片麻岩新成土中硝态氮垂直运移规律模拟研究_赵斌
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片麻岩新成土中硝态氮垂直运移规律模拟研究_赵斌
第21卷第1期年月水土保持研究
Vol.21,No.1
,
片麻岩新成土中硝态氮垂直运移规律模拟研究
赵斌1,王红2,张瑞芳2,周大迈2,张爱军2
(河北农业大学理学院,河北保定0河北农业大学1.71001;2.)山区研究所/国家北方山区农业工程技术研究中心,河北保定071001
摘 要:采用室内土柱模拟的方法,研究河北省太行山片麻岩新成土中不同肥料、不同施氮量对硝态氮垂直运移的影尿素、有机无机混合肥、氮磷复合肥中硝态氮淋失总量比值为1∶0.有机无响。结果表明,87∶0.94。中等施氮量下,机复混肥可以降低氮素淋失。尿素硝态氮淋失率平均为2氮磷复合肥平均为2有机无机混合肥平均为9%,7.8%,差异不显著。淋溶结束后,有机无机混合肥在不同土层各23.7%。60cm和90cm处硝态氮淋失量比值为1∶1.03,尿素硝态氮含量最低。处理中硝态氮含量最高,
关键词:片麻岩;硝态氮;淋溶迁移
+
()中图分类号:S153.61 文献标识码:A 文章编号:10053409201401012205---
DOI:10.13869/http://www.wendangwang.comki.rswc.2014.01.024
SimulationStudonNitrateTransortandLeachinintheGneissEntisolsypg
12222
,WANG ,unZHAOBinHonZHANGRuifanZHOU DaaiZHANG Ai--m -jg,g,
(1.ColleeoScience,AriculturalUniversitoHebei,Baodinebei071001,China; gf gyf g,H 2.ResearchInstituteoMountainousAreas,AriculturalEnineerinTechnoloResearch Centero f ggg gy f
Districtinthe NorthoChina,AriculturalUniversitoHebei,Baodinebei071001,China)Mountainf gyf g,H
:,AbstractBsimulatinsoilcolumninlaboratortheeffectsofthenitrateverticaltransortcharacteristicsin ygyptheofTaihanmountainousreionofHebeiProvinceunderdifferentNfertilizerwerestudied.Theneiss ggg
,resultsshowedthattheratioofleachinlossamountsofnitratenitroenwas1∶0.87∶0.94amonurea -gggoranicinoranicmixedfertilizerandN-Pcomoundfertilizer.Theamountofnitrateleachinincreasedwith- ggpg
,increasinamountofnitroenfertilizerbuttherewasnosinificantdifferenceamonthethreefertilizthe-ggggers.Oranicinoranicmixedfertilizercouldreducenitrateleachinwiththemediumnitroenfertilizerali- -ggggpp
,,cation.Forureatherateofnitrateleachinlossaveraed29%,27.8%forN-Pcomoundfertilizer23.7%ggp oranicinoranicmixedfertilizer.Withtheincreaseofsoildeth,therewasnosinificantdifferencebefor --ggpgtween60cmand90cminwhichtheratioofnitratenitroenleachinlosswas1∶1.03.Attheendofthe - gg
leachinthenitratecontentoforanicinoranicmixedfertilizerwasthehihestandtheureanitratecontent-g,gggwasthelowestindifferenttreatments.
:;;Kewordsneissnitratetransortandleachingpgy 山地面积占全省总面积的6其0%,河北省高原、
2,中片麻岩面积达1主要分布在石家庄、1817万hm 保定、邢台、邯郸等太行山区,占全国片麻岩总面积的到23.7%。随着开发片麻岩山区的扩大,004年通过
2
。新形成爆破整地,开渠修田,面积已达到36万hm
1]
,的片麻岩土为粗骨土[又叫薄层砾质土,细土物质
夹有大量岩屑体,生产性能不良。20~50cm,
山坡地遇到强降雨易发生水土流失,从而导致肥料流失,致使地下水污染加剧和湖泊富营养化加重。土壤中的硝态氮不易被胶体吸附,主要以溶质的形式存在,其运移规律主要受土壤理化性质和水分流动状
2]
。态的影响,是氮素淋失的主要形态[
3]
聂斌等[研究了小水勤浇和滴灌对土壤中硝态
漏水漏肥,结构性差,植物根系极少。表土层以较少,
厚度变幅较大,介于下即为风化或半风化的母质层,
发现两种灌溉方式显著改变了硝态氮在土氮的影响,
2013071320130813收稿日期:-- 修回日期:--
)河北省自然科学基金项目(C2009000565资助项目:
:(—),,,,:女河北廊坊人硕士主要从事山区生态治理研究。E-m980ailzhaobinbaozhu26.com作者简介赵斌1@1
第1期片麻岩新成土中硝态氮垂直运移规律模拟研究赵斌等:
123
壤剖面的分布,将更多的硝态氮保留在作物所能再利
4]
用的土层中,减少了硝态氮的淋失。刘瑞等[的研究
尿素在6施氮量分别为10cm处,20,225,300
2
/,,;时,土壤淋溶液表示为Nkhm601N602N603---g
尿素在90cm处,3个施氮水平下土壤淋溶液分别为
表明,土壤表观氮素平衡和盈亏决定了土壤剖面硝酸
5]
盐的累积状况。宋庆丰等[对河北省片麻岩地区不
同肥料对土壤的影响研究表明,施用新型肥料能不同程度地增加表层和深层土壤的微生物数量,增加土壤
6]
改善土壤条件。周国娜等[的研究中有机质的含量,
施氮N901,N902,N903。氮磷复合肥在60cm处,---
2
/下土壤淋溶液表示量分别为120,225,300khmg氮磷复合肥9为F601,F602,F603;0cm处,3个施---氮水平下土壤淋溶液表示为F901,F902,F903。---
有机无机混合肥60cm处,3个施氮水平下表示为Y601,Y602,Y603;90cm处土壤淋溶液表示为---Y901,Y902,Y903。---
第1,每隔3天浇34,7…,61天,00ml蒸馏水,并收集6直至前后两次淋0cm,90cm处土壤淋溶液,溶液浓度差异不显著为止。测定淋溶液中硝态氮浓。培养结束后,度。试验共培养6分三层(1d0—30,采集土样,测定每层土壤硝态氮30—60,60—90cm)含量。
1.3 测定及分析方法
土壤淋溶液和土壤样品中硝态氮浓度采用AA3-HR流动注射分析仪测定。
数据采用Excel2003和SPSS软件进行处理 分析。
表明,生物有机肥、微生物菌肥和有机复混肥等肥料
7]
、加快成土过程。陈效民[杜春可以加速岩石风化,
8]2]
、先[李丹[等都采用室内模拟土柱方法对硝态氮垂
直运移规律进行了研究。
国内外关于硝态氮淋溶迁移规律已有大量研究,但对片麻岩新成土中施肥量、肥料种类对硝态氮淋溶转化影响的研究较少。本文通过室内土柱模拟试验,初步探寻硝态氮在片麻岩新成土中的垂直运移规律,为片麻岩地区配方施肥提供数据支持和理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
,供试土壤:粗骨土(保定易县)土壤基本养分含/、/、量:有机质1全氮0.硝态氮3.25gk97gkgg/、/、铵态氮8.速效磷2.12.89mk18mk66gggg
/、/、速效钾1水土比=mk8.32mk50(H值8.ggggp)。2.5∶1
供试肥料:尿素(氮4沧州大化股份有限公6%,、司生产)氮磷无机复合肥(N—P30—5—0,2O5—K:、山东联盟化工集团生产)有机—无机混合肥(康帝牌)。有机肥以鸡粪为主∶尿素为1∶1
试验装置:模拟土柱为高1内径为110cm,0cm的P以避免浇VC管。土柱顶部装1cm厚的石英砂,水对土壤的干扰。称取供试片麻岩新成土(粗骨土)中,土柱边缘土壤压紧实,以11k90cm)g装入土柱(
供试肥料与表层2防止侧渗,0cm土壤充分混匀后加土柱底部用双层2入土柱中,00目的尼龙网筛封口,并在底部装约1cm厚的石英砂承托供试土壤。1.2 试验设计
((试验设10个处理:1)CK不施肥;2)尿素N1
2
/;(施肥量120khm3)尿素N25g2施肥量2
22
/;()/;()氮磷复尿素Nkhm400khm5gg3施肥量32
/;()氮磷复合肥F合肥F20khm6g1施肥量12施肥2
/;(量225khm7)氮磷复合肥F00g3施肥量32
/;(khm8)有机无机混合肥Y20g1施肥量1
2
/;(khm9)有机无机混合肥Y25g2施肥量22/;(khm10)有机无机混合肥Y00g3施肥量3
2
/,每个处理重复3次。khmg
2 结果与分析
2.1 尿素在不同施氮量下对土壤淋溶液硝态氮的影响
,/由图1可知,培养前6d60cm(30~66mL)g处淋溶液硝态氮的浓度显著低于90cm(100~276/。第7~1/mL)3天两处硝态氮浓度接近30mLgg
/左右。培养第13天到58天,60cm(10~50mL)g/处硝态氮浓度显著高于9处,最后0cm(1~10mL)g
[]
/3d两处浓度再次接近17mL左右。张丽娟等9g的研究表明,随着土壤剖面深度加深,土壤累积硝态氮的生物有效性随之降低,不同土层残留硝态氮的迁土壤硝态氮可淋溶移深度有所差异。说明培养前期,
至9进入地下水。该变化趋势与在0cm以下或更深,相同施氮量下不同肥料土壤淋溶液中硝态氮含量的趋势相同,这是否是由于土层深度对硝态氮的影响大于肥料品种和施氮量,还是由粗骨土的特性决定,还有待进一步研究。60cm处,CK60土壤淋溶液硝态氮溶度逐渐降低,第1维3天至淋溶结束变化不明显,/持在1~3m土壤中硝态氮基本淋溶至6L,0cm以g下。随着淋溶次数的增加,淋溶液中硝态氮浓度逐渐降低,当降低到平衡时,其他形态氮逐渐转化为硝态氮,因此硝态氮含量有一个升高的过程。继续淋溶硝态氮浓度又逐渐降低,直至再次平衡。有研究表
10]
,明[尿素施入8h时,土壤中基本没有硝态氮生
124
1卷 水土保持研究 第2
2]
,渐减少,有研究表明[经多次淋洗后,硝态氮输出率
成;直到96h时土壤中硝态氮才明显累积。培养第40天时N601、N602、N603和CK60硝态氮淋失---
量分别占总量的6表明土壤7%,74%,72%和93%,源硝态氮淋失主要集中在4而肥料中硝态0天以前,氮淋失则是一个相对复杂缓慢的过程
。
可高达99.57%。
图2 有机无机混合肥各施氮量不同土层淋溶液中硝态氮浓度
土壤淋溶液中硝态氮浓度前7d急剧90cm处,//降低,由192mL降低到27mL。Y901和Y90--gg
图1 尿素各施氮量不同土层淋溶液中硝态氮浓度
2硝态氮浓度差异不显著但显著低于Y903。与尿-素相比,培养前期有机无机混合肥硝态氮淋失率明显降低。这是由于有机无机混合肥可以增加土壤团聚体的含量,提高阳离子代换量,从而增强对硝态氮的
12]
,吸附。有研究表明[增施有机肥,控制氮肥用量,
土壤淋溶液中硝态氮浓度前7d急剧90cm处,
降低,淋溶强烈,土壤淋溶液硝态氮含量随着施氮量/的增加而增加。第7天后硝态氮的浓度由276mLg/降到15mL。第13天N901、N902、N903和---gCK90硝态氮淋失量分别占总量的83%,89%,85%和9说明土壤硝态氮的淋溶主要集中在培养前0%,这与片麻岩新成土特性有关,田间施肥时不应一期,
次施入过多肥料,避免肥料大量淋失。认为90cm以下淋溶液进入地下水,第40天以后硝态氮浓度有所这可能是由于试验时间为夏增加但无明显变化规律,
季,室内温度较高,促进了硝化反应的发生而导致的。淋溶结束时,硝态氮浓度低于我国地下水硝酸盐标准/20mL。g
2.2 有机无机混合肥在不同施氮量下对土壤淋溶液
硝态氮的影响
由图2可知,在整个培养期内,60cm处淋溶液硝态氮浓度变化曲线平缓,只在培养中期出现短暂升其余时间段,硝态氮含量差异不显高—降低的过程,
11]著。习金根等[的研究表明,有机无机混合肥料淋
在一定程度上可减少硝酸盐在土壤深层的累积。此外有机肥在分解中产生有机酸可以降低其周围土壤中脲酶和微生物的活性,在一定程度上抑制硝态氮的
13]
。第4生成,从而降低了硝态氮的淋溶[6天至淋溶
/结束,硝态氮浓度逐渐增加后稳定于18mL,3个g施氮水平间差异不显著,达到我国地下水硝酸盐标准。
2.3 氮磷复合肥在不同施氮量下对土壤淋溶液硝态
氮的影响
由图3可知,氮磷复合肥在60cm和90cm处土壤淋溶液中,硝态氮浓度变化趋势与尿素和有机无机混合肥相同。呈现出:培养前期,60cm(31~67/处硝态氮的浓度显著低于9mL)0cm(65~213g
/,/后两处硝态氮浓度降低至1培mL)6mL左右;gg/处硝态氮浓度显著高养中期,60cm(10~48mL)g/;于9培养末期,两处浓度再次接近0cm(1~5mL)g/17mL左右。g
溶前期硝化反应显著,硝态氮累积量较低。90cm处,在培养前期淋溶液硝态氮浓度急剧降低,后维持培养后期浓度显著增加直至维持在1在较低水平,8/达到我国地下水硝酸盐标准。mL左右,g
60cm处,3个施氮水平在第28~34天有先升高这可能是由于有机无机混合肥中,有后降低的过程,
机态氮或其他形态氮转化为硝态氮。培养中期,说明在低施氮量Y601和N601硝态氮淋失率相同,--下,尿素和有机无机混合肥对硝态氮淋溶率无肥料性在中高施氮量下有机无机混合肥淋失率低于能差异,
尿素。3个施氮水平下相同时间内,硝态氮浓度差异不显著。随淋洗次数增加,淋洗液中硝态氮的含量逐
图3 氮磷复合肥各施氮量不同土层淋溶液中硝态氮浓度
第1期片麻岩新成土中硝态氮垂直运移规律模拟研究赵斌等:
125
2.4 不同处理土壤硝态氮累计淋出量和淋失率比较
由表1可知,三种肥料尿素N∶有机无机混合肥Y∶氮磷复合肥F硝态氮淋失总量为671∶582∶
三种肥料之间硝态氮的淋出量628。在低施氮量下,差异不显著。在中等施氮量下,与尿素相比,有机无机混合肥可以显著减少氮素的淋失,这与杜伟等
[14]
2.5 培养结束不同土层各处理硝态氮含量比较
由表2可知,施用尿素处理中,60—90cm处N1/,比N其他N.34,2.21mkgg2、3分别显著增加了2处理均无显著差异性。有机无机混合肥中,0—30cm土层Y分别增加了5.8,4.172显著大于Y1和Y3,/。3分别显k0—60cm处,Ymgg2与Y1和Y3相比,
/。氮磷复合肥中,著增加了4.49,3.13mk60—90gg但两cm处F2和F3土壤硝态氮的含量显著大于F1,者之间差异不显著。
本试验条件下,由于灌水量较大,折合田间降雨淋溶量较大;同时由于片麻岩土量可达到1083mm, 壤颗粒较粗,没有团粒结构,土壤的保水保肥能力差,淋溶结束后,除了Y其他各施肥处理2和Y3处理外,绝大部分的氮肥都并未显著增加土壤中硝态氮含量,
被淋失出土体。淋出土体的硝态氮进入复杂的岩石层,进而进入地表、地下水中,对生态环境产生影响。
表2 淋溶结束不同土层深度各处理硝态氮含量处理N1N2N3Y1Y2Y3F1F2F3CK
0—30cm 5.82c5.90c5.61c5.86c11.69a7.52bc 7.21bc 8.02b8.82b8.10b
30—60cm 6.44c6.09c6.28c6.65c11.59a9.46b9.99b14.76a11.53a9.21b
/mkgg60—90cm6.34b4.00c4.13c8.85a4.57c7.29ab4.20c7.85ab6.18b4.62c
的结论相同,有机无机混合肥具有优化化学肥料养分
15]
的研究表利用和提高化肥利用率的效果。张迪等[
明,土壤硝态氮的垂直分布与土壤的施肥年限和有机硝态氮的净累积量都随施肥量肥施用水平密切相关,
的增加而增加,随土层深度的增加呈现出递减趋势。
16]
,由于肥料间的交互作用[有机无机复混肥中某一
肥料养分在土壤中的分解释放、固定、吸附解吸、氧化还原等往往会受到其他肥料的直接或间接影响。高施氮量下,尿素硝态氮淋出量显著高于其它两种肥料,复合肥和混合肥的优越性得以体现,但两者之间无明显差异。有机无机肥配合施用有利于改善土壤理化性质,加速有机肥的矿化,从而促进作物对氮素的吸收。
60cm处,硝态氮淋失量主要为91~119
2
/,尿素NkhmN90cmg2、3的淋失量显著高于N1。
2
/,处,硝态氮淋失量介于7尿素变化趋9~133khmg
势与6其余肥料无明显规律。60cm处相同,0cm,90
cm处硝态氮淋失总量比值为1∶1.03。可能由于90
在厌氧条件下发生反cm处长期处于水分饱和状态,
硝化,因而硝态氮含量变化不明显,也可能是由于有机无机混合肥、氮磷复合肥中某些养分形态占据土壤胶体上电位点,以及不同元素交互作用影响了硝态氮的淋溶。在本试验条件下,尿素硝态氮淋失率为平均为2略低于王慧等研17.26%~47.12%,9%,
究的3这可能是由于供试土壤的理化性质影2.6%,响了尿素水解释放、固定、转化等。氮磷复合肥硝态氮淋失率平均为2有机无机混合肥为27.8%,3.7%。
-
表1 不同土层淋溶液中NON累计淋出量和淋失率3-
[17]
在低施氮量0cm,农作物根系主要分布在0—3
2
/下,120khm60—90cm有机无机混合肥土壤硝g态氮的含量显著大于尿素,尿素显著大于氮磷复合肥,其他土层三种肥料之间无显著差异性。在中等施
2
/下,有机无机混合肥土壤硝态氮含氮量225khmg2
/量最高,尿素最低。高施氮量3下,00khm30—g
处理
0—60cm
淋出量/淋失率/
%47.12
37.46 27.03 56.04 31.66 26.01 48.70 28.52 24.11 0.00
60—90cm
淋出量/淋失率/h(km-2)g87.15bc 126.10a132.87a78.77c79.43c104.64b96.97bc 123.21a110.50b66.43d
%17.26
26.5222.1410.285.7812.7425.4525.2314.690.00
h(km-2)g
N90.99b1N118.72a2N115.55a3Y101.69b1Y105.68b2Y112.47ab 3F92.88b1F98.61b2F106.77b3CK34.44c
90cm土层有机无机混合肥和氮磷复合肥硝态氮浓
18]
对芹菜施用有度显著大于尿素。该结果与高伟等[
机无机混合肥的结果相似,在低施氮量下采用有机无机肥料配合施肥模式,硝态氮在0—100cm土体内并未发生累积现象,同时可以显著降低灌溉水的渗漏和硝态氮的淋溶。
有机肥能增加土壤氮素的固持,使土壤中的一部分有效态氮转化为固定态氮,与单施无机肥相比,有机无机肥配施处理明显降低了土壤硝态氮径流损失量。本研究结果显示,有机无机肥的施用可以显著降低片麻岩土壤硝态氮径流损失量。在培肥地力、促进
注:小写字母表示0.05显著性差异水平。下同。
126
1卷 水土保持研究 第2
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养分循环和再利用以及可持续农业发展中,有机无机肥配合施用的效果和作用已得到普遍的证实和肯定。因此,在片麻岩新成土地区进行田间施肥时,要根据种植农作物的需肥量确定肥料品种和施肥量,宜选用少量多次施用。有机无机混合肥,
3 结论
()在片麻岩新成土土柱模拟试验中,尿素、有1
氮磷复合肥中硝态氮淋失总量比值为机无机复混肥、
2
/中等施氮量2下有机无1∶0.87∶0.94,25khmg
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肥料利用率。低施氮量和高施氮量下,随着施氮量的三种肥料硝态氮淋溶浓度增大,但肥料品种间增加,
无明显差异。三种肥料中氮素主要以硝态氮形式淋失,硝态氮淋失量占无机氮总量的83%~91%。()在本试验条件下,尿素硝态氮淋失率平均为2
氮磷复合肥平均为2有机无机混合肥平29%,7.8%,均为23.7%。()360cm处和90cm处硝态氮累计淋出量比为
且差异不显著。1∶1.03,()淋溶结束后,有机无机混合肥在不同土层各4尿素硝态氮含量最低。处理中硝态氮含量最高,
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