全 文 ：华北二月兰鄄春玉米轮作体系中土壤
硝态氮的时空变化特征*
熊摇 静1,2摇 王改兰2摇 曹卫东1,3**摇 白金顺1摇 曾闹华1摇 杨摇 璐4摇 高嵩涓4摇 志水胜好5
( 1中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 /农业部植物营养与肥料重点实验室, 北京 100081; 2湖南农业大学资源环境
学院, 长沙 410128; 3青海大学, 西宁 810016; 4中国农业科学院研究生院, 北京 100081; 5筑波大学生命环境系,日本茨城县
305鄄8572)
摘摇 要摇 二月兰鄄春玉米轮作生产体系是近年来为解决华北地区出现的大面积冬闲田而提出
的冬绿肥鄄春玉米生产新模式.本文依托定位试验,研究了该体系从二月兰翻压到玉米收获期
间的土壤硝态氮时空变化特征.结果表明:土壤硝态氮含量呈玉米生育前期高后期低的时间
变化特征和硝态氮含量峰值随着生育期的推移逐渐下移的空间变化特征,且土壤硝态氮含量
随施肥量的增加而显著增加.翻压二月兰对土壤硝态氮含量的时空变化有一定影响,冬春季
种植二月兰可降低 0 ~ 180 cm土壤硝态氮累积量;二月兰翻压后,春玉米苗期与喇叭口期土
壤硝态氮规律基本一致,主要集中在 0 ~ 20 cm 土层,0 ~ 100 cm 土壤剖面为有二月兰处理高
于无二月兰处理,100 ~ 180 cm土壤剖面则为有二月兰处理低于无二月兰处理;抽雄期以后,
土壤硝态氮含量普遍较低,100 ~ 180 cm土层土壤硝态氮含量为有二月兰处理略高于无二月
兰处理.总体上,翻压二月兰可以增加 0 ~ 180 cm土层土壤硝态氮保蓄量.
关键词摇 二月兰摇 春玉米摇 土壤硝态氮
*公益性行业(农业)科研专项(201103005)、中国农业科学院科技创新工程项目、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金、国家农作
物种质资源平台运行服务项目和作物种质资源保护和利用项目(NB2013鄄2130135鄄34)资助.
**通讯作者. E鄄mail: caoweidong@ caas. cn
2013鄄06鄄07 收稿,2013鄄11鄄26 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)02-0467-07摇 中图分类号摇 S152. 7, S512. 1摇 文献标识码摇 A
Temporal and spatial variations of soil NO3 -鄄N in Orychophragmus violaceus / spring maize
rotation system in North China. XIONG Jing1,2, WANG Gai鄄lan2, CAO Wei鄄dong1,3, BAI Jin鄄
shun1, ZENG Nao鄄hua1, YANG Lu4, GAO Song鄄juan4, SHIMIZU Katsuyoshi5 ( 1Ministry of Agri鄄
culture Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Institute of Agricultural Resources and Re鄄
gional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2College of Re鄄
sources and Environmental Sciences, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;
3Qinghai University, Xining 810016, China; 4Graduate School of Chinese Academy of Agricultural
Sciences, Beijing 100081, China; 5Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsuku鄄
ba, Ibaraki鄄ken 305鄄8572, Tsukuba, Japan) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(2): 467-473.
Abstract: The February orchid (Orychophragmus violaceus)鄄spring maize rotation system is estab鄄
lished to resolve the problems caused by the expansion of fallow fields in North China. Based on a
site鄄specific experiment, temporal and spatial variations of soil NO3 - 鄄N were investigated during the
period from February orchid incorporation to maize harvest. The results showed that the nitrate con鄄
tent in soil profiles not only showed a temporal characteristic, i. e. , increasing at the beginning of
the maize season and decreasing then after, but also showed a spatial characteristic, i. e. , the grad鄄
ual occurrence of the peak of nitrate content from shallower to deeper layer with the growth season of
maize. Meanwhile, incorporation of February orchid could affect temporal and spatial variations of
soil NO3 - 鄄N. February orchid planting reduced the soil NO3 - 鄄N accumulation in the profile of 0-
180 cm. After incorporation of February orchid, similar characteristics were observed at the seed鄄
ling and bell stages of maize, i. e. , the soil NO3 - 鄄N mainly stayed in the profile of 0-20 cm, and
NO3 - 鄄N concentrations in the treatments with February orchid were higher in 0-100 cm layer and
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 2 月摇 第 25 卷摇 第 2 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, Feb. 2014, 25(2): 467-473
lower in 100 -180 cm layer than those of the treatments without February orchid. After tasseling
stage, opposite phenomena were found, and the soil NO3 - 鄄N content was all relative low. Overall,
incorporation of February orchid could increase the storage capacity of soil NO3 - 鄄N in the profile of
0-180 cm.
Key words: February orchid; spring maize; soil NO3 - 鄄N.
摇 摇 目前,华北地区冬小麦面积逐渐萎缩,大田栽培
作物向一年一熟制演变趋势加剧,导致大量土地冬
春季节闲置.京津冀地区冬闲土地面积近 200伊104
hm2,这些地区春玉米收获到翌年播种前,有 7 个月
左右的时间处于空闲裸露状态. 这种种植方式造成
光热资源和土地资源闲置与浪费的同时,还容易引
起土壤干燥、风蚀增强、表土流失等生态问题,对周
边城市的环境造成压力[1] .
在空闲田上种植绿肥填闲作物,是有效利用土
地和减少环境压力的有效途径.目前,国内外在空闲
田种植绿肥填闲作物技术和改良土壤及减少环境污
染等方面已有不少研究. 赵秋等[2]研究表明,冬闲
地种植覆盖作物,碳蓄积量在 1. 8 ~ 3. 1 t·hm-2,是
冬闲田碳蓄积量的 1. 9 ~ 3. 3 倍,并且可以提高土壤
有机质含量. 中国农业科学院红壤实验站 25 年
(1982—2007 年)长期定位试验表明,空闲田长期种
植绿肥作物能培肥地力,提高土壤有机质含量和水
稻产量[3] .赵娜等[4]对夏闲期种植绿肥后小麦产量
变化进行了研究,结果表明,种植绿肥后,小麦生长
期施氮量减少 20%与正常施氮水平相比,产量不但
没有降低,反而有增加趋势.种植填闲作物还能减少
土壤硝态氮的淋洗和提高土壤中可利用态氮的含
量[5-8] .
针对华北地区冬季寒冷与热量资源不足的现实
条件,公益性行业(农业)科研专项绿肥项目组研发
了以二月兰(Orychophragmus violaceus)作为冬季覆
盖作物的二月兰鄄春玉米种植体系,其中二月兰作为
冬绿肥在冬春季节覆盖地表,春季盛花期翻压作绿
肥.二月兰作为一种有机体,其翻压可能会对土壤硝
态氮含量和下季作物生长产生影响,但尚未见相关
研究报道.本试验研究了二月兰翻压后对土壤硝态
氮含量及春玉米生长的影响,为京津冀地区冬绿肥鄄
春玉米体系应用提供理论及技术依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 试验地概况
试验在中国农业科学院廊坊万庄试验基地
(39毅34忆 N,116毅35忆 E)进行. 该地属于暖温带大陆
性季风气候,年平均气温为 11. 9 益,年平均日照时
数为 2660 h,无霜期为 183 d;年降水量为 554. 9
mm,6—8 月降水量达全年总降水量的 70% ~ 80% .
供试土壤为砂质石灰性潮土,有机质含量 4郾 16
g·kg-1,全氮 0. 34 g·kg-1,全磷 0. 54 g·kg-1,全钾
19 g· kg-1,碱解氮 17. 6 mg· kg-1,有效磷 4郾 2
mg·kg-1, 速 效 钾 73 mg · kg-1, CEC 10郾 6
cmol·kg-1,容重 1. 24 g·cm-3,pH值 8. 39.
1郾 2摇 试验设计
试验为定位试验,开始于 2008 年.试验设有、无
绿肥两因素和 0、70% 、85% 、100% 4 个施肥水平,
共计 8 个处理,分别为绿肥+0 化肥(G+F1)、绿肥+
70%化肥(G+F2)、绿肥+85%化肥(G+F3)、绿肥+
100%化肥(G+F4 )、0 化肥( F1 )、70% 化肥( F2 )、
85%化肥(F3)、100%化肥(F4).其中,100%化肥的
用量为 N 225. 0 kg·hm-2、P2 O5 112. 5 kg·hm-2、
K2O 112. 5 kg·hm-2 .采用随机区组排列,4 次重复,
小区面积 2. 4 m伊4. 8 m=11. 52 m2 .
供试绿肥作物为二月兰,玉米品种选用郑单
958.本年度试验于 2011 年 7 月撒播二月兰,2012
年 4 月 21 日翻压二月兰并施基肥,二月兰翻压量
22500 kg·hm-2 .春玉米季氮肥按照 1 颐 1 的比例分
别基施和追施,磷、钾肥一次性基施.玉米 4 月 28 日
播种,播种密度为 75000 株·hm-2,2012 年 6 月 21
日施追肥,施肥方式为大田开沟均匀撒施,8 月 30
日收获.
1郾 3摇 样品采集与测定
在施基肥前(2012 年 4 月 18 日)、春玉米苗期
(2012 年 6 月 2 日)、喇叭口期 (2012 年 6 月 20
日)、抽雄期(2012 年 7 月 11 日)、灌浆期(2012 年 8
月 2 日)、收获期(2012 年 8 月 30 日),用土钻分别
采集 0 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60、60 ~ 80、80 ~ 100 cm 的
土壤样品.为了更好地追踪硝态氮的去向,在施基肥
前、春玉米苗期、抽雄期、收获期,采集 100 ~ 120、
120 ~ 140、140 ~ 160、160 ~ 180 cm 的土壤样品. 样
品带回实验室后,称取 10 g 鲜土样品,然后加入 50
mL 2 mol·L-1 KCl溶液浸提,振荡 30 min,过滤后上
清液放入-4 益冰箱中保存,采用连续流动注射分析
864 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 25 卷
仪(Auto Analyzer 3,德国 SEAL公司)测定浸提液中
硝态氮含量,土壤硝态氮累积量(kg·hm-2)= 土层
厚度(cm)伊土壤容重(g·cm-3) 伊土壤硝态氮浓度
(mg·kg-1) / 10.同时采用烘干法测定土壤含水量.
另外,采用自动气象站测量降雨量.
1郾 4摇 数据处理
试验数据采用 SAS 软件进行统计分析,采用
LSD法进行差异显著性检验(琢=0. 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 二月兰翻压对春玉米季土壤硝态氮含量时空
变化的影响
由图 1a可以看出,玉米施基肥前,在 0 ~ 180 cm
土壤剖面上,土壤硝态氮整体含量较低,均不超过
25. 0 mg·kg-1 .各处理硝态氮含量的变化趋势基本
一致,均表现为在 40 ~ 60 cm土层有一高峰,随后逐
渐下降,从 120 ~ 140 cm 土层开始又逐渐上升,到
140 ~ 160 cm土层达到最高峰.在 0 ~ 100 cm土壤剖
面上,F1、F2、F3施氮水平有二月兰处理硝态氮含量
稍低于无二月兰处理或与之相当;F4施氮水平下,有
二月兰处理硝态氮含量高于无二月兰处理;在
100 ~ 180 cm土壤剖面上,各施氮水平下均表现为
有二月兰处理硝态氮含量低于无二月兰处理.
苗期(施基肥后 42 d)土壤硝态氮含量比二月
兰翻压前各个土层硝态氮含量有明显提高,且各处
理土壤硝态氮含量随着施氮量的增加而增加(图
1b).各处理均表现为表层(0 ~ 20 cm)土壤硝态
氮含量最高,各施肥处理含量在 55. 6 ~ 99郾 0
mg·kg-1;20 cm 以下土层迅速下降至 20 mg·kg-1
以内,至 140 ~ 180 cm土层又略有上升.在 0 ~ 20 cm
土层中,同一施氮水平下有二月兰处理硝态氮含量
高于无二月兰处理,两者硝态氮含量最高差值达到
24. 8 mg·kg-1,其中有二月兰处理最高为 99郾 0
mg·kg-1,无二月兰处理最高为 74. 2 mg·kg-1 . 在
20 ~ 180 cm 土壤剖面上,同一施氮水平下(不施氮
处理除外)各个土层硝态氮含量均表现为有二月兰
图 1摇 生育期春玉米土壤硝态氮含量的变化
Fig. 1摇 Dynamics of soil NO3 - 鄄N contents during the spring maize season.
a)施基肥前 Before basal fertilization; b)苗期 Seedling stage; c)喇叭口期 Bell stage; d)抽雄期 Tasseling stage; e)灌浆期 Filling stage; f)收获期
Harvest stage.
9642 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 熊摇 静等: 华北二月兰鄄春玉米轮作体系中土壤硝态氮的时空变化特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
处理低于无二月兰处理.
与苗期相比,喇叭口期(施基肥后 60 d)0 ~ 40
cm土壤剖面硝态氮含量降低(图 1c). 其中,0 ~ 20
cm土层硝态氮减少最多,有二月兰处理硝态氮减少
量为 9. 3 ~ 39. 5 mg·kg-1,无二月兰处理硝态氮减
少量为 5. 0 ~ 44. 5 mg·kg-1 . 40 ~ 60 cm 土层,土壤
硝态氮含量比苗期有所提高但差异很小;同一施氮
水平下(不施氮处理除外)硝态氮含量均表现为有
二月兰处理高于无二月兰处理.而在 60 ~ 100 cm土
壤剖面中,同一施氮水平下(不施氮处理除外)硝态
氮含量均表现为有二月兰处理低于无二月兰处理.
总体上,20 ~ 100 cm 土层土壤硝态氮含量不高,均
低于 20 mg·kg-1 .
玉米抽雄期(施追肥后 20 d)0 ~ 180 cm土壤剖
面硝态氮含量峰值下移至 20 ~ 40 cm土层(图 1d).
在 0 ~ 100 cm 土壤剖面上,有二月兰处理硝态氮平
均含量为 1. 8 ~ 12. 4 mg·kg-1,无二月兰处理平均
含量为 1. 1 ~ 14. 3 mg·kg-1,同一施氮水平下有无
二月兰处理间表现为:G+F4抑F4、G+F3抑F3、G+F2 >
F2、G+F1抑F1 .在 100 ~ 180 cm 土壤剖面上,有二月
兰处理硝态氮平均含量为 10. 2 ~ 14. 9 mg·kg-1,无
二月兰处理平均含量为 7. 9 ~ 12. 8 mg·kg-1,同一
施氮水平下有无二月兰处理间的土壤硝态氮含量表
现为:G+F4>F4、G+F3抑F3、G+F2>F2、G+F1抑F1 .
在春玉米灌浆期(施追肥后 42 d),0 ~ 100 cm
土壤剖面中各处理硝态氮含量均较低(图 1e),施氮
量为 225 kg·hm-2时,G+F4和 F4处理的硝态氮含量
峰值下移至 60 ~ 80 cm 土层,其他施氮水平硝态氮
含量在 80 ~ 100 cm土层略有上升.在 0 ~ 100 cm土
壤剖面中,同一施氮水平下(不施氮处理除外)均表
现为有二月兰处理硝态氮含量略低于无二月兰
处理.
由图 1f可以看出,收获期(施追肥后 70 d)0 ~
80 cm土壤剖面硝态氮含量处于较低水平,60 ~ 80
cm土壤硝态氮含量明显低于灌浆期,但 80 ~ 180
cm土壤硝态氮含量增加.在 0 ~ 80 cm土壤剖面上,
同一施氮水平下,有二月兰处理在高施肥量时土壤
硝态氮含量略高于无二月兰处理,低施肥量时无二
月兰处理略高;在 80 ~ 180 cm 土壤剖面上,同一施
氮水平下有二月兰处理土壤硝态氮含量普遍高于无
二月兰处理.
2郾 2摇 二月兰翻压对春玉米季土壤硝态氮累积量时
空变化的影响
2郾 2郾 1 0 ~ 100 cm土壤硝态氮累积量时空变化 摇 由
表 1 可以看出,施基肥前,0 ~ 100 cm 土壤剖面硝态
氮累积量表现为有二月兰处理小于无二月兰处理,
有二月兰处理土壤硝态氮累积量为 26. 2 ~ 149郾 6
kg·hm-2,无二月兰处理硝态氮累积量为 38. 0 ~
141郾 2 kg·hm-2,说明二月兰生长会消耗部分土壤硝
态氮.各施肥处理的土壤硝态含量明显高于不施肥处
理,表明化肥施用对土壤硝态氮含量起决定作用.
由于基肥的施入,与二月兰翻压前相比,玉米苗
期和喇叭口期 0 ~ 100 cm土壤硝态氮累积量显著提
高(表 1),各处理硝态氮累积量均表现为有二月兰
处理高于无二月兰处理.在苗期,有二月兰处理硝态
氮累积量为 119. 0 ~ 374. 4 kg·hm-2,无二月兰处理
硝态氮累积量为 42. 5 ~ 333. 1 kg·hm-2 .喇叭口期,
同一施氮水平下,有二月兰处理比无二月兰处理硝
态氮累积量高 14. 4 ~ 76. 5 kg·hm-2,其中,G+F4显
著高于 F4、G+F3显著高于 F3 .可见,翻压二月兰能提
高玉米喇叭口期之前 0 ~ 100 cm土壤硝态氮含量.
由表 1 可以看出,春玉米抽雄期、灌浆期土壤硝
态氮累积量大幅度下降. 施肥处理土壤硝态氮累积
量显著高于不施肥处理,并随施肥量的增加而明显
表 1摇 春玉米不同生育时期 0 ~ 100 cm土壤 NO3 - 鄄N累积量
Table 1摇 Soil NO3 - 鄄N accumulation in 0-100 cm layer of spring maize at different growth stages (mean依SD, kg·hm-2)
处理
Treatment
施基肥前
Before basal
fertilization
苗期
Seedling
stage
喇叭口期
Bell
stage
抽雄期
Tasseling
stage
灌浆期
Filling
stage
收获期
Harvest
stage
G+F1 26. 2依5. 5c 119. 0依31. 9ef 77. 6依17. 7d 23. 4依7. 2d 10. 3依2. 7d 9. 5依0. 7f
G+F2 33. 9依8. 9c 207. 4依71. 9cd 142. 0依37. 8c 75. 8依2. 6c 29. 0依7. 8d 29. 3依2. 7e
G+F3 94. 5依7. 5b 296. 4依48. 7ab 224. 1依33. 5ab 110. 6依15. 4b 56. 3依0. 7c 60. 8依6. 0c
G+F4 149. 6依44. 7a 374. 4依112. 1a 258. 1依44. 1a 166. 7依32. 9a 107. 5依40. 1b 89. 4依2. 1a
F1 38. 0依12. 4c 42. 5依6. 6f 24. 4依4. 2e 14. 7依1. 5d 5. 9依1. 3d 6. 2依2. 3f
F2 53. 4依7. 2c 183. 3依57. 0de 127. 6依18. 5c 65. 0依1. 2c 31. 1依5. 6d 32. 5依5. 2e
F3 107. 2依15. 1b 278. 4依21. 2bc 147. 6依14. 6c 99. 9依6. 5b 56. 0依8. 7c 56. 4依3. 3d
F4 141. 2依23. 1a 333. 1依6. 3ab 193. 3依3. 3b 166. 5依2. 7a 135. 8依15. 1a 70. 9依3. 2b
同列不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0. 05) Different small letters in the same column meant significant difference among different treat鄄
ments at 0. 05 level. 下同 The same below.
074 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 25 卷
表 2摇 春玉米不同生育时期 100 ~ 180 cm 土壤 NO3 - 鄄N 累
积量
Table 2摇 Soil NO3 - 鄄N accumulation in 100-180 cm layer of
spring maize at different growth stages ( mean 依 SD,
kg·hm-2)
处理
Treatment
施基肥前
Before basal
fertilization
苗期
Seeding
stage
抽雄期
Tasseling
stage
收获期
Harvest
stage
G+F1 121. 2依5. 5b 120. 2依3. 9c 108. 6依7. 9d 66. 0依3. 3e
G+F2 143. 5依8. 9b 119. 3依29. 3c 111. 3依4. 2cd 144. 4依2. 6c
G+F3 118. 9依7. 5b 152. 8依13. 7b 123. 5依14. 4bcd 157. 8依3. 8c
G+F4 143. 5依44. 7b 207. 7依5. 2a 199. 7依9. 3a 268. 5依33. 9a
F1 137. 4依12. 4b 157. 1依14. 4b 125. 7依8. 2bc 55. 7依14. 7e
F2 137. 7依7. 2b 121. 8依9. 5c 106. 3依5. 4d 115. 3依7. 8d
F3 128. 0依15. 1b 146. 5依5. 6b 123. 4依11. 2bc 153. 9依11. 2c
F4 172. 4依23. 6a 214. 8依26. 3a 138. 1依20. 3b 214. 8依25. 3b
增加,且各施肥处理间差异显著. 同一施氮水平下,
有无二月兰处理间硝态氮累积量基本相当. 虽然喇
叭口期进行了追肥,但施肥并未提高后面几个生育
期土壤硝态氮累积量,主要因为施肥后的大量降雨
和春玉米地上部分生物量显著增长所致. 有无二月
兰处理土壤硝态氮累积量在生育后期出现逆转的主
要原因也可能是植株的吸收利用,抽雄期和灌浆期
地上部分生物量有二月兰处理高于无二月兰处理.
春玉米收获期,当施肥量为 225 kg·hm-2时,土壤硝
态氮累积量比灌浆期大幅度下降,主要原因可能是
土壤硝态氮累积量背景值高,在大量降雨作用下过
高的土壤硝态氮会进一步向下淋洗.在收获期,F3、
F4处理下,有二月兰处理硝态氮累积量显著高于无
二月兰处理,说明二月兰翻压有利于土壤固持硝
态氮.
2郾 2郾 2 100 ~ 180 cm 土壤硝态氮累积量时空变化 摇
为了更好地追踪 100 cm以下土壤硝态氮的去向,对
施基肥前及春玉米苗期、抽雄期和收获期 100 ~ 180
cm土层土壤硝态氮累积量进行了测定(表 2).经过
二月兰季对土壤氮素的消耗,有二月兰处理 100 ~
180 cm硝态氮累积量小于无二月兰处理.春玉米苗
期,同一施氮水平下,有无二月兰处理之间土壤硝态
氮累积量基本相当,表明此时期土壤深层硝态氮累
积量受二月兰翻压的影响不大.抽雄期,低量施氮及
不施氮时,有二月兰处理土壤硝态氮累积量低于无
二月兰处理或者与之相当; 而施氮量为 225
kg·hm-2时,G+F4处理土壤硝态氮累积量显著高于
F4处理,说明 G+F4处理土壤含氮量过高,0 ~ 100 cm
土壤硝态氮向下运移量较大. 玉米收获期与抽雄期
类似,同一施氮水平下,有二月兰处理土壤硝态氮累
积量高于无二月兰处理,尤其是高量施肥水平下差
异更明显;但与抽雄期相比,收获期 100 ~ 180 cm土
壤硝态氮累积量有大幅度提高(不施氮处理除外),
主要原因可能是大量的降雨导致硝态氮向下运移.
3摇 讨摇 摇 论
本文探讨了二月兰鄄春玉米生长季硝态氮的时
空变化.二月兰生长季后,0 ~ 100 cm 和 100 ~ 180
cm土层硝态氮累积量均表现为有二月兰处理低于
无二月兰处理,这可能与二月兰生长季对土壤硝态
氮的吸收利用有关. Thorup鄄Kristensen[9]比较了部分
谷类作物(冬季黑麦、意大利黑麦、燕麦和钟穗花)
与十字花科作物(冬油菜、饲用萝卜和大白菜)的根
系生长速率,结果表明,这 7 种绿肥作物的根系生长
有显著差异,表现为十字花科作物根系较谷类作物
生长迅速且下扎更深,其中十字花科芸薹属的大白
菜根系可下扎至 2 m深土层.本试验中,十字花科作
物二月兰处理深层硝态氮的耗竭可能与其具有的较
发达根系有关,但根系生长与二月兰对土壤深层硝
态氮吸收的关系有待进一步研究. 目前已有研究表
明,在多雨季节种植填闲作物能有效减少硝态氮的
淋洗[10-11] .但在本试验中,冬春季二月兰的种植并
未表现出对硝态氮的明显抑制作用,其原因可能是
二月兰生长季降雨量较小(上季春玉米收获后至二
月兰翻压前总降雨量为 47. 6 mm)难以引起硝态氮
向下大量运移.本试验说明,冬春季种植二月兰起到
了有效利用上季作物残留的硝态氮的作用.
春玉米生育前期,由于基肥施入和春玉米苗期
养分吸收量较小,该时期土壤硝态氮含量大幅度升
高;同时由于播种至苗期(42 d)及喇叭口期(60 d)
几乎无有效降雨(图 2),土壤 0 ~ 20 cm剖面中土壤
图 2摇 春玉米季施基肥后降雨量
Fig. 2 摇 Precipitation after basal fertilization during the spring
maize growth period.
A:基肥 Basel fertilization; B:追肥 Topdressing; a)施基肥前 Before
basal fertilization; b)苗期 Seedling stage; c)喇叭口期 Bell stage; d)抽
雄期 Tasseling stage; e)灌浆期 Filling stage; f)收获期 Harvest stage.
1742 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 熊摇 静等: 华北二月兰鄄春玉米轮作体系中土壤硝态氮的时空变化特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
硝态氮大量积累.各处理在 0 ~ 100 cm 土壤剖面上
硝态氮累积量表现为有二月兰处理高于无二月兰处
理,100 ~ 180 cm 土壤剖面上则表现为有二月兰处
理低于无二月兰处理. 这可能与二月兰自身腐解释
放氮素和二月兰翻压对硝态氮淋洗的抑制作用密切
相关.前期研究表明,二月兰本身的腐解规律为前期
快、后期慢,在翻压 14 d 后,氮的释放量占总量的
50% [12] .本试验中,翻入土壤的二月兰氮百分含量
为 3. 4% ,鲜草含水量为 87% ,即二月兰全部腐解理
论上可产生 99. 2 kg·hm-2氮素.到春玉米喇叭口期
时,根据二月兰腐解规律推测,绝大部分二月兰已经
腐解完全.土壤硝态氮含量增加,其向深层土壤运移
量也相应增加,但本试验的春玉米生育前期,同一施
氮水平下,有二月兰处理深层土壤硝态氮累积量并
未高于无二月兰处理,说明二月兰生物体的存在可
有效抑制硝态氮向下淋洗.
玉米喇叭口期追肥后直至成熟期,0 ~ 180 cm
土壤剖面上硝态氮含量并未因追肥而提高,反而比
前两个时期有所下降.其主要原因一方面是,本研究
中春玉米生育后期的降雨量大,导致土壤硝态氮随
降水向深层运移.此阶段的降雨量占生育季总降雨
量的 68. 2% ,抽雄期取样时间距离追肥时间为 20
d,此 20 d内降雨量合计达到 167. 4 mm(图 2).众多
研究表明,土壤硝态氮含量随着灌溉量的增加而减
少[13-14],而硝态氮的淋洗随着灌水和降水量的增大
而增大[15-18],这与本研究结果基本一致;另一方面,
此阶段玉米地上部生物量显著增长,对养分的大量
吸收导致土壤养分耗竭.同时,各处理在 0 ~ 100 cm
土壤剖面上硝态氮累积量表现为:同一施氮水平下,
有二月兰处理低于无二月兰处理,这与本试验中有
二月兰处理地上部分生物量和吸氮量高于无二月兰
处理的结果相符.
摇 摇 春玉米生育后期,从 0 ~ 180 cm 的土壤硝态氮
累积总量上看,相同施肥水平下,有二月兰处理总体
上高于无二月兰处理,尤其是高施肥水平下.说明二
月兰可以增加 0 ~ 180 cm 土壤对硝态氮的保蓄量.
一般来讲,200 cm以下土层中的养分很难被作物吸
收利用,在过量灌水的情况下,这部分硝态氮将继续
向下淋溶,给地下水安全带来威胁. 刘宏斌等[19]采
用 GPS定位与深层土钻取样的方法研究了北京市
春玉米深层土壤剖面硝态氮的空间分布特征与累积
状况,结果表明,春玉米地 0 ~ 200 cm土壤硝态氮累
积量为 284. 9 kg·hm-2 . 本试验中,G+F4处理在春
玉米收获后 0 ~ 180 cm 硝态氮累积量为 357郾 9
kg·hm-2,比常规春玉米地 0 ~ 200 cm 土层高 73
kg·hm-2 .可见,本试验中春玉米收获后大部分硝态
氮残留在作物可吸收利用的土层范围内,对地下水
硝酸盐污染的风险较小.
4摇 结摇 摇 论
土壤硝态氮含量呈现玉米生育前期含量高后期
低的时间变化特征,硝态氮含量峰值随着生育期的
推移呈逐渐下移的空间变化特征,且土壤硝态氮含
量随施肥量增加而显著增加.生育前期,0 ~ 100 cm
土壤剖面上硝态氮累积量高于 100 ~ 180 cm;生育
后期,0 ~ 100 cm 土壤剖面上硝态氮累积量低于
100 ~ 180 cm.
翻压二月兰总体上可以增加 0 ~ 180 cm土层土
壤硝态氮保蓄量,对土壤硝态氮含量的时空变化有
一定影响.冬春季种植二月兰可降低翻压前 0 ~ 180
cm土壤硝态氮累积量. 二月兰翻压后,春玉米苗期
与喇叭口期规律基本一致,土壤硝态氮主要集中在
0 ~ 20 cm 土层,0 ~ 100 cm 土壤剖面上有二月兰处
理高于无二月兰处理,100 ~ 180 cm 土壤剖面上则
表现为有二月兰处理低于无二月兰处理. 抽雄期以
后,土壤硝态氮含量普遍较低,100 ~ 180 cm 土层土
壤硝态氮含量表现为有二月兰处理略高于无二月兰
处理.
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作者简介摇 熊摇 静,女,1987 年生,硕士研究生. 主要从事植
物营养与施肥研究. E鄄mail: xjhappy. happy@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
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