植物营养学课程论文—赵婷

1、局部根区灌溉对设施茄子土壤中氮迁移的影响朱大明1， 赵婷2（1.淮北师范大学生命科学学院 安徽 淮北 235000；2.浙江师范大学地理与环境科学学院 浙江 金华 321004）摘要：【目的】:以茄子为试验材料通过人工控制水分的微区试验,比较水肥异区交替灌溉与传统均匀灌溉条件下，在100cm剖面上作物根区土壤水氮迁移和累积的动态迁移规律。【方法】利用小区试验,对供试茄子采取不同的水分和氮素处理，测定交替灌溉条件下茄子根区土壤硝态氮和水分的变化。【结果】土壤水分和硝态氮分布与灌水方式和灌水量有关。无论灌水量高低,第1次灌水后,水肥异区的施肥沟与灌水沟在0-60 cm 土层土壤水分和硝态氮含量存在

2、差异。第2 次灌水后,施肥沟与灌水沟之间土壤水分含量的差异会随灌水量增加而缩小。同时,土壤中表层及亚表层硝态氮含量随灌水量的增加而增加。随着时间的推移，上层土壤水分携带氮素养分下渗，造成下层土壤硝态氮含量的上升。充足灌溉处理的土壤水分累积量明显大于亏缺灌溉处理，氮素水平的高低对土壤水分的累积影响不大。【结论】灌水方式和灌水量是影响土壤硝态氮和土壤水分分布和累积的主要因素。充足灌溉处理造成根区硝态氮淋失，降低了氮肥的利用率。关键词：局部根区灌溉；茄子；硝态氮中图分类号：Q945.1 文献标识码;A 1前言 农业用水量占全国用水量的73%。随着工业化，城镇化进程的进一步加快,水资源日益紧缺,加之我

3、国水土资源配合不协调,淮河以北地区耕地约占全国的60 %以上,而水资源总量却不到全国的20 %1，农业用水的相对量和绝对数量必然会减少。土地贫瘠和干旱胁迫成为旱农地区发展的瓶颈。为了提高旱农地区水分利用率和生产力,许多科学家相继提出了有限灌溉，亏缺灌溉,非充分灌溉等概念和方法。康绍忠等3-5结合前人研究提出了控制性交替灌溉的节水技术。其原理是: 根区部分干燥是一种新的生物节水技术，可以通过改变和调节作物根系区域的湿润方式，使其产生水分胁迫的信号传递至叶片气孔，减小奢侈的蒸腾耗水。同时可以改善根系的吸收功能，亦可减少棵间全部湿润时的无效蒸发和总的灌溉用水量，达到不牺牲光合产物而大幅度提高水肥利用

4、效率的目的，前人的研究大多集中在交替灌溉条件下不同的水肥组合对作物的产量、生长和生态指标的影响。当今世界范围内出现水资源危机，我国水资源短缺也较为严重，因此提高水分利用效率，发展节水灌溉是一种必然的选择。在农业节水措施中，以包括通过生理调控的途径来提高植物水分利用效率和抗旱性的生物节水措施正显示出巨大的潜力，所以局部根区灌溉（也称局部根区干燥技术）越来越受到国内外的广泛关注。本试验研究茄子在水氮同区和水氮异区沟灌条件下根区土壤水氮的迁移变化规律和对水氮利用的影响。局部根区灌溉作为一种新的节水灌溉方式，必须有相应的施肥措施相配套，才能充分发挥它的节水和增产潜力，以及提高肥料的利用率。水肥之间存在

5、“以水促肥、以肥调水”的关系。氮肥对促进作物的生长发育和增产的效果最为显著，尤其对于蔬菜作物，氮肥的增产作用比其它作物更为显著。但在农业实践中，农民为了获得较高的产量和经济效益，大量施用氮肥与灌溉，不仅造成水资源浪费更严重，而且由于大量氮肥的投入，农田生态系统中氮素总体上处于盈余状态，并呈现持续增长的趋势，在蔬菜生产上这些问题更为突出。过量施用氮肥不仅影响蔬菜的产量与品质，也易引起诸多的环境问题，而最具有普遍性的问题是硝态氮在土壤中的累积并逐渐向下淋洗。土体中累积的硝态氮如果不及时被作物吸收利用，就逐渐向下移出作物根区，降低生物有效性，并造成土壤深层硝态氮的积累或污染地下水。所以解决土壤剖面中

6、硝态氮的累积问题，主要是合理施用氮肥与合理灌溉相结合，以提高氮肥的肥效5-7。不同水氮耦合对于土壤剖面中不同层次（含深层）硝态氮的植物吸收利用能力与利用程度。以往的研究主要集中在交替隔沟灌溉对作物生长的宏观效应以及引起这种效应的生理学机制方面，对该灌水技术条件下根区土壤的水氮变化动态研究较少，缺乏对作物根区土壤水氮的综合考虑，因此难于依据土壤水氮条件的改变定量确定更有效的灌水和施氮的优化决策，达到节水、节肥的目标。局部根区灌溉下根区土壤水分和氮素的变化动态以及累积进行研究，探求该灌水技术对作物根区土壤水分和氮素的分布和累积的影响，为改善农田水氮环境提高水氮利用效率提供理论依据。2 材料与方法2

7、.1试验材料试验于2011年3月至6月在淮北市无公害蔬菜基地滂汪示范园设施大棚内进行。该基地属典型的暖温带湿润气候，年平均气温14.4，年均降雨量862.9mm，年平均无霜期202天，年平均相对湿度71%，日照时数2315.8小时。0-20cm土层的土壤基本理化性质见表1，播种前0-200cm土壤硝态氮和铵态氮含量见表2。.表1试验地020cm土层基础理化性状Table 1Basic physico-chem ical propreties of the experim ent soil (0-20 cm)土层PH有机质全氮铵态氮全磷硝态氮田间持水量DepthOMTotal-Nanmonium

8、 nitrogenTotal-PnitrateField water capacitycm (g/kg) (mg/kg)%0-207.717.7224.642.4815.6951.39表2试验地播种前0-200cm土壤硝态氮和铵态氮含量Table 2the content of NO3-_N ang NH4+-N in 0-200cm soil profile before sowing项目土层 soillayers0-2020-4040-6060-8080-100100-120120-140140-160160-180180-200硝态氮含量NO3-Ncontent40.7023.8030.

9、9025.6024.9023.9017.3017.0017.3021.30铵态氮含量NH4+-Ncontent9.036.805.834.924.224.966.055.103.936.022.2试验设计供试茄子品种为（）。在温室中布置小区试验，小区中进行垄上种植。参照该地区茄子种植模式，施肥量参照当地农民习惯施肥量。定植前深翻土地，施氮肥555 kg/ hm2。磷肥选用过磷酸钙，施磷(P2O5)量为150 kg/ hm2作基肥。开沟施入尿素，沟深15 cm左右，施后覆土。垄上不施肥。在动态取样区埋2m深管子，分垄上和两沟正中间埋设。开沟起垄，每小区面积1.6 m×1.05 m，沟深

10、15 cm，沟宽 35cm。每垄定植4株茄子，株距40cm。为减少处理间水分侧向入渗，各小区间以80cm宽的垄作为隔离带。2011年2月19日定植，初期正常灌水，每株1.5 L。水氮位置全是水氮异区，所谓水氮异区是指灌水沟就是施肥沟在两条沟内进行。灌水量设置2个灌水水平：正常灌溉、亏缺灌溉。试验为完全随机组合，有两侧均匀灌溉，交替充足灌溉，交替亏缺灌溉3个处理，每个处理2个重复。2011年4月1日与4月16日、5月1日浇水，按照第一次追肥时灌水的位置相应进行固定或交替灌水，均匀灌溉 为1000 kg/ hm2，交替亏缺灌溉为 500 kg/ hm2，交替充足灌溉1000 kg/ hm2。201

11、1年4月1日与4月16日各追肥一次。固定处理水氮施入位置不变，交替处理按试验方案交替。灌水量用低压管出水口处精确水表测量。表3 试验处理及编号第一次、第三次浇水 第二次浇水编号名称处理编号名称处理A两侧均匀灌溉 AA两侧均匀灌溉 AB交替充足灌溉 Bf 施肥沟B交替充足灌溉 Bw 浇水沟Bw 浇水沟Bf 施肥沟C交替亏缺灌溉 Cf施肥沟C交替亏缺灌溉 Cw 浇水沟Cw浇水沟Cf 施肥沟2.3 样品采集与测定整个实验过程取土样3次，分别在定植前、第一次施肥浇水后、第二次施肥浇水后和第三次施肥浇水前取土。使用土钻取土，每个小区取土位置即垄中心和两个沟的中心。0-100 cm土层，每间隔20 cm

12、取样。土壤样品采集后，用塑料袋密封，迅速带回实验室，立即将样品充分混合，封存备用。其中部分土样用烘干法测定含水率。实验时称取5g土壤，加入1 mol/L的KCl浸提，土液比1：5，振荡器振荡1 h，悬液静置3-5 min后，用定量滤纸过滤，取过滤液10毫升至50毫升容量瓶中，再用KCl定容待测。硝态氮、铵态氮采用流动分析仪测定。土壤剖面硝态氮的累积量的计算公式为：NO3-N（kg · hm-2）= 土层厚度（cm）×土壤容重（g · cm-3）×土壤NO3-N含量（mg · kg-1）×10-1。表4 试验区土壤容重Tab.4 Soi

13、l bulk density in soil 土层深度cm0-2020-4040-6060-8080-100容重g · cm-31.381.611.701.521.603 结果与分析3.1 不同水氮处理对茄子根区土壤含水率分布的影响交替隔沟灌溉只在二条沟之中的一条沟灌水,另一条沟则不灌水,因此其水分运动既存在垂直方向的下渗运动又存在向非灌水沟的侧渗运动。灌水量相同时,在0-100 cm 土壤剖面,交替灌水的灌水沟和非灌水沟的水分含量均小于传统沟灌的水分含量。灌水量不同时,水分在土壤剖面中的分布存在较大差异。亏缺灌溉情况下,第1次灌水后施肥区(Cf) 0-20 cm 和20-40 cm

14、 土层水分含量分别为21.33 %和24.26 %,而灌水区(Cw ) 土壤水分含量分别为21.98 %和28.48 %;60 cm 以下土层二者水分含量差异较小(图b) 。交换灌水沟和施肥沟后即第2 次灌水施肥后,灌水沟(Cw) 0-60 cm土层的水分含量显著高于施肥沟(Cf) (图d) 。 充足灌溉(1000 kg/ hm2 ) 时,正常沟灌80-100 cm土层的水分含量明显高于交替灌溉的灌水沟和非灌水沟(图c) ;第1次灌水后,施肥沟(Bf) 和灌水沟(Bw) 的水分含量差异亦出现在0-40 cm 土层;第2 次灌水施肥后,施肥沟和灌水沟40-80 cm 土壤剖面的水分含量的差异较小

15、。说明灌水量低时,灌水沟水分向非灌水沟的入渗程度较小,使二者之间的水分含量差异较大;而灌水量高时,水分则可以充分侧渗到非灌水沟。第1 次灌水后,水肥异区的施肥沟与灌水沟在060 cm 土层土壤水分和硝态氮含量存在差异。第2 次灌水后,施肥沟与灌水沟之间土壤水分含量的差异会随灌水量增加而缩小,而二沟之间060 cm 土层中硝态氮含量的差异则随灌水量的增加而增加。同时,土壤中表层及亚表层硝态氮含量随灌水量的增加而增加。3.2 局部根区灌溉水氮耦合对土壤中硝态氮分布的影响由于硝态氮不易被土壤胶体吸附，极易随水移动。大量研究表明，蔬菜生产中施入的氮肥一部分可迁移至作物根区被吸收利用，另一部分残留在土壤

16、中，或继续向下淋洗。8局部根区灌溉下不同水氮耦合对土壤中硝态氮分布的影响结果见图，各种处理下，土壤硝态氮含量呈现出0-40 cm随深度增加减少，40-100 cm大量积累。3个处理0-100 cm各施氮处理土壤硝态氮含量均随土层深度的增加呈现出先减后增再减的变化趋势。第1 次灌水后,传统灌水施肥处理硝态氮的分布与水肥异区灌水沟硝态氮的分布基本类似。第1 次灌水施肥后的施肥沟0-20cm硝态氮含量明显增大，20-100cm土壤剖面的大含量差异不明显。第二次浇水施肥后即交替后的浇水沟0-20cm的土壤剖面硝态氮含量低于第1 次灌水施肥后施肥沟，而40-80cm的土壤剖面硝态氮含量明显高于第1 次灌

17、水施肥后施肥沟，80cm出现峰值。第二次浇水施肥前C处理中80-100cm土壤硝态氮的含量是最高的，则说明多余部分是由施肥引起并从上层迁移而来的,可能是浇水量大造成土壤硝态氮的淋溶。对水肥异区交替灌溉而言,施肥沟0-80 cm 剖面上的硝态氮含量显著高于灌水沟,而在80-100 cm 土层中低于灌水沟,说明施肥沟中的硝态氮不但发生了向下淋洗,而且向灌水沟发生了侧移11。3.3 局部根区灌溉对土壤中硝态氮累积量的影响表5各处理硝态氮在不同深度的累积量（kg·hm-2）Tab.5 Amount of cumulative nitrate nitrogen in different dep

18、th of soil 处理编号0-20cm20-40cm40-60cm60-80cm80-100cm 累积量kg·hm-2比例%累积量kg·hm-2比例%累积量kg·hm-2比例%累积量kg·hm-2比例%累积量kg·hm-2比例%A360.38 28.2 352.45 27.6 226.69 17.8167.69 13.1 169.71 13.3 B176.7120.4 188.45 21.7 178.36 20.6 136.7915.8 187.41 21.6 C220.72 21.8 207.45 20.5 205.87 20.3 178

19、.5517.6 199.30 19.7 注：各层土壤均以20cm深度进行计算。土壤硝态氮累积总量与施入到土壤-作物系统的氮肥用量、氮肥种类、气候条件、土壤-植物系统的组合特征及水分条件等因素有关9由图5可见，80cm以上土层中，C处理硝态氮累积要高于B处理，而80cm以下土层中，A处理硝态氮累积少于其他三种处理方式。由表3可见，A处理中0-60cm硝态氮累积量占0-100cm累积量的73.6%，比其他处理高10%-12%，这部分氮素能被作物吸收利用，60-100cm处理B和C处理积累的硝态氮几乎相同，这部分氮素在土层中适度下移可以丰富底土氮素数量，对培育土壤肥力有效，但也有潜在淋失的可能。再往

20、下土层中残留的氮素很难被作物利用，可视为淋失氮素，总是一个向下迁移的过程，随时间推移，这部分氮素既可损失，也可污染地下水源。本试验研究认为，引起土壤硝态氮淋失的主要因素是不同的水氮耦合方式，使土壤水分及养分不均衡，导致作物生长发育有差异，对氮素的吸收利用也不同，产生了不同程度氮素的“相对过剩”，未被利用的氮素以硝态氮的形式淋移到土壤深层产生累积。4 讨论适当地让部分根系承受一定的水分迫切，能刺激根系吸收的补偿功能，提高根系的传导能力。研究表明在作物生长阶段适当地让其部分根区干燥是一种有效的节水灌溉技术，可以提高水分利用效率”。本试验在不同的水氮空间组合条件下让茄子部分根区保持干燥。土壤硝态氮不

21、易被土壤胶体所吸附，在水分充足的条件下，极易随水迁移进入到土壤剖面的下层。施肥后表层土壤矿物氮增长很快，随着土壤水分的提高，土壤硝态氮向下迁移。当土壤水分稍低于田间持水量时，离子扩散和质流所通过的营养面积最大。土壤含水率是否适宜，直接影响到作物的长势和根系的活力，从而影响到作物对养分的吸收与利用10。交替灌水施肥将水分和肥料在空间上分开施用,因此其水分养分运动与传统灌溉施肥水分养分运动不同。试验结果表明,亏缺灌溉时灌水沟和施肥沟0-60 cm 土层土壤水分含量存在较大差异,而充足灌溉时这种差异会因土壤侧渗而逐渐减少。第2 次灌水后土壤水分的分布与第1 次灌水量有关,当灌水量高时灌水沟与施肥沟差

22、异很小;当灌水量低时灌水沟由于前期侧渗的水分有限,土壤持续处于较干状态容易产生裂缝从而导致大孔隙流,灌水沟整个剖面上土壤水分含量都高于施肥沟。因此,交替灌水为减少水分的深层渗漏,在保证一定的灌水量同时也要缩短灌水周期。在一定范围内,随着灌水量增加,肥料利用效率也提高。当灌水量小时,灌水沟的水分侧渗到施肥沟的水分很有限,肥料不能溶解。所以在灌水量较低,如450m3 / hm2 时,土壤表层硝态氮含量很少,这样会影响作物对肥料的吸收利用。如果灌水量过高,如900 m3 / hm2 时,一方面会对灌水区养分造成强烈的淋洗,另一方面也会造成施肥区表层养分淋洗到亚表层。交替灌水施肥处理是将交替隔沟灌溉与

23、水肥空间耦合结合起来,从而达到节水提高水分利用效率和减少肥料淋溶损失和提高肥料利用效率。试验结果来看,为了减少土壤硝态氮淋溶,必须要减少每次的灌水量;同时,要保证肥料的有效性和提高肥料的当季利用效率则需要一定的灌水量,灌水量过低会造成养分有效性降低,过高,大量硝态氮会被淋溶到根区以下。参考文献1 水利部科技司,农水司,科技推广中心. 节水灌溉技术M. 北京: 中央广播电视大学出版社,19991 101- 103132 康绍忠,张建华,梁宗锁等. 控制性交替灌溉 一种新的农田节水调控思路J . 干旱地区农业研究,1997 ,15 (1):1- 51Kang S Z, Zhang J H , Li

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25、ine Research， 1998，4： l40 14824 Kang Shaozhong，Zhang JianhuaControlled alternate partial root zone irrigation： its physiological consequences and impact on water use efficiencyJJournal of Experimental Botany，2004，55(407)：2437-24465 胡田田, 康绍忠, 高明霞等. 玉米根系分区交替供应水、氮的效应与高效利用机理J.作物学报, 2004, 30 (9): 866-871

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28、31-535EFFECT OF migration of nitrogen on facilities eggplant in the soil UNDER Partial root zone irrigationZHU da-ming1， Zhao ting2(1.Llife science college, Huaibei normal university,Anhui,huaibei 235000; 2.Geographic and environmental science college ,Zhejiang normal university,Zhejiang,Jinhua 3210

29、04)Abstract: 【Objective】: eggplant as experimental material to control the water through artificial micro trial comparing alternative irrigation water and fertilizer different areas under irrigation and the traditional uniform, in the 100cm soil profile, root zone and nitrogen transport and accumula

30、tion of dynamic migration of . 【Method】 plot experiment, the tested eggplant to take a different water and nitrogen treatment, determination of alternative irrigation Eggplant in the root zone nitrate,and water changes. 【Results】 The distribution of soil moisture and nitrate irrigation and irrigation volume. No matter the level of irrigation, after the 1st