不同灌水和施氮处理对燕麦产量、耗水特性和土壤盐分的影响

邵志远，蒋静，张毅，张超波

不同灌水和施氮处理对燕麦产量、耗水特性和土壤盐分的影响

邵志远1，蒋静1*，张毅2，张超波1

（1.太原理工大学，太原 030024；2.侯马市凤城乡人民政府，山西 临汾 041000）

【目的】揭示盐碱地区不同灌水和施氮处理对燕麦耗水特性、产量及土壤盐分的影响。【方法】以坝莜18号裸燕麦为研究对象，开展盆栽试验，试验设W1（120%）和W2（100%）2个灌水水平，N0（0）、N1（70 kg/hm2）、N2（140 kg/hm2）、N3（210 kg/hm2）4个施氮水平，探究不同灌水和施氮处理下的燕麦产量、耗水特性和土壤盐分的响应。【结果】W1灌水水平与N2施氮水平可显著（<0.05）提高燕麦的耗水量与产量，同时水分利用效率随之增大。增施氮肥会导致土壤盐分增加；W1灌水水平更有利于淋洗土壤中的盐分，降低土壤盐分累积风险。N2处理的氮肥农学利用效率和燕麦产量最大，分别为2.9 kg/kg和1 079.0 kg/hm2。【结论】灌水量和施氮量为120%和140 kg/hm2时，土壤含水率和电导率分别保持在22.02%～23.39%和2.24～3.03 dS/m，既能提高水氮利用效率，又能取得较佳的燕麦产量。

水氮调控；燕麦；耗水特性；产量；土壤盐分

0 引言

【研究意义】全球盐碱土面积约9.55亿hm2，约占陆地总面积的10%[1]。盐碱土的含盐量远高于正常土壤，使得土壤溶液的水势降低，土壤渗透压提高，导致作物根系吸水困难，抑制作物正常生长，甚至会导致作物脱水死亡[2]。因此，优化盐碱地区作物生产的水氮管理模式，提高土壤盐渍化条件下燕麦产量及水氮利用效率，对盐碱地区作物生产至关重要。【研究进展】灌水和施肥是农业生产过程中较易控制的2个因素，目前有众多研究成果已证实，合理的灌水和施肥模式对提高作物产量和防止土壤盐渍化将起到极其重要的作用[3-5]。研究表明，随施氮量的增加，小麦籽粒产量先升后降，施用适量氮肥能促进小麦生长并提高其产量[6]，同时灌水量过高或过低也会对小麦生长及产量产生不利影响[7]。刘青林等[8]研究表明，植株耗水强度随灌水量的增加而增加，但施氮对植株耗水强度的影响不显著。李武超等[9]通过冬小麦水氮耦合试验指出，耗水量存在随土壤含水率和施氮量的增加而增大的趋势；减少灌水量与氮肥施用量能有效降低水分消耗，提高水分利用效率。土壤盐分随施氮量的增加而显著增加[10]；张明杰[11]研究表明，在轻度盐碱条件下，适量增加灌水量和增施氮肥可以达到降低土壤盐分且提高小麦产量的目的。【切入点】国内外学者针对施肥、灌水管理和作物水分利用效率等方面做了大量研究[12-14]。但在盐渍化条件下不同灌水量和施氮量对作物阶段性耗水、产量和土壤盐分的影响机制有待进一步研究。【拟解决的关键问题】鉴于此，本研究拟通过盆栽试验，研究不同水氮调控方案对盐渍化土壤的盐分变化和燕麦产量及耗水的影响，以寻找土壤盐渍化条件下燕麦种植较优的水氮耦合模式。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2019年4—8月在太原理工大学试验基地（112°50′E、39°20′N）进行，试验地海拔785 m，年均降水量为459 mm[15]，生育期平均气温为22.4 ℃，最高气温为34.2 ℃，平均相对湿度为49.9%，试验期间日最高气温为27.4 ℃。试验区内土壤为砂壤土，0～40 cm土层的土壤体积质量为1.40 g/cm3，含盐量为1.982～2.341 g/kg，田间持水率为32%（体积含水率）。各土层的土壤粒径组成和基本理化参数如表1所示。

表1 土壤粒径组成和基本理化参数

1.2 试验设计

以燕麦为研究对象，选育品种为坝莜18号。灌水量设置2个水平：W1（120%）和W2（100%），灌水下限为田间持水率的60%，每3～5 d灌水1次，试验设置遮雨棚以防止自然降雨的影响。氮肥施用量（尿素，纯N≥46.6%）设置4个水平，分别为：N0（0）、N1（70 kg/hm2）、N2（140 kg/hm2）、N3（210 kg/hm2）。各处理磷肥P2O5（纯P≥43.6%）和钾肥K2O（纯K≥82.9%）施用量一致，分别为160 kg/hm2和120 kg/hm2，所有肥料均作为底肥一次性施入。

采用盆栽试验，盆直径为20 cm，高为40 cm，底部填有5 cm反滤层。土样过5 mm筛，每盆分层填入13.2 kg干土，装土过程中，土壤体积质量控制在1.40 g/cm3，播种前先将盆内土壤灌水至土壤饱和。各处理采用随机区组排列方式，每个处理重复4次。燕麦于2019年4月23日播种，于2019年8月3日收获，生育期共99 d，生育期划分如表2所示。

表2 燕麦生育期划分

1.3 测定指标与方法

1.3.1燕麦产量及其构成要素的测定

在燕麦收获期取样，从茎基部与地上部分离，去除植株表面污垢将各器官分为茎、叶、穗，放入烘箱，在105 ℃条件下杀青2 h，且在75 ℃条件下烘干至恒质量，测定各处理的燕麦小穗数、穗粒数和千粒质量。燕麦各器官经烘干处理后的质量总和记为地上部分干物质量；燕麦的籽粒产量按30.24%边行优势指数折算。

1.3.2土壤盐分的测定

每次取土后，将土样风干后过1 mm筛，按1∶5的土水质量比制成土壤浸提液，充分振荡、过滤后，利用SG-3型（SG-ELK742，Mettler-Toledo International Inc，Switzerland）电导仪测定土壤电导率。

1.3.3燕麦耗水特性的测定

耗水量（，L）通过水量平衡法计算：

式中：和+1分别为第次和+1次灌水前盆、土及植株的总质量，利用精度为0.1 g的电子天平在每次灌水前进行测定（g）；为灌水量（L）；为渗漏量（L）；为水的密度（1 000 g/L），渗漏水采用安放在桶底部的广口瓶收集[16]。

1.3.4燕麦水氮利用效率的计算

式中：为氮肥偏生产力（kg/kg）；为氮肥农学利用效率（kg/kg）；N和0分别表示施氮区和不施氮区的产量（kg/hm2）；N为施氮区的实际施氮量（kg/hm2）。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2003进行数据处理，用SPSS 20.0进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 各处理下的燕麦产量分析

由表3可知，W1灌水处理的产量、地上部干物质量及小穗数在N0、N2和N3施氮水平下均高于W2灌水处理。相同灌水水平下，施氮量对小穗数、穗粒数、地上部干物质量和籽粒产量均有显著影响（＜0.05），施氮量超过140kg/hm2后，产量反而下降，其中W1N2处理的籽粒产量最高，为1 079.0kg/hm2。与不施氮条件（N0）相比，N1、N2处理和N3处理的籽粒产量在W1条件下分别提高14.5%、59.0%和41.3%，在W2条件下分别提高24.6%、34.5%和27.0%，而N2处理和N3处理之间的差异均不显著（＞0.05）。可见，盐渍土条件下施用氮肥可显著提高燕麦产量，但施氮量超过140kg/hm2后反而会导致产量下降。

表3 各处理燕麦产量及其构成因素

注 同列中不同小写字母表示差异显著（＜0.05），下同。

2.2 各处理下的燕麦耗水特性与水氮利用效率分析

由表4可知，燕麦全生育期耗水量随灌水量的增加而增大。W1灌水条件下，N1、N2处理和N3处理的全生育期耗水量比N0处理分别增加了7.4%、17.5%和13.6%；W2灌水条件下，N1、N2处理和N3处理的全生育期耗水量比N0处理分别增加了11.1%、25.2%和16.2%。可见，N2施肥处理最有助于燕麦对水分的吸收。燕麦抽穗期对水分的依赖程度最大，占全生育期耗水量的比例达24.4%～26.9%，分蘖期和拔节期分别达到了19.0%～22.7%和21.5%～22.4%。同一施氮水平下，W1处理的耗水量比W2处理高9.6%～16.9%。

提高灌水量可以提高氮肥偏生产力（）和氮肥农学利用效率（），促进植株对氮肥的吸收利用，但同时也增大了燕麦的耗水量，使得水分利用效率（）没有明显规律。W1条件下，N2处理和N3处理的比N1显著提高26.3%和17.5%（＜0.05），但N3处理相比N2处理的略有降低。W2条件下，施氮处理的显著高于不施氮处理（＜0.05），N2处理和N3处理比N1处理分别减少4.3%和2.1%。可见，盐渍化条件下施氮量控制在140 kg/hm2且适当减少灌水量有助于提高，过高的施氮量对无显著提升作用。相同灌水水平下，N2处理的和均显著高于N3处理（＜0.05）；同一施氮水平下，增加灌水量会提高。

表4 不同处理的燕麦各生育阶段耗水量和水氮利用效率

注 同列中不同小写字母表示差异显著（＜0.05），下同。

2.3 各处理下的土壤盐分及含水率分析

由表5可知，土壤电导率在苗期、拔节期和灌浆期随施氮水平的增大而增大，其中W2N3处理在苗期的最高。W1灌水水平下，N1处理和N2处理在苗期的差异不显著（＞0.05），但在成熟期，N2处理的显著低于N1处理（＜0.05）。说明适量增施氮肥可以有效降低成熟期的土壤盐分。

W1条件下，除N2处理拔节期外，其余处理各生育期土壤含水率差异不显著（＞0.05），N2处理的土壤含水率在苗期、拔节期和灌浆期均最小。W2条件下，N2处理的土壤含水率在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期均低于N1处理；N3处理在苗期、拔节期和成熟期的土壤含水率略低于N2处理，但在灌浆期增大了0.99%。说明盐渍化土壤上施用适量氮肥能促进作物吸收水分，但水分条件不同，促进作用有所差异。

表5 不同处理的燕麦各生育阶段土壤电导率和土壤含水率

注 同列中不同小写字母表示差异显著（＜0.05）。

3 讨 论

施氮和灌水是作物生产中2个重要的因素，合理的灌水和施用氮肥有利于作物吸收、转化、生长并积累干物质，从而提高作物的产量。作物产量是农田管理水平和土壤生产力的综合反映，也是农业持续发展的重要评价指标。本研究中，同一施氮水平下，籽粒产量随着灌水量的增大而提高。2种灌水处理的产量均在N2施氮水平下达到最高，其中W1N2处理产量最高，W1N3处理产量次之，其后为W2N2处理，但三者并无显著差异，表明灌水充足时过多施用氮肥一定程度上会削减作物产量，适量的灌水和施氮有助于增加作物产量，同时增施氮肥可以补偿由于灌水不足而影响的部分产量，与相关研究结果相似[17-18]。李振松等[19]研究表明灌水定额为264 mm、施氮量为100 kg/hm2有利于科尔沁地区的燕麦生产；而田永雷等[20]认为当地燕麦最佳施氮量为210 kg/hm2；冯学福等[21]研究认为，施氮量150 kg/hm2、灌溉定额为337.5 mm是西北绿洲种植燕麦较佳水氮管理模式。本研究施氮量为140kg/hm2，灌水量为719.4～831.2 mm时，可以取得较高的产量，该结果与以上研究结果相比偏高，原因可能是土壤类型差异较大，本研究为盐渍化土壤，需要大量水分进行淋洗，另一方面本试验采用盆栽试验并设有遮雨棚，导致地下水、周围土壤水和降雨无法进行补给。

研究发现，耗水量和产量随着灌水量的增加而增大，但水分利用效率会降低[22-23]。本研究表明，同一施氮水平下，阶段耗水量随灌水量增大而显著增加，从播种到成熟，燕麦阶段性耗水量先增大后减小，抽穗—灌浆期为最大耗水期。此外有研究指出，燕麦在抽穗—灌浆期耗水量最大，占总耗水量比例达40%[21]，与本研究结果相近。李武超等[9]通过盆栽冬小麦水氮耦合的研究表明，耗水量随土壤含水率和施氮量的增加而增大；拔节—成熟期，低灌水量处理的耗水量显著低于高灌水量处理的耗水量（＜0.05），减少灌水量与施氮量能有效减少水分消耗，提高水分利用效率。本研究中，同一施氮水平下，燕麦水分利用效率随着灌水量增大而降低；同一灌溉水平下，则随施氮量增大有所增加；其中W1N2处理水分利用效率最高，W2N1处理次之。灌水和施氮对土壤盐分的影响较大，含盐量越大，对燕麦生长发育胁迫作用也越强，结合已有研究结果，土壤含盐量没有超过燕麦的耐盐阈值[24-25]。本研究表明，增大灌水量和减少施氮量能降低土壤盐分量，为作物生长提供更优的根土环境，同时可以提高产量及其构成因素。通过对比2种灌水水平下土壤盐分量的变化量可知，W1灌水条件下更能有效淋洗土壤盐分，从而降低土壤盐分量，其中W1N2处理的盐分量低于其他施氮处理，这可能是产量高于其他处理的原因之一，并且含水率保持在22.02%～23.39%（田间持水率的68.81%～73.09%）。Zhang等[26]研究得出0～60 cm土壤含水率为田间持水率的50%～60%、65%～70%时，作物籽粒产量最高，这与本研究结果相近。本试验具有一定的局限性，还需结合大田试验进一步研究水氮对燕麦生长及产量的耦合效应及其机制。

4 结 论

1）燕麦产量和耗水量随施氮量的增大而增大，施氮量为140 kg/hm2时更有助于植株对水分的吸收，其中各处理抽穗期耗水量占全生育期耗水量比例最高，达24.4%～26.9%。

2）盐渍化条件下，当施氮量为140 kg/hm2、灌水量为120%时，燕麦产量最高，为1 079.0 kg/hm2，且水分利用效率、氮肥偏生产力达到最大，氮肥农学利用效率处于相对较高的水平；同时可以有效降低土壤盐分水平，使土壤含水率和电导率分别保持在22.02%～23.39%、2.24～3.03 dS/m，为燕麦植株提供一个较优的根土环境。

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The Combined Effect of Irrigation and Nitrogen Application on Yield,Water Consumption of Oat and Soil Salinity

SHAO Zhiyuan1, JIANG Jing1*, ZHANG Yi2, ZHANG Chaobo1

(1. Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China; 2. Houma cityFengcheng Township People’s Government, Linfen 041000, China)

【Objective】 Irrigation and fertilization are essential to safeguarding crop yields, but they have detrimental impacts on the environment and could result in soil salinization. The objective of this paper is to study the effects of different combinations of irrigation and nitrogen application on water consumption, yield of oat , as well as soil salinity.【Method】The experiment was conducted in pots repacked with soil taken from a saline-alkali area, with the Bayou No.18 cultivar used as the model plant. The experiment consisted of two irrigation amounts: 120% (W1) and 100% (W2) of the evapotranspiration, and four nitrogen applications: 0 (N0), 70 kg/hm2(N1), 140 kg/hm2(N2), and 210 kg/hm2(N3). In each treatment, we measured the yield, water consumption of the oat, as well soil salinity of each pot. 【Result】W1 and N2 significantly (<0.05) increased water consumption, oat yield, and water use efficiency. Increasing nitrogen application led to an increase in soil salinity. W1 was more effective in leaching salt and reducing salt content in the root zone. The agronomic use efficiency and yield of nitrogen fertilizer were the highest in N2, reaching 2.9 kg/kg and 1 079.0 kg/hm2, respectively.【Conclusion】Irrigating 120% ofcombined with 140 kg/hm2of nitrogen fertilization can maintain soil water content and electrical conductivity at 22.02%～23.39% and 2.24～3.03 dS/m, respectively. They improved the use efficiency of irrigation water and the nitrogen fertilizer, thereby increasing the oat yield.

water-nitrogen coupling; oat; water consumption; yield;soil salinity

1672 -3317（2022）05 - 0084 - 06

S166

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021577

邵志远, 蒋静, 张毅, 等. 不同灌水和施氮处理对燕麦产量、耗水特性和土壤盐分的影响[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(5): 84-89.

SHAO Zhiyuan, JIANG Jing, ZHANG Yi, et al. The Combined Effect of Irrigation and Nitrogen Application on Yield, Water Consumption of Oat and Soil Salinity[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(5): 84-89.

2021-11-22

山西省土壤环境与养分资源重点实验室开放课题（2019001）；山西省基础研究计划项目（201901D211101）

邵志远（1998-），男，宁夏石嘴山人。硕士研究生，主要从事土壤水氮盐运移等方面的研究。E-mail: 2451826373@qq.com

蒋静（1984-），女，山东枣庄人。副教授，主要从事节水灌溉、水土资源与环境方面的研究。E-mail: jiangjing@tyut.edu.cn

责任编辑：韩 洋