水氮互作对冬油菜氮素吸收和土壤硝态氮分布的影响

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谷晓博, 李援农, 黄鹏, 杜娅丹, 陈朋朋, 方恒. 水氮互作对冬油菜氮素吸收和土壤硝态氮分布的影响[J]. 中国农业科学, 2018, 51(7): 1283-1293 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.07.006
GU XiaoBo, LI YuanNong, HUANG Peng, DU YaDan, CHEN PengPeng, FANG Heng. Effects of Irrigation and Nitrogen Coupling on Nitrogen Absorption and Soil Nitrate Content of Winter Oilseed Rape[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2018, 51(7): 1283-1293 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.07.006

0 引言

【研究意义】油菜是中国最重要的油料作物,自2001年以来,年均收获面积6.98×10⁶hm²,年均总产量达1.2386×10⁷t,提供了60%左右的国产食用植物油,加强油菜生产对确保中国食用油安全意义重大^[1,2]。近50年来,中国增暖明显,全国年平均表面温度增加了1.1℃,明显高于全球或北半球同期的平均增温速率。尤其是20世纪80年代中期以来,升温速率显著加快,西北地区增温趋势显著^[3,4]。随着中国西北地区冬天气温的升高,该地区冬油菜的生产规模也在不断扩展。蕾薹期是冬油菜高产形成的重要时期,该阶段合理的水氮供应可以为油菜快发稳长、枝多荚大及高产奠定基础^[5]。但西北地区冬油菜蕾薹期干旱频发,为追求高产,农民经常采用大定额灌溉（90,120 mm或更多）并追施大量氮肥（120,160 kg·hm^-2或更多）。农民的灌溉施氮方式虽然有一定的增产效果,但水肥利用效率极低,而且给农田生态环境带来一系列问题。因此,为提高水肥利用效率、实现油菜高产优质及减少环境污染,研究蕾薹期不同的灌溉和施氮量对冬油菜产量和土壤硝态氮分布情况具有重要意义。【前人研究进展】周昌明等^[6]研究发现灌水量和施氮量对冬小麦的地上部干物质量和产量都存在一定的影响,但当灌水量大于 2 250 m³·hm^-2、施氮量大于150 kg·hm^-2后,产量不再显著增加;戚迎龙等^[7]研究指出,在膜下滴灌条件下,灌水1 800—2 100 m³·hm^-2、施氮250—280 kg·hm^-2,玉米能获得较高的产量,且水氮能表现出协同增产效应;谢志良等^[8]研究表明高氮或水分不足均可限制棉花从花铃期到吐絮期的干物质积累,导致棉花早衰,产量降低。谷晓博等^[9]通过桶栽试验表明,土壤含水率维持在60%—70%的田间持水率并配施180 kg N·hm^-2,能显著增加冬油菜生殖生长阶段的地上部分干物质量和氮素积累量,显著提高冬油菜的产量和水分利用效率;而土壤含水率过高或过量施氮后,其促进作用不再显著。近年来,有关水氮互作的研究成果已有很多,但基本上均集中在小麦^[6,10]、玉米^[7,11]和棉花^[8,12]等作物,关于冬油菜水氮耦合的工作只有少数研究涉及^[9,13],且基本集中在籽粒产量和水氮利用效率方面。【本研究切入点】蕾薹期是冬油菜生长过程中的一个重要时期,但目前有关蕾薹期不同灌溉量和施氮量对冬油菜氮素吸收与分配,以及土壤硝态氮的累积与分布的影响尚未见报道。【拟解决的关键问题】本文通过2年田间试验,从籽粒产量、产油量、氮素吸收与分配、土壤硝态氮分布以及氮素利用效率等方面出发,分析比较蕾薹期不同灌溉量和施氮量间的差异,以期选择出较优的灌溉施氮量,为冬油菜增产、节水节肥及减少环境污染提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2012—2013年和2013—2014年,在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室试验田（108°24′ E,34°17′ N,海拔521 m）进行田间试验。该地区属于暖温带季风半湿润气候区,年均气温、降水量和蒸发量分别为12.9℃、632 mm和1 500 mm。试验田土壤质地为壤土,平均干容重为1.40 g·cm^-3,田间持水率和凋萎系数分别为24%和8.5%（质量分数）。0—20 cm土层土壤的基本理化性状为有机质含量12.35 g·kg^-1,全氮含量0.95 g·kg^-1,碱解氮含量75.31 mg·kg^-1,速效磷含量25.34 mg·kg^-1,速效钾含量131.92 mg·kg^-1,pH 8.14。
两年冬油菜生育期内各月的降雨量和气温分布如图1所示。两年各月的最高、平均和最低气温基本一致（除2013—2014年2月最高气温）;2012—2013和2013—2014年冬油菜生育期内的总降雨量分别为119.6和335.8 mm,近5年冬油菜生育期内的平均总降雨量约为371.6 mm。冬油菜在2012—2013年受到严重干旱,为干旱年;2013—2014年为平水年。西北地区冬油菜蕾薹期一般从2月中上旬到3月中下旬,近5年冬油菜蕾薹期降雨量约为15.0 mm,2012—2013和2013—2014年冬油菜蕾薹期的降雨量分别为6.9和24.3 mm,降雨均很少。

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图1试验站2012—2013年和2013—2014年冬油菜生育期各月的降雨量和气温分布
-->Fig. 1Monthly mean, maximum, and minimum air temperature and monthly total rainfall during the winter oilseed rape growing season for the 2012-2013 (a) and 2013-2014 (b) at the experimental site
-->

1.2 试验材料及设计

试验所用的冬油菜品种为“陕油107号”;所用的氮、磷、钾和硼肥分别为尿素（N≥46%）、过磷酸钙（P₂O₅≥16%）、农业用硫酸钾（K₂O≥51%）和硼砂（B≥11.5%）。
在蕾薹初期设3个灌溉水平和3个施氮水平。灌溉水平为不灌溉（I₀）、灌溉60 mm（I₁）和120 mm（I₂）;施氮水平为不追氮（N₀）、追施纯氮80 kg·hm^-2（N₁）和160 kg·hm^-2（N₂）;其中,I₂和N₂与当地传统灌溉和施氮量相当。另设全生育期不施氮不灌水处理（CK）。试验采用沟灌,为避免灌水时氮肥流失,施氮在灌水后第5天进行。试验共10个处理（表1）,重复3次,共30个小区（5 m×4 m）,完全随机排列,各小区间设1 m宽的间隔。2012年9月15日和2013年9月12日按行距50 cm和株距13 cm人工点播冬油菜,播前分别按100、90、120和15 kg·hm^-2基施氮（CK除外）、磷、钾和硼肥。2012年9月30日和2013年9月27日间苗、定苗,确定密度为12万株/hm²。2012—2013年越冬期（播种后135 d）,各小区灌水60 mm;2013—2014年播种后天气干旱,为保证正常出苗,各小区均灌水30 mm。2013年5月20日和2014年5月22日收获。
Table 1
表1
表1试验中10个处理的灌溉和施氮量
Table 1The application amount of irrigation and nitrogen of the ten experimental treatments

处理 Treatment	蕾薹初期灌溉量 Irrigation amount at stem elongation stage (mm)	施氮量Nitrogen application rate (kg·hm^-2)
处理 Treatment	蕾薹初期灌溉量 Irrigation amount at stem elongation stage (mm)	基施氮 Basal N	蕾薹初期追施氮 Topdressing N at stem elongation stage
CK	0	0	0
I₀N₀	0	100	0
I₀N₁	0	100	80
I₀N₂	0	100	160
I₁N₀	60	100	0
I₁N₁	60	100	80
I₁N₂	60	100	160
I₂N₀	120	100	0
I₂N₁	120	100	80
I₂N₂	120	100	160

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1.3 测定项目与方法

1.3.1 地上部干物质量与产量在各小区提前布置面积为1 m²的测产区,待成熟收获时,齐地剪断油菜植株,将其茎秆、叶片和角果分开,角果晒干脱壳后,测定各处理的籽粒产量;最后将茎秆、叶片、角壳和籽粒放入烘箱中,于105℃杀青30 min后,再于75℃烘至恒重,测定各器官的干质量;冬油菜的地上部干物质量为其各器官干物质量之和。
1.3.2 含油率和产油量冬油菜籽粒含油率用近红外光谱分析仪（Foss,NIRSystem-5000）测定;产油量为籽粒产量与含油率之积。
1.3.3 各器官全氮的测定待测定完各器官干样的质量后,将其粉碎,过0.5 mm筛,用H₂SO₄-H₂O₂消煮后,用AA3型连续流动分析仪（德国Bran+Luebbe 公司）测定各器官的全氮含量,各器官氮吸收量为各器官全氮含量与器官干物质量的乘积;地上部氮素吸收量为各器官氮素吸收量之和。
1.3.4 土壤硝态氮含量收获后,用土钻在各小区中
间行相邻2株油菜间取土（每10 cm取1个土样,至200 cm）,每小区3个测点。将各测点的新鲜土样风干、混匀、过2 mm筛后,称5 g土样用50 mL浓度为2 mol·L^-1的KCl溶液浸提、振荡0.5 h,过滤后用AA3型连续流动分析仪（德国Bran+Luebbe公司）测定各土层的土壤硝态氮含量。土壤硝态氮累积量（kg·hm^-2）=土层厚度（cm）×土壤容重（g·cm^-3）×硝态氮含量（mg·kg^-1）/10。
1.3.5 氮肥农学利用率施氮处理与不施氮处理籽粒产量之差与施氮量的比值^[14]。

1.4 数据处理与分析

用Excel 2010软件对试验数据进行基础整理;用SPSS 18.0对各指标进行方差分析,多重比较采用Duncan新复极差法,显著性水平α=0.05;用OriginPro 8.5软件制图。

2 结果

2.1 地上部干物质量

不同灌溉和施氮处理对冬油菜收获时的地上部干物质量有显著影响（表2）。蕾薹期进行灌溉或施氮处理的冬油菜地上部干物质量均显著大于不灌溉且不施氮（I₀N₀）处理,且I₀N₀处理显著大于CK,2年中I₂N₂处理的地上部干物质量均为最大,I₂N₁处理次之。
Table 2
表2
表2不同灌溉和施氮处理下冬油菜的地上部干物质量、产量、含油率和产油量
Table 2Aboveground dry matter, yield, oil content, and oil production of winter oilseed rape under different irrigation and nitrogen treatments

处理 Treatment	2012—2013				2013—2014
处理 Treatment	地上部干物质量 Aboveground dry matter (kg·hm^-2)	产量 Seed yield (kg·hm^-2)	含油率 Oil content (%)	产油量 Oil production (kg·hm^-2)	地上部干物质量 Aboveground dry matter (kg·hm^-2)	产量 Seed yield (kg·hm^-2)	含油率 Oil content (%)	产油量 Oil production (kg·hm^-2)
CK	3808±394f	1068±92f	41.36±0.36a	442±33e	5921±791f	1725±86f	42.17±0.44a	727±38d
I₀N₀	5900±464e	1534±169e	40.39±0.50b	620±85d	7252±558e	2318±117e	41.08±0.53b	952±62c
I₀N₁	7270±565d	1963±122d	39.88±0.30b	783±37c	11268±726b	3177±122b	40.02±0.54bc	1271±66b
I₀N₂	7277±407d	1892±80d	38.02±0.34c	719±27cd	11277±618b	3056±111b	38.47±0.29d	1176±32b
I₁N₀	7764±401d	2210±118d	42.03±0.40a	929±47b	9398±568d	2794±93d	42.16±0.29a	1178±27b
I₁N₁	9472±327b	2842±107b	41.85±0.44a	1189±47a	12076±705a	3685±126a	41.64±0.31ab	1534±39a
I₁N₂	9548±306b	2769±138b	39.15±0.60b	1084±83ab	12173±796a	3597±106a	39.82±0.27c	1432±29a
I₂N₀	8689±435c	2433±106c	43.11±0.75a	1049±77ab	10078±624c	3014±107c	43.26±0.34a	1304±36ab
I₂N₁	10428±542a	3047±120a	42.15±0.52a	1284±62a	13295±1043a	3723±121a	42.25±0.41a	1573±50a
I₂N₂	10657±769a	3034±137a	40.16±0.38b	1218±52a	13587±983a	3678±96a	40.29±0.39c	1482±37a

Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level同列数据后的不同小写字母表示在0.05水平差异显著

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在相同施氮水平下,I₁和I₂处理冬油菜的地上部干物质量均显著大于I₀处理;且2012—2013年的N₀、N₁和N₂和2013—2014年的N₀下,I₂显著大于I₁。I₁和I₂处理冬油菜的平均地上部干物质量与I₀相比,2012—2013年分别增加31.0%和45.6%,2013—2014年分别增加12.9%和24.0%。
在相同灌溉水平下,N₁和N₂处理冬油菜的地上部干物质量均显著大于N₀处理,且N₁和N₂间无显著差异。2012—2013年N₁和N₂处理冬油菜的平均地上部干物质量与N₀相比,分别增加21.5%和22.9%,2013—2014年分别增加37.1%和38.6%。

2.2 籽粒产量、含油率和产油量

2.2.1 籽粒产量 2年不灌溉且不施氮处理（I₀N₀）冬油菜的籽粒产量显著小于灌溉或施氮处理（表2）。2012—2013年和2013—2014年蕾薹期进行灌溉施氮处理冬油菜的籽粒产量分别比I₀N₀增产23.3%—100.4%和20.5%—61.6%,I₂N₁处理的籽粒产量2年均为最大,平均为3 385 kg·hm^-2;I₀N₀最小（除CK）,平均为1 926 kg·hm^-2。
在相同施氮水平下,2012—2013年（干旱年）籽粒产量随灌水量的增加显著增加;而2013—2014年N₁和N₂水平下,当灌水量由I₁提高到I₂时,籽粒产量不再显著增加。相同灌溉水平下,当施氮量由N₀提高到N₁时,籽粒产量显著增加,再由N₁提高到N₂时,产量不再显著增加。与I₂N₁处理相比,2012— 2013年I₁N₁处理的籽粒产量显著降低,2013—2014年二者无显著差异,I₁N₁处理2年平均籽粒产量为3 264 kg·hm^-2,仅比I₂N₁降低3.6%。
2.2.2 含油率和产油量 2年不同灌溉和施氮量下冬油菜的籽粒含油率有显著差异（表2）。在相同灌溉水平下,含油率随施氮量的增加而降低,N₀和N₁施氮处理的含油率不存在显著差异,但均显著大于N₂处理。在相同施氮水平下,含油率随灌溉量的增加而增加,I₁和I₂灌溉处理的含油率不存在显著差异,但均显著大于I₀处理。
不同灌溉和施氮处理对冬油菜的产油量有显著影响（表2）。2年I₂N₁处理的产油量均为最大,平均为1 429 kg·hm^-2,I₁N₁处理的产油量平均可达1 362 kg·hm^-2,且与I₂N₁间无显著差异。

2.3 氮素吸收与分配

蕾薹期灌溉和施氮显著影响冬油菜收获时的氮素累积吸收量（图2）。I₂N₂处理2年氮素累积吸收量均最大,CK均最小,处理间氮素累积吸收量的变化范围为54.1—172.4 kg·hm^-2（2012—2013年）和65.8—194.6 kg·hm^-2（2013—2014年）。2012—2013年I₁N₁处理的氮素累积吸收量显著小于I₁N₂,2013—2014年二者无显著差异。氮素在各器官的累积量表现为籽粒>角壳≈茎秆>叶片,且氮素在不同处理各器官间的分配差异不大,籽粒占47.9%—50.8%,角壳占21.9%—23.7%,茎秆占19.8%—22.7%,叶片占5.8%—6.2%。

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图2不同灌溉和施氮处理下收获时冬油菜的氮素累积与分配
柱上不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同
-->Fig. 2N accumulation and distribution of winter oilseed rape at harvest under different irrigation and nitrogen treatments
Different small letters indicate significant difference among treatments within a season at P<0.05. The same as below
-->

相同灌溉水平下,N₁和N₂处理冬油菜的氮素累积吸收量均显著大于N₀处理,且N₁和N₂间无显著差异。N₁和N₂处理2年的平均氮素累积吸收量与N₀相比,分别增加32.4%和35.4%。相同施氮水平下,I₁和I₂处理冬油菜的氮素累积吸收量均显著大于I₀处理,2012—2013年I₁显著小于I₂,2013—2014年二者不存在显著差异;与I₀相比,I₁和I₂处理2年的平均氮素累积量分别增加13.2%和19.6%。

2.4 氮素利用效率

不同灌溉和施氮量处理下冬油菜的氮肥农学利用率差异显著,基本上随施氮量的增加而降低,随灌溉量的增加而增加（图3）。冬油菜2年的氮肥农学利用率以I₂N₀处理最大,I₀N₂处理最小。2012—2013年I₁N₁处理冬油菜的氮肥农学利用率显著小于I₂N₁,2013—2014年二者差异不显著;I₁N₁处理2年平均氮肥农学利用率比I₂N₁降低7.2%。

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图3不同灌溉和施氮处理下冬油菜的氮肥农学利用率
-->Fig. 3Nitrogen agronomic efficiency of winter oilseed rape under different irrigation and nitrogen treatments in 2012-2013 and 2013-2014
-->

2.5 土壤硝态氮累积与分布

蕾薹期不同灌溉和施氮量对冬油菜收获时0—200 cm土层土壤硝态氮的总累积量影响显著（图4）。2012—2013和2013—2014年处理间土壤硝态氮的总累积量的变化范围分别为363.3—496.0和336.9—473.5 kg·hm^-2。在相同灌溉水平下,土壤硝态氮的累积量随施氮量的增加而显著增加（除2012—2013年I₀外）;在相同施氮水平下,土壤硝态氮的累积量随灌溉量的增加而降低。收获时,I₁N₁处理的土壤硝态氮累积量与I₀N₀处理间不存在显著差异,但与I₂N₂相比,却显著降低41.9 kg·hm^-2。

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图4不同灌溉和施氮处理下0—200 cm土层的土壤硝态氮累积量
-->Fig. 4Total nitrate-N content in 0-200 cm soil layer at harvest under the different treatments in 2012-2013 and 2013-2014
-->

2年不同灌溉和施氮量下冬油菜0—200 cm土层土壤硝态氮含量随土层深度的变化趋势如图5所示。2年降雨量的差异使2年硝态氮随土层深度的分布趋势明显不同,2012—2013年各处理均呈单峰曲线形式,而2013—2014年各处理均呈双峰曲线形式。峰值所在土层深度随灌水量的增加而下移。2012—2013年I₀、I₁和I₂灌水量的峰值所在土层大致分别为40、60和80 cm;2013—2014年I₀处理的双峰值所在土层大致分别为50和110 cm,I₁处理大致分别为60和120 cm,I₂处理大致分别为80和140 cm;且峰值随施氮量的增加而明显增加。2012—2013年,在各灌水处理下,N₂处理峰值处的硝态氮含量均显著大于N₁,且N₁显著大于N₀。2013—2014年I₀处理在50 cm、I₁处理在60 cm和I₂处理在80 cm处的硝态氮峰值,N₂均显著大于N₁,且N₁显著大于N₀。2013—2014年I₀处理在110 cm处的硝态氮峰值,N₂显著大于N₀,但N₂和N₀均与N₁无显著差异;I₁处理在120 cm和I₂处理在140 cm处的硝态氮峰值,均表现为N₂显著大于N₁和N₀,N₁和N₀间无显著差异。由此可见,土壤硝态氮累积量随灌溉量和施氮量的增加,表现出明显的淋洗趋势。

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图5不同灌溉和施氮处理下土壤硝态氮累积量随土层深度的变化
-->Fig. 5Variation of soil NO₃^--N accumulation along with change of soil depth at harvest under different irrigation and nitrogen treatments
-->

为进一步了解不同灌溉处理下各土层土壤硝态氮的分布状况,以40 cm为间隔进行分层,各层土壤硝态氮累积量占土壤硝态氮总累积量的比例如表3所示。0—40 cm土层土壤硝态氮累积量占总累积量的比例均表现为I₀灌溉处理最大,2年平均分别比I₁和I₂高4.2%和7.0%;40—80 cm土层均表现为I₁灌溉处理最大,2年平均分别比I₀和I₂高3.3%和4.3%;80—120 cm土层均表现为I₂灌溉处理最大,2年平均分别比I₀和I₂高4.8%和4.0%;120—160 cm土层均表现为I₂灌溉处理最大,2年平均分别比I₀和I₂高3.4%和3.1%;160—200 cm土层各处理相差不大。
Table 3
表3
表3冬油菜收获后各土层土壤硝态氮占0—200 cm土层硝态氮的比例
Table 3NO₃^--N accumulation ratio of each layer in 0-200 cm soil depth of winter oilseed rape after harvest

处理 Treatment	2012—2013年各土层硝态氮占比 NO₃^--N accumulation ratio of each layer in 2012-2013					2013—2014年各土层硝态氮占比 NO₃^--N accumulation ratio of each layer in 2013-2014
处理 Treatment	0-40 cm	40-80 cm	80-120 cm	120-160 cm	160-200 cm	0-40 cm	40-80 cm	80-120 cm	120-160 cm	160-200 cm
I₀N₀	25.47	25.40	18.85	15.80	14.48	22.57	23.99	20.07	17.33	16.04
I₀N₁	26.38	25.85	18.49	15.51	13.77	23.48	24.75	20.18	17.01	14.58
I₀N₂	29.02	27.77	16.70	14.08	12.43	25.70	26.53	19.80	15.19	12.78
I₁N₀	21.16	28.93	19.74	15.69	14.48	20.04	26.75	19.82	17.08	16.31
I₁N₁	21.90	29.65	20.10	14.98	13.37	20.73	27.47	20.05	17.37	14.38
I₁N₂	23.19	31.88	18.91	13.47	12.55	20.41	29.27	19.82	17.75	12.75
I₂N₀	18.48	24.76	23.74	18.24	14.78	18.73	22.40	22.90	19.50	16.47
I₂N₁	18.07	25.50	24.58	18.64	13.21	18.59	23.83	22.50	19.87	15.21
I₂N₂	17.87	26.95	25.07	18.83	11.28	18.85	24.54	23.82	19.94	12.85

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3 讨论

3.1 地上部干物质量与氮素吸收

大量研究表明,施氮量显著影响冬油菜的地上部干物质量和氮素累积吸收量^[15,16,17]。谷晓博等^[12]和HAMZEI等^[18]研究发现灌溉量也显著影响冬油菜的地上部干物质量和氮素营养情况。本研究中,当施氮量由N₀升到N₁或灌溉量由I₀升到I₁,2012—2013年（干旱年）和2013—2014年（平水年）冬油菜的地上部干物质量和氮素累积吸收量均显著提高;但当施氮量由N₁升到N₂,2年冬油菜的地上部干物质量和氮素累积吸收量均不再显著提高,说明过量施氮不会再显著提高冬油菜的干物质和氮素累积,这与谢志良等^[8]在棉花、栗丽等^[10]在小麦和王丽梅等^[19]在玉米上的研究结果相似;当灌溉量由I₁升到I₂,冬油菜的地上部干物质量和氮素累积吸收量在2012—2013年（干旱年）依然显著提高,在2013—2014年（平水年）不再显著提高,这说明干旱年在蕾薹期灌水120 mm可大幅提高冬油菜的地上部干物质量和氮素累积吸收量,而在平水年,尤其在后期降雨较多的年份,降雨能够补偿前期灌溉水量不足对冬油菜生长产生的影响。通过进一步分析比较发现,2012—2013年（干旱年）,I₁N₁处理冬油菜的地上部干物质量和氮素累积吸收量分别比I₀N₀提高60.5%和45.9%,仅比I₂N₁降低9.6%和7.3%,比I₂N₂降低11.1%和9.2%。可见,合理灌溉和施氮有利于促进冬油菜的干物质和氮素累积,而过量灌溉、施氮不能再大幅提升冬油菜的干物质和氮素累积（无论在干旱年还是平水年）,反而浪费水肥资源^[20]。

3.2 产（油）量与氮肥利用效率

提高作物产量和水氮利用效率有利于农业资源的合理化应用,土壤水分和氮素营养状况是影响作物产量的两个重要因素,二者存在明显的交互效应^[21]。本研究中,增加灌水量,冬油菜籽粒产量、产油量和氮肥农学利用率显著增加,在2013—2014年（平水年）过量灌溉（I₂处理）,冬油菜籽粒产量、产油量和氮肥农学利用率不再大幅提升。这与张永丽等^[22]和刘新永等^[23]的研究结果相似。但在2012—2013年（干旱年）,I₂处理冬油菜的籽粒产量依然显著增加,这说明在干旱年可以在蕾薹期灌水120 mm来提高冬油菜的产量,但在灌溉用水日益紧缺的当代社会,用增加一倍（60 mm）的灌水量来提高7.2%—10.1%的冬油菜产量不太可取,况且在2012—2013年（干旱年）,I₂处理冬油菜的产油量并没有显著提高。本研究中,当施氮量为180 kg·hm^-2（基施+蕾薹期追施）时,冬油菜籽粒产量显著增加,当施氮量为260 kg·hm^-2（基施+蕾薹期追施）时,籽粒产量降低,这与前人的研究基本一致^{[18, 24]};但也有研究指出,当施氮量达到或者超过300 kg·hm^-2时,冬油菜的籽粒产量才会出现降低趋势^[25,26],这可能是由于油菜品种、年份和试验地点气候条件不同造成的。

3.3 土壤硝态氮分布

施氮量直接影响硝态氮在土壤中的动态变化,而灌溉或降雨量是影响硝态氮运移的一个重要因素。前人关于施氮量对土壤硝态氮的影响的研究结论基本一致,即大量施用氮肥会使土壤中硝态氮大量累积。土层中硝态氮的含量随施氮量的增加而显著增加^[27]。本研究也得到了一致的结论。当灌水量由I₀升到I₁,冬油菜地0—200 cm土层的土壤硝态氮累积量显著降低,由I₁升到I₂,土壤硝态氮累积量不再显著变化,这可能是因为灌水量由I₀升到I₁,显著促进了冬油菜对土壤中氮素的吸收利用以及在植株中的累积,而由I₁升到I₂,这种作用不再明显。但高亚军等^[28]和XIE等^[29]的研究发现,硝态氮的累积量与灌水量不存在明显的相关性,这可能是由于作物、试验地点气候等的差异造成的。本研究中,土壤硝态氮峰值所在土层深度随灌水量的增加而明显下移,硝态氮的淋失量与灌溉量密切相关,这与李世清等^[30]、李建民等^[31]和谭军利等^[32]的研究结果一致。
累积的硝态氮最终会不会通过淋溶损失掉并污染地下水,主要取决于灌水量（或降雨量）^[28]。本研究中,I₀处理0—40 cm土层土壤硝态氮所占比例最大,I₁处理40—80 cm土层土壤硝态氮所占比例最大,而I₂处理80—120 cm和120—160 cm土层土壤硝态氮所占比例最大,此结论更进一步说明土壤硝态氮随灌水量的增加表现出明显的淋移趋势。各灌水处理160—200 cm土层土壤硝态氮所占比例基本一致,说明2年各处理在冬油菜生育期内硝态氮均未淋洗到200 cm土层以下,但残留在土壤深层的硝态氮基本已无法再被有效吸收利用,大部分将通过后期的进一步淋洗而污染地下水。因此,为了减轻土壤硝态氮的淋洗,并达到增产的效果,在西北地区种植冬油菜应在蕾薹期灌水60 mm。

4 结论

蕾薹期灌溉或施氮能显著增加冬油菜的地上部干物质量、籽粒产量、产油量和氮素累积吸收量。2年I₂N₁处理（灌溉120 mm,施氮80 kg·hm^-2）的籽粒产量和产油量均最大,平均分别为3 385和1 429 kg·hm^-2;I₁N₁处理（灌溉60 mm,施氮80 kg·hm^-2）冬油菜的平均籽粒产量和产油量仅比I₂N₁降低3.6%和4.7%。土壤硝态氮峰值所在土层深度随灌溉量的增加而明显下移,I₂灌溉量处理（灌溉120 mm）的硝态氮峰值比I₁（灌溉60 mm）下移了20 cm。I₁N₁处理的氮肥利用率与I₂N₁处理基本无显著差异。因此,为提高冬油菜籽粒产量和氮素利用效率,并同时减轻土壤硝态氮的下移趋势和下移量,I₁N₁处理为西北地区较优的冬油菜灌溉施氮策略。
The authors have declared that no competing interests exist.