朱忠锐，范永申，段福义，陈　震

(1.中国农业科学院农田灌溉研究所/河南省节水农业重点试验室，河南 新乡 453002；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081)

0　引　言

1　材料与方法

1.1　研究区概况

试验时间为2017年3-7月，地点为甘肃省金昌市永昌县朱王堡镇试验基地(北纬38°12′，东经102°36′)，属于石羊河流域，平均海拔1 487 m，年平均气温7.8 ℃，年均降水量124 mm，年蒸发量2 000 mm左右，无霜期145 d，年光照时长3 200 h左右。该地区常年种植的农作物有春小麦、春玉米等，经济作物主要包括棉花、甜菜、油菜等。试验地土壤质地及理化参数见表1。试验处理期间共降水量为51.4 mm，全生育期共67.9 mm，试验期间最大风速为3.5 m/s，出现在3月22日，灌水期间风速都小于三级。

表1　试验地土壤基本参数指标

1.2　试验设计

试验处理时间段为春小麦苗期至成熟期，试验区采用喷灌进行灌水与施肥，与当地畦灌方式形成对比。供试小麦品种为陇春30号，该品种由甘肃省农业科学院小麦研究所培育而成，具有显著高产性状。2016年11月20日试验地进行冬储水，储水量为1 650 m3/hm2，播种时间为3月13日，收获为7月21日。播种前施底肥复合肥和磷酸二铵各375 kg/hm2, 播种行间距、播种量、播种深分别为16 cm、525 kg/hm2、3.5 cm，喷灌处理单个小区面积为28 m×46 m，畦灌小区面积为10 m×128 m。因各处理小区面积较大，且试验地土壤理化性质变异性较小，故未设重复。试验控制变量为灌水量和施肥量，分别设为高、中、低3个水平(I高、I中、I低：3 300、2 550、1 800 m3/hm2；F高、F中、F低：337.5、225、187.5 kg/hm2)，试验设计方法采用完全随机裂区设计，整个试验共10个处理，T1～T9为喷灌处理，T10为当地模式，试验处理灌溉施肥制度见表2。试验期间共5次灌水，第一次灌水时进行追肥，肥料为可溶性强的尿素(总氮≥46.0%)，根据当地灌水习惯，苗期灌第一次水后，以后每隔15 d左右灌一次水，收获前20 d左右不灌水。

表2　灌溉施肥制度表

1.3　灌溉施肥方式

试验中喷灌灌水施肥装置采用的是自制轻小型喷灌机组。我国从20世纪70年代开始引进并研究轻小型喷灌机组，经过多年发展，轻小型喷灌机组已经发展成为多元化、适应性强、投资水平低的先进机组应用模式[11]。许多专家学者都对轻小型喷灌机组的水力性能、机组配套、机组能耗及优化设计进行了较深研究[12-16]。机组是在借鉴前人研究成果的基础上研制而成，喷灌强度及喷灌均匀度均完全满足《喷灌工程技术规范》和《轻小型喷灌机》所要求的技术规范。装置采用手推车式结构，主要包括轻小型喷灌机、输水软管、喷头(ZY-1型)及竖管等装备，汽油泵(高压泵)作为动力源，压力表控制灌水压力，出水口安装流量表，机组上装有施肥罐。喷灌灌水时从T1开始，轮流灌水，T1～T9处理施肥采用“清水—水肥混合液—清水”的方式进行，灌水量比例为1∶2∶1，当地模式为畦灌，改口成数为0.95，施肥为撒施。

1.4　测定项目及方法

(1)硝态氮。春小麦抽穗期、收获后对土壤硝态氮含量进行测定，方法为紫外分光光度法，取样深度设为20、40、60、80 cm，每个小区设3个重复,每次20 cm深土样充分混合后作为该土层土样，另外，试验用土样都为湿样。

(2)气象参数。用手持式风速仪测定风速、风向，降水量、气温等气象数据从中国气象数据网(永昌县站点)上下载。试验处理期间最大降雨量为9.4 mm，最大降雨强度为4.3 mm/h，由于降雨量及降雨强度都不大，故在考虑对硝态氮淋失影响时没有对降雨进行分析。

1.5　数据处理

使用Excel2007和DPS(Data Processing System)软件进行数据处理与分析，数据之间的多重比较方法为LSD(Least Significant Different)法，显著性差异水平设为5%。

2　结果与分析

2.1　不同处理下春小麦抽穗期土壤硝态氮分布

灌水方式、灌水量、施肥量是造成硝态氮分布及含量不同的主要因素。在相同灌水水平下，对不同施肥水平0～80 cm土层硝态氮含量及分布特征进行了比较，试验结果如图1所示。喷灌条件下，由于灌水量的不同，土壤浸润线下降深度也会不同，造成土壤硝态氮含量峰值深度不一。一般情况下，随灌水量增加，硝态氮含量峰值深度不断下移，从图中可看出，峰值深度由20 cm增加到60 cm，中等灌水水平时，硝态氮峰值深度在40 cm左右。原因分析，喷灌时水分下渗属于无压入渗，土壤中水分运动属于非饱和水运动方式，下渗深度主要受灌水量影响。另外，除个别情况下，同一灌水水平时，高施肥水平硝态氮含量都显著大于中、低施肥水平，中等施肥水平硝态氮含量显著高于低施肥水平，说明土壤硝态氮含量主要受施肥量影响，不同施肥水平间显著性差异显著(P<0.05)。当地模式畦灌条件下，0～80 cm土层硝态氮垂直分布特征差别不大，40～80 cm土层含量较高，原因是0～40 cm为春小麦根系主要活动层，对硝态氮需求量较大，另外，畦灌水分入渗属于有压入渗，硝态氮随水下渗也是造成该现象的主要原因之一。

注：根据LSD法进行多重比较，同一土层中标有不同小写字母表示差异性显著(P<0.05)，下同图1　抽穗期不同处理硝态氮垂直分布

2.2　不同处理下春小麦收获后土壤硝态氮分布

对比分析春小麦不同生育期不同处理对硝态氮分布的影响，春小麦收获后相同灌水水平条件下，对不同施肥量0～80 cm土层土壤硝态氮分布特征进行了对比分析，收获后硝态氮分布如图2所示。收获后与抽穗期不同处理下硝态氮分布特征极其相似，不同灌水水平下，0～80 cm土层硝态氮分布趋势线不同，但硝态氮含量最大值都随灌水量的增大不断下移。收获后硝态氮含量与抽穗期相比下降明显(尤其0～40 cm)，春小麦根系吸收与灌溉水淋失是造成该现象的主要原因。低灌水水平时，硝态氮在0～20 cm土层大量聚集，40～80 cm土层硝态氮几乎无变化，0～80 cm土层硝态氮呈现出“S”形变化趋势。另外，当灌水水平为高水平时，硝态氮在40～60 cm土层有明显累积，该部分硝态氮不在根系主要活动内，说明高灌水水平时有硝态氮淋失，并且施肥量越大淋失量也越大。

图2　收获后不同处理硝态氮垂直分布

2.3　抽穗期与收获后硝态氮含量差值分析

利用差值法(抽穗期硝态氮含量与收获后的差值)，分析春小麦不同生育期、不同处理0～80 cm土层硝态氮含量，进而可得出喷灌条件下适宜的灌水施肥水平。抽穗期与收获后硝态氮含量差值分布见图3。喷灌条件下，当灌水水平为中、低水平时，0～40 cm土层硝态氮含量差值较大(抽穗期>收获后)，40～80 cm土层差值不大。原因是当低水平灌水时，收获后0～40 cm土层土壤含水率较小，氮素反硝化作用强烈，收获后硝态氮含量较低；当灌水水平为中等灌水水平时，春小麦生育期内土壤含水率较适宜，根系对硝态氮的吸收顺畅，春小麦灌浆期需要大量水分及硝态氮，这使得中等灌水水平下硝态氮含量差值与低灌水水平类似。灌水水平为高水平时，收获后0～40 cm土层硝态氮含量显著较抽穗期为低，但40～60 cm土层硝态氮含量较抽穗期为高，随后又出现低值，呈“S”形。灌溉水淋洗、浸润线带动、根系吸收等因素是造成该现象的主要原因。当地灌水施肥模式下，抽穗期与收获后硝态氮含量不同土层差值不大，收获后0～80 cm土层硝态氮含量都小于抽穗期，灌溉水有压入渗与深层渗漏是主要原因。总结得出，灌水水平及灌水方式是造成不同土层硝态氮分布不同的原因。

图3　抽穗期与收获后硝态氮含量差值分布

3　结　语

河西走廊地处我国西北内陆，常年干旱少雨，大力发展节水农业对缓解水危机、提高水资源利用率有利。本文将轻小型喷灌机组应用于该地区进行喷灌灌水施肥试验，该机组在通过与当地畦灌对比分析得出：喷灌条件下土壤硝态氮淋失较少，对春小麦根系吸收氮素有利；硝态氮淋失是否发生主要与灌水量有关，当灌水量过大时，喷灌灌水方式也会引起硝态氮淋失；春小麦不同生育期0～80 cm土层硝态氮含量不同，收获后硝态氮含量处于较低水平，0～40 cm土层尤其明显。试验过程中，该机组的轻便性、灵活性得到充分体现，通过对比试验研究表明，喷灌灌水技术对控制硝态氮淋失，提高肥料利用率有利，同时，该研究也为该地区发展农业经济、保障水资源安全提供了依据。

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