局部根区灌溉下水氮耦合效应以及对土壤中氮迁移利用的影响

分根区交替灌溉是一种新型的节水灌溉方式，具有较大的节水稳产作用，而固定部分根区灌溉在实践中又普遍存在。对这两种局部根区灌溉方式下，水肥之间的耦合作用多集中于水氮之间的数量和空间耦合对大田作物氮吸收和残留、产量的影响。氮形态对植物的生长与抗旱性有重要的影响。然而在局部（交替、固定）根区灌溉下，不同的水氮耦合作用（氮肥形态、氮肥供应部位）对蔬菜生长、品质的调节作用及水氮高效利用机制和环境效应缺少研究。本项目从蔬菜（番茄）的生长响应与品质测定，氮在土壤中的转化迁移规律，根区不同层次以及根区外深层累积的硝态氮的迁移淋洗特征，以及番茄对土壤剖面不同层次残留累积的硝态氮（用15N标记）的利用能力等方面进行研究，阐述不同水氮耦合的作用机理以及环境效应，为局部根区灌溉下水氮高效利用以及降低环境风险提供理论依据和科学指导。

局部根区灌溉下水肥耦合效应的研究目前多集中在水氮数量与空间耦合对作物产量、品质以及养分吸收方面，而对于氮形态的影响、土壤残留氮的迁移利用方面缺乏研究。本项目研究不同形态氮肥调控对蔬菜生长、品质的影响，以及利用15N标记的方法研究局部根区水氮耦合下植物对不同土壤层次残留氮的吸收利用及迁移情况。结果发现，交替根区灌溉（APRI）可以大幅度节水而产量较稳定，品质较好，尤其硝态氮供应下产量较高。硝态氮供应下黄瓜可溶性糖、维生素C含量降低，而番茄中提高。在60%田间持水量（θf）控制下APRI的效应较好，根系活力、根系总长度、根系表面积增加，有利于吸收养分，而水分控制在40%θf下对植株生长和产量不利。铵态氮促进番茄苗期生长，而抑制中期及后期植株生长和产量，伴随着这个过程，植株光合性能、根系参数、养分吸收、渗透调节物质含量都会发生相应的变化。采用模拟土柱利用15N标记于土层10-20cm或40-50cm研究土壤中残留氮的去向，发现随15N标记层下降植株对15N的吸收也下降。当15N标记于10-20cm时，正常灌溉(CI)和APRI下15N峰值分别下移30cm、10cm，0-100cm土层15N残留率分别达到60.9%、75.2%，损失率达到17.0%、5.2%。而对于40-50cm标记的15N，CI处理仍有38.1%的15N保留在原标记层，APRI下15N峰值向上迁移了10cm，且有61.3%的15N迁移到0-40cm，导致0-100cm残留15N量比CI增加24.2%，并大幅度降低淋洗。相对于铵态氮施肥，硝态氮由于促进了根系生长及植株生物量增加，15N吸收增加了53.9%，但0-100cm土层15N残留量降低，而两者对15N的损失没有差异。亏缺灌溉（DI）处理下，由于生物量大幅度降低，植株对15N的利用率低而土壤中残留增加，但损失率与APRI下没有显著差异。另一项把15N标记于100-110cm的试验研究发现，APRI下植株对15N利用率最高，DI最低。在0-200cm土壤内，15N总残留量以CI处理显著较低，而APRI、DI，以及不同氮形态间比较，对于土壤深层（根区外）标记氮的迁移没有显著差异。 .因此，APRI要适当地控制土壤水分下限。APRI能够降低淋洗，促进土壤残留氮的高效利用及下层残留氮向上迁移；硝态氮可促进植株生长，通过改善植株吸收而影响土壤中残留氮的去向。