長期氮磷化肥配施對不同種植體系土壤水分的影響

危 鋒，郝明德

（1.西南林業大學 環境科學與工程學院 水土保持與荒漠化防治重點學科，昆明 650224；2.西北農林科技大學 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）

長期氮磷化肥配施對不同種植體系土壤水分的影響

危 鋒1，2，郝明德2

（1.西南林業大學 環境科學與工程學院 水土保持與荒漠化防治重點學科，昆明 650224；2.西北農林科技大學 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）

利用長期定位實驗，在黃土高原旱地研究了22a氮磷化肥配施下不同種植體系土壤水分的變化狀況，為合理利用水肥資源提供參考。在小麥連作、豌豆－小麥（2a）＋糜子輪作、紅豆草－小麥（2a）輪作、豌豆－小麥（2a）＋玉米輪作、玉米－小麥（2a）＋糜子輪作、小麥（2a）＋糜子－玉米輪作6個不同種植體系中，測定土壤剖面（0－300cm）含水量、儲水量。結果表明：不同種植體系土壤含水量在土壤剖面上的分布不同，所有處理在土壤剖面140－300cm土層含水量均低于0－140cm土層含水量。不同種植體系在土壤剖面不同土層的儲水量不同，在0－300cm土壤儲水量各處理表現為豌豆－小麥（2a）＋玉米輪作（644.8mm）＞小麥（2a）＋糜子－玉米輪作（599.6mm）＞豌豆－小麥（2a）＋糜子輪作（582.3mm）＞紅豆草－小麥（2a）輪作（574.0mm）＞玉米－小麥（2a）＋糜子輪作（550.8mm）＞小麥連作（536.9mm）。輪作體系0－300cm土壤儲水量均高于小麥連作。糧豆輪作土壤儲水量高于小麥連作，是黃土高原地區較好的種植方式。

黃土高原；長期試驗；氮磷化肥；不同種植體系；土壤水分

黃土高原地區是中國主要的旱作農業區，該區水土流失嚴重，生態環境退化［1］，水分脅迫是限制旱地農業生產的主要問題［2］。關于黃土高原旱地農田水分狀況很多學者做了大量研究，主要集中在作物生長［3］、蒸 騰 作 用［4］、抗 旱 生 理［5－7］，土 壤 水 分 動 態 變化［8－11］、施肥與產量以及水分利用效率［12－16］等方面。

長期定位試驗具有時間的長期性和定位性等特點，信息量豐富，準確可靠，是全面了解農田生態系統的重要場所。長期定位試驗能系統了解各因素的相互作用，為評估施肥對土壤肥力及生態環境的影響提供重要的研究基礎。前人對黃土高原地區不同種植體系土壤剖面水分分布和儲水量的研究較少［17］。為了探明黃土高原長期不同種植體系對土壤水分的影響，本文在黃土高原地區22a氮肥配施條件下對不同種植體系土壤剖面水分分布和儲水量變化狀況展開研究，以期為黃土高原地區旱地農業可持續發展提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

定位試驗區位于黃土高原中南部陜西省長武縣十里鋪村無灌溉條件的塬面旱地，屬暖溫帶半濕潤大陸型季風氣候，農業生產全部依賴天然降水，為典型的旱作農業區。試驗地海拔1 200m，年平均氣溫9.1℃，多年平均降水量578.5mm，無霜期171d，≥0℃活動積溫3 866℃，≥10℃活動積溫3 029℃，熱量供作物一年一熟有余。試驗地土壤為黏化黑壚土，母質是深厚的中壤質馬蘭黃土，全剖面土質均勻疏松，通透性好。1984年秋季試驗前耕層土壤有機質含量10.5g/kg，全氮0.80g/kg，速效氮37.00mg/kg，全磷0.659g/kg，速效磷3.0mg/kg，速效鉀129.3mg/kg，CaCO3108.4mg/kg，pH 值8.3，肥力水平較低。試驗地的土壤養分含量、地貌特征在黃土高原同類地區具有典型代表性。

1.2 實驗設計

長期輪作培肥試驗開始于1984年，共36個處理，108個小區，小區面積66.67m2，3次重復，隨機排列。本研究選取其中6個處理：小麥連作（處理1）、豌豆（Pisum sativumL.）－小麥（Triticum aestivumL.）（2a）＋糜子（Panicum miliaceumL.）輪作（處理2）、紅豆草（Onobrychis viciaefoliaScop.）－小麥（2a）輪作（處理3）、豌豆－小麥（2a）＋玉米（Zea maysL.）輪作（處理4）、玉米－小麥（2a）＋糜子輪作（處理5）、小麥（2a）＋糜子－玉米輪作（處理6）。各處理施肥量（NP）相同，即：N 120kg/（hm2·a）、P2O560kg/（hm2·a）。氮肥用尿素，磷肥用過磷酸鈣。所有肥料在播種時一次性施入，定期進行除草和松土，田間管理同大田。供試作物品種及其生育期見表1。

表1 供試作物品種及其生育期

1.3 樣品采集與分析

2006年9月采集0－300cm分層土樣（每20cm為1層），土壤含水量用烘干法測定。土壤剖面的儲水量，采用式（1）計算。

式中：W——土壤 儲水量 （mm）；h——土層 深 度（cm）；a——土壤密度（g/cm3）；θ——土壤質量含水量（%）。

數據采用SAS軟件中相應程序進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植體系土壤剖面含水量分布

水分是限制黃土高原農業發展的重要環境因子，作物播前土壤剩余含水量對作物生長發育有較大的影響。2006年0－300cm土壤含水量，不同種植體系土壤剖面含水量變化較大（圖1）。處理3、處理4、處理2、處理6、處理1、處理5耕層（0－20cm）含水量分別為18.8%、17.9%、17.3%、17.2%、16.3%和16.2%。處理5與處理3耕層土壤含水量相差2.6%。

圖1 長期施氮磷化肥不同種植體系土壤剖面含水量分布

處理1土壤剖面含水量在0－40cm處增加，40－180cm處下降，尤其是在100－120cm土層處含水量急劇下降，在240cm以下土層含水量有所升高，但仍低于耕層含水量。處理2土壤含水量在0－100 cm土層小幅增加，在120－180cm土層含水量下降且降幅較大，在200cm以下土層含水量呈波動變化，但仍低于耕層含水量。處理3土壤含水量在土壤剖面0－200cm土層處一直降低，尤其是在100－120 cm土層處含水量下降幅度較大，在220cm以下土層含水量有所升高，但仍低于耕層含水量。處理4土壤含水量在土壤剖面0－100cm處呈下降趨勢，0－80 cm土層處呈小幅下降，80－100cm土層下降幅度較大，在100－140cm土層含水量上升，在140cm以下土層含水量又降低，但降幅較小。處理5土壤含水量在土壤剖面0－60cm土層呈小幅增加趨勢，60－80 cm土層處出現含水量下降的拐點且降幅較大，80－120cm土層含水量有所增加，在120－140cm處又出現含水量下降的拐點且降幅較大，在140cm以下土層含水量呈小幅波動變化。處理6土壤含水量在土壤剖面0－100cm處先小幅下降再小幅升高，然后呈較大幅度地下降，在100－120cm土層處含水量又較大幅度地升高，在120－160cm土層處含水量較大幅度地下降，在160cm以下土層含水量變化較小。

不同種植體系土壤剖面含水量分布產生差異的原因主要是由于不同作物對水分的吸收利用不同以及種植方式不同引起。

2.2 不同種植體系土壤儲水量

不同種植體系土壤剖面（0－300cm）儲水量分布情況可看出（表2），耕層土壤儲水量表現為處理3＞處理4＞處理2＞處理6＞處理1＞處理5。耕層儲水量處理3與處理4、處理2、處理6之間差異不顯著，但與處理1、處理5差異顯著；處理1與處理5之間差異不顯著。耕層儲水量處理3分別比處理4、處理2、處理6、處理1和處理5高出4.9%，8.7%，9.3%，15.3%和16.2%，處理1，處理5與處理3相差6.5mm、6.8mm。

在0－60cm土壤儲水量各處理表現為處理3＞處理4＞ 處理2＞ 處理1＞ 處理6＞ 處理5。0－60 cm土壤儲水量處理3、處理4與處理2、處理1、處理6間差異不顯著，但與處理5差異顯著；處理4、處理2、處理1、處理6、處理5間差異不顯著。0－60cm土壤儲水量處理3分別比處理4、處理2、處理1、處理6和處理5高出1.0%，3.0%，3.7%，3.8%和8.5%，處理5與處理3相差10.9mm。

表2 長期氮磷化肥配施對不同種植體系土壤儲水量的影響 mm

在60－300cm土壤儲水量各處理表現為處理4＞ 處理6＞ 處理2＞ 處理3＞ 處理5＞ 處理1。60－300cm土壤儲水量處理4與處理6、處理2、處理3、處理5之間差異不顯著，但與處理1差異顯著；處理6、處理2、處理3、處理5、處理1之間差異不顯著。60－300cm土壤儲水量處理4分別比處理6、處理2、處理3、處理5和處理1高出8.9%，13.6%，16.6%，19.9%和25.8%，處理1與處理4相差104.2mm。

在0－300cm土壤儲水量各處理表現為處理4＞處理6＞ 處理2＞ 處理3＞ 處理5＞處理1。0－300 cm土壤儲水量處理4與處理6、處理2、處理3、處理5之間差異不顯著，但與處理1差異顯著；處理6、處理2、處理3、處理5、處理1之間差異不顯著。0－300 cm土壤儲水量處理4分別比處理6、處理2、處理3、處理5和處理1高出7.5%，10.7%，12.3%，17.1%和20.1%，處理1與處理4相差107.9mm。

0－60cm土壤儲水量與0－300cm土壤儲水量之比為處理1＞ 處理3＞ 處理5＞ 處理2＞ 處理6＞ 處理4，處理1最大為24.91%，處理4最低為21.31%。

3 討論

不同種植體系土壤水分在0－140cm土層變化較大，0－40cm土層由于受降水以及大氣因素影響較大［12］，其次不同作物的光合作用、蒸騰作用不同，不同作物根系在土壤中的分布不同導致對水分的吸收利用不同。輪作中作物倒茬也會對土壤剖面水分分布造成影響。

所有處理在土壤剖面140cm以下土層含水量均低于0－140cm土層含水量。由于試驗區地下水埋藏深度為60m，地下水對土壤水分沒有補充作用，土壤水分主要依賴于降水補充，長期氮磷化肥配施改善了土壤養分狀況，促進作物生長，加大了對土壤水分的消耗，水分入滲深度受限，故耕層含水量高于深層土壤含水量。

休閑輪作有利于提高土壤對降水的保蓄，具有良好的蓄水保墑作用，但不同的輪作序列表現不同［18］。本研究表明不同種植體系在土壤剖面不同土層的儲水量不同，但在土壤剖面0－300cm土壤儲水量表現為輪作體系均大于小麥連作體系。不同輪作順序不僅使干物質量增加，而且也使產量有所增加，這是因為輪作改善了土壤理化性狀［19］，提高了土壤表層含水量及土壤貯水量［20］，從而使作物產量及水分利用效率進一步提高。

在西北旱農區，豌豆收獲后土壤內貯存的水分較小麥地顯著增加，使豌豆成為多種作物的良好前作［18］。本研究也表明豌豆－小麥（2a）＋玉米輪作、豌豆－小麥（2a）＋糜子輪作耕層、在0－60cm、60－300cm和0－300cm土壤儲水量均高于小麥連作。說明糧豆輪作比小麥連作有較高的剩余土壤儲水量，是黃土高原地區較好的種植方式，應大力推廣。

4 結論

（1）不同種植體系土壤含水量在土壤剖面上的分布不同，所有處理在土壤剖面140cm以下土層含水量均低于0－140cm土層含水量。不同種植體系土壤剖面含水量分布產生差異的原因主要是由于不同作物對水分的吸收利用不同以及種植方式不同引起。

（2）不同種植體系土壤剖面不同土層的儲水量不同，在0－300cm土壤儲水量各處理表現為豌豆－小麥（2a）＋玉米輪作＞小麥（2a）＋糜子－玉米輪作＞豌豆－小麥（2a）＋糜子輪作＞紅豆草－小麥（2a）輪作＞玉米－小麥（2a）＋糜子輪作＞小麥連作。輪作體系0－300cm土壤儲水量均高于小麥連作。

（3）豌豆－小麥（2a）＋玉米輪作、豌豆－小麥（2a）＋糜子輪作在不同土層深度土壤儲水量均高于小麥連作。糧豆輪作是黃土高原地區較好的種植方式。

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Effect of Application of NP Chemical Fertilizer on Soil Water in the Different Cropping Systems on Dryland of the Loess Plateau

WEI Feng1，2，HAO Ming－de2
（1.Key Subject of Soil and Water Conservation ＆ Desertification Control，College of Environment Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming650224，China；2.Institute of Soil and Water Conservation，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi712100，China）

To provide a reference for reasonably using soil water resources in dryland faming on the Loess Plateau，soil water contents in soil profiles of different cropping systems under the condition of 22years'continuous application of NP chemical fertilizer on the Loess Plateau were studied.The treatments are wheat succession，pea－wheat（2a）＋millet rotation，sainfoin－wheat（2a）rotation，pea－wheat（2a）＋maize rotation，maize－wheat（2a）＋millet rotation and wheat（2a）＋millet－maize rotation systems.Soil water contents and water storages in soil profiles（0－300cm）in six kinds of different cropping systerms were analyzed.The results showed that the distributions of soil water contents in soil profiles were different in the systems.Water contents in 140－300cm soil layers were lower than those in 0－140cm soil layers in all treatments.The soil water storages in different soil layers were different in different cropping systems.The soil water storages in 0－300cm soil layers decreased as the sequence of pea－wheat（2a）＋maize rotation（644.8mm）＞wheat（2a）＋millet－maize rotation（599.6mm）＞pea－wheat（2a）＋millet rotation （582.3mm）＞sainfoin－wheat（2a）rotation（574.0mm）＞maize－wheat（2a）＋millet rotation（550.8mm）＞wheat succession（536.9mm）.The results also indicate that the soil water storages of rotation systems in 0－300cm soil layers were more than wheat succession.Therefore，the grain－legume rotation is the better cropping practice on the Loess Plateau.

the Loess Plateau；long－term experiment；NP chemical fertilizer；different cropping system；soil water

S158.8；S152.7

A

1005－3409（2011）06－0067－04

2011－05－29

2011－06－20

中國科學院知識創新工程重大項目（KSCX－YW－09－02，KSCX－YW－09－07）；國家重點基礎研究發展計劃（2009CB118604）；國家科技支撐計劃重大項目（2011BAD31B01）

危鋒（1978－），男，陜西漢中人，博士，講師，主要從事土壤養分循環與平衡方面的研究。E－mail：weifeng6688＠126.com

郝明德（1957－），男，陜西華縣人，研究員，博士生導師，主要從事土壤肥力與黃土高原綜合治理研究。E－mail：mdhao＠ms.iswc.ac.cn