全 文 ：第 34 卷第 13 期
2014年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.13
Jul.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201103005);国家小麦现代产业技术体系建设专项经费;农业科研杰出人才及其创新团队培养计划;教
育部“新世纪优秀人才支持计划冶项目(NCET鄄08鄄0465)
收稿日期:2012鄄11鄄22; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄02鄄25
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: yajungao@ nwsuaf.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201211221647
李云,刘炜,王朝辉,高亚军.不同作物对旱地农田残留硝态氮的利用差异.生态学报,2014,34(13):3788鄄3796.
Li Y, Liu W, Wang Z H, Gao Y J.A comparison of the use of residual soil nitrate by winter wheat and alfalfa in the drylands of China忆s Loess Plateau.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(13):3788鄄3796.
不同作物对旱地农田残留硝态氮的利用差异
李摇 云1,2,刘摇 炜3,王朝辉1,高亚军1,4,*
(1. 西北农林科技大学资源环境学院, 杨凌摇 712100; 2. 四川农业大学资源环境学院,成都摇 611130;
3. 陕西省宝鸡市农技推广服务中心,宝鸡摇 721000; 4. 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室, 杨凌摇 712100)
摘要:在黄土高原南部娄土上,通过 2a田间试验研究了小麦和苜蓿对土壤中不同累积量的残留硝态氮的利用差异。 研究包括
0—3 m土壤残留硝态氮累积量(设 N1、N2、N3、N4、N5和 N6共 6 个水平,残留硝态氮量依次增加)和作物种类(冬小麦和苜蓿)
2个因素,分别采用冬小麦鄄夏休闲鄄冬小麦和苜蓿连作种植方式。 结果表明,不施用氮肥条件下,冬小麦鄄休闲鄄冬小麦轮作周期
与苜蓿连作 2a内,土壤残留硝态氮的消长有明显差异。 在第 1季小麦生长期间,小麦的氮素携出量(63.9—130.3 kg / hm2)、氮
素携出量占播前残留硝态氮量的比例(18%—27%)及氮素携出量占该生长季硝态氮减少量的比例(29%—62%)均显著高于同
期的苜蓿处理。 在第 2个生长季内,苜蓿的氮素携出量是小麦当季氮素携出量的近 6倍,但由于苜蓿固氮作用强烈,至第 2 生
长季结束后,0—3 m土壤硝态氮量与苜蓿播前相比平均只减少了 72.4 kg / hm2,而麦田 0—3 m土壤硝态氮量与小麦播前相比减
少了 158.3 kg / hm2。 在短期内如果通过种植作物消耗土壤剖面的残留硝态氮,冬小麦比苜蓿更有优势。 第 1 季小麦氮素携出
量与小麦播前 0—2 m( r= 0.920**)和 0—3 m( r= 0.857*)土层残留硝态氮量呈显著或极显著正相关,与 0—1 m 土层残留硝态
氮量没有显著相关性;第 1生长季苜蓿氮素携出量与播前 0—1 m土壤硝态氮累积量呈显著正相关关系( r = 0.846*),而与 0—
2 m和 0—3 m土壤硝态氮累积量的相关性并不显著。 小麦比苜蓿能利用更深土层中的硝态氮。 随着播前 0—3 m 土壤残留硝
态氮的增加,小麦和苜蓿地上部氮素携出量呈增加的趋势,硝态氮表观损失也显著增加。
关键词:残留硝态氮;冬小麦;苜蓿;旱地
A comparison of the use of residual soil nitrate by winter wheat and alfalfa in the
drylands of China忆s Loess Plateau
LI Yun1,2, LIU Wei3, WANG Zhaohui1, GAO Yajun1,4,*
1 College of Natural Resources and Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100, China
2 College of Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
3 Baoji Agricultural Technology Extension Center, Baoji 721000, China
4 Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri鄄environment in Northwest China,Ministry of Agriculture, Yangling 712100, China
Abstract: The application of excessive amounts of nitrogen fertilizer in dryland habitats continues to result in an increase in
the amount of residual nitrate found in dryland soil profiles in the southern Loess Plateau of north central China. Efforts to
use this resource have attracted considerable attention. A two鄄year field experiment was conducted in the southern Loess
Plateau to investigate and compare how residual soil nitrate is used in winter wheat and alfalfa fields. Crops of alfalfa and
winter wheat were grown in fields with six levels of residual soil nitrate, measured as the accumulated nitrate at soil depths
of 0—3 m, with continuous alfalfa and wheat鄄summer fallow鄄wheat systems. Both crops exhibited similar yet different
changes in the levels of residual soil nitrate during the two year study without the application of additional nitrogen fertilizer.
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During the first wheat growing season, soil nitrate at a depth of 0—3 m decreased by 42%—66% in the wheat fields
while it decreased by 41%—73% in the alfalfa fields, compared with N levels before sowing. N uptake (63.9—130.3 kg /
hm2), the proportion of N uptake from the total residual soil nitrate prior to crop sowing (18%—27%), and the proportion
of N uptake from soil nitrate reduction (29%—62%) was much higher for winter wheat than for alfalfa. The apparent
reduction of soil nitrate in the upper 0—3 m of soil in the wheat field (62.1—317.1 kg / hm2) was lower than that in the
alfalfa field (95.0—614.1 kg / hm2). During the second wheat growing season, N uptake of alfalfa was 593.8 kg / hm2, six
times higher than the N uptake of wheat. However, residual soil nitrate in the alfalfa treatments increased as a result of
strong N fixation by alfalfa. Compared with the N levels prior to crop sowing, the residual soil nitrate in the alfalfa field
declined by 72.4 kg / hm2 while it declined by 158.3 kg / hm2 in the wheat field after two growing seasons. These results
indicate that winter wheat used more residual soil nitrate than alfalfa during the two year study. If the goal is to reduce
residual soil nitrate levels, winter wheat has the advantage of reducing nitrate levels faster than does alfalfa in a short period
of time.
During the first wheat growth season, N uptake by wheat had a significant positive correlation to the levels of residual
soil nitrate at a depth of 0—2 m ( r= 0.920**) and 0—3 m ( r= 0.857*) while it had no significant correlation to residual
soil nitrate at depths of 0—1 m. On the contrary, N uptake by alfalfa had a significant positive correlation to residual soil
nitrate at a depth of 0—1 m ( r = 0.846*) prior to alfalfa sowing while it was not significantly correlated to residual soil
nitrate at depths of 0—2 m and 0—3 m. These results indicate that residual nitrate in deeper soil contributed more to winter
wheat N uptake when compared to N uptake by alfalfa.
The uptake of N by both wheat and alfalfa was significantly positively correlated to the levels of residual nitrate in the
soil at depths of 0—3 m prior to the first season of wheat sowing. However, with higher initial soil nitrate levels, the
apparent loss of N also increased. These results suggest that with increased levels of residual nitrate in the soil, crops were
able to increase their uptake of soil N, resulting in the removal of higher amounts of N by the crops while higher amounts of
N are lost from soil profile.
Key Words: residual soil nitrate; winter wheat; alfafa; dryland
摇 摇 随着施氮量的迅速增加,作物收获后残留在土
壤剖面的矿质氮量越来越高,其中旱地条件下以硝
态氮为主[1鄄2]。 冬小麦收获后土壤中的残留硝态氮
在降雨集中的夏季休闲期间很容易向下迁移[3鄄5],具
有淋溶(脱离根区)和反硝化损失的风险[6]。 然而,
土壤剖面残留的硝态氮,也是作物的有效氮源,如果
能够合理地利用,不仅提高氮素的利用效率,而且从
根本上减少了硝态氮的淋失。
不同种类作物根系生长特点不同,因此对土壤
残留氮素的利用具有显著差异[7鄄8]。 我国苜蓿种植
面积约 133 万 hm2。 黄土高原是我国苜蓿的传统种
植区,栽培面积约占全国栽培总面积的 77 %[9]。 而
冬小麦鄄夏休闲是黄土高原雨养农业区的主要种植
制度之一。 多年生苜蓿根系可深达 6 m[10],小麦根
系主要集中在 0—0. 3 m 土层,占总根量的 60%,
0郾 3—0.8 m土层中只占 30%左右,0.8 m以下数量锐
减[11]。 这两种作物对土壤残留硝态氮的利用有何
不同呢? 利用15N标记肥料所做的研究发现,不同作
物对土壤剖面硝态氮的利用率有显著差异[12鄄13]。 有
报道指出,在干旱的黄土塬区小麦根系可以深扎到
400 cm以下土层[11],可以利用土壤深层 200—300
cm积累的硝态氮[14]。 紫花苜蓿根系的分布深度在
生长的 6a以前,每年平均以 112.5 cm的速度下伸,6
年生紫花苜蓿的根系分布深度可达 675 cm以上[10]。
那么,这是不是意味着苜蓿可能比冬小麦能更好地利
用土壤中的残留硝态氮呢? 本研究利用田间试验对
此做深入探讨,着重考察累积在土壤剖面的硝态氮在
苜蓿和冬小麦生长条件下的消长规律及其与作物氮
素吸收的关系,为旱地氮素养分的管理提供依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 试验地基本概况
摇 摇 杨凌地处关中中部,属于黄土高原南部旱作区,
9873摇 13期 摇 摇 摇 李云摇 等:不同作物对旱地农田残留硝态氮的利用差异 摇
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年均降水量 649 mm,分布不均,主要集中在 7、8、9 3
个月,冬春易旱,年均气温 12. 9益,年蒸发量 1400
mm,属半湿润易旱地区。
1.2摇 供试土壤和作物
试验于西北农林科技大学灌溉试验站进行,供
试土壤为娄土(Lou soil),0—20 cm 土层容重 1.31
g / cm3,pH值 8.25,有机质含量 9.63 g / kg,全氮 1.07
g / kg,速效钾 182.4 mg / kg,速效磷 12.2 mg / kg。 供
试作物为冬小麦(小偃 22)、苜蓿。
图 1摇 小麦田和苜蓿田土壤硝态氮残留背景
Fig.1 摇 Accumulation of residual nitrate in 0—3 m soil depth
before the test
1.3摇 试验方案
研究包括 0—3 m 土壤残留硝态氮累积量和作
物种类两个因素。 残留硝态氮累积量设 N1、N2、N3、
N4、N5和 N6 共 6 个水平(0—3 m 土壤残留硝态氮
累积量依次增加,如图 1。 2003 年夏季休闲期间通
过在不同时间施用氮肥和灌水造成不同残留氮累积
量),作物种类设冬小麦和苜蓿 2 个水平,分别采用
冬小麦鄄夏休闲鄄冬小麦和苜蓿连作种植方式。 完全
组合,共 12个处理,重复 3 次。 田间随机排列,小区
面积为 3 m伊3 m= 9 m2,小区之间间隔 1 m。
2003年 10月 22日播种小麦和苜蓿,不施氮肥,
底施磷肥 100 kgP 2 O5 / hm2。 在播种(10 月 22 日)
前、小麦收获(5月 30 日)后,于小麦、苜蓿行间用土
钻采土样,每 20 cm为 1层,采至 300 cm,每小区取 2
个样点,同一层 2点的土壤混合,作为该区该层次的
样品,测定其硝态氮含量。 小麦收获后,分茎叶、籽
粒和颖壳 3 部分采植株分析样,同时采苜蓿全株分
析样和估产样品;2004年 10月 20日刈割全区苜蓿,
记产并取分析样,同时采取土壤样品并测定土壤硝
态氮含量。
第 2季小麦于 2004 年 10 月 18 日播种,不施氮
肥,底施磷肥 100 kgP 2O5 / hm2,2005年 6月 2日收获
小麦;苜蓿第 2个生长季开始前不施任何肥料,分别
于 2005年 6月 13日、7月 19日和 9 月 23 日分 3 次
刈割苜蓿并计产。 在小麦播种(10 月 18 日)前、小
麦收获(6月 2 日)后、苜蓿第一次刈割(6 月 13 日)
后,于小麦、苜蓿行间采土样,采样深度与方法均与
2003年相同。 2005 年小麦和苜蓿的植株样采集方
法也与 2004年相同。
该地区多年平均降雨量为 649 mm,冬小麦生长
期间(10月—翌年 5月)平均降雨量约为 195 mm,夏
闲期间降雨量约为 454 mm。 2003 年 10 月 22 日—
2004年 5月 30日期间的降雨量为 117 mm,2004 年
6月 1 日—10 月 18 日的降雨量为 410 mm,2004 年
10月 19日—2005年 6 月 2 日的降雨量为 155 mm。
作物生长期间没有补充灌水。
1.4摇 测定项目和方法
土壤 NO3鄄N含量用 1 mol / L 的 KCl 浸提(土液
比 1颐10,振荡 1 h),连续流动分析仪测定。 植株样品
测定全氮含量(凯氏法)。 土壤硝态氮表观损失量根
据文献依公式计算[15]:土壤硝态氮表观盈亏量 =土
壤硝态氮起始总量-土壤硝态氮残留总量-作物吸氮
量。 用 SAS软件对数据做统计分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 作物生长过程中土壤硝态氮累积量的变化
2.1.1摇 小麦生长期间土壤硝态氮的消长
第 1 个生长季(2003 年 10 月—2004 年 6 月)
后,麦田土壤剖面硝态氮累积量显著减小 (平均
241郾 6 kg / hm2),减少量占播前 3 m 土层硝态氮累积
量的 42%—66%(平均 49%)。 随着播前土壤残留硝
态氮的增加,小麦生长期间 0—3 m土层硝态氮的减
少量及其占播前硝态氮累积量的比例均呈增加趋
0973 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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势。 其中 N6处理的硝态氮减少量及其占播前硝态
氮累积量的比例显著高于 N1—N5 处理(P = 5%),
N4和 N5处理的硝态氮减少量显著高于 N1和 N2处
理(P= 5%),N4和 N5之间、N1、 N2和 N3之间的硝
态氮减少量差异均不显著(表 1)。
在夏季休闲期间,土壤有机氮大量矿化,硝态氮
量显著增加,但不同残留背景处理硝态氮增加量差
异不大;硝态氮增加量显著高于小麦生长期间的减
少量,平均为硝态氮减少量的 1.5倍(表 1)。
至第 2个生长季开始时,土壤硝态氮累积量已
经恢复到比第 1季小麦播前更高的水平:0—3 m 土
层硝态氮平均为 547.5 kg / hm2,比第 1季播前土壤平
均高出 69.9 kg / hm2。 但各处理硝态氮累积量没有
明显差异。 第 2个生长季期间硝态氮的减少量与第
1个生长季的相当,0—3 m 土层硝态氮的减少量为
170.5—277.5 kg / hm2,其占当季小麦播前土壤硝态
氮累积量的比例平均 42%,低于第 1季(平均 49%)。
随残留背景硝态氮累积量的增加,0—3 m 土壤硝态
氮减少量占播前硝态氮的比例均有降低的趋势。 至
第 2个生长季结束后(2005年 6月),0—3 m土壤中
残留的硝态氮为 212.8—364.9 kg / hm2(平均为 319.3
kg / hm2),占第 1 季小麦播前土壤残留氮的 53%—
94%(平均 69%)。 种植 2a小麦后,0—3 m土层硝态
氮减少 24. 0—314. 8 kg / hm2 (平均 158. 3 kg / hm2 )
(表 1)。
表 1摇 小麦生长期间 0—3 m土壤硝态氮的变化
Table 1摇 Fluctuation of soil residual nitrate of 0—3 m depth in wheat field during 2 years
土壤硝态氮
Soil residual nitrate
残留硝态氮背景 Residual soil nitrate background
N1 N2 N3 N4 N5 N6 平均 Average
第 1季小麦收获后土壤硝态氮 Residual soil nitrate after
wheat harvest 170.1 210.2 274.4 226.5 307.4 227.5 236.0
第 1 季小麦生长期间土壤硝态氮的减少量 Reduction of
soil nitrate during the first growth season 144.0 163.3 199.1 259.4 236.4 447.4 241.6
硝态氮减少量占播前土壤硝态氮的百分比 Proportion of
soil nitrate reduction in residual soil nitrate before wheat
sowing / %
46 44 42 53 43 66 49
夏闲期间土壤硝态氮的增加量 Increment of soil nitrate
during summer fallow period 317.4 338.2 319.7 332.9 257.6 303.0 311.5
第 2季小麦播前土壤硝态氮 Residual soil nitrate before
wheat sowing of the second growth season 487.5 548.4 594.1 559.4 565.1 530.6 547.5
第 2季小麦收获后土壤硝态氮 Residual soil nitrate after
wheat harvest of the second growth season 212.8 349.5 316.6 312.8 363.9 360.1 319.3
第 2 季小麦生长期间土壤硝态氮的减少量 Reduction of
soil nitrate during the second growth season 274.6 198.8 277.5 246.7 201.2 170.5 228.2
第 2季小麦生长期间土壤硝态氮减少量占第 2 季小麦
播前土壤硝态氮的百分比 Proportion of soil nitrate
reduction in residual soil nitrate before wheat sowing of the
second growth season
56 36 47 44 36 32 42
2a间土壤硝态氮的减少量 Reduction of soil nitrate after
2 years 101.3 24.0 156.8 173.1 180.0 314.8 158.3
2a后土壤硝态氮占第 1 年小麦播前土壤硝态氮的比例
Proportion of soil nitrate after 2 years in nitrate before wheat
sowing 2 years ago / %
68 94 67 64 67 53 69
摇 摇 N1、N2、N3、N4、N5、N6分别代表不同的残留硝态氮量,具体见图 1
2.1.2摇 苜蓿生长期间土壤硝态氮的消长
在小麦第 1个生长季后(2004 年 6 月),采集并
测定了苜蓿地土壤的硝态氮含量,结果表明,苜蓿地
土壤残留硝态氮量同样显著减小:0—3 m 土层硝态
氮的减少量为 127.5—648.6 kg / hm2(平均 354.0 kg /
hm2),占播前硝态氮累积量的 41%—73% (平均
53%)。 随着土壤播前硝态氮累积量的增加,硝态氮
减少量及其占播前硝态氮累积量的比例呈增加趋
势,其中 N5 和 N6 处理的硝态氮减少量显著高于
N1—N4处理(P = 5%),N2—N4 处理的硝态氮减少
量显著高于 N1 处理(P = 5%),N5 和 N6 之间、N2、
N3 和 N4 之间的硝态氮减少量差异均不显著
1973摇 13期 摇 摇 摇 李云摇 等:不同作物对旱地农田残留硝态氮的利用差异 摇
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(表 2)。
在 2004 年 6 月—10 月间,小麦地处于休闲状
态,而苜蓿仍然在生长,0—3 m 土壤硝态氮量增加
91.8—262.6 kg / hm2(平均 197.9 kg / hm2)。 N4和 N5
处理的硝态氮增加量低于其它处理(表 2)。
苜蓿在开始第 2个生长季之前(2004年 10月),
0—3 m土壤硝态氮的累积量比苜蓿播前(2003年 10
月)显著减少。 各处理之间土壤硝态氮累积量没有
明显差异。 经过第 2 个生长季后(2005 年 6 月),土
壤中的硝态氮残留量不降反升:0—3 m 土壤中残留
的硝态氮为 391. 3—678. 3 kg / hm2 (平均为 554. 2
kg / hm2),平均比开始第 2个生长季之前(2004 年 10
月)增加 83.7 kg / hm2。 因此,种植 2a 苜蓿后,土壤
剖面残留硝态氮同样减少,但减少量显著低于麦田:
0—3 m土层硝态氮平均减少 72.4 kg / hm2,主要是苜
蓿播前残留氮累积量高的处理(如 N3、N4、N5 和
N6)减少量较大,而播前残留氮较少的处理(N1 和
N2)2a 后土壤硝态氮量反而增加了 66.1—88.2 kg /
hm2(表 2)。
表 2摇 苜蓿生长期间 0—3 m土壤硝态氮的变化
Table 2摇 Fluctuation of soil residual nitrate of 0—3 m in alfafa field during 2 years
土壤硝态氮
Soil residual nitrate
残留硝态氮背景 Residual soil nitrate background
N1 N2 N3 N4 N5 N6 平均 Average
第 1生长季后土壤硝态氮 / (kg / hm2)
Residual soil nitrate after the first alfafa growth season
175.6 306.7 267.3 346.0 297.6 242.7 272.6
苜蓿第 1生长季土壤硝态氮减少量 / (kg / hm2)
Reduction of soil nitrate during the first alfafa growth season
127.5 209.3 249.4 370.2 519.0 648.6 354.0
苜蓿第 1生长季土壤硝态氮减少量占播前土壤硝态氮
的百分比 / %
Proportion of soil nitrate reduction in residual soil nitrate
before wheat sowing
42 41 48 52 64 73 53
苜蓿夏季生长期间土壤硝态氮的增加量 / (kg / hm2)
Increment of soil nitrate during summer growth season
of alfafa
262.6 213.0 262.2 122.7 91.8 235.1 197.9
苜蓿第 2 生长季开始前土壤硝态氮(2004 年 10 月) /
(kg / hm2)
Residual soil nitrate before alfafa sowing of the second
growth season(Oct. 2004)
438.2 519.7 529.5 468.7 389.4 477.8 470.5
苜蓿第 2 生长季结束后土壤硝态氮 ( 2005 年 6 月) /
(kg / hm2)
Residual soil nitrate after the second alfafa growth season
(Jue. 2005)
391.3 582.1 505.3 583.5 678.2 584.5 554.2
第 2生长季苜蓿生长期间土壤硝态氮减少量 /
(kg / hm2)
Reduction of soil nitrate during the second growth season
46.9 -62.4 24.2 -114.8 -195.1 -200.4 -83.6
2a间土壤硝态氮的减少量 Reduction of soil nitrate after
2 years
-88.2 -66.1 11.3 132.6 138.5 306.8 72.4
2a后土壤硝态氮占第 1年小麦播前土壤硝态氮的比例
Proportion of soil nitrate after 2 years in nitrate before wheat
sowing 2 years ago / %
129 113 98 81 83 66 95
摇 摇 N1、N2、N3、N4、N5、N6分别代表不同的残留硝态氮量,具体见图 1
2.2摇 不同作物的氮素携出量及其与土壤残留硝态
氮量的关系
2.2.1摇 小麦
随着播前土壤中累积硝态氮量的增加,2个生长
季的小麦地上部氮素携出量均呈增加的趋势。 第 1
生长季(2003 年 10 月—2004 年 6 月),小麦氮素携
出量占播前土壤硝态氮量的 21%。 如果把土壤硝态
氮减少量减去作物氮素携出量的值看作土壤硝态氮
表观损失的话,那么,播前土壤中硝态氮累积量越
高,意味着其表观损失也越大:N6 处理 0—3 m 土壤
硝态表观损失量显著高于其他 5 个处理(P = 5%),
2973 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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N4处理的显著高于 N1 和 N2 处理(P = 5%)。 第 2
生长季(2004 年 10 月—2005 年 6 月),残留硝态氮
量高的处理小麦氮素携出量占土壤硝态氮减少量的
比例则相对较高,0—3 m 土壤硝态氮表观损失量较
低(表 3)。
表 3摇 不同残留氮量条件下的小麦氮素携出量和土壤硝态氮表观损失量
Table 3摇 N uptake by wheat and soil nitrate apparent loss under different levels of residual nitrate background
残留硝态氮背景 Residual soil nitrate background N1 N2 N3 N4 N5 N6 平均 Average
第 1季(2003年 10月—2004 年 6 月)First growth season
(Oct. 2003—Jue. 2004)
小麦氮素携出量 N uptake by wheat(kg / hm2) 63.9 101.2 94.7 85.1 116.5 130.3 98.6
氮素携出量占播前 0—3 m土壤残留硝态氮量的百分比
Proportion of N uptake in residual nitrate of 0—3 m soil
depth before wheat sowing / %
20 27 20 18 21 19 21
0—3 m土壤硝态氮的表观损失量
Apparent loss of soil nitrate in 0—3 m depth(kg / hm2)
80.2 62.1 104.4 174.3 119.9 317.1 143.0
第 2季(2004年 10月—2005年 6月)
Second growth season(Oct. 2004—Jue. 2005)
小麦氮素携出量 N uptake by wheat(kg / hm2) 112.0 134.2 135.8 132.3 158.0 164.2 112.0
0—3 m土壤硝态氮的表观损失量
Apparent loss of soil nitrate in 0—3 m depth(kg / hm2)
162.6 64.6 141.7 114.4 43.2 6.2 88.8
摇 摇 N1、N2、N3、N4、N5、N6分别代表不同的残留硝态氮量,具体见图 1
摇 摇 表 4是小麦氮素携出量与播前土壤残留硝态氮
累积量的相关系数。 由表可见,第 1 季小麦氮素携
出量与小麦播前土壤硝态氮累积量有正相关关系,
其中与 0—2 m和 0—3 m土层硝态氮累积量的相关
性达到显著(P = 5%)或极显著水平(P = 1%);3 个
不同深度(0—1 m,1—2 m,2—3 m)土层硝态氮累积
表 4摇 小麦氮素携出量与第 1 季小麦播前土壤硝态氮累积量的相关
系数
Table 4摇 Correlation coefficient between N uptake by wheat and
residual soil nitrate
土壤深度 / m
Soil depth
第 1季小麦
The first wheat season
第 2季小麦
The second wheat season
0—1 0.802 0.799
1—2 0.600 0.699
2—3 0.091 0.192
0—2 0.920** 0.958**
0—3 0.857* 0.919**
摇 摇 r(0.05,4)= 0.811, r(0.01,4)= 0.917
量与氮素携出量的相关系数随深度增加而降低。 第
2季小麦氮素携出量与小麦播前(2003 年 10 月)土
壤硝态氮累积量的正相关关系仍达到显著或极显著
水平。
2.2.2摇 苜蓿
在第 1 生长季内 ( 2003 年 10 月—2004 年 6
月),苜蓿氮素携出量平均为 43.8 kg / hm2,只占苜蓿
播前土壤硝态氮残留量的 4%—11%(平均 7%);与
夏季的氮素携出量总和(2003 年 10 月—2004 年 9
月)也平均只有 77. 6 kg / hm2;在第 2 个生长季内
(2004年 10 月—2005 年 6 月),苜蓿的氮素携出量
高达 485.2—695.8 kg / hm2(平均 593.8 kg / hm2)。 随
着播前 0—3 m土壤硝态氮残留量的增加,第 1 季苜
蓿氮素携出量占播前 0—3 m 硝态氮的比例和占土
壤硝态氮减少量的比例均显著降低,硝态氮表观损
失量则显著增加(表 5)。
表 5摇 不同残留氮条件下的苜蓿氮素携出量和土壤硝态氮表观损失量
Table 5 N uptake by alfafa and soil nitrate apparent loss under different levels of residual nitrate background
残留硝态氮背景 Residual soil nitrate background N1 N2 N3 N4 N5 N6 平均 Average
第 1季(2003年 10月—2004年 6月)氮素携出量
N uptake by alfafa during the first growth season ( Oct.
2003—Jue. 2004) / (kg / hm2)
32.5 50.8 54.3 40.0 51.0 34.5 43.8
第 1季(2003 年 10 月—2004 年 6 月)氮素携出量占播
前 0—3 m土壤残留硝态氮量的百分比
Proportion of N uptake during the first growth season in
residual nitrate of 0—3m soil depth before alfafa sowing / %
11 10 11 6 6 4 7
3973摇 13期 摇 摇 摇 李云摇 等:不同作物对旱地农田残留硝态氮的利用差异 摇
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续表
残留硝态氮背景 Residual soil nitrate background N1 N2 N3 N4 N5 N6 平均 Average
第 1季(2003 年 10 月—2004 年 6 月)0—3 m 土壤硝态
氮的表观损失量
Apparent loss of soil nitrate in 0—3 m depth during the first
growth season / (kg / hm2)
95.0 158.5 195.1 330.2 468.0 614.1 310.2
第 1季+夏季(2003 年 10 月—2004 年 9 月)氮素携出
总量
Total N uptake by alfafa from Oct. 2003 to Sep. 2004 /
(kg / hm2)
60.7 92.9 75.1 70.7 89.5 76.8 77.6
第 2季(2004年 10月—2005年 6月)氮素携出量
N uptake by alfafa during the second growth season
(Oct. 2004—Jue. 2005) / (kg / hm2)
662.5 572.9 695.8 574.9 571.6 485.2 593.8
2季氮素携出量总和(2003年 10月—2005年 6月)
Total N uptake by alfafa from Oct. 2003 to Jue. 2005 /
(kg / hm2)
723.2 665.7 770.9 645.5 661.1 562.1 671.4
摇 摇 N1、N2、N3、N4、N5、N6分别代表不同的残留硝态氮量,具体见图 1
摇 摇 第 1 生长季苜蓿氮素携出量与播前 0—1 m 土
壤硝态氮累积量呈显著正相关关系,而与 0—3 m 土
壤硝态氮累积量线性相关性并不显著。 第 2 生长季
苜蓿氮素携出量与播前(第 1生长季开始前)土壤硝
态氮累积量则呈负相关关系(表 6)。
表 6摇 苜蓿氮素携出量与苜蓿播前土壤硝态氮的相关系数
Table 6 摇 Correlation coefficient between N uptake by alfafa and
residual soil nitrate
土壤深度
Soil depth / m
第 1季+夏季
(2003年 10月—
2004年 10月)
苜蓿氮素携出量
Total N uptake by alfafa
from Oct. 2003 to
Sep. 2004
第 2季
(2004年 10月—
2005年 6月)
苜蓿氮素携出量
N uptake by alfafa during
the second growth season
(Oct. 2004 to Jue. 2005)
0—1 0.846* -0.568
1—2 0.316 -0.435
2—3 0.158 -0.784
0—2 0.652 -0.554
0—3 0.489 -0.716
摇 摇 r(0.05,4)= 0.811, r(0.01,4)= 0.917
3摇 讨论与结论
不少研究表明,合理的作物种植是减少土壤硝
态氮残留与淋失的重要措施[16鄄18]。 本研究结果表
明,经过一季冬小麦生长,0—3 m土壤剖面的残留硝
态氮可减少 42%—66%(平均 49%);同一时期如果
种植苜蓿,0—3 m土层硝态氮减少 41%—73%(平均
53%)。 由此可见,秋播作物可有效降低土壤残留硝
态氮的数量。 然而,由于苜蓿固氮作用较强,在第二
年生长过程中则不仅不能减少土壤中的硝态氮,反
而使土壤硝态氮累积量明显增加,因此,如果利用作
物来消耗土壤残留硝态氮,苜蓿不宜连续种植。 苏
涛等报道,夏季种植玉米能显著降低 0—2 m 土壤残
留硝态氮量[19]。 而本研究发现,夏季生长的苜蓿并
不能降低土壤剖面的硝态氮累积量,其原因一方面
在于苜蓿的固氮作用,另一方面在于夏季高温高湿
条件下土壤有机氮的大量矿化。
不同作物对土壤硝态氮的吸收利用能力有显著
差异[20]。 刘晓宏等曾报道,苜蓿连作对土壤剖面硝
态氮的利用率高于冬小麦[8]。 然而,本研究表明,在
第 1季小麦生长期间,麦田 0—3 m土层硝态氮的减
少量及其占播前残留硝态氮量的比例均低于同期的
苜蓿处理,而小麦的氮素携出量(63. 9—130. 3 kg /
hm2)、氮素携出量占播前残留硝态氮量的比例
(18%—27%)及氮素携出量占该生长季硝态氮减少
量的比例(29%—62%)均显著高于同期的苜蓿处
理。 这表明冬小麦对残留硝态氮的利用率高于苜
蓿,而在种植苜蓿条件下土壤中残留硝态氮移出 3 m
土层的数量比小麦田更高。 结果不一致的原因可能
在于,冬小麦是 1年生作物,在生长季内根系就能伸
长到 4 m的深层;而苜蓿是多年生作物,虽然 6 年生
紫花苜蓿的根系分布深度可达 6 m以上,但是在第 1
年内根系生长不超过 1.5 m 深[10]。 也就是说,在苜
蓿生长的第 1 年,由于根系生长深度有限,因此,对
土壤剖面残留硝态氮的利用能力并不比冬小麦强。
在第 2个生长季内(2004 年 10 月—2005 年 6 月),
苜蓿的氮素携出量达到 593.8 kg / hm2,是小麦当季
4973 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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氮素携出量的近 6倍,但由于苜蓿固氮作用强烈,与
第 2生长季开始前相比,土壤硝态氮尚有盈余。 至
第 2生长季结束后(即 2005年 6月),0—3 m土壤硝
态氮量与苜蓿播前相比只减少了-88.2—306.8 kg /
hm2(平均 72.4 kg / hm2),而麦田 0—3 m土壤硝态氮
量与小麦播前相比减少了 24.0—314.8 kg / hm2(平均
158.3 kg / hm2)。 由此可见,在短期内(比如 2a)如果
想通过种植作物消耗土壤剖面的残留硝态氮,冬小
麦比苜蓿更有优势。
本研究结果表明,随着播前 0—3 m 土壤残留硝
态氮的增加,小麦地上部氮素携出量呈增加的趋势,
两者具有显著正相关;第 1 生长季苜蓿氮素携出量
与播前 0—1 m 土壤硝态氮累积量也呈显著正相关
关系。 但同时,随着播前 0—3 m土壤残留硝态氮的
增加,硝态氮表观损失也显著增加。 可见土壤残留
硝态氮越多,对后茬作物氮素吸收的贡献越大,但通
过淋失等途径损失的风险也越大。 因此,严格控制
土壤硝态氮的残留量是减少氮素损失的根本措施。
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