摘要：為探明滴灌不同水氮調控對寧夏沙土地區春玉米生長、產量、氮素吸收和根區土壤硝態氮分布及殘留量的影響，設計灌水和施氮2因素，3個灌水量水平(W0.6，0.6KcET0;W0.8，0.8KcET0;W1.0，1.0KcET0，Kc為作物系數，ET0為潛在作物蒸發蒸騰量)和4個施氮量水平(N150，150kg/hm2;N225，225kg/hm2;N300，300kg/hm2;N375，375kg/hm2)，進行大田試驗。結果表明：相同灌水條件下，地上部干物質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。快增期內，W1.0N300處理的地上部干物質累積速率和W0.8N375處理的氮素累積速率最大，分別為513.71、2.75kg/(hm2·d)。

　　春玉米地上部干物質累積量(W0.8N375除外)和產量隨施氮量的增加先增加后減小，其中W0.8N300處理的產量最大，為16387kg/hm2。相比于其他灌水處理，W0.8灌水水平下的營養器官氮素轉運量最大，為41.14kg/hm2。隨著灌水量和施氮量的增加，60~100cm土層硝態氮累積量所占的比例逐漸增加，其中W0.6和W0.8灌水水平下，土壤殘留的硝態氮分別主要聚集在0~60cm和0~90cm土層中。考慮試驗區年際降雨量分布不均，選取灌水量與有效降雨量之和為532mm、施氮量為300kg/hm2為寧夏沙土地區適宜的滴灌灌水施肥制度。

　　關鍵詞：春玉米;沙土地區;水氮;土壤硝態氮;滴灌

　　0引言

　　滴灌作為當今一種高效的節水灌溉技術，既能進行實時、精確的水肥供應，又能提高作物根區水肥分布的均勻度[1]，在干旱半干旱地區得到了廣泛的應用[2-3]。研究表明，滴灌條件下適宜的氮肥供應能明顯地促進玉米對氮素的吸收，提高作物產量和氮肥利用效率[4];但另一方面，水肥供應過多不僅會降低作物水肥利用效率和產量[5]，還會使大量土壤硝態氮淋移到深層土壤，造成地下水污染[6-8]。因此，了解和掌握滴灌施肥條件下作物的氮素吸收和養分分布情況，制定更合理的灌溉施肥制度，從而提高作物養分吸收及產量，減小水肥供應和地下水污染，促進我國農業可持續發展。應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，國內外在應用滴灌水肥一體化技術進行作物養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，減小氮營養流失，降低土壤中硝態氮向深層土壤滲漏的風險。GHEYSARI等[11]研究發現150kg/hm2和200kg/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]研究發現，滴灌玉米成熟期干物質量和氮素吸收量比地面灌溉高22%和23%，產量平均提高了9%。針對不同灌溉方式對土壤硝態氮含量及分布的影響研究中，王建東等[13]發現，相比地下滴灌，地表滴灌能降低土壤中硝態氮下滲的幾率。韋彥等[14]研究表明，滴灌施肥條件下土壤硝態氮大多聚集在表層，淋洗量比畦灌減小85.9%。

　　玉米作為我國第一大糧食作物，在保障我國糧食安全及能源危機上有著重要的作用[15]。地處西北干旱半干旱地區的寧夏，是我國重要的春玉米生產基地之一，但水資源短缺和傳統的地面灌溉方式使寧夏沙土地區的春玉米灌溉保證率較低，產量不穩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，通過研究寧夏沙土地區不同水氮供應條件下春玉米產量、氮素吸收累積及其轉運效率，探究收獲后根區土壤硝態氮的分布殘留情況，分析滴灌玉米的水氮耦合效應。結合該地區實際降雨情況，提出更適合該沙土地區的春玉米水氮管理方案，旨為干旱半干旱沙土地區玉米高產協同水分、養分高效利用及減小地下水污染提供理論依據和技術參考。

　　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吳忠市鹽池縣馮記溝試驗基地進行。試驗地位于東經106°31'，北緯38°34'，海拔1204m，屬典型的溫帶大陸性季風氣候。試驗區年日照時數為2867h，年平均氣溫8.5℃，大于等于10℃積溫為2944.9℃，無霜期128d;年平均降雨量290mm，且年際變化大，多集中在7—9月，年蒸發量2179.8mm。試驗區土壤為沙土，土壤容重1.55g/cm3，0~100cm田間持水率為27.10%(體積含水率)，pH值8.60，地下水埋深30m以上，基礎肥力(質量比)為：有機質4.13g/kg，全氮0.30g/kg，全磷0.34g/kg，全鉀19.24g/kg，速效磷5.48mg/kg，速效鉀78.33mg/kg。試驗區玉米生育期(4—9月)有效降雨量為205mm。

　　1.2試驗材料與設計

　　供試春玉米品種為“先玉1225”，為當地推廣的密植品種。2018年4月20日播種，2018年9月26日收獲，共160d。肥料選用常用肥，分別為尿素(N質量分數為46.4%)、磷酸一銨(N質量分數為12%、P2O5質量分數為61%)和硫酸鉀(K2O質量分數為52%)。滴灌施肥系統由水泵、過濾器、施肥罐和輸配水管道系統等組成。滴灌帶為內嵌式滴灌帶，滴頭間距30cm，滴頭流量2.5L/h，滴頭工作壓力0.1MPa。試驗設置灌水量和施氮量2因素，施氮量設置4個水平：N150、N225、N300、N375(150、225、300、375kg/hm2)，磷鉀施用量均為150kg/hm2。

　　將試驗區2000—2017年春玉米生育期內潛在作物蒸發蒸騰量(ET0)和作物系數Kc相結合，Kc根據作物生育階段而定，苗期取0.7、拔節—灌漿期取1.2、乳熟—成熟期取0.6[16]。進而推算出試驗區春玉米生育期內潛在充分耗水量(1.0KcET0)為450mm，記為W1.0。以此為依據，設3個滴灌水量W0.6(0.6W1.0)、W0.8(0.8W1.0)和W1.0，共12個處理，各處理3次重復。試驗區為引黃(水庫蓄水)灌區，需采取輪灌工作制度，因此采取10d作為設計灌水間隔[17]。為了控制春玉米苗期生長過快，促進根系生長，該地區在生產中一般采用玉米小苗末期開始灌水，但該地區春季極易發生春旱，導致出苗率降低;另外根據該地區歷史氣象資料，試驗區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實際降雨情況進行灌水量和灌水日期的調整(主要調節灌水日期，即遇降雨灌水日期順延[17])。2018年春玉米生育期內的實際灌水量分別為W0.6(253mm)、W0.8(327mm)、W1.0(409mm)。試驗區采用水肥一體化的滴灌施肥方式，小區面積為132m2(20m×6.6m)，每個處理3次重復。春玉米采用寬窄行播種，寬行玉米間距為70cm，窄行玉米間距為40cm，玉米株距為20cm，種植密度為90945株/hm2。滴灌帶鋪設在窄行玉米中間，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苗期(20%)、小喇叭口期(30%)、抽雄期(30%)和灌漿期(20%)[17]。

　　1.3測定內容和方法

　　1.3.1地上部干物質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、160d取樣，每個小區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0.5h，75℃下干燥至恒定質量，采用電子天平稱量并計算單株地上干物質量，最后換算成群體生物量(kg/hm2)。并稱取各器官的干物質量后磨碎，用H2SO4-H2O2消煮，并用連續流動分析儀(AutoAnalyzer-III型，德國BranLuebbe公司)測定植物樣品全氮含量[19]。

　　1.4數據處理

　　采用MicrosoftExcel2016處理數據;采用SPSS20.0統計分析軟件對試驗數據進行方差分析;采用Origin9.0軟件作圖。

　　2結果與分析

　　2.1水氮互作對春玉米地上部干物質和氮素累積速率的影響

　　為地上部干物質量、氮素累積量與生長時間的Logistic函數的擬合方程，并對其求一階導數、二階導數。地上部干物質和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。

　　快增期內，各灌水水平下的地上部干物質平均累積速率最大值分別在W0.6N225、W0.8N300和W1.0N300處理，其中W1.0N300處理的地上部干物質累積速率最大，為513.71kg/(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在W0.6N225、W0.8N375和W1.0N300處理，其中W0.8N375處理的氮素累積速率最大，為2.75kg/(hm2·d)，與其他兩個處理相比分別提高了29.72%和30.95%。

　　2.2水氮互作對春玉米地上部干物質累積量、產量和水分利用效率的影響

　　在W0.6和W1.0灌水水平條件下，當施氮量分別高于225kg/hm2和300kg/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量累積量，地上部干物質累積量總體表現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的累積，降低了籽粒干物質的累積量。而在W0.8灌水水平條件下，該現象并不太明顯。在各處理之間籽粒干物質累積量最大，分別占總累積量的52.69%～57.00%。

　　3討論

　　前人在棉花[25]、甜瓜[26]、番茄[27]的水肥耦合研究結果表明，適宜的水肥條件下作物產量最高，當水肥供應超過一定閾值時，產量呈下降的趨勢，本研究結果與之相似：施氮量低于225kg/hm2(或300kg/hm2)，W0.6(或W0.8、W1.0)下灌水水平，增加施氮量對提高作物產量和氮素吸收利用明顯，但當施氮量高于225kg/hm2(或300kg/hm2)時，增產效果不顯著且造成減產，同時也符合GHEYSARI等[28]表明的最佳施氮量會隨灌水量的增加而增加的研究結果。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，W1.0N300處理的地上部干物質累積速率最大，為513.71kg/(hm2·d)，W0.8N375處理的氮素累積速率最大，為2.75kg/(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)。

　　本研究結果發現，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器官中的氮素向籽粒中發生了轉運[29]。各灌水水平下，施氮量為150kg/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春玉米后期對氮素的吸收利用。在W0.8灌水水平下的營養器官氮素轉運量最大，為41.14kg/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器官氮素的轉運會產生抑制作用。另外，低灌水(W0.6)水平下，氮素利用效率(NUE)隨著施氮量的增加呈先增加后減小，而中灌水(W0.8)水平和高灌水(W1.0)水平下，各施氮處理之間(除W1.0N150處理)的NUE卻無明顯差異(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呈反比，與郭金金等[30]的研究結果相似。

　　硝態氮作為作物吸收利用的主要形態[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氮的殘留[33]。本研究發現，灌水量和施氮量對土壤硝態氮的分布和含量有顯著性影響：增加施氮量，硝態氮含量增大;隨著灌水量和施氮量的增加，深層土壤中硝態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40~60cm之間出現不同程度的硝態氮的累積區，該現象隨著施氮量的增加越明顯，這與李久生等[34]的研究結論比較相似。BADR等[6]的研究也表明硝態氮隨水分運移向濕潤鋒附近累積。

　　這是因為硝態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生累積，而滴頭的正下方由于含水量較高，阻礙了硝態氮的垂直運動，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]，導致該處硝態氮含量較低。另外研究發現，隨著灌水量的增加，60~100cm土層硝態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氮主要分布在0~90cm土層，能較好地滿足春玉米大部分根系對水分及養分的吸收利用[17]。相比而言，W1.0灌水水平硝態氮的殘留累積區有下移的趨勢，說明灌水量過多會產生重力水下滲，使得硝態氮向深層土壤淋失，增加地下水污染的幾率[36]。

　　因此，合理的灌水量和施氮量，能夠減緩硝態氮往深層土壤的運移，從而降低了地下水質污染的風險。綜合考慮產量、氮素利用效率和土壤硝態氮殘留累積量及分布規律，W0.8N300處理的產量最高，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，但嚴重影響產量，不符合實際高產目標。高灌水(W1.0)處理增加了土壤硝態氮向深層滲漏的幾率，而中灌水(W0.8)處理的土壤硝態氮分布在0~90cm土層，較好地滿足了春玉米根系對水分及養分的吸收利用。另外，考慮到試驗區年際降雨量分布不均，具體的灌水量應根據實際降雨量為參考而進行調整。因此，灌水量與有效降雨量之和為532mm、施氮量為300kg/hm2是寧夏沙土地區適宜的滴灌灌水施氮組合。

　　4結論

　　(1)相同灌水條件下，地上部干物質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。在快增期內，W1.0N300處理的地上部干物質累積速率和W0.8N375處理的氮素累積速率最大，分別為513.71kg/(hm2·d)和2.75kg/(hm2·d)。(2)春玉米地上部干物質累積量(除W0.8N375處理)和產量會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處理的產量最大，為16387kg/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的營養器官氮素轉運量最大，為41.14kg/hm2。(4)0~100cm土層中的硝態氮累積量與施氮量成正比，與灌水量成反比。W0.6和W0.8灌水水平下，土壤殘留的硝態氮分別主要聚集在0~60cm和0~90cm土層中，W1.0灌水水平的硝態氮有下移的趨勢。(5)考慮試驗區年降雨量分配不均，本研究選取灌水量與有效降雨量之和為532mm，施氮量為300kg/hm2為寧夏沙土地區適宜的滴灌灌水施肥制度。

　　參考文獻

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　　農藝師論文投稿刊物：農業機械學報促進農業工程和農業機械學科科研水平的提高、加強國際交流、推動科技進步和促進經濟發展、培養和造就一批本行業的高科技人才、實現農業機械化和農業現代化發揮了很好的作用。主要刊登農業機械與農業工程、拖拉機、農用動力和能源、農產品及食品加工技術、農業機械化以及有關邊緣的基礎理論、設計制造、材料工藝、測試儀器與手段的研究成果及發展動向。