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期刊名称：Agricultural Water Management
中文标题：调亏灌溉对内陆干旱区紫花苜蓿氮素吸收和土壤矿质氮的影响
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.agwat.2022.107724

第一作者：吴宛萍（兰州大学）
通讯作者：杨惠敏（兰州大学）

编 译 者：苏楷淇 兰州大学草地农业科技学院 在读博士生
说 明：该文仅代表编译者对论文的理解，如需参考和引用相关内容，请查阅原文。

引言

传统耕作体系下，水/灌溉对植物的重要性不止体现在植物生态方面，对于其对有机物和无机物吸收和利用等生理方面的影响更为突出。灌溉可以通过增加产量和氮吸收来改善作物性能(Kunrath et al., 2018)。氮肥(N)效应较易被外界环境影响，如降雨造成的氮肥溶淋、温度造成的氮肥胺化、短时间内大量灌溉造成的氮肥迁移等。而当供水不足而蒸发强度过大的情况下，土壤N随水位上升而向上移动，使得其有效性下降。Yang et al. (2020)提出在植物建植早期，缺水/干旱环境会显著影响植物的生长，但是对于其利用氮肥的效率则是上升的。关于干旱抑制作物营养吸收和降低其组织浓度的可能性的争论仍在继续，如，一些研究表明，土壤水分不足会降低叶片中氮含量(Sinclair et al., 2000)，但是对N在茎秆中的分配没有影响(Singandhupe和Rajput, 1989)，这说明水分胁迫影响氮在器官间的分配，如叶、茎和籽粒，而不是作用全部植物。

苜蓿(Medicago sativa L.)作为世界上种植面积最大的饲草植物，其优秀的固氮能力、在缺氮环境中良好的生存能力等受人关注。虽然紫花苜蓿对广泛的水分条件具有较强的适应性，但在水分胁迫下，紫花苜蓿的高耗水量往往导致产量下降，极大地制约了紫花苜蓿的种植和推广使用。生物量产量和氮在饲料作物中的分配并不是完全由灌溉水平决定的，因此，当前的主要目的任然是明确灌溉如何通过苜蓿对N的吸收和利用进而影响其生物量和产量。因此，处于灌溉条件下的苜蓿，其生物量、产量与氮吸收之间的权衡值得探讨。基于此，兰州大学杨惠敏教授等人借助在甘肃省酒泉市肃州区进行的为期两年的田间试验，并根据地理环境、作物特点及研究背景，探讨一种高效改良盐碱地、维持粮饲作物高产的灌溉方式。

研究区与研究方法

研究位于甘肃省酒泉市肃州区的起始于2017年的田间试验展开。该试验设计了2种灌溉方式和3种灌溉水平—地上满贯和地下滴灌两种灌溉方式；充分灌溉、轻度亏水灌溉(70%的充分灌溉)和中度亏水灌溉(50%的充分灌溉)。试验测定苜蓿的氮吸收和氮利用水平，同时测定土壤矿质氮的含量。研究目的包括以下几项：(1)亏缺灌溉对紫花苜蓿氮素吸收利用的影响：(2)亏缺灌溉对紫花苜蓿草地土壤矿质氮含量的影响；(3)灌溉条件下紫花苜蓿土壤氮有效性与氮吸收和利用效率的关系。

表1 2017-2018灌溉量。

注：I:灌溉模式；D:调亏水平；FI:地面漫灌；SDI:地表喷管；S1:生长期全灌溉；S2:生长期轻微调亏灌溉；S3:生长期中度调亏灌溉。

紫花苜蓿地上部氮素吸收量(N吸收量，kg/ha)公式：

YDM为干物质产量(t/ha)。

苜蓿氮素利用效率(NUE, kg/kg)公式：

土壤养分含量(SNC, kg/m2)公式:

Pi为第i层容重(g/cm3);Ci为第i层SNN或SAN浓度(mg/kg);Ti为层厚(cm);N为土层数。SNN为土壤硝态氮浓度;SAN为土壤氮铵浓度

研究结果

研究结果表明FI灌溉量苜蓿氮吸收显著高于SDI组(p < 0.05)，随着灌溉亏缺量的增加，两种灌溉方式下苜蓿对氮素吸收量逐渐减少。S3与S1处理间出现显著差异(p < 0.05)，而S2和S1处理之间无显著差异。同时，对于茎叶的观察得出与茎秆相似的结论（图1）。即灌溉制度对地上部氮吸收(Nuptake)有显著影响(p < 0.05)；灌溉亏缺水平仅影响第2年紫花苜蓿的氮素吸收，但不呈现显著的交互效应(表2)。

图1 不同灌溉处理下紫花苜蓿芽部吸氮量的变化

注：不同的小写字母表示相同灌溉制度下同一切口不同亏缺水平间差异显著(p < 0.05)。不同大写字母表示同一灌溉系统下不同亏缺水平的年氮素吸收差异显著(p< 0.05)。

表2 灌溉处理对紫花苜蓿顶部氮吸收的影响(F值有显著意义)。

注：星号（*，**，***）分别表示显著差异水平在0.05，0.01和0.001上的体现不同灌溉亏缺水平对土壤中SNN浓度的变化有不同的影响。两种灌溉系统和/或两种苜蓿草地的SNN也存在差异（图2）。同时，S1亏缺灌溉处理0~20 cm土层下的SNN浓度高于20-60cm层；而S3处理下相同土壤层数值也低于S2处理（图2a-d）。

图2 不同灌水处理第一次扦插开花前期土壤硝态氮(SNN)浓度。

a) 处于漫灌下的建植年植物；b)处于滴灌下的建植年植物；c)处于漫灌下的第二年植物；d)处于滴灌下的第二年植物。

土壤中SAN浓度随土壤深度的变化也受到不同调亏灌溉的影响，不同调亏水平在两桶苜蓿体系之中也产生不同效果（图3）。S3处理下的SAN浓度显著低于S1和S2处理(p < 0.05)。与S1处理相比，S2处理下的10 ~ 40 cm土层中SAN浓度较高。

图3 同灌水处理第一次扦插开花前期SAN浓度

a) 处于漫灌下的建植年植物；b)处于滴灌下的建植年植物；c)处于漫灌下的第二年植物；d)处于滴灌下的第二年植物。

同时，灌溉模式和不同灌溉水平对SNN影响呈现出显著影响，但是没有出现交互作用，而第二年的影响仅仅出现在灌溉水平中。然而，SAN的变化仅出现在第一年，具体表现为不同的灌溉方式、灌溉水平和交互作用在建植初年显著影响苜蓿，但是第二年则不表现出差异（表3）。

表3 灌溉处理对SNN和SAN含量的影响(F值有显著意义)。

SNN含量与苜蓿氮素吸收无显著相关图(6a)。在两种灌溉系统下，SAN的二次曲线关系可以很好地拟合苜蓿对氮素的吸收函数(FI: R2 = 0.5685;SDI: R2 = 0.3269)，但相关性仅在FI下显著(p < 0.05)(图6b)。SNN含量与NUE无显著相关(图6c)。相反，SAN含量与NUE的相二次函数拟合效果较好(FI: R2 = 0.8456;SDI: R2 = 0.799)(图4d)。相关性均显著(p < 0.001)。

图4 紫花苜蓿氮素吸收和利用效率与土壤矿质氮含量的相关性

a) 氮吸收与SNN含量;b) 氮吸收与SAN含量;c)氮素利用效率与SNN含量;d)氮素利用效率与SAN含量。

本研究证明了苜蓿对于氮肥的利用不止局限于浓度的变化，而且体现在体内氮素的调节；同时，试验证明紫花苜蓿氮肥利用效率随灌溉亏缺程度变化不大；紫花苜蓿吸氮量和氮肥利用效率与土壤铵态氮含量呈极显著相关;说明这种形式的氮是相对短暂的，硝态氮可能足以满足紫花苜蓿的生长需求。在实践中，建议在中国内陆干旱地区的苜蓿生产中采用微亏灌溉，以获得最佳的苜蓿性能和产量。

该研究成果于近日在线发表于国际学术期刊《Agricultural Water Management》上。兰州大学草地农业科技学院草地生态研究所杨惠敏团队硕士生吴宛萍为论文第一作者，杨惠敏教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研究基金、国家发展规划项目、中国农业部农业研究系统专项基金、中国财政部和农业农村部专项基金资助。

排版：甘露雪
统筹：王新宇

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