北疆滴灌小麦一年两作农田土壤养分动态变化研究

侯振安，刘小玉，龚江，冶军

（石河子大学农学院资源与环境科学系，石河子832003）

滴灌技术推动了小麦的优质高产［1－2］，同时也使得“一年两作制”种植模式在新疆北疆地区有了良好的发展潜力，尤其是小麦－复播作物的轮作方式具有广阔的应用前景［3－4］。目前滴灌小麦－复播作物（大豆、油葵、加工番茄）在北疆地区已经有了一定面积的推广应用，也总结出了适用于本地区的复播作物高产栽培技术［5－8］。部分学者也针对复播作物的光和特性、干物质积累动态、灌溉施肥技术等方面开展了一些研究［9－11］。但是，由于缺乏对新疆北疆地区滴灌小麦和复播作物生长季内土壤养分动态变化和养分管理方面的研究，目前，大多数地区滴灌小麦－复播作物的养分管理和施肥技术措施还是主要参照或照搬单一作物种植生产的施肥管理模式。由于作物的轮换方式不同，各种作物自身的生物学特性和营养特点的差异，不同作物茬口对土壤肥力有不同的影响，所以养分的需求数量和比例均不同［12－13］。这就必须根据作物的不同种植制度，制定相应的轮作施肥制度，以确保作物稳产高产和养分资源高效利用［14－15］。

因此，本文研究探讨北疆滴灌小麦－复播农田前茬作物及复播作物生长季内养分的土壤动态变化，并提出相应的施肥对策，旨在为北疆地区“一年两作”种植模式的发展提供指导依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域设在新疆兵团农七师125团，位于新疆维吾尔自治区乌苏县境内，准噶尔盆地西南边缘，地理坐标44°30′～44°53′N，84°15′～84°37′E。该团场地处奎屯河及四棵树的山前冲积扇下部的山前平原，地势南高北低，地面坡降2‰～3‰，海拔390～300 m。光、热、水资源丰富，全年平均气温6.5℃，≥10℃活动积温3622℃，全年日照时数2620 h，无霜期164 d，年降水量平均160.9 mm，年蒸量发平均1771 mm。土地总面积460 km2，可耕地2.87×104hm2，现有耕地面积1.20×104hm2，主要农作物为棉花。

1.2 试验设计

在125团选择具有代表性的滴灌小麦复播农田作为监测条田，土壤肥力中等，灌溉方式为滴灌，毛管滴头流量为2.1 L／h，毛管间距为72 cm等间距。复播种植方式分别为滴灌小麦复播加工番茄（W－T）和滴灌小麦复播油葵（W－S），灌水、施肥及其它农田管理措施为当地滴灌小麦复播农田普遍采用的一般管理措施。供试农田复播类型及土壤基础理化性状见表1。

表1 复播类型及土壤基础理化性状Tab.1 Multiple cropping types and soil physical and chemical characteristics

3个试验处理前作均为，品种奎冬5号，冬小麦2009年9月12－20日播种，2010年4月10－15日返青，7月初收获；基肥（尿素75 kg／hm2和磷酸二铵150 kg／hm2）在冬小麦播种前施用，小麦春季返青后追肥4次（尿素375 kg／hm2），分别在返青拔节期（追肥1次，尿素90 kg／hm2）、抽穗扬花期（追肥2次，每次尿素120 kg／hm2）和灌浆期（追肥1次，尿素45 kg／hm2）进行。

复播作物油葵品种为新葵杂5号，于2010年7月8－10日播种，采用免耕露地播种方式，行距为36 cm等行距，株距为15 cm，播种后滴水出苗，油葵生长期间追肥3次（尿素225 kg／hm2和磷酸二氢钾90 kg／hm2），分别在蕾期（尿素105 kg／hm2和磷酸二氢钾30 kg／hm2）、开花期（尿素75 kg／hm2和磷酸二氢钾30 kg／hm2）和灌浆期（尿素45 kg／hm2和磷酸二氢钾30 kg／hm2）进行，10月5－10日收获。

复播作物加工番茄，品种为屯河系列，种植采用穴盘育苗移栽技术，5月中旬播种育苗，7月初移栽定植，定植后立即滴水，全生育期追肥3次（尿素225 kg／hm2和磷酸二氢钾90 kg／hm2），分别在坐果期（追肥2次，第1次追施尿素105 kg／hm2和磷酸二氢钾30 kg／hm2；第2次追施尿素75 kg／hm2和磷酸二氢钾30 kg／hm2）和盛果期（尿素45 kg／hm2和磷酸二氢钾30 kg／hm2））进行，10月初采收。

1.3 样品采集与分析

在小麦和复播作物油葵、加工番茄的不同生长阶段采集土壤样品，共采样11次。每块条田每次采集3个混合土样，每个混合土样由5个采样点构成，每个样点分0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 5个层次取土样。

土壤自然风干碾碎过筛后，测定土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量。碱解氮测定采用碱解扩散法，速效磷采用碳酸氢钠浸提－钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提－火焰光度法［16］。

2 结果与分析

2.1 土壤碱解氮含量的动态变化

2.1.1土壤0～100 cm碱解氮平均含量

滴灌小麦复播农田0～100 cm土壤碱解氮平均含量的动态变化见图1。

由图1可知：

（1）小麦复播加工番茄和小麦复播向日葵土壤碱解氮含量的变化趋势基本一致。小麦生长期土壤碱解氮含量整体呈“M”型的变化趋势（包括冬前），返青拔节期由于施肥和温度上升使土壤碱解氮保持在较高含量水平，挑旗期（5月19日）以后有所下降，抽穗期（6月5日）开始迅速增加，直至灌浆后期（6月20日）达到最大值，随后逐渐降低，收获后（7月7日）降至最低。此结果与前人［17］的研究结果基本一致。

（2）复播作物加工番茄在生长前期（7月26日前）土壤碱解氮含量较低，坐果初期（8月7日）达到第1个高峰，随后开始下降，至盛果期（9月11）达到第2个高峰，成熟期（10月6日）明显降低。复播油葵生长期间同样是前期的土壤碱解氮含量较低，在现蕾期达到第1个高峰（8月7日），随后开始下降，至盛花期（9月11）达到第2个高峰，成熟期（10月6日）降低最低。

（3）2种滴灌小麦复播方式下，小麦生长季土壤碱解氮含量至收获后与播种前的初始碱解氮含量差异不大，表明小麦生长季内土壤氮素供应基本维持平衡。小麦复播油葵处理 W－S1和 W－S2油葵成熟期的土壤碱解氮含量较油葵播种前降低明显，分别减少了38.16%和21.18%。小麦复播加工番茄（W－T）处理加工番茄成熟期的土壤碱解氮含量较移栽定植前（小麦收获后）有所降低，但降低幅度相对较小，为10.83%。这表明复播作物生长季土壤氮素供应存在明显的亏缺，尤其是复播油葵的土壤氮素亏缺尤为明显。

图1 滴灌小麦复播农田0－100cm土壤碱解氮平均含量的动态变化Fig.1 Dynamic changes of available nitrogen content in soil

2.1.2不同深度土壤碱解氮含量

滴灌小麦复播农田不同深度土层碱解氮含量的动态变化见图2。

图2 不同深度土壤碱解氮含量的动态变化Fig.2 Dynamic changes of available nitrogen content in different soil depths

由图2可知：

（1）总体上在滴灌小麦和复播作物（加工番茄、油葵）的整个生长期间，各深度土层土壤碱解氮的变化趋势基本相似，0～60 cm土壤碱解氮含量变化较大，60 cm以下土壤碱解氮含量相对稳定，波动较小。主要是因为滴灌条件下水分主要分布在0～60 cm土层，作物根系和施入的肥料养分也主要分布在这一层次，导致0～60 cm土壤速效养分含量的变化也最为剧烈。

（2）小麦复播加工番茄农田（W－T），小麦生长期土壤碱解氮0～60 cm的变异系数（C.V）分别8.24%～10.94%。加工番茄生长期土壤碱解氮相应土层的变异系数明显高于小麦生长期，为12.64%～15.32%。此外，加工番茄长期土壤碱解氮60～100 cm的变异系数（9.16%～9.62%）也高于小麦生长期（4.84%～5.65%）。小麦复播油葵（W－S1、W－S2），小麦生长期间土壤碱解氮0～60cm的变异系数分别为9.66%～19.21%（W－S1）和7.03%～16.20%（W－S2）。油葵生长期间相应土层碱解氮含量的变异系数分别为18.21%～22.81%（W－S1）和13.64%～19.95%（W－S2）。60～100 cm 土壤碱解氮的波动情况表现为小麦生长期间的变异系数分别为7.09%～11.04%（W－S1）和7.48%～8.63%（W－S2）；而油葵生长期间的变异系数分别为10.29%～13.58%（W－S1）和9.51%～12.42%（WS2）。表明复播作物生长季土壤碱解氮含量波动幅度明显高于滴灌小麦生长季，尤其是0～60 cm土壤碱解氮含量波动较大，受作物生长和施肥的影响强烈。

（3）值得注意的是小麦收获后（7月7日）至复播作物（加工番茄、油葵）第1次追施氮肥前（7月29日），土壤碱解氮含量有一定程度的下降，尤其是0～20 cm土壤碱解氮含量的降低幅度较大。一方面是由于复播作物生长前期根系分布较浅，主要在0～20 cm，因此对0～20 cm土层养分的吸收强度较大；其次可能也与小麦收后麦茬主要分布在土壤表层，其在腐解过程中也消耗了一部分土壤速效氮有关；此外，小麦收获过程中部分小麦籽粒散落于土表，复播作物生长前期又新长出部分小麦幼苗，也吸收了部分土壤氮素。

2.2 土壤速效磷含量的动态变化

滴灌小麦复播作物农田不同深度土壤速效磷含量的动态变化见图3。

由图3可见：

（1）总体来看，滴灌小麦复播作物农田0～40 cm土壤速效磷含量变化较大，60～100 cm土壤速效磷含量较低，且变化较为平稳。小麦生长季内土壤速效磷含量自五月中旬以后呈现缓慢降低趋势，灌浆后期（6月20日）逐渐趋于平稳，小麦收获后0～20 cm土壤速效磷含量较播种前的初始速效磷含量有明显下降。表明小麦生长季的磷肥供应不足，土壤磷素供应出现亏缺，土壤速效磷含量有所降低。复播作物（加工番茄、油葵）生长季土壤速效磷含量的波动较大，尤其是0～40 cm土壤，主要是由于磷肥的施用引起。与土壤碱解氮的变化趋势相似，加工番茄和油葵生长季土壤速效磷含量也出现了两个高峰，即8月7日（加工番茄坐果初期和油葵现蕾期）和9月11日（加工番茄盛果期和油葵盛花期），随后土壤速效磷含量有所下降，至成熟期0～20 cm土壤速效磷含量与加工番茄移栽前或油葵播种前（小麦收获后）略有增加，但差异不大。表明复播作物生长季土壤磷素供应基本保持平衡。但是值得注意的是复播油葵处理（W－S1、W－S2）土壤20～40 cm土壤速效磷含量在生长后期下降较为明显，说明油葵生长后期对20～40 cm土壤磷素有较大的吸收量。

（2）与土壤碱解氮含量不同，小麦收获后（7月7日）至复播作物（加工番茄、油葵）第1次滴施磷肥前（7月29日），土壤速效磷含量的变化不大，基本保持稳定。

图3 不同深度土壤速效磷含量的动态变化Fig.3 Dynamic changes of available phosphorus content in different soil depths

2.3 土壤速效钾含量的动态变化

滴灌小麦复播作物农田不同深度土壤速效钾含量的动态变化见图4。由图4可知：

（1）滴灌小麦复播作物农田0～40 cm土壤速效钾含量变化较大，40 cm以下土壤速效钾含量较低，且变化较为平稳。小麦生长季内土壤速效钾含量变化较小，自5月中旬至收获后土壤速效钾含量基本保持稳定。表明小麦生长季土壤钾素供应基本维持平衡。

（2）复播加工番茄生长期间土壤速效钾含量在坐果初期（8月7日）达到高峰，随后迅速降低，随后基本趋于稳定，盛果期后略有上升。说明复播加工番茄坐果期是钾素吸收的高峰期，盛果期后钾吸收量逐渐减少。复播加工番茄成熟期0～40 cm土壤速效钾含量与加工番茄移栽定植前（小麦收获后）差异不大，表明加工番茄生长季土壤钾素供应基本维持平衡。

（3）复播油葵生长期间土壤速效钾含量在坐果初期（8月7日）达到高峰，随后逐渐降低，至成熟期达到最低。说明油葵生长中、后期对钾素均有较大的吸收量，尤其是盛花期前后对钾的吸收量最大，是钾素吸收的高峰期。复播加工番茄成熟期0～40 cm土壤速效钾含量与加工番茄移栽定植前（小麦收获后）相比明显降低，0～20和0～40 cm土壤速效钾含量分别降低了14.17%和27.88%。表明油葵生长季钾肥的施用不足，土壤钾素供应出现亏缺，土壤速效钾含量明显下降。

（4）与土壤速效磷含量的变化相似，复播油葵生长后期土壤20～40 cm土壤速效钾含量下降较为明显，说明油葵生长后期对20～40 cm土壤磷素有较大的吸收量。

图4 不同深度土壤速效钾含量的动态变化Fig.4 Dynamic changes of available potassium content in different soil depths

3 讨论

土壤速效养分含量是评价土壤供肥能力的主要指标，体现着农田土壤养分的转化能力和施肥与管理水平等，农田土壤养分的动态变化规律是科学施肥的重要依据［17］。本研究表明滴灌小麦复播农田在小麦生长季内土壤氮素供应基本维持平衡，但是小麦挑旗期后土壤碱解氮含量有一定程度下降，说明这一时期是小麦氮素吸收高峰期，应加强氮素的供应［18］，否则不利于小麦幼穗发育。土壤速效磷含量总体呈现下降趋势，尤其在返青拔节后下降明显，到成熟期时土壤速效磷含量达到最低，这与李瑞梅等［18］和姜孟辉等［19］的研究结果基本一致；说明小麦生长季土壤磷素供应出现明显亏缺，应加强小麦生长季磷肥的投入，尤其要注意小麦抽穗扬花期的磷肥投入。土壤速效钾含量在小麦生长季较为稳定，基本维持平衡，因此可以不考虑钾肥的投入。

在小麦收获后至复播作物生育期追肥前，土壤速效磷和速效钾含量基本维持稳定，但土壤碱解氮含量却明显降低。因此在小麦成熟期至复播作物生育期追肥前应考虑投入一定量的氮肥，以满足复播作物生长前期的氮素需求，促苗早发，避免小麦残差腐解和新生麦苗耗氮导致复播作物苗期氮素供应不足。有研究表明免耕对土壤微生物数量和生物量影响较大，表层土壤微生物量碳、氮含量显著高于传统耕作方式［20］。为弥补复播作物生长前期氮素供应不足，可采用在复播作物滴水出苗时补施肥料，但这一时期氮肥的用量不宜过大，否则会影响复播作物种子萌发。除此之外，还可以考虑在小麦黄熟期适量滴水补充氮肥，需要控制灌水量，以不影响正常收获为宜。

复播作物（加工番茄、油葵）生长季土壤碱解氮含量均有所降低，土壤氮素供应出现了明显亏缺，尤其是在复播作物生长中后期。可能主要是为了防止后期氮素投入过大导致复播作物成熟期推迟影响产量，所以氮肥的施用时期往往提前。尽管如此，从复播加工番茄和油葵农田土壤碱解氮的变化情况看，8月7日－8月28日期间土壤碱解氮含量的降低幅度很大，说明这一时期是复播作物氮素吸收量比较大的时期，应加强这一时期的氮肥管理，适当增加氮肥投入。复播加工番茄土壤速效磷和速效钾含量与初始水平相差不大，基本维持平衡，但坐果期是复播加工番茄钾素吸收的高峰期，应强化这一时期的钾素管理。复播油葵土壤速效磷含量基本保持平衡，但速效钾含量明显降低，土壤钾素供应有明显亏缺。因此要加大复播油葵开花期的钾肥投入，尤其是盛花期前后。此外，复播油葵对于土壤20～40 cm速效磷和速效钾的吸收量较大，要注意适当增加磷、钾肥的施用深度。

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