氮肥配施生化抑制劑對黃泥田土壤鉀素淋溶特征的影響*

周 旋, 吳良歡, 董春華

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氮肥配施生化抑制劑對黃泥田土壤鉀素淋溶特征的影響*

周 旋1,2,3, 吳良歡1,2**, 董春華3

(1.教育部環(huán)境修復與生態(tài)健康重點實驗室/浙江大學環(huán)境與資源學院 杭州 310058; 2.浙江省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點實驗室 杭州 310058; 3. 湖南省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所 長沙 410125)

中國南方黃泥田土壤中養(yǎng)分淋失嚴重, 尤其是氮(N)和鉀(K), 不僅造成資源浪費和潛在環(huán)境威脅, 還嚴重制約作物的可持續(xù)生產(chǎn)。采用室內(nèi)土柱模擬培養(yǎng), 研究尿素(U)和尿素硝銨(UAN)中單獨添加脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制劑2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP), 及兩者配合施用對黃泥田土壤中K素淋溶特征的影響, 探討提高黃泥田供鉀能力的施肥技術(shù)。不同氮肥種類淋溶液中, K+平均濃度大小表現(xiàn)為UAN處理(103.0 mg?kg-1)高于U處理(93.9 mg?kg-1), 且抑制劑處理間存在明顯差異。培養(yǎng)結(jié)束時(第72 d), UAN處理K+淋失量較U處理高6.7%。U各處理淋溶液中K+累積量大小表現(xiàn)為U>U+NBPT>U+NBPT+CP>U+CP>CK, 其中U+NBPT、U+CP和U+NBPT+CP處理較U處理分別降低8.7%、20.2%和14.9%; UAN各處理淋溶液中K+累積量表現(xiàn)為UAN>UAN+NBPT>UAN+NBPT+CP>UAN+CP>CK, 其中UAN+NBPT、UAN+CP和UAN+NBPT+CP處理較UAN處理分別降低6.0%、13.8%和9.2%。不同施肥處理K+淋溶率表現(xiàn)為UAN> UAN+NBPT>U>UAN+NBPT+CP>UAN+CP>U+NBPT>U+NBPT+CP>U+CP。培養(yǎng)中期(第36 d), U和UAN處理肥際微域中土壤速效鉀含量顯著降低, 而添加CP處理有效維持土壤中較高的速效鉀含量。與單施NBPT相比, 配施CP可以減少黃泥田土壤中NO3-淋溶, 增加土壤晶格對K+的固定, 減輕K+淋溶風險, 有效時間超過72 d。對各處理淋溶液中K+累積量()隨NO3-累積量()的變化進行擬合, 其中以線性方程(=+)和Elovich方程(=ln+)的擬合度最高, 且抑制劑處理間、值均存在明顯差異。總之, 在黃泥田土壤中單施CP, 或與NBPT配施可以有效增加K+吸附, 降低土壤中K+淋溶損失, 減輕養(yǎng)分淋失風險, 提高肥料利用率。

鉀淋溶; 黃泥田土壤; 脲酶抑制劑; 硝化抑制劑; 尿素; 尿素硝銨

鉀(K)是植物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素, 在生長代謝中發(fā)揮著重要作用[1-2]。土壤缺K會造成作物因生理失調(diào)而減產(chǎn)[3], 施用鉀肥是緩解土壤K素虧缺的重要途徑[4]。目前, 我國已成為世界主要鉀肥消費國[5], 同時鉀肥資源匱乏[6], 進口量位居世界第一[7]。

黃泥田屬于滲育型水稻土亞類, 是我國南方稻區(qū)重要的中低產(chǎn)田之一[8], 面積約有140萬hm2。其主要分布在山地丘陵坡上, 以耕層淺薄、土質(zhì)黏重、熟化度低為主要障礙特征[9]。黃壤成土母質(zhì)為酸性結(jié)晶巖、砂巖等風化物及部分第四紀紅色黏土, 由于中度風化和強度淋溶, 呈酸性至強酸性, pH 4.5~5.5; 土壤交換性鹽基含量最低, B層鹽基飽和度小于35%[10]?？梢? 黃泥田土壤速效養(yǎng)分含量低, 肥力低下, 保肥性能差, 盲目施肥易導致養(yǎng)分的大量損耗[11]。其中, 缺K現(xiàn)象極其嚴重[12]。

影響K素淋溶的土壤性質(zhì)主要有pH[13]、土壤礦物類型[14]、交換性K含量[15]和質(zhì)地[16]等。研究表明, 偏酸性土壤中Al和羥基鋁離子可占據(jù)K+的選擇結(jié)合位, 抑制土壤礦物對K+的吸附, 使K+不易進入復合體而大部分留存在土壤溶液中, 從而加劇淋失[17-18]。NH4+和K+的離子半徑相近, 會競爭土壤的吸附位點, 施用氮(N)肥必然影響土壤對K+的吸附[13]。馬茂桐[19]研究發(fā)現(xiàn), 施用尿素促進紅壤中K+的流失。杜振宇等[20-21]研究發(fā)現(xiàn), 銨鉀肥共施顯著提高肥際微域中的水溶態(tài)K含量, 減少土壤晶格對K的固定。

相關(guān)研究報道, 由于硝化抑制劑的施用顯著降低土壤硝酸鹽的淋溶損失, 根據(jù)溶液等電荷平衡原理, 一些土壤陽離子如K+、Ca2+、Mg2+等的淋溶損失也會相應(yīng)降低[22-24]。同時, 脲酶抑制劑可以抑制土壤中脲酶活性, 減緩尿素態(tài)氮水解為NH4+-N[25]。目前, 有關(guān)不同氮肥種類對南方酸性土壤中養(yǎng)分淋失特征的影響研究較少, 且主要集中在N素方面。而關(guān)于配施抑制劑對K素淋溶特征的影響研究鮮見報道。因此, 采用室內(nèi)模擬試驗, 開展不同氮肥種類結(jié)合不同抑制劑組合對黃泥田土壤中K素淋溶特征的影響研究, 以期為中低產(chǎn)田更優(yōu)化的施肥管理措施提供科學理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤為黃泥田水稻土, 由第四紀紅壤發(fā)育而成, 于2013年10月采自浙江省金華市婺城區(qū)瑯琊鎮(zhèn)金朱村(29°01￠192N, 119°27￠962E)的0~20 cm耕層土壤。該地區(qū)地處金衢盆地東緣, 屬于中亞熱帶季風氣候, 海拔86 m, 年均降雨量1 424 mm, 年均氣溫17.5 ℃。新鮮土樣采回后剔除雜物及根系, 風干后過2 mm篩備用。供試土壤基本理化性質(zhì)為pH(H2O)5.2(土∶水=1∶1), CEC 7.3 cmol·kg-1, 有機質(zhì)26.2 g·kg-1, 全氮1.3 g·kg-1, 堿解氮132.3 mg·kg-1, NH4+-N 53.4 mg·kg-1, NO3--N 17.8 mg·kg-1, 有效磷4.4 mg·kg-1, 速效鉀79.0 mg·kg-1, 砂粒32.8%, 粉粒44.1%, 黏粒23.1%。

供試尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)為分析純, 由國藥集團化學試劑有限公司生產(chǎn); 尿素硝銨(含N 32%)為分析純, 由中化作物營養(yǎng)有限公司生產(chǎn); 脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制劑2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)24%乳油劑型為分析純, 由浙江奧復托化工有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗裝置

模擬土柱裝置為內(nèi)徑10 cm、高度40 cm的PVC圓柱管[26], 底部鋪2 cm厚、粒徑1~2 mm的干燥石英砂, 管柱下開一個2 cm的孔, 連接塑料管以便柱內(nèi)滲濾液流出, 管底及砂粒與土壤接觸面分別鋪一層200目的尼龍濾布。按照1.25 g·cm-3土壤容重將已處理好的風干土樣裝入PVC圓柱管中, 形成高約30 cm的模擬土柱。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2015年4—6月在浙江省杭州市浙江大學紫金港校區(qū)實驗室進行, 室內(nèi)溫度基本保持在25~35 ℃, 不種任何作物。試驗共2組, 每組設(shè)置9個處理, 重復3次, 如表1所示。裝土柱時, 將土壤分為兩層裝入, 0~10 cm和10~30 cm(從上到下)。尿素/尿素硝銨和生化抑制劑混勻, 再與過磷酸鈣和氯化鉀同0~10 cm土壤充分混勻后, 填裝在土壤表面。N用量為300 kg·hm-2, P2O5和K2O用量均為150 kg·hm-2。

表1 不同氮肥配施生化抑制劑下土柱試驗處理

NBPT: N-丁基硫代磷酰三胺; CP: 2-氯-6-(三氯甲基)吡啶。NBPT: N-(n-butyl) thiophosphoric triamide; CP: 2-chloro-6-(trichloromethyl) pyridine.

1.4 試驗方法

1.4.1 樣品收集

土柱安裝好后每天從頂部用注射器緩慢注入200 mL水(參照當?shù)仄骄涤炅?5.5 mm)[26]。為接近自然降水狀態(tài), 采用間歇淋溶法, 讓土壤有一定的反應(yīng)時間。待有淋溶液流出, 從第6 d開始模擬降雨, 每隔6 d一次, 每次200 mL, 爾后收集淋溶液, 并記錄淋溶液量, 共13次。在試驗開展的第1 d、6 d、12 d、18 d、24 d、30 d、36 d、42 d、48 d、54 d、60 d、66 d、72 d收集水樣。第36 d和72 d時, 各取1組土柱進行土樣分層采集(0~5 cm、5~10 cm、10~15 cm、15~20 cm、20~25 cm、25~30 cm共6層), 用于檢測土壤剖面速效鉀含量隨土層深度的動態(tài)分布。

1.4.2 測定項目與方法

土壤基本理化性狀采用常規(guī)方法測定[27]。在每次收取淋溶液后, 將其充分混勻, 測量淋溶液體積, 采用火焰光度計法測定淋溶液中K+濃度, 采用紫外分光光度法測定淋溶液中NO3--N濃度。每次淋溶量相加得到累積淋溶量[28]。分層采集的土樣立即用1 mol?L-1NH4AC浸提, 采用火焰光度計法測定浸提液中K+濃度。

1.4.3 計算公式

K+淋溶率(%)=(施N處理K+累積淋溶量-CK處理K+累積淋溶量)/施K量×100%[29-30](1)

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0數(shù)據(jù)分析軟件進行統(tǒng)計分析, 處理間差異顯著性比較采用鄧肯氏新復極差檢驗法。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥配施生化抑制劑下土壤淋溶液中K+濃度

由圖1可知, 整個培養(yǎng)期間各處理土壤淋溶液中K+濃度變化總體保持平穩(wěn), CK處理幅度為55.8~92.0 mg·kg-1, U各處理為62.0~112.3 mg·kg-1, UAN各處理為71.5~137.5 mg·kg-1。不同氮肥種類處理土壤淋溶液中, K+平均濃度表現(xiàn)為UAN處理(103.0 mg·kg-1)高于U處理(93.9 mg·kg-1), 各抑制劑處理間存在差異。培養(yǎng)前期(第18 d), U各處理土壤淋溶液中K+濃度為U(104.3 mg·kg-1)>CK(84.5 mg·kg-1)>U+NBPT(82.8 mg·kg-1)>U+NBPT+CP(70.5 mg·kg-1)>U+CP(66.8 mg·kg-1), UAN各處理為UAN(124.5 mg·kg-1)>UAN+NBPT(86.8 mg·kg-1)>UAN+NBPT+CP(86.5 mg·kg-1)>CK(84.5 mg·kg-1)> UAN+CP(82.5 mg·kg-1)。說明培養(yǎng)期間, 不同種類氮肥施用會加劇土壤K+的淋失, 其中以UAN處理較高; 添加抑制劑可以有效緩解土壤K+淋失風險, 其中以CP處理效果較好。

圖1 不同氮肥配施生化抑制劑處理下土壤淋溶液中K+濃度

2.2 氮肥配施生化抑制劑下淋溶液中K+累積量

由圖2可知, 整個培養(yǎng)期間各處理土壤淋溶液中K+累積量變化總體呈上升趨勢。隨著時間延長, 處理間差異變大。培養(yǎng)中期(第36 d), UAN處理土壤K+淋失累積量較U處理增加9.9%。U各處理土壤淋溶液中K+累積量表現(xiàn)為U>U+NBPT>U+NBPT+CP> U+CP>CK, 其中U+NBPT、U+CP和U+NBPT+CP處理較U處理分別降低12.5%、22.3%和22.7%; UAN各處理表現(xiàn)為UAN>UAN+NBPT+CP>UAN+CP> UAN+NBPT>CK, 其中UAN+NBPT、UAN+CP和UAN+NBPT+CP處理較UAN處理分別降低15.2%、15.2%和12.5%。培養(yǎng)結(jié)束(第72 d), UAN處理土壤K+淋失累積量較U處理增加6.7%。U各處理土壤淋溶液中K+累積量表現(xiàn)為U>U+NBPT>U+NBPT+CP>U+CP> CK, 其中U+NBPT、U+CP和U+NBPT+CP處理較U處理分別降低8.7%、20.2%和14.9%; UAN各處理表現(xiàn)為UAN>UAN+NBPT>UAN+NBPT+CP>UAN+ CP>CK, 其中UAN+NBPT、UAN+CP和UAN+ NBPT+ CP處理較UAN處理分別降低6.0%、13.8%和9.2%。說明添加CP和NBPT可以有效降低黃泥田土壤中K+的淋溶損失, 且U處理配施CP較UAN處理作用效果更好, 可能與尿素水解過程及肥料N素形態(tài)變化有關(guān)。

圖2 不同氮肥配施生化抑制劑處理下土壤淋溶液中K+累積淋失量

2.3 氮肥配施生化抑制劑下土壤K+淋溶率

由圖3可知, 培養(yǎng)結(jié)束(第72 d), UAN處理(13.7%)土壤K+淋溶率較U處理(10.8%)增加26.7%。U各處理土壤K+淋溶率表現(xiàn)為U>U+NBPT>U+NBPT+CP>U+ CP, 其中U+NBPT、U+CP和U+NBPT+CP處理較U處理分別顯著降低34.6%(<0.05)、80.6%(<0.05)和59.7%(<0.05); UAN各處理表現(xiàn)為UAN>UAN+NBPT> UAN+NBPT+CP>UAN+CP, 其中UAN+NBPT、UAN+ CP和UAN+NBPT+CP處理較UAN處理分別降低20.1%、46.3%(<0.05)和31.0%(<0.05)。說明添加CP和NBPT可以顯著降低黃泥田土壤中K+的淋溶損失, 且U添加CP較UAN作用效果更好。

圖3 不同氮肥配施生化抑制劑處理下土壤K+淋溶率

柱上不同字母表示處理間差異達5%顯著水平. Different letters above the bars mean significant differences among treatments at 5% level.

2.4 氮肥配施生化抑制劑下土壤K+與NO3-淋溶特征曲線擬合

由圖4可知, 土壤淋溶液中NO3-淋失累積量整體上呈上升趨勢。CK處理呈較低水平, 整個培養(yǎng)期間平穩(wěn)增加, 無較大波動。U和UAN淋溶液中NO3-淋失累積量前期增長緩慢, 分別于第42 d和第24 d開始急劇增加。

對黃泥田土壤各處理土壤淋溶液中K+累積量()隨NO3-累積量()的變化, 分別以=+、=ln+、=ax、ln=+方程進行回歸分析(表2)。各擬合方程2值均達到極顯著水平(<0.01), 說明各處理土壤K+淋溶量均隨NO3-淋溶量的增加而增加。對于U和UAN處理均以直線方程=+擬合效果較好, 說明=+能較好地描述土壤K+淋溶量隨NO3-淋溶量的動態(tài)變化特征。其中,表示K+隨NO3-變化的速率。U各處理值表現(xiàn)為UU+NBPT>U+NBPT+CP>U+CP; UAN各處理大小表現(xiàn)為UAN>UAN+NBPT>UAN+NBPT+ CP>UAN+CP。說明黃泥田土壤K+淋失與NO3-變化密切相關(guān); 添加抑制劑可以維持土壤中N素的存在形態(tài), 改變NO3-的存在時間, 從而影響K+的吸附與解析。

圖4 不同氮肥配施生化抑制劑處理下土壤淋溶液中NO3-淋失累積量

表2 不同氮肥配施生化抑制劑處理土壤K+淋失量(y, kg×hm-2)與NO3-淋失量(x, kg×hm-2)的擬合方程

**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。** means significant correlation at 0.01 probability level.

2.5 土壤剖面速效鉀分布

由圖5可知, 黃泥田土壤肥際微域中不同處理速效鉀含量在0~30 cm土層均隨距施肥點距離增加而逐漸降低, K+在表層土(0~10 cm)中遷移速度較快。U和UAN處理培養(yǎng)期間較CK處理促進K+的垂直遷移。培養(yǎng)中期(第36 d), U處理0~5 cm土層速效鉀含量較UAN處理高9.2%。U各處理0~5 cm速效鉀含量表現(xiàn)為U+CP>U+NBPT+CP>U+NBPT>U, 其中U+NBPT、U+CP和U+NBPT+CP處理較U處理分別提高2.0%、35.0%和6.2%; UAN各處理表現(xiàn)為UAN+CP>UAN+NBPT>UAN+NBPT+CP>UAN, 其中UAN+NBPT、UAN+CP和UAN+NBPT+CP處理較UAN處理分別提高27.1%、28.7%和24.7%。說明添加CP和NBPT可以維持黃泥田土壤中有效鉀含量, 且U中添加抑制劑較UAN作用效果更好, 可能與尿素水解時間有關(guān)。

圖5 不同氮肥配施生化抑制劑處理下K+在黃泥田土壤肥際微域中的遷移量

3 討論

3.1 氮肥種類對土壤K素淋溶的影響

林清火[31]研究發(fā)現(xiàn), 氮肥種類對磚紅壤鹽基離子淋失的影響表現(xiàn)為硫酸銨>硝酸銨>尿素。羅微等[30]通過盆栽試驗研究發(fā)現(xiàn), 不同氮肥種類的磚紅壤淋溶液中, K+濃度及累計淋溶量大小表現(xiàn)為復混肥b>碳銨≈尿素>復混肥a。余濼等[28]研究發(fā)現(xiàn), 鹽基離子淋溶總量(kg·hm-2)表現(xiàn)為硫酸銨(1 821.1)>硝酸銨(1 080.3)>尿素(872.2)>N0(417.2); 遷移速率表現(xiàn)為硫酸銨(26.3%)>硝酸銨(13.4%)>尿素(11.8%)。本研究結(jié)果與余濼等[28]研究結(jié)果相似, 不同氮肥種類處理對K+在黃泥田土壤中淋溶特征的影響較大。培養(yǎng)期間K+平均濃度表現(xiàn)為UAN>U。培養(yǎng)結(jié)束(第72 d), UAN處理K+淋失量和淋溶率均高于U處理, 說明K+在黃泥田土壤中淋溶特征與肥料中N素存在形態(tài)有關(guān)。每1 mol NH4+轉(zhuǎn)化為NO3-釋放出4 mol的H+, NH4+-N較尿素施入土壤產(chǎn)生更強的酸化作用, H+越多越易將土壤膠體上的鹽基離子替換[28]。UAN中含大部分NH4+-N和NO3--N, 較尿素更直接與土壤作用。培養(yǎng)期前18 d內(nèi), K+淋溶量隨時間的推移緩慢上升, 且處理間差別不大; 之后, 各處理淋溶液中K+累積量迅速增加, 曲線斜率不斷增大, 淋溶速率加快(圖2), 與尿素水解過程有關(guān)[25]。尿素經(jīng)土壤脲酶水解為NH4+-N, 再由硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3--N, 作用過程需要一定的時間。

3.2 抑制劑對土壤K素淋溶的影響

NO3--N在土壤中不易被膠體吸附、移動性強, 成為N素淋失的主要形式; NH4+-N在土壤中易被膠體吸附和被礦物晶格固定, 其淋溶損失不如NO3--N強烈, 但由于土壤膠體吸附陽離子的能力有限, 當施肥量超過吸附容量時, NH4+-N也存在明顯的淋溶損失[31-32]。NH4+與K+有幾乎相同的離子半徑和水化能, 會被黏土礦物晶格固定。由于NH4+與K+競爭固定位點, 其存在可能改變K+的固定及釋放特征[33]。Di等[34-35]研究發(fā)現(xiàn), 硝化抑制劑減少草地土壤中陽離子(如K+、Ca2+、Mg2+等)的淋失, 而NO3-濃度與陽離子總量呈線性關(guān)系。本研究結(jié)果表明, 添加抑制劑可以有效維持土壤中較高的速效鉀含量, 減緩土層中K+向下遷移, 并提高土壤表層K素有效性, 與NO3-淋失特征有關(guān)(表2)。NBPT延緩尿素水解, CP有效降低NO3-的淋失, 且兩者配施具有一定的協(xié)同抑制效應(yīng)[25]。各處理K+淋溶率表現(xiàn)為UAN>UAN+ NBPT>U>UAN+NBPT+CP>UAN+CP>U+NBPT>U+NBPT+CP>U+CP。添加CP有效降低淋溶液中K+濃度及累積量, 而添加NBPT較CP對淋溶液中K+的影響較小。在一定施肥量條件下, 單施CP或與NBPT配施均可顯著降低黃泥田土壤中K+淋失量, 減輕養(yǎng)分淋失風險。

3.3 黃泥田土壤K素淋溶特征

研究表明, 氮肥用量、降雨量、氣溫以及土壤性質(zhì)均會影響K素的移動與淋失[13,36]。占麗平等[37]研究認為, 土壤黏粒含量越高, 吸持K+數(shù)量越多, 阻滯因子與各土層黏粒含量呈極顯著線性關(guān)系。酸性土壤為高度風化的淋溶土綱, 黏粒含量較高, 土壤顆粒所吸附或固定的K+在淋溶初期較多被交換淋溶[38], 又隨著施肥淋溶的不斷進行, H+不斷積累, 土壤電化學平衡被打破后, K+與土壤的結(jié)合能量隨pH降低而急劇減少, 使淋溶后期K+釋放加劇[28]。杜振宇等[20]研究發(fā)現(xiàn), 隨著培養(yǎng)時間增加, NH4+在土壤中逐漸被硝化減少, 所產(chǎn)生的H+相應(yīng)增多, 其吸附能力較大, 對K+的交換能力要強于NH4+。林清火等[39]研究發(fā)現(xiàn), NO3-淋溶量與鹽基離子的耦合性較好, 隨著NO3-淋失量的增加, 鹽基離子淋失量增大; 磚紅壤上鹽基離子隨NO3-的遷移速率表現(xiàn)為硫酸銨>硝酸銨>尿素。南方黃泥田的主要特征是土壤熟化度低、有機質(zhì)缺乏、有效磷鉀低、酸性強以及耕性不良[40-42]。在盈余條件下, 由于紅壤性稻田主要以非脹縮性的高嶺土礦物為主, 固鉀能力較低[40], 增加的水溶性鉀或交換性鉀離子難以進入礦物層間而被固定。本研究結(jié)果表明, 黃泥田土壤中, U和UAN處理肥際微域中土壤速效鉀含量顯著降低, 減少土壤晶格對K+的固定; H+的存在和NO3-的淋失導致土壤對K+的吸持比例減小, 加大K+淋溶風險。土壤K+的淋失與土壤NO3-淋失具有耦合遷移特征。

4 結(jié)論

本試驗條件下, 不同處理K+淋溶率表現(xiàn)為UAN>UAN+NBPT>U>UAN+NBPT+CP>UAN+CP> U+NBPT>U+NBPT+CP>U+CP。不同氮肥種類處理淋溶液中K+累積量()隨NO3-累積量()的變化特征均可用線性方程和Elovich方程進行描述。在黃泥田土壤中單施CP, 或與NBPT配施可以有效增加K+吸附, 降低土壤中K+淋溶損失, 減輕養(yǎng)分淋失風險, 提高肥料利用率。目前的試驗結(jié)果是在室內(nèi)模擬下, 沒有作物吸收養(yǎng)分的前提下所得出的結(jié)論, NBPT+CP組合在黃泥田中實際施用效果需要進行田間試驗進一步研究。

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Effects of combined nitrogen fertilization with biochemical inhibitors on leaching characteristics of soil potassium in yellow clay soils*

ZHOU Xuan1,2,3, WU Lianghuan1,2**, DONG Chunhua3

(1. Key Laboratory of Environmental Remediation and Ecosystem Health, Ministry of Education / College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment, Hangzhou 310058, China; 3. Soil and Fertilizer Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China)

Soil nutrient leaching in yellow clay soils, especially nitrogen (N) and potassium (K) leaching, is extremely serious in South China. This has resulted in not only waste of resources and potential environmental threat, but also in serious restriction on sustainable production of crops. In this study, the effects of urease inhibitor [N-(n-butyl) thiophosphoric triamide, NBPT], nitrification inhibitor [2-chloro-6-(trichloromethyl) pyridine, CP] and their combined application on leaching characteristics of K in yellow clay soils were investigated in an indoor soil column simulation with urea (U) and urea ammonium nitrate (UAN) application. The study aimed to improve the capability of soil K through rational application of biochemical inhibitors. In the leaching solution of different N fertilizers, higher average K+concentration was obtained under UAN treatments (average in 103.0 mg?kg-1) than under U treatments (average in 93.9 mg?kg-1), with obvious differences among inhibitor treatments. At the end of incubation (72 days after incubation), UAN treatments increased K+leaching average by 6.7% more than U treatments. K+accumulation in leaching solution under U treatments was in the order of U > U+NBPT > U+NBPT+CP > U+CP > CK. Compared with U treatment, U+NBPT, U+CP and U+NBPT+CP treatments reduced K+accumulation by 8.7%, 20.2% and 14.9%, respectively. K+accumulation under UAN treatments was in the order of UAN > UAN+NBPT > UAN+NBPT+CP > UAN+CP > CK. Compared with UAN treatment, K+accumulation in UAN+NBPT, UAN+CP and UAN+NBPT+CP treatments were reduced respectively by 6.0%, 13.8% and 9.2%. Additionally, leaching rate of K+across different treatments was in the order of UAN > UAN+NBPT > U > UAN+NBPT+CP > UAN+CP > U+NBPT > U+NBPT+CP > U+CP. In the middle of incubation (36 days after incubation), soil available K content of fertilizer microsites under U and UAN treatments decreased significantly. The addition of CP effectively maintained high availability of K content in the topsoil. Compared with the addition of NBPT alone, combined application of NBPT and CP reduced NO3-leaching, increased K+fixation on soil lattice and mitigated leaching risk of K+for more than 72 days in yellow clay soils. Equation models were used to describe the relationship between K+accumulation () and NO3-accumulation () in leaching solution. The linear equation (=+) and Elovich equation (=ln+) fitted well, withandvalues for inhibitor treatments obviously different. In conclusion, the application of CP alone or in combination with NBPT in yellow clay soils effectively increased the adsorption of K+, minimized soil K+leaching loss, mitigated the risk of nutrient leaching and improved fertilizer utilization rate.

Potassium leaching; Yellow clay soil; Urease inhibitor; Nitrification inhibitor; Urea; Urea ammonium nitrate

, E-mail: finm@zju.edu.cn

Aug. 22, 2017;

Oct. 10, 2017

10.13930/j.cnki.cjea.170766

F323.21

A

1671-3990(2018)05-0737-09

吳良歡, 主要從事有機營養(yǎng)與養(yǎng)分綜合管理研究。E-mail: finm@zju.edu.cn 周旋, 主要從事肥料與養(yǎng)分資源綜合管理研究。E-mail: zhouxuan_123@126.com

2017-08-22

2017-10-10

* The study was supported by the National Key Technology R&D Program of China (2015BAD23B03), the National Program on Key Basic Research Project of China (2015CB150502), the Rural Non-point Pollution Control Technology Integration and Scale Demonstration Project of Tiaoxi Catchment of Zhejiang Province, China (2014ZX07101-012), the “San Nong Liu Fang” Research Plan of Zhejiang Province and the Cooperation Project of Zhejiang University-Zhejiang Aofutuo Chemical Limited Company, China.

* 國家科技支撐計劃項目(2015BAD23B03)、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2015CB150502)、苕溪流域農(nóng)村污染治理技術(shù)集成與規(guī)?；こ淌痉?2014ZX07101-012)、浙江省“三農(nóng)六方”科研協(xié)作計劃項目和浙江大學-浙江奧復托化工有限公司合作項目資助

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