北疆滴灌小麥一年兩作農(nóng)田土壤養(yǎng)分動態(tài)變化研究

侯振安，劉小玉，龔江，冶軍

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)系，石河子832003）

滴灌技術(shù)推動了小麥的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)［1－2］，同時也使得“一年兩作制”種植模式在新疆北疆地區(qū)有了良好的發(fā)展?jié)摿Γ绕涫切←湥瓘?fù)播作物的輪作方式具有廣闊的應(yīng)用前景［3－4］。目前滴灌小麥－復(fù)播作物（大豆、油葵、加工番茄）在北疆地區(qū)已經(jīng)有了一定面積的推廣應(yīng)用，也總結(jié)出了適用于本地區(qū)的復(fù)播作物高產(chǎn)栽培技術(shù)［5－8］。部分學(xué)者也針對復(fù)播作物的光和特性、干物質(zhì)積累動態(tài)、灌溉施肥技術(shù)等方面開展了一些研究［9－11］。但是，由于缺乏對新疆北疆地區(qū)滴灌小麥和復(fù)播作物生長季內(nèi)土壤養(yǎng)分動態(tài)變化和養(yǎng)分管理方面的研究，目前，大多數(shù)地區(qū)滴灌小麥－復(fù)播作物的養(yǎng)分管理和施肥技術(shù)措施還是主要參照或照搬單一作物種植生產(chǎn)的施肥管理模式。由于作物的輪換方式不同，各種作物自身的生物學(xué)特性和營養(yǎng)特點的差異，不同作物茬口對土壤肥力有不同的影響，所以養(yǎng)分的需求數(shù)量和比例均不同［12－13］。這就必須根據(jù)作物的不同種植制度，制定相應(yīng)的輪作施肥制度，以確保作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和養(yǎng)分資源高效利用［14－15］。

因此，本文研究探討北疆滴灌小麥－復(fù)播農(nóng)田前茬作物及復(fù)播作物生長季內(nèi)養(yǎng)分的土壤動態(tài)變化，并提出相應(yīng)的施肥對策，旨在為北疆地區(qū)“一年兩作”種植模式的發(fā)展提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域設(shè)在新疆兵團農(nóng)七師125團，位于新疆維吾爾自治區(qū)烏蘇縣境內(nèi)，準(zhǔn)噶爾盆地西南邊緣，地理坐標(biāo)44°30′～44°53′N，84°15′～84°37′E。該團場地處奎屯河及四棵樹的山前沖積扇下部的山前平原，地勢南高北低，地面坡降2‰～3‰，海拔390～300 m。光、熱、水資源豐富，全年平均氣溫6.5℃，≥10℃活動積溫3622℃，全年日照時數(shù)2620 h，無霜期164 d，年降水量平均160.9 mm，年蒸量發(fā)平均1771 mm。土地總面積460 km2，可耕地2.87×104hm2，現(xiàn)有耕地面積1.20×104hm2，主要農(nóng)作物為棉花。

1.2 試驗設(shè)計

在125團選擇具有代表性的滴灌小麥復(fù)播農(nóng)田作為監(jiān)測條田，土壤肥力中等，灌溉方式為滴灌，毛管滴頭流量為2.1 L／h，毛管間距為72 cm等間距。復(fù)播種植方式分別為滴灌小麥復(fù)播加工番茄（W－T）和滴灌小麥復(fù)播油葵（W－S），灌水、施肥及其它農(nóng)田管理措施為當(dāng)?shù)氐喂嘈←湉?fù)播農(nóng)田普遍采用的一般管理措施。供試農(nóng)田復(fù)播類型及土壤基礎(chǔ)理化性狀見表1。

表1 復(fù)播類型及土壤基礎(chǔ)理化性狀Tab.1 Multiple cropping types and soil physical and chemical characteristics

3個試驗處理前作均為，品種奎冬5號，冬小麥2009年9月12－20日播種，2010年4月10－15日返青，7月初收獲；基肥（尿素75 kg／hm2和磷酸二銨150 kg／hm2）在冬小麥播種前施用，小麥春季返青后追肥4次（尿素375 kg／hm2），分別在返青拔節(jié)期（追肥1次，尿素90 kg／hm2）、抽穗揚花期（追肥2次，每次尿素120 kg／hm2）和灌漿期（追肥1次，尿素45 kg／hm2）進行。

復(fù)播作物油葵品種為新葵雜5號，于2010年7月8－10日播種，采用免耕露地播種方式，行距為36 cm等行距，株距為15 cm，播種后滴水出苗，油葵生長期間追肥3次（尿素225 kg／hm2和磷酸二氫鉀90 kg／hm2），分別在蕾期（尿素105 kg／hm2和磷酸二氫鉀30 kg／hm2）、開花期（尿素75 kg／hm2和磷酸二氫鉀30 kg／hm2）和灌漿期（尿素45 kg／hm2和磷酸二氫鉀30 kg／hm2）進行，10月5－10日收獲。

復(fù)播作物加工番茄，品種為屯河系列，種植采用穴盤育苗移栽技術(shù)，5月中旬播種育苗，7月初移栽定植，定植后立即滴水，全生育期追肥3次（尿素225 kg／hm2和磷酸二氫鉀90 kg／hm2），分別在坐果期（追肥2次，第1次追施尿素105 kg／hm2和磷酸二氫鉀30 kg／hm2；第2次追施尿素75 kg／hm2和磷酸二氫鉀30 kg／hm2）和盛果期（尿素45 kg／hm2和磷酸二氫鉀30 kg／hm2））進行，10月初采收。

1.3 樣品采集與分析

在小麥和復(fù)播作物油葵、加工番茄的不同生長階段采集土壤樣品，共采樣11次。每塊條田每次采集3個混合土樣，每個混合土樣由5個采樣點構(gòu)成，每個樣點分0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 5個層次取土樣。

土壤自然風(fēng)干碾碎過篩后，測定土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量。堿解氮測定采用堿解擴散法，速效磷采用碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法，速效鉀采用醋酸銨浸提－火焰光度法［16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤堿解氮含量的動態(tài)變化

2.1.1土壤0～100 cm堿解氮平均含量

滴灌小麥復(fù)播農(nóng)田0～100 cm土壤堿解氮平均含量的動態(tài)變化見圖1。

由圖1可知：

（1）小麥復(fù)播加工番茄和小麥復(fù)播向日葵土壤堿解氮含量的變化趨勢基本一致。小麥生長期土壤堿解氮含量整體呈“M”型的變化趨勢（包括冬前），返青拔節(jié)期由于施肥和溫度上升使土壤堿解氮保持在較高含量水平，挑旗期（5月19日）以后有所下降，抽穗期（6月5日）開始迅速增加，直至灌漿后期（6月20日）達到最大值，隨后逐漸降低，收獲后（7月7日）降至最低。此結(jié)果與前人［17］的研究結(jié)果基本一致。

（2）復(fù)播作物加工番茄在生長前期（7月26日前）土壤堿解氮含量較低，坐果初期（8月7日）達到第1個高峰，隨后開始下降，至盛果期（9月11）達到第2個高峰，成熟期（10月6日）明顯降低。復(fù)播油葵生長期間同樣是前期的土壤堿解氮含量較低，在現(xiàn)蕾期達到第1個高峰（8月7日），隨后開始下降，至盛花期（9月11）達到第2個高峰，成熟期（10月6日）降低最低。

（3）2種滴灌小麥復(fù)播方式下，小麥生長季土壤堿解氮含量至收獲后與播種前的初始堿解氮含量差異不大，表明小麥生長季內(nèi)土壤氮素供應(yīng)基本維持平衡。小麥復(fù)播油葵處理 W－S1和 W－S2油葵成熟期的土壤堿解氮含量較油葵播種前降低明顯，分別減少了38.16%和21.18%。小麥復(fù)播加工番茄（W－T）處理加工番茄成熟期的土壤堿解氮含量較移栽定植前（小麥?zhǔn)斋@后）有所降低，但降低幅度相對較小，為10.83%。這表明復(fù)播作物生長季土壤氮素供應(yīng)存在明顯的虧缺，尤其是復(fù)播油葵的土壤氮素虧缺尤為明顯。

圖1 滴灌小麥復(fù)播農(nóng)田0－100cm土壤堿解氮平均含量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of available nitrogen content in soil

2.1.2不同深度土壤堿解氮含量

滴灌小麥復(fù)播農(nóng)田不同深度土層堿解氮含量的動態(tài)變化見圖2。

圖2 不同深度土壤堿解氮含量的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of available nitrogen content in different soil depths

由圖2可知：

（1）總體上在滴灌小麥和復(fù)播作物（加工番茄、油葵）的整個生長期間，各深度土層土壤堿解氮的變化趨勢基本相似，0～60 cm土壤堿解氮含量變化較大，60 cm以下土壤堿解氮含量相對穩(wěn)定，波動較小。主要是因為滴灌條件下水分主要分布在0～60 cm土層，作物根系和施入的肥料養(yǎng)分也主要分布在這一層次，導(dǎo)致0～60 cm土壤速效養(yǎng)分含量的變化也最為劇烈。

（2）小麥復(fù)播加工番茄農(nóng)田（W－T），小麥生長期土壤堿解氮0～60 cm的變異系數(shù)（C.V）分別8.24%～10.94%。加工番茄生長期土壤堿解氮相應(yīng)土層的變異系數(shù)明顯高于小麥生長期，為12.64%～15.32%。此外，加工番茄長期土壤堿解氮60～100 cm的變異系數(shù)（9.16%～9.62%）也高于小麥生長期（4.84%～5.65%）。小麥復(fù)播油葵（W－S1、W－S2），小麥生長期間土壤堿解氮0～60cm的變異系數(shù)分別為9.66%～19.21%（W－S1）和7.03%～16.20%（W－S2）。油葵生長期間相應(yīng)土層堿解氮含量的變異系數(shù)分別為18.21%～22.81%（W－S1）和13.64%～19.95%（W－S2）。60～100 cm 土壤堿解氮的波動情況表現(xiàn)為小麥生長期間的變異系數(shù)分別為7.09%～11.04%（W－S1）和7.48%～8.63%（W－S2）；而油葵生長期間的變異系數(shù)分別為10.29%～13.58%（W－S1）和9.51%～12.42%（WS2）。表明復(fù)播作物生長季土壤堿解氮含量波動幅度明顯高于滴灌小麥生長季，尤其是0～60 cm土壤堿解氮含量波動較大，受作物生長和施肥的影響強烈。

（3）值得注意的是小麥?zhǔn)斋@后（7月7日）至復(fù)播作物（加工番茄、油葵）第1次追施氮肥前（7月29日），土壤堿解氮含量有一定程度的下降，尤其是0～20 cm土壤堿解氮含量的降低幅度較大。一方面是由于復(fù)播作物生長前期根系分布較淺，主要在0～20 cm，因此對0～20 cm土層養(yǎng)分的吸收強度較大；其次可能也與小麥?zhǔn)蘸篼湶缰饕植荚谕寥辣韺?，其在腐解過程中也消耗了一部分土壤速效氮有關(guān)；此外，小麥?zhǔn)斋@過程中部分小麥籽粒散落于土表，復(fù)播作物生長前期又新長出部分小麥幼苗，也吸收了部分土壤氮素。

2.2 土壤速效磷含量的動態(tài)變化

滴灌小麥復(fù)播作物農(nóng)田不同深度土壤速效磷含量的動態(tài)變化見圖3。

由圖3可見：

（1）總體來看，滴灌小麥復(fù)播作物農(nóng)田0～40 cm土壤速效磷含量變化較大，60～100 cm土壤速效磷含量較低，且變化較為平穩(wěn)。小麥生長季內(nèi)土壤速效磷含量自五月中旬以后呈現(xiàn)緩慢降低趨勢，灌漿后期（6月20日）逐漸趨于平穩(wěn)，小麥?zhǔn)斋@后0～20 cm土壤速效磷含量較播種前的初始速效磷含量有明顯下降。表明小麥生長季的磷肥供應(yīng)不足，土壤磷素供應(yīng)出現(xiàn)虧缺，土壤速效磷含量有所降低。復(fù)播作物（加工番茄、油葵）生長季土壤速效磷含量的波動較大，尤其是0～40 cm土壤，主要是由于磷肥的施用引起。與土壤堿解氮的變化趨勢相似，加工番茄和油葵生長季土壤速效磷含量也出現(xiàn)了兩個高峰，即8月7日（加工番茄坐果初期和油葵現(xiàn)蕾期）和9月11日（加工番茄盛果期和油葵盛花期），隨后土壤速效磷含量有所下降，至成熟期0～20 cm土壤速效磷含量與加工番茄移栽前或油葵播種前（小麥?zhǔn)斋@后）略有增加，但差異不大。表明復(fù)播作物生長季土壤磷素供應(yīng)基本保持平衡。但是值得注意的是復(fù)播油葵處理（W－S1、W－S2）土壤20～40 cm土壤速效磷含量在生長后期下降較為明顯，說明油葵生長后期對20～40 cm土壤磷素有較大的吸收量。

（2）與土壤堿解氮含量不同，小麥?zhǔn)斋@后（7月7日）至復(fù)播作物（加工番茄、油葵）第1次滴施磷肥前（7月29日），土壤速效磷含量的變化不大，基本保持穩(wěn)定。

圖3 不同深度土壤速效磷含量的動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of available phosphorus content in different soil depths

2.3 土壤速效鉀含量的動態(tài)變化

滴灌小麥復(fù)播作物農(nóng)田不同深度土壤速效鉀含量的動態(tài)變化見圖4。由圖4可知：

（1）滴灌小麥復(fù)播作物農(nóng)田0～40 cm土壤速效鉀含量變化較大，40 cm以下土壤速效鉀含量較低，且變化較為平穩(wěn)。小麥生長季內(nèi)土壤速效鉀含量變化較小，自5月中旬至收獲后土壤速效鉀含量基本保持穩(wěn)定。表明小麥生長季土壤鉀素供應(yīng)基本維持平衡。

（2）復(fù)播加工番茄生長期間土壤速效鉀含量在坐果初期（8月7日）達到高峰，隨后迅速降低，隨后基本趨于穩(wěn)定，盛果期后略有上升。說明復(fù)播加工番茄坐果期是鉀素吸收的高峰期，盛果期后鉀吸收量逐漸減少。復(fù)播加工番茄成熟期0～40 cm土壤速效鉀含量與加工番茄移栽定植前（小麥?zhǔn)斋@后）差異不大，表明加工番茄生長季土壤鉀素供應(yīng)基本維持平衡。

（3）復(fù)播油葵生長期間土壤速效鉀含量在坐果初期（8月7日）達到高峰，隨后逐漸降低，至成熟期達到最低。說明油葵生長中、后期對鉀素均有較大的吸收量，尤其是盛花期前后對鉀的吸收量最大，是鉀素吸收的高峰期。復(fù)播加工番茄成熟期0～40 cm土壤速效鉀含量與加工番茄移栽定植前（小麥?zhǔn)斋@后）相比明顯降低，0～20和0～40 cm土壤速效鉀含量分別降低了14.17%和27.88%。表明油葵生長季鉀肥的施用不足，土壤鉀素供應(yīng)出現(xiàn)虧缺，土壤速效鉀含量明顯下降。

（4）與土壤速效磷含量的變化相似，復(fù)播油葵生長后期土壤20～40 cm土壤速效鉀含量下降較為明顯，說明油葵生長后期對20～40 cm土壤磷素有較大的吸收量。

圖4 不同深度土壤速效鉀含量的動態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of available potassium content in different soil depths

3 討論

土壤速效養(yǎng)分含量是評價土壤供肥能力的主要指標(biāo)，體現(xiàn)著農(nóng)田土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化能力和施肥與管理水平等，農(nóng)田土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化規(guī)律是科學(xué)施肥的重要依據(jù)［17］。本研究表明滴灌小麥復(fù)播農(nóng)田在小麥生長季內(nèi)土壤氮素供應(yīng)基本維持平衡，但是小麥挑旗期后土壤堿解氮含量有一定程度下降，說明這一時期是小麥氮素吸收高峰期，應(yīng)加強氮素的供應(yīng)［18］，否則不利于小麥幼穗發(fā)育。土壤速效磷含量總體呈現(xiàn)下降趨勢，尤其在返青拔節(jié)后下降明顯，到成熟期時土壤速效磷含量達到最低，這與李瑞梅等［18］和姜孟輝等［19］的研究結(jié)果基本一致；說明小麥生長季土壤磷素供應(yīng)出現(xiàn)明顯虧缺，應(yīng)加強小麥生長季磷肥的投入，尤其要注意小麥抽穗揚花期的磷肥投入。土壤速效鉀含量在小麥生長季較為穩(wěn)定，基本維持平衡，因此可以不考慮鉀肥的投入。

在小麥?zhǔn)斋@后至復(fù)播作物生育期追肥前，土壤速效磷和速效鉀含量基本維持穩(wěn)定，但土壤堿解氮含量卻明顯降低。因此在小麥成熟期至復(fù)播作物生育期追肥前應(yīng)考慮投入一定量的氮肥，以滿足復(fù)播作物生長前期的氮素需求，促苗早發(fā)，避免小麥殘差腐解和新生麥苗耗氮導(dǎo)致復(fù)播作物苗期氮素供應(yīng)不足。有研究表明免耕對土壤微生物數(shù)量和生物量影響較大，表層土壤微生物量碳、氮含量顯著高于傳統(tǒng)耕作方式［20］。為彌補復(fù)播作物生長前期氮素供應(yīng)不足，可采用在復(fù)播作物滴水出苗時補施肥料，但這一時期氮肥的用量不宜過大，否則會影響復(fù)播作物種子萌發(fā)。除此之外，還可以考慮在小麥黃熟期適量滴水補充氮肥，需要控制灌水量，以不影響正常收獲為宜。

復(fù)播作物（加工番茄、油葵）生長季土壤堿解氮含量均有所降低，土壤氮素供應(yīng)出現(xiàn)了明顯虧缺，尤其是在復(fù)播作物生長中后期?？赡苤饕菫榱朔乐购笃诘赝度脒^大導(dǎo)致復(fù)播作物成熟期推遲影響產(chǎn)量，所以氮肥的施用時期往往提前。盡管如此，從復(fù)播加工番茄和油葵農(nóng)田土壤堿解氮的變化情況看，8月7日－8月28日期間土壤堿解氮含量的降低幅度很大，說明這一時期是復(fù)播作物氮素吸收量比較大的時期，應(yīng)加強這一時期的氮肥管理，適當(dāng)增加氮肥投入。復(fù)播加工番茄土壤速效磷和速效鉀含量與初始水平相差不大，基本維持平衡，但坐果期是復(fù)播加工番茄鉀素吸收的高峰期，應(yīng)強化這一時期的鉀素管理。復(fù)播油葵土壤速效磷含量基本保持平衡，但速效鉀含量明顯降低，土壤鉀素供應(yīng)有明顯虧缺。因此要加大復(fù)播油葵開花期的鉀肥投入，尤其是盛花期前后。此外，復(fù)播油葵對于土壤20～40 cm速效磷和速效鉀的吸收量較大，要注意適當(dāng)增加磷、鉀肥的施用深度。

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