2.5 盐渍化灌区小麦玉米套作优化施肥试验设计

2.5.1 试验材料

试验以主要种植作物小麦、玉米为供试材料，采用当地常规品种（小麦：永良4号；玉米：西蒙168），种植方式为小麦玉米套种。试验选取轻度（EC值介于0.7～1.24ms/cm）盐渍化耕地，在全生育期内灌六水，设1个灌水水平，灌水定额750m³/hm²，灌溉方式为漫灌；施用肥料选择：氮肥-尿素（40%N）、磷肥-过磷酸钙（16%P₂O₅）、钾肥-加拿大氯化钾（60%K₂O）。

2.5.2 试验方案

试验采用“3414”最优回归设计，采用部分实施方案，在钾肥全部做底肥的基础上进行氮、磷二元肥料效应试验，试验设10个处理，3次重复，共计30个试验区，小区面积6m×12m=72m²，在试验开始之前进行平整土地，小区四周用埋深1.2m的聚乙烯塑料膜隔开，顶部留30cm，防止各小区肥水互窜，田间管理与当地农户管理一致。

氮肥施量参考精准农业最佳推荐施肥量，磷、钾肥施量参考精准农业中土壤平衡施肥量。施肥水平：0水平=不施肥、1水平=2水平×0.5、2水平=设计最优施肥量、3水平=2水平×1.5；施肥方式：小麦试验中氮肥的50%与全部的磷、钾肥在播种前基施，其余50%氮肥在一水前追施；玉米试验中氮肥的40%及全部的磷、钾肥在播种前基施，其余氮肥的20%、20%、20%分别在小麦玉米套种的三水、四水、五水追施。具体设计见表2.3。

2.5.3 测定项目

2.5.3.1 气象观测

在试验区野外架设气象站，及时收集气象资料（最高温度、最低温度、日照、气压、风速、降水、辐射等资料）。

2.5.3.2 植物生理指标及养分含量测定

按照作物关键生育期进行调查和取样，测定株高、茎粗、叶面积、每穴株数、叶绿素含量、光合作用、灌浆速率等，收获后测籽粒产量、秸秆产量、千粒重、穗长、穗粒数等。在作物各生育时期，按地上茎叶、地下根部、籽粒制备植物样品，测定植物体内全氮、全磷、全钾含量。

2.5.3.3 土样指标测定

试验开始前，每20cm为一个层次，共取6层深度为120cm，每层三个重复，测定土壤容重，并进行土壤颗粒粒径分析；在试验前及收获后不同区域取0～120cm深度（每层20cm）土壤原状土3～5份，鲜土样于4℃冷藏保存，并同时制备风干土样，测定土壤基本理化性质（TN、有效磷、速效钾、有机质、EC值、等指标）；在作物全生育期内，分别采集0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm、100～120cm土层土样，在4℃冷藏保存，测定土壤硝态氮、铵态氮、有效磷含量、盐分、pH值及土壤含水率。

2.5.3.4 田间淋溶水观测

用PVC给水管（管径5cm）制作田间淋溶水观测井（顶部预留30cm，防止灌水淹没；底部预留30cm，收集各次灌水后田间淋溶水样），在各试验小区分别按照0～40cm、40～80cm、80～120cm深度，埋置6根田间淋溶水观测井（小麦区、玉米区各3根），各管间距50cm，每次灌水前，抽出观测井中残留水，一年试验结束后，取出试验小区中的观测井，进行清淤，第二年重新安置。每次灌水后5天取样，下雨后加取，测定硝态氮、铵态氮及有效磷含量。

2.5.3.5 侧渗水测定

在各试验小区边界处埋置直径为16cm的侧渗水收集装置，按照0～40cm、40～80cm、80～120cm取样深度，在灌水后每天观测侧渗管中水深，计算侧渗水量，并在每次灌水后5天收集侧渗水，测定硝态氮、铵态氮及有效磷浓度。

2.5.3.6 地下水观测

在试验田中附近设置1个地下水观测井，井深5m，进水孔在距地面2m以下，定期观测地下水埋深，在作物各生育期取样，各次灌水后5天加取，测定水样中硝态氮、铵态氮及有效磷含量。

2.5.3.7 土壤水及硝态氮渗漏量测定

在小麦区与玉米区分别埋设TDR（如无TDR，则每10天观测一次土壤含水率，降水前后加测，同土壤硝态氮观测）和张力计（80cm、120cm），共计8组，分别监测土壤含水量和80cm、120cm处土壤基质势（从开始灌水后每天观测，计算每次灌水后的土壤水分渗漏量及总的渗漏量），用土钻取土，测定土体80～100cm、100～120cm处的浓度 （每10天观测一次，下雨前后加测），最后通过估算的土壤水分渗漏量及相应的浓度，求得土体中硝态氮的渗漏量。

2.5.3.8 土壤酶活性的测定

在作物全生育期内，取耕层0～20cm深处土壤鲜样（同土壤微生物种群数量取样时间），测定土壤尿酶、磷酸酶、蛋白酶及蔗糖酶活性。测定方法如下：

（1）脲酶活性测定。取5g新鲜土样（<2mm）于50mL容量瓶中，加入0.2mL甲苯和9mL 0.05mol/L Tris缓冲液，混合后加入1mL 0.2mol/L尿素溶液，混合约5s，盖上瓶盖，在37℃下培养2h，加入35mL KCl-AgSO₄混合溶液，摇匀，冷却至室温，用KCL-AgSO₄混合溶液定容至50mL，混匀。加入KCl-Ag₂SO₄综止酶促反应后，悬液可放置2h不会有铵释放出来。取20mL样液于100mL蒸馏水瓶中，加入0.2gMgO蒸馏，用5mL硼酸指示剂溶液吸收馏出液，当馏出液体积达到30mL左右后，用标准H₂SO₄溶液滴定至终点。

式中：C为测定的土壤悬液中的含量，；dwt为5g鲜土的烘干质量，g；50为酶促反应溶液总体积，mL。

（2）磷酸酶活性测定。取10g新鲜土壤（<2mm）于100mL容量瓶中，加入1.5mL甲苯，室温下静置15min，然后加10mL磷酸苯二钠溶液（碱性磷酸酶用硼酸缓冲溶液），盖上瓶塞，充分混匀后，37℃下培养3h，用38℃热去离子水定容至100mL，摇匀后迅速过滤。同时作空白对照，用10mL去离子水代替磷酸苯二钠溶液。取上述滤液1～4mL于50mL容量瓶中，加2.5mL缓冲液，混匀后用去离子水稀释至大约40mL，再加0.5mL 2，6-二溴醌氯亚胺溶液，室温下20～30min，定容至50mL，在600nm处比色测定。标准曲线：取0～20mL苯酚标准溶液（10μg/mL）制备0～200μg/mL系列浓度的苯酚溶液，加入等量的缓冲溶液和2，6-二溴醌氯亚胺溶液，同上比色测定。

式中：C为样品苯酚含量，μg/mL；V为土壤溶液体积，mL；dwt为烘干土壤质量；t为反应时间，h。

（3）蔗糖酶活性测定。取5g新鲜土壤（<2mm）于100mL三角瓶中，加15mL蔗糖溶液和15mL醋酸缓冲液，混合均匀，在50℃下培养3h后过滤。取2mL滤液于100mL容量瓶中，用去离子水稀释至鹿刻度。取稀释液2mL于20mL玻璃试管中，加入2mL还原糖试剂A和2mL还原糖试剂B，混匀后在100℃水浴上准确放置15min，然后在20℃水中冷却5min。加入10mL还原糖试剂C，摇匀，20℃下显色60min，690nm处比色测定（应在30min内完成）。

式中：C为样品中葡萄糖浓度，μg/mL；V为土壤溶液体积，mL；f为稀释倍数；dwt为烘干土壤质量，g。

（4）过氧化氢酶活性测定。取5～10g新鲜土壤（<2mm）于200mL离心管中，加入20mL磷酸缓冲液，摇匀后静置30min。加入10mL 3%H₂O₂，混合后于20℃下不断搅拌培养3min，在Scheibler气量计或U形玻璃管上读取气体体积的变化。做空白对照时，土壤样品中加2mL叠氮化钠溶液和20mL磷酸盐缓冲溶液。另取0.5gMnO₂和20mL碳酸钠溶液于200mL三角瓶中，加10mL 3%H₂O₂，同样在Scheibler气量计或U形玻璃管上读取气体体积的变化，所产生的氧气作为100%。

式中：D_O为土壤不加叠氮化钠时所产生的氧气量，mL；D_A为土壤加叠氮化钠时所产生的氧气量，mL；D_Mn土壤加MnO₂时所产生的氧气量，mL；dwt为烘干土壤质量，g。