秸稈還田替代化肥對黃土旱塬小麥產(chǎn)量及水肥利用的影響

王嘉豪， 李廷亮,2,3， 黃 璐， 宋紅梅

(1.山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境國家級實驗教學示范中心，山西 太谷 030801；3.黃土高原特色作物優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，山西 太谷 030801)

黃土高原是我國典型旱作區(qū)，土壤有機質(zhì)含量低，水分不足，化肥過量施用不僅制約了肥料利用效率的提升，還造成土壤養(yǎng)分大量殘留，其中，土壤氮素殘留尤為嚴重。小麥是當?shù)刂匾Z食作物，種植面積占總耕地面積的44%，其秸稈富含氮、磷和鉀等養(yǎng)分元素，還田可培肥土壤并釋放礦質(zhì)養(yǎng)分，是一種重要的有機肥源。據(jù)統(tǒng)計，我國西北地區(qū)小麥秸稈年均產(chǎn)量為1 826萬t，秸稈全量還田相當于施入農(nóng)田土壤中的N、PO、KO量分別為11.7×10，4.9×10，27.9×10t。明確黃土旱塬麥區(qū)秸稈還田替代部分化肥后，冬小麥產(chǎn)量形成以及水肥利用效率的變化特征，對推進黃土高原旱作農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效綠色生產(chǎn)有重要意義。

近年來，我國作物肥料用量遠超世界平均水平，達到346.5 kg/hm，而肥料利用率僅有30%左右。在黃土旱塬麥區(qū)，氮肥投入量遠超過當前產(chǎn)量的氮素需求量，60%以上農(nóng)戶存在過量施氮現(xiàn)象。肥料過度施用使其大量殘留于土壤中，在黃土高原南部旱地冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，冬小麥收獲期2 m土壤氮素殘留量甚至高達當季施氮量的83.7%。過量施肥還會造成土壤板結(jié)，地下水體污染，造成極大的環(huán)境代價。作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最經(jīng)濟有效的養(yǎng)分資源，具有較大的替代化肥潛力。宋大利等對2015年我國主要作物秸稈資源估算發(fā)現(xiàn)，我國小麥秸稈年資源量14 320萬t，N、PO、KO儲量分別為88.4×10，23.3×10，175.4×10t。充分利用秸稈資源，對減少化肥投入，維持土壤養(yǎng)分平衡有重要意義。秸稈還田后可以降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增加水分入滲能力并減少蒸發(fā)，極大程度提升土壤蓄水保墑能力。王慶杰等研究表明，秸稈覆蓋還田使冬小麥生育期內(nèi)平均土壤含水率提高15.4%～16.5%，覆蓋量越大，土壤含水率越高。不僅如此，秸稈還田還使作物生產(chǎn)性耗水能力增強，提高水分利用效率。秸稈還田還可以提升植株養(yǎng)分吸收量和籽粒轉(zhuǎn)移量，提升養(yǎng)分利用效率，減少肥料損失。同時，秸稈還田后有利于小麥個體生長發(fā)育和群體構(gòu)建，增加小麥干物質(zhì)積累量，改善產(chǎn)量構(gòu)成三要素，使小麥增產(chǎn)。

秸稈還田量對改善土壤水分狀況、養(yǎng)分吸收利用和作物產(chǎn)量形成有重要的影響，但在不同生態(tài)區(qū)域內(nèi)不同秸稈還田量的調(diào)控效果存在差異，針對性地探究適宜本地區(qū)的秸稈還田量，進而實現(xiàn)作物提質(zhì)增效綠色生產(chǎn)尤為重要。以往多單純考慮不同秸稈方式和還田量下作物的產(chǎn)量特征和水肥效應(yīng)，而有關(guān)秸稈還田替代部分化肥條件下，土壤水分和養(yǎng)分的變化特征及產(chǎn)量形成的研究相對較少。本試驗在黃土高原東南部的晉南旱塬冬麥種植區(qū)，研究不同秸稈還田量替代化肥對冬小麥產(chǎn)量形成，水肥利用效率及土壤硝態(tài)氮殘留特征的影響，探明該地區(qū)的適宜的秸稈還田量及化肥替代當量，以期為我國農(nóng)業(yè)面源污染防控，土壤質(zhì)量提升和農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2021年進行，試驗地位于黃土高原東南部的山西省洪洞縣劉家垣鎮(zhèn)東梁村(36°22′N，111°35′E，海拔648 m)，是典型的小麥一年一作區(qū)。該地區(qū)屬于溫帶大陸季風性氣候，年均氣溫12.6 ℃，積溫3 300 ℃左右，無霜期180～210天，年均降水量500 mm，約60%～70%集中于6—9月，降水分布不均勻。供試土壤為石灰性褐土，質(zhì)地為中壤。試驗開始前耕層土壤有機碳和全氮含量分別為9.85，0.85 g/kg，硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量分別為22.0，23.4，289.6 mg/kg，pH為8.1。試驗期降水情況見圖1。

圖1 試驗期降水量分布

1.2 試驗設(shè)計

試驗以秸稈資源化利用替代部分化肥為目標，設(shè)置4個處理：(1)秸稈不還田(S0)，小麥收獲后，將小麥秸稈移走，2～3周后翻地；(2)秸稈半量還田(S1/2)，移走1/2的小麥秸稈；(3)秸稈全量還田(S1)；(4)秸稈2倍量還田(S2)，從其他地方移來。每個處理重復4次，采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積30 m×4.2 m=126 m。試驗期間秸稈還田量基于上一年S1處理秸稈產(chǎn)量計算，因產(chǎn)量年際差異，年度間秸稈還田量也有一定差異。秸稈還田方式為粉碎翻壓還田。

3年度冬小麥播種時間為2018年10月14日、2019年10月20日和2020年10月12日，收獲時間為2019年6月9日、2020年6月3日和2021年6月5日，6月中旬到9月下旬為夏閑期。冬小麥播種方式為壟膜溝播，施肥整地后，起壟覆膜，溝內(nèi)膜側(cè)播種，播種2行，行距20 cm，壟寬35 cm，壟高10 cm，溝寬30 cm。供試小麥品種為“晉麥47”，播量為150 kg/hm，試驗期間無任何灌溉。

各處理所用氮肥為尿素(N含量為46%)，磷肥為過磷酸鈣(PO含量為16%)，各處理施肥量根據(jù)“1 m硝態(tài)氮監(jiān)控，磷鉀恒量施肥”原則，在秸稈還田前采集土壤樣品測定1 m土層硝態(tài)氮含量，0—40 cm土層速效磷、速效鉀含量，根據(jù)所得養(yǎng)分含量并結(jié)合目標產(chǎn)量確定施肥量，根據(jù)秸稈養(yǎng)分含量及養(yǎng)分釋放量計算得到最終施肥量，另設(shè)不施肥處理做空白對照。

2018—2019年還田秸稈中N、PO、KO含量分別為0.61%，0.56%，1.45%；2019—2020年分別為0.57%，0.41%，1.52%；2020—2021年分別為0.64%，0.27%，1.53%。秸稈腐解的氮、磷和鉀的釋放率按50%，65%，90%計算。各處理具體施肥量以及秸稈還田量見表1。所有肥料均作為底肥一次性施入。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 樣品采集 在冬小麥播前和收獲采集0—2 m土壤，每20 cm為1層，用于測定土壤含水量和硝態(tài)氮含量。在冬小麥收獲期于各小區(qū)中央收獲15 m×2 m=30 m的小麥，脫粒后測產(chǎn)，并在各小區(qū)有代表性的選取3個1 m的小麥樣段，用于測定穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。

表1 不同處理施肥量及秸稈還田替代化肥比例

1.3.2 測定項目及方法 土壤含水量用烘干法測定，土壤硝態(tài)氮含量以氯化鉀浸提，紫外分光光度法測定，土壤速效磷含量用碳酸氫鈉浸提，鉬藍比色法測定；土壤速效鉀含量用乙酸銨浸提，火焰光度法測定。

1.3.3 計算方法 (1)土壤貯水量、耗水量及水分利用效率的計算公式為：

=×××10

(1)

式中：為土壤貯水量(mm)；為土層深度(cm)，每20 cm為1層；為土壤容重(g/cm)，0—20，20—40，40—60，60—80，80—200 cm的土壤容重分別為1.25，1.35，1.35，1.30，1.36 g/cm；為土壤質(zhì)量含水量(%)。

=(-)+

(2)

式中：為土壤耗水量(mm)；為冬小麥生育期降水量(mm)；、分別為播前和收貨后的土壤貯水量(mm)。由于本試驗中僅有降水作為水分來源，無地表徑流且試驗地地下水為較深故用此式。

WUE=

(3)

式中：WUE為水分生產(chǎn)效率(kg/(hm·mm))；為冬小麥籽粒產(chǎn)量(kg/hm)。

(2)養(yǎng)分利用效率的計算公式為：

氮(磷)肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮(磷)處理冬小麥籽粒產(chǎn)量(kg/hm)/施氮(磷)量(kg/hm)

氮肥農(nóng)學效率(kg/kg)=(施氮處理冬小麥籽粒產(chǎn)量(kg/hm)-不施氮處理冬小麥籽粒產(chǎn)量(kg/hm))/施氮量(kg/hm)

氮肥當季回收率(%)=(施氮處理冬小麥收獲后地上部氮累積量(kg/hm)—不施氮處理冬小麥收獲后地上部氮累積量(kg/hm))/施氮量(kg/hm)×100%

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010軟件整理數(shù)據(jù)并做圖表，用SPSS 22.0軟件進行檢驗統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈還田量替代化肥對旱地冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表2可知，試驗期間在秸稈替代8.3%～31.9% N和15.8%～63.2% PO基礎(chǔ)上，秸稈還田處理冬小麥籽粒產(chǎn)量較不還田處理平均增加14.7%。2018—2019年，秸稈還田替代化肥處理下籽粒產(chǎn)量無顯著差異，僅S1處理較S0處理提高35.1%(<0.05)；2019—2020年，秸稈還田替代化肥處理間差異亦不顯著，平均為4 315 kg/hm，S1、S2處理較S0處理提升顯著；2020—202年，籽粒產(chǎn)量的變化規(guī)律與2019—2020年類似，秸稈還田替代化肥處理的籽粒產(chǎn)量提高6.3%～25.8%(<0.05)，S2處理顯著高于其他處理，為5 160 kg/hm(<0.05)。不同處理下冬小麥生物產(chǎn)量變化規(guī)律類同于籽粒產(chǎn)量。旱塬冬小麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量受降水量影響，表現(xiàn)出極顯著的年際差異，且年份與秸稈還田替代化肥處理的交互作用也對冬小麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量有極顯著影響。隨著降水量的增加，增加秸稈還田量可產(chǎn)生更大的產(chǎn)量效應(yīng)?？傮w而言，在增加秸稈還田量使化肥逐漸減量的條件下，S2處理的產(chǎn)量效應(yīng)最佳，較S0、S1/2和S1處理高17.5%(<0.05)，10.4%(<0.05)，4.3%。3年內(nèi)不同處理間冬小麥收獲指數(shù)沒有顯著變化，平均為39.4%。

從產(chǎn)量構(gòu)成來看，年份和不同處理以及兩者交互作用對冬小麥穗數(shù)具有極顯著的影響。不同處理對穗粒重和千粒重均無顯著影響，但年度間穗粒重和千粒重均有顯著差異?？傮w上，S2處理冬小麥穗數(shù)分別較S0、S1/2和S1處理高17.1%(<0.05)，12.3%(<0.05)，3.6%。不同處理冬小麥穗粒數(shù)和千粒重平均值分別為23.0粒和31.0 g。

表2 不同秸稈還田量替代化肥對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.2 不同秸稈還田量替代化肥對旱地冬小麥水分效應(yīng)的影響

由表3可知，前2年不同處理間播前2 m土壤貯水量變幅不大，而2020—2021年，休閑期降水大幅增長，秸稈還田替代化肥處理對播前底墑提升顯著，S2處理的播前2 m土壤貯水量最高。從3年總體變化情況看，播前2 m土壤貯水量隨著還田量的增加而增加，S2處理的播前2 m土壤貯水量較S0處理提高8.3%(<0.05)，這為冬小麥高產(chǎn)提供了良好條件。收獲后各處理2 m土壤貯水量差異不顯著，不同降水冬小麥播前2 m土壤貯水量呈隨休閑期降水量增加而增加的趨勢，收獲后2 m土壤貯水量受降水量影響不大。冬小麥生育期耗水量表現(xiàn)為隨著還田量的增加而增加，總體上秸稈還田替代化肥后冬小麥耗水量增加，但不同還田量間差異不顯著，僅S2處理較S0處理顯著提高10.0%。耗水量變化規(guī)律與播前土壤貯水量類同。3年內(nèi)不同處理間水分生產(chǎn)效率差異不顯著，平均為14.9 kg/(hm·mm)。

2.3 不同秸稈還田量替代化肥對旱地冬小麥肥料利用效率的影響

由表4可知，總體上秸稈還田替代化肥處理的旱塬冬小麥氮肥偏生產(chǎn)力(PFP)、氮肥農(nóng)學效率()、氮肥當季回收率()和磷肥偏生產(chǎn)力(PFP)較不還田處理分別提高37.8%，90.4%，62.0%，55.6%。各年度不同處理間肥料利用效率均表現(xiàn)為隨著還田量的增加而增加，S2處理下PFP、、和PFP均為最高。從3年變化情況來看，半量秸稈還田(S1/2處理)替代化肥后(替代比例為N 8.3%，PO15.8%)肥料利用效率提升不顯著，提高秸稈還田量(S1、S2處理)替代更多化肥后(替代比例為N 16.7%～31.9%，PO31.6%～63.2%)，肥料利用率顯著提升。其中，S2處理下平均PFP、、和PFP顯著高于其他處理，與S0處理相比提高幅度分別達到66.4%，155.8%，113.5%，105.2%。旱塬冬小麥肥料利用效率表現(xiàn)出隨年度降水量增加而增加的趨勢。

表3 不同秸稈還田量替代化肥對冬小麥水分利用的影響

表4 不同秸稈還田量替代化肥對冬小麥肥料利用效率的影響

2.4 不同秸稈還田量替代化肥對晉南旱塬麥田硝態(tài)氮殘留的影響

由圖2可知，2018年播前2 m硝態(tài)氮殘留量為307.4 kg/hm，經(jīng)過3季種植后，秸稈不還田(S0)處理2 m硝態(tài)氮殘留量較2018年播前提高100.6%，0—40 cm土層硝態(tài)氮殘留占到總殘留量的44.9%，隨水向下淋移并集中于140—200 cm土層，占總殘留量25.5%。連續(xù)3年秸稈還田替代化肥處理與秸稈不還田處理相比，2 m硝態(tài)氮殘留量有明顯差異，更多量秸稈還田以及化肥減量后土壤硝態(tài)氮殘留量逐漸下降，且2021年收獲后，S1和S2處理2 m硝態(tài)氮殘留量均低于2018年播前，表明通過秸稈還田替代化肥在減少肥料投入的同時實現(xiàn)了對土壤殘留氮肥有效利用，降低了硝態(tài)氮隨水下滲的風險。不同處理間以S2處理(平均替代N 31.9%)2 m土壤硝態(tài)氮殘留量最低，為244.8 kg/hm，較2018年播前2 m土壤硝態(tài)氮量減少了20.4%(<0.05)。秸稈還田替代化肥處理2 m土壤硝態(tài)氮殘留量分布規(guī)律與2018年播前一致。

3 討 論

3.1 秸稈還田替代化肥對旱塬冬小麥產(chǎn)量形成特征的影響

黃土旱塬冬麥區(qū)，秸稈還田替代部分化肥能提高冬小麥產(chǎn)量。本研究中，秸稈還田在替代8.3%～31.9% N，15.8%～63.2% PO基礎(chǔ)上，冬小麥平均增產(chǎn)14.7%。作物產(chǎn)量主要受土壤水分、溫度以及養(yǎng)分變化影響，秸稈還田不僅能增強土壤蓄水保墑能力，調(diào)節(jié)土壤溫度，還能顯著提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平和能力，從而產(chǎn)生更大的增產(chǎn)效應(yīng)。作物秸稈存在巨大的替代化肥潛力，在秸稈還田基礎(chǔ)上減施化肥存在可行性。有研究表明，化肥減量15%～30%配合秸稈還田能提升土壤肥力水平，促進作物生長發(fā)育，實現(xiàn)作物增產(chǎn)，與本研究結(jié)果基本一致。因此，秸稈還田可作為一種化肥減量有機替代手段。另外，前人研究表明，黃土高原西部實行前茬作物秸稈半量至全量還田能在提高土壤水分及養(yǎng)分的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮其生產(chǎn)潛力并使作物增產(chǎn)。本研究中，在晉南旱塬麥區(qū)以2倍秸稈還田(平均為7 477 kg/hm)，產(chǎn)量效應(yīng)最佳。這可能與當?shù)赝寥赖貎α坑嘘P(guān)，秸稈分解轉(zhuǎn)化過程氮素消耗并不影響作物養(yǎng)分吸收，且2倍秸稈還田量能為冬小麥生長營造更好的土壤環(huán)境，從而使冬小麥產(chǎn)量提高顯著。不僅如此，更高的化肥替代比例降低生產(chǎn)成本，達到經(jīng)濟與生態(tài)效益相統(tǒng)一。此外，本研究中年際差異也對冬小麥產(chǎn)量存在極顯著影響，降水量少時冬小麥生長受到抑制，作物產(chǎn)量整體較低，此時秸稈全量還田替代化肥處理的籽粒產(chǎn)量最高，這可能是2倍量秸稈還田后腐解過程中水分消耗加大，在土壤水分不足時產(chǎn)生與作物競爭水分的現(xiàn)象，影響小麥生長發(fā)育。降水增多保證了土壤水分供應(yīng)，增加還田量產(chǎn)生更大增產(chǎn)效應(yīng)，表現(xiàn)出隨著還田量的增加而增加的趨勢。

注：S0、S1/2、S1、S2數(shù)據(jù)為2021年小麥收獲后土壤中硝態(tài)氮含量。

有研究表明，秸稈還田后穗數(shù)變化是影響小麥產(chǎn)量的直接原因。本研究中秸稈還田替代化肥處理在不同程度上提高了冬小麥穗數(shù)，總體表現(xiàn)為2倍秸稈還田量替代化肥處理提升最多。秸稈2倍量還田處理營造了更好的水熱條件，使其群體數(shù)量更大，穗數(shù)的提升效果最佳。本研究還發(fā)現(xiàn)，秸稈還田對冬小麥穗粒數(shù)和千粒重影響不顯著，可能是短期秸稈還田并未影響冬小麥單穗結(jié)實率及灌漿過程。

3.2 秸稈還田替代化肥對晉南旱塬冬小麥水分利用的影響

水分是旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因子，而秸稈還田能抑蒸保墑，提高作物水分利用效率。秸稈還田量影響著保墑效果，已有研究表明，在華北麥玉種植區(qū)，秸稈還田量與播前土壤水分含量呈線性關(guān)系，水分含量隨著還田量的增加而增加。本研究中，播前2 m土壤貯水量總體隨著秸稈還田量的增加而增加，S2處理提升最多，與上述研究結(jié)果一致。良好的播前底墑促進了冬小麥盤根分蘗，有利于培育壯苗，同時，也為冬小麥后期生長提供良好的水分基礎(chǔ)，促進冬小麥增產(chǎn)。本研究中隨著夏休閑期降水量越多，秸稈還田的蓄水保墑能力得以發(fā)揮，不同秸稈還田量蓄水保墑差異越明顯。當然，秸稈還田量并不是越多越好，適量秸稈還田能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高播前保墑貯水能力，過量還田則可能引起腐解過程耗水過多，加劇田間蒸發(fā)，影響土壤含水量，需因地制宜確定秸稈還田量。收獲后2 m貯水量差異不顯著，這可能是秸稈還田對土壤水分的時空再分配，平衡了各生育階段的水分需求所導致。

土壤水分的增加使冬小麥生長耗水增加，冬小麥耗水量隨年度降水量增加呈增加趨勢，秸稈還田替代化肥處理冬小麥生育期耗水增加了6.8%～10.0%，耗水量增加促進小麥干物質(zhì)積累量增加，有利于實現(xiàn)高產(chǎn)，與前人研究結(jié)果一致。另外，本研究中不同秸稈還田量處理的水分生產(chǎn)效率差異不顯著，平均為14.9 kg/(hm·mm)，表明秸稈還田增產(chǎn)的耗水量主要用于了冬小麥產(chǎn)量的形成。其他研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田受腐解程度和該地區(qū)的秸稈還田量閾值的影響，未能提高水分利用效率。而本研究中，不同降水年型下冬小麥的水分生產(chǎn)效率差異亦不明顯，可能是由于降水量的提高，水分無效比例也在增加，這限制了水分利用效率的提升。

3.3 秸稈還田替代化肥對晉南旱塬冬小麥肥料利用效率的影響

化肥過量施用導致大量養(yǎng)分在土壤中殘留，限制了肥料利用效率的提升。作物秸稈有巨大的化肥替代潛力，在減肥基礎(chǔ)上以秸稈替代，有利于肥料利用效率的提升。曾研華等研究表明，南方稻區(qū)實行秸稈全量還田可替代氮磷鉀肥29.5%，4.0%，50.0%基礎(chǔ)上，提升植株對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收運移，降低土壤中無機養(yǎng)分的殘留，提高肥料利用效率。本研究中，秸稈還田替代化肥處理與不還田處理相比，冬小麥氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學效率、氮肥當季回收率、磷肥偏生產(chǎn)力分別提高37.8%，90.4%，62.0%，55.6%，不僅減少化肥投入，還實現(xiàn)了養(yǎng)分高效利用。原因是秸稈還田后自身腐解釋放的營養(yǎng)元素補充了被替代的部分化肥，平衡養(yǎng)分供應(yīng)。此外，秸稈經(jīng)分解后為微生物提供豐富的碳源，增加了土壤微生物數(shù)量和活性，提升養(yǎng)分有效性，土壤養(yǎng)分供應(yīng)潛力和供應(yīng)能力增強，養(yǎng)分無效損失比例也大大降低，更多的養(yǎng)分被作物吸收利用，進而使肥料利用效率提升。還田量過大會引起C/N失衡，微生物固定氮素不僅使作物吸收量減少，還造成氮肥氣態(tài)損失，影響肥料利用效率，而本研究中，提高秸稈還田量替代更多化肥后(替代比例為N 16.7%～31.9%，PO31.6%～63.2%)，肥料利用率也隨之提升。原因是試驗地土壤氮素含量高，高量秸稈還田并未影響作物對氮素的吸收利用，以及高量秸稈還田后產(chǎn)生更大的產(chǎn)量效應(yīng)，使肥料利用效率提升顯著。本研究中旱塬冬小麥肥料利用效率隨降水量增加而增加的趨勢，表明土壤水分對不同還田量替代化肥的肥料利用效率的影響不可忽視。

3.4 秸稈還田替代化肥對晉南旱塬麥田硝態(tài)氮殘留的影響

硝態(tài)氮是植物吸收利用的土壤氮的主要形態(tài)之一，上季作物收獲后殘留的硝態(tài)氮能被下季作物吸收利用，但殘留過量則可能導致在降水量或灌溉量大時，使硝態(tài)氮向深層淋洗，造成地下水污染。本研究中連續(xù)3年秸稈不還田，0—2 m硝態(tài)氮累積量較2018年播前增加100.6%，由于較高的降水強度(試驗期內(nèi)累計降水量為1 292.1 mm)，有向下淋溶趨勢，表現(xiàn)為在140—200 cm土層累積，占總殘留量的25.5%。本研究還表明，不同秸稈還田量替代化肥處理均可以減少黃土旱塬麥田土壤2 m硝態(tài)氮殘留量，其中，2倍還田量處理(平均替代N 31.9%)較2018年播前降低了20.4%(<0.05)。已有研究表明，化肥減量降低了土壤中氮素殘留程度，而秸稈還田提高作物地上部吸氮量，更多土壤氮素被作物攜出，同時也提升微生物活性和數(shù)量，使易損失的無機氮轉(zhuǎn)化為相對穩(wěn)定的有機氮，從而使無機氮含量下降。Dai等研究發(fā)現(xiàn)，黃土高原每1 mm降水可使硝態(tài)氮向下淋溶3.6 mm，本研究中秸稈還田替代化肥后硝態(tài)氮主要在表層聚集，較少的氮肥投入，以及秸稈還田提升作物吸氮量和土壤固氮量，有效降低了硝態(tài)氮隨水向下淋溶的風險。此外，本研究僅實行了3年秸稈還田，而有研究表明，長期秸稈還田不僅能固持硝態(tài)氮，還能降低深層土壤中氮礦化速率和硝化潛勢，降低氮素淋失風險。因此，持續(xù)推進秸稈還田替代部分化肥，對防治農(nóng)業(yè)面源污染，保證糧食安全，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

4 結(jié) 論

黃土旱塬冬麥區(qū)，秸稈還田可增加冬小麥播前底墑，在替代8.3%～31.9% N和15.7%～63.2% PO基礎(chǔ)上，顯著提高肥料利用效率并降低土壤硝態(tài)氮殘留量，進而提高冬小麥產(chǎn)量。秸稈還田處理的產(chǎn)量及水肥效應(yīng)受降水年型影響表現(xiàn)出較大的年際差異性，降水量增加可提升秸稈還田處理的產(chǎn)量及水肥利用效率?？傮w來看，在晉南黃土旱塬麥區(qū)，以2倍秸稈還田量(平均為7 477 kg/hm)產(chǎn)生的增量和水肥效應(yīng)最佳。水肥利用效率提升同時可降低肥料過量施用引起的環(huán)境風險，進而可推進旱作冬小麥高產(chǎn)高效綠色生產(chǎn)。