摘要
滴灌水肥一体化技术在华北平原农业生产中得到不断推广应用，但水肥管理不当增加了作物产量不稳定和地下水污染的风险。施肥时序是滴灌水肥一体化系统中重要的水肥管理参数，研究不同施氮时序对土壤水氮分布规律和冬小麦生长的影响，对优化滴灌施肥系统运行模式，提高水氮利用率具有重要意义。本文通过室内土槽实验、测坑试验和HYDRUS-2D数值模拟的方法，系统分析了滴灌施肥对土壤水氮分布、冬小麦生长、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、减少农田氮素淋失的管理模式。室内土槽实验采用3种土壤质地：砂土、壤土、黏土，分别记为S1、S2、S3，设置4个施氮时序：仅灌水、1/2N-1/2W（前1/2时间施N肥）、1/4W-1/2N-1/4W（前1/4时间灌水后在中间1/2时间施N肥）、3/8W-1/2N-1/8W（前3/8时间灌水后在中间1/2时间施N肥），分别记为T1、T2、T3、T4；测坑冬小麦试验设置3个施氮时序（在灌溉周期的前期、中期和末期，分别记为F1、F2、F3）和2个灌水定额（30mm和20mm，分别记为W1、W2）。数值模拟采用HYDRUS-2D软件进行建模计算，利用试验数据对模型参数进行率定，而后对模型进行验证。主要研究结果如下： （1）土壤质地对土壤水分分布影响显著。在相同的灌水量和滴头流量下，三种土壤的湿润锋的水平入渗距离和垂直入渗距离存在明显差异，不同土壤质地的土壤含水量分布存在明显差异，水分入渗深度随土壤黏粒含量的增加而减小。湿润锋水平和垂直运移距离分别与灌水时间之间具有良好的对数函数关系。 （2）灌溉对冬小麦株高、叶面积指数（LAI）、地上生物量均有极显著影响，缺水降低株高、LAI、地上生物量；灌溉和施氮时序对冬小麦产量，有效穗数，穗粒数，千粒重均有极显著影响，缺水可导致冬小麦减产；灌溉和施氮时序对冬小麦茎叶吸氮量、地上部总吸氮量、氮肥偏生产力（NPFP）和灌溉水利用效率（IWUE）均有极显著影响，充足的水分供应有利于提高冬小麦对硝态氮的吸收利用，适当的水分胁迫可以提高灌溉水利用效率；灌溉和施氮时序交互作用对茎叶吸氮量和地上部总吸氮量有显著影响，茎叶吸氮量，地上部吸氮量，NPFP的峰值均出现在W1F2处理，分别为69.13kg/ha，332.55kg/ha，32.04kg/kg。 （3）HYDRUS-2D可以很好地模拟滴灌施氮条件下土壤的硝态氮分布状况。土槽实验土壤的硝态氮量的观测值和模拟值的RMSE和MRE均在0.01~0.05mg/L和7.6%~15.8%范围内；测坑试验土壤的硝态氮量的观测值和模拟值的RMSE和MRE均在0.02~0.05mg/L和8.6%~19.5%范围内。在校准和验证期间，观测值和模拟值之间的统计误差都很小。 （4）由模型模拟结果和试验结果综合分析，在土槽实验中，砂土采用3/8W-1/2N-1/8W的施氮时序更有利于减少肥料淋失的风险，从减少硝态氮淋失和使硝态氮分布均匀的角度出发，壤土选择1/4W-1/2N-1/4W为最优方案，在黏土中，水分和硝态氮的入渗深度较浅，采用1/2N-1/2W的方案较为适宜；灌水周期中期施氮配合灌水定额为30mm时，硝态氮淋失最少，硝态氮利用效率最高，考虑水氮高效利用和降低地下水污染风险的目标，在保持小麦高产的前提下，30mm的灌水定额下在灌水中期施氮可作为最佳的水氮管理方案。
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