不同種植方式和施肥對(duì)旱地春玉米土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/h1>
2018-10-25 03:06:52謝永春郭天文劉國(guó)一
干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究 2018年5期
謝永春，郭天文，劉國(guó)一
(1.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，西藏 拉薩 850032；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)
因農(nóng)作物對(duì)氮素需求量大而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入過多，導(dǎo)致氮肥用量和糧食產(chǎn)量不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象備受學(xué)者關(guān)注[1-2]。長(zhǎng)期過量或者不合理的施氮，使得氮肥利用率降低、施肥經(jīng)濟(jì)效益下降、土壤氮素殘留增加[3-5]。據(jù)調(diào)查[6]，氮肥施入土壤后大約有30%～50%經(jīng)淋溶進(jìn)入地下水，在我國(guó)黃土高原地區(qū)，一般農(nóng)田2～4 m土壤硝態(tài)氮的累積量可達(dá)102 kg·hm-2，高產(chǎn)農(nóng)田可達(dá)214 kg·hm-2。
近年來，甘肅中東部旱農(nóng)區(qū)種植面積逐步擴(kuò)大的全膜雙壟溝播技術(shù)，具有增溫、蓄水、保墑和增產(chǎn)增效的效應(yīng)。然而此種植方式下作物肥料利用率高，對(duì)氮肥的過量投入，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，特別是硝態(tài)氮損失尤為嚴(yán)重[7-10]。如何科學(xué)種植、合理施肥，減少土壤氮素殘留與淋溶，提高肥料利用效率，獲得農(nóng)業(yè)和環(huán)境雙贏的效果眾人所望。因此，本文以甘肅定西定位3年的旱地玉米試驗(yàn)為材料，對(duì)不同種植方式和施肥水平下土壤氮素的殘留做一探討，以期為該區(qū)旱地有效減少氮素?fù)p失的種植方式和優(yōu)化施肥水平提供理論依。
1 材料和方法
1.1 試驗(yàn)區(qū)概況
試驗(yàn)設(shè)在甘肅省定西市團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)，當(dāng)?shù)貙冱S土高原丘陵溝壑區(qū)，是典型的干旱半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)，2012～2015年年均降雨量445 mm(詳細(xì)見表1)，年蒸發(fā)量1 531 mm，年均氣溫6.2℃，≥0℃積溫2 787.7℃，≥10℃積溫2 075.1℃。供試土壤為黃綿土，0～200 cm土層平均容重為1.15 g·cm-3。試驗(yàn)地耕層土壤有機(jī)質(zhì)為12.58 g·kg-1、全氮為0.86 g·kg-1、全磷為0.92 g·kg-1、堿解氮為51.12 mg·kg-1、速效磷為13.32 mg·kg-1、速效鉀為138 mg·kg-1。
表1 試驗(yàn)區(qū)2013年～2014年降雨量/mm
1.2 試驗(yàn)材料
玉米品種為沈單16號(hào)，地膜選用幅寬120 cm(用于全膜覆蓋)和70 cm(用于半膜覆蓋)的地膜，厚度均為0.008 mm。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
田間試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，種植方式為主區(qū)，施肥水平為副區(qū)，共9個(gè)處理，主區(qū)3次重復(fù)，小區(qū)面積18 m2(3 m×6 m)。試驗(yàn)于2012年開始長(zhǎng)期定位，每年種植春玉米，4月下旬播種，10月中旬收獲。所用肥料全部為基施，播種密度為60 000株· hm-2。種植方式為全膜雙壟溝播(F：在播種前起壟，大壟寬70 cm，小壟寬40 cm，高均為15 cm，全部用地膜覆蓋后采用穴播方式種植玉米于溝內(nèi)。)、半膜平作(H：不起壟，間隔70 cm覆膜，膜寬40 cm，采用穴播方式種植玉米于地膜上)、裸地平作(O：不起壟，不覆蓋，種植方式同H)3種方式；3個(gè)施肥水平，即配方優(yōu)化施肥水平(依測(cè)土配方推薦，養(yǎng)分下標(biāo)為施肥量 kg·hm-2)：N225P120K60(OPT)、當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥水平：N150P105K0(FP)、不施肥：N0P0K0(CK)。
1.4 樣品采集與測(cè)定
植株樣在春玉米收獲期分別取3株，將籽粒和秸稈分離，帶回實(shí)驗(yàn)室在烘箱中105℃下殺青30 min，再調(diào)溫80℃烘干至恒重。對(duì)各生育期干物質(zhì)稱重后進(jìn)行粉碎過0.5 mm篩，備測(cè)定養(yǎng)分用。全氮采用濃H2SO4- H2O2消煮，凱氏定氮法。
氮吸收量(kg·hm-2)=干物質(zhì)量(kg·hm-2)×干物質(zhì)氮含量(%)。
氮素利用效率(NUE)=(施氮區(qū)氮吸收量-不施氮區(qū)氮吸收量)/施氮量×100%
2 結(jié)果與分析
2.1 不同處理對(duì)土壤硝態(tài)氮累積量和氮肥利用效率的影響
從表2可知，采用不同的種植方式和施肥水平種植玉米3年后，0～200 cm土壤硝態(tài)氮累積量為18.4～428.3 kg·hm-2，變異幅度大，殘留效應(yīng)可觀。種植方式和施肥水平對(duì)0～200 cm土壤硝態(tài)氮的累積量影響極顯著。不同的種植方式下，裸地平作硝態(tài)氮平均累積量達(dá)257.0 kg·hm-2，顯著高于兩種覆膜種植方式，氮素利用效率也顯著低于覆膜種植方式(表3)；不同的施肥水平下，OPT和FP處理的硝態(tài)氮平均累積量分別是CK的7.6和4.4倍，同時(shí)，氮素利用效率也顯著高于CK。由此可見，覆膜種植增加了氮肥利用，減少了氮素殘留，OPT施肥水平下雖然提高了春玉米的氮素利用率，但同時(shí)也增加了硝態(tài)氮的累積。
表2 0～200 cm土壤硝態(tài)氮累積量/(kg·hm-2)
注：同行或同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間達(dá)顯著差異(P<0.05)，大寫字母表示極顯著(P<0.01)使用Duncan法，下同。
Note：Values followed by different lowercase letters in the same row or column are significantly different atP<0.05，capitals are extremely significant different atP<0.01. Using Duncan method, the same as below.
表3 不同種植方式對(duì)春玉米氮素吸收利用效率的影響
2.2 種植方式對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舴植嫉挠绊?/h3>
春玉米收獲后(圖1)，在OPT施肥水平下，不同種植方式0～60 cm土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅孔钌?，處理間差異不顯著；60 cm以下各土層中裸地平作顯著高于覆膜處理，在80～140 cm土層中，硝態(tài)氮?dú)埩袅恳来螢槁愕仄阶?O)>半膜平作(H)>全膜雙壟溝播(F)。在100 cm土層附近，半膜平作和裸地平作出現(xiàn)了硝態(tài)氮?dú)埩舴逯?，全膜雙壟溝播沒有出現(xiàn)。
在FP施肥水平下，裸地平作0～200 cm土壤剖面硝態(tài)氮?dú)埩袅烤哂谄渌幚?，其?～40 cm土層中各處理間沒有明顯差異，40～200 cm土層中，覆膜處理各層硝態(tài)氮?dú)埩袅啃∮?.0 kg·hm-2，兩者之間差異不顯著，裸地平作顯著高于覆膜處理，同樣，裸地平作在100 cm土層附近硝態(tài)氮累積量最高。
當(dāng)連續(xù)3年不施肥(CK)時(shí)，各處理0～200 cm土壤剖面中硝態(tài)氮?dú)埩袅啃∮?1.5 kg·hm-2，種植方式之間差異不明顯。
結(jié)果表明，裸地平作下長(zhǎng)期采用OPT和FP施肥水平容易出現(xiàn)硝態(tài)氮的殘留，其主要?dú)埩粼?0～140 cm土層中，100 cm土層附近最高，兩種覆膜種植方式下硝態(tài)氮?dú)埩袅康玫接行Ы档?，特別是在優(yōu)化施肥(OPT)的情況下，全膜雙壟溝播土壤剖面中硝態(tài)氮?dú)埩袅可跷ⅰ?/p>
2.3 施肥水平對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩艏捌浞植嫉挠绊?/h3>
土壤中硝態(tài)氮?dú)埩衾鄯e量隨著氮肥用量的增加而增加，CK(不施氮)處理下，0～200 cm土壤中硝態(tài)氮平均殘留量為29.5 kg·hm-2，F(xiàn)P(中等施氮)處理下為131.7 kg·hm-2，OPT(高施氮)處理下為226.2 kg·hm-2，各施肥處理之間差異極顯著(表2)。
表4所示，隨著氮肥的連續(xù)施入，0～200 cm土壤中硝態(tài)氮?dú)埩袅吭黾恿?.1～409.9 kg·hm-2，占3年總施氮量的1.1%～68.0%。3種種植方式下土壤中硝態(tài)氮平均增加量占施氮量的大小依次為裸地平作>半膜平作>全膜雙壟溝播，分別為64.4%，9.8%，5.1%；OPT施肥水平下0～200 cm土壤殘留硝態(tài)氮平均增加了198.4 kg·hm-2，F(xiàn)P施肥水平下平均增加了105.6 kg·hm-2，OPT施氮量是FP的1.5倍，而殘留增加量卻是FP的1.9倍。
圖1 不同種植方式土壤剖面的硝態(tài)氮分布及其與施肥的關(guān)系Fig.1 Distribution of residual nitrate N in the profile of soil under different planting and its relationship to fertilization
施肥水平Fertilization levels種植方式 Planting models全膜雙壟溝播(F)半膜平作(H)裸地平作(O)增加量/(kg·hm-2)Increment占施氮比/%For fertilizingN ratio增加量/(kg·hm-2)Increment占施氮比/%For fertilizingN ratio增加量/(kg·hm-2)Increment占施氮比/%For fertilizingN ratioOPT(N225P120K60)61.69.1123.818.3409.960.7FP(N150P105K0)5.11.15.71.3306.068.0平均值 average33.35.164.79.8358.064.4
注：施氮量按3年總量計(jì)算。
Note：The amount of N fertilizer is accord to the total calculation of 3 years.
0～200 cm土壤剖面中(圖2)，各土層硝態(tài)氮?dú)埩袅颗c氮肥用量成正比，0～60 cm土層中硝態(tài)氮?dú)埩袅吭?.5-10.1 kg·hm-2之間，各施肥水平之間差異不顯著；60～200 cm土層中硝態(tài)氮?dú)埩袅看笮∫来螢镺PT>FP>CK，差異顯著。
圖2 不同施肥水平下土壤剖面硝態(tài)氮的分布Fig.2 Distribution of residual nitrate N in the profile ofsoil under different fertilization
其中不施肥的硝態(tài)氮?dú)埩袅吭谡麄€(gè)剖面中含量小于5.3kg·hm-2，F(xiàn)P和OPT施肥處理的在0～100 cm土層中隨土層的加深其硝態(tài)氮?dú)埩袅可?，?00 cm土層附近出現(xiàn)峰值后，又隨土層的加深其殘留量降低?？梢姡鯌B(tài)氮?dú)埩舻亩嗌僦饕Q于施氮，硝態(tài)氮主要?dú)埩粼?0～140 cm土層中。
2.4 不同處理0～200 cm土壤硝態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化
在全膜雙壟溝播種植方式下，從6月7日至7月21日，OPT和FP施肥水平的硝態(tài)氮含量由1 289.3、414.8 kg·hm-2分別降為129.3、92.1 kg·hm-2，由于此階段春玉米處于前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)最旺盛時(shí)期，需肥量大，因此硝態(tài)氮含量呈直線下降趨勢(shì)，此階段硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為：OPT施肥明顯高于FP，F(xiàn)P明顯高于CK；從7月21日以后，硝態(tài)氮含量變化平穩(wěn)，且各施肥水平之間差異不明顯。在半膜平作種植方式下，OPT和FP施肥在生長(zhǎng)前期硝態(tài)氮降幅比全膜雙壟溝播小，變化規(guī)律同雙壟溝播下一致。在裸地平作種植方式下，各時(shí)期硝態(tài)氮含量均以O(shè)PT施肥最高，F(xiàn)P次之，CK最低，各施肥處理在玉米整個(gè)生育期內(nèi)硝態(tài)氮含量變化平穩(wěn)。總體來看，由于覆膜種植方式下玉米對(duì)氮素的吸收作用加強(qiáng)，施用氮肥后，隨著玉米生育期的推進(jìn)，0～200 cm土壤硝態(tài)氮含量逐漸降低，收獲期兩種覆膜種植的硝態(tài)氮?dú)埩袅勘３衷谳^低水平(圖3，表1)，而在裸地平作下施氮后硝態(tài)氮含量始終維持在較高水平，收獲期殘留量高。由于地膜覆蓋增加了土體溫度和濕度，微生物和酶活性提高，加強(qiáng)了氮素礦化作用[12-15]。因此，與裸地平作相比，覆膜種植下高施氮肥(OPT)玉米田苗期(6月7日)硝態(tài)氮含量高62.9%～98.0%。
圖3 不同時(shí)期0～200 cm土壤硝態(tài)氮含量的變化Fig. 3 The changes of 0～200 cm soil residual nitrate N at different stages of maize
3 結(jié)論與討論
一般通氣良好的旱地土壤中，殘留礦質(zhì)氮主要以硝態(tài)氮為主[16]，其含量的大小和分布受施肥、栽培方式、降雨、作物吸收和土壤質(zhì)地等因素的影響[17-19]。有研究指出[20]，在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)降雨量少，硝態(tài)氮經(jīng)過常年累積富集在土壤深層，并未淋出作物根區(qū)甚至進(jìn)入地下水，這種富集形式的累積也稱為“雨養(yǎng)區(qū)硝態(tài)氮富集性淋失”。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，旱地通過長(zhǎng)期施肥，0～200 cm土層中殘留硝態(tài)氮最高可達(dá)428.3 kg·hm-2，其殘留量與施氮量成正比，OPT施肥水平硝態(tài)氮平均殘留量可達(dá)226.2 kg·hm-2，主要分布在60～140 cm土層中，100 cm土層附近最高，從氮的殘留程度來看，OPT施肥的氮素偏高，但殘留硝態(tài)氮并未淋出玉米根區(qū)。
長(zhǎng)期施用氮肥后，土壤深層都會(huì)出現(xiàn)硝態(tài)氮的累積現(xiàn)象，特別是旱地長(zhǎng)期過量施氮和不平衡施肥加重了硝態(tài)氮的深層累積[20]。張?jiān)瀑F[19]等在華北平原長(zhǎng)期定位的試驗(yàn)證明，長(zhǎng)期單獨(dú)施氮肥土壤剖面中硝態(tài)氮累積量高，且大部分累積在根區(qū)外，硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)大；氮與磷和鉀配施或者在配施的基礎(chǔ)上合理配施有機(jī)肥，能夠降低深層硝態(tài)氮累積量，累積深度也出現(xiàn)上移。本試驗(yàn)中，與FP(N150P105K0)施肥水平相比，雖然OPT(N225P120K60)配施鉀肥，但由于氮肥施用量是FP的1.5倍，其土壤硝態(tài)氮累積量高于FP。由此可見，即使是氮磷鉀配施，過量施氮也會(huì)發(fā)生硝態(tài)氮的累積[17]，控氮增鉀[19]，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡亓?shí)際條件推廣優(yōu)化施肥[16、21],將成為控制農(nóng)田硝態(tài)氮淋失的有效途徑。
覆膜對(duì)硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊懬叭藗兾从幸恢陆Y(jié)論，有學(xué)者認(rèn)為[18、22-23]，覆膜條件下高溫高濕導(dǎo)致土壤有機(jī)氮礦化速率加快，在旱地以硝態(tài)氮為主的礦質(zhì)氮累積增加，然有些學(xué)者認(rèn)為[24-26]，旱地覆膜促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高氮素吸收利用，特別是深層硝態(tài)氮隨水分上移，累積量減少，也有人認(rèn)為跟覆膜時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)，短期覆膜會(huì)降低硝態(tài)氮?dú)埩袅?，而整個(gè)生育期覆膜殘留量增加[27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與裸地平作相比，覆膜種植可以降低以施肥引起的硝態(tài)氮?dú)埩袅?，以高肥處理下全膜雙壟溝播尤為明顯。
綜上所述，覆膜種植可有效降低土壤中硝態(tài)氮的累積，而過量施氮增加了硝態(tài)氮的殘留，優(yōu)化施肥(OPT)在全膜雙壟溝播(F)下土壤硝態(tài)氮并未淋出玉米根區(qū)。因此在優(yōu)化施肥(OPT)情況下，配合全膜雙壟溝播可以提高氮素利用效率，減少土壤硝態(tài)氮下層淋溶，降低因高施氮導(dǎo)致的土壤硝態(tài)氮累積。
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表1 試驗(yàn)區(qū)2013年～2014年降雨量/mm
1.2 試驗(yàn)材料
玉米品種為沈單16號(hào)，地膜選用幅寬120 cm(用于全膜覆蓋)和70 cm(用于半膜覆蓋)的地膜，厚度均為0.008 mm。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
田間試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，種植方式為主區(qū)，施肥水平為副區(qū)，共9個(gè)處理，主區(qū)3次重復(fù)，小區(qū)面積18 m2(3 m×6 m)。試驗(yàn)于2012年開始長(zhǎng)期定位，每年種植春玉米，4月下旬播種，10月中旬收獲。所用肥料全部為基施，播種密度為60 000株· hm-2。種植方式為全膜雙壟溝播(F：在播種前起壟，大壟寬70 cm，小壟寬40 cm，高均為15 cm，全部用地膜覆蓋后采用穴播方式種植玉米于溝內(nèi)。)、半膜平作(H：不起壟，間隔70 cm覆膜，膜寬40 cm，采用穴播方式種植玉米于地膜上)、裸地平作(O：不起壟，不覆蓋，種植方式同H)3種方式；3個(gè)施肥水平，即配方優(yōu)化施肥水平(依測(cè)土配方推薦，養(yǎng)分下標(biāo)為施肥量 kg·hm-2)：N225P120K60(OPT)、當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥水平：N150P105K0(FP)、不施肥：N0P0K0(CK)。
1.4 樣品采集與測(cè)定
植株樣在春玉米收獲期分別取3株，將籽粒和秸稈分離，帶回實(shí)驗(yàn)室在烘箱中105℃下殺青30 min，再調(diào)溫80℃烘干至恒重。對(duì)各生育期干物質(zhì)稱重后進(jìn)行粉碎過0.5 mm篩，備測(cè)定養(yǎng)分用。全氮采用濃H2SO4- H2O2消煮，凱氏定氮法。
氮吸收量(kg·hm-2)=干物質(zhì)量(kg·hm-2)×干物質(zhì)氮含量(%)。
氮素利用效率(NUE)=(施氮區(qū)氮吸收量-不施氮區(qū)氮吸收量)/施氮量×100%
2 結(jié)果與分析
2.1 不同處理對(duì)土壤硝態(tài)氮累積量和氮肥利用效率的影響
從表2可知，采用不同的種植方式和施肥水平種植玉米3年后，0～200 cm土壤硝態(tài)氮累積量為18.4～428.3 kg·hm-2，變異幅度大，殘留效應(yīng)可觀。種植方式和施肥水平對(duì)0～200 cm土壤硝態(tài)氮的累積量影響極顯著。不同的種植方式下，裸地平作硝態(tài)氮平均累積量達(dá)257.0 kg·hm-2，顯著高于兩種覆膜種植方式，氮素利用效率也顯著低于覆膜種植方式(表3)；不同的施肥水平下，OPT和FP處理的硝態(tài)氮平均累積量分別是CK的7.6和4.4倍，同時(shí)，氮素利用效率也顯著高于CK。由此可見，覆膜種植增加了氮肥利用，減少了氮素殘留，OPT施肥水平下雖然提高了春玉米的氮素利用率，但同時(shí)也增加了硝態(tài)氮的累積。
表2 0～200 cm土壤硝態(tài)氮累積量/(kg·hm-2)
注：同行或同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間達(dá)顯著差異(P<0.05)，大寫字母表示極顯著(P<0.01)使用Duncan法，下同。
Note：Values followed by different lowercase letters in the same row or column are significantly different atP<0.05，capitals are extremely significant different atP<0.01. Using Duncan method, the same as below.
表3 不同種植方式對(duì)春玉米氮素吸收利用效率的影響
2.2 種植方式對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舴植嫉挠绊?/h3>
春玉米收獲后(圖1)，在OPT施肥水平下，不同種植方式0～60 cm土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅孔钌?，處理間差異不顯著；60 cm以下各土層中裸地平作顯著高于覆膜處理，在80～140 cm土層中，硝態(tài)氮?dú)埩袅恳来螢槁愕仄阶?O)>半膜平作(H)>全膜雙壟溝播(F)。在100 cm土層附近，半膜平作和裸地平作出現(xiàn)了硝態(tài)氮?dú)埩舴逯?，全膜雙壟溝播沒有出現(xiàn)。
在FP施肥水平下，裸地平作0～200 cm土壤剖面硝態(tài)氮?dú)埩袅烤哂谄渌幚?，其?～40 cm土層中各處理間沒有明顯差異，40～200 cm土層中，覆膜處理各層硝態(tài)氮?dú)埩袅啃∮?.0 kg·hm-2，兩者之間差異不顯著，裸地平作顯著高于覆膜處理，同樣，裸地平作在100 cm土層附近硝態(tài)氮累積量最高。
當(dāng)連續(xù)3年不施肥(CK)時(shí)，各處理0～200 cm土壤剖面中硝態(tài)氮?dú)埩袅啃∮?1.5 kg·hm-2，種植方式之間差異不明顯。
結(jié)果表明，裸地平作下長(zhǎng)期采用OPT和FP施肥水平容易出現(xiàn)硝態(tài)氮的殘留，其主要?dú)埩粼?0～140 cm土層中，100 cm土層附近最高，兩種覆膜種植方式下硝態(tài)氮?dú)埩袅康玫接行Ы档?，特別是在優(yōu)化施肥(OPT)的情況下，全膜雙壟溝播土壤剖面中硝態(tài)氮?dú)埩袅可跷ⅰ?/p>
2.3 施肥水平對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩艏捌浞植嫉挠绊?/h3>
土壤中硝態(tài)氮?dú)埩衾鄯e量隨著氮肥用量的增加而增加，CK(不施氮)處理下，0～200 cm土壤中硝態(tài)氮平均殘留量為29.5 kg·hm-2，F(xiàn)P(中等施氮)處理下為131.7 kg·hm-2，OPT(高施氮)處理下為226.2 kg·hm-2，各施肥處理之間差異極顯著(表2)。
表4所示，隨著氮肥的連續(xù)施入，0～200 cm土壤中硝態(tài)氮?dú)埩袅吭黾恿?.1～409.9 kg·hm-2，占3年總施氮量的1.1%～68.0%。3種種植方式下土壤中硝態(tài)氮平均增加量占施氮量的大小依次為裸地平作>半膜平作>全膜雙壟溝播，分別為64.4%，9.8%，5.1%；OPT施肥水平下0～200 cm土壤殘留硝態(tài)氮平均增加了198.4 kg·hm-2，F(xiàn)P施肥水平下平均增加了105.6 kg·hm-2，OPT施氮量是FP的1.5倍，而殘留增加量卻是FP的1.9倍。
圖1 不同種植方式土壤剖面的硝態(tài)氮分布及其與施肥的關(guān)系Fig.1 Distribution of residual nitrate N in the profile of soil under different planting and its relationship to fertilization
施肥水平Fertilization levels種植方式 Planting models全膜雙壟溝播(F)半膜平作(H)裸地平作(O)增加量/(kg·hm-2)Increment占施氮比/%For fertilizingN ratio增加量/(kg·hm-2)Increment占施氮比/%For fertilizingN ratio增加量/(kg·hm-2)Increment占施氮比/%For fertilizingN ratioOPT(N225P120K60)61.69.1123.818.3409.960.7FP(N150P105K0)5.11.15.71.3306.068.0平均值 average33.35.164.79.8358.064.4
注：施氮量按3年總量計(jì)算。
Note：The amount of N fertilizer is accord to the total calculation of 3 years.
0～200 cm土壤剖面中(圖2)，各土層硝態(tài)氮?dú)埩袅颗c氮肥用量成正比，0～60 cm土層中硝態(tài)氮?dú)埩袅吭?.5-10.1 kg·hm-2之間，各施肥水平之間差異不顯著；60～200 cm土層中硝態(tài)氮?dú)埩袅看笮∫来螢镺PT>FP>CK，差異顯著。
圖2 不同施肥水平下土壤剖面硝態(tài)氮的分布Fig.2 Distribution of residual nitrate N in the profile ofsoil under different fertilization
其中不施肥的硝態(tài)氮?dú)埩袅吭谡麄€(gè)剖面中含量小于5.3kg·hm-2，F(xiàn)P和OPT施肥處理的在0～100 cm土層中隨土層的加深其硝態(tài)氮?dú)埩袅可?，?00 cm土層附近出現(xiàn)峰值后，又隨土層的加深其殘留量降低?？梢姡鯌B(tài)氮?dú)埩舻亩嗌僦饕Q于施氮，硝態(tài)氮主要?dú)埩粼?0～140 cm土層中。
2.4 不同處理0～200 cm土壤硝態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化
在全膜雙壟溝播種植方式下，從6月7日至7月21日，OPT和FP施肥水平的硝態(tài)氮含量由1 289.3、414.8 kg·hm-2分別降為129.3、92.1 kg·hm-2，由于此階段春玉米處于前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)最旺盛時(shí)期，需肥量大，因此硝態(tài)氮含量呈直線下降趨勢(shì)，此階段硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為：OPT施肥明顯高于FP，F(xiàn)P明顯高于CK；從7月21日以后，硝態(tài)氮含量變化平穩(wěn)，且各施肥水平之間差異不明顯。在半膜平作種植方式下，OPT和FP施肥在生長(zhǎng)前期硝態(tài)氮降幅比全膜雙壟溝播小，變化規(guī)律同雙壟溝播下一致。在裸地平作種植方式下，各時(shí)期硝態(tài)氮含量均以O(shè)PT施肥最高，F(xiàn)P次之，CK最低，各施肥處理在玉米整個(gè)生育期內(nèi)硝態(tài)氮含量變化平穩(wěn)。總體來看，由于覆膜種植方式下玉米對(duì)氮素的吸收作用加強(qiáng)，施用氮肥后，隨著玉米生育期的推進(jìn)，0～200 cm土壤硝態(tài)氮含量逐漸降低，收獲期兩種覆膜種植的硝態(tài)氮?dú)埩袅勘３衷谳^低水平(圖3，表1)，而在裸地平作下施氮后硝態(tài)氮含量始終維持在較高水平，收獲期殘留量高。由于地膜覆蓋增加了土體溫度和濕度，微生物和酶活性提高，加強(qiáng)了氮素礦化作用[12-15]。因此，與裸地平作相比，覆膜種植下高施氮肥(OPT)玉米田苗期(6月7日)硝態(tài)氮含量高62.9%～98.0%。
圖3 不同時(shí)期0～200 cm土壤硝態(tài)氮含量的變化Fig. 3 The changes of 0～200 cm soil residual nitrate N at different stages of maize
3 結(jié)論與討論
一般通氣良好的旱地土壤中，殘留礦質(zhì)氮主要以硝態(tài)氮為主[16]，其含量的大小和分布受施肥、栽培方式、降雨、作物吸收和土壤質(zhì)地等因素的影響[17-19]。有研究指出[20]，在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)降雨量少，硝態(tài)氮經(jīng)過常年累積富集在土壤深層，并未淋出作物根區(qū)甚至進(jìn)入地下水，這種富集形式的累積也稱為“雨養(yǎng)區(qū)硝態(tài)氮富集性淋失”。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，旱地通過長(zhǎng)期施肥，0～200 cm土層中殘留硝態(tài)氮最高可達(dá)428.3 kg·hm-2，其殘留量與施氮量成正比，OPT施肥水平硝態(tài)氮平均殘留量可達(dá)226.2 kg·hm-2，主要分布在60～140 cm土層中，100 cm土層附近最高，從氮的殘留程度來看，OPT施肥的氮素偏高，但殘留硝態(tài)氮并未淋出玉米根區(qū)。
長(zhǎng)期施用氮肥后，土壤深層都會(huì)出現(xiàn)硝態(tài)氮的累積現(xiàn)象，特別是旱地長(zhǎng)期過量施氮和不平衡施肥加重了硝態(tài)氮的深層累積[20]。張?jiān)瀑F[19]等在華北平原長(zhǎng)期定位的試驗(yàn)證明，長(zhǎng)期單獨(dú)施氮肥土壤剖面中硝態(tài)氮累積量高，且大部分累積在根區(qū)外，硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)大；氮與磷和鉀配施或者在配施的基礎(chǔ)上合理配施有機(jī)肥，能夠降低深層硝態(tài)氮累積量，累積深度也出現(xiàn)上移。本試驗(yàn)中，與FP(N150P105K0)施肥水平相比，雖然OPT(N225P120K60)配施鉀肥，但由于氮肥施用量是FP的1.5倍，其土壤硝態(tài)氮累積量高于FP。由此可見，即使是氮磷鉀配施，過量施氮也會(huì)發(fā)生硝態(tài)氮的累積[17]，控氮增鉀[19]，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡亓?shí)際條件推廣優(yōu)化施肥[16、21],將成為控制農(nóng)田硝態(tài)氮淋失的有效途徑。
覆膜對(duì)硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊懬叭藗兾从幸恢陆Y(jié)論，有學(xué)者認(rèn)為[18、22-23]，覆膜條件下高溫高濕導(dǎo)致土壤有機(jī)氮礦化速率加快，在旱地以硝態(tài)氮為主的礦質(zhì)氮累積增加，然有些學(xué)者認(rèn)為[24-26]，旱地覆膜促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高氮素吸收利用，特別是深層硝態(tài)氮隨水分上移，累積量減少，也有人認(rèn)為跟覆膜時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)，短期覆膜會(huì)降低硝態(tài)氮?dú)埩袅?，而整個(gè)生育期覆膜殘留量增加[27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與裸地平作相比，覆膜種植可以降低以施肥引起的硝態(tài)氮?dú)埩袅?，以高肥處理下全膜雙壟溝播尤為明顯。
綜上所述，覆膜種植可有效降低土壤中硝態(tài)氮的累積，而過量施氮增加了硝態(tài)氮的殘留，優(yōu)化施肥(OPT)在全膜雙壟溝播(F)下土壤硝態(tài)氮并未淋出玉米根區(qū)。因此在優(yōu)化施肥(OPT)情況下，配合全膜雙壟溝播可以提高氮素利用效率，減少土壤硝態(tài)氮下層淋溶，降低因高施氮導(dǎo)致的土壤硝態(tài)氮累積。
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