磷酸二氫鈣和氯化鉀對尿素處理的黃泥土水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響

李壽田， 周健民， 王火焰， 杜昌文， 陳小琴， 錢劍林

(1.蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215008;2.中國科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008)

多種養(yǎng)分間的交互作用可發(fā)生于土壤、根際和植物體內(nèi)，對養(yǎng)分的遷移轉(zhuǎn)化、吸收和代謝有著深遠(yuǎn)的影響［1-5］。水溶性養(yǎng)分是植物可直接利用的養(yǎng)分形態(tài)，水溶性養(yǎng)分的多少?zèng)Q定著土壤對植物養(yǎng)分的供應(yīng)強(qiáng)度。氮磷鉀是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用并且經(jīng)常共同施用的肥料，三者在土壤中的相互作用影響著土壤對植物養(yǎng)分的供應(yīng)強(qiáng)度和養(yǎng)分向環(huán)境的遷移［6-9］。因此，研究多養(yǎng)分同時(shí)存在時(shí)氮磷鉀相互作用對土壤水溶性養(yǎng)分的影響，對養(yǎng)分的植物有效性、肥料的合理使用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。本試驗(yàn)通過研究磷酸二氫鈣和氯化鉀對尿素處理的黃泥土中水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮變化的影響，為研究自然條件下氮磷鉀肥料共施對氮肥有效性和環(huán)境影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

所用土壤為江蘇常熟黃泥土，屬水稻土類。土壤采自耕層(0～15 cm)，土壤采后放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干，過2 mm篩。其基本理化性狀均用常規(guī)方法測定［10］，結(jié)果見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀Table 1 Basic physico-chemical properties o f tested soil

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理。處理1(1U):氮(尿素，下同)施入量為110 mg/kg;處理2(2U):氮施入量為220 mg/kg;處理3(1UP):氮、磷(磷酸二氫鈣，下同)施入量分別為110 mg/kg和200 mg/kg;處理4(2UP):氮、磷施入量分別為220 mg/kg和200 mg/kg;處理5(1U1K):氮、鉀(氯化鉀，下同)施入量分別為110 mg/kg和310 mg/kg;處理6(2U2K):氮、鉀施入量分別為220 mg/kg和620 mg/kg;處理7(1U1KP):氮、鉀、磷施入量分別為110 mg/kg、310 mg/kg和200 mg/kg;處理8(2U2KP):氮、鉀、磷施入量分別為220 mg/kg、620 mg/kg和 200 mg/kg;對照(Ctrl):只加蒸餾水。每個(gè)處理4次重復(fù)。按不同處理稱取相應(yīng)肥料溶解在蒸餾水中，然后用稱重法將不同肥料溶液加入土壤中，放在(25±1)℃條件下進(jìn)行培養(yǎng)。

1.3 方法

稱取2.500 g土壤于小藥瓶中，用稱重法加入不同肥料配比的溶液，并使土壤含水量達(dá)到27.5%，然后用橡皮塞塞緊。在(25±1)℃條件下分別培養(yǎng) 2 d、15 d、36 d、66 d 和 107 d，其中，培養(yǎng)15 d、36 d、66 d和107 d的土壤，每隔7 d用稱重法加入一定量的去離子水，使其保持在田間持水量的狀態(tài)下。測定時(shí)，將小藥瓶放入塑料瓶中，按水土比20∶1加入50 ml蒸餾水，在(25±1)℃條件下振蕩30 min，然后用定量濾紙過濾，上清液用來測定水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，銨態(tài)氮含量用靛酚藍(lán)比色法測定，硝態(tài)氮用紫外分光光度法測定［10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷酸二氫鈣對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響

磷酸二氫鈣對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響見圖1。從圖1可看出，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，對照土壤銨態(tài)氮含量逐漸升高，但在整個(gè)培養(yǎng)期間，土壤水溶性銨態(tài)氮含量只是由培養(yǎng)2 d時(shí)的4.73 mg/kg增加到培養(yǎng)107 d時(shí)的8.58 mg/kg。向土壤中加入尿素后，培養(yǎng)前期土壤溶液中銨態(tài)氮含量均顯著增加，加入的尿素量越大，土壤溶液中銨態(tài)氮含量也越大。培養(yǎng)2 d后，1U和2U處理銨態(tài)氮含量分別達(dá)到39.12 mg/kg和60.94 mg/kg，除去對照土壤中水溶性銨態(tài)氮的含量，1U和2U處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量分別占施入尿素態(tài)氮量的35.56%和27.70%。隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，尿素處理土壤溶液中的銨態(tài)氮含量出現(xiàn)急劇下降，并在培養(yǎng)后期與對照無顯著差異。磷酸二氫鈣可顯著降低尿素處理土壤培養(yǎng)2 d后溶液中銨態(tài)氮的含量，1UP和2UP處理水溶性銨態(tài)氮分別為25.01 mg/kg和60.94 mg/kg，與1U和2U相比，分別下降了36.06%和24.94%。而在培養(yǎng)15 d后，1UP與1U、2UP和2U處理間土壤水溶性銨態(tài)氮含量無顯著差異。

圖1 磷酸二氫鈣對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮(a)和硝態(tài)氮(b)的影響Fig.1 Effects of monocalcium phosphate on water-soluble ammonium nitrogen(a)and nitrate-nitrogen(b)of soil treated with urea

從圖1還可看出，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，不同處理硝態(tài)氮含量均顯著升高，對照硝態(tài)氮含量增加幅度相對較小，由培養(yǎng)2 d的20.3 mg/kg增加到培養(yǎng)107 d的81.91 mg/kg。尿素處理土壤后，在處理前3個(gè)時(shí)期，硝態(tài)氮含量快速上升。其中，1U處理培養(yǎng)2 d后，硝態(tài)氮含量與對照處理無顯著差異，但隨著處理時(shí)間的延長，1U處理土壤硝態(tài)氮含量顯著上升，培養(yǎng) 107 d后，其硝態(tài)氮含量達(dá)到 204.65 mg/kg，占總施入氮的111.58%。2U處理土壤在整個(gè)處理期間，其硝態(tài)氮含量均顯著高于對照和1U處理，培養(yǎng)107 d后，土壤硝態(tài)氮含量為274.91 mg/kg，占施入氮的87.73%。磷酸二氫鈣可顯著提高尿素處理初期土壤硝態(tài)氮含量，使施磷處理土壤硝態(tài)氮含量顯著高于不施磷處理，但在處理后期，磷酸二氫鈣對土壤硝態(tài)氮的影響并不顯著。

2.2 氯化鉀對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響

氯化鉀對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響見圖2。從圖2可看出，氯化鉀顯著提高了尿素處理2 d的土壤中水溶性銨態(tài)氮含量，1U1K和2U2K處理水溶性銨態(tài)氮含量分別為42.36 mg/kg和86.72 mg/kg，與1U和2U處理相比，水溶性銨態(tài)氮含量分別增加了8.27%和42.31%。而隨著處理時(shí)間的延長，1U和1U1K處理水溶性銨態(tài)氮差異不顯著，2U2K處理在前3個(gè)處理時(shí)期，土壤水溶性銨態(tài)氮含量顯著高于2U處理，但處理36 d后，與2U處理的差異不顯著。1U1K處理除了在第1次處理時(shí)顯著高于1UP處理外，其他處理時(shí)期，兩者均無顯著差異，而2U2K處理在前3個(gè)處理時(shí)期，土壤水溶性銨態(tài)氮均顯著高于2UP處理，在后2個(gè)處理時(shí)期，兩者也無顯著差異。

從圖2還可看出，在處理第2 d，1U1K處理土壤硝態(tài)氮含量為10.01 mg/kg，顯著低于1U處理，而在處理中后期，相對于1U處理，氯化鉀抑制了土壤硝態(tài)氮含量增加;培養(yǎng)107 d后，1U1K處理土壤硝態(tài)氮含量為142.96 mg/kg，與1U處理相比，硝態(tài)氮含量下降了30.14%。在培養(yǎng)第2 d，2U2K處理土壤硝態(tài)氮含量與2U處理無顯著差異，但在培養(yǎng)后期，2U2K處理土壤硝態(tài)含量顯著低于2U處理;培養(yǎng)107 d后，2U2K處理硝態(tài)氮含量為240.64 mg/kg，與 2U處理相比，硝態(tài)氮含量下降了12.47%。另外，在第1個(gè)、第3個(gè)處理時(shí)期，1U1K處理土壤硝態(tài)氮含量顯著低于1UP處理;其他處理時(shí)期，硝態(tài)氮含量雖低于1UP處理，但均未達(dá)到顯著水平。2U2K處理除在第3個(gè)處理時(shí)期與2UP處理土壤硝態(tài)氮含量無顯著差異外，其他處理時(shí)期，土壤硝態(tài)氮含量均顯著低于2UP處理。

圖2 氯化鉀對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮(a)和硝態(tài)氮(b)的影響Fig.2 Effects of potassium chloride on water-soluble ammonium nitrogen(a)and nitrate nitrogen(b)of soil treated with urea

2.3 磷酸二氫鈣和氯化鉀共處理對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響

磷酸二氫鈣和氯化鉀對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響見圖3。從圖3可看出，在培養(yǎng)2 d后，1U1KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量為30.36 mg/kg，與1U處理相比，銨態(tài)氮含量顯著下降了22.40%，但在其他培養(yǎng)時(shí)期，1U1KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量與1U處理差異不大。在培養(yǎng)第1和第3個(gè)時(shí)期，1U1KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量顯著低于1U1K處理。在培養(yǎng)前2個(gè)時(shí)期，1U1KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量顯著高于1UP處理，但在隨后的處理過程中，不同處理間差異不顯著。在培養(yǎng)前3個(gè)時(shí)期，2U2KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量均顯著高于2U和2UP處理土壤，但在培養(yǎng)前2個(gè)時(shí)期，土壤水溶性銨態(tài)氮含量要顯著低于2U2K處理，而在隨后的培養(yǎng)過程中，不同處理間差異不顯著。

圖3 氯化鉀和磷酸二氫鈣對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮(a)和硝態(tài)氮(b)的影響Fig.3 Effects of potassium chloride and monocalcium phosphate on water-soluble ammonium nitrogen(a)and nitrate-nitrogen(b)of soil treated with CO(NH2)2

從圖3還可看出，當(dāng)磷酸二氫鈣、氯化鉀和尿素 共施時(shí)，在培養(yǎng)初期，1U1KP和2U2KP處理土壤硝態(tài)氮含量分別為39.97 mg/kg和62.73 mg/kg，均顯著高于相應(yīng)的1U和2U處理，但在培養(yǎng)中后期，1U1KP和2U2KP處理土壤硝態(tài)氮含量均顯著低于相應(yīng)的1U和2U處理;培養(yǎng)107 d后，1U1KP和2U2KP處理硝態(tài)氮含量分別為153.88 mg/kg和232.03 mg/kg，與1U和2U處理相比，土壤中硝態(tài)氮含量分別下降了24.81%和15.60%。在處理前期1U1KP硝態(tài)氮含量顯著高于1UP和1U1K處理，但在其他處理時(shí)期，其硝態(tài)氮含量均顯著低于1UP，而在后3個(gè)處理期間，硝態(tài)氮含量與1U1K處理無顯著差異。2U2KP處理硝態(tài)氮含量除培養(yǎng)初期與2UP處理無差異外，其他培養(yǎng)時(shí)期均顯著低于2UP處理。另外，2U2KP處理除第1次取樣時(shí)硝態(tài)氮含量顯著高于2U2K處理和第4次取樣時(shí)顯著低于2U2K處理外，在其他取樣時(shí)間與2U2K處理無差異。

2.4 不同處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮變化的相關(guān)性分析

將不同處理水溶性銨態(tài)氮的變化與相應(yīng)處理硝態(tài)氮的變化進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。由表2可看出，對照土壤水溶性銨態(tài)氮含量與硝態(tài)氮含量的相關(guān)系數(shù)為0.443(P＞0.05)，兩者之間并無顯著的相關(guān)性。而其他處理水溶性銨態(tài)氮含量與硝態(tài)氮含量之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)在－0.997至 －0.930之間，均值為 －0.968(P＜0.01)。這說明，除對照外，不同處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量的下降與硝態(tài)氮含量的上升具有很好的相關(guān)性。

表2 不同處理土壤水溶性銨態(tài)氮與硝態(tài)氮相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of water-soluble ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in different treatments

3 討論

尿素施入土壤后，酰胺態(tài)氮水解后形成銨態(tài)氮，造成土壤水溶性銨態(tài)氮含量增加，但與施入的氮量相比，銨態(tài)氮含量只占較小比例(110 mg/kg尿素和220 mg/kg尿素處理銨態(tài)氮含量分別占施入氮的35.56%和27.70%)，這是由于尿素在水解過程中，有一部分尿素態(tài)氮并沒有轉(zhuǎn)變成銨態(tài)氮，而水解生成的銨態(tài)氮又被吸附在交換位點(diǎn)和非交換性位點(diǎn)上，從而使土壤中水溶性銨態(tài)氮含量顯著下降。而當(dāng)同時(shí)加入氯化鉀時(shí)，由于土壤中的交換位點(diǎn)對K+的親和性大于對NH+4的親和性，而非交換性位點(diǎn)對NH+4的親和性大于對K+的親和性［11-12］，加入的K+能夠與NH+4競爭交換性位點(diǎn)和非交換性位點(diǎn)，使被吸附的NH+4減少，從而提高尿素處理土壤前期水溶性NH+4含量，這與氯化鉀能夠提高氯化銨處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量的結(jié)果是一致的［13］。另外，氯化鉀抑制了尿素處理土壤后期的硝化作用，使處理后期土壤硝態(tài)含量下降。這與鉀促進(jìn)銨的固定［14］和抑制固定態(tài)銨的釋放［15］有關(guān)。另外，施入鉀時(shí)所帶入的伴隨離子如氯離子對硝化細(xì)菌的活性有一定的影響，也能使硝化作用下降［16-17］。

磷酸二氫鈣的加入顯著降低了培養(yǎng)前期尿素處理土壤溶液中銨態(tài)氮的含量，但在培養(yǎng)中后期，磷酸二氫鈣處理土壤水溶性銨態(tài)氮的含量與尿素處理土壤無顯著差異。前人研究結(jié)果表明，尿素施入土壤后，存在著一個(gè)水解過程，其水解的最適pH在6.5左右［18］，而磷酸二氫鈣的加入會(huì)降低土壤的 pH值，使水解尿素的脲酶活性受到了一定的抑制［19］，使尿素水解速率降低。因此，在培養(yǎng)前期，一部分的酰胺態(tài)氮并沒有立即轉(zhuǎn)變成銨成氮，從而造成土壤溶液中銨態(tài)氮含量較低。但隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，土壤中酰胺態(tài)氮逐漸被脲酶水解完全轉(zhuǎn)變成銨態(tài)氮，使不同處理間水溶性銨態(tài)氮含量差異不顯著。磷酸二氫鈣對尿素處理土壤硝態(tài)氮的影響主要表現(xiàn)在處理前期，使土壤硝態(tài)氮含量顯著高于尿素處理土壤，這可能與土壤pH值降低抑制了氨揮發(fā)有關(guān)［20］。但磷酸二氫鈣對處理中期土壤的硝化有輕微的抑制作用，使土壤硝態(tài)氮含量低于尿素處理土壤，但均未達(dá)到顯著水平，這也與土壤pH的下降有正相關(guān)關(guān)系［21］，而磷酸二氫鈣對硝化作用的抑制，對提高肥料利用率、減少硝態(tài)氮的淋失是有益的。

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