祁茜，史海濱，閆建文*，李仙岳，高曉瑜，范理權(quán)，郝云鳳

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2.巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015400）

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是中國(guó)3個(gè)特大型灌區(qū)之一，目前全灌區(qū)鹽漬化耕地面積約39.4萬(wàn)hm，占總耕地面積的68.65%。由于灌區(qū)大面積灌溉、明溝排水不健全且塌坡嚴(yán)重，造成灌區(qū)排水及排鹽能力較差，因此建立完善的排水體系成為灌區(qū)鹽堿地改良的關(guān)鍵。暗管排水由于具有節(jié)省耕地、排鹽效果好、有效控制地下水位等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。然而由于暗管的作用縮短了滲流的路徑、加快了入滲速度，因而也顯著增加了地下徑流量和排水出流中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，改變了土壤養(yǎng)分分布，進(jìn)而影響了作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。目前對(duì)于暗管排水大多是基于關(guān)鍵工程技術(shù)參數(shù)的研究，而與肥料組合進(jìn)行源頭調(diào)控的試驗(yàn)較少。因此在暗管排水條件下開(kāi)展不同類型肥料施肥模式的篩選研究對(duì)促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高肥料利用率、降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

氮素是植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一。以往研究表明，氮肥的適量施用在一定程度上能顯著提高作物產(chǎn)量。近年來(lái)河套灌區(qū)的向日葵通常施用普通氮肥，普通氮肥沒(méi)有控制養(yǎng)分釋放的能力，容易造成養(yǎng)分流失?？蒯尫柿嫌捎诰哂锌刂起B(yǎng)分釋放速率、肥效長(zhǎng)、氮素流失率低等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。大田試驗(yàn)證明，相比于傳統(tǒng)一次性全量基施，控釋肥的施加可以顯著提高作物的光合速率、提高作物產(chǎn)量與氮肥利用率；同時(shí)，還可以減少氮素的流失和氣體揮發(fā)，減輕對(duì)環(huán)境的污染。有機(jī)硅水溶性緩釋肥也是近幾年研發(fā)的一種多功能營(yíng)養(yǎng)型全水溶/長(zhǎng)效復(fù)合肥，可同時(shí)解決肥料水溶性與緩釋性矛盾的問(wèn)題，也被大量推廣和使用。研究表明，施用有機(jī)硅水溶性緩釋肥料在促進(jìn)作物生長(zhǎng)、改變土壤中氮素分布等方面也具有一定優(yōu)勢(shì)。因此通過(guò)研究暗管排水條件下不同肥料對(duì)向日葵生長(zhǎng)、土壤氮素分布及氮素流失的響應(yīng)關(guān)系，篩選出適合暗管排水農(nóng)田向日葵種植的肥料，可為暗管排水工程大面積實(shí)施后肥料的配套和污染源頭的防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市臨河區(qū)巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院暗管排水試驗(yàn)場(chǎng)（40°79'N，107°28'E）。試驗(yàn)地屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年平均降雨量138.8 mm，蒸發(fā)量2 096.4 mm；地下水埋深在1.6～2.2 m之間變化；平均氣溫6.8℃，晝夜溫差大，無(wú)霜期為130～150 d。試驗(yàn)田屬于輕度鹽漬化土壤，主要土質(zhì)為粉土及粉壤土。試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of soil in the test area

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)暗管排水條件下3個(gè)不同施肥處理，分別為普通尿素（CK）、控釋肥（CF）及有機(jī)硅水溶性緩釋肥（OF）。每個(gè)處理試驗(yàn)面積約為25 000 m（500 m×50 m），由于處理面積較大，故選取3個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試區(qū)域面積約為2 670 m。暗管采用南北布設(shè)的方式，埋深1.2～1.7 m，間距25 m，坡度為0.1%。每個(gè)處理小區(qū)鋪設(shè)3根暗管，選取中間暗管控制范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與取樣，以消除不同暗管排水的影響；小區(qū)1 m深土體四周以2層塑料薄膜相隔，防止水分和肥料側(cè)滲。

供試作物為食葵，品種為“SH361”，2019年播種日期為5月31日，收獲日期為10月2日，2020年播種日期為5月30日，收獲日期為9月28日。采用1膜2行的常規(guī)種植模式，株距0.3 m、行距0.7 m，種植密度為28 000株·hm。試驗(yàn)區(qū)每年在春灌和秋澆時(shí)進(jìn)行大面積的漫灌壓鹽，灌水量為當(dāng)?shù)貎?yōu)化灌溉定額（春灌約2 500 m·hm、秋澆約3 000 m·hm），現(xiàn)蕾期進(jìn)行一次灌水，灌水量約為1 250 m·hm；灌溉利用黃河水（用梯形量水堰計(jì)量），礦化度約為0.54 g·L。各處理純氮施用量均為225 kg·hm，其中普通尿素由鄂爾多斯市億鼎生態(tài)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)（含N 46%）、控釋肥由天津蘆陽(yáng)化肥股份有限公司提供（蘆陽(yáng)6代，含N 28%）、有機(jī)硅水溶性緩釋肥由河北硅谷肥業(yè)有限公司生產(chǎn)（含N 18%）?？蒯尫?、有機(jī)硅水溶性緩釋肥和磷肥（磷酸二銨，含PO46%）于耕作前作為基肥一次性施入，追肥選用尿素，于向日葵現(xiàn)蕾期施入。各處理具體施氮量見(jiàn)表2。

表2 各試驗(yàn)處理施氮量（kg·hm-2）Table 2 Nitrogen application rate of experimental treatments（kg·hm-2）

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法[15-17]

1.3.1 向日葵生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量測(cè)定

生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定：在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)良好的向日葵進(jìn)行定株，分別在向日葵的主要生育期，即播前（5月25—31日）、苗期（6月15日—7月5日）、現(xiàn)蕾期（7月6—31日）、開(kāi)花期（8月1日—9月5日）和成熟期（9月6日—10月10日）進(jìn)行觀測(cè)。用卷尺對(duì)株高進(jìn)行測(cè)量，用長(zhǎng)寬系數(shù)法（本試驗(yàn)中系數(shù)取值為0.75）測(cè)量每株向日葵所有葉片面積，并計(jì)算葉面積指數(shù)（LAI）。

光合指標(biāo)測(cè)定：采用LI-6400便攜式光合儀，于向日葵現(xiàn)蕾期晴朗無(wú)風(fēng)天氣的上午9：00—11：00，選擇生長(zhǎng)良好、主莖上正數(shù)第3片展開(kāi)功能葉片測(cè)定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO濃度（Ci），每小區(qū)測(cè)定10株向日葵。

產(chǎn)量測(cè)定：于成熟期在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的10株向日葵，脫粒、自然晾干后測(cè)定百粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量。

干物質(zhì)及植株全氮測(cè)定：將測(cè)產(chǎn)10株向日葵地上各部分器官粉碎，于105℃殺青30 min，75℃烘干至質(zhì)量恒定后測(cè)定干物質(zhì)量。采用HSO-HO法消煮、凱氏定氮法測(cè)定各器官含氮量。

1.3.2 土壤無(wú)機(jī)氮測(cè)定

1.3.3 排水水樣中電導(dǎo)率及氮素測(cè)定

1.4 計(jì)算方法[18-19]

（1）氮肥偏生產(chǎn)力

=/

式中：為氮肥偏生產(chǎn)力，kg·kg；為氮肥施用量，kg·hm；為產(chǎn)量，kg·hm。

（2）氮收獲指數(shù)

=/×100%

式中：為氮收獲指數(shù)，%；為籽粒吸氮量，kg·hm；為植株吸氮量，kg·hm。

（3）收獲指數(shù)

=/100%

式中：為收獲指數(shù)，%；為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，kg·hm；為生物產(chǎn)量，kg·hm。

（4）硝態(tài)氮?dú)埩袅?/p>

=×××10/100

式中：為土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?，kg·hm；為土層深度，cm；為土壤容重，g·cm；為土壤硝態(tài)氮含量，mg·kg。

（5）排水氮素流失量

式中：為排水氮素流失量，kg·hm；e為第次排水量，m·hm；f為第次排水中氮素濃度，mg·L。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Origin 2018和SPSS26.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，利用LSD法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)向日葵株高、葉面積的影響

從圖1（a）可以看出，不同時(shí)期向日葵株高整體表現(xiàn)為OF＞CF＞CK，且隨著時(shí)間的推移呈先增加后減小的趨勢(shì)。從7月2日至7月22日，各處理株高增長(zhǎng)明顯，OF、CF、CK處理下日增長(zhǎng)速率分別達(dá)到6.31、6.21、5.53 cm·d。8月1日各處理株高達(dá)到全生育期最高，OF、CF分別為218.67、209.17 cm，較CK增加21.61%、15.46%。后期向日葵生殖生長(zhǎng)旺盛，大量養(yǎng)分轉(zhuǎn)移到花盤(pán)供作物籽實(shí)發(fā)育，導(dǎo)致株高無(wú)明顯變化。綜上所述，暗管排水條件下施用控釋肥和有機(jī)硅水溶緩釋肥在各生育期均不同程度促進(jìn)了向日葵植株生長(zhǎng)。

由圖1（b）分析可得，不同時(shí)期向日葵葉片LAI整體表現(xiàn)為CF＞OF＞CK，但各處理之間無(wú)顯著差異（＞0.05）。前期LAI迅速增加，至8月1日，各處理下LAI達(dá)到峰值，CF、OF分別較CK提高18.46%、10.42%。隨著時(shí)間的推移，向日葵逐漸進(jìn)入灌漿期，LAI開(kāi)始減小，但仍以CF最高；與OF、CK相比，增幅分別為6.23%、21.33%?？梢?jiàn)施用控釋肥更加有利于向日葵的光合作用和籽粒灌漿，豐產(chǎn)潛力較大。

圖1 不同處理下向日葵株高與LAI的變化Figure 1 Changes of plant height and LAIof sunflower under different treatments

2.2 不同施肥處理對(duì)向日葵光合性能的影響

有研究表明，向日葵現(xiàn)蕾期的光合作用是各個(gè)參數(shù)與Pn相關(guān)性最高的時(shí)期，Gs、Tr等因素的變化與Pn隨光強(qiáng)變化最為協(xié)調(diào)，有利于光合作用合成更多的有機(jī)物質(zhì)。因此，本試驗(yàn)測(cè)定了現(xiàn)蕾期不同施肥處理對(duì)向日葵光合指標(biāo)的影響。

從表3分析可得，現(xiàn)蕾期3種施肥模式下，向日葵葉片的Pn、Tr、Gs均表現(xiàn)為CF＞OF＞CK，其中CF處理下Pn、Tr與CK之間均存在顯著差異，較其分別增加了13.85%和19.21%。CF處理下Gs最大，為0.69 mol·m·s，三個(gè)處理之間差異均顯著。OF與CF處理的Ci顯著低于CK，降幅分別為12.05%和16.71%。綜上說(shuō)明，暗管排水條件下施用控釋肥能更好地促進(jìn)向日葵的光合作用，有利于有機(jī)物的積累。

表3 不同處理下向日葵的光合參數(shù)Table 3 Photosynthetic parametersof sunflower under different treatments

2.3 不同施肥處理對(duì)向日葵產(chǎn)量和構(gòu)成因素的影響

由表4可以看出，相同施氮量下，兩年試驗(yàn)百粒質(zhì)量的變化范圍在20.15～27.20 g之間，CF與OF、CK之間存在顯著差異。從產(chǎn)量來(lái)看，兩年均以CF最高，分別為4 917.84、4 657.42 kg·hm，OF次之，二者較CK分別平均增產(chǎn)34.14%、20.72%。CF、OF的植株吸氮量較CK平均增加了47.47%、27.3%。從氮收獲指數(shù)來(lái)看，各處理之間無(wú)顯著差異，整體表現(xiàn)為CF＞OF＞CK，說(shuō)明施用控釋肥更有利于向日葵籽粒對(duì)氮素的吸收。

表4 不同處理下向日葵的干物質(zhì)量及產(chǎn)量Table 4 Dry matter quality and yield of sunflower under different treatments

氮肥偏生產(chǎn)力可以用來(lái)表征氮肥的利用效率。兩年試驗(yàn)期間各處理的氮肥偏生產(chǎn)力整體表現(xiàn)為CF＞OF＞CK，CF較OF、CK平均提高了11.13%、34.18%。從收獲指數(shù)來(lái)看，2019年收獲指數(shù)的變化范圍為23.71%～26.75%，其 中CF、CK較OF分 別 增加 了12.82%、12.57%；2020年收獲指數(shù)的變化范圍為22.27%～25.40%。綜上所述，同等施氮量下施用控釋肥可以在一定程度上提高作物的氮肥偏生產(chǎn)力和收獲指數(shù)，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，保證作物高產(chǎn)。

2.4 不同施肥處理下土壤氮素動(dòng)態(tài)變化

圖2 不同施肥處理下0～40 cm土層氮素動(dòng)態(tài)變化Figure 2 Dynamic changes of inorganic nitrogen in 0～40 cmsoil layer under different fertilization treatments

2.5 不同施肥處理對(duì)土壤-N殘留的影響

表5 不同施肥模式對(duì)土壤剖面中-N殘留的影響（kg·hm-2）Table 5 Effects of different fertilization patterns on -Nresidue in soil profile（kg·hm-2）

2.6 不同施肥處理下氮素流失量分析

表6 不同施肥模式下暗管排水中氮素流失量Table 6 Nloss in the drainage of concealed pipes under different fertilization modes

3 討論

暗管排水技術(shù)是鹽堿地改良、澇漬區(qū)排水、養(yǎng)分管理的重要技術(shù)之一。暗管在排水排鹽的過(guò)程中，也存在淋失土壤養(yǎng)分的情況，并且受到土壤質(zhì)地的限制。合適的肥料可以促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高肥料利用效率，同時(shí)更好地從源頭減少氮素的流失。

本試驗(yàn)中控釋肥處理下向日葵在現(xiàn)蕾期的光合作用最為強(qiáng)烈。究其原因，主要是由于控釋氮肥具有控制氮素養(yǎng)分釋放速率、實(shí)現(xiàn)氮肥后移的特性，能有效地對(duì)光合特性進(jìn)行生理調(diào)節(jié)，延長(zhǎng)作物的光合功能期，延緩葉片衰老。因此本研究中控釋肥處理下的葉面積指數(shù)較其他處理也有所提高。但本試驗(yàn)中有機(jī)硅水溶性緩釋肥使植株增高效果明顯，可能是由于硅（Si）在增強(qiáng)對(duì)生物和非生物脅迫的抗性中起重要作用，因此該肥料在促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)的同時(shí)形成了硅化細(xì)胞使作物莖稈挺直，這與徐寧等的研究結(jié)果一致。然而也有研究發(fā)現(xiàn)施用硅肥可以有效降低向日葵株高，這可能是由于本試驗(yàn)采用的暗管排水技術(shù)改善了土壤的通氣狀況，提高土壤礦化率，促進(jìn)了潛在養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，最終促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)。

作物氮素吸收是光合產(chǎn)物的基礎(chǔ)，與作物產(chǎn)量密切相關(guān)。王玉雯等的研究表明，較高的產(chǎn)量需要葉片保持持久的光合活性，而這大多依賴于后期氮累積和氮轉(zhuǎn)運(yùn)的平衡，因而在本研究中控釋肥處理下向日葵的產(chǎn)量和百粒質(zhì)量均顯著高于有機(jī)硅水溶性緩釋肥和普通尿素，與YANG等的研究結(jié)果基本一致。也是由于控釋肥緩慢的養(yǎng)分釋放速率可以保持作物旺盛生長(zhǎng)，灌漿期促進(jìn)干物質(zhì)積累并向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而有效提高了作物的百粒質(zhì)量和產(chǎn)量。另外，有研究發(fā)現(xiàn)調(diào)控作物后期吸收的氮向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)也是提高氮肥利用率的重要措施。本試驗(yàn)中，播前一次性基施控釋肥可使收獲后向日葵植株吸氮量、氮肥偏生產(chǎn)力和氮收獲指數(shù)均有顯著提高，這與張建軍等和鄭圣先等的研究結(jié)果相符。

4 結(jié)論

（1）兩年試驗(yàn)中，施純氮量相同條件下控釋肥和有機(jī)硅水溶性緩釋肥均有利于促進(jìn)向日葵的生長(zhǎng)，其中控釋肥通過(guò)控制養(yǎng)分的釋放速率來(lái)實(shí)現(xiàn)氮肥后移，其一次性基施有利于0～40 cm土層氮素持續(xù)有效供應(yīng)，同時(shí)還可增加植株氮素積累量、提升氮肥偏生產(chǎn)力和氮收獲指數(shù)，更好地促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，增產(chǎn)效果顯著。