減控氮施肥量對(duì)大棚土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響*

聶大杭，陳蕾蕾，梁 青，苑喜軍

（1.赤峰市農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，內(nèi)蒙古赤峰 024000； 2.赤峰市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，內(nèi)蒙古赤峰 024000）

減控氮施肥量對(duì)大棚土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響*

聶大杭1，陳蕾蕾2，梁 青1，苑喜軍1

（1.赤峰市農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，內(nèi)蒙古赤峰 024000； 2.赤峰市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，內(nèi)蒙古赤峰 024000）

通過(guò)赤峰市松山區(qū)黃瓜大棚試驗(yàn)，研究了減量施肥對(duì)大棚土壤環(huán)境的影響。結(jié)果表明，常規(guī)施氮肥減量15%處理，黃瓜產(chǎn)量水平最高，在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還能緩解氮肥對(duì)土壤的潛在威脅；土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均隨土壤深度的增加而減少；土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮總體變化趨勢(shì)相似，均表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢(shì)；土壤硝態(tài)氮平均含量要高于土壤銨態(tài)氮平均含量。

土壤環(huán)境；銨態(tài)氮；硝態(tài)氮；減量施肥

大棚蔬菜生產(chǎn)屬高投入高產(chǎn)出、人為調(diào)控能力較強(qiáng)的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式［1］。由于蔬菜大棚的特殊建造結(jié)構(gòu)及高度集約化的生產(chǎn)方式，形成了特殊的管理方法，與露地比較，大棚內(nèi)土壤的理化生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生了很大變化［2］。土壤是植物的營(yíng)養(yǎng)庫(kù)之一，植物除向大氣攝取所需的碳、氧等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還必須從土壤中獲得大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)滿(mǎn)足其生存需要［3］。近年來(lái)農(nóng)戶(hù)為了追求高產(chǎn)，普遍存在盲目施肥的現(xiàn)象，尤其偏重于施氮肥，以為氮肥見(jiàn)效快，易增產(chǎn)，可氮肥施用過(guò)多，會(huì)使土壤硝態(tài)氮大量積累，從而使土壤酸化，氮肥施入過(guò)多還會(huì)使土壤中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸，反硝化生成二氧化氮?dú)?，?dāng)二氧化氮濃度達(dá)到一定含量時(shí)，就會(huì)對(duì)作物造成毒害。氮素已成為日益增長(zhǎng)的環(huán)境污染物質(zhì)之一［4］，因氮素而引起的環(huán)境問(wèn)題已在國(guó)際上引起了廣泛的關(guān)注［5］。因此，合理控制肥料施用量，尤其是氮肥的施用量，對(duì)保護(hù)大棚土壤和蔬菜安全具有重大意義。利用赤峰市松山區(qū)黃瓜大棚試驗(yàn)資料，研究不同施肥模式對(duì)大棚土壤的影響，以期為大棚合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地塊位于赤峰市松山區(qū)，大夫營(yíng)子鄉(xiāng)穆家營(yíng)子村。供試土壤為草甸土，供試土壤主要農(nóng)化性狀如表1。

1.2 供試作物

供試黃瓜品種為農(nóng)大14號(hào)，于2016年5月10日定植，10月10日拉秧。

1.3 供試肥料

氮肥用尿素（含N 46%），磷肥用重過(guò)磷酸鈣（含P2O546%），鉀肥用硫化鉀（含K2O 50%）。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，詳見(jiàn)表2。

表1 供試土壤農(nóng)化性狀Table 1 The nature of soil

表2 試驗(yàn)方案Table 2 Pilot program （kg／667m2）

每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)排列，每個(gè)小區(qū)20 m2，氮、磷、鉀肥用量按多年農(nóng)戶(hù)常規(guī)施肥量確定。磷、鉀肥以基肥的方式一次深施。1／4的尿素做基肥與磷、鉀肥一起深施，并分別于黃瓜初花期、初果成熟期、盛果期在黃瓜根系旁土壤進(jìn)行鉆孔追施氮肥總用量的3／4，施肥后覆土。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別于每次追肥前1 d（即6月10日、7月11日、8月12日）和拉秧后（10月10日）采集各處理表層（0～30 cm）和深層（30～60 cm）土壤樣品。所取土樣置于4℃冰箱中冷藏放置，用于土壤NH4＋-N和 NO3－-N的測(cè)定［6］。土壤 NH4＋-N和NO3－-N采用2mol／L的KCL提取，NH4＋-N測(cè)定采用靛酚藍(lán)法，NO3－-N測(cè)定采用Cu-Cr還原法［7］。黃瓜分次采收稱(chēng)重，最后累計(jì)計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量，并換算為畝產(chǎn)量。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析方法

應(yīng)用Microsoft Excel 2003和F檢驗(yàn)與L.S.D統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥減量處理對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

圖1列出了不同氮肥減量處理下黃瓜產(chǎn)量的平均值。從中可以看出，處理 CF85氮肥減量15%處理黃瓜產(chǎn)量最高，與農(nóng)戶(hù)常規(guī)施肥比增產(chǎn)2.1%，說(shuō)明合理的減少氮肥不但不會(huì)減產(chǎn)，還有可能增加作物產(chǎn)量。當(dāng)?shù)视昧繙p少30%時(shí)，黃瓜產(chǎn)量與常規(guī)施肥處理比出現(xiàn)了明顯的下降，說(shuō)明氮素是植物生長(zhǎng)的重要限制因素之一［8］，為保證經(jīng)濟(jì)效益，必須合理確定氮肥的施用量。

2.2 氮肥減量處理對(duì)大棚土壤硝態(tài)氮的影響

氮素是作物生長(zhǎng)需求量最大，對(duì)作物增產(chǎn)貢獻(xiàn)最大的營(yíng)養(yǎng)元素。土壤中的氮素可分為有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮，其中可被植物直接吸收利用的無(wú)機(jī)態(tài)氮主要包括銨態(tài)氮和硝態(tài)氮［9］。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對(duì)作物氮營(yíng)養(yǎng)的效用等價(jià)，但在不同的具體條件下存在差異［10］。一般認(rèn)為NO3－的吸收是主動(dòng)過(guò)程，而 NH4＋是與 H＋進(jìn)行交換吸收的［11］。土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量變化較大［12］。硝態(tài)氮被認(rèn)為是土壤環(huán)境中造成地下水污染的主要污染源之一，其在土壤中的運(yùn)移行為現(xiàn)已成為環(huán)境科學(xué)和土壤學(xué)研究的熱點(diǎn)［13］。

從圖2可以看出，0～30 cm土層中，不施氮肥處理土壤硝態(tài)氮含量呈一直下降趨勢(shì)，說(shuō)明隨作物的生長(zhǎng)不斷從土壤中吸取硝態(tài)氮，造成土壤硝態(tài)氮含量下降，各施肥處理土壤硝態(tài)氮含量呈先下降后逐漸上升的趨勢(shì)，施氮量越大，土壤中硝態(tài)氮含量越高，最終殘留在土壤中的氮素越多，對(duì)土壤環(huán)境的潛在威脅也越大。已有研究指出，硝態(tài)氮淋失是導(dǎo)致土壤肥力降低的重要因子，同時(shí)，它也是導(dǎo)致地下水污染或土壤酸化的重要原因［14］。

從圖3可以看出，30～60 cm土層中，土壤硝態(tài)氮含量變化趨勢(shì)與上層土壤相同，對(duì)比發(fā)現(xiàn)下層土壤的硝態(tài)氮含量明顯低于上層土壤中的硝態(tài)氮含量，這與李榮等的研究結(jié)果一致，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均隨土壤深度的增加而減少［15］。

2.3 氮肥減量處理對(duì)大棚土壤銨態(tài)氮的影響

銨態(tài)氮是自然界氮元素的一種存在形態(tài)，以銨根離子（NH4＋）的形態(tài)存在和流通于土壤中?？梢耘c其他形式的氮元素在一定條件下互相轉(zhuǎn)化。其溶解度大，能夠被植物快速吸收，但由于銨根離子具有酸性，因此會(huì)與堿性土壤中和而導(dǎo)致氮元素?fù)]發(fā)。與硝態(tài)氮相比，銨態(tài)氮更容易被土壤吸附［16］。

從圖4可以看出，0～30 cm土層中，不施氮肥處理土壤銨態(tài)氮含量呈一直下降趨勢(shì)，說(shuō)明隨作物的生長(zhǎng)，作物不斷從土壤中吸取銨態(tài)氮，從而使銨態(tài)氮的含量不斷下降，各施肥處理土壤銨態(tài)氮變化情況與土壤硝態(tài)氮變化情況相似，也呈先下降后逐漸上升的趨勢(shì)，隨施氮量的增大，土壤中銨態(tài)氮含量不斷升高。

從圖5可以看出，30～60 cm土層中，土壤銨態(tài)氮含量變化趨勢(shì)與上層土壤相同，也呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)下層土壤的銨態(tài)氮含量明顯低于上層土壤中的銨態(tài)氮含量，對(duì)比土壤硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量，發(fā)現(xiàn)各處理土壤硝態(tài)氮含量平均值均比土壤銨態(tài)氮含量平均值要高，這與李永山等的研究結(jié)果相似，旱作土壤中硝態(tài)氮含量顯著高于銨態(tài)氮含量［17］。

圖1 不同施肥模式對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響Figure 1 The influence of cucumber yield under different fertilization models

圖2不同施肥模式對(duì)0～30 cm土層中土壤硝態(tài)氮含量的影響Figure 2 The influence of soil nitrate nitrogen concentration in 0 to 30 cm soil layer under different fertilization models

圖3 不同施肥模式對(duì)30～60 cm土層中土壤硝態(tài)氮含量的影響Figure 3 The influence of soil nitrate nitrogen concentration in 30 to 60 cm soil layer under different fertilization models

圖4 不同施肥模式對(duì)0～30 cm土層中土壤銨態(tài)氮含量的影響Figure 4 The influence of soil ammonia nitrogen concentration in 0 to 30 cm soil layer under different fertilization models

圖5 不同施肥模式對(duì)30～60 cm土層中土壤硝態(tài)氮含量的影響Figure 5 The influence of soil ammonia nitrogen concentration in 30 to 60 cm soil layer under different fertilization models

3 小結(jié)

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的自然資源。土壤環(huán)境的優(yōu)劣直接影響著農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而影響著人類(lèi)的生活和發(fā)展。土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量過(guò)多，不僅易造成養(yǎng)分流失，水體的富營(yíng)養(yǎng)化，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成毒害。

本研究結(jié)果表明，隨氮肥施入量的增大，土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均呈上升趨勢(shì)。土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮總體變化趨勢(shì)相似，均呈先下降后上升的趨勢(shì)。對(duì)比銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的平均含量發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮的平均含量要高于銨態(tài)氮的平均含量，這可能與微生物的活動(dòng)有關(guān)，土壤微生物在同化氮素時(shí)，常常對(duì)銨態(tài)氮表現(xiàn)出一定的偏好［18］，同時(shí)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮同時(shí)存在時(shí)，會(huì)抑制微生物對(duì)硝態(tài)氮的吸收，從而加劇了土壤銨態(tài)氮的消耗。因此，土壤銨態(tài)氮含量較土壤硝態(tài)氮含量要低。土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均出現(xiàn)隨土壤深度增加而下降的趨勢(shì)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象與三方面因素有關(guān)：一是同一剖面土壤有機(jī)質(zhì)含量隨深度的下降而減?。?9］，而有機(jī)質(zhì)含量與氮素循環(huán)有密切的關(guān)系；二是隨土壤深度增加微生物的數(shù)量下降［19］，氮素的礦化受阻；三是隨深度增加，土壤顆粒粒徑加粗，不同粒級(jí)中無(wú)機(jī)態(tài)氮含量和分布均隨土壤顆粒的加粗而逐漸減少［20～21］。因此，土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均隨土層的加深而下降。

本研究還發(fā)現(xiàn)，常規(guī)施氮肥減量15%處理，黃瓜產(chǎn)量水平最高，在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還能降低土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的殘留，從而保護(hù)土壤環(huán)境。

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Effects of Nitrogen Fertilizer on Nitrogen and Ammonium Nitrogen in Greenhouse Soil

NIE Da-hang1，CHEN Lei-lei2，LIANG Qing1，YUAN Xi-jun1
（1．Agricultural Technology Service Center of Chifeng City，Chifeng，Inner Mongolia 024000； 2．Chifeng EnvironmentalMonitoring Central Station，Chifeng，Inner Mongolia 024000）

A greenhouse test in Songshan District of Chifeng City was done to study the effect of reduced fertilization on soil environment in greenhouse.The results showed that nitrogen fertilizer 15%reduction processing had the highest cucumber yield levels.This processing could ensure economic benefit and alleviate the potential threat of nitrogen fertilizer on soil；in the vertical direction，the content of N of either form decreased with the depth along soil profiles；the overall variation tendency for soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen was similar，itwas characterized by first decline after rising trend；the average content of soil nitrate nitrogen was higher than the average content of soil ammonium nitrogen.

Soil environment；Ammonium nitrogen；Nitrate nitrogen；Reduced fertilization

S147.3

B

1002－1728（2017）04－0029－05

10.3969／j.issn.1002－1728.2017.04.007

2017－04－05

農(nóng)業(yè)部測(cè)土配方施肥項(xiàng)目

聶大杭（1983－），男，高級(jí)農(nóng)藝師，碩士，主要從事測(cè)土配方施肥及土壤修復(fù)方面的研究工作。通訊作者：陳蕾蕾（1987－），女，工程師，碩士，主要從事環(huán)境保護(hù)及土壤修復(fù)方面的研究工作。