房彥飛 符小文 徐文修 劉 文 黃紅梅 張 娜 杜孝敬 張永杰

(1新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052； 2伊寧縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆 伊犁 835100)

自工業(yè)革命以來(lái)，氮肥在農(nóng)業(yè)上的大量使用不僅為全球48%的人口提供所需蛋白質(zhì)，而且為保障糧食安全，尤其是農(nóng)業(yè)大國(guó)對(duì)氮肥的依賴性越來(lái)越大[1-2]。我國(guó)是化肥使用大國(guó)，自1978年以來(lái)，化肥用量不斷增加，至2010年，我國(guó)化肥消費(fèi)量已達(dá)到5 500 萬(wàn)t，占世界化肥總消費(fèi)量的34%，其中氮肥約為3 200 萬(wàn)t，但我國(guó)主要農(nóng)作物氮肥平均利用率僅為34.4%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的50%～70%[3-6]。有研究指出，我國(guó)過(guò)量施用氮肥現(xiàn)象普遍，農(nóng)田氮肥實(shí)際施用量遠(yuǎn)高于作物推薦量，過(guò)量施氮面積達(dá)到20%[7-8]，尤其在多熟種植生產(chǎn)中，存在一年兩季作物比一年一季作物潛在施肥量多的現(xiàn)象，使農(nóng)田氮素處于大量盈余狀態(tài)，不僅未使作物產(chǎn)量不斷增加，反而容易造成土壤深層硝態(tài)氮(NO3--N)積累，導(dǎo)致土壤NO3--N 富集所造成的環(huán)境污染等問(wèn)題日趨嚴(yán)重[9-10]。為此，進(jìn)一步探究施氮對(duì)周年土壤氮素含量的影響已成為當(dāng)前非常迫切的任務(wù)。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)施氮對(duì)作物產(chǎn)量及土壤無(wú)機(jī)氮的影響已做了大量研究。研究表明，低施氮量會(huì)降低土壤肥力，過(guò)高施氮量會(huì)增加土壤氮素殘留，而適宜的施氮量不僅可以獲得高產(chǎn)，還能維持土壤無(wú)機(jī)氮平衡[11]。施氮量與土壤中NO3--N 含量并非線性相關(guān)關(guān)系[12]，僅當(dāng)施氮量超過(guò)作物的需氮量，才會(huì)顯著提高土壤中的NO3--N 積累量[13-14]。張毅等[15]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量主要顯著影響0 ～20 cm 土層土壤NO3--N含量，但對(duì)不同土層間土壤銨態(tài)氮(NH4＋-N)含量均無(wú)顯著影響，且施氮量過(guò)高反而會(huì)降低產(chǎn)量。趙靚等[16]研究表明，當(dāng)玉米施氮量高于300 kg·hm-2時(shí)會(huì)顯著增加土壤無(wú)機(jī)氮積累量，表現(xiàn)為富集現(xiàn)象。另有研究表明，前茬小麥?zhǔn)斋@后土壤中殘留較多的氮素可供后茬玉米吸收利用[17]；在稻-煙輪作體系中，煙烤生長(zhǎng)季氮肥的優(yōu)化施用應(yīng)充分考慮前茬作物水稻收獲后的土壤殘留無(wú)機(jī)氮量，才能極大地提高肥料利用率[18]。但目前在新疆綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)域的麥-豆輪作中關(guān)于周年施氮對(duì)土壤氮素含量的問(wèn)題鮮有研究。因此，本研究以冬小麥復(fù)播夏大豆為研究對(duì)象，探明周年施氮組合對(duì)兩季作物產(chǎn)量及土壤無(wú)機(jī)氮含量、殘留量的影響，旨在為麥-豆輪作體系周年合理施氮提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)區(qū)概況

供試材料為當(dāng)?shù)刂髟云贩N新冬41、黑河45 號(hào)，于2017—2018 連續(xù)兩年在北疆伊犁哈薩克自治州伊寧縣農(nóng)業(yè)科技示范園內(nèi)進(jìn)行。該區(qū)位于伊犁河谷中部，地理坐標(biāo)在81°13′40″～82°42′20″E、43°35′10″～44°29′30″N 之間，冬春溫暖濕潤(rùn)，夏秋干燥較熱，晝夜溫差大，屬于中溫帶干旱型內(nèi)陸山地氣候，全年日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃的日數(shù)為180 ～190 d，積溫為3 400℃左右，年平均溫度10℃；光照條件充裕，年平均日照時(shí)數(shù)為2 900 h 左右，全年太陽(yáng)總輻射量為134.5 kcal·cm2；年均降水量362.8 mm，年均蒸發(fā)量為1 621 mm；無(wú)霜期163 d，試驗(yàn)地土壤類型為沙壤土。兩年0～40 cm 土層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)如表1 所示。

表1 土壤0～40 cm 基礎(chǔ)理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of soil 0～40 cm

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置主區(qū)冬小麥季4 個(gè)施氮水平(純氮):0(N0)、104(N1)、173(N2)、242 kg·hm-2(N3)，隨機(jī)分布于冬小麥試驗(yàn)地，小區(qū)面積17 m×4.5 m；冬小麥?zhǔn)斋@后復(fù)播大豆，副區(qū)為夏大豆季3 個(gè)施氮水平(純氮):0(S0)、69(S1)、138 kg·hm-2(S2)，每副區(qū)面積為5 m×4.5 m，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)36 個(gè)小區(qū)。

冬小麥分別于2016年10月15日、2017年10月18日播種，2017年7月4日、2018年6月30日收獲，采用15 cm 等行距播種，播種量為300 kg·hm-2。復(fù)播大豆分別于2017年7月6日、2018年7月2日播種，2017年10月16日、2018年10月11日收獲，采用30 cm 等行距播種，種植密度為52.5 萬(wàn)株·hm-2。冬小麥播種前各處理結(jié)合翻地施入施氮量的40%以及204 kg·hm-2重過(guò)磷酸鈣(P2O2)做基肥，并在拔節(jié)期和抽穗期各按施氮量的30%隨水追施氮肥；冬小麥?zhǔn)斋@后至夏大豆播種期間未施任何肥料，夏大豆季氮肥以追肥的形式在復(fù)播大豆始花期一次性隨水滴施。為防止小區(qū)間的肥料相互滲漏，小區(qū)間均設(shè)1 m 的隔離帶。兩季作物灌溉方式均為滴灌，冬小麥全生育期共灌水4 次，共計(jì)3 750 m3·hm-2，夏大豆全生育期共灌水8次，共計(jì)4 200 m3·hm-2。各小區(qū)灌水追肥由水表及施肥罐裝置控制，毛管鋪設(shè)方式:冬小麥1 管4 行、夏大豆1 管2 行，其他田間栽培措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品采集 分別于2017年、2018年冬小麥、夏大豆收獲時(shí)，在各小區(qū)選擇3 個(gè)采樣點(diǎn)，用土鉆采集0～20、20～40、40～60、60 ～80、80 ～100 cm 土層的土樣。將同一深度的3 個(gè)重復(fù)土樣充分混合均勻帶回實(shí)驗(yàn)室用于測(cè)定土壤NO3--N 和NH4＋-N 含量。

1.3.2 土壤NO3--N 及NH4＋-N 測(cè)定 稱5 g 鮮樣，用25 mL 1 mol·L-1KCl 溶液浸提，振蕩30 min，過(guò)濾后采用紫外分光光度計(jì)法[19]測(cè)定土壤NO3--N 含量；稱5 g 鮮樣，用25 mL 2 mol·L-1KCl 溶液浸提，振蕩30 min，過(guò)濾后采用靛酚藍(lán)比色法[20]測(cè)定土壤NH4＋-N含量。并根據(jù)公式計(jì)算土壤NO3--N、NH4＋-N 和無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅?

1.3.3 產(chǎn)量測(cè)定 分別于2017年7月4日、2018年6月30日冬小麥成熟期，在各處理選取長(zhǎng)勢(shì)均一的1.2 m2樣方進(jìn)行實(shí)收，計(jì)算每個(gè)處理的產(chǎn)量。

分別于2017年10月16日、2018年10月11日夏大豆成熟期，在各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均一的2.4 m2樣方進(jìn)行實(shí)收，計(jì)算每個(gè)處理的產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan 法。

2 結(jié)果與分析

2.1 周年施氮量對(duì)冬小麥、夏大豆收獲后土壤NO3--N 含量的影響

2.1.1 施氮量對(duì)冬小麥?zhǔn)斋@后土壤NO3--N 含量的影響 不同年度在冬小麥?zhǔn)斋@后土壤0 ～100 cm 土層NO3--N 含量如圖1 所示，麥季施氮顯著增加了土壤0～100 cm 土層NO3--N 的含量(P＜0.05)，并隨著施氮量的增加而增加，N1、N2、N3 平均分別較未施氮處理(N0)增加了49.22%、78.25%和119.62%。進(jìn)一步分析可知，各處理土壤NO3--N 含量均在20 ～40 cm 土層達(dá)到最高，且不同施氮水平中N3 土壤NO3--N 含量最高，兩年平均為14.65 mg·kg-1，平均分別較N0、N1、N2 增加了92.86%、44.69%和17.03%，不同土層各處理基本均呈顯著差異(P＜0.05)。此外，其他土層土壤NO3--N 含量?jī)赡曜兓厔?shì)基本一致，波動(dòng)較小，說(shuō)明麥季施氮主要影響20～40 cm 土層的土壤NO3--N 含量，且施氮量越多土壤NO3--N 含量越高，可供冬小麥直接吸收利用的氮素越充裕。

圖1 施氮量對(duì)冬小麥?zhǔn)斋@后各土層土壤NO3--N 含量的影響Fig.1 Effects of nitrogen application rate on soil NO3--N content of soil layer after winter wheat harvest

2.1.2 周年施氮對(duì)夏大豆收獲后土壤NO3--N 含量的影響 在冬小麥各處理水平下，2017—2018年夏大豆各處理的土壤NO3--N 含量均隨著土層深度的增加呈“增-降-增-降”M 型變化趨勢(shì)，其中各處理的NO3--N 含量均以20～40 cm 土層最高，其與冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)NO3--N 含量最高的土層深度相同，60 ～100 cm 土層各處理NO3--N 含量變化總體相對(duì)波動(dòng)較小。比較冬小麥不同施氮處理對(duì)夏大豆土壤NO3--N 含量的影響可知(圖2)，在夏大豆各施氮處理(S0、S1、S2)下，壤0～100 cm 土層土壤NO3--N 含量均隨著麥季施氮量的增加而不斷增加，至麥季N3 達(dá)到最高，其中N3S0 土壤NO3--N 含量平均分別較N0S0、N1S0、N2S0 增加56.08%、34.95% 和17.62%，N3S1 分別較 N0S1、N1S1、N2S1 增加71.18%、44.76%和22.46%，N3S2 分別較N0S2、 N1S2、 N2S2 增 加65.09%、 37.54% 和20.13%，且大豆季同一施氮水平下麥季不同處理間差異顯著(P＜0.05)，說(shuō)明前茬麥季施氮對(duì)后茬大豆土壤NO3--N 含量具有后效作用，且在大豆季S1 施氮水平下麥季施氮量越多土壤NO3--N 含量的增幅越大。進(jìn)一步分析夏大豆施氮量對(duì)土壤NO3--N 含量的影響可知，在冬小麥各處理下土壤0 ～100 cm 土層NO3--N含量隨著大豆季施氮量的增加而增加，均至S2 達(dá)到最大值，且麥季同一施氮水平下大豆季各處理間基本達(dá)到顯著差異(P＜0.05)，進(jìn)一步表明夏大豆土壤NO3--N 含量受麥季和大豆季施氮量的共同影響。

圖2 周年施氮對(duì)夏大豆收獲后各土層土壤NO3--N 含量的影響Fig.2 Effects of nitrogen application rate in winter wheat-summer soybean system on soil NO3--N content of soil layer after summer soybean harvest

圖3 施氮量對(duì)冬小麥?zhǔn)斋@后各土層土壤NH4＋-N 含量的影響Fig.3 Effects of nitrogen application rate on soil NH4＋-N content of soil layer after winter wheat harvest

2.2 周年施氮量對(duì)冬小麥、夏大豆收獲后土壤NH4＋-N 含量的影響

2.2.1 施氮量對(duì)冬小麥?zhǔn)斋@后土壤NH4＋-N 含量的影響 由圖3 可知，麥季施氮同樣增加了冬小麥?zhǔn)斋@后土壤0 ～100 cm 土層的土壤NH4＋-N 含量，均隨著土層深度的增加呈先增后降至平緩的變化趨勢(shì)，且各處理土壤NH4＋-N 含量均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而增加，N3、N2、N1 土壤0～100 cm 土層平均NH4＋-N 含量分別較N0 增加51.29%、41.65%和24.05%，且0 ～40 cm 土層各處理間差異顯著(P＜0.05)。進(jìn)一步分析可知，冬小麥各處理土壤NH4＋-N 含量均在20 ～40 cm 土層達(dá)到最高，其中不同施氮水平中N3 最高，兩年平均為4.26 mg·kg-1，較其他處理平均增加了8.46%～69.95%，且不同層次土壤各處理均呈顯著差異(P＜0.05)；其次土壤-N 含量較高的是0 ～20 cm 土層(除2017年N0、N1 處理)，N3 土壤NH4＋-N含量?jī)赡昶骄_(dá)到最高為4.07 mg·kg-1，較其他處理平均增加了13.92%～95.76%，且不同層次土壤各處理大部分達(dá)到顯著性差異(P＜0.05)。此外，40 ～60 cm 土層除N0 處理在NH4＋-N 含量較上一土層有增加的趨勢(shì)(2017年)，其他處理均降低，且40 ～100 cm 土層土壤NH4＋-N 含量變化波動(dòng)較小，平均波動(dòng)范圍在2.44～3.22 mg·kg-1之間。

2.2.2 周年施氮對(duì)夏大豆收獲后土壤NH4＋-N 含量的影響 由圖4 可知，夏大豆收獲后，各處理0 ～100 cm 土層土壤NH4＋-N 含量呈現(xiàn)與土壤NO3--N 基本一致的“M”型變化趨勢(shì)，且均在20 ～40 cm 土層達(dá)到最大值。通過(guò)分析冬小麥不同處理對(duì)夏大豆不施氮條件下土壤NH4＋-N 含量的影響可知，土壤0 ～100 cm土層土壤NH4＋-N 含量總體隨著麥季施氮量的增加而增加，至麥季N3S0 達(dá)到最高，兩年平均分別較N0S0、N1S0、N2S0 顯著增加24.77%、13.82%和9.49%(P＜0.05)，表明冬小麥?zhǔn)┑礁?，后茬大豆土壤中NH4＋-N 含量也越高，其后效作用也越明顯。進(jìn)一步分析冬小麥不施氮條件下對(duì)夏大豆各施氮處理0 ～100 cm 土層土壤NH4＋-N 含量的影響可知，夏大豆施氮越高土壤NH4＋-N 含量也越高，其中夏大豆季施氮量最高的N0S2 土壤NH4＋-N 含量?jī)赡昶骄謩e較N0S0、N0S1顯著增加29.46%和12.56%(P＜0.05)，說(shuō)明夏大豆當(dāng)季施肥可顯著增加土壤NH4＋-N 含量?？梢?jiàn)，夏大豆土壤NH4＋-N 含量受麥季和大豆季施氮量的共同影響，且大豆季土壤NH4＋-N 含量與施氮量成正比。

圖4 周年施氮對(duì)夏大豆收獲后各土層土壤NH4＋-N 含量的影響Fig.4 Effects of nitrogen application rate in winter wheat-summer soybean system on soil NH4＋-N content of soil layer after summer soybean harvest

2.3 周年施氮量對(duì)冬小麥、夏大豆收獲后土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩舻挠绊?/h3>

2.3.1 施氮量對(duì)冬小麥?zhǔn)斋@后土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩舻挠绊?由圖5 可知，冬小麥?zhǔn)斋@后土壤0 ～100 cm 土層中無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅侩S施氮量的增加而增加，且NO3--N的殘留量遠(yuǎn)大于NH4＋-N 的殘留量。其中兩年N1、N2、N3 的無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅枯^N0 平均分別增加了41.35%、66.89%和98.28%。其中N0、N1、N2、N3 的NO3--N 殘留量平均分別占其總無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅康?8.65%、72.49%、73.37%和76.07%，說(shuō)明土壤中的無(wú)機(jī)氮主要以NO3--N 的形式存在，且施氮量越高，NO3--N 殘留量的比例越大。

圖5 施氮量對(duì)冬小麥?zhǔn)斋@后土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅康挠绊慒ig.5 Effects of nitrogen application rate on Soil inorganic nitrogen residue of soil layer after winter wheat harvest

2.3.2 周年施氮量對(duì)夏大豆收獲后土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩舻挠绊?由圖6 可知，兩年中在大豆季各施氮處理下，0～100 cm 土層土壤總無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅烤S前茬麥季施氮量的增加而增加，且土壤NO3--N 殘留量遠(yuǎn)大于NH4＋-N 殘留量。且大豆季土壤總無(wú)機(jī)氮?dú)埩袅空w隨著麥季、大豆季施氮量的增高均呈增加趨勢(shì)，并于N3S2 達(dá)到最大值，兩年平均為258.36 kg·hm-2。表明前茬麥季施氮量對(duì)夏大豆收獲后土壤無(wú)機(jī)氮具有殘留效應(yīng)，前茬施氮量越高，殘留量越大，加之復(fù)播作物又增加了施肥次數(shù)，致使多熟種植體制的周年總施氮量增加，更容易引起因化肥過(guò)量而導(dǎo)致土壤潛在的污染問(wèn)題。

2.4 周年施氮對(duì)冬小麥、夏大豆產(chǎn)量及周年總產(chǎn)量的影響

施氮量不僅影響土壤無(wú)機(jī)氮含量的變化，也對(duì)作物的產(chǎn)量有明顯影響。由表2 可知，各處理冬小麥產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，并在N2達(dá)到最大值，兩年平均為7 828.64 kg·hm-2，分別較N0、N1、N3 增加35.45%、16.77%、6.26%。

由表2 可知，在夏大豆季不施氮條件下，夏大豆產(chǎn)量隨著麥季施氮量的增加而不斷上升，產(chǎn)量最高的N3S0 較N0S0、N1S0、N2S0 平均依次增加37.00%、26.51%和10.47%，而周年總產(chǎn)量隨著麥季施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，在N2S0 達(dá)到最高，較N0S0、N1S0、N2S0 平均依次增加了32.46%、16.21%和1.92%。進(jìn)一步分析在麥季不施氮條件下，大豆季不同施氮水平對(duì)夏大豆產(chǎn)量及周年總產(chǎn)量的影響可知，夏大豆產(chǎn)量及周年總產(chǎn)量的兩年均值均隨著大豆季施氮量的增加均表現(xiàn)為不斷上升的趨勢(shì)，至S2 達(dá)到最大值，其中，夏大豆產(chǎn)量平均分別較S0、S1 增加24.41%、5.20%，周年總產(chǎn)量平均分別增加6.38%和1.53%。由雙因素方差分析可知，前茬麥季與后茬大豆季施氮量之間的交互作用對(duì)夏大豆產(chǎn)量及周年產(chǎn)量均有顯著影響(P＜0.01)，可見(jiàn)，夏大豆產(chǎn)量及周年總產(chǎn)量受前茬小麥和當(dāng)季大豆施氮量的共同影響。

表2 周年施氮對(duì)麥-豆產(chǎn)量及周年總產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of annual nitrogen application on wheat-bean yield and annual total yield

圖6 周年施氮對(duì)夏大豆收獲后土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩舻挠绊慒ig.6 Effects of nitrogen application rate in winter wheat-summer soybean system on soil inorganic nitrogen residue of soil layer after summer soybean harvest

進(jìn)一步分析，在麥季不同施氮水平下，由大豆季施氮量對(duì)產(chǎn)量的影響可知，麥季不施氮時(shí)，夏大豆施氮可增加產(chǎn)量，其中N0S2 兩年平均產(chǎn)量最高；而在麥季低(N1)、中氮(N2)條件下，夏大豆產(chǎn)量總體隨著當(dāng)季施氮量增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中N2S1 兩年大豆平均產(chǎn)量最高，為2 988.93 kg·hm-2；而在麥季高氮(N3)條件下，大豆季增施氮肥導(dǎo)致產(chǎn)量降低。兩年周年總產(chǎn)量表現(xiàn)為在麥季不施(N0)或低氮(N1)水平下，大豆季增施氮肥有利于周年總產(chǎn)量的增加，但各處理間差異基本不顯著；麥季N2 條件下，周年總產(chǎn)量隨著大豆季施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，并于N2S1 達(dá)到最高；而麥季N3 條件下，大豆季增施氮肥均會(huì)導(dǎo)致周年總產(chǎn)量的降低。說(shuō)明周年施氮量過(guò)高或過(guò)低組合均不利于作物產(chǎn)量及周年總產(chǎn)量的增加。因此，綜合兩季作物不同施氮組合下周年產(chǎn)量的影響得出，在麥季施氮173 kg·hm-2(N2)，大豆季施氮69 kg·hm-2(S1)時(shí)，周年總產(chǎn)量平均達(dá)到最高，為10 817.50 kg·hm-2。

3 討論

土壤中的無(wú)機(jī)氮可供作物直接吸收利用，尤其在旱地土壤中，無(wú)機(jī)氮以NO3--N 為主且變化較大，其豐缺程度可反映土壤供氮水平的情況[20]。適宜的土壤供氮量是保障作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵，若土壤中的氮素超過(guò)作物對(duì)氮素吸收利用，將增加土壤氮素?fù)p失風(fēng)險(xiǎn)[21]。有研究認(rèn)為，土壤中的NO3--N 含量與施氮量直接相關(guān)，且土壤NO3--N 含量隨施氮量的增加而提高，長(zhǎng)期大量施氮會(huì)造成NO3--N 的積累并向下層快速移動(dòng)[22-23]。趙靚等[16]研究認(rèn)為，土壤NO3--N 主要?dú)埩粼?～60 cm 土層，其殘留量與施氮量呈指數(shù)關(guān)系，施氮量高于225 kg·hm-2時(shí)，土壤NO3--N 殘留量迅速增加；而NH4＋-N 含量受施氮量影響較小，主要?dú)埩粼?～20 cm 土層，其殘留量與施氮量呈線性關(guān)系。本研究結(jié)果與之相似，麥季氮素具有顯著的后效作用，前茬麥季施氮能顯著增加冬小麥?zhǔn)斋@后0 ～100 cm 土層土壤NO3--N 及NH4＋-N 含量，而在前茬麥季的基礎(chǔ)上大豆季再施氮進(jìn)一步增加了土壤NO3--N 及NH4＋-N 含量；麥季及大豆季無(wú)機(jī)氮的殘留量也均隨著施氮量的增加而增加，并且施氮量越大無(wú)機(jī)氮的殘留量越高。而有些研究認(rèn)為，過(guò)量施氮可使土壤NO3--N 在土層更深處積累[24-26]，這與本研究的結(jié)果不同，本研究結(jié)果表明，施氮主要影響0～60 cm 土層的土壤無(wú)機(jī)氮含量，并于20～40 cm 土層深度達(dá)到最大值，這可能與本試驗(yàn)是滴灌條件有關(guān)。有研究證實(shí)土壤剖面中NO3--N 的分布特征在一定程度上能表征地下水NO3--N 污染的水平[27]，而且土壤水分特征和溶質(zhì)運(yùn)移深度有直接關(guān)系，土壤灌水量增加，硝態(tài)氮的淋洗量和遷移深度均顯著增加，盈余的NO3--N 向地下水滲透[28-30]，而本試驗(yàn)在滴灌條件下較普通漫灌條件下灌水量少，土層越深水分下滲越少，導(dǎo)致較少的無(wú)機(jī)氮向深層土壤中運(yùn)移，也大大降低了無(wú)機(jī)氮向深層積累淋溶的風(fēng)險(xiǎn)。在冬小麥-夏大豆周年輪作體系中，一年多熟制意味著農(nóng)田周年氮肥投入量增加，同時(shí)其土壤中無(wú)機(jī)氮的殘留也會(huì)隨之增加，而對(duì)于本身具有固氮作用的大豆來(lái)說(shuō)，氮肥的過(guò)量施入不僅會(huì)加大無(wú)機(jī)氮的殘留，可能還會(huì)影響夏大豆自身的固氮能力及固氮量，造成氮肥利用率過(guò)低、肥料浪費(fèi)等問(wèn)題。因此，在對(duì)一年兩季作物施肥問(wèn)題上，要充分考慮前茬土壤氮素對(duì)后茬作物土壤氮素的累積效應(yīng)，以降低對(duì)土壤環(huán)境的污染，避免氮肥的浪費(fèi)及損失。

氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)作物產(chǎn)量有明顯影響。大量研究表明，作物產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)[31-33]。王佳銳等[34]研究表明，大豆能充分利用前作小麥的施氮后效，前茬小麥?zhǔn)┑繛?20 kg·hm-2時(shí)，大豆產(chǎn)量可達(dá)到最高。山楠[35]對(duì)小麥-玉米周年生產(chǎn)的研究發(fā)現(xiàn)，每季作物施用量均為150 kg·hm-2時(shí)可以獲得最高周年產(chǎn)量，但若繼續(xù)增加施氮量作物產(chǎn)量將不再增加。本研究結(jié)果與之相似，前茬麥季施氮有利于當(dāng)季作物產(chǎn)量的提高，當(dāng)前茬麥季施氮水平越低，夏大豆當(dāng)季再施氮增產(chǎn)作用越明顯，但施氮過(guò)高均會(huì)使產(chǎn)量降低。本研究結(jié)果表明，當(dāng)前茬麥季施氮量為173 kg·hm-2，大豆季施氮量為69 kg·hm-2時(shí)，能夠促進(jìn)冬小麥及夏大豆產(chǎn)量的提高，同時(shí)兩季作物周年產(chǎn)量達(dá)到最高，為10 817.50 kg·hm-2。說(shuō)明無(wú)論是單季作物還是一年兩熟作物，適宜的施氮量能使作物最大程度地實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮的吸收利用，且均會(huì)有一定的施氮量閾值能夠保證產(chǎn)量的最大化，超過(guò)施氮量閾值對(duì)產(chǎn)量均無(wú)促進(jìn)作用，其在具有固氮特性的麥后復(fù)播大豆上同樣適用。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在冬小麥-夏大豆輪作體系下，施氮主要影響冬小麥和夏大豆0 ～60 cm 土層土壤無(wú)機(jī)氮含量，且麥季施氮量越高，當(dāng)季土壤無(wú)機(jī)氮含量及殘留量也越高；冬小麥?zhǔn)┑獙?duì)夏大豆土壤具有氮肥殘留效應(yīng)，麥季施氮量越高，土壤氮素殘留量越高，且大豆季進(jìn)一步施氮加劇了無(wú)機(jī)氮的殘留。由于冬小麥與夏大豆施氮量的交互作用對(duì)夏大豆產(chǎn)量及周年總產(chǎn)量具有顯著影響，因此適宜的周年施氮量組合有利于兩季作物產(chǎn)量的增加，施氮量過(guò)高或過(guò)低反而使麥豆產(chǎn)量及周年總產(chǎn)量下降。綜合考慮，當(dāng)麥季施氮量為173 kg·hm-2，夏大豆當(dāng)季施氮量為69 kg·hm-2時(shí)，即可滿足冬小麥、夏大豆對(duì)土壤氮素的需求并有利于作物產(chǎn)量的提高。本研究對(duì)一年兩季作物施氮問(wèn)題尤其是具有固氮特性的夏大豆進(jìn)行了土壤氮素含量及殘留量的初步研究，但有關(guān)夏大豆本身的固氮水平及其對(duì)土壤氮素及大豆產(chǎn)量的影響還有待進(jìn)一步深入研究。