不同渗灌模式对青贮玉米苗期土壤养分变化的影响

2022-05-13刘震闫旭东黄伟黄素芳赵忠祥曹平平郭志顶王秀领生振红徐玉鹏

江苏农业科学 2022年8期

刘震闫旭东黄伟黄素芳赵忠祥曹平平郭志顶王秀领生振红徐玉鹏

摘要：以作物渗灌试验区土壤为研究对象，通过测定不同空间土壤养分，研究不同渗灌次数对青贮玉米苗期不同位置土壤化学性质的影响。结果表明，0～20、20～40 cm渗灌土壤中（不含CK）pH值最高值均出现在L0处，与CK相比，pH值分别提高了6.29%和10.28%;最低值均出现在L1/2处，较CK值分别提高了0.67%和0.40%。W2和W3显著提高了不同土壤空间位置的pH值。随着渗灌次数的增加，不同深度及位置的土壤有机质含量呈现先升高后降低的趋势。W2处理显著提高了不同位置土壤的有机质含量。不同渗灌次数及不同深度的渗灌中速效氮含量L1/2显著高于L0及L1/4，最大值均出现在L1/2-W1处理中，较CK分别提高了98.52%和82.72%;不同渗灌次数及不同深度的渗灌中速效磷均随渗灌次数的增加而降低，各处理土壤速效磷含量多显著低于CK（P<0.05）;速效钾含量随渗灌次数增加呈现递增趋势，0～20、20～40 cm土壤中峰值均出现在L1/2处，较CK处理分别增加了34.14%和10.19%。总体来说，青贮玉米苗期渗灌2次较好，可以提高土壤有机质及速效氮等养分的含量，有助于青贮玉米幼苗的早期发育。

关键词：渗灌;青贮玉米;土壤养分;氮磷钾;有机质

中图分类号：S158;S513.07 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）08-0228-06

我国是资源大国，也是农业大国，水资源占世界总量的9%，而人均水资源占有量却仅为 2 800 m3，相当于世界平均水平的1/4，其中农业用水占有很大比重，目前达70%以上，其中农田灌溉用水量占农业用水量的 90%～95%。农业灌溉缺口每年平均约为 300亿m3。随着我国水资源矛盾日益突出，农田用水浪费现象依然十分严重，因此如何合理利用我国目前现有水资源已经成为了我国面临的严峻问题[1]。

渗灌是一种不同滴灌和喷灌的新型灌溉技术，它是指将灌溉水通过渗灌管以渗透方式进入土壤中，通过土壤颗粒的吸水作用向四周土壤扩散，实现对作物的灌溉[2]，目前已经成功应用于温室蔬菜、树木和瓜果等经济作物领域[3-7] 。现阶段多数报道主要集中于渗灌对土壤理化性质的影响，韦彦等研究表明，滲灌减少了土壤深层渗漏及表面水分蒸发并减少硝态氮的淋洗量，水分利用率较普通灌溉提高了68.7%[8]。李文等也通过对不同灌溉方式的研究发现，渗灌可以降低土壤CO2排放通量，提高土壤表层的土壤总有机碳含量[9-10]。也有研究表明渗灌措施对土壤腐殖质及土壤养分会产生一定影响[6，11]。但目前对于华北地区渗灌技术对于土壤不同渗灌位置的养分影响的报道较少。

因此，本试验以华北地区渗灌土壤为研究对象，在青贮玉米苗期进行不同次数渗灌，测定不同处理各层次的土壤pH值、有机质及速效养分的含量，以期初步了解渗灌对青贮玉米苗期不同渗灌深度及位置的土壤养分变化情况，为确定适宜华北地区的渗灌模式提供理论依据及数据支撑，同时也为推广渗灌技术、减少水资源承载压力、发展生态农业提供了解决办法。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年6—7月在河北省沧州市农林科学院东光试验基地（116°32′24″ E，37°53′24″ N）内进行。该地区年均温13 ℃，≥10 ℃积温 4 349 ℃，年总降水量为400～600 mm，其中，80%降水量集中在每年的7—9月。

1.2 试验方法

渗灌管采用沧州银龙塑业有限公司生产的聚乙烯（PE）管，播种前铺设。2条渗灌管间距 0.8 m，埋深 0.4 m。试验小区长15 m，宽25 m，各小区渗灌管与供水主管道连接处设有闸阀，可控制各小区渗灌管的闭合。试验共分4个处理，分别为渗灌0次（W0，对照）、1次（W1）、2次（W2）及3次（W3）。播种当日渗灌后每10 d渗灌1次，每次渗灌量为 28 m3（750 m3/hm2），利用管道首端流量计控制灌溉量。每个处理设3次重复，共12个小区，各小区设立5 m宽间隔道，防止采样点水分及养分过度互移。试验采用河南农业科学院粮食作物研究所选育的玉米品种金岭青贮10，底施专用复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为22%、15%、5%） 600 kg/hm2，播种密度为75 000株/hm2，0.6 m等行距机播，播种日期为2019年6月10日。

各试验处理按照渗灌管道上方（以下简称L0）、渗灌管1/4（2条渗灌管水平距离1/4处，以下简称L1/4）和渗灌管1/2（2条渗灌管水平距离1/2处，以下简称L1/2）设置取样点，取样深度分别为0～20、20～40 cm。各小区设3个采样点，每个采样点同一层土样取3份混合为1份待测样品带回室内进行土壤养分测定。渗灌日期分别为2019年6月11日（W0、W1）、6月21日（W2）和7月2日（W3）。

1.3 测定项目及方法

pH值采用水土比2.5 mL ∶1 g，pH计测定。速效氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷含量采用 NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用 CH3COONH4-火焰光度计法测定。

1.4 数据处理

采用SPSS 26.0进行试验数据统计分析，SigmaPlot 14.0进行试验数据图表绘制。

2 结果与分析

2.1 不同渗灌次数对土壤pH值的影响

由图1所示，随着渗灌次数的增加，土壤pH值总体呈增长趋势。0～20 cm土层，W2和W3处理pH值显著高于对照（P<0.05）。其中，pH值最高为7.94，出现在W3处理中，同此位置W0相比，pH值升高了0.47，增加幅度为6.29%;W1处理也可提高土壤pH值，L0、L1/4和L1/2分别提高了3.53%、3.84%和0.58%;除L1/2位置外，W1与W0均差异显著。20～40 cm土层规律同0～20 cm土层相似，与W0相比，W2和W3处理显著提高了不同位置的pH值，最高值8.26出现在W3中，同此位置的W0相比，pH值升高了0.77，增加幅度为10.28%。L1/2位置W1处理pH值比W0增加了0.03，提高幅度为0.40%，但差异不显著。

由此可知，pH值随水平距离增加呈逐渐降低的趋势，最大值均出现在L0处，最小值均出现于L1/2处;W2和W3处理可以显著增加土层不同水平位置及深度的pH值。

2.2 不同渗灌次数对土壤速效氮含量的影响

如图2中所示，0～20 cm 土层L1/4、L1/2位置不同渗灌次数速效氮含量与CK间均差异显著。L0处速效氮含量随渗灌次数的增加呈现逐渐降低的趋势;L1/4处处理组速效氮含量显著高于W0，但W1和W2处理间差异未达显著水平;L1/2处处理组速效氮含量随灌溉次数的增加呈先下降后上升的趋势。L1/4 和L1/2中，不同渗灌次数土壤速效氮含量显著高于W0，L1/2-W1处理速效氮含量最高，达到175.37 mg/kg，显著高于W0，增加幅度为98.52%，L0-W3处理速效氮含量最低，为64.03 mg/kg，同W0相比，降低了28.42%。20～40 cm土层中随着灌溉次数的增加，L0处速效氮含量逐渐减少，L1/4处速效氮含量呈现先降低后增高的趋势，但除L1/4-W3外，W1、W2与W0均未达显著水平;L1/2处速效氮含量也呈现逐步降低的趋势。L0处处理组速效氮含量均显著低于W0，W1、W2、W3分别下降了14.49%、15.87%和34.95%，速效氮含量最低值L0-W3，为 67.03 mg/kg。速效氮含量最高值为178.72 mg/kg，为L1/2-W1处理，同W0相比增加了82.72%。

2.3 不同渗灌次数对土壤速效磷含量的影响

从图3可以看出，0～20 cm土层中，不同位置速效磷含量均随渗灌次数的增加而降低，各处理土壤速效磷含量显著低于W0。L0中W1、W2、W3同W0相比降低分别降低了14.60%、20.08%和66.10%，L1/4中分别降低了12.56%、52.58%和64.77%，L1/2中分别降低了25.80%、57.84%和61.64%。其中最低值为6.13 mg/kg，出现在L0-W3中。20～40 cm土层中速效磷含量变化规律同 0～20 cm土层相似，均随渗灌次数的增加而逐渐降低，各处理速效磷含量显著低于W0（L0-W1、L1/2-W1除外），L0-W1速效磷含量同W0相比略有增加，但未达显著水平。速效磷含量最低值为 8.15 mg/kg，出现在L1/4-W3，比W0降低了56.39%。

2.4 不同渗灌次数对土壤速效钾含量的影响

如图4所示，0～20 cm土层中，各位置速效钾含量随渗灌次数的增加呈递增趋势;W1处理速效钾含量在L0显著低于CK（P<0.05），在L1/4、L1/2与W0差异不显著;W2处理速效钾含量在L1/4、L1/2显著高于W0，L0位置与W0差异不显著，W3处理在各位置均显著高于CK（P<0.05）;土壤速效钾最高值为216.44 mg/kg，出现在L1/2-W3处理，同W0相比，提高了34.14%。20～40 cm土层中，随着灌溉次数的增加速效钾含量均呈现先升高再降低的趋势。其中峰值为228.07 mg/kg，位于L1/2-W2处，比W0提高10.19%。最低值位于L1/4-W1处，含量为153.40 mg/kg，较CK降低了24.76%。

2.5 不同渗灌位置及灌溉次数对土壤养分的影响

从表1中可以看出，渗灌位置（L）及灌溉次数（W）均会对不同土层的pH值、速效氮、速效磷、速效钾等养分含量产生显著影响，且二者之间除对 0～20 cm土壤中 pH值影响不显著外，土壤中各项养分指标均受到渗灌位置和灌溉次数间交互作用的影响。

为了探明不同渗灌位置及次数对土壤养分的影响，进一步分析渗灌位置（L）和渗灌次数（W）的交互作用。

由表2和表3可以看出，在相同渗灌次数下，0～20、20～40 cm土壤中速效氮和速效钾含量在多数情况随距渗灌位置的增加而增加，速效磷含量受距离影响较小，pH值随水平距离的增加而减少。

3 结论与讨论

地下渗灌目前广泛应用于设施蔬菜等经济作物中[4，12-14]。在满足植物生理生长需求的条件下，可以将普通灌溉转变为直接作用于作物根系的灌溉，从而使水分直接在土壤中向四周运移[15]，減少水分在地表蒸发量。同时，研究表明水分运移过程也会对土壤养分产生一定的影响，渗灌可以提高土壤表层有机质含量及阳离子交换量[16]。也有研究表明，不同灌溉方式会对土壤中N2O排放产生影响，由于渗灌没有给微生物提供充足的反应底物，降低了硝化及反硝化作用，抑制了土壤中N2O排放[17-25]。本试验结果表明，地下渗灌水平方向上来讲，0～40 cm土壤内pH值随距离渗水管的增加而降低，且不同水平距离上，W2处理的pH值显著高于W0（P<0.05）。说明渗灌的水平距离同土壤pH之间存在一定的关系。而不同渗灌次数及渗灌位置也会对土壤中有机质及速效养分含量产生一定影响。在不同渗灌次数及深度的土壤中，有机质含量呈现出先降低再升高最后再降低的趋势，同对照相比，有机质含量的峰值均出现在W2处，说明W2可以显著提高不同渗灌位置的土壤有机质含量。以L0为中心点，速效氮含量随着渗灌水平距离的增加而增加，最大值均出现在W2处理的L1/2处。随着渗灌次数的增加，不同位置的0～40 cm土壤中速效磷含量呈现下降的趋势，速效钾含量呈现上升趋势。综合以上试验结果，不同距离及深度pH值随渗灌管距的增加而减少，且W2处理可以显著提高土壤有机质含量，速效氮、速效磷及速效钾等含量同其他处理中养分峰值差异不显著，因此，推荐在青贮玉米苗期进行2次渗灌，有助于青贮玉米苗期生长。

本试验仅针对土壤不同空间位置土壤化学性质进行了研究，对于渗灌过程中水肥耦合现象及渗灌时期土壤养分作用机制研究较浅，还须结合室内模拟试验进一步研究，以求在节水的同时减少肥料投入，从而达到发展生态农业的目的。

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