全 文 ：书灌溉和施氮对免耕留茬春小麦农田土壤
有机碳、全氮和籽粒产量的影响
俞华林１，张恩和１，王琦２，３，刘青林１，刘朝巍１，王田涛１，尹辉２
（１．甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州７３００７０；２．甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州７３００７０；３．中国科学院寒区旱区
环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室 青藏高原冰冻圈观测试验研究站，甘肃 兰州７３００００）
摘要：在甘肃省石羊河流域绿洲灌区，研究不同灌溉量和施氮量对留茬免耕春小麦收后０～３０ｃｍ土层土壤有机
碳、土壤全氮和土壤碳氮比的影响。结果表明，在０～１４０ｋｇ／ｈｍ２ 施氮范围，土壤全氮和有机碳含量增施氮肥均明
显增加，当施氮量超过１４０ｋｇ／ｈｍ２ 时，土壤有机碳随施氮量增加而降低，土壤全氮含量无明显变化。就平均施氮
水平而言，土壤全氮和有机碳含量随灌溉量增加呈先升高后下降的趋势，适量灌溉 （节水２０％灌溉）促进土壤氮和
碳的矿化速率，从而增加全氮和有机碳含量，但少量或过量灌溉降低土壤氮和碳的矿化速率，同时增加土壤氮和碳
的损失，导致节水２０％灌溉的土壤全氮含量（０．９ｇ／ｋｇ）和有机碳含量（１４．２２ｇ／ｋｇ）最高。就各灌溉水平平均值而
言，当施氮达到２２１ｋｇ／ｈｍ２，春小麦籽粒产量（６３６５ｋｇ／ｈｍ２）达到最大值，春小麦籽粒产量随灌溉量增加而增加。
关键词：春小麦：免耕留茬；灌溉；施氮；有机碳；碳氮比
中图分类号：Ｓ５１２．１＋２０．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１３）０３０２２７０７
犇犗犐：１０．１１６８６／ｃｙｘｂ２０１３０３３０
减少温室气体排放和增加土壤固碳是解决气候变暖的根本措施之一。土壤碳是陆地生态系统中最大的碳
库，增加土壤固碳对保护环境有重要作用［１］。土壤碳库是农田生态系统重要土壤肥力指标，是决定土壤肥力的
关键因素。施氮对土壤总碳含量具有直接和间接的影响，直接作用来源于化学肥料对土壤碳的矿化作用，间接作
用来源于氮肥对作物吸收碳和温室气体排放等影响。水分是影响土壤碳的另一重要因素。土壤有机碳含量随着
降水量增加而增加，同时，土壤有机碳损失量随着灌溉量增加而增加［２］。从长期效应看，灌溉促进植物对碳的吸
收，提高植物生物量，降低有机碳在土壤中的累积。保护性耕作可以减少土壤有机碳损失，降低土壤有机质矿化
速率，增强土壤碳积累量，进而减少温室气体排放，同时，秸秆还田能减少温室气体排放［３］。保护性耕作对土壤有
机碳含量和有机质的积累产生较大影响［４６］，从而影响土壤肥力性状和生产力水平［７，８］。保护性耕作影响着氮素
利用效率，同时，对农田氮素流失产生显著性影响［９］。研究不同保护性耕作措施对土壤碳的影响，不仅有助于理
解温室气体排放规律，而且对准确预测气候变化和制定较少温室气体排放的措施具有重要意义。
近年来，多数研究集中于旱作常规耕施氮作对土壤碳的影响，而对留茬免耕保护性耕作灌溉与施氮对土壤有
机碳、土壤全氮、土壤碳氮比（ｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ／ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ＯＣ／ＴＮ）的综合研究较少。本试验在留茬免耕保护性耕
作条件下，研究不同灌溉和施氮对留茬免耕春小麦（犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿）农田土壤有机碳、土壤全氮、土壤碳氮比
的影响，揭示灌溉和施氮对留茬免耕保护性耕作农田土壤碳呼吸的扰动机理，为形成适宜于本区域资源高效循环
利用栽培技术体系、减少碳排放及环境污染等有重要意义。
１ 材料与方法
１．１ 试验区概况
试验地位于甘肃农业大学武威试验站 （１０１°４９′Ｅ，３６°２９′Ｎ），该区依赖石羊河水和地下水灌溉，常年平均地
下水位６５ｍ以下，地下水补给到作物根系层的补给量忽略不计［１０］。该地区地势平坦，为温带大陆性干旱气候，
第２２卷 第３期
Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．３
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
２２７－２３３
２０１３年６月
收稿日期：２０１２０１１６；改回日期：２０１２０３２６
基金项目：“十二五”国家科技支撑计划 （２０１２ＢＡＤ１４Ｂ１０）资助。
作者简介：俞华林（１９８４），男，甘肃白银人，硕士。Ｅｍａｉｌ：ｙｕｈｌ．１１２３＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｅｈ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
日照充足，热量丰富，气候干燥，春季多风沙，夏季有干热风。平均海拔１７７６ｍ，降水年际和季节变化较大，多年
平均降水量１６０ｍｍ，主要集中在７－９月，冬春季干旱，年蒸发量２０２１ｍｍ，年平均气温７．７℃，１月最低平均气
温－２７℃，７月最高平均气温３４℃，≥１０℃年积温２９８５．４℃。全年无霜期１５６ｄ，太阳辐射总量１４０～１５８
ｋＪ／ｃｍ２，年日照时数３０５１ｈ。土壤以灌淤土为主，粉沙壤质，土层深厚。试验区土壤理化性质见表１。
表１ 试验区土壤理化特性
犜犪犫犾犲１ 犘犺狔狊犻犮犪犾犪狀犱犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狅犻犾狆狉狅犳犻犾犲狊犻狀狋犺犲犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾狆犾狅狋狊
土层
Ｓｏｉｌｄｅｐｔｈ
（ｃｍ）
容重
Ｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ
（ｇ／ｃｍ３）
田间持水量
Ｆｉｅｌｄｃａｐａｃｉｔｙ
（％）
全氮
ＴｏｔａｌＮ
（ｇ／ｋｇ）
全磷
ＴｏｔａｌＰ
（ｇ／ｋｇ）
全钾
ＴｏｔａｌＫ
（ｇ／ｋｇ）
速效磷
ＯｌｓｅｎＰ
（ｍｇ／ｋｇ）
速效钾
ＡｖａｉｌａｂｌｅＫ
（ｍｇ／ｋｇ）
有机质
Ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ
（ｇ／ｋｇ）
ｐＨ
０～２０ １．５７ ２１．５０ ０．９５ ０．４８ ７．７０ ４３．９０ １４５．２３ １４．２９ ８．７６
２０～４０ １．５９ １８．２５ ０．７４ ０．４７ ９．２７ ３８．５４ １２５．８０ １１．２５ ８．８０
１．２ 试验设计
试验采用裂区设计，灌溉作为主区，施氮为副区，灌溉的３个水平（表２）分别为常规灌溉Ｉ１．０（３２７ｍｍ）、节水
２０％灌溉Ｉ０．８（２６１ｍｍ）和节水４０％灌溉Ｉ０．６（１９６ｍｍ），４个施氮水平（表３）分别为 Ｎ０、Ｎ１４０、Ｎ２２１、Ｎ３００（折合
纯氮０，１４０，２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２），灌溉水平中常规灌溉作为对照，施氮水平中不施氮作为对照，共有１２个处理 （３
个灌溉水平４个施氮水平），重复３次，３６个小区。小区面积为５．５ｍ×５．０ｍ＝２７．５ｍ２。为了消除小区之间的
侧向水分和氮 （Ｎ）素移动，主区之间设置１．２５ｍ人行道，副区之间设置１ｍ走道。氮肥作为追肥，追肥在灌水
前撒施。采用普通尿素 （含氮４６．４％）为氮源。气象资料由试验站的自动气象站提供，距试验地５０ｍ，２００９年
春小麦生育期降水量为３１．７ｍｍ。
１．３ 种植管理
２００８年春小麦机械收获后，留茬高度为２５～３０
ｃｍ。不进行冬灌，次年土地不进行翻耕，直接播种小
麦。为了保证各处理出苗的均匀性，２００９年播种前６
ｄ各小区进行等量灌溉，灌水量为６０ｍｍ。２００９年春
小麦播种时间为３月２４日，春小麦品种为永良４号，
播种量为３３７．５ｋｇ／ｈｍ２，行距１５ｃｍ，春小麦种子和
基肥采用条播方式施入，为了保证播种的均匀性，称取
每行播种量，按行播种，施入土壤的深度为５ｃｍ。根
据当地施基肥经验，纯 Ｐ （过磷酸钙，含 Ｐ２Ｏ５ 为
１６％）和纯Ｋ（硫酸钾，含 Ｋ２Ｏ为３０％）用量分别为
４１和３９ｋｇ／ｈｍ２。２００９年５月１０日和２００９年６月
１０日手工除草２次，２００９年７月１５日收获。
１．４ 样品采集及测定
在播种前，首先沿每一小区的对角线等距离取３
钻土壤样品，采样深度４０ｃｍ，按２０ｃｍ分层，同一层
次的土壤混合为１个样，分析土壤有机质、养分全量、
速效养分含量与ｐＨ值的变异系数，土壤理化性状见
表１，经统计分析完全符合农化试验的要求。
表２ 灌水量及灌水时间
犜犪犫犾犲２ 犜犺犲狉犪狋犲犪狀犱狋犺犲犱犪狋犲狅犳犻狉狉犻犵犪狋犻狅狀 ｍｍ
灌溉处理
Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
灌水时间Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｔｉｍｅ（月日 Ｍｏｎｔｈｄａｙ）
拔节水
（０５０３）
Ｊｏｉｎｔｉｎｇｓｔａｇｅ
开花水
（０５２８）
Ｆｌｏｗｅｒｓｔａｇｅ
灌浆水
（０６１５）
Ｆｉｌｉｎｇｓｔａｇｅ
全生育期
Ｗｈｏｌｅｇｒｏｗｔｈ
ｐｅｒｉｏｄ
Ｉ１．０ ９０ １１８ １１８ ３２７
Ｉ０．８ ７２ ９５ ９５ ２６１
Ｉ０．６ ５４ ７１ ７１ １９６
表３ 施氮量及施氮时间
犜犪犫犾犲３ 犜犺犲狉犪狋犲犪狀犱狋犺犲犱犪狋犲狅犳犖狊狌狆狆犾狔犱狌狉犻狀犵
狊狆狉犻狀犵狑犺犲犪狋犵狉狅狑狊犲犪狊狅狀 ｋｇ／ｈｍ２
时间
Ｄａｔｅ（月日
Ｍｏｎｔｈｄａｙ）
生育期
Ｔｈｅｇｒｏｗｔｈｐｅｒｉｏｄ
施肥处理
Ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔ
Ｎ０ Ｎ１４０ Ｎ２２１ Ｎ３００
０５０３ 拔节期Ｊｏｉｎｔｉｎｇｓｔａｇｅ ０ １４０ １４０ １４０
０５２８ 开花期Ｆｌｏｗｅｒｉｎｇｐｅｒｉｏｄ ０ ０ ８１ ８１
０６１５ 灌浆期Ｆｉｌｉｎｇｓｔａｇｅ ０ ０ ０ ７９
在收获后１ｄ进行土壤样品采样，每小区随机选取５个点，采样深度３０ｃｍ，按１０ｃｍ分层，同一层次的土壤
混合为１个样，将其风干测定土壤全氮和有机碳含量。土壤有机碳含量的测定用重铬酸钾容量法－外加热法，土
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壤全氮的测定用半微量凯氏法。
土壤０～１２０ｃｍ含水量采用烘干法测定，测定日期为播种前１ｄ、收获后１ｄ、灌溉前和灌溉后２４ｈ，按２０ｃｍ
分层。春小麦收获期，每小区去除边行选取４ｍ×４ｍ＝１６ｍ２ 面积人工脱粒，测定春小麦产量与地上生物量。
１．５ 数据分析
利用完全随机模型分析灌溉与施氮对春小麦收后０～３０ｃｍ土层土壤全氮、有机碳及Ｃ／Ｎ的影响，采用
ＳＰＳＳ１５．０与Ｅｘｃｅｌ软件进行方差分析和显著性检验；方差分析多重比较用Ｄｕｎｃａｎ法 （犘＜０．０５）。
２ 结果与分析
２．１ 灌溉与施氮对小麦收后土壤有机碳含量的影响
在同一灌溉水平下，将不同施氮处理同一土层土
壤有机碳含量进行比较（表４）。土壤深０～１０ｃｍ，在
节水４０％灌溉水平下，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的有机碳含
量显著大于施氮０，２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２，施氮０，２２１与
３００ｋｇ／ｈｍ２之间差异不显著；在节水２０％灌溉水平
下，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的有机碳含量显著大于施氮２２１
ｋｇ／ｈｍ２，施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 的有机碳含量显著大于施
氮３００ｋｇ／ｈｍ２，不施氮处理与２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２ 之
间差异不显著；在常规灌溉水平下，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２
的有机碳含量显著大于施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 和不施氮处
理，施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 和不施氮处理的有机碳含量显
著大于施氮３００ｋｇ／ｈｍ２。土壤深１０～２０和２０～３０
ｃｍ的有机碳含量随施氮量变化规律与土壤深０～１０
ｃｍ类似，土壤有机碳含量随施氮量增加而增加，当施
氮量达到１４０ｋｇ／ｈｍ２ 时，各层土壤有机碳含量达到
最大值；当施氮量超过１４０ｋｇ／ｈｍ２ 时，土壤有机碳含
量随施氮量增加而降低。土壤施氮量提高土壤微生物
活性，微生物分解作用加快有机质分解速率。因此，适
量施氮增加土壤有机碳，而过量施氮加快有机质分解，
使土壤有机碳含量随氮肥用量增加而降低。
表４ 灌溉与施氮处理对小麦收后０～３０犮犿土层
土壤有机碳含量的影响
犜犪犫犾犲４ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻狉狉犻犵犪狋犻狅狀犪狀犱犖狊狌狆狆犾狔
犾犲狏犲犾狊狅狀狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犮狅狀狋犲狀狋狅犳狊狆狉犻狀犵
狑犺犲犪狋犺犪狉狏犲狊狋０－３０犮犿犾犪狔犲狉 ｇ／ｋｇ
灌溉
Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ
（ｍｍ）
施氮 Ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
（ｋｇ／ｈｍ２）
土层
Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ）
０～１０ １０～２０ ２０～３０
１９６ ０ １５．２６ｂ １３．２７ｂ １２．４６ａ
１４０ １５．８５ａ １３．６４ａ １１．７２ｂ
２２１ １４．９７ｂ １３．３４ｂ １０．９１ａ
３００ １４．８０ｂ １２．４６ｂ １１．９４ｂ
２６１ ０ １５．６３ｂｃ １３．４２ｃ １２．６１ｂ
１４０ １７．１８ａ １４．８６ａ １２．８６ａ
２２１ １６．７０ｂ １４．１０ｂ １２．５３ｂ
３００ １５．４１ｃ １３．２０ｃ １２．２４ｃ
３２７ ０ １５．１９ｂ １２．６８ｃ １２．０９ａ
１４０ １５．４３ａ １４．０１ａ １１．５７ａ
２２１ １５．１１ｂ １３．１２ｂ １２．１６ａ
３００ １４．５７ｃ １２．５３ｃ １１．８７ａ
同列不同字母表示差异显著（犘＜０．０５），下同。Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓ
ｗｉｔｈｉｎａｃｏｌｕｍｎａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｔ犘＜０．０５，ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
同一施氮水平下，将不同灌溉处理同一土层土壤有机碳含量进行比较，土壤有机碳含量随灌水量增加呈先增
加后降低趋势。就大多数情况而言，节水２０％灌溉的有机碳含量显著大于节水４０％灌溉和常规灌溉，节水４０％
灌溉和常规灌溉之间差异不显著。就土壤深０～１０，１０～２０和２０～３０ｃｍ平均值而言，节水４０％灌溉、节水２０％
灌溉和常规灌溉的土壤有机碳含量分别为１３．３５，１４．２３和１３．３６ｇ／ｋｇ，节水２０％灌溉的土壤有机碳含量比节水
４０％灌溉和常规灌溉分别提高６．６％和６．５％。适量灌溉促进土壤氮和碳的矿化速率，从而增加土壤有机碳含
量，但少量或过量灌溉降低土壤氮和碳的矿化速率，同时增加土壤氮和碳的损失，导致节水４０％灌溉和常规灌溉
的土壤有机碳含量显著低于节水２０％灌溉。
２．２ 灌溉与施氮对小麦收后土壤全氮含量的影响
在同一灌溉水平下，将不同施氮处理同一土层土壤全氮含量进行比较（表５）。土壤深０～１０ｃｍ，在节水
４０％灌溉水平下，施氮２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著大于施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２，施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 与施氮
３００ｋｇ／ｈｍ２ 差异不显著，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著大于不施氮处理；在节水２０％灌溉水平下，施氮
１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著大于施氮０，２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２，施氮０，２２１与３００ｋｇ／ｈｍ２ 之间差异不显著；
在常规灌溉水平下，施氮３００ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著大于施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２，施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮
９２２第２２卷第３期 草业学报２０１３年
含量显著大于不施氮处理，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 与施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 和不施氮处理之间差异不显著。土壤深１０～２０
ｃｍ，在节水４０％灌溉水平下，施氮３００ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著大于施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的
土壤全氮含量显著大于不施氮处理，施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 与施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 和施氮３００ｋｇ／ｈｍ２ 之间差异不显著；
在节水２０％灌溉水平下，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著小于施氮０，２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２，施氮０，２２１与
３００ｋｇ／ｈｍ２ 之间差异不显著；在常规灌溉水平下，施氮３００和２２１ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著大于施氮１４０
ｋｇ／ｈｍ２，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著大于不施氮处理，施氮３００ｋｇ／ｈｍ２ 与施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 之间差
异不显著。土壤深２０～３０ｃｍ，在节水４０％灌溉水平下，各施氮处理的土壤全氮含量之间差异不显著；在节水
２０％灌溉水平下，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著小于施氮０和２２１ｋｇ／ｈｍ２，施氮１４０ｋｇ／ｈｍ２ 与施氮
３００ｋｇ／ｈｍ２ 之间差异不显著；在常规灌溉水平下，施氮１４０，２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量显著大于不施氮
处理，施氮１４０，２２１与３００ｋｇ／ｈｍ２ 处理之间差异不显著。就土壤深０～１０，１０～２０和２０～３０ｃｍ平均值而言，施
氮０，１４０，２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２ 的土壤全氮含量分别为０．７９，０．８３，０．８４和０．８５ｇ／ｋｇ。研究结果表明，土壤全氮
含量随施氮量增加而增加，当施氮量为１４０ｋｇ／ｈｍ２，土壤全氮含量不再随施氮量显著增加。０～１０，１０～２０和
２０～３０ｃｍ土层平均全氮含量分别为１．００，０．７９和０．６９ｇ／ｋｇ，说明土壤全氮含量随着土层深度增加呈下降趋势。
在同一施氮水平下，０～３０ｃｍ土壤全氮含量随着灌水量增加先下降后升高，节水４０％灌溉水平、节水２０％
灌溉水平和常规灌溉水平的土壤全氮含量分别为０．８０，０．９０和０．７７ｇ／ｋｇ，节水２０％灌溉的土壤氮矿化速率大
于节水４０％灌溉，同时节水２０％灌溉的氮肥损失低于常规灌溉，导致节水２０％灌溉的土壤全氮含量最高（表５）。
２．３ 灌溉与施氮对小麦收后土壤ＯＣ／ＴＮ的影响
土壤碳氮比值（ＯＣ／ＴＮ）是衡量土壤Ｃ、Ｎ营养平衡状况的指标，对土壤碳、氮循环有重要影响［１１］。一般认
为ＯＣ／ＴＮ＞３０，易分解的能源（主要是碳源）物质丰富，矿质氮的生物固持作用大于有机氮的矿化作用，表现为
矿质氮的净生物固持。随着能源物质消耗，ＯＣ／ＴＮ逐渐降低。当 ＯＣ／ＴＮ 在２０～３０时，矿质氮的固持速率与
有机氮的矿化速率相同；当ＯＣ／ＴＮ＜２０时，有机氮的矿化速率大于矿质氮的生物固持速率，表现为净矿化。
在常规灌溉和节水４０％灌溉水平下，在０～３０ｃｍ 土层，土壤碳氮比随施氮量增加而降低，但在节水２０％灌
溉水平下，施氮量１４０ｋｇ／ｈｍ２的碳氮比高于不施氮处理（表６）。对不同施氮处理同一土层土壤ＯＣ／ＴＮ进行比
较，在不施氮处理下，０～１０ｃｍ土层不同灌溉水平土壤碳氮比的变化范围为１４．８４～１７．５７，施氮３００ｋｇ／ｈｍ２ 处
理的变化范围为１４．０１～１４．６３；２０～３０ｃｍ土层各处理碳氮比最大，介于１５．７６～２０．７８之间。在同一施氮水平
下，对不同灌溉处理同一土层土壤 ＯＣ／ＴＮ进行比较，不施氮和施氮量１４０ｋｇ／ｈｍ２ 的处理随灌水量增加，土壤
碳氮比先下降后升高；施氮２２１和３００ｋｇ／ｈｍ２ 的处理随灌水量增加土壤碳氮比呈升高趋势（表６）。
２．４ 灌溉与施氮对春小麦产量的影响
在同一施氮水平下（表７），不同灌溉处理的小麦籽粒产量差异显著。就各施氮水平的平均值而言，常规灌溉
的春小麦籽粒产量比节水２０％ 灌溉和节水４０％ 灌溉分别增产８．２％和３２．２％。土壤水分是矿质元素的载体，
水分缺乏不仅抑制生长，还降低养分吸收，常规灌溉有利于矿质元素转移和吸收，使常规灌溉处理的籽粒产量最
高。
就各灌溉水平的平均值而言，施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 的籽粒产量（６３６５ｋｇ／ｈｍ２）比施氮０，１４０和３００ｋｇ／ｈｍ２ 分
别增产１２．１％，６．２％和４．１％。施氮有利于小麦光合、矿质营养的转移和积累，从而有利于籽粒产量形成，导致
施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 的籽粒产量最高。过量施氮延长作物的绿期，氮在叶茎中的滞留，使植株贪青晚熟，延缓氮素
向穗转移，使大部分干物质储存在营养器官，导致施氮３００ｋｇ／ｈｍ２ 的籽粒产量低于施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 处理。
３ 讨论
小麦当季氮肥利用率仅为３４％～４９％［１２］，长期施用氮肥使土壤中氮素出现不同程度的累积。土壤总碳含
量并不一定随着有机肥投入量的减少而减少。相反，由于化肥的施用提高了作物产量，随着作物产量的提高，土
壤总碳的含量不仅没有下降，而且有所增加［１３］。李小涵等［６］研究表明，当施氮量＜１３５ｋｇ／ｈｍ２ 时，土壤全氮和
有机碳随着施氮量增加而增加；施氮量＞１３５ｋｇ／ｈｍ２，土壤全氮含量不随着施氮量增加而增加，土壤有机碳随着
施氮量增加而下降。李文西等［１４］研究表明，氮肥使用量的增加对土壤有机碳影响较小。本研究结果表明，土壤
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全氮含量随施氮量增加而增加，当施氮量为１４０ｋｇ／ｈｍ２，土壤全氮含量不再随施氮量显著增加，土壤全氮含量随
着土层深度增加呈下降趋势。土壤有机碳含量随施氮量增加而增加，当施氮量达到１４０ｋｇ／ｈｍ２ 时，各层土壤有
机碳含量达到最大值；当施氮量超过１４０ｋｇ／ｈｍ２ 时，土壤有机碳含量随施氮量增加而降低。土壤施氮量提高土
壤微生物活性，微生物分解作用加快有机质分解速率。因此，适量施氮增加土壤有机碳，而过量施氮加快有机质
分解，使土壤有机碳含量随氮肥用量增加而降低。
表５ 灌溉与施氮处理对小麦收后０～３０犮犿土层
土壤全氮含量的影响
犜犪犫犾犲５ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻狉狉犻犵犪狋犻狅狀犪狀犱犖狊狌狆狆犾狔
犾犲狏犲犾狊狅狀狊狅犻犾狋狅狋犪犾狀犻狋狉狅犵犲狀犮狅狀狋犲狀狋狅犳
狊狆狉犻狀犵狑犺犲犪狋犺犪狉狏犲狊狋０－３０犮犿犾犪狔犲狉 ｇ／ｋｇ
灌溉
Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ
（ｍｍ）
施氮 Ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
（ｋｇ／ｈｍ２）
土层
Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ）
０～１０ １０～２０ ２０～３０
１９６ ０ ０．８７ｃ ０．６９ｃ ０．６５ａ
１４０ ０．９３ｂ ０．８０ｂ ０．６５ａ
２２１ １．００ａ ０．８２ａｂ ０．６７ａ
３００ １．０２ａ ０．８５ａ ０．７１ａ
２６１ ０ １．０５ｂ ０．８８ａ ０．８０ａ
１４０ １．１５ａ ０．８４ｂ ０．７１ｂ
２２１ １．１０ｂ ０．８７ａ ０．７４ａ
３００ １．０５ｂ ０．９０ａ ０．７６ａｂ
３２７ ０ ０．９１ｃ ０．６７ｃ ０．５８ｂ
１４０ ０．９７ａｂ ０．７１ｂ ０．６５ａ
２２１ ０．９５ｂ ０．７４ａ ０．６５ａ
３００ １．００ａ ０．７６ａ ０．６５ａ
表６ 灌溉与施氮处理对小麦收后０～３０犮犿土层
土壤犗犆／犜犖的影响
犜犪犫犾犲６ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻狉狉犻犵犪狋犻狅狀犪狀犱犖狊狌狆狆犾狔
犾犲狏犲犾狊狅狀犗犆／犜犖狅犳狊狆狉犻狀犵狑犺犲犪狋
犺犪狉狏犲狊狋０－３０犮犿犾犪狔犲狉
灌溉
Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ
（ｍｍ）
施氮 Ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
（ｋｇ／ｈｍ２）
土层
Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ）
０～１０ １０～２０ ２０～３０
１９６ ０ １７．５７ １９．１９ １９．２４
１４０ １６．９９ １６．９５ １８．１０
２２１ １５．０１ １６．３２ １６．２０
３００ １４．０１ １４．７４ １６．７４
２６１ ０ １４．８４ １５．２５ １５．７６
１４０ １４．８９ １７．６９ １８．０３
２２１ １５．１８ １６．２６ １７．０４
３００ １４．６３ １４．６７ １６．１６
３２７ ０ １６．６７ １８．９４ ２０．７８
１４０ １５．９６ １９．６３ １７．８７
２２１ １５．８３ １７．７３ １８．７８
３００ １４．５９ １６．５５ １８．３３
表７ 灌溉与施氮对春小麦籽粒产量的影响
犜犪犫犾犲７ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻狉狉犻犵犪狋犻狅狀犪狀犱犖狊狌狆狆犾狔犾犲狏犲犾狊狅狀犵狉犪犻狀狔犻犲犾犱
项目
Ｉｔｅｍ
Ｉ０．６（ｋｇ／ｈｍ２）
０ １４０ ２２１ ３００
Ｉ０．８（ｋｇ／ｈｍ２）
０ １４０ ２２１ ３００
Ｉ１．０（ｋｇ／ｈｍ２）
０ １４０ ２２１ ３００
籽粒产量Ｇｒａｉｎｙｉｅｌｄ（ｋｇ／ｈｍ２）４８２１ｂ５０１９ａｂ５３５７ａ ５２３３ａ ５８８３ｂ６２３６ａｂ６５３３ａ６３２９ａｂ ６３３５ｃ ６７１６ｂ ７２０５ａ ６７７４ｂ
注：同行不同字母表示差异显著（犘＜０．０５）。
Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｍａｌｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｔ犘＜０．０５．
灌溉是调控小麦碳氮代谢的有效手段，土壤水分不足会限制肥效的正常发挥，影响氮肥的作用［１５］。本研究
结果表明，土壤深０～３０ｃｍ土壤全氮含量和有机碳含量随着灌水量增加先下降后升高。适量灌溉促进土壤氮和
碳的矿化速率，从而增加土壤有机碳含量，但少量或过量灌溉降低土壤氮和碳的矿化速率，同时增加土壤氮和碳
的损失，导致节水２０％灌溉的土壤全氮含量和有机碳含量最高。
作物产量受众多因素的影响，氮素是作物产量最重要的限制因子之一，施用氮肥是作物获得高产的重要措
施［１６，１７］。赵俊晔和于振文［１８］研究表明，一定施氮量范围内（≤１８０ｋｇ／ｈｍ２），小麦产量和产量构成要素随施氮量
增加而增加；当施氮量大于２４０ｋｇ／ｈｍ２ 时，小麦产量和产量构成要素随施氮量增加而降低。赵炳梓等［１９］研究表
明，小麦籽粒产量随着施氮量的变化而呈抛物线形状，当施氮量为２２５ｋｇ／ｈｍ２，籽粒产量最大。就各灌溉水平的
１３２第２２卷第３期 草业学报２０１３年
平均值而言，施氮２２１ｋｇ／ｈｍ２ 的籽粒产量 （６３６５ｋｇ／ｈｍ２）比施氮０，１４０和３００ｋｇ／ｈｍ２ 分别增产１２．１％，
６．２％和４．１％。同时，籽粒产量随灌溉量增加而增加，常规灌溉处理的籽粒产量最高。
４ 结论
１）土壤全氮含量和有机碳含量随施氮量增加而增加，当施氮量超过１４０ｋｇ／ｈｍ２，土壤全氮不再随施氮量增
加而显著增加，土壤有机碳含量随施氮量增加而降低。
２）０～３０ｃｍ土壤全氮含量和有机碳含量随着灌水量增加先下降后升高。适量灌溉促进土壤氮和碳的矿化
速率，从而增加土壤有机碳含量，但少量或过量灌溉降低土壤氮和碳的矿化速率，同时增加土壤氮和碳的损失，导
致节水２０％灌溉的土壤全氮含量和有机碳含量最高。
３）当施氮量为２２１ｋｇ／ｈｍ２ 时，春小麦籽粒产量达到最大值 （６３６５ｋｇ／ｈｍ２）。同时，春小麦籽粒产量随灌溉
量增加而增加，常规灌溉处理的籽粒产量最高。
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２３２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．３
犈犳犳犲犮狋狊狅犳犻狉狉犻犵犪狋犻狅狀犪狀犱犖狊狌狆狆犾狔犾犲狏犲犾狊狅狀狊狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀，狋狅狋犪犾狀犻狋狉狅犵犲狀犪狀犱
犵狉犪犻狀狔犻犲犾犱狅犳狊狆狉犻狀犵狑犺犲犪狋狅狀狀狅狋犻犾犪犵犲犳犪狉犿犾犪狀犱狑犻狋犺狊狋犪狀犱犻狀犵狊狋狌犫犫犾犲
ＹＵＨｕａｌｉｎ１，ＺＨＡＮＧＥｎｈｅ１，ＷＡＮＧＱｉ２，３，ＬＩＵＱｉｎｇｌｉｎ１，
ＬＩＵＣｈａｏｗｅｉ１，ＷＡＮＧＴｉａｎｔａｏ２，ＹＩＮＨｕｉ２
（１．ＡｇｒｏｎｏｍｙＣｏｌｅｇｅ，ＧａｎｓｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｅｇｅｏｆＧｒａｓｓｌａｎｄ
Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＧａｎｓｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｒｏｚｅｎ
ＳｏｉｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＣｒｙｏｓｐｈｅｒｅＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＱｉｎｇｈａｉ－ＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ，
ＣｏｌｄａｎｄＡｒｉｄＲｅｇｉｏｎｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，
ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｃｏｎｔｒｏｌｅｄｓｔｕｄｙｏｆｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｎ）ｓｕｐｐｌｙｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎｔｈｅＨｅｘｉｏａｓｉｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉ
ｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＮｓｕｐｐｌｙｌｅｖｅｌｓｏｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＯＣ），ｓｏｉｌｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＴＮ），
ｓｏｉｌｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｒａｔｉｏ（ＯＣ／ＴＮ）ｏｆｓｐｒｉｎｇｗｈｅａｔｏｎｎｏｔｉｌａｇｅｆａｒｍｌａｎｄｗｉｔｈｓｔａｎｄｉｎｇｓｔｕｂｂｌｅ．Ｗｉｔｈａｎ
ｉｎｃｒｅａｓｅｉｎＮｓｕｐｐｌｙｒａｔｅ，ＴＮａｎｄＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｎｓｏｉｌｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｅｎＮｓｕｐｐｌｙｒａｔｅｓ
ｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ１４０ｋｇＮ／ｈａ，ＴＮｄｉｄｎｏｔｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎＮｓｕｐｐｌｙｒａｔｅ，ａｎｄＯＣ
ｅｖｅｎｓｈｏｗｅｄａｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄ．Ｉｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｌｅｖｅｌｓ，ｗｉｔｈａｎｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｌｅｖｅｌ，ＴＮａｎｄＯＣ
ｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｉｔｉａｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｕｔｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｎｓｏｉｌｓ．Ａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅａｍｏｕｎｔｏｆｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ（２０％ ｗａｔｅｒｓａｖｉｎｇ
ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ）ｐｒｏｍｏｔｅｄｔｈｅｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｃａｒｂｏｎ，ｔｈｕｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅＴＮａｎｄＯＣｃｏｎ
ｔｅｎｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｓｍａｌｅｒａｍｏｕｎｔｏｆ，ｏｒｅｘｃｅｓｓｉｖｅ，ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｒｅｄｕｃｅｄｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｃａｒｂｏｎｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ
ｒａｔｅｓ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｃａｒｂｏｎｌｏｓｓｅｓ．ＴｈｅｈｉｇｈｅｓｔＴＮ （０．９ｇ／ｋｇ）ａｎｄＯＣ（１４．２２ｇ／ｋｇ）ｗｅｒｅ
ｍｅａｓｕｒｅｄｕｎｄｅｒ２０％ｗａｔｅｒｓａｖｉｎｇｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ．ＷｈｅｎｔｈｅＮｓｕｐｐｌｙｒａｔｅｗａｓ２２１ｋｇＮ／ｈａ，ｔｈｅｇｒａｉｎｙｉｅｌｄｒｅａｃｈｅｄ
ａｍａｘｉｍｕｍ（６３６５ｋｇ／ｈａ）ｉｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｅｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｓｂｕｔｔｈｅｇｒａｉｎｙｉｅｌｄｏｆｓｐｒｉｎｇｗｈｅａｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈ
ａｎｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｌｅｖｅｌ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｐｒｉｎｇｗｈｅａｔ；ｎｏｔｉｌａｇｅｗｉｔｈｓｔｕｂｂｌｅｓｔａｎｄｉｎｇ；ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ；ｎｉｔｒｏｇｅｎｓｕｐｐｌｙ；ｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ；
ＯＣ／ＴＮ
３３２第２２卷第３期 草业学报２０１３年