王 悅, 陳立欣, 范海燕, 楊勝利， 張志強(qiáng)?

(1.國(guó)家林業(yè)和草原局水土保持重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100083，北京；2.北京市水土保持工程技術(shù)中心，100083，北京；3.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京；4.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院，100048，北京；5.北京市非常規(guī)水資源開發(fā)利用與節(jié)水工程技術(shù)研究中心，100048，北京)

水分和氮素是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[1]。研究表明，水氮具有明顯的耦合效應(yīng)：在一定范圍內(nèi)，氮肥肥效隨土壤水分提高而增強(qiáng)[2]，水氮協(xié)調(diào)供應(yīng)對(duì)提高作物產(chǎn)量具有重要意義。華北地區(qū)作為我國(guó)夏玉米的主產(chǎn)區(qū)，玉米產(chǎn)量占全國(guó)玉米總產(chǎn)量的39%[3]，但該區(qū)域農(nóng)民為了追求作物高產(chǎn)常過量施用氮肥。據(jù)統(tǒng)計(jì)[4]，華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作體系的氮肥平均用量為545 kg/hm2，遠(yuǎn)超全國(guó)氮肥平均用量378 kg/hm2，其中夏玉米單季氮肥用量已達(dá)276 kg/hm2。過量施用氮肥不僅浪費(fèi)資源，還會(huì)降低氮肥利用率，同時(shí)土壤中聚集大量氮素也會(huì)增加硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)[5]。此外，華北地區(qū)降水年際變化大、季節(jié)性干旱頻發(fā)，補(bǔ)充灌溉是作物獲得高產(chǎn)的重要條件，但該地區(qū)是我國(guó)嚴(yán)重缺水的區(qū)域之一，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)期存在的大水漫灌和過量灌溉導(dǎo)致水分利用效率普遍較低[6-7]?？梢?，水資源短缺、農(nóng)田氮肥投入過量及其造成的環(huán)境問題是制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

大量試驗(yàn)[8-9]研究灌水和施氮對(duì)玉米產(chǎn)量和水氮利用的影響。鐘茜等[10]認(rèn)為，華北地區(qū)玉米施氮145 kg/hm2時(shí)可達(dá)最高產(chǎn)量的97%。呂麗華等[11]研究發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)周年輪作體系限水(年供水量小于510 mm)和適水(年供水量大于610 mm)條件下得到最高產(chǎn)量的施氮量分別為311.6和253.6 kg/hm2?，F(xiàn)有研究多以個(gè)別指標(biāo)尋優(yōu)為主，基于玉米產(chǎn)量、資源利用效率和環(huán)境效應(yīng)確定水氮管理優(yōu)化目標(biāo)的研究相對(duì)較少。由于田間試驗(yàn)工作量大，采用多元回歸和空間分析方法可以尋找特定指標(biāo)可接受范圍的重疊區(qū)，進(jìn)而得到水氮用量的最優(yōu)組合[12-13]。此外，水氮運(yùn)籌對(duì)作物生長(zhǎng)的影響具有明顯的區(qū)域特征，合理的水氮配比需要結(jié)合不同區(qū)域的氣象條件和土壤狀況綜合考慮。夏玉米作為北京地區(qū)主要糧食作物之一，夏玉米種植面積約占糧食作物總面積的69%，在華北地區(qū)玉米種植中具有重要地位。本研究以北京地區(qū)夏玉米(ZeamaysL.)為研究對(duì)象, 分析在降水條件下灌水和施氮對(duì)玉米田間耗水、產(chǎn)量、水氮利用效率和土壤硝態(tài)氮積累的影響，探索降水條件下低環(huán)境成本和高水氮利用效率實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)的適宜灌水施氮量，為玉米栽培的田間水肥管理提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2019年6—10月在位于北京市通州區(qū)(E 114°20’，N 39°20’)的北京市水科學(xué)技術(shù)研究院永樂店試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)為永定河、潮白河沖積洪積平原，地勢(shì)平坦，自西北向東南傾斜，平均海拔20 m。試驗(yàn)區(qū)屬于溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均日照時(shí)間2 495 h，多年平均氣溫11.5 ℃，多年平均降雨量565 mm，多年平均水面蒸發(fā)量1 140 mm，試驗(yàn)基地地下水埋深達(dá)10～20 m。耕作層土壤密度1.36 g/cm3，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)13.1 g/kg，全氮0.98 g/kg，全磷1.74 g/kg，堿解氮69 mg/kg，有效磷10.1 mg/kg，有效鉀95.8 mg/kg。土壤基本性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置2因素4水平，采用完全隨機(jī)組合設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。設(shè)置4個(gè)施氮梯度，以華北地區(qū)常規(guī)施氮量N2(275 kg/hm2)為對(duì)照[4]，不施氮為N0、減量施氮為N1(150 kg/hm2)、農(nóng)戶高施氮量為N3(施氮400 kg/hm2)，氮肥品種為尿素(46% N)，在苗期、拔節(jié)期和大喇叭口期等量施入。按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶灌溉制度和降水特點(diǎn)[11]，設(shè)置4個(gè)灌水梯度，分別為：W0(不灌水)、W1(大喇叭口期灌水，灌水定額60 mm)、W2(大喇叭口期和開花期分別灌水，灌水定額60 mm)、W3(大喇叭口期、開花期和灌漿期分別灌水，灌水定額60 mm)，采用滴灌灌溉，用水表控制灌水量。

試驗(yàn)小區(qū)面積為10.8 m2(3.6 m×3 m)，各小區(qū)均設(shè)置寬和高均為25 cm的田埂，并設(shè)置寬為1 m的隔離帶。玉米于2019年6月22日播種，2019年10月2日收獲，為當(dāng)?shù)刂髟云贩N“中科9006”，種植密度為5.6萬株/hm2，前茬作物為冬小麥，雜草和病蟲害防治與大田管理一致。玉米水氮設(shè)計(jì)詳見表2。

表2 玉米水氮設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤水分與田間耗水 利用時(shí)域反射儀(TDR[TRIME-PICO, IPH])測(cè)定土壤水分，測(cè)量深度為0～100 cm，每10 cm一層，測(cè)量時(shí)間間隔為5 d，并在播種前、收獲后、灌溉前后以及降水后進(jìn)行加測(cè)。

耗水量在田間條件下通常指作物蒸散量，通過水量平衡方程[14]計(jì)算：

ET=P+I+ΔWs-Rs-D=
P+I+10γH(θ1-θ2)-Rs-D。

(1)

式中：ET為作物蒸散量，mm；P為降水量，mm；I為灌溉量，mm；ΔWs為土壤貯水量變化量，mm；γ為土壤密度，g/cm3；H為土層厚度，cm；θ1為播前土壤含水量，%；θ2為收獲后土壤含水量，%；Rs為地表徑流量，mm，試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平整且小區(qū)周圍有田埂，故Rs為0；D為深層滲漏量，mm。

利用Hydrus-1D對(duì)田間100 cm以下水分滲漏進(jìn)行模擬，具體方法參照劉曉媛等[15]，土壤水力參數(shù)見表3。將40和100 cm處土壤含水量實(shí)測(cè)值與模擬值進(jìn)行對(duì)比(限于篇幅，以W1N1處理為例，圖1)，相關(guān)系數(shù)分別為0.96和0.91，標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差均<10%，說明實(shí)測(cè)值與模擬值的一致性良好，Hydrus-1D模擬水分滲漏可行。

表3 土壤剖面水力學(xué)特性參數(shù)

圖1 W1N1處理40 cm和100 cm處土壤含水率實(shí)測(cè)值與模擬值對(duì)比Fig.1 Comparison of measured and simulated soil water content at 40 and 100 cm of W1N1 treatment

1.3.2 土壤硝態(tài)氮 采用土鉆法，在玉米收獲后取土，取土深度為0～100 cm，每10 cm一層。土壤樣品于-20 ℃保存，測(cè)定前解凍、混勻，過2 mm篩，用實(shí)驗(yàn)室配置的2 mol/L KCI溶液對(duì)土樣進(jìn)行浸提，用流動(dòng)分析儀測(cè)定硝態(tài)氮含量，并計(jì)算硝態(tài)氮積累量[16]。

M=CHγ/10。

(2)

式中：M為硝態(tài)氮積累量，kg/hm2；C為硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg。

1.3.3 產(chǎn)量 每小區(qū)選擇中間區(qū)域長(zhǎng)勢(shì)均勻的15株玉米收獲，自然風(fēng)干后考種，脫粒測(cè)產(chǎn)。

1.3.4 田間水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力

WUE=Y/ET。

(3)

NPFP=Y/FN。

(4)

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為產(chǎn)量，kg/hm2；NPFP為氮肥偏生產(chǎn)力，kg/kg；FN為施氮量，kg/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 25軟件進(jìn)行雙因素方差分析，并用Duncan法進(jìn)行多重比較，顯著性水平設(shè)置為0.05；應(yīng)用軟件Origin 2018制圖；采用MATLAB軟件進(jìn)行多元回歸分析，并采用空間分析法得到各指標(biāo)多元回歸方程所得三維曲面的平面投影, 尋找各指標(biāo)可接受區(qū)域的重疊區(qū), 得到兼顧各指標(biāo)的最優(yōu)水氮范圍[12-13,17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)?zāi)杲邓闆r

試驗(yàn)站內(nèi)氣象站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，1980—2019年多年平均降水量為537.35 mm，玉米季多年平均降水量374.4 mm；2019年全年降水量為375.9 mm，玉米季降水量為250.4 mm(圖2)，根據(jù)降水頻率分析結(jié)果，即豐水年(P=75%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=25%)，試驗(yàn)?zāi)甏砜菟辍?/p>

圖2 2019年玉米季逐月降水量和1980—2019年平均比較Fig.2 Comparison of monthly precipitation during 2019 maize seasons with average of 1980—2019

2.2 灌水和施氮對(duì)玉米田間耗水的影響

確定玉米田間耗水量及其水分來源是分析水分利用的關(guān)鍵，田間耗水量隨灌水量和施氮量增加而顯著增大(P<0.01)(表4)，玉米田間耗水量在315.4～448.89 mm之間(表5)。同一施氮條件下，W3處理田間耗水量較W0、W1和W2處理分別提高36.43%、21.05%和7.3%；同一灌水條件下，N3處理田間耗水量較N0、N1和N2處理分別提高4.99%、2.08%和0.57%。

表4 灌水和施氮對(duì)田間耗水量及田間耗水的水分來源的影響的顯著性(F值)

表5 灌水和施氮對(duì)田間耗水量及田間耗水的水分來源的影響

玉米田間消耗的水分來源主要包括降水量、灌水量和土壤貯水，其中降水供給量占55.78%～79.39%，灌溉占16.03%～41.27%(除W0處理)，土壤貯水占9%～32.28%。由于玉米生長(zhǎng)季降水量?jī)H有250.4 mm，水分滲漏較少，約占來水總量的7.43%～10.06%，水分滲漏量隨灌水量增加而增大，施氮對(duì)水分滲漏影響不顯著。同一施氮條件下，隨灌水量增加，灌水量占田間耗水量比例增大，降水量和土壤貯水消耗量占比減小，除W0處理外，W1處理土壤貯水消耗量占田間耗水量比例最大，為19.68%～24.43%，說明過量灌水不利于玉米對(duì)土壤水的利用。同一灌水條件下，隨施氮量增加，土壤貯水消耗量占田間耗水量比例增大，降水量和灌水量占比減小，W1灌水處理下，N1處理土壤貯水消耗量占比較N0處理提高16.99%，說明施氮提高玉米對(duì)土壤貯水的利用能力。

2.3 灌水和施氮對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

水分和氮素是影響產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素。試驗(yàn)結(jié)果(圖3)表明，灌水、施氮及水氮互作對(duì)玉米產(chǎn)量影響極顯著(P<0.01)。玉米產(chǎn)量在8 062.13～11 619.74 kg/hm2之間，灌水和施氮對(duì)玉米產(chǎn)量具有臨界效應(yīng)，同一施氮條件下，隨灌水量增加，產(chǎn)量表現(xiàn)為W1、W2>W3>W0，W1處理產(chǎn)量較W0和W3處理分別提高18.89%和1%。不灌水時(shí)(W0)，玉米產(chǎn)量隨施氮量增加而增大，施氮處理產(chǎn)量較不施氮處理提高15.99%，各施氮處理間無顯著差異；灌水處理下，隨施氮量增加，產(chǎn)量表現(xiàn)為N1>N2>N3>N0，N1處理產(chǎn)量較N0、N2和N3處理分別提高29.54%、1.76%和5.35%?？梢?，適量灌水和施氮有利于充分發(fā)揮玉米生產(chǎn)潛力，W1N1和W2N1處理可以顯著提高玉米產(chǎn)量。

圖3 灌水和施氮對(duì)玉米產(chǎn)量的影響Fig.3 Effects of irrigation and nitrogen application on the grain yield of maize

2.4 灌水和施氮對(duì)玉米水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力的影響

水分利用效率(water use efficiency, WUE)是評(píng)價(jià)作物水分利用情況的重要指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果(圖4)表明，灌水、施氮及水氮互作對(duì)WUE影響極顯著(P<0.01)，WUE在2.04～3.16 kg/m3之間。同一施氮條件下，隨灌水量增加，WUE表現(xiàn)為W1>W0>W2>W3，W1處理WUE較W0、W2和W3處理分別提高5.39%、12.57%和22.15%，適量灌水可以提高WUE，過量灌水會(huì)顯著降低WUE(P<0.05)。同一灌水條件下，隨著施氮量增加，WUE表現(xiàn)為N1>N2>N3>N0，N1處理WUE較N0、N2和N3處理分別提高22.27%、2.95%和6.33%，過量施氮導(dǎo)致產(chǎn)量降低進(jìn)而降低WUE。W1N1處理WUE顯著高于其他處理(P<0.05)。

圖4 灌水和施氮對(duì)玉米水分利用效率的影響Fig.4 Effects of irrigation and nitrogen application on the WUE of maize

試驗(yàn)結(jié)果表明，灌水、施氮及水氮互作對(duì)玉米氮肥偏生產(chǎn)力(nitrogen partial factor productivity, NPFP)影響極顯著(P<0.01)，NPFP在23.32～77.46 kg/kg之間。同一施氮條件下，NPFP隨灌水量增加而增大，灌水處理平均NPFP較W0處理提高21.72%。同一灌水條件下，NPFP隨施氮量增加顯著降低(P<0.05)，N1處理NPFP較N2和N3處理分別提高86.55%和180.94%。W1N1和W2N1處理NPFP顯著高于其他處理(P<0.05)。

圖5 灌水和施氮對(duì)玉米氮肥偏生產(chǎn)力的影響Fig.5 Effects of irrigation and nitrogen application on the NPFP of maize

2.5 灌水和施氮對(duì)玉米硝態(tài)氮分布及積累的影響

玉米收獲后土壤剖面中硝態(tài)氮分布和積累是灌水和施氮綜合作用的結(jié)果(圖6)。同一灌水條件下，農(nóng)田0～100 cm土壤硝態(tài)氮含量隨施氮量增加而顯著增大(P<0.05)，N0和N1處理土壤硝態(tài)氮含量處于較低水平，當(dāng)施氮量>150 kg/hm2時(shí)，各土層硝態(tài)氮含量顯著增大(P<0.05)。同一施氮條件下，W0處理硝態(tài)氮含量呈“上多下少”的規(guī)律，隨著灌水量增加，土壤硝態(tài)氮逐漸向深層遷移，W3處理深層土壤硝態(tài)氮含量顯著高于W0處理(P<0.05)，說明硝態(tài)氮會(huì)隨土壤水發(fā)生垂向運(yùn)移。

圖6 玉米收獲后0～100 cm土層土壤硝態(tài)氮含量剖面圖Fig.6 Soil nitrate nitrogen content in 0-100 cm profile after maize harvest

由圖7可知，施氮顯著增加0～100 cm土壤硝態(tài)氮積累量(P<0.05)，N3處理硝態(tài)氮積累量較N0、N1和N2處理分別增加292.48%、153.78%和28.25%。同一施氮條件下，灌水促進(jìn)硝態(tài)氮向深層運(yùn)移，從各土層來看，灌水降低了表層土壤硝態(tài)氮積累比例，增加深層土壤硝態(tài)氮積累比例，W0處理0～60 cm土壤硝態(tài)氮積累量占比為68.79%，隨著灌水量增加，0～60 cm硝態(tài)氮積累量占比逐漸減小，60～100 cm硝態(tài)氮積累量逐漸增加，W3處理60～100 cm硝態(tài)氮積累量占比較W0、W1和W2處理增加34.39%、31.18%和5.86%，說明灌水和施氮會(huì)增加深層土壤硝態(tài)氮積累，增加硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 灌水和施氮對(duì)土壤硝態(tài)氮積累量的影響Fig.7 Effect of irrigation and nitrogen application on nitrate nitrogen accumulation amount

2.6 水氮投入與產(chǎn)量、水氮利用效率與硝態(tài)氮淋失的關(guān)系

以灌水量和施氮量為自變量，以玉米產(chǎn)量、WUE、NPFP和硝態(tài)氮積累量為因變量，進(jìn)行多元回歸分析。結(jié)果(表6)表明，灌水量和施氮量對(duì)各因變量影響都極顯著(P<0.01)，決定系數(shù)R2均>0.85，說明回歸方程能較好的反映實(shí)際情況。

表6 灌水和施氮與玉米產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力、硝態(tài)氮積累量的回歸方程

根據(jù)表6回歸方程形成平面投影圖(圖8)，并求解各指標(biāo)最大值及其對(duì)應(yīng)的灌水量和施氮量(表7)，從表7可見，4個(gè)指標(biāo)不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)(硝態(tài)氮積累量較低為較優(yōu)值)。

圖8 灌水和施氮與玉米產(chǎn)量、水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和硝態(tài)氮積累量的關(guān)系Fig.8 Relation between irrigation and nitrogen application and maize yield, WUE, NPFP and nitrate nitrogen accumulation

表7 玉米預(yù)測(cè)最大產(chǎn)量、水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和硝態(tài)氮積累量及其所需的灌水量和施氮量

采用空間分析法，對(duì)4項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)值的±5%、±10%和±15%范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)4項(xiàng)指標(biāo)在±10%和±15%范圍內(nèi)有重疊，但各指標(biāo)偏離最優(yōu)值較遠(yuǎn)，對(duì)水氮尋優(yōu)無意義；3個(gè)指標(biāo)在最優(yōu)值±5%范圍內(nèi)有重疊區(qū)域，且與硝態(tài)氮積累量有較接近的范圍。因此，將最優(yōu)值±5%的范圍定為可接受范圍。將產(chǎn)量、WUE、NPFP和硝態(tài)氮積累量最優(yōu)值的95%的等值線投影后得到綜合分析圖(圖9)，可見，玉米產(chǎn)量、WUE和NPFP同時(shí)達(dá)到最優(yōu)值95%的灌水施氮范圍是：灌水81～102 mm和施氮143～161 kg/hm2，且在此范圍內(nèi)，硝態(tài)氮積累量較低。

圖9 產(chǎn)量、水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和硝態(tài)氮積累量的綜合評(píng)價(jià)Fig.9 Comprehensive evaluation of yield, WUE, NPFP and nitrate nitrogen accumulation amount

3 討論

灌水和施氮會(huì)影響土壤硝態(tài)氮積累和分布[18-19]，過量施氮會(huì)增加土壤硝態(tài)氮含量[18]，崔振嶺等[20]認(rèn)為，作物收獲后0～90 cm土層硝態(tài)氮含量控制在65～151 kg/hm2時(shí)可以滿足作物生長(zhǎng)需求并降低土壤硝態(tài)氮含量，本試驗(yàn)中施氮量<150 kg/hm2時(shí)可以顯著降低硝態(tài)氮積累量。前人對(duì)于灌水對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響的結(jié)論不完全一致，有學(xué)者研究認(rèn)為，灌水會(huì)促進(jìn)深層土壤硝態(tài)氮聚集，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)增大[18]，但也有研究認(rèn)為，增大灌水對(duì)土壤硝態(tài)氮影響不顯著[21]，出現(xiàn)不同結(jié)論的原因可能與當(dāng)?shù)赝寥罓顩r有關(guān)。本試驗(yàn)條件下, 隨著灌水水平提高，深層土壤硝態(tài)氮含量顯著升高，增加了硝態(tài)氮淋失量[19]。

灌水量和施氮量是影響作物產(chǎn)量和水氮利用效率的關(guān)鍵因子[1]。研究表明水氮用量對(duì)作物產(chǎn)量提高存在適宜區(qū)間，當(dāng)灌水量和施氮量超出適宜用量后，作物產(chǎn)量增加不顯著甚至?xí)档蚚22]，本研究也得到了相似結(jié)論，水氮處理為W1N1時(shí)玉米產(chǎn)量達(dá)最大值。呂麗華等[11]發(fā)現(xiàn)年供水量不足時(shí)水分是限制氮肥肥效發(fā)揮的主要因素，本研究也表明，在華北地區(qū)枯水年條件下，在玉米大喇叭口期至開花期灌1水可有效提高玉米產(chǎn)量，較不灌水處理提高18.89%。本試驗(yàn)條件下，隨施氮量增加，土壤供水量占田間耗水量比例增大，施氮提高玉米對(duì)土壤貯水的利用能力。研究表明，一定范圍內(nèi)施氮能促進(jìn)產(chǎn)量提高進(jìn)而提高水分利用效率，施氮超過一定范圍則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低，并降低玉米水分利用效率[23]。同時(shí)，增加灌水量會(huì)增加玉米田間耗水，降低土壤貯水消耗量占比[14]，導(dǎo)致水分利用效率降低[24]。

關(guān)于灌水和施氮對(duì)玉米產(chǎn)量和水氮利用的影響，前人已做過較多研究，但結(jié)論不盡相同。鐘茜等[10]認(rèn)為，華北地區(qū)玉米施氮145 kg/hm2即可達(dá)最高產(chǎn)量的97%。徐杰等[25]認(rèn)為，華北地區(qū)玉米季自然降水充足時(shí)，玉米施氮120 kg/hm2且生育期內(nèi)不灌水即可實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)。呂麗華等[11]研究認(rèn)為華北地區(qū)輪作體系限水(年供水量<510 mm)和適水(年供水量>610 mm)條件下得到最高產(chǎn)量的施氮量分別為311.6和253.6 kg/hm2。而本研究通過多元回歸分析對(duì)作物產(chǎn)量和水氮利用進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[12-13,17]，發(fā)現(xiàn)玉米灌水81～102 mm，施氮143～161 kg/hm2時(shí)，玉米產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力可同時(shí)達(dá)到最優(yōu)值的95%以上，且土壤硝態(tài)氮處于較低水平。對(duì)于作物而言，灌水和施氮對(duì)產(chǎn)量和水氮利用的影響具有明顯的區(qū)域特征，試驗(yàn)地氣候和土壤條件以及試驗(yàn)設(shè)計(jì)梯度不同，得到的結(jié)果可能存在差異，所以不同區(qū)域玉米適宜的水氮用量區(qū)間，還需繼續(xù)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，進(jìn)行多年試驗(yàn)進(jìn)一步的深入研究。

4 結(jié)論

灌水和施氮對(duì)玉米產(chǎn)量、水氮利用和硝態(tài)氮積累均有顯著影響。隨灌水量和施氮量增加，玉米產(chǎn)量和水分利用效率均呈先增后減的趨勢(shì)。氮肥偏生產(chǎn)力隨灌水量增加而增大，隨施氮量增加而減小。灌水和施氮會(huì)促進(jìn)土壤硝態(tài)氮積累和垂向運(yùn)移，增大硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)。綜合考慮玉米產(chǎn)量效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)，本試驗(yàn)條件下，玉米枯水年灌水81～102 mm、施氮143～161 kg/hm2可以實(shí)現(xiàn)保障產(chǎn)量、提高水氮利用效率和降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)化目標(biāo)。