陳 磊, 郝明德, 李占斌

(1.長安大學(xué)雜志社, 西安 710064 ; 2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌712100)

黃土高原旱地長期施肥對土壤硝態(tài)氮淋失的影響

陳 磊1,2, 郝明德2, 李占斌2

(1.長安大學(xué)雜志社, 西安 710064 ; 2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌712100)

對1984年建設(shè)的渭北旱塬的長期肥料定位試驗土壤剖面硝態(tài)氮含量進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：施肥12 a后單施有機肥處理的硝態(tài)氮含量在60 cm以下土層，與CK、P含量接近，未發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氮淋溶；NPM處理的累積峰在60—140 cm，氮磷配施在100—120 cm。22 a后，除CK和P外，各處理均在40—100 cm土層出現(xiàn)累硝態(tài)氮積峰，其中N、NP、NPM處理硝態(tài)氮分布呈現(xiàn)出雙峰曲線(在60 cm和200 cm處均出現(xiàn)累積峰)，表現(xiàn)出向更深土層淋溶的趨勢。單施氮肥平均每年累積量高達(dá)73.5 kg/hm2，雖然NP和NPM年均累積速率比N處理分別減少了57.7%和78.6%，長期超量施用有機肥依然存在生態(tài)風(fēng)險，必將造成氮素的大量損失，但該區(qū)的地下水埋藏深厚(50 m)，對地下水污染風(fēng)險小。

長期試驗; 施肥; 土壤剖面; 硝態(tài)氮; 累積; 淋溶

本文基于1984年建立的黃土高原旱地長期定位試驗，對比分析長期施肥對硝態(tài)氮淋失的影響，揭示長期施肥后硝態(tài)氮在土壤剖面中分布特征，以期為該區(qū)合理施肥、非點源污染防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

長期肥料定位試驗位于黃土高原中南部的陜西省長武縣十里鋪村旱地上(東經(jīng)107°40′，北緯35°12′)，黃土堆積深厚，土壤為黃蓋黏黑壚土，試驗地海拔1 200 m，年均降水578.5 mm，是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。1984年布設(shè)試驗時耕層土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀含量分別為10.5 g/kg，0.57 g/kg，37.0 mg/kg，0.659 mg/kg，3.0 mg/kg，129.3 mg/kg。試驗地在黃土高原旱地有一定代表性。

該長期試驗包括36個處理的輪作試驗和24個處理的肥料配比試驗，本文選取小麥連作6個處理：(1) CK(不施肥)；(2) N(單施氮肥)；(3) P(單施磷肥)；(4) NP(配施氮、磷肥)；(5) M(單施有機肥)；(6) NPM (配施氮、磷和有機肥)。隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，試驗小區(qū)面積6.6×10=66.6 m2。 氮肥(尿素)為純N 120 kg/hm2，磷肥(過磷酸鈣)為純P 26.4 kg/hm2，有機肥為廄肥75 t/hm2(全氮含量為2.65 g/kg，相當(dāng)于純氮198.8 kg/hm2)。小麥9月下旬播種，6月下旬收獲，6—9月為休閑期。每年小麥播種前將肥料撒施地表，翻入土中。

對1997年和2006年采集的土壤樣品進(jìn)行分析(取樣深度為0—300 cm，分層為20 cm)，取風(fēng)干儲存的土樣10 g，于150 ml塑料瓶中；加入100 ml濃度為0.01 mol/L的KCl提取液，并振蕩60 min，定量分析濾紙過濾。浸提液的硝態(tài)氮(NO3-N)含量用流動注射分析儀測定(結(jié)果以風(fēng)干基計)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤剖面硝態(tài)氮分布

對1997年時長期施肥試驗中6個處理土壤硝態(tài)氮含量分析發(fā)現(xiàn)，土壤剖面硝態(tài)氮分布受施肥的顯著影響(圖1，2)：連續(xù)種植冬小麥13 a后，對照和P處理(未施用氮肥)耕層含量略有增加；因長期缺乏N肥的補給，加之小麥吸收利用，60—300 cm含量低于1.0 mg/kg，趨于耗竭。施用有機肥和單施氮肥的硝態(tài)氮含量在0—60 cm土層顯著增加；但在60 cm以下，單施有機肥與對照無差異，而單施氮肥各土層均顯著增加；在0—300 cm內(nèi)硝態(tài)氮累積量為對照的15倍以上。耕層土壤硝態(tài)氮含量以氮磷有機肥配施最高，達(dá)25.5 mg/kg；單施氮肥和有機肥分別為氮磷有機肥配施的29.1%和38.9%；對照和單施磷肥相當(dāng)，僅占9.8%；氮磷配施僅占2.8%。在20—60 cm土層的硝態(tài)氮含量，氮磷有機肥配施約為10 mg/kg；單施氮肥、氮磷配施和單施有機肥含量為2.3～4.0 mg/kg；CK和P含量僅為0.8～1.6 mg/kg。在60 cm以下土層，對照、單施磷肥和單施有機肥均未發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氮淋溶，而施氮處理(N、NP、NPM)的硝態(tài)氮累積顯著。單施氮肥硝態(tài)氮累最高，在80—220 cm出現(xiàn)累積現(xiàn)象，在220 cm以下含量為3.7～9.4 mg/kg，仍顯著高于其他處理；有機肥的施用能顯著提高耕層硝態(tài)氮累積量，但對耕層以下的影響不大。其原因可能與氮磷配施、氮磷有機肥配施促進(jìn)小麥根系生長，提高了深層土壤中氮素的吸收利用，其土壤硝態(tài)氮累積峰分別出現(xiàn)在作物易利用區(qū)(60—140 cm和100—120 cm)，殘留累積量顯著減少。

圖11997年土壤剖面硝態(tài)氮分布圖22006年土壤剖面硝態(tài)氮分布

2006年時N、NP、NPM處理土壤硝態(tài)氮在60 cm和200 cm處均出現(xiàn)累積現(xiàn)象，分布呈現(xiàn)雙峰曲線。耕層土壤中CK處理土壤硝態(tài)氮含量為6.5 g/kg，與CK相比，N與CK相當(dāng)；NP增加了24.9%，M和NPM含量大于15 g/kg，增加了2倍以上。在40—80 cm土層，除CK和P外，N、NP、M、NPM處理均出現(xiàn)硝態(tài)氮累積峰，80—200 cm土層硝態(tài)氮含量均顯著下降，其中單施氮肥下降至10 mg/kg左右，其它處理下降至1.0 mg/kg左右。值得注意的是NP、NPM和N處理在200 cm以下硝態(tài)氮含量呈增加趨勢，維持在10～40 mg/kg，在250 cm處再次出現(xiàn)累積峰，呈現(xiàn)出向深層土壤淋溶的趨勢。

2.2 土壤硝態(tài)氮殘留量

結(jié)合已有監(jiān)測資料和近3 a的土壤容重分析，0—40，40—80，80—140，160—200，200—300 cm土層容重取值分別取1.30，1.40，1.35，1.32，1.30 g/cm3，計算各層土壤硝態(tài)氮累積，結(jié)果見表1。由表1可知，耕層土壤硝態(tài)氮累積顯著，在1997年時，以NPM最大，達(dá)66.40 kg/hm2；N和M相當(dāng)，約20 kg/hm2左右；而12 a未施用任何氮肥的CK和P處理約為6.8 kg/hm2。22 a后，N處理土壤硝態(tài)氮含量略有減少，NPM減少了23.58%，CK、P、M、NP分別增加了91.14%，29.02%，70.01%，140.06%。

1997年時，與對照相比，單施磷肥各土層硝態(tài)氮累積略有增加；N在0—300 cm增加了21.2倍，NPM增加了18.7倍(0—60 cm增加尤為顯著)。與1997年的試驗結(jié)果比較，2006年時0—60 cm土層硝態(tài)氮累積量均增加，其中NPM僅增加了26.25%，其它處理增加顯著(206.15%～475.82%)。在0—300 cm土壤剖面內(nèi)，CK的硝態(tài)氮累積量為69.37 kg/hm2。與CK相比，長期單施磷肥減少了6.2%；N的殘留量高達(dá)1 006.41 kg/hm2，增加了13.5倍；NPM和NP分別增加了6.2倍和5.7倍，單施M增加了1.7倍。

表1 土壤剖面硝態(tài)氮累積量

2.3 深層土壤硝態(tài)氮累積率

表2 1997-2006年土壤硝態(tài)氮累積率

1997—2006年，硝態(tài)氮累積量以單施氮肥的最大，達(dá)661.1 kg/hm2，每年平均的累積速率為73.5 kg/hm2，相當(dāng)于年施肥量的56.23%；氮磷肥配施累積量為399.6 kg/hm2，比單施氮肥減少了39.6%，年累積速率為44.4 kg/hm2，減少顯著，相當(dāng)于年施肥量的32.01%；有機肥處理均能顯著減少硝態(tài)氮累積，相當(dāng)于肥料施用量的5%，其中M和NPM硝態(tài)氮累積量分別為141.5，193.8 kg/hm2，年平均累積速率為15.7，21.5 kg/hm2，配施有機肥是減少土壤硝態(tài)氮累積率的有效途徑，其原因與有機肥不僅增加土壤中的氮素，同時P、K等元素也顯著提高，促進(jìn)小麥的氮利用率。

3 結(jié) 論

土壤硝態(tài)氮淋溶是黃土高原旱地氮素?fù)p失的重要途徑之一。長期施肥22 a后，在40—80 cm土層，除CK和P外，N、NP、NPM、M處理均出現(xiàn)硝態(tài)氮累積峰，在200 cm以下土層，施N處理(NP、NPM和N)的顯著增加，硝態(tài)氮含量維持在10～40 mg/kg，250 cm處再次出現(xiàn)累積峰，有向深層土壤淋溶的趨勢。9 a后0—300 cm土壤硝態(tài)氮累積殘留量，以N處理最高，高達(dá)1 006.41 kg/hm2，NPM、NP分別為500.89，464.03 kg/hm2，M為184.18 kg/hm2，CK的硝態(tài)氮累積量為69.37 kg/hm2，P比CK減少了6.2%。

單施氮肥的硝態(tài)氮累積率相當(dāng)于當(dāng)年施肥的56.23%殘留于土壤中，NP相當(dāng)于32.01%，M僅相當(dāng)于5%。配施有機肥是減少土壤硝態(tài)氮累積率的有效途徑，NPM累積量比NP減少了22.9 kg/hm2。

平衡施肥是保證作物產(chǎn)量，提高氮肥利用率，避免過量氮素向環(huán)境流失的關(guān)鍵。1997—2006年間的長期試驗結(jié)果表明，長期單施氮肥的土壤硝態(tài)氮年累積量高達(dá)73.5 kg/hm2，氮磷配合施用也高達(dá)44.4 kg/hm2。1997年時，M處理在60 cm以下的硝態(tài)氮含量與CK、P含量接近，未發(fā)現(xiàn)累積與淋溶現(xiàn)象；而9 a后，有機肥處理也出現(xiàn)累積峰。英國洛桑試驗站預(yù)測廄肥區(qū)和化肥區(qū)的硝態(tài)氮淋溶損失分別為124.25 kg/hm2，表明長期超量施用有機肥造成大量的氮素?fù)p失，依然存在生態(tài)風(fēng)險。但黃土高原地區(qū)地下水埋藏深厚，對地下水污染較小。

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EffectsofLong-termApplicationofFertilizersonNitrateAccumulationintheLoessPlateauDryland

CHEN Lei1,2, HAO Ming-de2, LI Zhan-bin2

(1.MagazinesCompany,Chang′anUniversity,Xi′an710064,China; 2.InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China)

long-term experiment; fertilization; soil profile; nitrate; accumulation; leaching

2013-08-15

：2013-09-24

國家科技支撐計劃重大項目“農(nóng)田水土保持關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(2011BAD31B01);寧夏農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)科技推廣項目(NTKJ-2013-03-1)

陳磊(1982—),男,陜西三原人,博士,主要從事黃土高原生態(tài)環(huán)境恢復(fù)方面的研究。E-mail:chenl061@163.com

郝明德(1957—),男,陜西華縣人,研究員,博士研究生導(dǎo)師,主要從事黃土高原綜合治理。E-mail:mdhao@ms.iswc.ac.cn

S153.6+1

：A

：1005-3409(2014)02-0043-04