兩種灌溉方式下保水劑用量對春播裸燕麥土壤氮素的影響

吳娜，胡躍高，任長忠，劉吉利

(1．寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京100193；3．白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林 白城137000；4．寧夏大學(xué)新技術(shù)應(yīng)用研究開發(fā)中心，寧夏 銀川 750021)

我國旱地主要采用大水漫灌或澆灌的灌溉方式。大水漫灌或澆灌很容易造成土壤板結(jié)、土壤通透性差、土壤的水肥氣熱不協(xié)調(diào)等問題，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。與傳統(tǒng)的灌溉方式相比，采用滴灌技術(shù)，由于其灌水質(zhì)量高，減少了機(jī)械作業(yè)程序，對土壤結(jié)構(gòu)破壞較小，次生鹽堿化減輕，根系活動(dòng)層的土壤溫度、空氣和水分狀況進(jìn)一步協(xié)調(diào)，土壤微生物活動(dòng)增強(qiáng)，土壤肥力得以充分發(fā)揮和釋放，為作物的生長提供了良好的土壤環(huán)境。

保水劑是利用強(qiáng)吸水性樹脂或淀粉等原料制成的一種具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，是提高降水利用率和水分利用效率(WUE)的新途徑。它能增強(qiáng)土壤保水性，改良土壤結(jié)構(gòu)[1]，減少水的深層滲漏[2]和土壤養(yǎng)分流失，提高水分、養(yǎng)分利用率[3-6]，防止土壤侵蝕[7-8]。

燕麥(Avenanuda)是糧飼兼用作物[9-10]，是理想的營養(yǎng)保健食品和特色食品。我國春燕麥90%種植在降水量不足400 mm的干旱半干旱地區(qū)，與燕麥對水分的要求極不適應(yīng)。目前，有關(guān)干旱半干旱地區(qū)水分對燕麥土壤氮素的研究甚少。吉林白城地處干旱半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)帶, 降水偏少且分布不均勻，土壤水分已成為影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的主導(dǎo)因子。本研究旨在探討干旱半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)帶兩種灌溉方式下保水劑用量對裸燕麥土壤氮素的影響，為當(dāng)?shù)貧夂驐l件下裸燕麥高產(chǎn)栽培提供科學(xué)的依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

裸燕麥白燕8號(hào)由吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，保水劑由北京漢力淼公司提供，為L型白色顆粒，其化學(xué)成分為脫鈉處理的聚丙烯酸鈉高吸水樹脂，保水能力強(qiáng)，在種植裸燕麥時(shí)與細(xì)土混勻撒于種植溝中。

白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院位于吉林省西北部、嫩江平原西部、科爾沁草原東部(44°14′～46°18′ N，121°38′～124°22′ E)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均日照時(shí)數(shù)2919.4 h, 年均氣溫4.9℃, 無霜期157 d, 年均降水量407.9 mm，分布不均，秋冬雨雪少，春季降雨少。本試驗(yàn)中，燕麥生長期2008年4-7月內(nèi)降水量為140 mm，2009年4-7月內(nèi)降水量為136.8 mm。播前耕層土壤含有機(jī)質(zhì)12.4 g/kg、全氮0.859 g/kg、堿解氮66.6 g/kg、有效磷14.2 mg/kg、有效鉀71.8 mg/kg，土壤pH 6.86。前茬作物為燕麥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為裂區(qū)設(shè)計(jì), 主區(qū)為灌溉處理, 設(shè)傳統(tǒng)灌溉和滴灌2個(gè)處理，傳統(tǒng)灌溉總灌水量為200 mm，分別于三葉期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期各灌水40，40，60和60 mm; 滴灌處理總灌水量為140 mm，4個(gè)生育期依次灌水14，28，42和56 mm。副區(qū)為保水劑處理，設(shè)保水劑用量0，30，60和90 kg/hm24個(gè)處理。各處理均為3次重復(fù)，小區(qū)面積10 m×4 m=40 m2，行距30 cm。小區(qū)之間50 cm下深埋塑料進(jìn)行隔離。傳統(tǒng)灌溉采用畦灌，用水表控制灌水量；滴灌處理在行間布置滴灌管，滴頭間距0.20 m，滴頭距植株0.15 m，滴頭流量2 L/h。播前一次性施入復(fù)合肥300 kg/hm2(純氮、P2O5和K2O的比例為12∶20∶13)。

1.3 指標(biāo)測定

土壤全氮采用凱氏定氮法測定，土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量采用0.01 mol/L CaCl2浸提，流動(dòng)分析儀(TRAACS2000)測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SAS 8.2[11]軟件進(jìn)行方差分析，其他分析在Microsoft Excel中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種灌溉方式下保水劑用量對春播裸燕麥土壤全氮含量的影響

土壤全氮包括所有形式的有機(jī)和無機(jī)氮素，是土壤氮素總量和供應(yīng)植物有效氮素的源和庫，綜合反映了土壤的氮素狀況[12-13]。兩種灌溉方式下保水劑用量對裸燕麥土壤全氮含量的影響如表1所示。隨生育進(jìn)程推進(jìn)，各處理不同土層土壤全氮含量變化規(guī)律基本一致，在苗期至拔節(jié)期土壤全氮含量較低，進(jìn)入抽穗開花期之后，土壤全氮含量有所增加，成熟期以后土壤全氮含量緩慢下降。

表1 兩種灌溉方式下保水劑用量對土壤全氮含量的影響Table 1 Effect of super absorbent polymer application rate on soil total nitrogen concentration in two irrigation systems g/kg

第一列中, 字母D和T分別表示滴灌和傳統(tǒng)灌溉處理, 其后的數(shù)字表示保水劑用量(kg/hm2)。同一列中標(biāo)以不同字母的值表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

In the first column, letters D and T represent drip irrigation and traditional irrigation, numbers after letters D and T denote the application rates (kg/ha) of super absorbent polymer. Values followed by different letters within a column are significantly different between treatments at the 0.05 probability level.P-value is for testing the difference between two irrigation systems. The same below.

由表1可知，施用保水劑顯著提高了土壤全氮含量，隨保水劑用量的增加，裸燕麥土壤全氮含量呈先增加后減少的趨勢，以施用60 kg/hm2保水劑的處理全氮含量最高。滴灌條件下，春播裸燕麥開花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層全氮含量D60處理分別比D0處理高35.21%，24.64%，12.90%，收獲期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層全氮含量D60處理分別比D0處理高38.00%，46.88%，48.00%。 傳統(tǒng)灌溉條件下，T60處理開花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層全氮含量分別比T0處理高43.06%，25.00%，36.21%，收獲期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層全氮含量T60處理分別比T0處理高36.73%，21.62%，50.00%。

保水劑用量相同條件下，滴灌處理土壤全氮含量略高于傳統(tǒng)灌溉處理，但灌溉方式間差異不顯著。滴灌處理春播裸燕麥開花期0～20 cm,20～40 cm,40～60 cm土層全氮含量比傳統(tǒng)灌溉高2.32%，4.96%，6.25%(表1)。

2.2 兩種灌溉方式下保水劑用量對春播裸燕麥土壤硝態(tài)氮含量的影響

硝態(tài)氮是植物能夠直接吸收利用的速效性氮，不易被土壤膠體吸附，易隨水淋洗到下部土層[14]。兩種灌溉方式下不同保水劑用量處理裸燕麥的土壤硝態(tài)氮含量如表2所示。土壤硝態(tài)氮的分布具有明顯的空間性和季節(jié)變化。在空間分布上，土壤硝態(tài)氮含量隨土層加深而降低，其中0～40 cm硝態(tài)氮含量起伏最大，而40～60 cm相對穩(wěn)定。在季節(jié)分布上，各處理0～60 cm土層硝態(tài)氮含量基本上隨生育期推進(jìn)而降低，成熟期土壤硝態(tài)氮低于開花期和拔節(jié)期。

保水劑用量對土壤硝態(tài)氮含量有較大影響，施用保水劑顯著提高了0～40 cm土層的土壤硝態(tài)氮含量，以施用60 kg/hm2保水劑處理的硝態(tài)氮含量最高。滴灌方式下春播裸燕麥開花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層硝態(tài)氮含量D60處理分別比D0處理高22.69%，22.63%，31.92%。

從表2中還可以看出，相同保水劑用量條件下，滴灌處理的土壤硝態(tài)氮含量高于傳統(tǒng)灌溉處理，開花期土壤各層硝態(tài)氮含量灌溉方式處理間差異顯著，其他時(shí)期差異不顯著。春播裸燕麥開花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層硝態(tài)氮含量，滴灌處理分別比傳統(tǒng)灌溉處理高19.65%，14.27%，23.87%。

表2 兩種灌溉方式下保水劑用量對土壤硝態(tài)氮含量的影響 Table 2 Effect of super absorbent polymer application rate on soil NO3--N concentration in two irrigation systems mg/kg

2.3 兩種灌溉方式下保水劑用量對春播裸燕麥土壤氨態(tài)氮含量的影響

兩種灌溉方式下不同保水劑用量處理裸燕麥的土壤銨態(tài)氮含量如表3所示。施用保水劑顯著提高了土壤銨態(tài)氮含量，隨保水劑用量的增加，土壤銨態(tài)氮含量呈先增加后減少的趨勢，以施用60 kg/hm2保水劑的處理銨態(tài)氮含量最高。滴灌方式下，春播開花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層銨態(tài)氮含量D60處理分別比D0處理高14.12%，21.43%，8.18%，收獲期0～20 cm，20～40 cm,40～60 cm土層銨態(tài)氮含量D60處理分別比D0高15.05%，16.27%，26.83%。傳統(tǒng)灌溉條件下，開花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層銨態(tài)氮含量T60處理分別比T0處理高21.88%，18.44%，24.03%，收獲期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層銨態(tài)氮含量T60處理分別比T0處理高18.67%，38.46%，23.20%。

相同保水劑用量條件下，滴灌處理的土壤銨態(tài)氮含量高于傳統(tǒng)灌溉處理。春播裸燕麥開花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層銨態(tài)氮含量，滴灌處理分別比傳統(tǒng)灌溉處理高2.71%，10.95%，13.59%，收獲期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層銨態(tài)氮含量，滴灌分別比傳統(tǒng)灌溉高19.01%，34.21%，2.58%(表3)。

表3 兩種灌溉方式下保水劑用量對土壤銨態(tài)氮含量的影響 Table 3 Effect of super absorbent polymer application rate on soil NH4+-N concentration in two irrigation systems mg/kg

3 討論

3.1 灌溉方式與灌水量對土壤氮素的影響

土壤氮素的淋失與灌溉方式和土壤水分含量有關(guān)[15]，不合理的灌溉會(huì)引起土壤中氮素的淋失[16]，灌水量或降水量越多，氮素淋失就越多[17-18]。滴灌作為一種先進(jìn)的灌水技術(shù)，不僅可以精確地控制灌溉水量，而且可以進(jìn)行施肥灌溉，既保證作物可以獲得必要的養(yǎng)分，又可以避免養(yǎng)分的淋失[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，灌溉方式和灌水量是影響0～60 cm土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量變化的主要因素，滴灌條件下土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量高于傳統(tǒng)灌溉。

水分虧缺不利于土壤中氮素的礦化，水分過多則加速了硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的運(yùn)移，兩者都不利于氮素在土壤中的滯留和被吸收[20-22]。姬興杰等[23]，黨亞愛等[24]研究結(jié)果表明：土壤氮素主要集中分布在0～40 cm土層，而燕麥植株氮素的吸收也主要集中在該土層。傳統(tǒng)灌溉造成土壤無機(jī)氮向下淋洗，使土壤0～60 cm分布的氮素越少，不利于作物吸收利用，且造成氮素污染；適當(dāng)灌溉定額的滴灌能夠提高0～60 cm氮素含量，有利于裸燕麥根系對氮素的吸收利用，從而提高產(chǎn)量。

姬景紅等[25]研究結(jié)果表明：灌水方法不同，灌水量不同，致使土壤有機(jī)質(zhì)及不同形態(tài)有機(jī)氮含量各異，并對土壤的供肥、保肥能力產(chǎn)生一定影響。與溝灌相比，滴灌和滲灌處理易分解的氨基酸態(tài)氮、氨態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮占全氮的比例較高，尤以滴灌效果最佳。本試驗(yàn)結(jié)果表明，相同保水劑用量條件下，滴灌處理的土壤全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均高于傳統(tǒng)灌溉處理，這與姬景紅等[25]的研究結(jié)果相一致。

3.2 保水劑施用量對土壤氮素的影響

保水劑能為作物提供適宜的水分條件和氮素營養(yǎng)條件。孟志偉等[26]試驗(yàn)研究表明：施用保水劑后土壤中氮素養(yǎng)分增加，硝態(tài)氮比常規(guī)肥料處理淋失較少。本研究結(jié)果表明，施用保水劑處理硝態(tài)氮含量顯著高于不施保水劑處理，這與孟志偉等[26]的研究結(jié)果相一致。

黃占斌等[27]試驗(yàn)研究表明：保水劑對土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)形成有促進(jìn)作用，特別是對土壤中0.5～5.0 mm粒徑的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成最顯著。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨土壤中保水劑含量的增加，土壤膠結(jié)形成團(tuán)聚體多以大于1 mm的大團(tuán)聚體狀態(tài)出現(xiàn)，這些大團(tuán)聚體對穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，改善土壤通透性，防止表土結(jié)皮，減少土面蒸發(fā)有較好作用。杜社妮等[28]研究表明：在一定范圍內(nèi)土壤氮素含量與保水劑用量也是呈二次相關(guān)關(guān)系，在適當(dāng)?shù)谋Ｋ畡┯昧繒r(shí)才能獲得較好的保肥效果。本研究結(jié)果表明，施用保水劑顯著提高了土壤氮素含量，隨保水劑用量的增加，裸燕麥土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均呈先增加后減少的趨勢，以施用60 kg/hm2保水劑的處理全氮含量最高。這與黃占斌等[27]、杜社妮等[28]的研究結(jié)果相一致。

本文初步研究發(fā)現(xiàn)，施用保水劑處理相比未施用保水劑處理土壤全氮含量高，主要原因有：1)硝態(tài)氮水溶性好，很容易隨水下滲到根區(qū)以外損失，施用保水劑后能夠一定程度控制水分的快速下滲，同時(shí)起到礦質(zhì)氮在土壤中的保存作用。2)土壤中礦質(zhì)氮在自然環(huán)境中會(huì)氨化，釋放到空氣中，造成氮含量降低，施用保水劑后保水劑將氮和水聚集在一起，形成保護(hù)膜，防止氨化釋放。這與黃占斌等[27]的研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

隨保水劑用量的增加，裸燕麥土壤全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量呈先增加后減少的趨勢，以施用60 kg/hm2保水劑的處理全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量最高。相同保水劑用量條件下，滴灌處理的土壤全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均高于傳統(tǒng)灌溉處理。