谷少委，高劍民，鄧 忠，呂謀超，劉杰云，宗 潔，秦京濤，范習(xí)超

畦灌與施肥時機對土壤硝態(tài)氮分布和冬小麥產(chǎn)量的影響

谷少委1,2，高劍民3，鄧 忠1，呂謀超1※，劉杰云1，宗 潔1，秦京濤1，范習(xí)超1

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部節(jié)水灌溉工程重點實驗室，新鄉(xiāng) 453002；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3. 連云港市通榆河北延送水工程管理處，連云港 222000）

為探究不同畦田規(guī)格與施肥時機對土壤NO3--N分布規(guī)律及對冬小麥產(chǎn)量的影響，優(yōu)化選擇具有較高灌水施肥均勻度和儲氮效率及產(chǎn)量的最佳灌溉施肥模式，于2017—2018年在冬小麥季選取畦寬、畦長和施肥時機3個試驗因素，傳統(tǒng)撒施灌溉作為對照，通過正交試驗設(shè)計設(shè)置12個處理。結(jié)果表明：1）與灌水前相比，灌水后各處理土壤不同層次NO3--N濃度均增加，且隨著土層深度的增加NO3--N濃度逐漸降低。在液施處理下NO3--N在有效根系層的累積較撒施處理高出0.27%～27.97%。2）畦寬、畦長和施肥時機顯著影響NO3--N的分布。在返青期，畦長對灌水施肥均勻度的貢獻率最高，為91.64%；施肥時機對儲氮效率的貢獻率最高，為44.22%。在揚花期，畦長對灌水施肥均勻度的貢獻率最高，為92.67%；畦寬對儲氮效率的貢獻率最高，為53.6%。在60 m畦長條件下可以獲得較高的灌水施肥均勻度。3）畦寬、畦長和施肥時機對作物產(chǎn)量的貢獻率分別為37.2%、37.3%和23.9%，畦寬3.2 m、畦長60 m和全程液施的處理下達到了最高產(chǎn)量，為7 869.2 kg/hm2。因此，液施可以提高土壤NO3--N分布均勻性，有利于NO3--N在小麥根系層的累積，減少氮素的淋溶損失；綜合對土壤NO3--N分布均勻性、積累及作物產(chǎn)量來看，畦寬3.2 m、畦長60 m和全程液施的處理為該研究處理下最優(yōu)模式。

灌溉；施肥；土壤硝態(tài)氮；冬小麥產(chǎn)量；畦田規(guī)格

0 引 言

地面灌溉是中國目前最重要的灌溉方式，中國86%的灌溉面積仍采用地面灌溉模式，且在未來一段時間內(nèi)仍占有主導(dǎo)地位，而畦灌則是中國應(yīng)用最為廣泛的地面灌溉方式[1]。畦灌操作簡單，管理便捷，投資低而效果突出[2]。單寬流量、畦長、土壤入滲性能、田面平整精度等都是影響地面灌灌水施肥質(zhì)量的重要因素[3]。研究表明，在一定的范圍內(nèi)，灌水效率隨著單寬流量的變大而增高[4]。在單寬流量為6～8 L/(s·m)條件下，50～70 m的畦長可達到較高的灌水效率和均勻度以及節(jié)約大量的水資源[5]。馬尚宇等[6]在山東省王子村的研究表明灌水量隨著畦長的增加而增加，畦長為80 m時可以獲得較高的產(chǎn)量以及水分利用效率。呂麗華等[7]在河北省井渠結(jié)合灌區(qū)的試驗研究發(fā)現(xiàn)，畦寬2.8 m，畦長60 m的畦田規(guī)格可以獲得較高的水分利用效率以及較低的深層土壤硝態(tài)氮含量。目前在河南糧食主產(chǎn)區(qū)，大多農(nóng)戶還是采取傳統(tǒng)的畦田灌溉方式，畦長在100 m左右，畦寬少則5～6 m，多則高達7～8 m，造成灌區(qū)灌水水流推進較慢、灌水量較大、灌溉歷時長，增加了勞動成本且灌溉水利用效率較低，影響了地面灌灌水施肥質(zhì)量。故應(yīng)選擇適宜的畦田規(guī)格，以達到節(jié)水增效的目標(biāo)。

另一方面，肥料直接撒施在中國當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛，其優(yōu)點是操作簡單，但費時費力，且肥料在田面易揮發(fā)、且因水流的沖刷造成施肥不均；通過水肥一體化施肥裝置進行肥料液施也逐步得到廣泛應(yīng)用[8]，其特點是可以通過施肥裝置控制施肥時機等使施肥均勻，完善人工撒施的不足[9]。國外對于施肥時機的研究較早，Abbasi等[10]利用溴化物（Br-）模擬氮素在不同施肥時機和灌水時間等技術(shù)要素下在田間的運移，用來分析這些技術(shù)參數(shù)對氮素分布均勻性的影響，結(jié)果顯示在灌水過程中前半程施肥比后半程施肥和全程施肥都獲得了較好的均勻性。目前國內(nèi)的研究主要是撒施條件下灌溉技術(shù)要素對水分利用效率、灌水量及產(chǎn)量的影響，在液施條件下畦寬、畦長和施肥時機等技術(shù)要素對土壤硝態(tài)氮空間分布的均勻性和氮素累積和淋溶的影響研究較少[11]。本文基于畦灌不同液施條件下，設(shè)置不同的畦田規(guī)格，探究不同技術(shù)參數(shù)對土壤硝態(tài)氮運移規(guī)律和作物產(chǎn)量的影響，以期提高畦灌灌水施肥質(zhì)量和作物產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2017年10月—2018年6月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所試驗基地（35°18′N，113°54′E）進行?；匚挥诤幽鲜⌒锣l(xiāng)縣，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為14 ℃，年平均降雨580 mm，其中6-10月的降雨量占全年降雨量的70%～80%，蒸發(fā)量為2 000 mm，日照時間約為2 399 h，無霜期210 d。作物種植模式以冬小麥-夏玉米輪作為主，供試小麥品種為‘矮抗12號’，種植密度為400萬株/公頃，行距為20 cm。2017年10月29日播種，2018年6月4日收獲。土壤干容重在1 m層的土體內(nèi)變化很小，平均值為1.51 g/cm3。作物灌溉采用畦灌方式，水源為地下水。試驗區(qū)土壤物理性質(zhì)見表1。

表1 試驗田土壤物理性質(zhì)

1.2 田間試驗設(shè)計

試驗設(shè)計采取正交設(shè)計，設(shè)置9個處理及3個肥料撒施處理作為對照。選取不同畦寬、畦長和施肥時機作為畦灌施肥試驗處理設(shè)計因素，畦寬根據(jù)農(nóng)機規(guī)格設(shè)置為1.5、2.3和3.2 m。畦長設(shè)置為40、60和80 m。施肥方式為將尿素溶解到水中施肥，施肥時機設(shè)置為全程液施、前半程液施、后半程液施。對照組畦長為80 m，畦寬設(shè)置為1.5、2.3、3.2 m，每個處理重復(fù)3次。各處理設(shè)置如表2所示。

表2 試驗因素與水平

注：1，2，3為因素水平。

Note: 1, 2 and 3 are factor levels.

在冬小麥的2個關(guān)鍵時期返青期和揚花期進行灌水施肥試驗，施用化肥為尿素（含氮量≥46%），化肥施用量分別為150和90 kg/hm2。田間灌溉使用管道為Φ90PVC管，出水口配有超聲波流量計，在每個小畦畦首安裝球閥用來調(diào)節(jié)入畦流量。試驗開始前首先在參照區(qū)選擇撒施進行預(yù)試驗，記錄不同小區(qū)灌溉水流推進到畦長1/2處和完成灌溉所需要的時間和灌水量，然后根據(jù)試驗需要按照預(yù)試驗結(jié)果將肥料配置好放置到儲肥罐中，灌水時用水泵將配置好的液體肥勻速抽出按照試驗設(shè)計隨灌溉水流均勻施入田間，詳細灌水量見表3。

表3 試驗灌水量

1.3 觀測項目與測試方法

1.3.1 土壤樣品采集與測定

在進行灌水試驗時，記錄每個小區(qū)的灌水量。每個小區(qū)沿畦長方向在畦田共設(shè)置4個取樣點，40 m畦長每間隔10 m取樣，60 m畦長每間隔15 m取樣，80 m畦長每間隔20 m取樣。在每次灌水前2 d以及灌水后2 d使用土鉆取土，0～100 cm土層，每20 cm分層取樣。定點監(jiān)測土壤含水率以及硝態(tài)氮含量，試驗采用鋁盒烘干法進行土壤質(zhì)量含水率測定[12]。硝態(tài)氮含量采用校正因數(shù)的紫外-可見光分光光度法測定：土樣使用NaCl浸提劑浸提并經(jīng)過稀釋后，再將待測液加入10% H2SO4進行酸化處理，用分光光度計測定，最后經(jīng)過公式210-·275計算出土壤硝態(tài)氮含量，其中代表硝態(tài)氮含量，210和275分別代表在波長210 nm和275 nm處的吸光值，代表校正系數(shù)，本文中取2.2。

1.3.2 植物樣品采集與測定

收獲前，分別在每畦的前半畦和后半畦隨機選取1 m行的植株樣，對小麥穗數(shù)進行考種，測量小麥的株高、穗長、穗粒數(shù)、穗數(shù)、千粒質(zhì)量等，最后計算其理論產(chǎn)量。

1.3.3 不同畦田規(guī)格與施肥時機下施肥模式性能評價

目前國內(nèi)外評價地面灌施肥性能指標(biāo)都是通過肥溶于水形成的氮素而定的[13]，通過灌前灌后作物根系層附近土壤氮素的差異來評價施肥的均勻性[14]。尿素溶于水施入到田間之后經(jīng)過土壤的作用2 d左右會水解成銨態(tài)氮，并經(jīng)過硝化作用大多轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，形成肥效。本文采用灌水施肥均勻度DU反映灌溉施肥后氮素在畦田沿畦長方向分布的均勻程度，計算公式[15]如下

儲氮效率E是灌后2 d作物有效根系層土壤硝態(tài)氮含量占0～100 cm土層相應(yīng)值的比例，用來評價土壤儲氮情況。計算公式[15]如下

土壤硝態(tài)氮累積量計算公式[16]如下

式中為土壤硝態(tài)氮累積量（kg/hm2）；為土層厚度（cm）；為土壤容重（g/cm3）；為硝態(tài)氮濃度（mg/kg）。

1.3.4 方差貢獻率

方差分析貢獻率=因素平方和/總平方和，貢獻率越大，表示評價指標(biāo)受該因素的影響越大[17]，用來衡量畦寬、畦長和施肥時機對于灌水施肥均勻度DU、儲氮效率E、硝態(tài)氮累積和冬小麥產(chǎn)量的影響程度。

1.4 統(tǒng)計分析

本試驗所有數(shù)據(jù)采用Excel 2013和DPS 9.01軟件進行分析。方差顯著性差異檢驗采用<0.05水平下的Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同畦田規(guī)格與施肥時機下硝態(tài)氮分布規(guī)律

不同處理冬小麥返青期和揚花期灌溉前后2 d畦田NO3--N分布情況見圖1。灌水前，NO3--N隨著土壤深度的增加整體呈現(xiàn)先降低后增加再降低的趨勢，但T3、T9和CK處理顯示出先降低后增高的趨勢，硝態(tài)氮含量在100 cm處達到最高；灌水后，隨著土壤深度的增加，NO3--N濃度逐漸降低。灌水施肥使NO3--N濃度明顯升高，并表現(xiàn)出向下層移動的趨勢；返青期灌水前2d 0～100 cm土層中NO3--N濃度顯著高于揚花期，返青期灌水后各土層NO3--N濃度整體要高于揚花期。灌水前NO3--N濃度在返青期和揚花期均在>80～100 cm土層處達到最高，T8處理在60 cm處達到峰值，在>80～100 cm土層也相對較高；灌水后NO3--N濃度在表層大幅度增高，且隨著深度的增加而逐漸降低。

綜合灌水施肥均勻度和儲氮效率，由表4來看，液施處理顯著影響儲氮效率（<0.05），返青期T3處理較CK1提升2.61%，對灌水施肥均勻度無顯著影響，且在揚花期要低于撒施處理。畦寬、畦長和施肥時機對于灌水施肥均勻度和儲氮效率的影響程度不同，返青期對灌水施肥均勻度的貢獻率分別為6.69%、91.64%和1.62%，對儲氮效率的貢獻率分別為12.99%、40.99%和44.22%；在揚花期對灌水施肥均勻度的貢獻率分別為0.32%、92.67%和4.35%，對儲氮效率的貢獻率分別為53.6%、18.9%和23.7%，可見不同的灌溉技術(shù)參數(shù)對二者的影響程度不同。

由表5可知，不同時期的灌水施肥均勻度和儲氮效率的極差R值不同，根據(jù)施肥質(zhì)量指標(biāo)極差數(shù)據(jù)分析表可知，在返青期，影響灌水施肥均勻度的因素主次順序為主B；A、C次（其中A代表因素畦寬，B代表因素畦長，C代表因素施肥時機），又由T中值的大小可知，因素B的T22最大，故選擇畦長60 m，以此類推，畦寬選3.2 m、施肥時機選后半程液施，而影響儲氮效率的主次順序為主B、C、A次，即選擇畦長60 m、畦寬2.3 m、施肥時機全程液施，綜合分析結(jié)果可知，在返青期畦長對灌水施肥均勻度和儲氮效率的影響最大，這與方差貢獻率所呈現(xiàn)的結(jié)果相一致；在揚花期，影響灌水施肥均勻度的因素主次順序為主B；A、C次，即畦長60 m、畦寬3.2 m、施肥時機后半程液施，而影響儲氮效率的主次順序為主A、B、C次，即畦寬1.5 m、畦長60 m、施肥時機全程液施。

表4 冬小麥不同畦田規(guī)格與施肥方式下的施肥質(zhì)量指標(biāo)

注：同一列中不同小寫字母表示在<0.05水平差異顯著，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the<0.05 level, the same below.

圖1 冬小麥各處理沿深度方向土壤平均硝態(tài)氮濃度分布狀況

表5 施肥質(zhì)量指標(biāo)極差數(shù)據(jù)分析表

注：A、B、C和1、2、3、4組合為因素；T為第列中與水平對應(yīng)的各次試驗結(jié)果之和；R為極差；為試驗結(jié)果總和。下同。

Note: A, B, C and 1, 2, 3, 4 combination are factors;Tis the sum of the experimental results corresponding to levelin column;Ris the range;is the sum of the experimental results. Same as below.

2.2 不同畦田規(guī)格與施肥時機下硝態(tài)氮累積特征

由表6可知，在液施條件下的土壤硝態(tài)氮累積量均大于撒施處理（T3與CK1，以此類推），NO3--N在有效根系層（0～60 cm）的累積較撒施處理高出0.27%～27.97%，但各處理之間差異均未達到顯著水平。返青期灌水后NO3--N在0～60 cm土層的累積值為168.19、153.28、147.56 kg/hm2（T3、T6、T9），只在后半程施肥條件下（T3）高出撒施處理。而揚花期不同液施條件下NO3--N累積量和返青期相比數(shù)值均有所下降，這是由于2次施肥量之間有差異，但表現(xiàn)出增長幅度不均勻的趨勢，且不同處理之間>20～40、>40～60 cm 土層存在顯著差異（<0.05）。各試驗因子在返青期對NO3--N在作物有效根系層累積量的貢獻率都較小，分別為10.57%、10.02%、22.97%，而誤差項的貢獻率為56.45%；在揚花期，各試驗因子的貢獻率分別為83.57%、9.04%和0.12%，可見揚花期畦寬對硝態(tài)氮累積影響最大。

2.3 不同畦田規(guī)格與施肥時機對小麥產(chǎn)量的影響

不同處理條件下小麥產(chǎn)量如表7所示。不同液施條件下各處理的產(chǎn)量有顯著差異（<0.05），T8處理下產(chǎn)量最高、達到了7 869.2 kg/hm2；不同處理之間的產(chǎn)量從高到低依次為：T8、T6、T9、T3、T7、T5、T2、T4、T1。由表可以看出在畦寬3.2 m（T7、T8、T9）條件下，小麥平均產(chǎn)量7 684.5 kg/hm2，顯著高于畦寬1.5 m條件下平均產(chǎn)量 6 824.5 kg/hm2和2.3 m條件下平均產(chǎn)量7 265.21 kg/hm2。在60 m畦長時，其平均產(chǎn)量為7 332.29 kg/hm2，高于40 m畦長（產(chǎn)量為6 794.94 kg/hm2）、低于80 m畦長（產(chǎn)量為7 646.01 kg/hm2）。在全程液施條件下各處理平均產(chǎn)量為7 303.47 kg/hm2，高于前半程液施（6 893.02 kg/hm2），低于后半程液施（7 577.77 kg/hm2），在此組合條件下，作物產(chǎn)量提高1.68%～19.89%。畦寬、畦長和施肥時機對產(chǎn)量的貢獻率為37.2%、37.3%和23.9%。產(chǎn)量指標(biāo)極差數(shù)據(jù)分析表如表8所示，影響作物產(chǎn)量的主次順序為主A、B、C次，但三因素數(shù)值相差較小，表明三因素對產(chǎn)量的影響程度相仿，與方差貢獻率所呈現(xiàn)的結(jié)果一致。

表7 不同處理條件下冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成

表8 產(chǎn)量指標(biāo)極差數(shù)據(jù)分析表

3 討 論

在當(dāng)前控水減肥的產(chǎn)業(yè)需求下，水肥一體化技術(shù)在地面灌溉中承擔(dān)著重要的角色[18]。以往研究結(jié)果表明，肥料液施可以使土壤中氮素空間分布的均勻程度顯著提升，能夠彌補撒施狀態(tài)下肥料分布不均勻及灌前損失的缺陷[19]；在入畦流量相同的處理下可以顯著改善NO3--N沿畦長方向分布的均勻性[20]，且可以提高作物產(chǎn)量。本試驗通過冬小麥返青期和揚花期的灌水施肥試驗結(jié)果表明，液施處理可顯著提高揚花期灌水施肥均勻度（DU）和NO3--N在作物有效根系層的累積以及返青和揚花期的儲氮效率（E），但作物產(chǎn)量之間沒有顯著性差異。液施條件下，肥料與水在進入畦田之前能夠充分混合，灌溉過程中水中肥料濃度比較接近，而撒施處理則存在肥料在水中溶解再分布的過程，且其伴隨著水流的沖刷而引起的肥料分布不均勻[19]。但肥料液施對返青期灌水施肥均勻度無顯著影響且作物產(chǎn)量之間沒有顯著性差異，這與以往研究結(jié)果[19]存在出入，這可能是由于返青期灌前土壤氮含量較高，返青期的灌水施肥量不足以體現(xiàn)其差異，還有可能受到耕作方式[21]、地質(zhì)情況、肥料使用、管理措施等的影響[22]，具體原因還需要進行進一步的研究。綜上所述，肥料液施能夠改善土壤氮素空間分布，增加在作物有效根系層的累積，減少NO3--N深層滲漏淋溶的風(fēng)險。

畦寬、畦長和施肥時機都是影響地面灌灌水施肥質(zhì)量的重要因素[23]。以往研究結(jié)果表明，不同的土壤類型具有不同的適宜畦長，對于砂質(zhì)壤土來說60～80 m是較適宜的畦長[24]。在華北平原地區(qū)，畦寬5 m時，畦長由4 m增加到100 m，產(chǎn)量有增大趨勢而無顯著差異，但水分利用效率卻顯著降低[25]，在2.0 m畦寬、60 m畦長總耗水較少[26]。不同的畦田規(guī)格，單位面積的灌水量存在差異，灌水量則影響作物產(chǎn)量，適度增加灌水可以提高冬小麥產(chǎn)量，過量灌水則會使產(chǎn)量降低[27]。在華北地區(qū)，年內(nèi)降雨分配不均，冬小麥產(chǎn)量隨灌水量的增加呈先增加后穩(wěn)定的趨勢[28]，且灌水增產(chǎn)效果在不同年份也會有很大差異[29]。本試驗表明，畦長對DU具有顯著影響，貢獻率在返青期高達90.58%、揚花期為92.83%；對E的貢獻率在返青期為40.99%、揚花期為24.16%，對作物產(chǎn)量的貢獻率為37.3%。在畦長為60 m的條件下可以獲得較高的灌水施肥均勻度與儲氮效率，畦長較長從則灌水量較大，而土壤硝態(tài)氮在土壤中的運移則是隨著灌溉水而運動，灌水量較大顯著影響土壤硝態(tài)氮的運移，灌水量較大使氮素的淋洗量加大，從而影響硝態(tài)氮在土壤中的分布，且不同的畦田規(guī)格與施肥時機使作物產(chǎn)量有顯著差異。分析其原因，可能是畦長基本決定了灌水量以及灌水時間[24]，畦長過長則會造成水流推進較慢、灌水量過大，從而影響灌水施肥均勻度以及儲氮效率；畦長過短則影響肥料在水中的充分運移。同時灌水施肥均勻度以及儲氮效率也受畦寬的影響，Garcia等[30]研究表明入畦流量對灌溉水和土壤水的分布有顯著影響。畦寬、畦長主要是通過影響灌水量的差異從而影響土壤NO3–-N和儲氮效率，這主要是因為灌水量不同對土壤中NO3–-N的淋洗量不同[28]，本試驗中T3、T9和CK處理NO3–-N分布規(guī)律未能顯現(xiàn)出與畦田規(guī)格同樣的趨勢。分析其原因，主要是在不同畦田之間存在水分的遷移，從而造成了T3、T9和CK處理出現(xiàn)差異。而另有研究結(jié)果表明，在80 m×1.5 m的畦田規(guī)格下，4 L/(s·m)的單寬流量處理下相比2 L/(s·m)沿畦長方向有更好的NO3–-N分布。本試驗控制入畦流量為32.4 m3/h，結(jié)果顯示3.2 m畦寬處理下可以獲得更高的產(chǎn)量；揚花期畦寬對E有顯著影響、貢獻率為53.58%，對作物產(chǎn)量的貢獻率為37.2%，對NO3–-N在作物有效根系層的累積的貢獻率為83.57%。所以，根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況選擇合適的畦田規(guī)格對于優(yōu)化地面灌技術(shù)、減少NO3–-N向土壤深層滲漏有十分重要的意義。

施肥時機對水肥利用效率有重要意義，不同的施肥時機影響水肥在土壤中的分布且影響作物產(chǎn)量[31]。有研究表明，在滴灌處理下，不同施肥時機顯著影響果實產(chǎn)量、全氮和硝酸鹽含量[32]。陳新國等[20]的研究認為基于單寬流量為4 L/(s·m)的條件下，灌水至畦長的1/3處開始施肥為更好的施肥時機。本試驗結(jié)果表明，沿畦長方向、在全程液施條件下NO3--N分布更加均勻，這與Adamsen等[33]的研究結(jié)果一致。這可能是在全程液施條件下減少了肥水在灌溉水中的再次運移，各個時間的肥液濃度相差不大，灌水施肥均勻度較高。本試驗綜合施肥質(zhì)量指標(biāo)極差數(shù)據(jù)和產(chǎn)量指標(biāo)的極差數(shù)據(jù)，畦長的影響程度最大，之后是畦寬和施肥時機，綜合施肥質(zhì)量指標(biāo)和產(chǎn)量指標(biāo)T值的大小，選擇B2A3C1（畦寬為3.2 m、畦長60 m和全程液施方式）為本試驗條件下的最佳組合，NO3--N的均勻度、儲存效率在返青期達到91.8%、45.25%，在揚花期達到89.45%、64.04%。另一方面，本試驗設(shè)置的畦寬、畦長也與以往研究不盡相同、入畦單寬流量存在差異，可能會使結(jié)果存在偏差。本試驗灌水量在不同的小區(qū)之間存在遷移情況，導(dǎo)致灌水量未能和畦田規(guī)格保持一致，對硝態(tài)氮灌水施肥均勻性和儲氮效率產(chǎn)生一定的影響，在以后的試驗中需要在不同小區(qū)之間設(shè)置保護行，在田隴上鋪設(shè)一定深度的阻隔，減少不同小區(qū)之間相互滲漏。另本試驗僅把畦寬，畦長和施肥時機3個因素通過正交試驗進行分析，沒有對單一因素深度分析其影響，未來需要對結(jié)果開展進一步的試驗研究。

4 結(jié) 論

1）豫北地區(qū)畦灌條件下，肥料液施可以提高NO3--N分布均勻性及儲氮效率，在有效根系層（0～60 cm）的累積量高于撒施處理0.27%～27.97%，有利于作物對氮素的吸收、減少肥料的深層滲漏，提高畦灌的灌溉施肥質(zhì)量。

2）畦寬為3.2 m 、畦長60 m和全程液施方式下，NO3--N的均勻度、儲存效率在返青期達到91.8%、45.25%，在揚花期達到89.45%、64.04%，作物產(chǎn)量提高1.68%～19.89%。此灌溉施肥技術(shù)模式比較適合在當(dāng)?shù)匦←溚茝V應(yīng)用。

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Effects of border irrigation and fertilization timing on soil nitrate nitrogen distribution and winter wheat yield

Gu Shaowei1,2, Gao Jianmin3, Deng Zhong1, Lyu Mouchao1※,Liu Jieyun1, Zong Jie1, Qin Jingtao1, Fan Xichao1

(1.,,453002,; 2.,100081,; 3.,222000,)

In border irrigation, an optimal pattern is necessary for high irrigation and fertilization uniformity, nitrogen storage efficiency and crops yield. This paper aims to explore the effects of different border specifications and fertilization methods on the distribution of soil NO3--N and the yield of winter wheat. Therefore, a field experiment was conducted in 2017-2018 at the winter wheat season. Three experimental factors were selected, including the border width of field (1.5, 2.3, and 3.2 m), border length (40, 60, and 80 m) and the fertilization timing (first half liquid fertilizer application, second half liquid fertilizer application, full liquid fertilizer application). Three factors were set by orthogonal experiment design, and twelve treatments were established, including three traditional broadcasting fertilization as control treatments (border width of 1.5, 2.3 and 3.2 m at 80 m border length with spreading application). The content of soil NO3--N, the uniformity of NO3--N distribution, nitrogen storage efficiency and winter wheat yield were measured in this study. The results showed that the concentrations of soil NO3--N increased in different soil layers after irrigation, compared with those before irrigation, while soil NO3--N concentrations decreased with the increase of soil depth. In liquid application treatments, the accumulation of soil NO3--N in the root layer was 0.27%-27.97% higher than that in the spreading application treatments. The border width, border length and fertilization timing all significantly determined the fertilization uniformity and storage efficiency of NO3--N in border irrigation. In the wheat reviving stage, the contribution rate of border length to the uniformity of irrigation and fertilization was the maximum (91.64%), whereas the contribution rate of fertilization timing on nitrogen storage efficiency was the highest (44.2%). In the flowering stage, the border length and border width were the main factors that affected the uniformity of irrigation and fertilization, and the nitrogen storage efficiency, where the contribution rates were 92.67% and 53.6%, respectively, indicating that the border length dominated in this case. The uniformity of irrigation and fertilization under 60 m border length treatments was higher than that under 40 m and 80 m of border length treatments. The contribution rates of border width, border length, and fertilization timing to the crop yield were 37.2%, 37.3%, and 23.9%, respectively. The highest yield (7869.2 kg/hm2) was achieved under the border width of 3.2 m, border length of 60 m and full liquid application treatment. The finding demonstrated that the liquid application can improve the distribution uniformity of soil NO3--N, and soil NO3--N accumulation in the root layer of winter wheat, while avoid soil NO3--N leaching. The optimal treatment mode can be the combination of 3.2 m border width, 60 m border length and full liquid fertilizer application for the uniformity and accumulation of soil NO3--N, as well crop yield. The results of this study can offer a theoretical basis to select border dimensions and fertilization timing for the winter wheat in North China Plain.

irrigation; fertilization; soil NO3--N; winter wheat yield; border dimensions

谷少委，高劍民，鄧忠，等. 畦灌與施肥時機對土壤硝態(tài)氮分布和冬小麥產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(9)：134-142.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.015 http://www.tcsae.org

Gu Shaowei, Gao Jianmin, Deng Zhong, et al. Effects of border irrigation and fertilization timing on soil nitrate nitrogen distribution and winter wheat yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 134-142. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.015 http://www.tcsae.org

2019-12-24

2020-04-10

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費所級統(tǒng)籌項目（FIRI2017-25，F(xiàn)IRI2018-04，F(xiàn)IRI2016-24）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技國際合作研究項目（Y2019GH19）

谷少委，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。Email：gshaowei1993@163.com

呂謀超，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。Email：lvmouchao@aliyun.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.015

S275.3

A

1002-6819(2020)-09-0134-09