暗管排水条件下黄豆干物质分配特征及氮磷利用研究

何军 廖薇 张宇航 钟盛建 王平章 贺天忠 马煜 胡小梅 郑传飞

摘要 為探究暗管排水对黄豆干物质、氮磷分配及产量的影响机理，2020年在湖北省漳河灌区开展了自由排水（FD，埋深1.2 m）、定水位控制排水（FL，埋深0.6 m）、变水位控制排水（CL，埋深0.4～0.8 m）3种处理黄豆种植小区试验。结果表明：FL处理干物质积累总量比FD和CL处理分别高6.81%和4.07%，其果的干物质积累百分比分别比FD和CL处理高4.05和5.40百分点。FL处理的黄豆产量最高，达2 353.6 kg/hm2，比FD和CL处理分别高19.4%和21.2%。控制排水条件会促进黄豆茎、梢以及果的干物质积累，尤其是暗管定水位控制排水处理对果实干物质积累的促进作用明显。FL处理植株总吸氮量比FD和CL处理分别高17.5%和11.3%，FL处理的总吸磷量分别比FD和CL处理高22.02%和32.34%。暗管定水位控制排水处理能提高植株的氮、磷肥吸收利用效率，从而提高黄豆产量，值得进一步推广。

关键词 暗管控制排水;黄豆;干物质;产量;氮磷利用

中图分类号 S 274  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）12-0174-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.045

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Dry Matter Distribution Characteristics and Utilization of Nitrogen and Phosphorus in Soybean under Molepipe Drainage Conditions

HE Jun1，2，LIAO Wei1，ZHANG Yu-hang1 et al

（1. College of Hydraulic & Environmental Engineering， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002; 2.Engineering Research Center of Eco-environment in Three Gorges Reservoir Region， Ministry of Education， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002）

Abstract In order to explore the impact mechanism of molepipe drainage on the dry matter， nitrogen and phosphorus distribution and yield of soybean，  plot experiment of soybean planting was conducted in Zhanghe Irrigation District of Hubei Province in 2020 under three treatments of free drainage （FD， buried depth of 1.2 m）， fixed water-level drainage（FL， buried depth of 0.6 m），changeable water-level drainage （CL， buried depth of 0.4-0.8 m） .The  results showed that the total dry matter accumulation of FL treatment increased than FD and CL treatments by 6.81% and 4.07% respectively， and its dry matter proportion of fruit increased than FD and CL treatments by 4.05 and 5.40 percent points respectively. The soybean yield under FL treatment was the highest（2 353.6 kg/hm2）， which increased than FD and CL treatments by 19.4% and 21.2% respectively. The controlled drainage conditions could promote the dry matter accumulationof soybean stems， shoots and fruits. Especially， molepipe  fixed water-level drainage treatment had a significant effect on promoting the dry matter accumulation of soybean fruits. Plant nitrogen accumulation under FL treatment was 17.5% and 11.3% higher than that under FD and CL treatments， and phosphorus accumulation under FL treatment was 22.02% and 32.34% higher than that under FD and CL treatments respectively.The molepipe fixed water-level drainage treatment could improve the  absorption and utilization efficiency of nitrogen and phosphorus in soybean plants， thereby the yield of soybean was improved，so it was worthy of promotion.25FB63B6-81EB-4095-B60D-3DCA18B812D1

Key words Molepipe controlled drainage;Soybean;Dry matter;Yield;Nitrogen and phosphorus utilization

暗管排水技术是将具有渗水功能的管道埋置于地下适当位置，用于控制地下水位、调节土壤水分、改善土壤理化性状，从而达到促进农业生产和生态保护的一项技术措施[1-2]。20世纪以来，暗管排水技术受到国内外学者的广泛关注。Chun等[3]研究表明暗管排水能有效缓解稻田种植芝麻的渍害，提高芝麻产量，提高芝麻的木质素含量。袁念念等[4]研究表明暗管排水条件下的氮素流失要比自由排水条件下的氮素流失少，它能提高作物的产量和肥料的利用率。江陵杰等[5]认为暗管排水可以有效增加稻田氮、磷、钾养分的吸收。当前研究大多侧重于改善农田地下水位，调节土壤盐分含量，且研究对象主要为水稻[5-6]、小麦[7]、棉花[8-9]等。目前暗管排水条件下黄豆干物质分配及氮、磷吸收利用研究少见报道。笔者选取我国南方典型农作区湖北省漳河灌区开展试验，以代表性旱作黄豆为研究对象，在不同深度暗管排水条件下采集黄熟期植株样品、测产，并分析氮、磷的吸收与分配，以期为南方黄豆暗管控制排水模式的优化提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2020年黄豆生育期（5—9月）在湖北省漳河灌区内的湖北省灌溉试验中心站（112°05′16″E，30°54′15″N）开展。该区域位于湖北省中部，地形起伏不定，山区、丘陵、平原、湖区等地形兼具;四季分明，常年气候温暖，年无霜期260 d;年平均气温16.0 ℃，月平均最高气温27.7 ℃，月平均最低气温3.9 ℃，年降雨量700～1 100 mm，多年平均降雨量947 mm，年平均蒸发量（20 cm蒸发皿）1 300～1 800 mm。该区域为典型的南方丘陵地带气候，是我国重要的棉粮生产基地[10]。该区域的耕层土壤以黄棕壤为主，质地黏重，有机质含量相对较低，pH为6.8～7.2（水土比1∶1），土壤孔隙率为45.5%，容重为1.33～1.44 g/cm3。供试黄豆品种为中黄36，在当季当地大面积推广种植。

试验采用小区种植，小区面积为6.0 m×12.5 m，于2020年5月27日播种，2020年9月24日收割，行距50 ㎝、株距30 cm。设计3种暗管排水处理，分别为自由排水（free drainage，FD）、定水位控制排水（fixed level，FL）和变水位控制排水（changeable level，CL），其中自由排水为传统排水技术，即控制水位（即埋深）为1.2 m;定水位控制排水处理的控制水位（即埋深）为0.6 m;变水位控制排水处理的控制水位考虑到作物根系随生育期的生长变化及其对地下水位的要求设定不同，各处理不同生育期地下水位控制变化如表1所示。每个处理重复3次，并随机布置到9个试验小区。参考当地群习模式，肥料采用N∶P2O5∶K2O=14∶16∶15的复合肥，施用量750 kg/hm2，一次性作底肥施入耕作层。

每个小区沿长边在深1.2 m处居中埋设直径50 mm的PVC排水暗管（含外包料），在排水管出口处安装水位调控装置，如图1所示。为防止各小区间发生水分交换，小区四周设置2.0 m深的砖混结构防水墙进行隔离。

1.2 植株样品采集分析

根据灌溉试验规范[11]，黄豆鼓粒成熟后在每个小区取1 m2内的黄豆植株，将茎、梢、叶、果分开，置于烘箱中经105 ℃杀青0.5 h，再置于80 ℃下烘干至恒重后称重。待全部收获后风干脱粒进行称重。将整个成熟植株茎、梢、叶、果碾磨后过0.15 mm筛，采用H2SO4-H2O2法进行植株全氮、全磷含量分析。植株全磷（TP）含量测定参考《植株全磷含量测定钼锑抗比色法》（NY/T 2421—2013），全氮（TN）含量测定参考《植株全氮含量测定自动定氮仪法》（NY/T 2419—2013）。试验数据使用Excel 2010软件进行统计分析和制图。

2 结果与分析

2.1 黄豆生育期内的平均气温和降雨量分析

图2为黄豆生育期内的平均气温和降雨量的变化趋势（气象数据来源于湖北省灌溉试验中心站气象观测园）。在黄豆整个生育期内，最大降雨量出现在6月27日，为159.5 mm;8月25日至9月8日无降雨。平均最高气温出现在8月2日（33.8 ℃），平均最低气温出现在9月22日（16.9 ℃）。2020年黄豆全生育期（共121 d）内的累计降雨量为827.1 mm，日均降雨量为6.84 mm;积温为3 140.1 ℃，日均气温26.0 ℃。其中，平均气温偏态系数小于0，表明生育期内大于平均气温均值的天数要比低于平均气温均值的天数少;降雨量偏态系数大于0，表明大于日均降雨量的天數要比小于日均降雨量的天数多，结合气象观测园历史降雨数据，可得出2020年是一个降雨持续时间长，降雨量较大且分布不均匀的丰水年。

2.2 不同暗管排水条件下黄豆干物质分配特征及产量

由表2可知，不同暗管排水处理下黄豆黄熟期干物质在各组织间的分配各有不同，但均表现出相同趋势，由大到小依次为果、茎、叶、梢。

整体来看，FL处理干物质总积累量比FD和CL处理分别高6.81%和4.07%，果的干物质积累量百分比分别比FD和CL处理高4.05和5.40百分点，FL处理下的黄豆产量最高（2 353.6 kg/hm2），比FD处理和CL处理高19.4%和21.2%。CL处理干物质总积累量比FD处理高2.64%，但其果的干物质积累量百分比低于FD处理，因而CL处理黄豆产量比FD处理低1.43%。3种暗管排水处理中，定水位控制排水处理黄豆产量明显高于自由排水和变水位控制排水处理，可见该区域排水模式采取定水位控制排水对黄豆的增产效果优于传统的自由排水。25FB63B6-81EB-4095-B60D-3DCA18B812D1

综上所述，控制排水条件会促进作物茎、梢以及果的干物质积累，暗管定水位控制排水处理对果实干物质积累的促进作用更明显。

2.3 不同暗管排水条件下黄豆植株氮、磷分配

2.3.1 不同暗管控制排水条件下黄豆植株氮素分配。

由图3可知，黄豆植株各部位吸氮量占总吸氮量的百分比从大到小依次为果、茎、叶、梢。FL处理下果的吸氮量在3种控制排水处理中最高，为16.42 g/m2，占作物总吸氮量的63.45%，高于FD和CL处理。FL处理下梢的吸氮量最高，为1.20 g/m2，分别比FD和CL处理高0.14和0.04 g/m2。CL处理下茎和叶的吸氮量比其他2种处理要高，茎的吸氮量为5.73 g/m2，占作物总吸氮量的24.65%，分别比FD和FL处理高15.52%和3.43%。CL处理下叶的含氮量为3.58 g/m2，分别比FD和FL处理高7.83%和31.62%。FL处理下的植株地上部分总吸氮量为25.88 g/m2，分别比FD和CL处理高17.5%和11.3%。

综上所述，定水位控制排水处理下黄豆植株梢和果的吸氮能力最强，其次为变水位控制排水，自由排水处理下最弱。变水位控制排水处理下茎的吸氮能力强于自由排水处理，自由排水处理下茎的吸氮能力弱于定水位排水。变水位控制排水处理叶的吸氮能力也最强，但定水位控制排水处理叶的吸氮能力低于自由排水。黄豆植株地上部分总体的吸氮能力从强到弱依次为定水位排水处理、变水位控制排水处理、自由排水处理。

2.3.2 不同暗管控制排水条件下黄豆植株磷素分配。

由图4可知，植株各部位吸磷量占总吸磷量的百分比从大到小依次为果、茎、叶、梢，吸磷量主要集中在黄豆植株果和茎的部分。3种处理中，FL处理下果、茎和梢的吸磷量以及总吸磷量均最高。其中，FL处理果的吸磷量为1.34 g/m2，占总吸磷量的50.38%，分别比FD和CL处理高42.55%和48.89%。FL处理茎的吸磷量为0.90 g/m2，占作物总磷量的33.83%，分别比FD和CL处理高18.42%和36.36%。FL处理梢的吸磷量为0.15 g/m2，分别比FD和CL处理高0.03和0.01 g/m2。FD处理叶的吸磷量占总吸磷量的百分比为16.51%，分别比FL和CL处理高28.57%和16.13%。FL处理的总吸磷量分别比FD和CL处理高22.02%和32.34%。

综上所述，定水位控制排水处理黄豆植株茎和果对磷的吸收能力都要明显强于自由排水处理和变水位控制排水处理。3个处理梢的吸磷能力差异较小，定水位控制排水处理略强于自由排水处理及变水位控制排水处理。对于叶的吸磷能力而言，定水位控制排水处理要略弱于自由排水处理和变水位控制排水处理。黄豆植株总体的吸磷能力从大到小依次为定水位控制排水处理、自由排水处理、变水位控制排水处理。

3 结论与讨论

笔者在湖北省漳河灌区开展了不同暗管控制排水条件下黄豆干物质分配特征及氮磷利用研究，得出以下结论：

（1）定水位控制排水（FL）处理干物质总积累量比自由排水（FD）处理和变水位控制排水（CL）处理分别高6.81%和4.07%，果的干物质积累量百分比分别比FD和CL处理高4.05和540百分点;FL处理黄豆产量最高，为2 353.6 kg/hm2，分别比FD处理和CL处理高19.4%和21.2%。这说明控制排水条件会促进作物茎、梢以及果的干物质积累，暗管定水位排水处理对果实干物质积累的促进作用明显。

（2）总氮、总磷的分配与干物质分配规律相一致。3个处理吸氮量、吸磷量及干物质总累积量从大到小依次为果、茎、叶、梢。其中，梢和果的吸氮量、吸磷量和干物质积累量均为定水位控制排水处理最大，而自由排水处理和变水位控制排水处理较小且二者差异较小，总吸氮量、总吸磷量和干物质总积累量也表现出相同规律。茎的吸氮量和干物质积累量在变水位控制排水处理下最大，自由排水处理下最小，而茎的吸磷量则与此不同。变水位控制排水处理叶的吸氮量最大，定水位控制排水处理最小;叶的吸磷量和干物质积累量均为自由排水处理最大，定水位控制排水处理最小。

总体来看，暗管定水位控制排水处理可以有效增加黄豆的产量，相对于传统的自由排水处理（埋深1.2 m），定水位控制排水处理（埋深0.6 m）减少了水分和养分的流失，从而保证了黄豆植株的干物质积累及养分吸收，提升了黄豆的产量。变水位控制排水处理（埋深0.4～0.8 m）茎的吸氮量和干物质积累量能够反映出黄豆植株的过度生长。这可能是导致变水位排水条件下黄豆产量最低的原因，也有可能与本年度降雨较多且分布不均有关。相较于变水位控制排水和传统的自由排水处理，暗管定水位控制排水处理不仅可以降低农田的过度排水，而且可以有效減少氮、磷的流失。黄志强等[12]研究表明控制排水处理的氮素流失要比自由排水处理的氮素流失少。金凤生[13]连续4年开展控制排水技术下作物产量及氮损失研究，结果发现，与传统的自由排水处理相比，控制排水处理平均流量下降21%，大豆平均增产8%。徐茵等[14]和Wesstrm等[15]的研究也表明在其他条件适宜的情况下控制排水处理可以促进作物高产、稳产。

综上所述，相较于暗管变水位控制排水处理和传统的自由排水处理，暗管埋深0.6 m的定水位控制排水是漳河灌区及类似区域黄豆种植更优的排水模式，可在漳河灌区及类似区域进行推广。

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