以小粒咖啡(卡蒂姆P7963)为材料,研究连续2.5年不同施氮水平下周期性干旱胁迫后复水对小粒咖啡生长、产量、叶片光合特性和水氮生产力的影响.设灌水(周期性干旱胁迫后复水)和施氮2因素,4个灌水模式分别为充分灌水(IF-F:100％ET0+ 100％ET0,ET0为参考作物腾发量)、轻度干旱胁迫-复水(IL-F:80％ ET0+ 100％ ET0)、中度干旱胁迫-复水(IM-F:60％ET0+100％ET0)和重度干旱胁迫-复水(Is-F:40％ET0+100％ET0),3个施氮水平分别为高氮(NH:每次750 kg N·hm-2)、中氮(NM:每次500 kg N·hm-2)和低氮(NL:每次250kg N·hm-2),分4次等量施用.结果表明:小粒咖啡株高、茎粗、产量、水氮生产力受灌水和施氮影响显著,株高和茎粗与日序数呈S型曲线关系,干旱胁迫时小粒咖啡叶片光合作用显著下降,复水后大部分光合作用指标能不同程度恢复.与IF-F相比,IL-F干豆产量增加6.9％,而IM-F和IS-F干豆产量分别减少15.2％和38.5％;IL-F和IM-F水分利用效率分别增加18.8％和6.0％,而Is-F水分利用效率减少12.1％;I1-F氮肥偏生产力增加6.1％,而IM-F和Is-F氮肥偏生产力分别减少14.0％和36.0％.与NH相比,NM干豆产量和水分利用效率分别增加20.9％和19.3％,而NL分别减少42.4％和41.9％;NM和NL氮肥偏生产力分别增加81.4％和72.9％.与IF-FNH相比,IL-FNM干豆产量、水分利用效率和氮肥偏生产力分别增加37.6％、52.9％和106.4％.回归分析表明,灌水量为318 mm、施氮量为583 kg· hm-2时,干豆产量(2362 kg·hm-2)最大;灌水量为295 mm、施氮量为584 kg· hm-2时,水分利用效率(0.78 kg·m-3)最大,即产量和水分利用效率同时达到最大值时最接近IL-FNM水氮组合.因此,IL-FNM为小粒咖啡最佳的水氮组合模式.

通过田间试验,研究了黄淮地区水氮供应对夏棉生长、产量及水氮利用效率的影响,探索在保证产量的同时提高水氮利用效率、减少农田水氮排放的管理模式.试验设置5个氮素水平(0、60、120、180、240 kg·hm-2,分别记为No、N1、N2、N3、N4)和3个灌水水平(滴灌,灌水定额30、22.5、15 mm,分别记为I1、I2、I3),使用裂区设计,主区为氮用量,裂区为灌水水平,共15个处理,3次重复.结果表明:氮素和水分施用对夏棉生长和产量都有明显促进作用,但氮素影响更显著,是该地区调控夏棉生长和籽棉产量的主要因素.随着施氮量和灌水量的增加,花铃期生殖器官积累量、地上部干物质积累量和籽棉产量在开始阶段都逐步增加,当施氮量超过180 kg·hm-2时,进一步增施氮肥会导致生殖器官积累量、地上部干物质积累量和籽棉产量减小.籽棉产量在N3I1处理达到最大,为4016 kg·hm-2.增加施氮量能显著提高地上部总吸氮量和茎叶含氮量,但会降低氮肥偏生产力.灌溉水利用效率和田间水分利用效率分别在N3I3和N3I1处理最大,分别为5.40和1.24 kg·m-3.随着施氮量的增加,土壤硝态氮含量明显增加,且硝态氮累积区域有下移趋势.综合考虑对地上部干物质积累、产量、水氮吸收利用及土壤硝态氮累积等的影响,N3I1处理可作为试验区夏季棉花生产的最优水氮管理方案.

采用地表滴灌技术,田间设计9个水氮耦合处理,以不灌溉不施肥为对照(CK),9个耦合处理由3个灌溉水平(灌溉土壤水势起始阈值为-75、-50、-25 kPa)和3个施N水平(150、300、450 g·tree-1·a-1)组合,于2012和2013年2个生长季的滴灌水氮耦合措施后,研究耦合措施对欧美108杨林木胸径、树高和蓄积量的年增量及0～60 cm土层全氮含量的影响.结果表明:水氮耦合措施可显著促进108杨林木生长并有效提高林地生产力,耦合措施第一年,9个耦合处理中高水高肥处理(土壤水势-25 kPa+施N量450 g· tree-1·a-1)使108杨蓄积年增量达到11.54 m3 hm-2·a-1,相比CK的8.01 m3·hm-2·a-1提高了44.1％,耦合措施第二年,中水高肥处理(土壤水势-50 kPa+施N量450 g·tree-1·a-1)使108杨蓄积年增量达到27.85 m3·hm-2·a-1,较CK的20.48 m3·hm-2·a-1提高36.O％.连续的水氮耦合措施显著提高了林地0～20 cm土层全N含量,耦合措施第一和第二年高水高肥处理各土层全N含量分别比CK高出12.3％～59.4％和71.1％ ～81.1％.108杨胸径和树高增量与土壤全N含量呈显著正相关,施N水平和水氮交互作用对林木生长和土壤全N含量具有显著的影响,而灌溉水平的影响不显著.综合表明,滴灌水氮耦合措施可通过改善林地土壤肥力,尤其是浅土层全氮含量来有效促进林木生长并提高林地生产力.

灌溉是设施土壤水分的主要来源,但膜下滴灌条件下设施土壤团聚体养分、酶活性和球囊霉素的分布特征等缺乏系统的研究.本文以连续6年不同灌水下限20 kPa(D20)、30 kPa(D30)和40 kPa(D40)下的膜下滴灌设施土壤为研究对象,分析了灌水下限对土壤团聚体稳定性及其脲酶、蔗糖酶、有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和球囊霉素(GRSP)含量的差异.结果表明:不同灌水下限显著影响各粒级团聚体的分布,其中与D20和D40相比,D30显著减少了微团聚体(＜0.25 mm)含量,促进了大团聚体(＞0.25 mm)的形成;且在D30处理下土壤团聚体的稳定性也显著提高,表现为水稳性团聚体平均质量直径(MWD)分别比D20和D40提高了26.4％和13.4％.不同团聚体中的碳、氮、磷及GRSP含量也显著不同,SOC、TN、TP、GRSP含量在2～1 am、1～0.25 mm、＜0.053 mm粒径中含量较高.总体来说,1～0.25 mm粒径团聚体SOC、TN、TP对全土的贡献率最高,分别达46.5％、53.3％、37.7％.不同团聚体中脲酶和蔗糖酶活性随粒径减少而逐渐增加,其中D30和D40处理显著增加了土壤团聚体酶活性,且1～0.25 mm粒径团聚体对全土酶活性的贡献率最高,分别达38.7％、41.2％.相关分析结果表明,土壤团聚体MWD与GRSP、SOC和脲酶活性之间呈显著正相关,且GRSP含量与SOC和脲酶活性也呈极显著正相关.综上,将土壤水吸力30 kPa设为灌水下限,有利于提高设施土壤团聚体稳定性,并增强团聚体对其中养分、酶活性和球囊霉素的保护作用.

为了解不同施肥措施对氮素淋溶风险的影响,为河套地区基础农田的化肥面源污染防治提供参考,本试验采用田间原位渗漏计法,对河套灌区盐化潮土玉米季连续2年氮素淋溶状况进行监测,研究5种不同施肥措施(不施肥(NF)、农民常规施肥(CK)、农民常规施肥+膨润土(B)、农民常规施肥+生物炭(C)、农民常规施肥+有机肥(F))对氮素淋溶及玉米产量的影响.结果表明:B、C处理下淋溶水总量均较低,比CK平均分别减少了16.4％、15.9％,F处理淋溶水量相对较高;在氮素养分淋溶损失中,硝态氮、铵态氮浓度均在第二次灌水后出现了峰值,B、C处理峰值较低,F处理稍高;除NF外,B处理的无机氮累积淋溶量最低,平均为65 kg·hm-2,比CK处理下降了41.3％;C、F处理依次为73.4kg·hm-2、96.4 kg·hm-2,分别比CK下降了33.7％、12.9％.淋溶水中全氮、可溶性总氮的淋溶量大小顺序均为NF＜B＜C＜F＜ CK;B、C、F的表观淋溶率平均分别为15.3％、16.5％,18.5％,均低于CK处理的25.5％;F、B、C处理的玉米产量显著高于CK(P＜0.05),其增产率依次为9.8％、8.4％、6.6％,且2年各处理表现出增产的趋势.考虑到F处理下氮素淋溶损失量较大,而膨润土、生物炭有效地抑制了氮素的淋溶损失,提高了氮肥利用率,在一定程度上减少了河套灌区化肥面源污染,故B处理推广施用的可行性较大,C处理次之.

为探明玉米秸秆还田下小麦的合理灌溉与施肥方法,于田间研究了漫灌(FI)、微喷灌(SI)、滴灌(DI)和灌水施氮模式(N1,基施纯N 157.5 kg·hm-2+拔节期施纯N 67.5kg·hm-2;N2,基施纯N 157.5 kg·hm-2+拔节期施纯N 45.0 kg·hm-2+灌浆期施N 22.5kg·hm-2)对土壤水分、硝态氮(NO3--N)含量和小麦生长发育的影响.结果表明:灌溉方法和灌水施氮模式共同影响土壤含水量和贮水量的变化.其中,灌溉方法对越冬期和返青期0～60 cm、孕穗期和灌浆期0～ 160 cm、成熟期100～160 cm土层含水量影响相对较小,对越冬期和返青期80～ 160 cm、成熟期0～ 80 cm土层含水量影响大;FI对含水量和贮水量影响最大,DI次之,SI最小;SI和DI的灌水施氮模式中灌水量多,则土层含水量高、贮水量多,变化大.NO3--N含量受灌溉方法和施氮的影响,施氮对0～20 cm土层影响大,SI生育期NO3--N含量变化大,DI越冬期至孕穗期NO3--N含量变化小,此后变化大,FI与DI相反;生育前中期灌水量对NO3--N含量影响大,后期施氮对NO3--N含量影响大;SI和DI的2种灌水施氮模式中冬前灌水量多的NO3--N含量变化大.灌溉方法中SI越冬期总茎数和单株分蘖高,成穗率高,成穗数多,产量、水分利用效率(WUE)和氮素利用效率最高,滴灌次之,漫灌最低;SI和DI中N1生育期总茎数、成穗数多,但穗粒数和千粒重低,产量、WUE和氮素利用效率低于N2.因此,玉米秸秆还田后播种小麦,微喷灌代替漫灌生育期灌4水,施足基肥,拔节期和灌浆期分次追氮,是山西南部小麦-玉米一年两熟区小麦节水高产高效栽培模式.

为了解灌水和施氮对毛白杨(Populus tomentosa Carrière)优良无性系休眠期各器官碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,利用毛白杨速生丰产林10年连续灌水和施氮双因素试验(通过灌水分别维持土壤含水量至田间持水量的45％、60％、75％;施氮量为0、101.6、203.2、304.8 kg/hm2,共计12个处理,每个处理3次重复)林地,选择其中的优良无性系S86为研究对象,2016年10月末待树木生长停止进入休眠期时,在每个水氮处理小区选取1株标准木并对其进行伐倒肢解处理后,测定分析毛白杨根、干、枝中的碳、氮、磷含量.结果显示:(1)毛白杨树干和枝碳、磷含量显著高于根(P＜ 0.05);氮含量在各器官间差异显著,大小为枝＞根＞干.C:N在各器官间差异显著,大小为干＞根＞枝;C:P在各器官间差异不显著;N:P在各器官间差异显著,大小为枝＞根＞干.(2)灌水对各器官碳含量无显著影响,施氮显著降低根碳含量;灌水、施氮以及两者交互作用均显著影响根、干、枝氮含量,灌水和施氮显著增加各器官氮含量,并在高水高氮条件下毛白杨各器官氮含量显著增大.(3)灌水和施氮显著降低了毛白杨各器官C:N,对C:P影响不显著,显著增加N:P含量.本研究表明,灌水和施氮均促进了毛白杨各器官对氮的吸收,从而提高各器官氮含量;灌水和施氮降低了各器官C:N,促进了毛白杨生长;尽管此区为毛白杨适生区,但毛白杨速生丰产林仍受氮素限制,灌水和施氮是提高毛白杨速生丰产林生长量的重要栽培措施.

利用连续3年不同灌水下限(25、35和45 kPa)和施氮量(75、300和525 kgN·hm-2)的膜下滴灌设施番茄田间试验,探讨水氮调控对设施土壤供氮潜力的影响.结果 表明:灌水下限和施氮量对土壤有机碳和全氮储量的影响显著,而水氮交互作用对二者影响均不显著;灌水下限、施氮及其交互作用对休耕期0～ 30 cm设施土壤有机氮组分、微生物量氮和固定态铵储量的影响显著;不同水氮调控下,设施番茄休耕期0～ 30 cm土壤酸解氮组分储量及占酸解总氮比例的大小顺序依次为酸解氨基酸氮＞酸解铵态氮＞酸解未知氮＞酸解氨基糖氮;酸解氨基酸氮是设施土壤中最主要的有机氮形态;酸解氨基酸氮与酸解铵态氮、酸解氨基糖氮、酸解总氮、非酸解氮、有机碳和全氮均呈显著相关;土壤固定态铵与酸解氨基酸氮呈显著正相关;土壤微生物量氮与酸解铵态氮、酸解氨基糖氮呈显著正相关,与酸解氨基酸氮呈显著负相关.土壤酸解氨基酸氮、土壤微生物量氮和固定态铵在一定程度上可作为设施土壤供氮潜力的反映指标,科学合理的水氮措施对提升设施土壤供氮潜力具有重要意义.

甜菜(Beta vulgaris)是我国北方重要的糖料作物,其根部是榨糖的原料.水肥科学管理是作物栽培中重要的农艺措施,在甜菜生产中氮肥施用量普遍偏高,造成甜菜生长源库关系失调,产量和含糖率下降.为此,本试验于2016～2017年在内蒙古乌兰察布市凉城县研究了水氮耦合条件下,不同水氮供应对甜菜氮素吸收、积累、分配、氮同化酶活性、氮肥利用效率和产质量的影响,为甜菜生产水氮科学管理提供生理基础和理论依据.结果 表明:膜下滴灌条件下,甜菜氮吸收量和叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性均随施氮量和灌水量的增加而增加;叶丛快速生长期叶片NR和GS活性最高,块根及糖分增长期块根中GS活性最高,与不同器官生长速率相一致;随施氮量的增加,氮素吸收利用率、氮素偏生产力、氮素生理利用率和氮素农学利用率均减小.甜菜生育期灌水1 350～1 427m3·hm2,配合施氮量150～179.22kg·hm-2,有利于甜菜产质量增加,同时水氮利用效率也提高.

为明确旱地胡麻在有限灌水条件下的最佳水氮耦合管理模式,采用完全随机裂区试验设计,以灌水(I0:0 m3·hm-2;I1200:1200 m3·hm-2;I1800:1800 m3·hm-2)为主区,施氮量(N0:0 kg·hm-2;N600:60 kg·hm-2;N120:120 kg·hm-2)为副区,测定胡麻不同生育阶段氮素积累量、花后氮素转运特征、产量和氮肥利用率.结果 表明:不同水氮处理对旱地胡麻不同生育时期各器官氮素吸收、积累及产量的耦合效应不同.不灌水条件下,施氮有利于胡麻花期和成熟期茎秆对氮素的吸收,不同灌水水平下N120均抑制了茎秆对氮的吸收;I1200水平下,花期叶片氮含量随施氮量的增加先升高后下降,N60较N0和N120高11.0％和28.9％;I1800水平下,施氮提高了成熟期胡麻叶片中氮含量,N60和N120较N0高39.7％和26.9％.水氮对胡麻阶段氮素积累量影响的耦合效应主要表现在现蕾期以后,同一灌水水平下,N60促进了胡麻现蕾期以后各阶段氮素积累量,而N120具有抑制作用.施氮分别提高了I1200和I1800水平下叶片和茎秆氮素转运率和贡献率.灌水1800 m3·hm-2、施氮60 kg·hm-2显著增加了胡麻单株有效蒴果数和籽粒产量(6.6％～22.8％),是试验区比较适宜的水氮耦合管理模式.