]。氮素是影响植物生长发育、产量及品质的重要元素，是农作物生长吸收最多的营养元素[4]，而氮素的迁移深度和灌水量存在密切联系，合理的灌溉方式可以有效控制氮的淋失。张步翀等研究发现，0～40 cm土层的土壤全氮量与小麦全生育期供水量呈线性负相关，而碱解氮则与全生育期供水量呈线性正相关[5]。杨开静等研究发现，综合考虑水分利用率和产量等因素，滴灌条件下灌水定额为45 mm、灌溉定额为350 mm时，西北旱区春小麦可达到节水增产的目标，且比当地常规灌溉条件下高产田增产3%～14%，节水32%[6]。安巧霞等通过阿拉尔垦区棉田灌溉试验得出，硝态氮淋失量与灌水量呈对数相关[7]。因此，在作物生长发育环节，针对不同作物需水量给予充足的灌溉保障，能够极大程度地提升作物对土壤氮素的吸收利用率。

我国传统的灌溉方式多采用大水漫灌，不仅使水资源得不到充分利用，而且长期漫灌容易产生次生盐渍化等问题。滴灌作为一种新型的节水灌溉方式，实现了水资源的高效利用，也极大程度上解决了这一问题。本试验在我国干旱、半干旱农牧交错带，研究不同灌溉定额对燕麦不同生育期土层中氮素的影响，探讨氮素迁移和灌水量、灌溉方式的关系，为干旱、半干旱地区农田生态系统的健康可持续发展提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验品种为裸燕麦（Avena nuda L.）白燕8号，由吉林省白城市农业科学院提供。

1.2试验地概况

试验地白城市农业科学院。白城市位于吉林省西北部、嫩江平原西部、科尔沁草原东部，44°13′57″～46°18′N、121°38′～124°22′E，属温带大陆性季风气候；年均日照时数为2 919.4 h，年均气温为4.9 ℃，无霜期为157 d；年均降水量为407.9 mm，分布不均，秋冬雨雪少，春季降水少，2008年、2009年4—7月（燕麦生长期）的降水量分别为140、136.8 mm。耕层土壤有机质含量为12.4 g/kg，全氮含量为0.859 g/kg，碱解氮、有效磷、有效钾含量分别为66.6、14.2、71.8 mg/kg，土壤pH值为6.86。前茬作物为燕麦。播前，一次性施入复合肥 300 kg/hm2，纯氮、P2O5和K2O的比例为12 ∶20 ∶13。

1.3试验设计

试验设6个灌溉定额处理（表1），随机区组排列，重复3次。试验小区长、宽为10 m×4 m，面积40 m2；裸燕麦种植行距为30 cm。试验小区之间深埋50 cm塑料进行隔离，防止不同小区之间的水分和养分相互影响。滴灌管布置在小区中间，滴头间距为0.2 m，滴头距植株0.15 m，滴头流量为 2 L/h。灌溉时，按各处理灌溉定额分别计算滴灌延续时间，用闸阀精确控制。每次灌水前后测定各处理土壤的含水量。

1.4指标测定

土壤全氮采用凯氏定氮法测定；土壤硝态氮、铵态氮采用0.01 mol/L CaCl2浸提，TRAACS 2000流动分析仪测定。

1.5数据分析

采用SAS 8.2软件进行方差分析；其他数据处理与分析采用Microsoft Excel软件。

2结果与分析

2.1灌溉定额对春播裸燕麦土壤全氮含量的影响

土壤全氮包括所有形式的有机氮素、无机氮素，是标志土壤氮素总量和供应植物有效氮素的源和库，综合反映土壤的氮素状况[8]。由表2可知，裸燕麦在拔节期和开花期时，与其他处理相比，W2处理土壤不同土层的全氮含量相对较高；裸燕麦开花期至拔节期，W5处理的土壤全氮含量呈大幅上升趋势，其后呈下降趋势，收获期时基本回到拔节期时土壤的含氮量水平；裸燕麦不同生育期，随土层深度增加，土壤全氮含量多呈减小趋势；裸燕麦整个生育期，随生长发育期的推进，同一土层土壤的全氮含量基本呈先上升后下降趋势，裸燕麦开花期土壤的含氮量水平相对较高；裸燕麦各生育期同一土层全氮含量虽有不同，但不同灌溉定额处理间差异不显著（P>0.05）。

2.2灌溉定额对裸燕麦土壤硝态氮含量的影响

2.2.1裸燕麦主要生育期土壤硝态氮的变化由图1可见，拔节期时，0～60 cm土壤中的硝态氮含量相对较高，随着裸燕麦生育期的推进，各处理的土壤硝态氮含量逐渐降低；裸燕麦拔节期，随灌溉定额的增加，硝态氮含量呈下降趋势，其中，处理W1、W2与处理W3、W4、W5、CK差异显著（P<0.05）；裸燕麦开花期时，各处理土壤中的大量硝态氮被作物利用或随水下渗，0～60 cm土壤中的硝态氮含量低于拔节期，处理W1、W2与处理W3、W4、W5、CK差异显著；裸燕麦成熟期时，各处理0～60 cm土壤中的硝态氮含量相对最低，处理W1、W2、W4与处理W3、W5、CK差异显著；在裸燕麦各个生育期，W1处理的土壤硝态氮含量均高于W2、W3、W4、W5、CK处理。

2.2.2裸燕麦主要生育期0～60 cm土层土壤硝态氮的垂直分布由图2可见，土壤硝态氮主要集中分布在0～40 cm土层；裸燕麦各生育期，0～60 cm土层土壤的硝态氮垂直分布趋势基本一致；裸燕麦拔节期和开花期，0～20 cm土层土壤的硝态氮含量相对较高，灌溉定额较小的W1处理高于灌溉定额较大的W5和CK处理；随着土层加深，土壤硝态氮含量逐渐降低；开花期，各处理表层土壤的硝态氮含量低于拔节期，而40～60 cm土层土壤的硝态氮含量与拔节期几乎无差异；裸燕麦成熟期与拔节期、开花期相比，土壤硝态氮含量在各土层都有所降低；灌溉定额越大，各土层硝态氮的含量越低，不同处理间均有明显差异。

2.3灌溉定额对裸燕麦土壤氨态氮含量的影响

由表3可见，不同灌溉定额下裸燕麦同一生育期时，随土层加深，土壤的铵态氮含量呈降低趋势；随生育期的推进，同一灌溉定额处理的裸燕麦各土层土壤的铵态氮含量也呈下降趋势，并于成熟期时达到最低，且0～20、20～40 cm土层中的铵态氮含量变化波动相对较大，40～60 cm变化波动相对较小；随灌溉定额的增大，同一土层土壤的铵态氮含量呈降低趋势，高灌溉定额处理下土壤铵态氮含量明显低于低灌溉定额处理；传统灌溉处理低于灌溉定量处理；裸燕麦开花期时灌溉定额W1处理0～20 cm土层的铵态氮含量比传统灌溉（CK）高62.96%，收获期时W1处理20～40 cm土层的铵态氮含量比传统灌溉（CK）高64.15%，这说明高灌溉定额和传统灌溉易造成土壤铵态氮的淋洗。

3结论与讨论

裸燕麦整个生育期间内，不同土层土壤的全氮含量在苗期至拔节期相对较低，可能是由于随着气候转暖，冻结的土壤开始融化，土壤微生物活性也逐渐增强，有机氮矿化量和氨挥发量（pH值>9.0）随之增加，同时，植物开始生长，对有效态氮的吸收量增加，导致土壤全氮含量下降；进入抽穗开花期后，土壤全氮含量有所增加，可能是由于充足的雨热条件促进了有机质的矿化分解，同时凋落物的分解、有机氮湿沉降的输入都会带来养分的累积， 氮素含量的增加随着灌水量的累加而淋溶。张步翀等研究结果表明，土壤水分亏缺会造成土壤有机质分解速度加快而释放氮素养分，并在土壤中积累，从而导致土壤全氮量提高[5]，本试验结果与之较为一致。

硝态氮是植物能够直接吸收利用的速效性氮，不易被土壤胶体吸附，易随水淋洗到下部土层[9]。随着滴灌定额的增加，裸燕麦不同生育时期土壤中硝态氮的含量逐渐降低且显著高于对照，这说明水分亏缺可能不利于土壤中氮素的矿化硝化，水分过多则加速了硝态氮的运移，两者都不利于硝态氮在土壤中的滞留和被吸收。而李娜娜研究认为，灌水处理能够明显增加土壤硝态氮的累积[10]。考察裸燕麦主要生育时期不同土层硝态氮的垂直分布表明，土壤硝态氮主要集中分布在0～40 cm土层，燕麦植株对氮素的吸收也主要集中在该土层。吴漩等研究表明，设施土壤硝态氮含量最高值出现在土层20 cm处[11]，这与本试验结果存在一定差异，可能是由不同土壤存在差异所致。灌溉定额越大，土壤硝态氮越容易向下淋洗，土壤0～60 cm分布的氮素就越少，而作物需要消耗自身的能量吸收60 cm以下的养分，这不利于作物自身的生长；灌溉定额相对较小时，上层滞留氮素较多，使得0～60 cm 的氮养分丰富，有利于作物根系对氮素的吸收利用。这与吴娜等研究结论[12]基本一致。

铵态氮是植物吸收的主要氮素形态，吸收量占吸收阴离子、阳离子总量的70%左右。本试验中，铵态氮含量显著低于硝态氮，是由于土壤的铵态氮会通过硝化作用迅速地转化为硝态氮[13]。姬景红等研究结果表明，不同滴灌灌水量可致使土壤有机质及不同形态有机氮含量存在差异，并对土壤的供肥、保肥能力产生一定影响[14]。与沟灌相比，滴灌处理下易分解的氨基酸态氮、氨态氮、氨基糖态氮占全氮的比例较高，滴灌效果最佳。张步翀等研究认为，土壤氮素的淋失与灌溉方式和土壤水分含量有关，不合理的灌溉会引起土壤中氮素的淋失，灌水量或降水量越多，氮素淋失就越多[5]。本试验结果表明，灌溉方式和灌水量是影响0～60 cm土层中铵态氮含量变化的主要因素，滴灌条件下土壤硝态氮和铵态氮含量高于传统灌溉。

滴灌作为一种先进的灌水方式，不仅可以精确地控制灌溉水量，而且可以进行施肥灌溉，既保证作物可以获得必要的养分，又可以避免养分的淋失[15]。裸燕麦不同灌溉定额对土壤中氮素存在有不同的影响，滴灌定额过大或过小都不利于裸燕麦对氮素的吸收利用，裸燕麦以60 mm滴灌定额进行灌溉，可有利于增加土壤耕层的氮素营养。

参考文献：

[1]张向前，刘景辉，齐冰洁，等. 燕麦种质资源主要农艺性状的遗传多样性分析[J]. 植物遗传资源学报，2010，11（2）：168-174.

[2]章海燕，张晖，王立，等. 燕麦研究进展[J]. 粮食与油脂，2009（8）：7-9.

[3]曲祥春，何中国，郝文媛，等. 我国燕麦生产现状及发展对策[J]. 杂粮作物，2006，26（3）：233-235.

[4]贾志锋，周青平，韩志林，等. N、P肥对裸燕麦生产性能的影响[J]. 草业科学，2007，24（6）：19-22.

[5]张步翀，赵文智，张炜. 春小麦调亏灌溉对土壤氮素养分的影响[J]. 中国生态农业学报，2008，16（5）：1095-1099.

[6]杨开静，王凤新，马丹，等. 滴灌灌水定额对西北旱区春小麦耗水和产量的影响研究[J]. 节水灌溉，2013（12）：12-15，19.

[7]安巧霞，孙三民. 不同灌水量对阿拉尔垦区棉田土壤硝态氮淋失量的影响[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（3）：154-157，167.

[8]李菊梅，王朝辉，李生秀. 有机质、全氮和可矿化氮在反映土壤供氮能力方面的意义[J]. 土壤学报，2003，40（2）：232-238.

[9]陈晓远，高志红，刘振华. 供氮形态和水分胁迫对水稻生长及氮素积累和分配的影响[J]. 华北农学报，2009，24（6）：116-122.

[10]李娜娜. 施氮与灌水对冬小麦土壤水、氮运移及产量的影响[D]. 郑州：河南农业大学，2013.

[11]吴漩，郑子成，李廷轩，等. 灌水对不同次生盐渍化水平设施土壤氮、磷迁移特征的影响[J]. 水土保持学报，2013，27（4）：23-28.

[12]吴娜，刘吉利. 不同滴灌定额对春播裸燕麦氮磷钾质量分数及产量性状的影响[J]. 西北农业学报，2014，23（9）：44-49.

[13]Smiciklas K D，Below F E. Role of nitrogen form in determining yield of field-grown maize[J]. Crop Science，1992，32（5）：1220-1225.

[14]姬景红，张玉龙，黄毅，等. 灌溉方法对保护地土壤有机氮组分及剖面分布的影响[J]. 水土保持学报，2007，21（6）：99-104.

[15]吕殿青，同延安，孙本华，等. 氮肥施用对环境污染影响的研究[J]. 植物营养与肥料学报，1998（1）：8-15.杨笑彦，朱建强. 6-BA与氮磷钾肥配合运用对小麦抽穗期渍涝的减损效果[J]. 江苏农业科学，2016，44（10）：168-170.