全 文 ：中国生态农业学报 2011年 5月 第 19卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2011, 19(3): 540−547


* 国家自然科学基金项目 (50579066, 50879073, 51009073)、国家科技支撑计划项目 (2007BAD88B10)、云南省应用基础研究项目
(2010ZC043, 2010ZC042)和昆明理工大学测试基金项目(2010295)资助
** 通讯作者: 张富仓(1962~), 男, 教授, 博士生导师, 主要研究方向为节水灌溉理论与技术。E-mail: zhangfc@nwsuaf.edu.cn
刘小刚(1977~), 男, 博士, 研究方向为节水灌溉理论与技术。E-mail: liuxiaogang888@tom.com
收稿日期: 2010-08-20 接受日期: 2011-01-19
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00540
不同沟灌方式下玉米根区矿物氮迁移动态研究*
刘小刚1,2 张富仓2** 杨启良1,2 王金凤2 李志军2
(1. 昆明理工大学现代农业工程学院 昆明 650024; 2. 西北农林科技大学旱区农业水土工程
教育部重点实验室 杨凌 712100)
摘 要 为探索交替隔沟灌溉下玉米根区矿物氮分布规律, 通过遮雨棚内微区试验, 研究了常规沟灌、交替隔
沟灌和固定隔沟灌 3 种沟灌方式对玉米根区硝态氮、铵态氮迁移的影响。结果表明: 交替隔沟灌溉根区硝态氮
等值线和常规沟灌相似, 沟内硝态氮含量基本沿垄的中心对称分布。固定隔沟灌溉的湿润沟内硝态氮含量小于
干燥沟, 施氮后非灌水沟硝态氮保持较高水平。收获时交替隔沟灌溉的根区硝态氮残留量比常规灌溉略高。与
硝态氮分布相比, 铵态氮在根区土壤中的含量很小, 3 种沟灌方式在沟和垄中的铵态氮含量没有明显差异。
关键词 遮雨棚微区试验 交替隔沟灌溉 硝态氮 铵态氮 迁移 根区土壤 玉米
中图分类号: S275.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)03-0540-08
Transfer of mineral nitrogen in maize root zone soil under
different furrow irrigation modes
LIU Xiao-Gang1,2, ZHANG Fu-Cang1, YANG Qi-Liang1,2, WANG Jin-Feng2, LI Zhi-Jun2
(1. Faculty of Modern Agricultural Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650024, China; 2. Key
Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education; Northwest A & F
University, Yangling 712100, China)
Abstract The objective of this study was to explore the distribution of mineral nitrogen in maize root zone soils under alternative furrow
irrigation. To that end, micro-field rain-shield experiments were conducted to determine the effects of three different furrow irrigation modes
[conventional furrow irrigation (CFI), alternative furrow irrigation (AFI) and fixed furrow irrigation (FFI)] on NO3−-N and NH4+-N transfer
in maize root zone soils. Results showed that NO3−-N content in AFI root zone soils was similar to that in CFI. Also NO3−-N in furrow profile
occurred along centre line ridge symmetry. Under FFI, NO3−-N content in wet furrow was less than that in dry furrow. The content in dry
furrow steadily increased after fertilization. At harvest, NO3−-N residue in AFI was slightly higher than that in CFI. Compared with NO3−-N,
NH4+-N content was very little. There was no significant difference in furrow and ridge in terms of NO3−-N and NH4+-N content.
Key words Micro-field rain-shield experiment, Alternative furrow irrigation, Nitrate nitrogen, Ammonium nitrogen, Transfer,
Root zone soil, Maize
(Received Aug. 20, 2010; accepted Jan. 19, 2011)
交替隔沟灌溉具有节水、减少水分深层渗漏等特
点[1−9]。交替隔沟灌溉在维持作物产量的同时, 可使土
壤氮的吸收增加 21%[10]。交替隔沟灌溉并将肥料施于
非灌水沟内可减少肥料淋溶的可能性, 且土壤硝态氮
含量在营养生长期和生殖生长期较高[11]。在干旱年份
氮肥施在非灌水沟, 氮肥吸收降低 50%, 在相对湿润
年份, 灌水沟和非灌水沟的氮肥吸收无差异[12]。在湿
润区交替隔沟灌溉硝态氮的累积大于固定隔沟灌溉
和常规灌溉[13]; 与常规灌水方式相比, 交替灌水方式
的氮肥利用效率提高 4.54%, 节水 27.6%, 水分利用
效率提高 5.3%[14]。对半干旱地区(自然降雨条件下)
玉米交替隔沟灌溉的水氮效应研究表明, 水肥异区交
替隔沟灌溉是较好的水肥耦合方式[15−16]。
以往研究主要从交替隔沟灌溉对作物生长、产
量和生理生态等宏观效应考虑较多, 而对该技术条
件下作物根区的矿物氮迁移动态研究较少, 难于依
第 3期 刘小刚等: 不同沟灌方式下玉米根区矿物氮迁移动态研究 541


据土壤矿物氮的改变来确定更有效的灌水技术和灌
水量, 达到节水、节肥的目标。在严格控制降雨的
条件下, 本文对玉米交替隔沟灌条件下根区土壤矿
物氮的变化动态进行研究, 探求交替隔沟灌溉技术
对玉米根区土壤硝态氮、铵态氮的影响, 为改善农
田水氮环境和提高水氮利用效率提供依据。
1 材料与方法
试验于 2006 年 4~7 月在西北农林科技大学旱区
农业水土工程教育部重点实验室试验田内进行。试验
田位于北纬 34°20′, 东经 108°24′, 海拔 521 m。土壤容
重为 1.38 g·cm−3, 耕层 (0~20 cm)土壤田间持水率
(θF)24%, 有机质含量 15.89 g·kg−1, 全氮 0.95 g·kg−1,
全磷 0.62 g·kg−1, 全钾 18.46 g·kg−1, 硝态氮 74.1
mg·kg−1, 铵态氮 8.91 mg·kg−1, 速效磷 26.62 mg·kg−1,
肥力属于中等偏上。供试作物为玉米“豫玉 22号”。
在玉米生育期使用移动式遮雨棚, 严格控制降
雨量, 无雨时敞开遮雨棚。试验设 3种沟灌模式, 分
别为交替隔沟灌溉、常规沟灌溉和固定隔沟灌溉 ,
重复 3 次。采用大田垄植, 沟和垄的断面为梯形。
垄的下底 0.4 m, 上底 0.2 m, 沟的下底 0.2 m, 上底
0.4 m, 沟长为 3 m。分别于播种期、苗期、拔节期、
抽穗期、灌浆期、乳熟期、腊熟期和成熟期灌水 16
mm、57 mm、38 mm、38 mm、38 mm、38 mm、38
mm和 17 mm, 全生育阶段共灌水 280 mm。施纯 N
量 240 kg·hm−2(尿素), 分 2次施入, 播前(5月 13日)
垄中心开沟均匀撒施 40%, 拔节期(7月 3日)沟中心
开沟均匀撒施 60%。分别在玉米播后 30 d、61 d、
75 d和 139 d用土钻采根区 0~100 cm土壤, 每 10 cm
为 1 层。土壤风干后用 2 mol·L−1KCl(土液比 1 5)∶
浸提, 铵态氮采用靛酚蓝比色法测定, 硝态氮用紫
外可见分光光度计测定[17]。使用 Excel和 DPS分析
软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同沟灌方式下土壤硝态氮分布动态
由图 1 可知, 硝态氮含量等值线沿垄中心基本
对称, 即同一时期相邻 2 个沟中的硝态氮含量基本



图 1 播种后 30 d、61 d、75 d和 139 d在常规沟灌玉米根区土壤硝态氮迁移动态图
Fig. 1 Dynamics of NO3−-N in maize root zone soil of conventional furrow irrigation after maize sowing for 30 d, 61 d, 75 d and 139 d
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一致。播后 30 d和 61 d土壤硝态氮等值线图像型似
开口向上的抛物线, 播后 75 d和 139 d的图像型似开
口向下的抛物线。播后 30 d, 垄上 0~60 cm土层硝态
氮含量明显大于两侧沟中同一层次, 垄沟间硝态氮
含量的差值随深度增加而逐渐减小, 差值最大可达
184~135 mg·kg−1; 70~80 cm沟垄的硝态氮含量基本
相同。由试验结果可知, 灌水导致硝态氮主要向竖直
方向迁移, 侧向迁移不明显。与播后 30 d相比, 播后
61 d垄上 0~40 cm土层硝态氮含量明显减小, 其中减
小最大约 110 mg·kg−1; 两侧沟中的硝态氮略有增加,
50~80 cm垄上的硝态氮含量基本相同。垄上硝态氮
含量减小主要由于作物此时处于拔节期, 生长旺盛,
对硝态氮的需求量较大。拔节期在沟的中心进行第 2
次施氮, 播后 75 d沟中 0~40 cm剖面上的硝态氮含
量增幅为 10~100 mg·kg−1, 在地表处增幅最大, 随着
深度的增加, 增幅逐渐减少; 在剖面 50~80 cm, 沟
和垄上的硝态氮含量在 40~60 mg·kg−1变动。这是由
于在拔节施氮后, 在气温和湿度都非常适宜的情况
下, 氮肥很快转化为矿物氮, 导致沟中硝态氮含量
的明显升高。播后 139 d, 由于灌水和玉米对氮素的
吸收, 土壤中的硝态氮含量在 30~50 mg·kg−1, 沟和
垄剖面上的硝态氮含量基本相同。
交替隔沟灌溉玉米根区土壤硝态氮迁移动态
(图 2)和常规沟灌相似。播后 30 d和 61 d, 硝态氮集
中在垄的中心剖面上; 播后 75 d硝态氮集中在沟的
中心剖面上。播后 30 d, 垄上硝态氮含量是沟内同



图 2 播种后 30 d、61 d、75 d和 139 d在交替隔沟灌玉米根区土壤硝态氮迁移动态图
Fig. 2 Dynamics of NO3−-N in maize root zone soil of alternative furrow irrigation after maize sowing for 30 d, 61 d, 75 d and 139 d
第 3期 刘小刚等: 不同沟灌方式下玉米根区矿物氮迁移动态研究 543


一层次的 1.2~7.0 倍, 地表处的硝态氮含量最大: 在
0~60 cm 剖面上, 垄上的硝态氮含量均值比常规灌
溉相同层次上约低 10 mg·kg−1, 而沟内均值比常规
灌溉相同层次上约高 5 mg·kg−1。和播后 30 d相比,
播后 61 d垄上 0~40 cm剖面硝态氮含量降低幅度可
达 26~103 mg·kg−1; 40~80 cm剖面硝态氮含量则略
有提高, 提高幅度最大可达 26 mg·kg−1。和常规灌溉
相比, 沟内硝态氮含量增加约 10 mg·kg−1。拔节期施
氮后(播后 75 d), 沟内 0~30 cm剖面上的硝态氮含量
增加很快, 最大增幅可达 100 mg·kg−1, 而 30~80 cm
剖面上的硝态氮含量变化不明显; 垄上 0~50 cm 剖
面比常规灌溉的硝态氮含量提高约 6 mg·kg−1, 而
50~80 cm剖面的硝态氮含量和常规灌溉基本相等。
播后 139 d 的硝态氮含量明显降低, 沟垄剖面上的
硝态氮含量基本相等, 在 33~48 mg·kg−1之间变化。
固定隔沟灌溉硝态氮含量等值线(图 3)和常规沟
灌相似。播后 30 d垄上 0~40 cm剖面硝态氮含量是沟
内同一层次的 1.6~5.6倍, 沟垄在 50~80 cm剖面上的
硝态氮含量基本相同; 由于湿润沟为固定灌水沟, 其
硝态氮含量比干燥沟略低。播后 61 d, 垄上 0~20 cm
剖面硝态氮含量降幅达 90 mg·kg−1, 40~70 cm剖面的
硝态氮含量略有提高。湿润沟中的硝态氮含量变化不
大, 而干燥沟中 0~60 cm剖面的硝态氮含量平均增加
13 mg·kg−1。拔节期施氮后(播后 75 d)沟内硝态氮含量



图 3 播种后 30 d、61 d、75 d和 139 d在固定沟灌玉米根区土壤硝态氮迁移动态图
Fig. 3 Dynamics of NO3−-N in maize root zone soil of fixed furrow irrigation after maize sowing for 30 d, 61 d, 75 d and 139 d
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增加明显, 湿润沟在 0~40 cm剖面上硝态氮含量比干
燥沟同一层次上低 6~50 mg·kg−1, 干燥沟在 0~30 cm
剖面都超过 80 mg·kg−1。播后 139 d, 湿润沟剖面上的
硝态氮含量最低, 垄上次之, 干燥沟上的含量最大。湿
润沟剖面上的硝态氮含量在 24~46 mg·kg−1之间变化;
垄上在地表处的含量可达 60 mg·kg−1, 干燥沟在整个
剖面上的硝态氮均值可达 60 mg·kg−1, 在地表处较大;
随深度增加硝态氮含量缓慢减小, 在剖面 70~80 cm处
硝态氮含量和垄上、湿润沟同一层次基本相同。
总之, 播后 30 d和 61 d, 交替隔沟灌溉沟中的
硝态氮含量比常规沟灌略高 , 而垄上的含量略低 ;
而播后 75 d, 交替隔沟灌溉沟中的硝态氮含量比常
规灌溉略低, 垄上的含量比常规沟灌略高; 播后 139
d, 沟和垄的硝态氮含量高于常规沟灌。固定隔沟灌
溉的灌水沟剖面硝态氮含量低于非灌水沟, 施氮后
非灌水沟硝态氮保持较高水平。
2.2 不同沟灌方式下土壤铵态氮分布动态
图 4~6分别表示常规、交替隔沟和固定隔沟灌溉
的铵态氮迁移动态。和硝态氮分布相比, 铵态氮在根
区土壤中的含量很低, 沟和垄中的铵态氮含量没有
明显差异。在播后 31 d, 垄上 0~30 cm剖面铵态氮含
量较大, 但最大不超过 20 mg·kg−1。在播后 75 d, 在
沟的上层土壤铵态氮含量较大, 这与拔节期在沟中
施氮有关。铵态氮的变化范围为 3~18 mg·kg−1, 铵态



图 4 播种后 30 d、61 d、75 d和 139 d在常规沟灌玉米根区土壤铵态氮迁移动态图
Fig. 4 Dynamics of NH4+-N in maize root zone soil of conventional furrow irrigation after maize sowing for 30 d, 61 d, 75 d and 139 d
第 3期 刘小刚等: 不同沟灌方式下玉米根区矿物氮迁移动态研究 545




图 5 播种后 30 d、61 d、75 d和 139 d在交替沟灌玉米根区土壤铵态氮迁移动态图
Fig. 5 Dynamics of NH4+-N in maize root zone soil of alternative furrow irrigation after maize sowing for 30 d, 61 d, 75 d and 139 d

氮含量主要集中在 5~6 mg·kg−1。这主要是因为在较
高的温度和适宜水分条件下, 铵态氮很容易硝化变
成硝态氮, 土壤中的矿物氮主要以硝态氮的形式存
在。铵态氮容易被土壤吸附, 所以在整个生育期内土
壤铵态氮的含量始终保持同一水平。
3 讨论
由矿物氮分布动态可知, 常规沟灌和交替隔沟
灌溉的硝态氮等值线以垄的中心近似对称, 固定隔
沟灌溉的灌水沟剖面上的硝态氮残留量明显小于非
灌水沟上的残留量, 非灌水沟在整个剖面上的硝态
氮含量相对较高。这是由于硝态氮不易被土壤胶体
所吸附, 易随水运动; 且灌水是硝态氮分布产生影
响的主要原因, 灌溉在增加土壤湿度时, 也加剧了
土壤硝态氮的运移 [18]。研究表明尿素施入土壤后 ,
在土壤脲酶的作用下首先分解为碳酸铵, 后者又可
进一步分解产生铵。在旱地土壤中, 铵很快被氧化
为 NO3−-N[19]。这和本试验根区土壤中的铵态氮含量
较小并且变化不大相一致。谭军利等 [18]研究表明 ,
交替灌溉的硝态氮残留量高于传统灌溉, 传统灌溉
更容易导致硝态氮的淋失, 这与本试验结果一致。
研究表明 , 交替隔沟灌溉有利于根系发育和
次级活性根形成, 增加根系的总量和根冠比; 同常
规沟灌相比, 节水达 33.3%以上[4,6]。由试验结果可
知, 灌水量相同条件下, 交替隔沟灌的玉米根区硝
态氮的残留量略大于常规灌溉。这主要由于采用
546 中国生态农业学报 2011 第 19卷




图 6 播种后 30 d、61 d、75 d和 139 d在固定沟灌玉米根区土壤铵态氮迁移动态图
Fig. 6 Dynamics of NH4+-N in maize root zone soil of fixed furrow irrigation after maize sowing for 30 d, 61 d, 75 d and 139 d

交替隔沟灌溉, 在灌水沟和非灌水沟之间没有形成
零通量面, 其水分的侧向入渗明显增强, 减少了土
壤水分发生深层渗漏的机率[7]。这降低了矿物氮淋
失的可能性, 提高了氮肥利用效率。如果将交替隔
沟灌溉的灌水量变为常规沟灌的 76%, 收获时根区
硝态氮残留量则更大。这样降低了矿物氮淋失的风
险, 有利于后茬作物的吸收利用, 提高了氮肥利用
效率。
研究交替隔沟灌溉条件下作物的水肥高效利用,
应根据作物不同生育阶段的需水需肥规律, 结合不
同水肥组合(灌水方式、灌水量、施肥量和施肥方式)
下根区水肥迁移动态和水肥利用效率, 才能得到最
佳的水肥耦合形式。
4 结论
交替隔沟灌溉根区硝态氮等值线和常规沟灌相
似, 沟内硝态氮含量基本沿垄的中心对称分布。固
定隔沟灌溉的灌水沟内硝态氮含量小于非灌水沟 ,
施氮后非灌水沟硝态氮保持较高水平。收获时交替
隔沟灌溉的根区硝态氮残留量比常规灌溉略高。与
硝态氮的分布相比, 铵态氮在根区土壤中的含量很
小, 3种沟灌方式在沟和垄中的铵态氮含量没有明显
差异。
参考文献
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