牛場肥水灌溉對冬小麥產(chǎn)量與氮利用效率及土壤硝態(tài)氮的影響

杜會英， 馮 潔， 張克強， 王 風， 郭海剛

(農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津 300191)

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牛場肥水灌溉對冬小麥產(chǎn)量與氮利用效率及土壤硝態(tài)氮的影響

杜會英， 馮 潔， 張克強*， 王 風， 郭海剛

(農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津 300191)

牛場肥水; 灌溉; 冬小麥; 產(chǎn)量; 氮利用效率; 土壤硝態(tài)氮積累

隨著集約化飼養(yǎng)程度的不斷提高，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生大量糞污，根據(jù)“全國第一次污染源普查公報”數(shù)據(jù)，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便年產(chǎn)量為2.43億噸，尿液等廢水產(chǎn)生量1.63億噸[1]。然而養(yǎng)殖糞污處理和利用率極低，已成為影響我國環(huán)境質(zhì)量的重要污染源之一，同時造成養(yǎng)分資源的極大浪費。作為一個農(nóng)業(yè)大國，我國農(nóng)業(yè)年用水量達到全年總用水量的60%以上[2]，水資源貧乏及地域分布不均勻造成我國嚴重的農(nóng)業(yè)用水危機，華北平原地區(qū)水資源短缺問題在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中尤為突出，農(nóng)灌區(qū)地下水嚴重超采，導致地下水位下降等諸多生態(tài)環(huán)境問題[3]。將處理后的養(yǎng)殖肥水作為水、氮資源進行農(nóng)田灌溉，是減輕養(yǎng)殖肥水中氮污染水體的重要途徑，也是緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺的重要措施之一。

1　材料與方法

1.1試驗點概況

1.2試驗設計

試驗共設5個處理，每個處理3次重復，分別為: 不施肥、小麥各生育期進行清水灌溉(CK); 在冬小麥生育期內(nèi)進行2次牛場肥水灌溉(越冬期和灌漿期，肥水灌溉帶入氮量為160kg/hm2)，其他生育期清水灌溉(T1); 在冬小麥生育期內(nèi)進行3次牛場肥水灌溉(越冬期、拔節(jié)期、灌漿期，肥水灌溉帶入氮量為240kg/hm2)，其他生育期清水灌溉(T2); 在冬小麥生育期進行4次牛場肥水灌溉(越冬期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期，肥水灌溉帶入氮量為320kg/hm2)，不進行清水灌溉(T3); 農(nóng)民習慣施肥，冬小麥播種時，N、P2O5和K2O施入量分別為56kg/hm2、79kg/hm2和23kg/hm2、冬小麥拔節(jié)期追純氮量為276kg/hm2，全生育期氮投入量為332kg/hm2，各生育期清水灌溉(CF)。各處理在小麥收獲后進行取樣分析。試驗小區(qū)面積60m2(長15m×寬4m)。所有處理灌水定額均為830m3/hm2，灌溉方式為漫灌，灌水量利用超聲波流量計計量，灌溉誤差1%以內(nèi)。冬小麥全生育期灌水4次。供試冬小麥品種為濟麥22。

1.3樣品采集與分析

冬小麥收獲時每個小區(qū)采收2m2的小麥樣品，風干后脫粒，分籽粒和秸稈兩部分稱量其干重，將采集的小麥籽粒、秸稈樣品烘干、粉碎、混勻，然后用濃H2SO4-H2O2消解，采用流動注射分析儀(FIA-6000+)測定籽粒和秸稈的氮含量。

1.4計算方法

植株氮積累量(kg/hm2)=(籽粒干量×籽粒含氮量)+(秸稈干量×秸稈含氮量);

氮表觀利用率(%)=(施氮區(qū)地上部氮積累量-不施氮區(qū)地上部氮積累量)/氮肥投入量×100;

氮農(nóng)學效率(kg/kg)=(施氮肥區(qū)產(chǎn)量一不施氮肥區(qū)產(chǎn)量)/施氮量;

土壤硝態(tài)氮殘留量(kg/hm2)= 土層厚度×土壤容重×硝態(tài)氮濃度;

1.5統(tǒng)計方法:

試驗數(shù)據(jù)用SAS和Excel軟件進行統(tǒng)計分析。

2　結(jié)果與討論

2.1牛場肥水灌溉的產(chǎn)量效應

表1　不同肥水N帶入量下冬小麥的產(chǎn)量 (kg/hm2)

注(Note): 同列數(shù)據(jù)不同字母表示差異達5% 顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamecolumnmeansignificantdifferenceat5%level.

2.2肥水灌溉對冬小麥氮吸收的影響

圖1　20112013年不同肥水灌溉次數(shù)下冬小麥植株的氮積累Fig.1　Plant N accumulation of winter wheat under different effluent irrigation frequency in 2011-2013

吸收[16-18]，隨著肥水灌溉年限的增加，肥水促進植株氮吸收的效果增加，對比不同年限間植株氮吸收量，2012年冬小麥產(chǎn)量整體較2011和2013年低，植株氮吸收量也較低。在肥水灌溉的三個處理中，2011年和2012年肥水灌溉的三個處理之間差異不顯著，2013年T2和T3處理植株氮吸收量顯著高于T1處理。

2.3肥水灌溉對冬小麥氮利用的影響

由表2可以看出，冬小麥肥水氮表觀利用率和農(nóng)學效率均隨肥水灌溉帶入氮量的增加而降低，且隨著肥水灌溉年限的增加而增加，三年氮表觀利用率和氮農(nóng)學利用率均以T1最高，三年平均分別為48.57%和37.15kg/kg，2011年和2013年T1處理顯著高于T3和農(nóng)民習慣施肥處理，2012年T1與T3和習慣施肥處理差異不顯著。張福鎖等[19]報道小麥平均施氮量169.0kg/hm2，氮表觀利用率和農(nóng)學效率分別為28.20%和8kg/kg，李瑞奇等[20]研究表明，小麥生產(chǎn)中施氮240kg/hm2可以獲得較理想的氮素利用效率，本研究與此一致。

2.4牛場肥水灌溉對土壤硝態(tài)氮積累的影響

表2　灌溉肥水中氮的利用效率

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異達5% 顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamecolumnmeansignificantdifferenceat5%level.

圖2　牛場肥水灌溉對冬小麥收獲后土壤硝態(tài)氮的影響Fig.2　Effects of dairy effluents irrigation on soil -N after the harvest time of winter wheat

3　結(jié)論

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Effectsofdairyeffluentsirrigationonyieldandnitrogenuseefficiencyofwinterwheatandsoilnitratenitrogen

DUHui-ying,FENGJie,ZHANGKe-qiang*,WANGFeng,GUOHai-gang

(Institute of Agro-environmental Protection, Ministry of Agriculture of China, Tianjin 300191, China)

【Objectives】Studyontheeffectsofdairyeffluentsongrainyield,nitrogenuseefficiencyandsoilnitratecontentswillprovidetheoreticalbasisfortheassessmentoflivestockeffluentsirrigationonfarmland,soastodecreasetheriskofnitrogenlosefromlivestockeffluents.【Methods】AfieldexperimentusingdairyeffluentsforirrigationinwinterwheatwasconductedsuccessivelyforthreeyearsintheplainofNorthChina.Thestudyincludedfivetreatmentswiththreereplications:Nofertilizerandirrigatedwithfreshwater(CK);twoirrigationwithdairyeffluentsinwinteringandfillingstages,twofreshwaterirrigation,thetotalnitrogenbroughtwitheffluentswas160kg/hm2(T1);threeirrigationwithdairyeffluentsinwintering,jointingandfillingstages,onefreshwaterirrigationinheadingstage,thetotalnitrogenbroughtwitheffluentswas240kg/hm2(T2);fourirrigationwithdairyeffluentsinwintering,jointing,headingandfillingstages,withtotalnitrogenbroughtwitheffluentsof320kg/hm2(T3);andfarmercustomizedfertilization,inorganiccompoundfertilizerwith375kg/hm2afterplanting,and600kg/hm2ureaapplicationatthewheatjointingstageandfreshwaterirrigationinwheatgrowingseason(CF).Thetotalirrigationquotawas830m3/hm2,andtheirrigationquantitywascontrolledbywaterUltrasonicflowmeters.Thesoilnitritenitrogencontentandwinterwheatyieldwereinvestigatedatharvest. 【Results】 1)Thedairyeffluentsirrigationsignificantlyincreasedtheyieldofwinterwheatwhichwasfluctuatedwiththeinputofnitrogenfromtheeffluents,thehighestyieldwasobtainedinthethreedairyeffluentsirrigationswiththeNinputof240kg/hm2. 2)ThenitrogenaccumulationinplantsandgrainsofwheatirrigatedwitheffluentswassignificantlyhigherthanthoseoftheCK.In2011and2012,therewerenosignificantdifferencesinthenitrogenaccumulationsinplantsamongthetreatments,in2013,however,thoseinT2andT3weresignificantlyhigherthaninT1andCF. 3)Withtheincreasingofnitrogenbroughtbydairyeffluents,thenitrogenrecoveryefficiencyandnitrogenagronomicefficiencyweredecreased,withtheaveragevaluesof48.57%and37.15kg/kginT1,respectively. 4)Aftertheharvestofwinterwheat,thesoilnitratenitrogenaccumulationin0-100cmlayerwasincreasedwiththeincreasingofnitrogenamountofdairyeffluents.The0-100cmlayerofsoilnitratenitrogenaccumulationintheT3wassignificantlyhigherthanthoseinT1andT2.【Conclusions】Dairyeffluentsirrigationsignificantlyincreasesthegrainyieldofwinterwheat.Withtheincreaseofnitrogenamountfromdairyeffluents,thenitrogenrecoveryefficiencyandnitrogenagronomicefficiencyofdairyeffluentsaredecreased.Thenitratenitrogenaccumulationin0-100cmsoillayerissignificantlyenhancedwith320kg/hm2ofnitrogenbroughtwiththefourirrigationofdairyeffluents.Thisresultindicatesthatmostofnitrogenisnotutilizedbywinterwheat,mightleachedintodeepsoil.Undertheexperimentconditions,consideringcomprehensively,thepropernitrogenamountbroughtwithdairyeffluentinwinterwheatwas160-240kg/hm2.

dairyeffluents;irrigation;winterwheat;grainyield;nitrogenuseefficiency;soilnitratenitrogen

2014-07-28接受日期: 2015-01-16網(wǎng)絡出版日期: 2015-07-06

國家科技支撐計劃(2012BAD15B02)資助。

杜會英(1977—)，女，河北唐山人，副研究員，博士，從事養(yǎng)殖廢棄物面源污染控制和農(nóng)田安全利用方面研究。

E-mail:duhuiying2008@163.com。*通信作者E-mail:kqzhang68@126.com

S143.1

A

1008-505X(2016)02-0536-06