杜會英， 馮 潔， 張克強， 王 風， 郭海剛

(農業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津 300191)

?

牛場肥水灌溉對冬小麥產量與氮利用效率及土壤硝態(tài)氮的影響

杜會英， 馮 潔， 張克強*， 王 風， 郭海剛

(農業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津 300191)

牛場肥水; 灌溉; 冬小麥; 產量; 氮利用效率; 土壤硝態(tài)氮積累

隨著集約化飼養(yǎng)程度的不斷提高，畜禽養(yǎng)殖產生大量糞污，根據“全國第一次污染源普查公報”數據，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便年產量為2.43億噸，尿液等廢水產生量1.63億噸[1]。然而養(yǎng)殖糞污處理和利用率極低，已成為影響我國環(huán)境質量的重要污染源之一，同時造成養(yǎng)分資源的極大浪費。作為一個農業(yè)大國，我國農業(yè)年用水量達到全年總用水量的60%以上[2]，水資源貧乏及地域分布不均勻造成我國嚴重的農業(yè)用水危機，華北平原地區(qū)水資源短缺問題在農業(yè)生產中尤為突出，農灌區(qū)地下水嚴重超采，導致地下水位下降等諸多生態(tài)環(huán)境問題[3]。將處理后的養(yǎng)殖肥水作為水、氮資源進行農田灌溉，是減輕養(yǎng)殖肥水中氮污染水體的重要途徑，也是緩解農業(yè)水資源短缺的重要措施之一。

1　材料與方法

1.1試驗點概況

1.2試驗設計

試驗共設5個處理，每個處理3次重復，分別為: 不施肥、小麥各生育期進行清水灌溉(CK); 在冬小麥生育期內進行2次牛場肥水灌溉(越冬期和灌漿期，肥水灌溉帶入氮量為160kg/hm2)，其他生育期清水灌溉(T1); 在冬小麥生育期內進行3次牛場肥水灌溉(越冬期、拔節(jié)期、灌漿期，肥水灌溉帶入氮量為240kg/hm2)，其他生育期清水灌溉(T2); 在冬小麥生育期進行4次牛場肥水灌溉(越冬期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期，肥水灌溉帶入氮量為320kg/hm2)，不進行清水灌溉(T3); 農民習慣施肥，冬小麥播種時，N、P2O5和K2O施入量分別為56kg/hm2、79kg/hm2和23kg/hm2、冬小麥拔節(jié)期追純氮量為276kg/hm2，全生育期氮投入量為332kg/hm2，各生育期清水灌溉(CF)。各處理在小麥收獲后進行取樣分析。試驗小區(qū)面積60m2(長15m×寬4m)。所有處理灌水定額均為830m3/hm2，灌溉方式為漫灌，灌水量利用超聲波流量計計量，灌溉誤差1%以內。冬小麥全生育期灌水4次。供試冬小麥品種為濟麥22。

1.3樣品采集與分析

冬小麥收獲時每個小區(qū)采收2m2的小麥樣品，風干后脫粒，分籽粒和秸稈兩部分稱量其干重，將采集的小麥籽粒、秸稈樣品烘干、粉碎、混勻，然后用濃H2SO4-H2O2消解，采用流動注射分析儀(FIA-6000+)測定籽粒和秸稈的氮含量。

1.4計算方法

植株氮積累量(kg/hm2)=(籽粒干量×籽粒含氮量)+(秸稈干量×秸稈含氮量);

氮表觀利用率(%)=(施氮區(qū)地上部氮積累量-不施氮區(qū)地上部氮積累量)/氮肥投入量×100;

氮農學效率(kg/kg)=(施氮肥區(qū)產量一不施氮肥區(qū)產量)/施氮量;

土壤硝態(tài)氮殘留量(kg/hm2)= 土層厚度×土壤容重×硝態(tài)氮濃度;

1.5統計方法:

試驗數據用SAS和Excel軟件進行統計分析。

2　結果與討論

2.1牛場肥水灌溉的產量效應

表1　不同肥水N帶入量下冬小麥的產量 (kg/hm2)

注(Note): 同列數據不同字母表示差異達5% 顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamecolumnmeansignificantdifferenceat5%level.

2.2肥水灌溉對冬小麥氮吸收的影響

圖1　20112013年不同肥水灌溉次數下冬小麥植株的氮積累Fig.1　Plant N accumulation of winter wheat under different effluent irrigation frequency in 2011-2013

吸收[16-18]，隨著肥水灌溉年限的增加，肥水促進植株氮吸收的效果增加，對比不同年限間植株氮吸收量，2012年冬小麥產量整體較2011和2013年低，植株氮吸收量也較低。在肥水灌溉的三個處理中，2011年和2012年肥水灌溉的三個處理之間差異不顯著，2013年T2和T3處理植株氮吸收量顯著高于T1處理。

2.3肥水灌溉對冬小麥氮利用的影響

由表2可以看出，冬小麥肥水氮表觀利用率和農學效率均隨肥水灌溉帶入氮量的增加而降低，且隨著肥水灌溉年限的增加而增加，三年氮表觀利用率和氮農學利用率均以T1最高，三年平均分別為48.57%和37.15kg/kg，2011年和2013年T1處理顯著高于T3和農民習慣施肥處理，2012年T1與T3和習慣施肥處理差異不顯著。張福鎖等[19]報道小麥平均施氮量169.0kg/hm2，氮表觀利用率和農學效率分別為28.20%和8kg/kg，李瑞奇等[20]研究表明，小麥生產中施氮240kg/hm2可以獲得較理想的氮素利用效率，本研究與此一致。

2.4牛場肥水灌溉對土壤硝態(tài)氮積累的影響

表2　灌溉肥水中氮的利用效率

注(Note): 同列數據后不同字母表示差異達5% 顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamecolumnmeansignificantdifferenceat5%level.

圖2　牛場肥水灌溉對冬小麥收獲后土壤硝態(tài)氮的影響Fig.2　Effects of dairy effluents irrigation on soil -N after the harvest time of winter wheat

3　結論

[1]中華人民共和國環(huán)境保護部. 第一次全國污染源普查公報[R]. 北京: 中華人民共和國國家統計局, 2010.

MinistryofEnvironmentalProtectionofthePeople’sRepublicofChina.Thebulletinofthefirstpollutionsourcecensus[R].Beijing.NationalBureauofStatisticsofthePeople’sRepublicofChina, 2010.

[2]中華人民共和國國家統計局. 中國統計年鑒2013[M]. 北京: 中國統計出版社, 2013.

NationalBureauofStatisticsofChina.Chinastatisticalyearbook2013[M].Beijing:ChinaStatisticsPress, 2013.

[3]張光輝, 費宇紅, 劉春華, 等. 華北平原灌溉用水強度與地下水承載力適應性狀況[J]. 農業(yè)工程學報, 2013, 29(1): 1-10.

ZhangGH,FeiYH,LiuCH, et al.AdaptationbetweenirrigationintensityandgroundwatercarryingcapacityinNorthChinaPlain[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering, 2013, 29(1): 1-10.

[4]SaundersOE,FortunaAM,HarrisonJH, et al.ComparisonofrawdairymanureslurryandanaerobicallydigestedslurryasNsourcesforgrassforageproduction[J].InternationalJournalofAgronomy, 2012, 1-10.

[5]Valencia-GicaRB,YostRS,PorterG.Biomassproductionandnutrientremovalbytropicalgrassessubsurfacedrip-irrigatedwithdairyeffluent[J].GrassandForageScience, 2012, 67 (3): 337-349.

[6]AliciaMC,FuensantaGO,JorgeMS, et al.Short-termeffectsoftreatedwastewaterirrigationonMediterraneancalcareoussoil[J].SoilandTillageResearch, 2011, 112: 18-26.

[7]BelaidN,CatherineN,MonemK, et al.Longtermeffectsoftreatedwastewaterirrigationoncalcisolfertility:AcasestudyofSfax-Tunisia[J].AgriculturalSciences, 2012, 3(5): 702-713.

[8]黃紅英, 曹金留, 常志州, 等. 豬糞沼液施用對稻、麥產量和氮磷吸收的影響[J]. 土壤, 2013, 45(3): 412-418.

HuangHY,CaoJL,ChangZZ, et al.Effectsofdigestedpigslurryapplicationonyields,nitrogenandphosphorousuptakesbyriceandwheat[J].Soils, 2013, 45(3): 412-418.

[9]喬冬梅, 齊學斌, 樊向陽, 等. 養(yǎng)豬廢水灌溉對冬小麥作物-土壤系統影響研究[J]. 灌溉排水學報, 2010, 29(1): 32-35.

QiaoDM,QiXB,FanXY, et al.Theinfluenceoflivestockwastewaterirrigationonwinterwheatcrop-soilsystem[J].JournalofIrrigationandDrainage, 2010, 29(1): 32-35.

[10]郭海剛, 杜會英, 王風, 等. 規(guī)模化牛場廢水灌溉對土壤水分和冬小麥產量品質的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2012, 21(8): 1498-1502.

GuoHG,DuHY,WangF, et al.Effectsofdairywastewaterirrigationonsoilmoistureandtheyieldandqualityofwinterwheat[J].EcologyandEnvironmentalSciences, 2012, 21(8): 1498-1502.

[11]林治安, 趙秉強, 袁亮, 等. 長期定位施肥對土壤養(yǎng)分與作物產量的影響[J]. 中國農業(yè)科學, 2009, 42(8): 2809-2819.

LinZA,ZhaoBQ,YuanL, et al.Effectsoforganicmanureandfertilizerslong-termlocatedapplicationonsoilfertilityandcropyield[J].ScientiaAgricultureSinica, 2009, 42(8): 2809-2819.

[12]杜臻杰, 樊向陽, 李中陽, 等. 豬場沼液灌溉對冬小麥生長和品質的影響[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報, 2014, 33(3): 547-554.

DuZJ,FanXY,LiZY, et al.Growthandgrainqualityofwinterwheatirrigatedwithbiogasliquidfromaswinefarm[J].JournalofAgro-EnvironmentScience, 2014, 33(3): 547-554.

[13]李克南, 楊曉光, 劉園, 等. 華北地區(qū)冬小麥產量潛力分布特征及其影響因素[J]. 作物學報, 2012, 38(8): 1483-1493.

LiKN,YangXG,LiuY, et al.DistributioncharacteristicsofwinterwheatyieldanditsinfluencedfactorsinNorthChina[J].ActaAgronomicaSinica, 2012, 38(8): 1483-1493.

[14]Martínez-SullerL,ProvoloG,BrennanD, et al.Anoteontheestimationofnutrientvalueofcattleslurryusingeasilydeterminedphysicalandchemicalparameters[J].IrishJournalofAgriculturalandFoodResearch, 2010, 49: 93-97.

[15]AbubakerJ,CederlundH,ArthursonV, et al.Bacterialcommunitystructureandmicrobialactivityindifferentsoilsamendedwithbiogasresiduesandcattleslurry[J].AppliedSoilEcology, 2013, 72: 171-180.

[16]ChristophM,RonaldJL,PeterC, et al.Effectsofrepeatedfertilizerandcattleslurryapplicationsover38yearsonNdynamicsinatemperategrasslandsoil[J].SoilBiologyandBiochemistry, 2011, 43: 1362-1371.

[17]NannenDU,HerrmannA,LogesR, et al.RecoveryofmineralfertilizerNandslurryNincontinuoussilagemaizeusingthe15Nanddifferencemethods[J].NutrientCyclinginAgroecosystems, 2011, 89: 269-280.

[18]LalorSTJ,Schr?derJJ,LantingaEA, et al.Nitrogenfertilizerreplacementvalueofcattleslurryingrasslandasaffectedbymethodandtimingofapplication[J].JournalofEnvironmentalQuality, 2011, 40: 362-373.

[19]張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 等. 中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J]. 土壤學報, 2008, 45(5): 916-924.

ZhangFS,WangJQ,ZhangWF, et al.NutrientuseefficienciesofmajorcerealcropsinChinaandmeasuresforimprovement[J].ActaPedologicaSnica, 2008, 45(5): 916-924.

[20]李瑞奇, 李雁鳴, 何建興, 等. 施氮量對冬小麥氮素利用和產量的影響[J]. 麥類作物學報, 2011, 31(2): 270-275.

LiRQ,LiYM,HeJX, et al.Effectofnitrogenapplicationrateonnitrogenutilizationandgrainyieldofwinterwheat[J].JournalofTriticeaeCrops, 2011, 31(2): 270-275.

[21]楊軍, 張蕾, 張克強, 等. 豬場廢水灌溉對潮土硝態(tài)氮含量變化的影響[J]. 農業(yè)工程學報, 2009, 25(5): 35-39.

YangJ,ZhangL,ZhangKQ, et al.Effectsofirrigationwithpiggerywastewateronnitratenitrogendynamicsinfluvio-aquaticsoil[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering, 2009, 25(5): 35-39.

[22]JuXT.Directpathwayofnitrateproducedfromsurplusnitrogeninputstothehydrosphere[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica, 2014, 111(4): 416-416.

Effectsofdairyeffluentsirrigationonyieldandnitrogenuseefficiencyofwinterwheatandsoilnitratenitrogen

DUHui-ying,FENGJie,ZHANGKe-qiang*,WANGFeng,GUOHai-gang

(Institute of Agro-environmental Protection, Ministry of Agriculture of China, Tianjin 300191, China)

【Objectives】Studyontheeffectsofdairyeffluentsongrainyield,nitrogenuseefficiencyandsoilnitratecontentswillprovidetheoreticalbasisfortheassessmentoflivestockeffluentsirrigationonfarmland,soastodecreasetheriskofnitrogenlosefromlivestockeffluents.【Methods】AfieldexperimentusingdairyeffluentsforirrigationinwinterwheatwasconductedsuccessivelyforthreeyearsintheplainofNorthChina.Thestudyincludedfivetreatmentswiththreereplications:Nofertilizerandirrigatedwithfreshwater(CK);twoirrigationwithdairyeffluentsinwinteringandfillingstages,twofreshwaterirrigation,thetotalnitrogenbroughtwitheffluentswas160kg/hm2(T1);threeirrigationwithdairyeffluentsinwintering,jointingandfillingstages,onefreshwaterirrigationinheadingstage,thetotalnitrogenbroughtwitheffluentswas240kg/hm2(T2);fourirrigationwithdairyeffluentsinwintering,jointing,headingandfillingstages,withtotalnitrogenbroughtwitheffluentsof320kg/hm2(T3);andfarmercustomizedfertilization,inorganiccompoundfertilizerwith375kg/hm2afterplanting,and600kg/hm2ureaapplicationatthewheatjointingstageandfreshwaterirrigationinwheatgrowingseason(CF).Thetotalirrigationquotawas830m3/hm2,andtheirrigationquantitywascontrolledbywaterUltrasonicflowmeters.Thesoilnitritenitrogencontentandwinterwheatyieldwereinvestigatedatharvest. 【Results】 1)Thedairyeffluentsirrigationsignificantlyincreasedtheyieldofwinterwheatwhichwasfluctuatedwiththeinputofnitrogenfromtheeffluents,thehighestyieldwasobtainedinthethreedairyeffluentsirrigationswiththeNinputof240kg/hm2. 2)ThenitrogenaccumulationinplantsandgrainsofwheatirrigatedwitheffluentswassignificantlyhigherthanthoseoftheCK.In2011and2012,therewerenosignificantdifferencesinthenitrogenaccumulationsinplantsamongthetreatments,in2013,however,thoseinT2andT3weresignificantlyhigherthaninT1andCF. 3)Withtheincreasingofnitrogenbroughtbydairyeffluents,thenitrogenrecoveryefficiencyandnitrogenagronomicefficiencyweredecreased,withtheaveragevaluesof48.57%and37.15kg/kginT1,respectively. 4)Aftertheharvestofwinterwheat,thesoilnitratenitrogenaccumulationin0-100cmlayerwasincreasedwiththeincreasingofnitrogenamountofdairyeffluents.The0-100cmlayerofsoilnitratenitrogenaccumulationintheT3wassignificantlyhigherthanthoseinT1andT2.【Conclusions】Dairyeffluentsirrigationsignificantlyincreasesthegrainyieldofwinterwheat.Withtheincreaseofnitrogenamountfromdairyeffluents,thenitrogenrecoveryefficiencyandnitrogenagronomicefficiencyofdairyeffluentsaredecreased.Thenitratenitrogenaccumulationin0-100cmsoillayerissignificantlyenhancedwith320kg/hm2ofnitrogenbroughtwiththefourirrigationofdairyeffluents.Thisresultindicatesthatmostofnitrogenisnotutilizedbywinterwheat,mightleachedintodeepsoil.Undertheexperimentconditions,consideringcomprehensively,thepropernitrogenamountbroughtwithdairyeffluentinwinterwheatwas160-240kg/hm2.

dairyeffluents;irrigation;winterwheat;grainyield;nitrogenuseefficiency;soilnitratenitrogen

2014-07-28接受日期: 2015-01-16網絡出版日期: 2015-07-06

國家科技支撐計劃(2012BAD15B02)資助。

杜會英(1977—)，女，河北唐山人，副研究員，博士，從事養(yǎng)殖廢棄物面源污染控制和農田安全利用方面研究。

E-mail:duhuiying2008@163.com。*通信作者E-mail:kqzhang68@126.com

S143.1

A

1008-505X(2016)02-0536-06