施用石灰對(duì)雷竹林土壤氮磷流失的影響

莊舜堯，季海寶，程 琳，李國棟，桂仁意

（1.中國科學(xué)院南京土壤研究所 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300）

施用石灰對(duì)雷竹林土壤氮磷流失的影響

莊舜堯1，季海寶1，程 琳1，李國棟2，桂仁意2

（1.中國科學(xué)院南京土壤研究所 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300）

2011年在浙江省臨安市采取施用石灰的方法對(duì)退化雷竹（Phyllostachys praecox cv.Prevernalis）林土壤氮磷流失進(jìn)行了田間試驗(yàn)。結(jié)果表明，施用石灰可以顯著提高土壤的 pH值；土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮與可溶態(tài)總氮的流失量分別為719.1、88.58與1 058.6 g/hm2，較對(duì)照分別減少20.5%、48.6%與17.9%；對(duì)土壤磷流失沒有顯著影響。

雷竹；土壤酸化；石灰；氮磷流失

雷竹（Phyllostachys praecox cv.Prevernalis）為優(yōu)良筍用散生竹種，具有出筍早、出筍期長(zhǎng)、產(chǎn)量高、殼薄肉厚、筍味鮮美、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)。自1991年，竹農(nóng)開始采取高效覆蓋的栽培技術(shù)來提高竹筍的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)雷筍反季節(jié)生產(chǎn)，從而獲得極高的經(jīng)濟(jì)效益。然而，隨著雷竹林地覆蓋年限的增加，雷竹林土壤普遍存在嚴(yán)重的酸化現(xiàn)象，施用石灰則可能是一種有效的改良措施。通常，施加石灰是改造中、輕度退化林的一個(gè)傳統(tǒng)和有效的方法。施用石灰可以降低土壤酸度，有效緩解Al和其他重金屬毒害，補(bǔ)充Ca、Mg營養(yǎng)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的生物活性和養(yǎng)分循環(huán)能力，從而改善植株?duì)I養(yǎng)和生長(zhǎng)狀況，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。有研究認(rèn)為添加石灰可顯著提高紅壤氮素的礦化作用，而且在低pH紅壤上添加石灰對(duì)礦化作用的促進(jìn)效應(yīng)要比高pH紅壤強(qiáng)[2]；而蔡?hào)|等[1]和Dorland等[3]則認(rèn)為，施用石灰在提高土壤氮礦化的同時(shí)，也會(huì)增強(qiáng)土壤的硝化作用，使土壤中NO3-N積累量增加。而NO3-N易遭受雨水或灌溉水淋洗而進(jìn)入地下水或通過徑流、侵蝕等匯入地表水中，造成水體污染[4]。Lundell等[5]只在含氮量高的土壤上發(fā)現(xiàn)NO3-N淋失量的增加，而在停止施用石灰后N、Ca、Mg的淋失量均迅速減少。有學(xué)者認(rèn)為，酸性土壤中的鐵鋁氧化物是磷（P）的主要吸附基質(zhì)[6]，添加石灰可以提高土壤pH值，降低Fe、Al活性，使其產(chǎn)生沉淀，極大地降低了土壤對(duì)P的吸附量，從而提高土壤有效P含量[7~8]。王光火等[9]研究卻發(fā)現(xiàn)，土壤對(duì)磷的吸附不僅取決于土壤的pH值，還受土壤交換性Al含量的影響。對(duì)于交換性Al含量較高的土壤，提高酸性土壤的pH，會(huì)導(dǎo)致交換性Al的水解，生成羥基鋁聚合物，增加對(duì)磷的吸附。顯然，一方面，施用石灰可以加速土壤氮礦化，提高有效磷含量，促進(jìn)植物對(duì)氮磷的吸收；另一方面，在雷竹林土壤養(yǎng)分積累及酸化背景下，施用石灰則會(huì)由硝化作用引起氮素流失增加以及土壤有效磷含量的減少。綜合來看，我們不清楚施用石灰是否會(huì)增加雷竹林地氮磷流失。因此，本研究在酸化土壤改良的基礎(chǔ)上，探討田間雷竹林地施用石灰處理對(duì)土壤氮磷流失的影響，以期為雷竹生產(chǎn)的水環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地及方法

在浙江省臨安市太湖源鎮(zhèn)黃崗村選擇一塊退化嚴(yán)重的雷竹林坡地進(jìn)行田間試驗(yàn)，在坡地雷竹林上設(shè)置徑流小區(qū)，實(shí)驗(yàn)區(qū)設(shè)置施石灰和不施石灰2個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共6個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為20 m2，長(zhǎng)×寬 = 10 m×2 m，坡度約15o。小區(qū)四周用木板隔開，木板埋深35 cm，并用土埂加固，這樣可以防止小區(qū)間出現(xiàn)串流和側(cè)滲，然后在坡下挖出一個(gè)向右傾斜的長(zhǎng)2 m、寬0.2 m的集水槽，槽內(nèi)鋪上集水管。水槽的右側(cè)通過PVC管連接一個(gè)50 L的集水桶。桶上加蓋，并用薄膜包裹住桶口并用石塊壓住桶蓋上的薄膜，避免大風(fēng)時(shí)薄膜被吹開同時(shí)能防止收集桶上浮。各小區(qū)內(nèi)按照雷竹林傳統(tǒng)的施肥方式和時(shí)間施肥，即從2011年10月開始在各小區(qū)內(nèi)施用無機(jī)復(fù)合肥（N：P：K = 16：16：16）和尿素，按照全年4.73 t/hm2施肥，在10月、次年3月以及8月分3次施肥，每個(gè)小區(qū)合計(jì)施無機(jī)復(fù)合肥和尿素共9.45 kg。石灰施用則是每半年1次（2011年10月與2012年4月），每次用量為每小區(qū)20 kg。

水樣采集：降雨發(fā)生后，地表徑流和地下徑流會(huì)流向低處的集水槽中，每個(gè)月定期測(cè)定一次徑流集水桶中徑流液體積，人工充分混勻泥水，用500 mL塑料瓶裝部分泥水混合樣帶回實(shí)驗(yàn)室分析各種形態(tài)的氮磷含量。在降雨量多的月份增加一次水樣的采集。自2011年11月至2012年10月，共采集到泥水混合樣14批。

土樣采集：采集小區(qū)內(nèi)0 ~ 60 cm土壤樣品進(jìn)行基本理化性質(zhì)分析。施用石灰之后，每個(gè)月定期采集小區(qū)內(nèi)表層0 ~ 20 cm土壤樣品，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其pH、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮以及有效磷含量。

1.2 樣品分析

試驗(yàn)中土壤樣品進(jìn)行了pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效鉀及速效磷的分析，水樣進(jìn)行了全氮、全磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷的分析。pH值采用KCl浸提電極法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法，全氮采用凱氏定氮法，全磷全鉀采用H2SO＋HClO4消解后再用比色法及火焰光度計(jì)法測(cè)定，有效磷用NH4F浸提后比色測(cè)定，速效鉀NH4OAc提取后火焰光度計(jì)法測(cè)定，氨氮采用比色法，硝氮采用雙波長(zhǎng)比色法[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

處理間的數(shù)據(jù)比較采用SPSS軟件的ANOVA顯著性檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 退化雷竹林土壤基本性質(zhì)

從表1可以看出，土壤酸化嚴(yán)重，pH值低，表層僅為3.12。土壤有機(jī)質(zhì)含量表層為32.1 g/kg，逐層下降。土壤全氮與有機(jī)質(zhì)類似。土壤全磷含量在表層為1.42 g/kg，中層為0.91 g/kg，下層為0.81 g/kg，然而，有效磷含量在表層達(dá)到300 mg/kg，遠(yuǎn)高于一般土壤（相近水田僅為7.1 mg/kg）。全鉀含量各層差異不大，約為8 g/kg，但速效鉀含量在131 ~ 227 mg/kg，也遠(yuǎn)高于一般土壤（相近水田為40.5 mg/kg）。這表明，退化雷竹林土壤表現(xiàn)出顯著的酸化現(xiàn)象，而土壤養(yǎng)分大量積累。這些結(jié)果與以前研究報(bào)道結(jié)果類似[11~12]。正因?yàn)橥寥垒^低的 pH值，可能導(dǎo)致雷竹林的生長(zhǎng)衰退，施用石灰來提高土壤pH，改善土壤養(yǎng)分環(huán)境以有利于雷竹的良好生長(zhǎng)。

表1 試驗(yàn)樣地土壤基本性質(zhì)Table 1 Physiochemical properties of tested soil before experiment

2.2 施用石灰后雷竹林土壤pH值的變化

施用石灰可以提高土壤pH值，但pH值的提高與石灰用量密切相關(guān)。從本試驗(yàn)結(jié)果來看（圖 1），在前期（2011年10月）施用石灰后，土壤pH沒有顯著提高，維持在3.2左右；這說明土壤的pH緩沖性較高，低量的石灰不足以顯著改變土壤pH值。第二次（2012年4月）施用石灰后，土壤pH值開始有顯著提高，與前期相比，最大值約提高了3個(gè)單位。

2.3 施用石灰對(duì)雷竹林氮磷流失的影響

從表 2可知，雷竹林土壤徑流液硝態(tài)氮濃度為0.37 ~ 26.5 mg/L，平均為5.95 mg/L；銨態(tài)氮為0.04 ~ 14.0 mg/L，平均為2.94 mg/L；總氮為3.16 ~ 41.6 mg/L，平均為10.2 mg/L；相比施用石灰后，硝態(tài)氮平均濃度為5.03 mg/L，銨態(tài)氮為1.83 mg/L，總氮為8.66 mg/L，都要相應(yīng)地小于對(duì)照。對(duì)照處理中徑流液正磷酸鹽濃度為0.090 ~ 0.255 mg/L，平均0.189 mg/L，而施用石灰后為0.091 ~ 0.393 mg/L，平均為0.189 mg/L，兩者平均濃度相同；對(duì)照處理徑流液總磷為0.563 ~ 1.40 mg/L，平均為1.069 mg/L，施用石灰后平均為1.059 mg/L。同時(shí)，不同處理徑流液氮磷濃度隨時(shí)間均有很大的波動(dòng)。

圖1 施用石灰對(duì)雷竹林表層土壤pH的影響Figure 1 Effect of liming on pH of surface soil in tested stand

表2 施石灰和不施石灰處理土壤徑流液氮磷濃度比較Table 2 Comparison on nitrogen and phosphorus in runoff from treated and untreated standmg·L－1

根據(jù)徑流液濃度與體積，可以計(jì)算得到雷竹林土壤氮磷流失通量（表3、表4）。從結(jié)果來看，對(duì)照雷竹林土壤徑流損失中總氮為1 239.4 g/hm2，在夏季流失量最高為748.9 g/hm2；在流失氮中硝態(tài)氮占了主要的比例，達(dá)到69.97%，其次為有機(jī)氮19.42%，銨態(tài)氮最少為10.61%。對(duì)照雷竹林總磷流失量為141.9 g/hm2，最大流失量也發(fā)生在夏季，流失形態(tài)以正磷酸鹽為主，占90.03%。相比，施用石灰后，總氮流失量為1 058.6 g/hm2，總磷流失量為137.6 g/hm2，均低于對(duì)照處理，較對(duì)照分別減少了20.5%、48.6%與17.9%。

3 結(jié)論

表3 對(duì)照雷竹林地土壤中可溶態(tài)氮磷流失通量Table 3 Soluble nitrogen and phosphorus loss in the control

表4 施加石灰的雷竹林地可溶態(tài)氮磷流失通量Table 4 Soluble nitrogen and phosphorus loss in the treated stand

由試驗(yàn)結(jié)果看，施用石灰后，土壤pH值顯著提高，銨態(tài)氮濃度下降，銨態(tài)氮的流失量顯著下降，達(dá)48.6%；施用石灰與否，硝態(tài)氮都是流失氮的主要部分，施用石灰使硝態(tài)氮的流失也有所下降，說明雷竹對(duì)硝態(tài)氮的吸收是有所增加的。施用石灰對(duì)土壤磷的流失沒有顯著影響，主要是土壤中磷移動(dòng)性較弱，同時(shí)施用石灰對(duì)磷的影響過程較為復(fù)雜，一方面增加通過吸附而固定，另一方面可促進(jìn)礦化增加可移動(dòng)量。

總之，合理施用石灰可降低雷竹林地氮磷的流失，促進(jìn)雷竹對(duì)氮磷的吸收利用。

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Effect of Liming on Loss of Nitrogen and Phosphorus in Soil of Phyllostachys praecox cv.Prevernalis Stand

ZHUANG Shun-yao1，JI Hai-bao1，CHENG Lin1，LI Guo-dong2，GUI Ren-yi2
（1.Key Lab of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2.State Key Lab Cultivation Base of Subtropical Silviculture, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China）

Field experiment was conducted at a degraded Phyllostachys praecox cv.prevernalis stand in Lin’an, Zhejiang province in 2011 to investigate the effect of liming on nitrogen and phosphorus loss.Results showed that liming increased soil pH significantly.The loss of nitrate, ammonium and total dissolved nitrogen in treated soil reached 719.1, 88.58 and 1058.6 g/ha respectively, which was lower by 20.5%, 48.6% and 17.9% compared to that in the control(no treatment).However, the experiment indicated that liming had no significant effect on soil phosphorus loss.

Phyllostachys praecox cv.prevernalis; soil acidification; lime; nitrogen and phosphorus loss

S714.5

B

1001-3776（2014）06-0068-04

2014-07-30；

2014-09-10

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA05070303）資助

莊舜堯（1970－），男，浙江舟山人，副研究員，博士，從事土壤化學(xué)研究。