两种灌溉方式下保水剂用量对春播裸燕麦土壤氮素的影响

吴娜，胡跃高，任长忠，刘吉利

(1．宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2．中国农业大学农学与生物技术学院，北京100193；3．白城市农业科学院，吉林 白城137000；4．宁夏大学新技术应用研究开发中心，宁夏 银川 750021)

我国旱地主要采用大水漫灌或浇灌的灌溉方式。大水漫灌或浇灌很容易造成土壤板结、土壤通透性差、土壤的水肥气热不协调等问题，进而影响作物的产量与品质。与传统的灌溉方式相比，采用滴灌技术，由于其灌水质量高，减少了机械作业程序，对土壤结构破坏较小，次生盐碱化减轻，根系活动层的土壤温度、空气和水分状况进一步协调，土壤微生物活动增强，土壤肥力得以充分发挥和释放，为作物的生长提供了良好的土壤环境。

保水剂是利用强吸水性树脂或淀粉等原料制成的一种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)的新途径。它能增强土壤保水性，改良土壤结构[1]，减少水的深层渗漏[2]和土壤养分流失，提高水分、养分利用率[3-6]，防止土壤侵蚀[7-8]。

燕麦(Avenanuda)是粮饲兼用作物[9-10]，是理想的营养保健食品和特色食品。我国春燕麦90%种植在降水量不足400 mm的干旱半干旱地区，与燕麦对水分的要求极不适应。目前，有关干旱半干旱地区水分对燕麦土壤氮素的研究甚少。吉林白城地处干旱半干旱农牧交错带, 降水偏少且分布不均匀，土壤水分已成为影响当地农业生产和生态环境的主导因子。本研究旨在探讨干旱半干旱农牧交错带两种灌溉方式下保水剂用量对裸燕麦土壤氮素的影响，为当地气候条件下裸燕麦高产栽培提供科学的依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

裸燕麦白燕8号由吉林省白城市农业科学院提供，保水剂由北京汉力淼公司提供，为L型白色颗粒，其化学成分为脱钠处理的聚丙烯酸钠高吸水树脂，保水能力强，在种植裸燕麦时与细土混匀撒于种植沟中。

白城市农业科学院位于吉林省西北部、嫩江平原西部、科尔沁草原东部(44°14′～46°18′ N，121°38′～124°22′ E)，属温带大陆性季风气候，年均日照时数2919.4 h, 年均气温4.9℃, 无霜期157 d, 年均降水量407.9 mm，分布不均，秋冬雨雪少，春季降雨少。本试验中，燕麦生长期2008年4-7月内降水量为140 mm，2009年4-7月内降水量为136.8 mm。播前耕层土壤含有机质12.4 g/kg、全氮0.859 g/kg、碱解氮66.6 g/kg、有效磷14.2 mg/kg、有效钾71.8 mg/kg，土壤pH 6.86。前茬作物为燕麦。

1.2 试验设计

试验为裂区设计, 主区为灌溉处理, 设传统灌溉和滴灌2个处理，传统灌溉总灌水量为200 mm，分别于三叶期、拔节期、抽穗期和灌浆期各灌水40，40，60和60 mm; 滴灌处理总灌水量为140 mm，4个生育期依次灌水14，28，42和56 mm。副区为保水剂处理，设保水剂用量0，30，60和90 kg/hm24个处理。各处理均为3次重复，小区面积10 m×4 m=40 m2，行距30 cm。小区之间50 cm下深埋塑料进行隔离。传统灌溉采用畦灌，用水表控制灌水量；滴灌处理在行间布置滴灌管，滴头间距0.20 m，滴头距植株0.15 m，滴头流量2 L/h。播前一次性施入复合肥300 kg/hm2(纯氮、P2O5和K2O的比例为12∶20∶13)。

1.3 指标测定

土壤全氮采用凯氏定氮法测定，土壤硝态氮和铵态氮含量采用0.01 mol/L CaCl2浸提，流动分析仪(TRAACS2000)测定。

1.4 数据分析

采用SAS 8.2[11]软件进行方差分析，其他分析在Microsoft Excel中完成。

2 结果与分析

2.1 两种灌溉方式下保水剂用量对春播裸燕麦土壤全氮含量的影响

土壤全氮包括所有形式的有机和无机氮素，是土壤氮素总量和供应植物有效氮素的源和库，综合反映了土壤的氮素状况[12-13]。两种灌溉方式下保水剂用量对裸燕麦土壤全氮含量的影响如表1所示。随生育进程推进，各处理不同土层土壤全氮含量变化规律基本一致，在苗期至拔节期土壤全氮含量较低，进入抽穗开花期之后，土壤全氮含量有所增加，成熟期以后土壤全氮含量缓慢下降。

表1 两种灌溉方式下保水剂用量对土壤全氮含量的影响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分别表示滴灌和传统灌溉处理, 其后的数字表示保水剂用量(kg/hm2)。同一列中标以不同字母的值表示处理间差异显著(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，施用保水剂显著提高了土壤全氮含量，随保水剂用量的增加，裸燕麦土壤全氮含量呈先增加后减少的趋势，以施用60 kg/hm2保水剂的处理全氮含量最高。滴灌条件下，春播裸燕麦开花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层全氮含量D60处理分别比D0处理高35.21%，24.64%，12.90%，收获期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层全氮含量D60处理分别比D0处理高38.00%，46.88%，48.00%。 传统灌溉条件下，T60处理开花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层全氮含量分别比T0处理高43.06%，25.00%，36.21%，收获期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层全氮含量T60处理分别比T0处理高36.73%，21.62%，50.00%。

保水剂用量相同条件下，滴灌处理土壤全氮含量略高于传统灌溉处理，但灌溉方式间差异不显著。滴灌处理春播裸燕麦开花期0～20 cm,20～40 cm,40～60 cm土层全氮含量比传统灌溉高2.32%，4.96%，6.25%(表1)。

2.2 两种灌溉方式下保水剂用量对春播裸燕麦土壤硝态氮含量的影响

硝态氮是植物能够直接吸收利用的速效性氮，不易被土壤胶体吸附，易随水淋洗到下部土层[14]。两种灌溉方式下不同保水剂用量处理裸燕麦的土壤硝态氮含量如表2所示。土壤硝态氮的分布具有明显的空间性和季节变化。在空间分布上，土壤硝态氮含量随土层加深而降低，其中0～40 cm硝态氮含量起伏最大，而40～60 cm相对稳定。在季节分布上，各处理0～60 cm土层硝态氮含量基本上随生育期推进而降低，成熟期土壤硝态氮低于开花期和拔节期。

保水剂用量对土壤硝态氮含量有较大影响，施用保水剂显著提高了0～40 cm土层的土壤硝态氮含量，以施用60 kg/hm2保水剂处理的硝态氮含量最高。滴灌方式下春播裸燕麦开花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层硝态氮含量D60处理分别比D0处理高22.69%，22.63%，31.92%。

从表2中还可以看出，相同保水剂用量条件下，滴灌处理的土壤硝态氮含量高于传统灌溉处理，开花期土壤各层硝态氮含量灌溉方式处理间差异显著，其他时期差异不显著。春播裸燕麦开花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层硝态氮含量，滴灌处理分别比传统灌溉处理高19.65%，14.27%，23.87%。

表2 两种灌溉方式下保水剂用量对土壤硝态氮含量的影响 Table 2 Effect of super absorbent polymer application rate on soil NO3--N concentration in two irrigation systems mg/kg

2.3 两种灌溉方式下保水剂用量对春播裸燕麦土壤氨态氮含量的影响

两种灌溉方式下不同保水剂用量处理裸燕麦的土壤铵态氮含量如表3所示。施用保水剂显著提高了土壤铵态氮含量，随保水剂用量的增加，土壤铵态氮含量呈先增加后减少的趋势，以施用60 kg/hm2保水剂的处理铵态氮含量最高。滴灌方式下，春播开花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层铵态氮含量D60处理分别比D0处理高14.12%，21.43%，8.18%，收获期0～20 cm，20～40 cm,40～60 cm土层铵态氮含量D60处理分别比D0高15.05%，16.27%，26.83%。传统灌溉条件下，开花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层铵态氮含量T60处理分别比T0处理高21.88%，18.44%，24.03%，收获期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层铵态氮含量T60处理分别比T0处理高18.67%，38.46%，23.20%。

相同保水剂用量条件下，滴灌处理的土壤铵态氮含量高于传统灌溉处理。春播裸燕麦开花期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层铵态氮含量，滴灌处理分别比传统灌溉处理高2.71%，10.95%，13.59%，收获期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土层铵态氮含量，滴灌分别比传统灌溉高19.01%，34.21%，2.58%(表3)。

表3 两种灌溉方式下保水剂用量对土壤铵态氮含量的影响 Table 3 Effect of super absorbent polymer application rate on soil NH4+-N concentration in two irrigation systems mg/kg

3 讨论

3.1 灌溉方式与灌水量对土壤氮素的影响

土壤氮素的淋失与灌溉方式和土壤水分含量有关[15]，不合理的灌溉会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]。滴灌作为一种先进的灌水技术，不仅可以精确地控制灌溉水量，而且可以进行施肥灌溉，既保证作物可以获得必要的养分，又可以避免养分的淋失[19]。本试验结果表明，灌溉方式和灌水量是影响0～60 cm土壤中硝态氮和铵态氮含量变化的主要因素，滴灌条件下土壤硝态氮和铵态氮含量高于传统灌溉。

水分亏缺不利于土壤中氮素的矿化，水分过多则加速了硝态氮和铵态氮的运移，两者都不利于氮素在土壤中的滞留和被吸收[20-22]。姬兴杰等[23]，党亚爱等[24]研究结果表明：土壤氮素主要集中分布在0～40 cm土层，而燕麦植株氮素的吸收也主要集中在该土层。传统灌溉造成土壤无机氮向下淋洗，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；适当灌溉定额的滴灌能够提高0～60 cm氮素含量，有利于裸燕麦根系对氮素的吸收利用，从而提高产量。

姬景红等[25]研究结果表明：灌水方法不同，灌水量不同，致使土壤有机质及不同形态有机氮含量各异，并对土壤的供肥、保肥能力产生一定影响。与沟灌相比，滴灌和渗灌处理易分解的氨基酸态氮、氨态氮、氨基糖态氮占全氮的比例较高，尤以滴灌效果最佳。本试验结果表明，相同保水剂用量条件下，滴灌处理的土壤全氮、硝态氮、铵态氮含量均高于传统灌溉处理，这与姬景红等[25]的研究结果相一致。

3.2 保水剂施用量对土壤氮素的影响

保水剂能为作物提供适宜的水分条件和氮素营养条件。孟志伟等[26]试验研究表明：施用保水剂后土壤中氮素养分增加，硝态氮比常规肥料处理淋失较少。本研究结果表明，施用保水剂处理硝态氮含量显著高于不施保水剂处理，这与孟志伟等[26]的研究结果相一致。

黄占斌等[27]试验研究表明：保水剂对土壤团聚体结构形成有促进作用，特别是对土壤中0.5～5.0 mm粒径的团粒结构形成最显著。同时发现，随土壤中保水剂含量的增加，土壤胶结形成团聚体多以大于1 mm的大团聚体状态出现，这些大团聚体对稳定土壤结构，改善土壤通透性，防止表土结皮，减少土面蒸发有较好作用。杜社妮等[28]研究表明：在一定范围内土壤氮素含量与保水剂用量也是呈二次相关关系，在适当的保水剂用量时才能获得较好的保肥效果。本研究结果表明，施用保水剂显著提高了土壤氮素含量，随保水剂用量的增加，裸燕麦土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量均呈先增加后减少的趋势，以施用60 kg/hm2保水剂的处理全氮含量最高。这与黄占斌等[27]、杜社妮等[28]的研究结果相一致。

本文初步研究发现，施用保水剂处理相比未施用保水剂处理土壤全氮含量高，主要原因有：1)硝态氮水溶性好，很容易随水下渗到根区以外损失，施用保水剂后能够一定程度控制水分的快速下渗，同时起到矿质氮在土壤中的保存作用。2)土壤中矿质氮在自然环境中会氨化，释放到空气中，造成氮含量降低，施用保水剂后保水剂将氮和水聚集在一起，形成保护膜，防止氨化释放。这与黄占斌等[27]的研究结果相一致。

4 结论

随保水剂用量的增加，裸燕麦土壤全氮、硝态氮、铵态氮含量呈先增加后减少的趋势，以施用60 kg/hm2保水剂的处理全氮、硝态氮、铵态氮含量最高。相同保水剂用量条件下，滴灌处理的土壤全氮、硝态氮、铵态氮含量均高于传统灌溉处理。