全 文 ：第 12卷 第 3期
2 0 0 4年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agriculture
V01．12 No．3
July， 2004
太行山山前平原冬小麦生长季硝态氮的淋失研究
李晓欣 胡春胜 Stephen J．Herbert
(中国科学院石家庄农业现代化研究所 石家庄 050021)(University 0fMassachusettsAmherst Massachusetts 01003)
摘 要 试验研究太行山山前平原冬小麦生长季 NO3一N淋失结果表明，该区现有灌溉施肥制度冬小麦生长季存
在 NO3一N的淋失，且主要发 生在底墒水和返青水灌溉时期。整个冬小麦生长季施 N水平为 lOOkg} hm2、200
kg／hrn2~400kg／hm 时，通过 180cm土层界面的N0 N淋失量分别为0．1kg／hm2、22．1kg／hm 和 110．1kg／hm2。
关键词 NO3-一N淋失 水量平衡 冬小麦
Leadl~ loss of nitrate during the wheat growing season in Piedmont of Mountain Taihang．LI Xiao-Xin，Hid Chun—
Sheng(Shijiazhuang Institute of Agricultural Modernization，Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang 050021)，Ste—
phen J．Herbert(University of Massachusetts Amherst，Massachusetts 01003)， ，2004，12(3)：83-85
Abstract The leaching loss of N03一N during wheat growing 8e&N)n in Piedmont Mountain Taihang are studied in this
paper．The results show that there are lots of N03一N leached d ng the wheat growing 8e&son in Piedmont of Mountain
hang for the over fertilization and improper irrigation．The nitrate leaching through 180cm soil depth are 0．1kg／hm2，
22．1kg／hm2，and110．1kg／hm2 inwheat se&sonwithN 100kg／hm2，200kg／hm2，and400kg／hrn2 treatments，theirriga—
tion before wheat planting and the first irrigation in the next year eauses lots of nitrate leached．
Key words NO3 N leaching，Water balance，Winter wheat
目前大量施用化肥造成的农田土壤和水质污染已引起人们的广泛关注n~4]，而过量施肥和灌溉同样导
致冬小麦生长季 NO,-一N的淋失。本试验研究了太行山山前平原冬小麦生长季 NO,-一N的淋失时期与途径，
为冬小麦生产合理施肥提供理论依据。
l 试验材料与方法
试验在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行，该站位于北纬 37。50 ，东经 114。40 ，海拔高度
50．1m，属暖温带半湿润季风气候，年均气温 12．3℃，年均降雨量480．7mm，且降雨主要集中于 6～8月份，
年均蒸发量 1092．3mm。土壤类型属潮褐土，种植制度为小麦一玉米 1年轮作。试验在不同N肥水平的养分
池内进行，设施N 100kg／hm2(I)、200kg／ (I)、300kg／ (HI)和400kg／hm2(Ⅳ)4个施 N肥水平。供试冬
小麦品种为“高优 503”，于 2001年 10月 12日播种，2002年 6月 8日收获，期问施肥 2次，10月 11日施底
肥，3月 15日追肥，N肥品种为尿素。冬小麦播种前和收获后对0～180cm土层分层采土样(每 20cm 1层)，
用 lmol／L KC1溶液浸提新鲜土样，用A一Ⅱ型流动注射分析仪测定浸提液中NO,-一N含量。通过安装在养分
池中央的中子管，应用中子仪连续观测不同养分池内土壤含水量，由试验站综合气象观测场获得气温、地温
等数据，利用大型 Lysimeter测定农田水分蒸散量，应用 Suction cup于不同时段对养分池取水，并测定土壤
溶液中NO,-一N含量。
2 结果与分析
2．1 冬小麦生长期前后土体 NO；·N的累积与分布
图1表明冬小麦播种前各施肥处理土壤 NO, 一N含量随施人 N肥量的增加而增加，且不同施 N肥处理
均以表层土壤 NO,-N含量最高。随土层深度的增加，各施肥处理均在不同层次出现 NO,-一N的累积峰，其
中处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ在 80～140cm土层存在累积峰，且在 180cm土层处仍有 NO,-一N累积峰存在的趋势。冬小
*中国科学院知识创新工程项目(KZCX2—413—3，KZCX2 404 5)资助
收稿日期：2003-02—09 改回日期：2003—03—13
中 国 生 态 农 业 学 报 第 12卷
NO3--N含量，mg．ag-
O 20 40 60
NO3--N含量，mg．ag-
O 20 40 60
0
20
40
60
要80
ⅢI{
-+q10o
l20
l40
l60
l 80
NO3--N含量，mg·kg-
0 20 40 60
NO3-一N含量，mg．kg-。
0 20 40 60
图 1 不同N肥处理土壤 N0 -N的分布
麦收获后处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ土体 NO3一N含量较播种
前明显增加，处理工土壤 NOr—N含量较播种前几
乎无变化。小麦收获后各施肥处理 180~n土层
NO3一N含量的增高，表明冬小麦生长季存在
NO3一N的淋失，且淋至 180~n土层以下。麦收
后各处理均在 20～40~n土层存在 NO3一N的累
积峰，该土层的NO3-N在下季玉米生长需要肥
料时可提供养分，但若有灌水发生，此累积峰会
随水分下渗而下移进入土壤深层。40～120~n
土层小麦根系较密集，土壤 NO3-一N含量相对较
低，体现了作物对N素的吸收作用。
2．2 冬小麦生长季土壤含水量的动态变化
2001-2002年冬小麦生长季通过灌溉、降
水输入土壤的总水量为491．6mm，土壤和作物
总蒸散量为556．0mm，整个小麦生长季土壤水
的支出远大于输入，其水量平衡公式为_5 J：
△Q( )= J+P—E丁一D( ) (1)
式中，△Q( )为地表至深度 处土体含水量的
变化 (mm)，P 为降水 量 (mm)，J为灌 溉量
(mm)，ET为实际蒸散量(mm)，D( )为土壤剖
Fig．1 N03。N concentration of diferent soil depths in diferent treatments 面深度 处土壤水的下渗量(mm)。冬小麦生长
季共灌水 5次，除播前所灌底墒水为93mm外，其余每次灌水量均为 70mm，灌水时间分别为 2001年 11月
30 Et、2002年3月15 Et、4fl 26 Et和5月30 Et。由表1可知 ，整个冬小麦生长季土壤水分总下渗量(通过
180cm土层 )处理 I、处 理 Ⅱ和 表1 冬小麦生长季不同时段土壤水分的变化
处 理 Ⅳ 分 别 为 49．7mm、 Tab．1 Changes of soilwaterin diferent periods duringthewinterwheat,sP．~％son
23．0mm和 35．2mm，整个小麦
生长季存在 4个水分明显下渗
阶段，分别为 2001年 9月 29
Et～10月 22 Et、11月 18 Et～
2002年 1月 13日、3月 14～30
Et及 4月 26 Et～6月 10 Et，其
中以冬小麦播种前灌溉的底墒
水(10月8 Et)和返青时(3月15
Et)灌水造成的下渗最多。浇底
墒水时地表无作物覆盖与吸收，所灌入水分除用于土壤蒸发和增加各层含水量外，均进入深层土壤。11月
30 Et灌人的冻水以冻融交替的形式固定于上层土壤，当温度较高时融化并缓慢下移，故此次灌水下渗量少
且下渗至 180cm土层以下持续时间也较长。冬小麦返青后生长速度加快，需水肥量也随之增大，3月 15 Et
70mm的灌水无法立即被作物所吸收，故下渗进入深层土壤，而4月26 Et小麦处于快速生长时期，当日灌水
不仅无水分下渗，作物还需从深层土体吸收水分以满足自身需求。5月 30 Et是冬小麦收获前最后 1次灌
水，且小麦收获后 6月 9～10 Et的降雨量达25．1mm，此时小麦已接近成熟，输入水量远大于其所需，但灌溉
降水之前作物从土壤中吸走大量水分，此时灌溉降水主要用于补充土壤水分，仅有少量水分下渗进入深层
土壤。
2．3 冬小麦生长季土壤 N0】l_-N含量及淋失量的变化
通过土壤水的下渗量和土壤溶液中NOr—N含量计算冬小麦季淋失到 180cm土层以下的 NO3--N量，处
理 I、Ⅱ、Ⅳ 3种N肥水平的淋失量分别为0．1kg／hm2、22．1kg／ 和 110．1kg／ 。同样水分和作物管理
第 3期 李晓欣等：太行山山前平原冬小麦生长季硝态氮的淋失研究
不同肥料处理下渗至 180cm土层以下的总水
量由于作物长势不同而存在差异，但土壤溶
液中NO3-一N浓度的不同尤其是边界层周围
NO3一N浓度的不同是造成不同 N肥处理间
NO3-一N淋失量差异的关键。
由图 2可 知，处理 Ⅳ冬 小麦播 种后
100cm土层处土壤溶液NO3一N含量在小麦生
长季持续增加，表明该处理施入的 N肥在小
麦生长季均大于小麦生长所需，从而造成 N
素过剩而下移的现象。根据不同时期土壤水
的变化可知，100cm土层处土壤溶液 NO3一N
含量的持续增加并不完全由水分下移运动所
致，而主要受施肥的影响。处理Ⅳ冬小麦播
种～收获前 160cm土层处土壤溶液NO3-一N含
量呈缓慢降低趋势，而图 1表明冬小麦收获
后 160cm土层处土壤溶液 NO3一N含量明显
大于小麦播种前，故小麦播种前底墒水的灌
入可造成大量 N 一N淋失使其进入深层土
壤，造成下层土壤 NO3一N浓度的急剧上升。
此后随时间推移，土壤溶液 NO3-一N浓度降低
曲
I』
E
蚓
缸
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l
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0
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日期(月一日)
图2 处理Ⅳ土壤溶液NOr-N含量的动态变化
Fig．2 Dynamics of N03一N concentration in soil of treatment 1V
主要是间歇性土壤水分下渗和长期在 NO3一N浓度梯度影响下运移的结果。处理Ⅳ冬小麦播种后 180cm土
层处土壤溶液 NO3-N含量变化波动较小，仅在浇底墒水和冻水时有少量 NO3一N淋失进入该层，使土壤溶
液 NO／一N含量有所上升。由于温度降低，土壤溶液取样器的取水工作在 12月 14日～3月 1日间停止，将
12月 14日最后 1次取水与3月 1日第 1次取水所测 NO3-N含量数据进行 F检验，2次所测数据差异不显
著，表明此期间虽存在土壤水的下移运动(见表 1)，但未造成 NO3-·N的大量淋失进入深层，从而影响到
180cm土层 N()3一一N的含量；越冬后其他时期的降水和施肥对该土层土壤溶液中 NO／一N含量的影响很小，
土壤溶液中NO3-N含量一直在均值附近变化，进一步证明该土层土壤溶液 NO3-一N含量受灌溉、降水和施
肥的影响极小。
3 小 结
整个冬小麦生长季底墒水灌溉可造成大量 N素淋失，此时上季土壤残留的大量 NO3-一N随灌溉水下渗
而进入下层土壤，严重威胁当地环境；第 2年冬小麦返青时作物需水量少，此时的灌水大量进入下层土壤，造
成N素的深层淋失。处理 I、Ⅱ、Ⅳ3种施N水平整个冬小麦生长季淋失到 180cm土层以下的NO；一N量分
别为0．1kg／hm2、22．1kg／hm2和 110．1kg／hm2，处理 工是环境安全的 N投入界限，高 N处理下土壤本身的
NO3一N浓度梯度也是造成 N素下移的重要原因。
参 考 文 献
武晓峰，张思聪，唐 杰．节水灌溉条件下冬小麦生长期}1间氮素迁移转化试验．清华大学学报，1998，38(1)：92～95
范丙全，胡春芳，平建立．灌溉施肥对壤质潮土硝态氮淋溶的影响．植物营养与肥料学报，1998，4(1)：16-21
李世清 ，李生秀．半干旱地区农 日{生态系统中硝态氮的淋失．应用生态学报，2000，l1(2)：240 242
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Mohammad Esmaeil Asadi，Roberto S．Clemente，Ashim Das Gupta，et a1．Impacts of fertigation via sprinkler irrigation on nitrate leaching
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