全 文 ：灌溉方式和施氮量对棉田氮肥利用率及损失的影响*
王肖娟摇 危常州**摇 张摇 君摇 董摇 鹏摇 王摇 娟摇 朱齐超摇 王金鑫
(石河子大学新疆兵团绿洲生态农业重点实验室 /农学院, 新疆石河子 832003)
摘摇 要摇 在田间条件下,研究不同灌溉方式(滴灌和漫灌)和不同施氮水平(0、240、360、480
kg N·hm-2)对棉田氮肥利用率及损失的影响,并定量分析了氮肥被植株吸收、土壤硝态氮残
留,以及氨挥发、硝态氮淋溶损失、硝化反硝化损失等氮素循环转化途径. 结果表明: 滴灌棉
花籽棉产量、植株吸氮量和氮肥利用率均显著大于漫灌.漫灌土壤硝态氮残留量显著高于滴
灌;在不同施氮量处理中滴灌土壤氨挥发损失量占肥料氮施用量的比例为 0. 06% ~ 0. 14% ,
且显著高于漫灌;滴灌和漫灌硝态氮淋溶损失量占肥料氮施用量的比例分别为 4. 4%和
8郾 8% ,与漫灌相比,滴灌能显著降低淋溶水中硝态氮淋失量;滴灌和漫灌肥料氮的硝化鄄反硝
化损失量分别占肥料氮施用量的 17. 9%和 16. 8% .硝态氮淋溶和硝化鄄反硝化损失是新疆棉
田氮素损失的主要途径.
关键词摇 滴灌摇 漫灌摇 产量摇 氮素吸收摇 氮肥损失
文章编号摇 1001-9332(2012)10-2751-08摇 中图分类号摇 S562摇 文献标识码摇 A
Effects of irrigation mode and N application rate on cotton field fertilizer N use efficiency
and N losses. WANG Xiao鄄juan, WEI Chang鄄zhou, ZHANG Jun, DONG Peng, WANG Juan,
ZHU Qi鄄chao, WANG Jin鄄xin (Xinjiang Construction Crops Key Laboratory of Oasis Ecology Agri鄄
culture / College of Agriculture, Shihezi University, Shihezi 832003, Xinjiang, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. ,2012,23(10): 2751-2758.
Abstract: A field experiment was conducted to study the effects of different irrigation modes (drip
irrigation and furrow irrigation) and different N application rates ( 0, 240, 360 and 480 kg
N·hm-2) on the fertilizer N use efficiency and N losses in a cotton field in Xinjiang, Northwest
China. The main N cycling pathways, such as the N uptake by cotton plant, NO3 - 鄄N residual in
soil, NH3 volatilization, NO3 - 鄄N leaching, and nitrification鄄denitrification, were quantitatively mo鄄
nitored. Compared with furrow irrigation, drip irrigation increased the seed cotton yield, plant N
uptake, and fertilizer N use efficiency significantly. The NO3 - 鄄N residual in soil was significantly
greater under furrow irrigation than under drip irrigation. With the application of fertilizer N, the N
loss from NH3volatilization under drip irrigation occupied 0. 06% -0. 14% of applied N, and was
significantly greater than that under furrow irrigation. The N loss from NO3 - 鄄N leaching under drip
irrigation and furrow irrigation was 4. 4% and 8. 8% of the applied N, respectively. Compared with
furrow irrigation, drip irrigation could significantly decrease the NO3 - 鄄N leakage rate in leakage wa鄄
ter. The nitrification鄄dinetrification loss under drip irrigation and furrow irrigation was 17. 9% and
16. 8% of the applied N, respectively. It was suggested that NO3 - 鄄N leaching and nitrification鄄
denitrification were the main N losses in the cotton fields of Xinjiang.
Key words: drip irrigation; furrow irrigation; yield; N uptake; fertilizer N loss.
*农业部行业公益性专项(201103003)资助.
**通讯作者. E鄄mail: changzhouwei@ hotmail. com
2012鄄04鄄08 收稿,2012鄄09鄄11 接受.
摇 摇 棉花膜下滴灌是从 20 世纪开始在新疆大面积
推广的新型灌溉和施肥技术.滴灌条件下,棉花产量
和氮肥利用率显著提高[1],比漫灌氮肥利用率提高
20% ~ 30% [2],但是有关增产增效的机理尚缺乏系
统的研究.有研究表明,漫灌易引起土壤中 NO3 - 鄄N
向下层迁移,而滴灌对 40 ~ 60 cm 土层及以下各层
次土壤 NO3 - 鄄N 分布的影响不明显[3] . 采用土柱模
拟试验研究发现,滴灌棉田中硝酸盐主要积聚在
40 ~ 60 cm土层,漫灌则在 60 ~ 80 cm 土层积聚,而
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 10 月摇 第 23 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2012,23(10): 2751-2758
且漫灌硝态氮残留量高于滴灌,而滴灌的氨气损失
量和比例高于漫灌[4-5] .与漫灌相比,滴灌棉花生长
发育进程较快,生长势较强,其叶面积系数、干物质
积累量也明显增高;滴灌棉田棉株成铃分布较均匀,
且外围果枝成铃率相对较高,因而表现出较高的产
量[6] .
滴灌大田的一个轮灌区面积一般在 1 hm2以
上,难以开展小面积的田间试验,而大面积的试验由
于土壤条件变异使试验结果稳定性受到影响. 多数
研究采用模拟滴灌系统的方法,但是其灌溉速率和
灌溉均匀度与实际的大田生产差异明显[4-5,7] . 因
此,多数滴灌与漫灌试验的结果都是在不同试验条
件下取得的[6,8] . 对于采用接近大田生产滴灌的方
法来研究膜下滴灌氮肥在土壤鄄作物体系中的分布,
并比较滴灌与漫灌下氮素运动各损失途径的异同,
目前还缺乏较为系统的研究.为此,本文采用微型滴
灌系统,在较小面积上同时设置滴灌、漫灌两种灌溉
方式,并设不同施氮量,研究不同灌溉方式和施氮量
对棉花植株氮素吸收、土壤硝态氮累积和产量的影
响,探讨了氮肥在不同灌溉体系中的损失途径和损
失量,为滴灌棉田提高水氮高效管理提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
试验于 2010—2011 年在新疆石河子大学农学
院试验站(45毅19忆 N,86毅03忆 E)进行. 该区年均温
7郾 3 益,极端最高气温 42郾 2 益,极端最低气温-39郾 8
益,全年逸10 益 积温 3552郾 5 益,年均日照时数
2756郾 0 h;年均降水量 215郾 2 mm,年均蒸发量
1252郾 3 mm. 土壤为灌耕灰漠土,质地中等,有机质
19郾 9 g· kg-1,全氮 1郾 08 g· kg-1,碱解氮 60郾 88
mg·kg-1,速效磷 17郾 95 mg · kg-1,速效钾 184
mg·kg-1,pH 7郾 9.
1郾 2摇 试验设计
田间试验采用裂区设计,设灌溉方式和氮肥水
平 2 个因素,以灌溉方式(I)为主区,氮肥处理(N)
为副区.其中,灌溉方式分为滴灌(D)和漫灌(F);
施氮量处理设 4 个水平, 即 0、 240、 360、 480
kg N·hm-2,分别用 N0、N240、N360、N480表示.
供试棉花品种为惠远“710冶,于 2010 年 4 月 25
日和 2011 年 4 月 16 日播种. 播种采用宽幅 1郾 5 m
地膜种植,1 膜 4 行,播幅内宽、窄行距为 30鄄60鄄30
cm,株距为 10 cm,每公顷种植 22郾 2伊104株,每小区
设 2 条膜,面积为 3 m伊6 m. 每处理 3 个重复,随机
排列,共计 24 个小区,小区之间设 1 m保护行.播前
每小区施重过磷酸钙 135 kg P2O5·hm-2(含 P2O5
46% )和硫酸钾 90 kg K2O ·hm-2(含 K2O 51% ),
磷钾肥用量与当地高产栽培肥料用量接近.
采用自行设计的微型滴灌系统进行滴灌控制,
其中,压力系统采用 QDX3鄄50鄄1郾 1 潜水泵,功率 1郾 1
kW,输水能力 3 m3·h-1,以直径 32 cm的 PVC管作
为主管和副管进行输水,主管和每个副管首部的连
接处安装一个水表以控制灌溉量. 田间毛管采用北
京绿源公司生产的 椎15 内镶式滴灌带,滴头间距 30
cm,设计滴头流量 2郾 7 L·h-1 . 1 条膜下铺 2 条滴灌
毛管,铺在窄行中,1 根毛管控制 2 行棉花灌溉. 预
备试验表明,该系统可以模拟大田滴灌系统的首部
压力和毛管内压力,灌溉均匀度和完成单次灌溉时
间与灌溉大田接近.
滴灌设计灌溉量 4650 m3·hm-2,生育期灌水 8
次,氮肥不施基肥,通过施肥罐将氮肥溶解在灌溉水
中,边 滴 灌 边 施 肥. 漫 灌 设 计 灌 溉 量 6000
m3·hm-2,氮肥总量的 50%作为基肥播前施入土壤
中, 其余 50%作为追肥在初花期、盛花期、花铃期随
水施入,采用沟灌方式,以滴灌灌溉系统的支管为水
源,用水表控制灌溉量,全生育期共灌水 4 次,每次
灌溉 1500 m3·hm-2 . 播种前,用厚度 0郾 8 mm 的塑
料布将各处理隔开,地上保留 10 cm,地下埋深 100
cm,防止小区间水分和养分的渗透.灌溉时间、灌溉
量及氮肥比例见表 1.
1郾 3摇 测定项目与方法
1郾 3郾 1 植株采集与氮素吸收量测定 摇 在棉花吐絮
表 1摇 不同处理灌溉时间、灌溉量及氮肥比例
Table 1摇 Irrigation time, amount and nitrogen percentage
in different treatments
灌溉时间
Irrigation time
滴灌
Drip irrigation
灌溉量
Irrigation
amount
(m3·hm-2)
氮肥比例
Nitrogen
percentage
漫灌
Furrow irrigation
灌溉量
Irrigation
amount
(m3·hm-2)
氮肥比例
Nitrogen
percentage
播前 Before sowing 0 0 0 50
06鄄01 825 8 1500 25
06鄄16 675 10 0 0
06鄄22 675 10 1500 12郾 5
07鄄11 600 20 0 0
07鄄22 600 20 1500 12郾 5
07鄄30 450 15 0 0
08鄄12 450 10 1500 0
08鄄31 375 7 0 0
合计 Total 4650 100 6000 摇 100
2572 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
期,每小区选取有代表性的棉株 5 株,按茎、叶、铃区
分, 105 益下杀青 30 min,70 益下烘干至恒量,称干
质量.再粉碎,过 0郾 5 mm筛,用 H2SO4 鄄H2O2消煮,在
BUCHI鄄350 全自动定氮仪上测定各器官全氮含量.
1郾 3郾 2 棉花产量测定摇 在棉花吐絮后,小区内每隔 3
株测 1 株,计算每小区棉花的株数、铃数及单株结铃
数.每小区分 3 次采收 90 朵完全吐絮棉桃,测定单
铃质量和衣分,计算理论产量.每小区选取具有代表
性的连续收获 6郾 67 m2面积的籽棉,计算实收产量.
1郾 3郾 3 土壤硝酸盐含量测定摇 分别在播前和棉花收
获后按照 20 cm间距用土钻分层取土壤鲜样, 每小
区选 9 个样点,采集深度 0 ~ 100 cm,每 20 cm 为一
层,同层次土样混合,取样后立即冰冻保存. 采用 2
mol·L-1 KCl浸提,用铜镉还原法测定硝态氮含量,
同时测定土壤含水量.
1郾 3郾 4 氨挥发量测定 摇 采用静态吸收法监测氨挥
发[9] .氨捕获装置是由白色铁皮制成的直径 30 cm、
高 35 cm圆桶,吸收面积 0郾 152伊3郾 14 = 0郾 071 m2 .滴
灌处理下氨挥发量从第一次追肥当天开始监测,漫
灌处理从施入基肥当天开始监测. 在各小区将圆桶
扣置于以滴灌带为中心的两行棉花中间,揭去覆盖
的地膜,桶内放一个装有 10 mL 2%硼酸溶液的培养
皿,培养皿用 100 目浸硼酸液细纱布密闭,防止粉
尘、落叶等杂物落入. 培养皿用三脚支架架起,使培
养皿底部与地面保持 10 cm距离.取样时,将培养皿
中的回收液迅速倒入塑料瓶中密闭保存. 用蒸馏水
润洗培养皿,将硼酸溶液加入培养皿中,迅速用捕获
箱盖住,开始下一次氨的吸收过程.通过预备试验发
现,每隔 10 d能较完全地吸收土壤挥发的氨气,因
此每 10 d取 1 次样,直至硼酸液不变色为止,即认
为没有氨气挥发,监测结束.用标准酸滴定计算氨气
挥发量,将各测定时期的测定量相加,计算氨累积挥
发量.
1郾 3郾 5 硝酸盐淋溶量测定摇 假定硝酸盐淋溶到土壤
100 cm深度处为发生硝酸盐淋溶.采用改进的田间
原位旱地土壤渗漏水收集装置[10-11]收集 100 cm 以
下土壤淋溶液.在各小区安装硝酸盐淋溶收集装置:
在监测小区侧面挖掘一个 120 cm的深坑,在距地表
100 cm深度处沿水平方向垂直于滴灌带挖 60 cm、
平行于滴灌带挖 25 cm 的土穴,侧向填入 2 套收集
装置.通过此方法最大限度地减少了对监测区域土
壤结构的破坏.收集装置由白铁皮打制,为 60 cm伊
25 cm伊15 cm的楔形装置,收集面上均匀布满直径
约 1 cm的小孔,用 3 层 100 目尼龙网纱覆盖并粘贴
在收集面上,再在收集面上敷上细小的石英砂[12],
使收集装置易与周围土壤紧接. 将一根直径 32 mm
的 PVC管插入收集装置的最底部并一直延伸到地
面 20 cm以上,便于抽取装置中的淋溶液(图 1).
每次灌水 3 ~ 5 d后,用医用注射器抽取各处理
装置中全部淋溶水,量取淋溶水体积,按小区提取淋
溶水样 200 mL,于-20 益冰柜中保存,测定水样中
NO3 - 鄄N含量(mg·L-1),根据收集的淋溶水体积以
及截面积计算单位面积硝酸盐淋溶量.
1郾 4摇 数据处理
作物氮素累积量=氮素含量伊干物质质量
氮肥利用率(NUE)= (施氮处理作物吸氮量-
不施氮处理作物吸氮量) /施氮量伊100%
氮肥土壤残留率=(施氮处理土壤氮残留量-不
施氮处理土壤氮残留量) /施氮量伊100%
氮素淋失量=渗漏液氮浓度伊渗漏液体积
氮素淋失率=(施氮处理氮素淋失量-不施氮处
理氮素淋失量) /施氮量伊100%
氨挥发损失量(L)计算式:
L=M / (A伊D)伊10-2
式中:M 为通气法单个装置平均每次测得氨量
(mg);A为捕获装置的截面积(m2);D 为每次连续
捕获的时间.
氨挥发损失率=(施氮处理氨挥发损失量-不施
氮处理氨挥发损失量) /施氮量伊100%
反硝化损失率=(施氮处理反硝化损失量-不施
氮处理反硝化损失量) /施氮量伊100%
采用 Excel软件进行数据统计分析,采用 SPSS
11郾 5 软件的 General Linear Model鄄Univariate Proce鄄
dure进行两因素方差分析,用 Duncan法进行多重比
较(琢=0郾 05).
图 1摇 收集装置田间布设示意图
Fig. 1 摇 Layout of installation for seepage collection in cotton
field郾
357210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王肖娟等: 灌溉方式和施氮量对棉田氮肥利用率及损失的影响摇 摇 摇 摇 摇
2摇 结果与分析
2郾 1摇 灌溉方式和施氮量对棉花产量、氮素吸收及氮
肥利用率的影响
由表 2 可以看出,灌溉方式对棉花的产量、氮素
吸收和氮肥利用率产生显著影响. 滴灌处理下棉花
的产量、氮素吸收量和氮肥利用率在 2010 和 2011
年均高于漫灌,其中,2011 年滴灌 N360处理下籽棉
单产最高,达 8103 kg·hm-2 .
施氮量对棉花的产量、氮素吸收和肥料利用率
产生显著影响.随施肥量的增加,棉花产量呈先增大
后减小的趋势,当施氮量为 360 kg·hm-2时,棉花产
量最大,棉花产量在 N360和 N480处理间差异不显著.
施用氮肥显著提高了棉花吸氮量,与不施氮肥(N0)
相比,N240、N360和 N480处理下,滴灌和漫灌的氮素吸
收量在 2011 年分别增加 103郾 1% 、104郾 7% 、104郾 2%
和 58郾 1% 、77郾 5% 、75郾 4% . 可见,当施氮量由 360
kg·hm-2增加到 480 kg·hm-2时,棉株吸氮量有所
下降,而且棉株吸氮量在 N360和 N480处理间差异不
显著,这表明过量施用氮肥不会提高棉花植株对氮
素养分的吸收.氮肥利用率随施氮量的增加而降低,
但不同灌溉方式的降低幅度不同.以 2011 年为例,
滴灌的施氮量从 240 kg·hm-2增加到 360 kg·hm-2
时,氮肥利用率降低了 17郾 8% ,增加到 480 kg·hm-2
时,又降低了 9郾 4% ; 而漫灌的施氮量从 240
kg·hm-2增加到 360 kg·hm-2时,氮肥利用率降低
了 3郾 4% ,增加到 480 kg·hm-2时,又降低了 7郾 4% .
方差分析表明,除氮肥利用率外,灌溉方式与施氮量
互作效应对棉花产量和氮素吸收的影响均达显著水
平,说明棉花产量和氮素吸收同时受到灌溉方式和
施氮量的影响.
2郾 2摇 灌溉方式和施氮量对土壤 NO3 - 鄄N 含量的影
响
氮肥施入土壤后,除部分被棉株吸收,还有一部
分氮素会以有机态氮、硝态氮(NO3 - 鄄N)和铵态氮
(NH4 + 鄄N)等形式残留在不同层次的土壤中.为了探
明土壤氮素去向,收获后取土壤样品对无机氮进行
分析.本试验条件下,棉花整个生育期 0 ~ 100 cm各
土层土壤铵态氮含量较低,因此评价土壤矿质氮
(Nmin)时忽略铵态氮的影响,只计算硝态氮的贡献.
由表 3 可以看出,棉花生育期结束后,0 ~ 100
cm土壤硝态氮残留量受灌溉方式和施氮量影响显
著.在相同施氮量下,漫灌土壤硝态氮残留量显著高
于滴灌;土壤硝态氮残留量随着施氮量的增加而增
大,与不施氮肥(N0)相比,滴灌和漫灌在 N240、N360、
N480处理下,土壤硝态氮残留量在 2011 年分别增加
88郾 0% 、 169郾 6% 、 259郾 8% 和 59郾 5% 、 109郾 8% 、
175郾 5% .灌溉方式与施氮量互作效应对土壤硝态氮
残留量的影响达到显著水平,说明土壤硝态氮残留
量同时受到灌溉方式和氮肥水平的影响.
灌溉方式和施氮量对土壤硝态氮残留率产生显
著影响.漫灌土壤硝态氮残留率显著高于滴灌;随着
施氮量的增加,土壤硝态氮残留率呈现增加趋势,
土壤硝态氮残留率在不同施肥处理间的比例为
31郾 19% ~59郾 48% .方差分析表明,灌溉方式与施氮
量互作效应对土壤硝态氮残留率的影响达到显著水
平,说明土壤硝态氮残留率同时受到灌溉方式和氮
肥水平的影响.
表 2摇 不同灌溉方式和施氮量处理下棉花产量、氮素吸收和氮肥利用率
Table 2摇 Cotton yield, N uptake and N use efficiency (NUE) in different irrigation method and nitrogen rate treatments
灌溉方式
Irrigation method
施氮量
Nitrogen rate
2010
产量
Seed yield
(kg·hm-2)
氮素吸收
N uptake
(kg·hm-2)
氮肥利用率
NUE
(% )
2011
产量
Seed yield
(kg·hm-2)
氮素吸收
N uptake
(kg·hm-2)
氮肥利用率
NUE
(% )
滴灌 N0 5030d 124郾 6e - 4940d 128郾 0d -
Drip irrigation N240 6973b 221郾 6b 40郾 42a 6996b 260郾 0a 55郾 00a
N360 7903a 244郾 0a 33郾 15b 8103a 262郾 0a 37郾 22b
N480 7593a 239郾 1a 23郾 84de 7893a 261郾 4a 27郾 80c
漫灌 N0 4480e 119郾 8e - 4480e 127郾 8d -
Furrow irrigation N240 4721de 184郾 3d 26郾 87c 4881d 202郾 0c 30郾 90c
N360 5949c 210郾 9c 25郾 30cd 6238c 226郾 9b 27郾 53c
N480 5717c 218郾 6bc 20郾 58e 6048c 224郾 2b 20郾 09d
F值 I 摇 摇 489郾 7** 63郾 6** 76郾 4** 摇 摇 595郾 9** 32郾 6** 262郾 6**
F value N 摇 摇 169郾 4** 273郾 3** 68郾 3** 摇 摇 270郾 6** 127郾 9** 165郾 9**
I伊N 摇 摇 摇 25郾 5** 10郾 8** 2郾 0 摇 摇 25郾 0** 58郾 4** 3郾 6
I:灌溉方式 Irrigation method; N:施氮量 Nitrogen rate郾 同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different small letters in the same column
meant significant difference among different treatments at 0郾 05 level郾 *P<0郾 05; **P<0郾 01郾 下同 The same below.
4572 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 3摇 不同灌溉方式和施氮量对收获后 0 ~ 100 cm土壤硝态氮残留的影响
Table 3摇 Effects of different irrigation methods and nitrogen rates on residual NO3 - 鄄N in 0-100 cm soil after harvest
灌溉方式
Irrigation method
施氮量
Nitrogen rate
2010
硝态氮残留量
Residual NO3 - 鄄N
(kg·hm-2)
土壤残留率
Recovery in soil
(% )
2011
硝态氮残留量
Residual NO3 - 鄄N
(kg·hm-2)
土壤残留率
Recovery in soil
(% )
滴灌 N0 98h - 92h -
Drip irrigation N240 173f 31郾 19e 173f 33郾 83e
N360 252e 42郾 65d 248e 43郾 48c
N480 315c 45郾 26c 331c 49郾 84b
漫灌 N0 163g - 163g -
Furrow irrigation N240 260d 40郾 47d 260d 40郾 47d
N360 342b 49郾 66b 342b 49郾 66b
N480 426a 54郾 83a 449a 59郾 48a
F值 玉 摇 摇 145郾 4** 摇 摇 214郾 6** 摇 摇 199郾 6** 摇 摇 130郾 3**
F value N 270郾 5** 207郾 8** 235郾 8** 220郾 9**
I伊N 38郾 9** 19郾 0** 32郾 5** 48郾 4**
2郾 3摇 灌溉方式和施氮量对土壤氨挥发量和损失率
的影响
由表 4 可以看出,灌溉方式和施氮量对土壤氨
挥发量产生显著影响,在相同施氮量下,滴灌土壤氨
挥发量高于漫灌,各处理间差异显著;N240、N360与
N480处理的土壤氨挥发量均显著高于不施氮肥处理
(N0),其中,滴灌 N480土壤氨挥发量最大,为 0郾 63
kg·hm-2 .可见,氨挥发量随着施氮量的增加而升
高,说明氮肥施用量升高会导致土壤铵态氮浓度升
高,进而增加土壤的氨挥发量.灌溉方式与施氮量互
作效应对土壤氨挥发量的影响达到显著水平,说明
土壤氨挥发量同时受到灌溉方式和氮肥水平的影
响.
灌溉方式和施氮量对土壤氨挥发损失率产生显
表 4摇 灌溉方式和施氮量对土壤氨挥发的影响
Table 4摇 Effects of irrigation methods and nitrogen rates on
soil NH3 volatilization (2011)
灌溉方式
Irrigation
method
施氮量
Nitrogen rate
氨挥发量
NH3
volatilization
amount
(kg·hm-2)
氨挥发损失率
NH3
volatilization
rate
(% )
滴灌 N0 0郾 02f -
Drip irrigation N240 0郾 49c 0郾 20a
N360 0郾 52b 0郾 14c
N480 0郾 63a 0郾 13d
漫灌 N0 0郾 02f -
Furrow irrigation N240 0郾 39e 0郾 15b
N360 0郾 42d 0郾 11e
N480 0郾 45cd 0郾 09f
F值 I 174郾 5** 201郾 0**
F value N 256郾 1** 130郾 1**
I伊N 83郾 1** 15郾 6**
著影响.在相同施氮量下,滴灌土壤氨挥发损失率比
漫灌高;土壤氨挥发损失率随施氮量的增加而降低,
土壤氨挥发损失率在不同施肥处理间的比例为
0郾 09% ~0郾 20% .灌溉方式与施氮量互作效应对土
壤氨挥发损失率的影响达到显著水平,说明土壤氨
挥发损失率同时受到灌溉方式和氮肥水平的影响.
2郾 4摇 灌溉方式和施氮量对土壤硝态氮淋溶的影响
由表 5 可以看出,灌溉方式对淋溶液体积产生
显著影响,漫灌方式下淋溶液体积显著高于滴灌;而
施氮量对淋溶液体积的影响不显著,其中,滴灌淋溶
液体积在 58郾 0 ~ 58郾 4 m3·hm-2范围内呈平缓变化
趋势,漫灌淋溶液体积在 300郾 2 ~ 302郾 4 m3·hm-2范
围内呈平缓变化趋势. 不存在灌溉方式与施氮量对
淋溶液体积的交互作用.这表明,灌溉方式是影响淋
溶水产生的主要因素,这是因为在棉花的全生育期,
滴灌是采用“少量多次冶的灌溉方式,而漫灌则是
“集 中 灌 溉 冶, 而 且 生 育 期 的 滴 灌 量 ( 4650
m3·hm-2)少于漫灌量(6000 m3·hm-2),可以看出
灌溉量的高低与淋溶液的多少关系紧密.
渗漏比率是根据收集的淋溶液体积与灌溉水量
比值计算而得.灌溉方式对渗漏比率产生显著影响,
漫灌方式下渗漏比率显著高于滴灌,漫灌的渗漏比
率高达 5郾 0% ;施氮量对渗漏比率没有显著影响,不
同施肥处理间的滴灌渗漏比率均为 1郾 3% ,漫灌渗
漏比率均为 5郾 0% . 灌溉方式与施氮量对渗漏比率
的影响无互作效应.
由于硝态氮带负电荷不能被土壤胶体所吸附而
极易发生渗漏损失,是农田土壤氮素损失的主要形
式之一[13-14],因而本试验只研究淋溶液中硝态氮的
浓度.灌溉方式和施氮量对硝态氮淋失量均产生显
557210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王肖娟等: 灌溉方式和施氮量对棉田氮肥利用率及损失的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 5摇 灌溉方式和施氮量对灌溉水渗漏及硝酸盐淋溶的影响
Table 5摇 Effects of irrigation methods and nitrogen rates on water leakage and NO3 - 鄄N leakage (2011)
灌溉方式
Irrigation method
施氮量
Nitrogen rate
淋溶液体积
Leaching solution
volume
(m3·hm-2)
渗漏比率
Leakage rate
(% )
硝态氮淋失量
NO3 - 鄄N
leaching amount
( kg·hm-2)
氮素淋失率
N leaching
rate
(% )
滴灌 N0 58郾 3b 1郾 3b 17郾 8h -
Drip irrigation N240 58郾 1b 1郾 3b 22郾 1g 1郾 77d
N360 58郾 4b 1郾 3b 37郾 7e 5郾 53c
N480 58郾 0b 1郾 3b 45郾 4c 5郾 75c
漫灌 N0 302郾 4a 5郾 0a 29郾 2f -
Furrow irrigation N240 301郾 0a 5郾 0a 43郾 3d 5郾 88c
N360 300郾 2a 5郾 0a 64郾 1b 9郾 71b
N480 301郾 1a 5郾 0a 81郾 8a 10郾 97a
F值 I 151郾 6** 124郾 7** 407郾 9** 210郾 5**
F value N 0郾 8 0郾 8 233郾 0** 121郾 8**
I伊N 0郾 9 1郾 0 195郾 7** 4郾 6
表 6摇 滴灌和漫灌下肥料氮硝化反硝化损失间接估算
Table 6摇 Indirect estimation of nitrogen losses by nitrification鄄denitrification in drip irrigation and furrow irrigation
灌溉方式
Irrigation method
施氮量
Nitrogen
rate
棉花氮素吸收
Plant recovery
(% )
土壤残留率
Recovery in soil
(% )
氨挥发损失率
NH3
volatilization rate
(% )
氮素淋失率
N leaching rate
(% )
硝化鄄反硝化损失率
Nitrogen loss
by nitrification鄄
denitrification (% )
滴灌 N0 - - - - -
Drip irrigation N240 49郾 72a 32郾 15f 0郾 14a 1郾 69c 15郾 94c
N360 35郾 18b 43郾 07d 0郾 11b 5郾 63b 16郾 00c
N480 24郾 77d 47郾 55c 0郾 09c 5郾 97b 21郾 61b
漫灌 N0 - - - - -
Furrow irrigation N240 28郾 88c 40郾 47e 0郾 09c 5郾 87b 24郾 69a
N360 26郾 41cd 49郾 66b 0郾 08c 9郾 78a 14郾 07c
N480 20郾 33e 57郾 16a 0郾 06d 10郾 77a 11郾 69d
F值 I 269郾 1** 527郾 3** 181郾 5** 189郾 9** 9郾 8*
F value N 195郾 4** 695郾 8** 71郾 2** 81郾 5** 16郾 4**
I伊N 1郾 3 6郾 2* 8郾 7** 0郾 5 49郾 3**
表中数据为 2010 和 2011 年数据平均值 Data in the table were the average for 2010 and 2011郾
著影响,漫灌方式下硝态氮淋失量显著高于滴灌;硝
态氮淋失量随施氮量的增加而增加. 灌溉方式与施
氮量互作效应对硝态氮淋失量的影响达到显著水
平,说明硝态氮淋失量同时受到灌溉方式和氮肥水
平的影响.
氮素淋失率是依据淋失量和施氮量比例关系计
算而得.灌溉方式和施氮量对氮素淋失率产生显著
影响,漫灌方式下氮素淋失率高于滴灌;氮素淋失率
随氮素水平的增加而增大,其中,漫灌 N480处理的淋
失率最高,为 10郾 97% .灌溉方式与施氮量对氮素淋
失率的影响无互作效应.
2郾 5摇 灌溉方式和施氮量对肥料氮硝化鄄反硝化损失
的影响
应用间接法估算肥料氮的硝化鄄反硝化损失量,
考虑的主要因素为棉花氮素吸收、土壤残留(0 ~
100 cm)、硝酸盐淋溶及氨挥发.由表 6 可以看出,灌
溉方式对硝化反硝化损失率产生显著影响,且滴灌
硝化反硝化损失率高于漫灌;施氮量对硝化鄄反硝化
损失率产生显著影响,滴灌硝化鄄反硝化损失率随着
施氮量的增加而增大,而漫灌硝化鄄反硝化损失率随
着施氮量的增加而减小. 灌溉方式与施氮量互作效
应对硝化反硝化损失率的影响达到显著水平,说明
硝化鄄反硝化损失率同时受到灌溉方式和氮肥水平
的影响.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 滴灌方式能显著提高氮肥利用率
有研究表明,膜下滴灌可有效促进植物对氮肥
的吸收[15] .在本研究中,滴灌氮肥利用率显著大于
漫灌,这与 Chua 等[16]所报道的滴灌条件下棉花的
氮肥利用率基本吻合.与漫灌相比,滴灌能显著提高
棉花氮素的吸收利用率,降低氮素淋溶损失[17-18],
6572 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
这是由于滴灌采用分次施氮,使土壤供氮和作物需
氮在时间和空间上同步,显著地减少了氮肥在土壤
中转化的时间和损失的强度.
3郾 2摇 氨挥发损失不是棉田氮肥损失的主要途径
新疆土壤为石灰性土壤,pH 值一般在 8 左右,
碱性条件有利于 NH4 + 鄄N 转化为 NH3,从而有利于
氨挥发损失发生.尿素施入土壤后在脲酶作用下迅
速水解,造成耕层 NH4 + 鄄N 含量迅速增加,为氨挥发
过程提供了底物条件[19] . 本研究中,滴灌土壤氨挥
发量比漫灌高,这是由于滴灌追肥是以水带肥,尿素
首先溶解在水中,并在土壤较浅层次转化为氨态氮,
这是造成滴灌氨挥发量比漫灌氨挥发量高的主要原
因.但是,滴灌和漫灌土壤氨挥发损失量占施肥量比
例均很低,氨挥发损失不是氮素损失的主要途径,其
原因可能是土壤胶体大量吸收 NH4 +从而避免了转
化为 NH3以及随后的氨挥发损失[20] .
3郾 3摇 土壤硝酸盐淋溶损失比例较大
硝态氮淋失量主要受土壤中水分运动的制约,
水分是硝态氮在土壤运动中的载体,土壤供水量越
高,土壤硝态氮的淋溶量越大[21] .本研究发现,灌溉
方式对土壤淋溶液体积产生显著影响,滴灌方式下
淋溶液体积比漫灌平均降低 80郾 7% ,造成土壤淋溶
液体积差异显著的原因,主要是由于滴灌灌水方式
是少量多次,土壤水分、养分分布较浅,减少了下渗
量;另外本研究中漫灌单次灌水量大,造成水分下行
量较大.
刘学军等[22]研究表明,1 ~ 2 m 土层中累积的
硝态氮难以被作物吸收利用.本研究表明,在滴灌方
式下也存在下渗到 100 cm深度的硝酸盐,因此滴灌
也要控制灌溉量以避免硝酸盐淋溶的发生. 本研究
中设定硝酸盐下行超过 100 cm 土层深度即认为发
生氮素淋溶损失,但是棉花是直根系的作物,其根系
下扎可达 140 cm[23],因此本研究可能高估了硝酸盐
淋溶损失量. 也有研究认为[24-25],棉花根系向水性
明显,膜下滴灌条件下分布较浅,主要分布在膜下土
层,因此本研究以 100 cm土层深度作为土壤硝酸盐
淋溶损失量基本是合理的.有研究表明,在北方旱作
灌溉体系中,淋失可能是氮肥损失的主要途径之
一[26-29],本研究结果支持这一结论.
3郾 4摇 反硝化损失在棉田氮素损失中占重要地位
一般认为,反硝化作用发生的条件是嫌气条件
下进行的微生物学过程,因而受到土壤水分(通气
状况)和新鲜有机物质数量的制约. 一般估计北方
旱田由于通透性好、有机质含量低,因此反硝化损失
比例不大,但 Cai 等[30]分析旱地反硝化时得出,氮
肥有 13% ~ 29%通过反硝化损失. 在本研究中,反
硝化损失在氮素损失中占较高比例,滴灌占施氮量
的 17郾 85% ,漫灌占 16郾 82% ,且滴灌反硝化损失比
例显著大于漫灌.这是由于滴灌条件下土壤湿润时
间较长[16,31],会导致局部通气条件较差.本研究中,
反硝化损失量是间接估算的,考虑的主要因素为棉
花植株吸收、土壤残留(0 ~ 100 cm)以及氨挥发、
NO3 - 鄄N淋溶损失,而关于试验期间棉花地上部氮素
的气态损失以及田间杂草对土壤氮素的吸收等因素
未列入计算方程中,这有可能导致硝化反硝化损失
计算结果偏高,因此还需要更多的直接证据支持这
一结论.
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作者简介摇 王肖娟,女,1978 年生,博士研究生.主要从事绿
洲生态与农业资源高效利用研究. E鄄mail: wangxiaojuangjq@
sina. com
责任编辑摇 孙摇 菊
8572 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷