寧夏賀蘭山東麓沙質(zhì)釀酒葡萄園土壤養(yǎng)分淋洗特征

趙鵬宇　郭永婷　王銳　紀(jì)立東　孫權(quán)

摘要：通過(guò)室內(nèi)土柱模擬，研究了賀蘭山東麓代表性釀酒葡萄園沙質(zhì)土壤硝態(tài)氯、銨態(tài)氯、速效磷、速效鉀的淋洗特征。結(jié)果表明，土壤對(duì)銨態(tài)氮的吸附能力比較強(qiáng)，銨態(tài)氮淋溶量與土柱高度呈正比，土壤對(duì)銨態(tài)氮的吸附主要集中在20～60 cm。硝態(tài)氮淋溶作用顯著高于銨態(tài)氮，且初次淋失量與第二次相差不大。隨著土柱高度的增加，速效磷、速效鉀淋失量和淋濾液濃度都增加。

關(guān)鍵詞：礫質(zhì)沙土；淋溶；土柱高度；淋失量；賀蘭山東麓；寧夏

農(nóng)田土壤對(duì)養(yǎng)分的利用率均較低，損失率較大，中國(guó)大部分耕地需補(bǔ)充氮肥，一半以上的耕地需補(bǔ)充磷肥，1/3-1/4的耕地需補(bǔ)充鉀肥。但過(guò)量施用化肥會(huì)使肥料利用率降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)旱地土壤氮素利用率僅為20%-40%，且施入土壤中的氮肥有10%-40%經(jīng)土壤淋溶進(jìn)入地下水15：磷的利用率為15%-30%：鉀的淋失量可高達(dá)120-170kg/（hm²·年）。

國(guó)際上通常采用室內(nèi)模擬和田間試驗(yàn)的方式，運(yùn)用間接計(jì)算法和直接測(cè)定法開(kāi)展速效養(yǎng)分淋失過(guò)程研究。研究表明，菜地和坡耕地硝態(tài)氮淋溶量為耕作層>心土層>底土層：稻季多次施用氮肥后，60 cm和90 cm深處滲漏液中銨態(tài)氮含量都小于2mg/L，而硝酸鹽淋溶比較顯著，多集中在3-15mg/L。土壤磷素很難移動(dòng)，磷肥在土壤中以固定作用為主，全磷累積淋失量非常少。土壤質(zhì)地是影響土壤鉀素滲漏淋失的主要因素之一，3種紫色土中鉀素遷移強(qiáng)度為酸性土>中性土>鈣質(zhì)土。

寧夏賀蘭山東麓因優(yōu)越的地理環(huán)境、突出的氣候與土壤特點(diǎn)，近年來(lái)逐步發(fā)展成為全國(guó)釀酒葡萄種植的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，且強(qiáng)烈依賴(lài)灌溉。但該區(qū)地處賀蘭山山前洪積扇，地勢(shì)高，土層淺，養(yǎng)分含量低，且多礫石，傳統(tǒng)的溝灌方式極易產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)元素的滲漏損失，不僅增加了生產(chǎn)成本，也會(huì)造成環(huán)境污染。目前針對(duì)西北干旱區(qū)堿性石灰性沙質(zhì)土壤的養(yǎng)分淋溶的研究較少。本研究以賀蘭山東麓典型釀酒葡萄園礫質(zhì)沙土為對(duì)象，通過(guò)土柱淋洗試驗(yàn)探究北方堿性沙質(zhì)土壤高滲漏條件下灌溉對(duì)土壤氮磷鉀的淋洗機(jī)理，以期為改變施肥方式，提高肥料利用率，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)葡萄產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供理論依據(jù)。

1.材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用室內(nèi)土柱模擬。土柱材料為PVC，內(nèi)徑為10 cm，高為120 cm，底部呈漏斗狀，下方有小孔，孔徑為5 cm。底部放置直徑10 cm的有機(jī)玻璃，有機(jī)玻璃上有均勻的孔洞，孔徑為5 mm，有機(jī)玻璃上附濾網(wǎng)，以濾網(wǎng)包裹整個(gè)有機(jī)玻璃，濾網(wǎng)孔徑為2 mm，并且在濾網(wǎng)和有機(jī)玻璃之間加入一張濾紙，有機(jī)玻璃上放置5 cm厚的碎石過(guò)濾層，碎石的粒徑為2-4 mm，再將濾紙置于碎石上，濾網(wǎng)置于濾紙上部。濾液施加進(jìn)管內(nèi)從上到下依次經(jīng)過(guò)土壤、濾網(wǎng)、濾紙、碎石過(guò)濾層、濾網(wǎng)、濾紙、有機(jī)玻璃、濾網(wǎng)到達(dá)出水口。

1.2試驗(yàn)方法

土壤選取礫質(zhì)沙土，供試土壤采自賀蘭山東麓志輝原石酒莊釀酒葡萄基地，釀酒葡萄品種為赤霞珠，樹(shù)齡4年。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以20 cm土柱不施肥只灌水為對(duì)照（CK），另設(shè)置4個(gè)土柱高度處理，3次重復(fù)，分別采集0～20、20-40、40～60、60-80 cm土層土壤，風(fēng)干后過(guò)2 mm篩子，裝入土柱，噴灑少量去離子水，使其自然沉降到20、40、60、80 cm高度，對(duì)應(yīng)處理編號(hào)為1、2、3、4。處理后各層土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1和表2。依據(jù)土壤的田間持水量在土柱內(nèi)加水，使土壤水分達(dá)到田間持水量的毛管懸著水狀態(tài)，試驗(yàn)所用水為去離子水。PVC管下面用塑料杯收集下滲液。依據(jù)前期葡萄地肥料施用量試驗(yàn)結(jié)果，將N、P₂O₅、K₂O單次添加標(biāo)準(zhǔn)分別設(shè)定為150、60、120 kg/hm²，換算為單質(zhì)肥料實(shí)物形態(tài)后給土柱施肥。所有肥料均采用統(tǒng)一的單質(zhì)肥料，氮肥為硫酸銨（含N 21%），磷肥為磷酸二氫鈣（含P₂O₅52%），鉀肥為硝酸鉀（含K₂O 47%）。依據(jù)賀蘭山東麓沙質(zhì)釀酒葡萄園灌溉制度，模擬試驗(yàn)設(shè)定灌水2次，第一次按照100 m³/667 m²灌水，肥料溶于水隨水一次性施加。第二次不施加肥料，灌水量為50m³/667 m²。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

樣品過(guò)濾后測(cè)定氮、磷、鉀。硝態(tài)氮采用硫酸水楊酸比色法，銨態(tài)氮采用蒸餾法測(cè)定，速效磷采用硫酸鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用SAS 8.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用鄧肯多重極差進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平為P<0.05，（n=5）。淋失量=[處理淋濾液氮（磷、鉀）含量-CK淋濾液氮（磷、鉀）含量]/施加肥量×100%，其中氮、磷、鉀含量均為純養(yǎng)分含量。

2.結(jié)果與分析

2.1銨態(tài)氮的淋溶特征

銨態(tài)氮為一價(jià)陽(yáng)離子，施入土壤后較容易被土壤顆粒代換吸附。供試土壤施用銨態(tài)氮后模擬漫灌對(duì)銨離子的淋洗特征見(jiàn)表3和表4。

由表3可以看出，盡管供試土壤沙粒占99%以上，但對(duì)于銨態(tài)氮仍然有較強(qiáng)吸附能力，第一次淋洗出來(lái)的銨態(tài)氮只占加入氮量的0.18%～0.51%。

干旱區(qū)沙質(zhì)土壤開(kāi)春后第一次灌溉量較大，第二次灌溉量則大大減小。因此，模擬田間情況第二次灌水量減半時(shí)，前次所施銨態(tài)氮被淋洗出來(lái)的量達(dá)到首次淋洗量的10倍以上。盡管如此，被淋洗出來(lái)的銨態(tài)氮絕對(duì)數(shù)量仍然較少，占所加入氮量的1.82%-3.49%（表4）。

表3和4還反映出，供試土壤本身滲透性較好，銨態(tài)氮漫灌條件下的淋失量隨土柱高度的增加而依次遞增。

2.2硝態(tài)氮的淋溶特征

硝態(tài)氮為陰離子，最不容易被土粒吸附，反而容易淋失。供試土壤施用硝態(tài)氮肥后的淋失情況見(jiàn)表5和表6。

由表5可知，模擬漫灌的首次淋溶液中，硝態(tài)氮濃度為銨態(tài)氮濃度的10倍以上，且隨土柱高度的增加而依次遞增。80 cm土柱的硝態(tài)氮濃度顯著高于20 cm土柱。但是不同高度的淋失量無(wú)顯著性差異，其淋出量占施氮量的16.80%～24.29%。

模擬田間情況第二次灌水量減半時(shí)，其淋出硝態(tài)氮濃度要小于首次，且隨土柱高度的增加而依次遞減，但無(wú)顯著性差異，其淋失量為5.72%～8.11%（表6）。

表5和6還反映出，兩次總的淋失量達(dá)到24.91%-30.01%。隨著土柱高度的增加其總的淋失量逐漸增加。

2.3速效磷的淋溶特征

土壤溶液中的磷會(huì)逐漸被土壤吸附或與Fe、Al等形成沉淀物，難以借助于水的作用向下擴(kuò)散和移動(dòng)。供試土壤施磷肥后的淋失情況見(jiàn)表7和表8。

由表7可知，首次淋洗，隨著土柱高度的增加，速效磷濃度逐漸增加。80、60 cm淋濾液速效磷濃度顯著增高。土壤對(duì)速效磷的固定作用比較強(qiáng)烈，淋失量很小，占施磷量的0.88%～2.72%。

第二次灌水淋洗，速效磷濃度無(wú)顯著性差異，淋失量要小于首次淋洗，只有0.64%-1.29%（表8）。

2.4速效鉀的淋溶特征

由表9可知，首次淋洗速效鉀的濃度是硝態(tài)氮濃度的2倍以上，但淋失量只占施鉀量的3.48%～21.91%。不同土柱高度的淋失量差異顯著，隨土柱高度的增加依次增加。

第二次灌水量減半，其淋出鉀含量只有首次淋洗的一半，但其淋出濃度仍然很高，并且隨著土柱高度的增加而增加，其淋失量占施鉀量的0.84%～8.64%。

3.討論

過(guò)量的氮肥投入會(huì)導(dǎo)致單位播種面積的施氮量迅速上升，但氮的利用率一直較低，這就意味著絕大部分氮素?fù)p失了。磚紅壤滲漏液中銨態(tài)氮來(lái)源主要為土柱本身，受施肥影響不大，表層尿素水解后在75 d之內(nèi)很難淋失到120 cm以下的土層，淋失下來(lái)的銨態(tài)氮很容易被土壤固相吸附。本研究銨態(tài)氮第一次淋溶出來(lái)的濃度比較?。ǖ侨猿^(guò)水體富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)0.2 mg/L），淋失量也很小，與前人研究結(jié)果一致。

下層土壤有機(jī)質(zhì)含量低，其原有吸附態(tài)銨量少，導(dǎo)致深層土壤吸附量反而顯著高于表層土壤，吸附量與深度呈正相關(guān)關(guān)系。但本試驗(yàn)與其研究結(jié)果相反，隨著土柱高度的增加淋溶量增加。因?yàn)榱芟此捏w積大，養(yǎng)分沒(méi)有被吸附就被淋洗了?？梢钥闯?，施肥量（150 kg/hm²）、灌水量較大（100 m³/667 m²）的情況下，隨著土層深度的增加，其銨態(tài)氮淋出濃度和淋失量越高。

農(nóng)田土壤各種形態(tài)的氮素中，NO-N難以被土壤顆粒吸附，是土壤氮素轉(zhuǎn)化、遷移過(guò)程中最活躍的氮素形態(tài)。與銨態(tài)氮不同的是，硝態(tài)氮的淋失主要發(fā)生在第一次，并且兩次的淋失量已經(jīng)超過(guò)了20%。說(shuō)明硝態(tài)氮不易被土壤吸附，這與前人的研究結(jié)果相一致。不同高度土柱的淋溶濃度、淋出率無(wú)顯著差異，說(shuō)明在相同施肥量和灌水量較大時(shí)，硝態(tài)氮的淋失和土柱高度不相關(guān)。

磷的移動(dòng)性很小，不易從剖面上層淋溶下移。有的土壤因剖面中其他成分淋溶強(qiáng)烈，會(huì)使剖面上層的全磷量相對(duì)增加。在一般施磷量下，由于土壤溶液中的磷會(huì)逐漸被土壤吸附或與Fe、Al等形成沉淀物，難以借助于水的作用向下擴(kuò)散和移動(dòng)。但是當(dāng)土壤施磷量超過(guò)土壤對(duì)磷的吸附飽和度，土壤中磷濃度迅速增加，借助于水的作用擴(kuò)散速度會(huì)增加，而且可能會(huì)出現(xiàn)質(zhì)流，使磷移動(dòng)速度猛增。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相同施氮量的情況下，隨著高度的增加，磷的淋失量和淋濾液濃度逐漸增加。

董艷紅研究表明，長(zhǎng)時(shí)間（24 h）淋溶后鉀肥表觀淋出率與土壤pH、粉粒、全鉀、緩效鉀和長(zhǎng)石含量均呈顯著負(fù)相關(guān)，其中全鉀和粉粒的影響作用最大。本試驗(yàn)隨著土柱高度的增加，鉀的淋失量逐漸增大。

4.結(jié)論

土壤對(duì)于銨態(tài)氮的吸附能力比較強(qiáng)，在相同施氮量情況下，其淋溶濃度的多少與土柱高度呈正相關(guān)，總淋出量較低，第二次的淋失量和淋濾液濃度都要高于第一次。硝態(tài)氮的硝化作用和淋溶作用強(qiáng)烈，兩次淋失量達(dá)到20%以上。