施氮量對土壤水氮鹽分布和玉米生長及產(chǎn)量的影響

曹和平，蔣靜，翟登攀，張超波

施氮量對土壤水氮鹽分布和玉米生長及產(chǎn)量的影響

曹和平1，蔣靜1*，翟登攀2，張超波1

（1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原030024；2.中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

【】探究鹽漬化土壤下玉米適宜的施氮量?！尽吭囼?yàn)于2019年5—9月在太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院試驗(yàn)地的遮雨棚進(jìn)行，采用桶栽方式種植玉米，設(shè)置4個(gè)施氮量水平N0（不施氮）、N1（225 kg/hm2）、N2（275 kg/hm2）和N3（325 kg/hm2）。【】施氮會(huì)明顯改變水氮鹽在土壤中的分布，0～40 cm土層的體積含水率隨施氮量增加而顯著（＜0.05）減小。各測定時(shí)期的土壤電導(dǎo)率隨施氮量增加而增大，拔節(jié)—抽雄期比苗期升高0.968～1.542 dS/m，完熟期比抽雄期降低4.740～5.471 dS/m。土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮量隨玉米生育期推進(jìn)而降低，且在各時(shí)期隨施氮量增加而增大。施氮顯著促進(jìn)了玉米生長，提高其耗水量及水分利用效率，且各指標(biāo)均隨施氮量增加而增大，N2處理和N3處理間無顯著差異（＞0.05）。與N3處理相比，N2處理節(jié)約肥料50 kg/hm2，且氮肥偏生產(chǎn)力高3.4 kg/kg，差異顯著（＜0.05）?！尽烤C合考慮不同施氮量對土壤水氮鹽分布規(guī)律、玉米生長指標(biāo)和耗水特性的影響，得出該地區(qū)鹽漬化土壤下玉米較適宜的施氮量為275 kg/hm2。

玉米；產(chǎn)量；水分利用效率；土壤電導(dǎo)率；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮

0 引言

【研究意義】玉米的產(chǎn)量和種植面積居主糧之首，是我國糧食生產(chǎn)的關(guān)鍵作物[1]。然而我國的玉米平均單產(chǎn)（5 028 kg/hm2）仍落后于發(fā)達(dá)國家[2]。鹽堿地在我國分布廣泛，其中可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的面積高達(dá)1 300萬hm2[3]。玉米是鹽堿地種植的主要作物，但其耐鹽性較差，容易遭受鹽分脅迫而減產(chǎn)。因此，提升鹽堿地玉米生產(chǎn)力對確保我國糧食安全至關(guān)重要。【研究進(jìn)展】氮素是促進(jìn)作物生長和提高產(chǎn)量的重要因子[4]。氮肥的施用能夠在一定程度上促進(jìn)作物生長，提高產(chǎn)量及水分利用效率[5-7]。增施氮肥可顯著提高玉米的生長指標(biāo)和產(chǎn)量[8-9]。適宜的施氮量還可促進(jìn)玉米的生長發(fā)育進(jìn)程，顯著提高作物產(chǎn)量和水氮利用效率[10-11]。鹽漬化土壤一般較貧瘠，水肥利用效率低，從而種植效益不佳。為了追求糧食高產(chǎn)，在鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在施肥過量的現(xiàn)象。過量的氮素投入不僅導(dǎo)致氮肥利用率降低，而且可能加重土壤鹽漬化程度，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境[12-13]。所以，科學(xué)合理的施氮除了提高玉米的生產(chǎn)水平外，還可減少氮肥的損耗及減輕對生態(tài)環(huán)境的影響，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)[14]?！厩腥朦c(diǎn)】前人主要通過控制施氮水平來研究氮素對作物生長和產(chǎn)量等的影響，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量和氮肥利用效率[15-18]。然而氮肥不僅是作物生長和產(chǎn)量提高的必要元素，在鹽漬土情況下，合理施氮可以緩解鹽分脅迫對作物生長的影響，而過量施氮?jiǎng)t會(huì)加重鹽堿地土壤的鹽漬化程度。因此，關(guān)于施氮對鹽漬化土壤條件下玉米的影響還有待進(jìn)一步研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究通過比較玉米在遮雨棚桶栽種植方式下不同施氮量對土壤水氮鹽分布規(guī)律、玉米生長指標(biāo)和耗水特性的影響，探究鹽堿地玉米適宜的施氮量，以期實(shí)現(xiàn)玉米的高產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

2019年5—9月在山西省太原理工大學(xué)試驗(yàn)地的遮雨棚（112°30′E，37°51′N）進(jìn)行玉米桶栽試驗(yàn)。該試驗(yàn)地海拔785 m，年均氣溫11.7 ℃，全年≥10 ℃的積溫4 080.9 ℃，年日照時(shí)間2 471.4 h，年平均相對濕度52.6%，霜凍期為當(dāng)年10月中旬至第2年的4月中旬，無霜期大約149～175 d。

1.2 桶栽試驗(yàn)布置及管理

供試玉米品種為“中地88”，桶栽試驗(yàn)裝置為聚氯乙烯（polyvinyl chloride polyper，PVC）管。管壁厚度為5 mm，管道內(nèi)徑為30 cm，管道高度為50 cm。底部連接排水管，排水管內(nèi)徑1.5 cm。土壤采集于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鹽堿地改良試驗(yàn)基地（113°15′E，39°54′N），采集深度為0～40 cm，土壤質(zhì)地為砂壤土，砂粒、粉粒和黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為54.5%、34.7%和10.8%。土壤初始電導(dǎo)率為0.636 dS/m，平均體積質(zhì)量為1.53 g/cm3，田間持水率為32%（體積含水率）。土壤經(jīng)自然風(fēng)干和碾壓過篩（=2 mm）去除雜草及石塊。裝置底部鋪設(shè)不同粒徑的碎石及河沙，構(gòu)成高度為3 cm的反濾層。根據(jù)田間實(shí)測土壤體積質(zhì)量分層填裝土柱，高度為40 cm，并對土層之間做打毛處理。氮肥使用尿素（N≥46.4%），參照當(dāng)?shù)赜衩资┓柿浚∟：200～350 kg/hm2）設(shè)置4個(gè)施氮處理：N0（不施氮）、N1（225 kg/hm2）、N2（275 kg/hm2）和N3（325 kg/hm2），按7∶3的比例分別于播種前和拔節(jié)期均勻施入。磷、鉀肥分別選用過磷酸鈣（P2O5≥16%，80 kg/hm2）和硫酸鉀（K2O≥51%，40 kg/hm2），均作為底肥施入。當(dāng)土壤條件一定，土壤水氮鹽的分布狀況主要取決于灌溉制度。灌水會(huì)影響土壤的根際微氣候環(huán)境，若灌水過多會(huì)造成土壤通氣性降低、根系呼吸減弱，水分過少又會(huì)出現(xiàn)土壤干燥、溫度過高等問題，都會(huì)限制作物的生長發(fā)育，因此選擇合適的灌水定額至關(guān)重要。本試驗(yàn)采用稱質(zhì)量法測定管內(nèi)的土壤含水率，當(dāng)含水率低于1/2的田間持水率時(shí)對玉米進(jìn)行灌水，用量杯補(bǔ)至田間持水率的90%。因玉米在不同生育時(shí)期的需水量有差異，所以灌水的周期不固定，一般為3～8 d。試驗(yàn)各處理隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理4組重復(fù)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤指標(biāo)的測定

玉米的生育階段劃分如表1所示。分別于播種前（0504）、苗期（0604）、拔節(jié)期（0621）、大喇叭口期（0716）、抽雄期（0815）和完熟期（0910）利用內(nèi)徑為38 mm的土鉆分層采集土樣，取樣深度為0～10、10～20、20～30 cm和30～40 cm，共4層。所取土樣部分置于鋁盒先采用烘干法測定含水率，之后測定電導(dǎo)率；部分置于自封袋用于測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮量。此外，取樣點(diǎn)還需做回填、夯實(shí)及標(biāo)記處理。

表1 玉米生育階段劃分

新鮮土樣采用UV-5500型紫外可見分光光度計(jì)（METASH上海元析儀器有限公司，中國）測定銨態(tài)氮（靛酚藍(lán)比色法）和硝態(tài)氮（雙波長紫外分光光度法）量。將烘干后的土樣粉碎，過2 mm篩孔，制備土壤飽和浸提液（土水比為1∶5），采用SG3-ELK742型電導(dǎo)率儀（Mettler-Toledo International Inc.，Switzerland）測定電導(dǎo)率（1:5）。

1.3.2 生長指標(biāo)及產(chǎn)量的測定

于完熟期（0910）測定玉米的生長指標(biāo)和產(chǎn)量及其構(gòu)成要素。使用0.1 mm精度的游標(biāo)卡尺測定玉米的莖粗（植株第3節(jié)扁面直徑），0.01 cm精度的卷尺測定玉米的株高（地面至穗頂）和所有葉片的長度及最大寬度，玉米葉面積指數(shù)計(jì)算式為：

式中：為玉米葉面積指數(shù)（cm2/cm2）；為葉片數(shù)；0.75為系數(shù)；l為單片葉長度（cm）；b為單片葉寬度（cm）；為單株占地面積（cm2）。

在完熟期將所有玉米從莖基部取下，洗凈后分為莖、葉、果穗，放入烘箱105 ℃殺青2 h，75 ℃烘干至恒重，測定產(chǎn)量及其構(gòu)成要素。采用0.01 cm精度的卷尺測定玉米的穗長，0.1 mm精度的游標(biāo)卡尺測定穗粗，玉米穗脫粒后計(jì)數(shù)其籽粒數(shù)，選取100粒籽粒用0.1 g精度的電子稱稱量其質(zhì)量，每個(gè)處理取3個(gè)重復(fù)。

1.3.3 耗水量的計(jì)算

玉米的階段耗水量計(jì)算式為：

=+++Δ--， （2）

式中：為階段耗水量（mm）；為降水量（mm）；為灌溉量（mm）；為地下水補(bǔ)給量（mm）；Δ為某階段初始和最終土壤蓄水量的差值（mm）；為深層滲漏量（mm）；為地表徑流量（mm）。因本試驗(yàn)在遮雨棚內(nèi)進(jìn)行，采用桶栽方式種植玉米，故、、忽略不計(jì)，所以該公式簡化為=+Δ。

1.3.4 水氮利用效率

=/， （3）

式中：為玉米水分利用效率（kg/（hm2·mm））；為玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；為玉米全生育期總耗水量（mm）。

=N/N， （4）

=（N-0）/N， （5）

式中：為氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）；為氮肥農(nóng)學(xué)利用效率（kg/kg）；N和0分別為施氮區(qū)和不施氮區(qū)的玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；N為施氮量（kg/hm2）。

1.3.5 土壤硝態(tài)氮累積量

=××/10， （6）

式中：為土壤硝態(tài)氮累積量（kg/hm2）；為土壤硝態(tài)氮量（mg/kg）；為土壤體積質(zhì)量（g/cm3）；為土層厚度（cm）。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

使用Microsoft excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；采用Surfer 15.0進(jìn)行網(wǎng)格化處理，繪制等值線圖；用SPSS 20.0進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分和電導(dǎo)率

2.1.1 土壤含水率分布

各個(gè)處理土壤水分的垂直變化趨勢在每個(gè)測定時(shí)期基本一致（圖1）。其中，各處理在拔節(jié)期的土壤體積含水率隨土層深度增加而增大，10～40 cm比0～10 cm土層的含水率高0.019～0.084 cm3/cm3，N2處理的變化幅度最大；大喇叭口期的土壤體積含水率介于0.197～0.280 cm3/cm3之間，各土層均保持較高水平；抽雄期10～20 cm比0～10 cm土層的體積含水率高0.011～0.119 cm3/cm3，N3處理的變化幅度最大；20～40 cm土層體積含水率幾乎保持不變。在各生育時(shí)期，0～40 cm土層都表現(xiàn)為施氮量越高體積含水率越低。與N0處理相比，N1、N2處理和N3處理在拔節(jié)期的土壤體積含水率分別降低8.1%、25.6%和54.9%，大喇叭口期分別降低8.5%、11.5%和23.0%，抽雄期分別降低10.7%、26.1%和43.0%，差異顯著（＜0.05）；N1、N2處理和N3處理間差異顯著（＜0.05）。

圖1 不同生育時(shí)期土壤水分分布

2.1.2 土壤電導(dǎo)率分布

各施氮處理土壤電導(dǎo)率在拔節(jié)—抽雄期（49～104 d）比苗期（32 d）升高0.123～1.542 dS/m，完熟期（130 d）比抽雄期（49 d）降低4.740～5.471 dS/m（圖2）。N0、N1、N2處理和N3處理在完熟期0～40 cm土層的土壤電導(dǎo)率與苗期相比分別降低4.446、4.361、3.615 dS/m和3.421 dS/m。土壤電導(dǎo)率在苗期和拔節(jié)期隨土層深度的增加而降低，在抽雄期和完熟期隨土層深度增加而增大。完熟期N0、N1、N2處理和N3處理20～40 cm土層電導(dǎo)率與0～20 cm土層相比高56.7%～151.8%。除抽雄期N2處理和N3處理外，0～40 cm土層電導(dǎo)率均隨施氮量增加而增大，N1、N2處理和N3處理在苗期與N0處理相比分別高2.0%、3.0%和3.1%，拔節(jié)期分別高2.4%、3.0%和3.3%，抽雄期分別高2.2%、8.5%和6.2%，完熟期分別高5.0%、18.7%和22.7%。

圖2 不同處理的土壤電導(dǎo)率時(shí)空分布等值線圖

2.2 土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮

土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮量隨玉米的生育期推進(jìn)逐漸降低，沿土層深度方向的變化不明顯（圖3）。在0～40 cm土層，N0、N1、N2處理和N3處理的硝態(tài)氮量拔節(jié)比苗期降低8.4%～11.6%，抽雄比拔節(jié)期降低3.6%～8.1%，完熟比抽雄期降低12.3%～17.4%；銨態(tài)氮量拔節(jié)比苗期降低11.7%～26.2%；抽雄比拔節(jié)期降低25.0%～38.2%；完熟比抽雄期降低49.3%～55.5%。可以看出，銨態(tài)氮量隨玉米生育期推進(jìn)降低的幅度更大，尤其在抽雄—完熟期。這是由于玉米在生長過程中吸收了大量氮素，且在抽雄期到完熟期吸收的氮素最多。N1、N2處理和N3處理的硝態(tài)氮量在各生育期比N0處理高1.4%～9.5%，銨態(tài)氮量高9.9%～53.3%。各生育時(shí)期的硝態(tài)氮（除抽雄期外）和銨態(tài)氮量均隨施氮量增加而增大，所以高氮處理更容易導(dǎo)致氮素在土壤中積累。

圖3 土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮時(shí)空變化

2.3 作物生長與產(chǎn)量

玉米的生長指標(biāo)與產(chǎn)量均隨施氮量的增加而顯著增大（表2）。N1、N2處理和N3處理比N0處理的株高分別提高11.8%、16.8%和20.0%，葉面積指數(shù)分別提高了15.6%、25.2%和30.8%，莖粗分別提高23.2%、27.6%和28.1%。N2處理和N3處理的株高和葉面積指數(shù)無明顯差異，且顯著高于N1處理（＜0.05）。施氮處理的生物產(chǎn)量介于17 251～19 158 kg/hm2之間，籽粒產(chǎn)量在6 654～7 928 kg/hm2之間。與N3處理相比，N2處理的生物產(chǎn)量減少3.0%，籽粒產(chǎn)量減少3.7%，且二者的2項(xiàng)指標(biāo)間差異均不顯著（＞0.05）。N1處理的產(chǎn)量及構(gòu)成因素顯著（＜0.05）低于N2處理和N3處理，但其生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量與N3處理相比的降低值不超過20%。

表2 完熟期玉米生長指標(biāo)與產(chǎn)量

注 同列中不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。

2.4 作物耗水與水氮利用效率

各處理的耗水量介于262.3～346.2 mm之間，水分利用效率在18.4～22.9 kg/（hm2·mm）之間（表3）。提高氮肥用量會(huì)使玉米全生育期的耗水量和水分利用效率增大。與不施氮處理相比，N1、N2處理和N3處理耗水量分別增加23.8%、31.0%和32.0%，水分利用效率分別增加11.4%、20.7%和24.5%，N2處理和N3處理的兩項(xiàng)指標(biāo)均顯著（＜0.05）高于N1處理，但3個(gè)施氮處理之間的差異都小于10%，且N2處理僅比N3處理分別低0.7%和3.1%。N2處理和N3處理的氮肥偏生產(chǎn)力比N1處理分別降低6.1%和17.6%，且3個(gè)施氮處理間的差異顯著（＜0.05）。N2處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率顯著（＜0.05）高于N1處理，略高于N3處理。

表3 玉米的耗水量和水氮利用效率

注 同列中不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。

2.5 作物耗水和硝態(tài)氮累積量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系

為確定玉米全生育期總耗水量和完熟期0～40 cm土層硝態(tài)氮累積量對玉米籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，分別擬合了二者與產(chǎn)量的關(guān)系（圖4和圖5）。由圖4、圖5可知，耗水量和硝態(tài)氮累積量與籽粒產(chǎn)量均呈線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.988 1和0.886 2，可知玉米耗水量和土壤硝態(tài)氮量是影響玉米產(chǎn)量的重要因素。

圖5 0～40 cm土層硝態(tài)氮累積量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系

3 討論

馬金慧[19]總結(jié)前人的研究結(jié)果及歷史經(jīng)驗(yàn)值得出，玉米生育期內(nèi)土壤含水率閾值分別為種植期11%～18%，苗期—拔節(jié)期18%～24%、拔節(jié)—抽雄期24%～30%、抽雄—灌漿期22%～25%。Maas等[20]對多個(gè)玉米品種從萌發(fā)到成熟不同生長階段的相對耐鹽性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)玉米在電導(dǎo)率高達(dá)10 dS/m的土壤中發(fā)芽良好；在苗期—抽雄期對鹽分較敏感，閾值為1.0 dS/m；在抽雄—灌漿期的土壤鹽度不超過9.0 dS/m，不會(huì)顯著降低其產(chǎn)量。本研究中玉米各生育時(shí)期的土壤含水率基本在閾值之內(nèi)，但土壤含鹽量在苗期—抽雄期高于耐鹽閾值，而抽雄—完熟期在閾值之內(nèi)。在玉米整個(gè)生育周期內(nèi)，各處理的平均土壤電導(dǎo)率低于玉米產(chǎn)量不受損失的耐鹽閾值3.7 dS/m[21]。

氮肥的施用會(huì)影響土壤中的水鹽分布和氮素遷移。楊蕊菊等[22]發(fā)現(xiàn)增加施氮量會(huì)降低0～120 cm土層的含水率。Che等[23]覺得施氮過多會(huì)加速土壤鹽漬化，但Machado等[24]認(rèn)為適當(dāng)增加施氮量可以緩解土壤鹽分脅迫效應(yīng)。劉志恒等[25]研究發(fā)現(xiàn)施氮量越大則土壤氮素量越高。本研究得出，土壤含水率隨施氮量增加而降低，電導(dǎo)率及硝態(tài)氮和銨態(tài)氮量隨施氮量增加而增加。土壤電導(dǎo)率在苗期和拔節(jié)期隨土層深度的增加而降低，這是因?yàn)橛衩浊捌谏L速度快、蒸騰作用強(qiáng)，深層土壤的鹽隨水分向上運(yùn)移而被帶入土壤表層[26]；在抽雄期和完熟期隨土層深度增加而增大，這是由于玉米后期蒸騰作用弱，鹽分隨水分的入滲被帶入深層土壤中。同時(shí)，土壤電導(dǎo)率還表現(xiàn)為在大喇叭口期之前升高，而后降低，且完熟期深層土壤顯著（＜0.05）高于表層。土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮量隨玉米生育期推進(jìn)而降低，沿土層深度方向無明顯變化。若灌水水平發(fā)生變化，土壤水分分布和玉米耗水量會(huì)隨之發(fā)生改變，另外土壤硝態(tài)氮量和電導(dǎo)率值及沿土層深度方向的分布狀況都有可能發(fā)生變化，但土壤水氮鹽分布及玉米生長隨施氮量改變而呈現(xiàn)出的規(guī)律基本不變。

本研究發(fā)現(xiàn)玉米株高、莖粗及葉面積指數(shù)隨施氮量增加而增加，這與Li等[27]和翟登攀等[28]的研究結(jié)果相似。合理增施氮肥可有效提高玉米產(chǎn)量，但過量施氮產(chǎn)量增加不顯著，相似觀點(diǎn)在原小燕等[29]和宋金鑫等[30]的試驗(yàn)研究中也有明顯體現(xiàn)。這是因?yàn)橥寥拉h(huán)境是影響玉米生長和產(chǎn)量的直接因素，施氮量不同導(dǎo)致土壤的指標(biāo)存在差異，進(jìn)而影響玉米的生長和產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，225～275 kg/hm2的施氮處理比不施氮的玉米生物產(chǎn)量高31.8%～42.0%，籽粒產(chǎn)量高38.2%～58.6%，但施氮量從275 kg/hm2增加到325 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量并沒有顯著變化。

李文惠等[31]的研究表明提高氮肥用量會(huì)增強(qiáng)玉米的耗水強(qiáng)度。本研究同樣得出施氮可以促進(jìn)玉米對土壤水分的吸收利用，這可能是增施氮肥增加了玉米株高和葉面積，間接增加了根系吸水，進(jìn)而土壤含水率隨施氮量增加而降低。水分利用效率反映了作物耗水與產(chǎn)量間的關(guān)系[32]，史中欣等[33]認(rèn)為適當(dāng)增施氮肥可提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。本研究得到與之相似的結(jié)論，各施氮處理的總耗水量和水分利用效率均顯著（＜0.05）高于N0處理，N2處理和N3處理之間無顯著差異，但二者顯著（＜0.05）高于N1處理。劉夢等[34]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與180 kg/hm2的施氮處理相比，提高施氮量使氮肥偏生產(chǎn)力降低31.2%～72.3%，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率提高12.5%～52.6%。本試驗(yàn)得出，氮肥偏生產(chǎn)力隨施氮量增加顯著降低，這與前人得出的結(jié)論一致。氮肥農(nóng)學(xué)利用效率表現(xiàn)為N2處理高于N1處理和N3處理，其中N2處理比N3處理高7.3%，這與一些學(xué)者的結(jié)論不一致，可能是由于土壤中的鹽分對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了影響。

4 結(jié)論

1）施氮顯著影響土壤水氮鹽分布，土壤含水率隨施氮量增加而降低，鹽分及硝態(tài)氮和銨態(tài)氮量隨施氮量增加而增大。施用適量氮肥能夠顯著提高玉米株高、葉面積指數(shù)和產(chǎn)量，對莖粗的影響較小。玉米耗水量和水分利用效率隨施氮量的增加而提高。

2）因此，在初始電導(dǎo)率為0.636 dS/m的鹽漬土條件下，施氮量為275 kg/hm2時(shí)，既能有效提高玉米的生產(chǎn)水平，也不會(huì)對土壤環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，還可以提高水氮利用效率，達(dá)到較好的綜合效果。

3）本研究中玉米的桶栽深度為40 cm，而田間玉米根系實(shí)際生長深度較大，桶栽可能會(huì)限制玉米根系生長及其對水肥的吸收利用。所以，對于該鹽漬土條件下玉米的最佳施氮量還需進(jìn)一步研究。

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Nitrogen Fertilization Modulates Spatial Distribution of Water, Nitrogen and Salt in Soil, and Growth and Yield of Maize

CAO Heping1, JIANG Jing1*, ZHAI Dengpan2, ZHANG Chaobo1

(1. College of Water Resources Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China;2. Zhongshui North Survey, Design and Research Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

【】Nitrogen is not only a plant nutrient but also functions as a signal affecting crop growth and yield in complex ways. This paper presents the results of an experimental study on the effect of nitrogen fertilization on water and solute dynamics in soil, as well as the consequence for growth and yield of maize in semi-arid regions in northern China. 【】The experiment was conducted from May to September in 2019 in a rain shelter at the Experimental Station of Taiyuan University of Technology. We compared four nitrogen fertilizations: without nitrogen application (N0), applying nitrogen fertilizer at 225 kg/hm2(N1), 275 kg/hm2(N2) and 325 kg/hm2(N3), respectively. In each treatment, we measured, at different growing stages, the distributions of water, salt and nitrogen in the soil profile, as well as the final grain yield. 【】Nitrogen application affected distribution of water, nitrogen and salt in the soil, with volumetric water content in the 0～40 cm of soil decreasing significantly (<0.05) with the increase in nitrogen application. Soil electrical conductivity also increased with nitrogen application, regardless of the growing stages. As the crop grew, soil electrical conductivity increased by 0.968～1.542 dS/m until the tasseling stage, compared with that at seedling stage, and it then fell by 4.740～5.471 dS/m at mature stage compared to that at the tasseling stage. Soil nitrate and ammonium decreased as the crop grew.Nitrogen application promoted crop growth and improved its water consumption and water use efficiency, with crop yield and water use indexes increasing with nitrogen application. There was no significant difference in grain yield between N2 and N3 (>0.05), despite the former saving 50 kg/hm2of fertilizer and increasing partial productivity of the nitrogen fertilizer to 3.4 kg/kg higher (<0.05).【】Considering the effects of nitrogen application and crop growth and yield, the most suitable nitrogen fertilization for maize production in the salinized soils in the studied region is 275 kg/hm2.

maize; yield;water use efficiency; soil electrical conductivity;nitrate nitrogen;ammonium nitrogen

S279

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021409

曹和平, 蔣靜, 翟登攀, 等. 施氮量對土壤水氮鹽分布和玉米生長及產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(6): 47-54.

CAO Heping, JIANG Jing, ZHAI Dengpan, et al. Nitrogen Fertilization Modulates Spatial Distribution of Water, Nitrogen and Salt in Soil, and Growth and Yield of Maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(6): 47-54.

1672 - 3317（2022）06 - 0047 - 08

2021-08-27

山西省土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（2019001）；山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（201901D211101）

曹和平（1997-），男，河北邢臺(tái)人。碩士研究生，主要從事土壤水氮鹽運(yùn)移等方面的研究。E-mail: 1376745099@qq.com

蔣靜（1984-），女，山東棗莊人。副教授，主要從事節(jié)水灌溉、水土資源與環(huán)境方面的研究。E-mail: jiangjing@tyut.edu.cn

責(zé)任編輯：趙宇龍