危 锋，郝明德

（1.西南林业大学 环境科学与工程学院 水土保持与荒漠化防治重点学科，昆明 650224；2.西北农林科技大学 水土保持研究所，陕西 杨凌 712100）

长期氮磷化肥配施对不同种植体系土壤水分的影响

危 锋1，2，郝明德2

（1.西南林业大学 环境科学与工程学院 水土保持与荒漠化防治重点学科，昆明 650224；2.西北农林科技大学 水土保持研究所，陕西 杨凌 712100）

利用长期定位实验，在黄土高原旱地研究了22a氮磷化肥配施下不同种植体系土壤水分的变化状况，为合理利用水肥资源提供参考。在小麦连作、豌豆－小麦（2a）＋糜子轮作、红豆草－小麦（2a）轮作、豌豆－小麦（2a）＋玉米轮作、玉米－小麦（2a）＋糜子轮作、小麦（2a）＋糜子－玉米轮作6个不同种植体系中，测定土壤剖面（0－300cm）含水量、储水量。结果表明：不同种植体系土壤含水量在土壤剖面上的分布不同，所有处理在土壤剖面140－300cm土层含水量均低于0－140cm土层含水量。不同种植体系在土壤剖面不同土层的储水量不同，在0－300cm土壤储水量各处理表现为豌豆－小麦（2a）＋玉米轮作（644.8mm）＞小麦（2a）＋糜子－玉米轮作（599.6mm）＞豌豆－小麦（2a）＋糜子轮作（582.3mm）＞红豆草－小麦（2a）轮作（574.0mm）＞玉米－小麦（2a）＋糜子轮作（550.8mm）＞小麦连作（536.9mm）。轮作体系0－300cm土壤储水量均高于小麦连作。粮豆轮作土壤储水量高于小麦连作，是黄土高原地区较好的种植方式。

黄土高原；长期试验；氮磷化肥；不同种植体系；土壤水分

黄土高原地区是中国主要的旱作农业区，该区水土流失严重，生态环境退化［1］，水分胁迫是限制旱地农业生产的主要问题［2］。关于黄土高原旱地农田水分状况很多学者做了大量研究，主要集中在作物生长［3］、蒸 腾 作 用［4］、抗 旱 生 理［5－7］，土 壤 水 分 动 态 变化［8－11］、施肥与产量以及水分利用效率［12－16］等方面。

长期定位试验具有时间的长期性和定位性等特点，信息量丰富，准确可靠，是全面了解农田生态系统的重要场所。长期定位试验能系统了解各因素的相互作用，为评估施肥对土壤肥力及生态环境的影响提供重要的研究基础。前人对黄土高原地区不同种植体系土壤剖面水分分布和储水量的研究较少［17］。为了探明黄土高原长期不同种植体系对土壤水分的影响，本文在黄土高原地区22a氮肥配施条件下对不同种植体系土壤剖面水分分布和储水量变化状况展开研究，以期为黄土高原地区旱地农业可持续发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

定位试验区位于黄土高原中南部陕西省长武县十里铺村无灌溉条件的塬面旱地，属暖温带半湿润大陆型季风气候，农业生产全部依赖天然降水，为典型的旱作农业区。试验地海拔1 200m，年平均气温9.1℃，多年平均降水量578.5mm，无霜期171d，≥0℃活动积温3 866℃，≥10℃活动积温3 029℃，热量供作物一年一熟有余。试验地土壤为黏化黑垆土，母质是深厚的中壤质马兰黄土，全剖面土质均匀疏松，通透性好。1984年秋季试验前耕层土壤有机质含量10.5g/kg，全氮0.80g/kg，速效氮37.00mg/kg，全磷0.659g/kg，速效磷3.0mg/kg，速效钾129.3mg/kg，CaCO3108.4mg/kg，pH 值8.3，肥力水平较低。试验地的土壤养分含量、地貌特征在黄土高原同类地区具有典型代表性。

1.2 实验设计

长期轮作培肥试验开始于1984年，共36个处理，108个小区，小区面积66.67m2，3次重复，随机排列。本研究选取其中6个处理：小麦连作（处理1）、豌豆（Pisum sativumL.）－小麦（Triticum aestivumL.）（2a）＋糜子（Panicum miliaceumL.）轮作（处理2）、红豆草（Onobrychis viciaefoliaScop.）－小麦（2a）轮作（处理3）、豌豆－小麦（2a）＋玉米（Zea maysL.）轮作（处理4）、玉米－小麦（2a）＋糜子轮作（处理5）、小麦（2a）＋糜子－玉米轮作（处理6）。各处理施肥量（NP）相同，即：N 120kg/（hm2·a）、P2O560kg/（hm2·a）。氮肥用尿素，磷肥用过磷酸钙。所有肥料在播种时一次性施入，定期进行除草和松土，田间管理同大田。供试作物品种及其生育期见表1。

表1 供试作物品种及其生育期

1.3 样品采集与分析

2006年9月采集0－300cm分层土样（每20cm为1层），土壤含水量用烘干法测定。土壤剖面的储水量，采用式（1）计算。

式中：W——土壤 储水量 （mm）；h——土层 深 度（cm）；a——土壤密度（g/cm3）；θ——土壤质量含水量（%）。

数据采用SAS软件中相应程序进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植体系土壤剖面含水量分布

水分是限制黄土高原农业发展的重要环境因子，作物播前土壤剩余含水量对作物生长发育有较大的影响。2006年0－300cm土壤含水量，不同种植体系土壤剖面含水量变化较大（图1）。处理3、处理4、处理2、处理6、处理1、处理5耕层（0－20cm）含水量分别为18.8%、17.9%、17.3%、17.2%、16.3%和16.2%。处理5与处理3耕层土壤含水量相差2.6%。

图1 长期施氮磷化肥不同种植体系土壤剖面含水量分布

处理1土壤剖面含水量在0－40cm处增加，40－180cm处下降，尤其是在100－120cm土层处含水量急剧下降，在240cm以下土层含水量有所升高，但仍低于耕层含水量。处理2土壤含水量在0－100 cm土层小幅增加，在120－180cm土层含水量下降且降幅较大，在200cm以下土层含水量呈波动变化，但仍低于耕层含水量。处理3土壤含水量在土壤剖面0－200cm土层处一直降低，尤其是在100－120 cm土层处含水量下降幅度较大，在220cm以下土层含水量有所升高，但仍低于耕层含水量。处理4土壤含水量在土壤剖面0－100cm处呈下降趋势，0－80 cm土层处呈小幅下降，80－100cm土层下降幅度较大，在100－140cm土层含水量上升，在140cm以下土层含水量又降低，但降幅较小。处理5土壤含水量在土壤剖面0－60cm土层呈小幅增加趋势，60－80 cm土层处出现含水量下降的拐点且降幅较大，80－120cm土层含水量有所增加，在120－140cm处又出现含水量下降的拐点且降幅较大，在140cm以下土层含水量呈小幅波动变化。处理6土壤含水量在土壤剖面0－100cm处先小幅下降再小幅升高，然后呈较大幅度地下降，在100－120cm土层处含水量又较大幅度地升高，在120－160cm土层处含水量较大幅度地下降，在160cm以下土层含水量变化较小。

不同种植体系土壤剖面含水量分布产生差异的原因主要是由于不同作物对水分的吸收利用不同以及种植方式不同引起。

2.2 不同种植体系土壤储水量

不同种植体系土壤剖面（0－300cm）储水量分布情况可看出（表2），耕层土壤储水量表现为处理3＞处理4＞处理2＞处理6＞处理1＞处理5。耕层储水量处理3与处理4、处理2、处理6之间差异不显著，但与处理1、处理5差异显著；处理1与处理5之间差异不显著。耕层储水量处理3分别比处理4、处理2、处理6、处理1和处理5高出4.9%，8.7%，9.3%，15.3%和16.2%，处理1，处理5与处理3相差6.5mm、6.8mm。

在0－60cm土壤储水量各处理表现为处理3＞处理4＞ 处理2＞ 处理1＞ 处理6＞ 处理5。0－60 cm土壤储水量处理3、处理4与处理2、处理1、处理6间差异不显著，但与处理5差异显著；处理4、处理2、处理1、处理6、处理5间差异不显著。0－60cm土壤储水量处理3分别比处理4、处理2、处理1、处理6和处理5高出1.0%，3.0%，3.7%，3.8%和8.5%，处理5与处理3相差10.9mm。

表2 长期氮磷化肥配施对不同种植体系土壤储水量的影响 mm

在60－300cm土壤储水量各处理表现为处理4＞ 处理6＞ 处理2＞ 处理3＞ 处理5＞ 处理1。60－300cm土壤储水量处理4与处理6、处理2、处理3、处理5之间差异不显著，但与处理1差异显著；处理6、处理2、处理3、处理5、处理1之间差异不显著。60－300cm土壤储水量处理4分别比处理6、处理2、处理3、处理5和处理1高出8.9%，13.6%，16.6%，19.9%和25.8%，处理1与处理4相差104.2mm。

在0－300cm土壤储水量各处理表现为处理4＞处理6＞ 处理2＞ 处理3＞ 处理5＞处理1。0－300 cm土壤储水量处理4与处理6、处理2、处理3、处理5之间差异不显著，但与处理1差异显著；处理6、处理2、处理3、处理5、处理1之间差异不显著。0－300 cm土壤储水量处理4分别比处理6、处理2、处理3、处理5和处理1高出7.5%，10.7%，12.3%，17.1%和20.1%，处理1与处理4相差107.9mm。

0－60cm土壤储水量与0－300cm土壤储水量之比为处理1＞ 处理3＞ 处理5＞ 处理2＞ 处理6＞ 处理4，处理1最大为24.91%，处理4最低为21.31%。

3 讨论

不同种植体系土壤水分在0－140cm土层变化较大，0－40cm土层由于受降水以及大气因素影响较大［12］，其次不同作物的光合作用、蒸腾作用不同，不同作物根系在土壤中的分布不同导致对水分的吸收利用不同。轮作中作物倒茬也会对土壤剖面水分分布造成影响。

所有处理在土壤剖面140cm以下土层含水量均低于0－140cm土层含水量。由于试验区地下水埋藏深度为60m，地下水对土壤水分没有补充作用，土壤水分主要依赖于降水补充，长期氮磷化肥配施改善了土壤养分状况，促进作物生长，加大了对土壤水分的消耗，水分入渗深度受限，故耕层含水量高于深层土壤含水量。

休闲轮作有利于提高土壤对降水的保蓄，具有良好的蓄水保墒作用，但不同的轮作序列表现不同［18］。本研究表明不同种植体系在土壤剖面不同土层的储水量不同，但在土壤剖面0－300cm土壤储水量表现为轮作体系均大于小麦连作体系。不同轮作顺序不仅使干物质量增加，而且也使产量有所增加，这是因为轮作改善了土壤理化性状［19］，提高了土壤表层含水量及土壤贮水量［20］，从而使作物产量及水分利用效率进一步提高。

在西北旱农区，豌豆收获后土壤内贮存的水分较小麦地显著增加，使豌豆成为多种作物的良好前作［18］。本研究也表明豌豆－小麦（2a）＋玉米轮作、豌豆－小麦（2a）＋糜子轮作耕层、在0－60cm、60－300cm和0－300cm土壤储水量均高于小麦连作。说明粮豆轮作比小麦连作有较高的剩余土壤储水量，是黄土高原地区较好的种植方式，应大力推广。

4 结论

（1）不同种植体系土壤含水量在土壤剖面上的分布不同，所有处理在土壤剖面140cm以下土层含水量均低于0－140cm土层含水量。不同种植体系土壤剖面含水量分布产生差异的原因主要是由于不同作物对水分的吸收利用不同以及种植方式不同引起。

（2）不同种植体系土壤剖面不同土层的储水量不同，在0－300cm土壤储水量各处理表现为豌豆－小麦（2a）＋玉米轮作＞小麦（2a）＋糜子－玉米轮作＞豌豆－小麦（2a）＋糜子轮作＞红豆草－小麦（2a）轮作＞玉米－小麦（2a）＋糜子轮作＞小麦连作。轮作体系0－300cm土壤储水量均高于小麦连作。

（3）豌豆－小麦（2a）＋玉米轮作、豌豆－小麦（2a）＋糜子轮作在不同土层深度土壤储水量均高于小麦连作。粮豆轮作是黄土高原地区较好的种植方式。

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Effect of Application of NP Chemical Fertilizer on Soil Water in the Different Cropping Systems on Dryland of the Loess Plateau

WEI Feng1，2，HAO Ming－de2
（1.Key Subject of Soil and Water Conservation ＆ Desertification Control，College of Environment Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming650224，China；2.Institute of Soil and Water Conservation，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi712100，China）

To provide a reference for reasonably using soil water resources in dryland faming on the Loess Plateau，soil water contents in soil profiles of different cropping systems under the condition of 22years'continuous application of NP chemical fertilizer on the Loess Plateau were studied.The treatments are wheat succession，pea－wheat（2a）＋millet rotation，sainfoin－wheat（2a）rotation，pea－wheat（2a）＋maize rotation，maize－wheat（2a）＋millet rotation and wheat（2a）＋millet－maize rotation systems.Soil water contents and water storages in soil profiles（0－300cm）in six kinds of different cropping systerms were analyzed.The results showed that the distributions of soil water contents in soil profiles were different in the systems.Water contents in 140－300cm soil layers were lower than those in 0－140cm soil layers in all treatments.The soil water storages in different soil layers were different in different cropping systems.The soil water storages in 0－300cm soil layers decreased as the sequence of pea－wheat（2a）＋maize rotation（644.8mm）＞wheat（2a）＋millet－maize rotation（599.6mm）＞pea－wheat（2a）＋millet rotation （582.3mm）＞sainfoin－wheat（2a）rotation（574.0mm）＞maize－wheat（2a）＋millet rotation（550.8mm）＞wheat succession（536.9mm）.The results also indicate that the soil water storages of rotation systems in 0－300cm soil layers were more than wheat succession.Therefore，the grain－legume rotation is the better cropping practice on the Loess Plateau.

the Loess Plateau；long－term experiment；NP chemical fertilizer；different cropping system；soil water

S158.8；S152.7

A

1005－3409（2011）06－0067－04

2011－05－29

2011－06－20

中国科学院知识创新工程重大项目（KSCX－YW－09－02，KSCX－YW－09－07）；国家重点基础研究发展计划（2009CB118604）；国家科技支撑计划重大项目（2011BAD31B01）

危锋（1978－），男，陕西汉中人，博士，讲师，主要从事土壤养分循环与平衡方面的研究。E－mail：weifeng6688＠126.com

郝明德（1957－），男，陕西华县人，研究员，博士生导师，主要从事土壤肥力与黄土高原综合治理研究。E－mail：mdhao＠ms.iswc.ac.cn