駱曉聲，寇長(zhǎng)林**，王小非，李太魁，王洪媛

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所 鄭州 450002； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 北京100081)

氮是所有植物生命過(guò)程的必須元素，對(duì)提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)起著關(guān)鍵作用[1]。土壤硝態(tài)氮是作物利用的主要氮源之一，然而，因硝態(tài)氮不容易被土壤吸附固定，容易隨水發(fā)生移動(dòng)，造成農(nóng)田氮肥的硝態(tài)氮淋溶損失，成為農(nóng)田氮肥損失的主要途徑之一[2-3]。硝態(tài)氮淋溶損失造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，水質(zhì)惡化，威脅人體健康[4]。消減硝態(tài)氮淋溶及其向水體的遷移成為全球關(guān)注的課題[5-6]。一些發(fā)達(dá)國(guó)家采取了一些措施用于降低硝態(tài)氮的污染，如歐洲1991年開(kāi)始推行的硝酸鹽法案，通過(guò)在硝酸鹽脆弱區(qū)限制化肥氮和有機(jī)肥氮的農(nóng)田施用，期望達(dá)到降低硝態(tài)氮環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。磷同樣是作物生長(zhǎng)必須的大量元素，隨著磷肥在農(nóng)田的大量施用，磷的環(huán)境問(wèn)題凸顯，農(nóng)田磷的輸出是形成農(nóng)業(yè)面源污染的重要因素[9-10]。

農(nóng)田氮淋溶以硝態(tài)氮淋溶為主，受土壤類型、氣候及農(nóng)田管理的影響[11]。潮土是華北地區(qū)主要的土壤類型，冬小麥(Triticum aestivum)-夏玉米(Zea mays)輪作是本區(qū)域農(nóng)田主要種植方式之一，高強(qiáng)度的集約化種植，氮肥投入是保持作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的方式之一。然而，長(zhǎng)期過(guò)量施氮導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮?dú)埩糨^高，淋溶風(fēng)險(xiǎn)加劇，污染水體環(huán)境并威脅人體健康[12-13]。當(dāng)前華北地下水硝酸鹽含量超標(biāo)形勢(shì)嚴(yán)峻。環(huán)渤海7 省(市)的調(diào)查結(jié)果表明，地下水硝態(tài)氮含量平均值為11.9 mg·L?1，約34.1%的地下水超過(guò)WHO 制定飲用水的標(biāo)準(zhǔn)[14]。對(duì)北京南部及河北325 個(gè)淺層地下水調(diào)查結(jié)果顯示，地下水硝酸鹽超標(biāo)率為18%[15]。Yang 等[16]在關(guān)中地區(qū)5年的試驗(yàn)結(jié)果表明，不同施氮量土壤硝態(tài)氮淋溶量有較大差異，傳統(tǒng)施氮造成高的土壤硝態(tài)氮?dú)埩艏跋鯌B(tài)氮淋溶，考慮到低硝態(tài)氮?dú)埩?、高氮肥利用效率，建議冬小麥推薦施氮 150 kg·hm?2，夏玉米推薦施肥180 kg·hm?2。Ju 等[17]在北方冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田的研究表明，農(nóng)戶習(xí)慣施氮情況下冬小麥季和夏玉米季硝態(tài)氮淋溶量分別為7 kg·hm?2和27 kg·hm?2；由于研究方法的局限性，定量農(nóng)田硝態(tài)氮的真實(shí)淋溶量還有待進(jìn)一步研究。磷的淋溶是潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田面源污染形成的因素之一，然而，本區(qū)域冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田磷的直接淋溶損失量并不太清楚。田間滲漏池法是定量北方農(nóng)田氮磷淋溶損失的有效方法，在農(nóng)田面源污染監(jiān)測(cè)中獲得了廣泛應(yīng)用[18-19]。通過(guò)田間滲漏池方法研究施氮量對(duì)潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田氮磷淋溶的影響，對(duì)于精確本區(qū)域氮磷淋溶損失數(shù)據(jù)，開(kāi)展區(qū)域農(nóng)田氮肥管理推薦及改善地下水環(huán)境質(zhì)量有重要意義。

本研究選取河南省潮土區(qū)典型冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田，通過(guò)田間滲漏池法研究不同施氮量下，冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田土壤淋溶液產(chǎn)流及氮磷濃度動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，結(jié)合土壤硝態(tài)氮?dú)埩艉妥魑锂a(chǎn)量，闡明潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田氮磷淋溶特征及其影響因素，為潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田氮肥優(yōu)化管理及面源污染防控提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2016—2018年在河南省新鄉(xiāng)市原陽(yáng)縣祝樓鄉(xiāng)的河南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開(kāi)發(fā)基地進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)農(nóng)作物以冬小麥-夏玉米輪作為主，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫14 ℃，年平均降雨量約600 mm。試驗(yàn)地土壤類型為潮土，土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分指標(biāo)為： 有機(jī)質(zhì)10.9 g·kg?1，全氮0.63 g·kg?1，全磷0.75 g·kg?1，硝態(tài)氮7.5 mg·kg?1，速效磷23.6 mg·kg?1，pH 8.85。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)處理，分別為： 傳統(tǒng)施氮(CON)，代表本區(qū)域農(nóng)戶常規(guī)施氮情況； 優(yōu)化施氮(OPT)，代表本區(qū)域較為合理的施氮量； 優(yōu)化再減氮處理(OPTJ)，在優(yōu)化施氮基礎(chǔ)上繼續(xù)降低施氮量。每個(gè)處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積40 m2。種植模式為冬小麥-夏玉米輪作。小麥品種為‘鄭麥369’，玉米品種為‘德單5 號(hào)’。不同處理小麥季和玉米季氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)總施用量如表1 所示，氮、磷、鉀肥分別為尿素、磷酸一銨和氯化鉀。小麥和玉米季的氮肥均分為基肥和追肥施用，基追比為4∶6，追肥日期為小麥及玉米的拔節(jié)期。磷鉀肥均作為基肥施用。2017年和2018年冬小麥種植日期均為10月中旬，收獲日期均為6月上旬。2017年和2018年夏玉米種植日期均為6月上旬，收獲日期均為10月上旬。冬小麥生長(zhǎng)期間，在2017年和2018年3月配合追肥灌溉1 次。2017年玉米季基肥及追肥均結(jié)合灌溉施肥。2018年玉米季基肥降雨時(shí)撒施，追肥結(jié)合灌溉撒施。2017年度共灌溉3 次，分別為小麥季追肥時(shí)1次，玉米季基肥和追肥時(shí)各1 次。2018年度灌溉2次，分別為小麥季追肥時(shí)1 次，玉米季追肥時(shí)1 次。灌溉方式為畦灌。2018年玉米季灌溉量40 mm，其他時(shí)間灌溉量均為60 mm。

1.3 樣品采集及測(cè)定

采用田間滲漏池法采集90 cm 深度土壤淋溶液。滲漏池的監(jiān)測(cè)面積為1.2 m2，滲漏池深0.9 m。田間滲漏池的結(jié)構(gòu)及采集淋溶液的方法參見(jiàn)秦雪超等[18]的描述。滲漏池建設(shè)于2014年10月，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)安裝1 個(gè)滲漏池。監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝雨量器，收集記錄大氣降雨，2017年度降雨量386.8 mm，2018年度降雨量554.4 mm，試驗(yàn)區(qū)降雨量及灌溉量如圖1 所示。灌溉后及強(qiáng)降雨后采集淋溶液樣品并對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)，冷凍保存待測(cè)。2017年度淋溶液收集于3月28日、7月5日、8月10日和9月21日，2018年淋溶液收集于3月29日、7月27日、8月20日和9月29日。淋溶水硝態(tài)氮含量采用連續(xù)流動(dòng)分析儀(BRAN+LUEBBE AA3)測(cè)定，總磷(TP)采用過(guò)硫酸鉀氧化-鉬藍(lán)比色法測(cè)定。

表1 不同施肥處理冬小麥和夏玉米季氮磷鉀肥總施用量Table 1 Total application rates of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers of different fertilization treatments for winter wheat and summer maize seasons kg·hm?2

冬小麥和夏玉米成熟后，收獲每個(gè)小區(qū)小麥、玉米植株(小麥?zhǔn)斋@3.6 m2，玉米收獲9.6 m2)，采用脫粒機(jī)脫粒，曬干后稱重計(jì)算不同處理產(chǎn)量。2017年10月小麥基肥前(玉米收獲后)及2018年3月中旬小麥追肥前，按30 cm 一個(gè)層次采集90 cm土壤樣品，分析土壤硝態(tài)氮含量。土壤硝態(tài)氮采用0.01 mol·L?1KCl 溶液浸提，流動(dòng)分析儀測(cè)定。土壤0～30 cm、30～60 cm 和60～90 cm 土壤容重分別為1.50 g·cm?3、1.53 g·cm?3和1.53 g·cm?3。

農(nóng)田硝態(tài)氮和總磷的表觀淋失系數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力的計(jì)算方法如下：

硝態(tài)氮和總磷淋失量的計(jì)算采用下列公示：

式中： F 為淋失量(kg·hm?2)，n 為地下淋溶次數(shù)，Vi為第i 次產(chǎn)流的水量(L)，Ci為第i 次產(chǎn)流的硝態(tài)氮或總磷質(zhì)量濃度(mg·L?1)，S 為監(jiān)測(cè)單元面積(1.2 m2)，f 為由監(jiān)測(cè)單元轉(zhuǎn)換成公頃的換算系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Sigmaplot 12.0 作圖，SPSS 13.0 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)顯著性，不同處理之間進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性檢驗(yàn)比較，不同小寫(xiě)字母之間表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理冬小麥-夏玉米作物產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力

2017年度不同處理小麥和玉米產(chǎn)量均無(wú)顯著差異。小麥產(chǎn)量OPTJ 處理最高，CON 處理次之，OPT 處理最低； 玉米產(chǎn)量順序?yàn)椋?OPT>OPTJ>CON(表2)。2018年度，小麥季不同處理產(chǎn)量順序?yàn)镺PT>CON>OPTJ，玉米季產(chǎn)量順序與小麥季相同。兩年4季作物不同處理間產(chǎn)量雖然沒(méi)有顯著差異，但整體來(lái)看，OPT 處理的產(chǎn)量表現(xiàn)較好，從2017年玉米季開(kāi)始，OPT 產(chǎn)量一直保持最高，CON 處理產(chǎn)量低于OPT 處理。隨著種植季的增加，2018年度，OPTJ 處理小麥和玉米的產(chǎn)量呈降低趨勢(shì)，小麥季和玉米季比CON 處理降低8.1%和2.0%。說(shuō)明CON 處理高的施氮量并不能使小麥和玉米獲得最高產(chǎn)量，OPT 處理施氮量保持了小麥和玉米的高產(chǎn)，而OPTJ 處理在低土壤供氮條件下不能滿足作物長(zhǎng)期高產(chǎn)的需要。2017年小麥季CON、OPT 和OPTJ 處理氮肥偏生產(chǎn)力分別為23.1 kg·kg?1、31.9 kg·kg?1和54.8 kg·kg?1，玉米季氮肥偏生產(chǎn)力為27.3～61.4 kg·kg?1。2018年度，小麥季和玉米季氮肥偏生產(chǎn)力均比2017年度有所提高，小麥季和玉米季分別提高15.0%和4.2%。4 個(gè)作物季，OPTJ 處理氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于OPT 和CON，OPT 顯著高于CON。

表2 2017年和2018年不同處理冬小麥-夏玉米產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力Table 2 Yields and average nitrogen partial factor productivities under different fertilization treatments for winter wheat and summer maize in 2017 and 2018

2.2 不同施肥處理冬小麥-夏玉米輪作周期土壤淋溶液淋溶量

圖2 為2017年和2018年兩個(gè)冬小麥-夏玉米輪作周期不同處理90 cm 深度土壤淋溶液總量。2017年CON、OPT 和OPTJ 處理的淋溶量為88.0～102.5 mm，3 個(gè)處理間無(wú)顯著差異，OPT 處理淋溶量最少。2018年不同處理淋溶量為79.0～91.8 mm，不同處理淋溶量順序?yàn)?OPTJ>OPT>CON，不同處理之間無(wú)顯著差異。2017年度CON、OPT 和OPTJ 處理淋溶液量均高于2018年的淋溶量。

2.3 不同施肥處理冬小麥-夏玉米輪作周期土壤淋溶液硝態(tài)氮濃度

2017年收集到淋溶液樣品4 次(圖3)。第1 次淋溶液產(chǎn)流于小麥季追施氮肥期，淋溶液硝態(tài)氮濃度較高，不同處理硝態(tài)氮濃度為 13.2～112.8 mg·L?1，CON 處理硝態(tài)氮濃度顯著高于OPT 和OPTJ 處理。2017年度玉米季收集到淋溶液3 次，CON 處理土壤淋溶液濃度均顯著高于OPTJ 處理。整個(gè)監(jiān)測(cè)年度OPT 和OPTJ 處理4 次淋溶液硝態(tài)氮平均濃度比CON 處理分別降低55.2%和79.9%。

2018年度收集到淋溶液4 次，春季小麥追肥灌溉后采集1 次，其余3 次均為玉米季采集。本年度土壤淋溶液硝態(tài)氮濃度以玉米季第1 次采集到的淋溶液濃度最高，3 個(gè)處理硝態(tài)氮濃度為55.5～208.7 mg·L?1。CON 處理土壤淋溶液硝態(tài)氮濃度均顯著高于OPTJ 處理。2018年度CON、OPT、OPTJ 處理淋溶液硝態(tài)氮平均濃度分別為92.9 mg·L?1、44.1 mg·L?1和21.1 mg·L?1。不同施氮量條件下，土壤淋溶液濃度差別較大，OPT 和OPTJ 處理淋溶液濃度明顯降低。

2018年淋溶液硝態(tài)氮濃度整體高于2017年，2018年CON、OPT 和OPTJ 處理淋溶液硝態(tài)氮平均濃度分別比2017年高76.9%、86.5%和116.5%。

2.4 不同施肥處理冬小麥-夏玉米輪作土壤淋溶液硝態(tài)氮淋溶量及表觀淋失系數(shù)

2017年CON、OPT 和OPTJ 3 個(gè)處理淋溶液硝態(tài)氮淋溶量為10.0～53.8 kg·hm?2(表3)。與CON 處理相比，OPT 和OPTJ 處理硝態(tài)氮淋溶量分別降低60.4%和81.4%(P<0.05)。2018年3 個(gè)處理淋溶液硝態(tài)氮淋溶量為18.0～78.9 kg·hm?2。與CON 處理相比，OPT 和OPTJ 處理淋溶液硝態(tài)氮淋溶量分別降低53.5%和77.2%(P<0.05)。兩個(gè)監(jiān)測(cè)年度，CON、OPT 和OPTJ 處理淋溶液硝態(tài)氮平均淋溶量分別為66.4 kg·hm?2、29.0 kg·hm?2和14.0 kg·hm?2。在3 種施氮模式下，OPT 和OPTJ 處理淋溶液硝態(tài)氮淋溶量大幅度降低。在優(yōu)化施氮基礎(chǔ)上再減氮(OPTJ 處理)硝態(tài)氮淋溶進(jìn)一步降低。

2017年和2018年，CON、OPT 和OPTJ 處理硝態(tài)氮表觀淋失系數(shù)分別為3.5%～8.3%和6.3%～12.2%，3 個(gè)處理兩年平均值分別為10.3%、6.2%、4.9%。隨著施氮量的增加，硝態(tài)氮表觀淋失系數(shù)顯著增加。土壤淋溶液硝態(tài)氮淋溶量有明顯的年度差異，2018年不同處理硝態(tài)氮平均淋溶量比2017年高57.0%，淋失系數(shù)平均高60.9%。

2.5 不同施肥處理冬小麥-夏玉米輪作土壤硝態(tài)氮?dú)埩籼卣?/h3>

表4 為2018年小麥季基肥前及追肥前不同處理0～90 cm 土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?。施用基肥前? 個(gè)處理0～90 cm 土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅繛?15.0～400.3 kg·hm?2。追肥前，3個(gè)處理0～90 cm土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅繛?02.3～271.9 kg·hm?2。小麥追肥前，各處理土壤硝態(tài)氮?dú)埩艟刃←溁是坝兴档汀蓚€(gè)時(shí)期土壤硝態(tài)氮?dú)埩糇兎訡ON處理最高，其次為OPT處理，OPTJ處理變化較小。

表3 2017年和2018年不同施肥處理冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田硝態(tài)氮淋溶量及表觀淋失系數(shù)Table 3 Nitrate nitrogen leaching amounts and apparent nitrate nitrogen leaching loss coefficients under different fertilization treatments for winter wheat-summer maize rotation system in 2017 and 2018

2018年小麥基肥前，CON 處理3 層土壤硝態(tài)氮?dú)埩艟^高。OPT 處理0～30 cm 土壤硝態(tài)氮?dú)埩襞cCON 沒(méi)有顯著差異，30～90 cm 土壤硝態(tài)氮?dú)埩麸@著降低(P<0.05)。OPTJ 處理0～90 cm 土壤硝態(tài)氮?dú)埩艟@著低于CON 處理，同時(shí)低于OPT 處理。OPT和OPTJ 處理土壤硝態(tài)氮?dú)埩舯菴ON 處理平均降低34.0%和71.3%。2018年小麥追肥前，3 個(gè)處理0～90 cm 土壤硝態(tài)氮?dú)埩籼卣髋c小麥基肥前相似，CON 處理在90 cm 土層均高于OPT 和OPTJ 處理，OPTJ 處理90 cm 土壤硝態(tài)氮?dú)埩糇畹汀?/p>

表4 試驗(yàn)期不同施肥處理冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田根層土壤硝態(tài)氮?dú)埩籼卣鱐able 4 Residue nitrate nitrogen in root zone soil under different fertilization treatments for winter wheat-summer maize rotation system during sampling period kg·hm?2

2.6 不同施肥處理冬小麥-夏玉米輪作土壤總磷淋溶量

兩個(gè)監(jiān)測(cè)年度，不同處理土壤淋溶液總磷濃度為0.04～0.10 mg·L?1，不同處理間無(wú)顯著差異(表5)。2017年度不同處理總磷淋溶量為0.07～0.12 kg·hm?2，2018年度總磷淋溶量為0.03～0.04 kg·hm?2，不同處理間無(wú)顯著差異。2017年總磷淋溶量高于2018年。兩個(gè)年度CON、OPT 和OPTJ 處理總磷平均淋溶量分別為0.06 kg·hm?2、0.06 kg·hm?2和0.08 kg·hm?2，表觀淋失系數(shù)為0.04%、0.04%和0.05%。

表5 2017年和2018年不同施肥處理冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田土壤淋溶液總磷濃度及淋溶量Table 5 Leachate concentrations and leaching amount of total phosphorus under different fertilization treatments for winter wheat-summer maize rotation system in 2017 and 2018

3 討論

與中國(guó)北方其他地區(qū)冬小麥-夏玉米農(nóng)田硝態(tài)氮淋溶相比，本研究硝態(tài)氮淋溶量較大。如陜西關(guān)中地區(qū)農(nóng)戶習(xí)慣施氮(小麥季190 kg·hm?2，玉米季280 kg·hm?2)和優(yōu)化施氮(小麥季150 kg·hm?2，玉米季 180 kg·hm?2)硝態(tài)氮平均淋溶量分別為 15.8 kg·hm?2和10.1 kg·hm?2[20]。山東冬小麥在施氮量180 kg·hm?2條件下，硝態(tài)氮淋溶量7.3～14.0 kg·hm?2[21]。河北正定黃褐土冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田傳統(tǒng)施氮(小麥季300 kg·hm?2，玉米季225 kg·hm?2)硝態(tài)氮年均淋溶量約12.5 kg·hm?2[18]。本研究?jī)?yōu)化施氮(冬小麥季225 kg·hm?2、夏玉米季240 kg·hm?2)處理硝態(tài)氮淋溶量與巨曉棠等[22]研究結(jié)果相近。試驗(yàn)結(jié)果存在差異一方面是監(jiān)測(cè)方法的差別，另一方面，不同的氣候及土壤類型也可能產(chǎn)生不同的試驗(yàn)結(jié)果。本試驗(yàn)區(qū)域離黃河較近，土壤砂質(zhì)含量大，保肥能力差，可能是硝態(tài)氮淋溶量高的原因之一。本研究冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田硝態(tài)氮淋溶對(duì)施氮量較為敏感，OPTJ、OPT、CON 處理隨著施氮量的增加，硝態(tài)氮淋溶量不斷增加，硝態(tài)氮的平均表觀淋失系數(shù)從4.9%增加到10.3%。兩年的試驗(yàn)結(jié)果硝態(tài)氮淋溶量和施氮量呈現(xiàn)較好的指數(shù)關(guān)系： y=3.8e0.0044x(R2=0.86； P<0.01)。這與通過(guò)大數(shù)據(jù)總結(jié)的農(nóng)田硝態(tài)氮淋溶量與施氮量的關(guān)系較為一致，農(nóng)田硝態(tài)氮的淋失系數(shù)隨著施氮量的增加而動(dòng)態(tài)增加[23]。OPT 處理和 OPTJ 處理硝態(tài)氮淋溶量大幅降低，分別比CON 處理降低56.3%和78.9%。

施氮量對(duì)農(nóng)田硝態(tài)氮淋溶有較大影響，農(nóng)田水分輸入與硝態(tài)氮的淋溶也密切相關(guān)[24]。華北潮土農(nóng)田主要位于半濕潤(rùn)區(qū)，農(nóng)田水分輸入包括自然降雨和灌溉。冬小麥種植季降雨量一般較少，春季追肥期通常灌溉1 次，如果降雨量較少，小麥播種前后或小麥生長(zhǎng)后期可能會(huì)進(jìn)行灌溉。夏玉米季大氣降雨較多，由降雨導(dǎo)致的淋溶風(fēng)險(xiǎn)較大，加之施肥灌溉，兩個(gè)年度均發(fā)生3 次淋溶事件。2017年度灌溉量較多，收集的淋溶水量高于2018年，2018年降雨量多且夏玉米季大雨發(fā)生4 次，2018年淋溶液硝態(tài)氮淋溶量比2017年高57.0%，說(shuō)明潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田硝態(tài)氮的淋溶主要受淋溶液量及淋溶液硝態(tài)氮濃度影響，強(qiáng)降雨對(duì)硝態(tài)氮的淋溶具有較大的促進(jìn)作用，2018年第2 次淋溶液為強(qiáng)降雨施肥后采集，淋溶液硝態(tài)氮濃度在監(jiān)測(cè)期最高。王仕琴等[15]研究發(fā)現(xiàn)，極端降雨使地下水硝酸鹽濃度上升1～7 倍。2018年高的淋溶液硝態(tài)氮濃度是本年度硝態(tài)氮淋溶量高于2017年的主要原因。通過(guò)CON、OPT 和OPTJ 處理兩次根層土壤硝態(tài)氮?dú)埩艚Y(jié)果可知，CON 處理土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅枯^高，OPT 和OPTJ處理硝態(tài)氮?dú)埩袅科骄菴ON 降低36.5%和67.7%，3 個(gè)處理土壤硝態(tài)氮?dú)埩羝骄蹬c兩個(gè)年度土壤淋溶液硝態(tài)氮淋溶量平均值存在較好的指數(shù)關(guān)系：y=6.7e0.0068x(R2=0.9，P<0.01)。高施氮量條件下，造成潮土土壤硝態(tài)氮?dú)埩糨^高，將造成極大的淋溶風(fēng)險(xiǎn)。這與通過(guò)大數(shù)據(jù)分析得到的研究結(jié)果即土壤硝態(tài)氮淋溶與土壤硝態(tài)氮?dú)埩舫瘦^好的線性相關(guān)具有一致性[25]。陜西關(guān)中地區(qū)的研究也表明，冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田土壤硝態(tài)氮?dú)埩襞c根層硝態(tài)氮淋溶存在較好的指數(shù)關(guān)系[26]。潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作模式下，總磷的淋溶風(fēng)險(xiǎn)較低，不同處理土壤淋溶液總磷濃度為 0.04～0.10 mg·L?1，總磷平均淋溶量為0.06～0.08 kg·hm?2，這與習(xí)斌等[27]在華北玉米農(nóng)田研究的磷淋溶量0.04～0.10 kg·hm?2結(jié)果接近。值得注意的是，與硝態(tài)氮淋溶量2018年高于2017年不同，總磷淋溶量 2017年(0.07～0.12 kg·hm?2)高于2018年(0.03～0.04 kg·hm?2)，原因可能是2017年灌溉次數(shù)多，淹水漫灌有可能會(huì)短期內(nèi)造成土壤厭氧或者兼性厭氧環(huán)境，微生物代謝大量無(wú)機(jī)酸類小分子，促進(jìn)土壤中磷的溶解，并隨淋溶水向下遷移。

不同施氮量的作物產(chǎn)量效應(yīng)及土壤氮損失評(píng)價(jià)是潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田氮肥優(yōu)化推薦的基礎(chǔ)[28-29]。本研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)施氮量冬小麥-夏玉米作物產(chǎn)量并未達(dá)最高。OPT 處理土壤硝態(tài)氮淋溶量較低，小麥季和玉米季產(chǎn)量均表現(xiàn)較好。OPTJ 處理在OPT 基礎(chǔ)上繼續(xù)減少了施氮量，土壤硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)最小，氮肥偏生產(chǎn)力最高，然而作物產(chǎn)量卻有所降低。所以本區(qū)域潮土OPT 處理施氮量應(yīng)該是較為合理的施氮量。綜合相關(guān)研究，OPT 施氮量與Chen等[30]推薦的小麥季氮肥施用量220 kg·hm?2及玉米季推薦施氮量256 kg·hm?2較為接近。巨曉棠[31]研究表明，冬小麥-夏玉米輪作產(chǎn)量水平為 8000～10 000 kg·hm?2時(shí)，小麥推薦施氮量224～280 kg·hm?2，玉米推薦施氮量184～230 kg·hm?2。本研究冬小麥-夏玉米輪作產(chǎn)量7000～11 000 kg·hm?2，OPT 處理小麥季施氮量225 kg·hm?2，玉米季施氮量240 kg·hm?2，與上述推薦值較為接近。由于OPT 處理和OPTJ 處理施氮量還有一定的梯度，小麥季及玉米季施氮量可能還有一定的優(yōu)化空間。潮土區(qū)農(nóng)田施肥管理受自然因素的影響較大，有必要對(duì)由氣象因素，如旱澇等，導(dǎo)致的氮磷淋溶特征進(jìn)行長(zhǎng)期觀察和研究。

4 結(jié)論

本研究區(qū)域常規(guī)施氮下冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田的硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)較高[可達(dá)66.4 kg(N)·hm?2]，總磷淋溶風(fēng)險(xiǎn)較低(0.06 kg·hm?2)。優(yōu)化施氮能夠在不影響作物產(chǎn)量的情況下，顯著降低56.3%的硝態(tài)氮淋溶。然而，過(guò)量減施氮肥雖然會(huì)大大降低硝態(tài)氮淋溶(降低78.9%)，但也會(huì)帶來(lái)一定的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)?？梢?jiàn)，優(yōu)化施氮量(小麥季施氮225 kg·hm?2和玉米季施氮240 kg·hm?2)是本研究區(qū)域冬小麥-夏玉米輪作較為合理的施氮量。值得注意的是，由于本研究區(qū)域地處黃河沿岸，砂質(zhì)含量較高，導(dǎo)致硝態(tài)氮淋溶量整體較高，無(wú)法反映潮土區(qū)的整體硝態(tài)氮淋溶特征，建議在潮土區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)試驗(yàn)以更好地評(píng)估潮土區(qū)旱地大田作物的硝態(tài)氮淋溶特征。