基于氮收支平衡的河套灌区春小麦农田灌溉和施氮策略

针对中国黄河中上游河套灌区不合理灌溉和施肥造成的土壤氮素流失严重及氮收支不平衡等问题，该研究于2019-2021年开展田间试验，探讨不同灌溉和施肥策略对土壤氮损失、作物氮吸收及氮收支的影响。试验设置了3个灌溉水平（高水I1:450 mm，中水I2:315 mm，低水I3:180 mm）和2个施氮水平（高氮N1:340 kg/hm2，低氮N3:170 kg/hm2），此外，2020和2021年在中等灌溉水平I2下补充了中等施氮水平（250 kg/hm2,N2），对不同处理的土壤氮损失、作物氮吸收及氮收支等指标进行了对比分析。结果表明，肥料氮是农田氮输入的主要来源，其次是灌溉水、大气沉降和非豆科作物固定。作物吸氮占土壤氮输出的比例最大，其次是NO3--N淋失、NH3挥发和N2O排放。对于氮输入而言，其值随着灌水量和施氮量的减少而降低。对于土壤氮输出而言，减少灌水量和施氮量可显著降低土壤总氮损失量，但过低的灌水量和施氮量将导致小麦吸氮量的降低。传统的N1施氮处理可导致土壤氮素盈余，而施氮量降低50%的N3处理则导致土壤氮素大量亏缺。对照处理（I1N1）的土壤氮损失量最高，该处理氮损失占土壤氮输出的比例高达25%～35%，其中NO3--N淋失和NH3挥发占总氮损失的95%以上。与对照处理相比，I2N2处理可减少21%～29%的氮损失，且作物吸氮几乎未受到影响。同时，该处理土壤氮素处于轻度亏缺状态，其亏缺量为28～50 kg/hm2，占总施氮量的11%～20%。若在收获后将4～8 t/hm2的小麦秸秆还田，则可保持麦田土壤的氮收支平衡。因此，通过改善灌溉和施肥策略并配合适当的秸秆还田可以有效缓解河套灌区春小麦农田的氮损失且实现土壤氮平衡，该研究可为干旱半干旱地区春小麦农田可持续生产和氮污染物减排提供科学依据。