摘要
本研究针对宁夏引黄灌区多年来玉米种植过程中水肥投入量大，导致氮素淋失对水环境污染等问题，于2021-2022年开展了宁夏典型大水漫灌下氮肥减量试验，分析了不同减量施氮处理对玉米生长发育、氮素吸收利用和土壤硝态氮淋失与分布特征的影响，利用田间数据验证了 DNDC模型的准确性，模拟了不同情境下玉米生长季硝态氮淋失量和产量变化特征。主要研究结果如下: 1.减氮10％(N270)和当地常规施氮(N300)下玉米株高、茎粗、叶面积指数和叶片SPAD无显著性差异，但均显著高于减氮20％(N240)和不施肥(N0)处理;减氮可显著影响玉米干物质累积量、累积量上限值、累积最大速率(Vmax)和到达时的天数(Tmax),且减氮10％效果最优;随施氮量减少玉米氮肥回收利用率和氮肥偏生产力逐渐上升，减氮10％(N270)处理下氮肥回收利用率和氮肥偏生产力较N240处理2a分别平均降低1.69％和2.67 kg·kg-1,但比N300处理分别增加4.14％和4.44kg·kg-1。不同减量施氮处理下，玉米产量、氮肥肥效和氮肥农学效率随施氮量减少呈先降后升趋势，均在N270处理下取得最大值，分别为13941.65 kg·hm-2、20365 kg·kg-1和30.24 kg·kg-1。 2.0-100cm 土层土壤硝态氮含量和收获后残留量随施氮量减少而减少，2a间各土层硝态氮含量和残留量均表现为N300＞N270＞N240＞N0,且整体表现随土层加深而逐渐下降。N0和N240处理下0-60cm 土层硝态氮含量和残留量2022年低于2021年，60-100cm 土层略微高于2021年，N270处理下除80-100cm 土层稍高于2021年，其余土层硝态氮残留量2年较相似，而N300处理下0-100cm 土层土壤硝态氮残留量均显著2022年高于2021年;灌区玉米生长季土壤硝态氮淋失量随施氮量减少而减少，当施氮量从240kg·hm-2增加到270kg·hm-2时，硝态氮淋失量增加量变幅较小，而当施氮量从270kg?hm-2增加到300 kg·hm-2时，农田土壤硝态氮淋失量有大幅度增加。2a间各处理由灌溉导致硝态氮淋失量分别占总淋失量的86.89％、85.72％、85.81％、87.23％。 3.DNDC模型校正后能较好地模拟灌区农田0-20cm土层土壤含水量变化、5cm 土层温度变化、不同减氮处理下玉米产量和生长季硝态氮淋失量，2a间模型模拟值与实测值间R2均大于0.94,2021年0-20cm 土层土壤含水量、5cm 土层温度、产量和生长季硝态氮淋失量各模拟值与实测值RMSE 分别为 1.358、1.151、512.292、5.428,nRMSE 分别 6.238％、4.696％、4.191％、13.652％。2022年0-20cm土层土壤含水量、5cm 土层温度、产量和生长季硝态氮淋失量各模拟值与实测值RMSE 分别为 1.551、0.909、669.897、3.167,nRMSE 分别 6.674％、3.676％、5.467％、6.893％。 4.与一次性施肥相比，优化施肥时期及次数可以提升玉米产量和减少硝态氮淋失量。不同灌溉方式下，玉米产量均随施氮量和灌溉量减少呈先降后升趋势;漫灌条件下，灌溉量400mmn+施氮300kg·hm-2处理下产量最大，为14236.65 kg·hm-2;滴灌条件下，灌溉量300mm+施氮250 kg·hm-2处理下产量最大，为15694.68kg·hm-2,在灌溉量相同和施肥处理下，较漫灌条件下相比,滴灌条件下玉米产量高;玉米生长季硝态氮淋失量随着有机肥配施比例的增加逐渐下降，玉米产量则是随着有机肥配施比例的增加呈现先上升后下降的趋势，在有机肥配施比例0～60％之间产量逐渐上升，在有机肥配施比例60～100％之间逐渐下降，但是即使有机肥配施比例达100％,较单施无机肥相比玉米产量仍有一定程度增加。生物炭添加下不同施肥灌水情景下的硝态氮淋失量也有所减少，产量有所增加。 综上可以得知，在宁夏引黄灌区玉米种植生产中，减量施氮10％(N270)处理对玉米生长发育和产量形成无显著性影响，还能减少玉米生长季硝态氮淋失量和收获后0-100cm 土层土壤硝态氮残留量。本研究可为缓解宁夏灌区面源污染和氮奢侈现象，促进农业绿色可持续发展等方面提供理论依据。
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