施用方式和氮肥種類對砂姜黑土氮素遷移的影響①

姜超強(qiáng)，盧殿君，祖朝龍，周健民，王火焰*，王世濟(jì)

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施用方式和氮肥種類對砂姜黑土氮素遷移的影響①

姜超強(qiáng)1, 2，盧殿君1，祖朝龍2，周健民1，王火焰1*，王世濟(jì)2

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所/玉米研究中心，合肥 230031)

采用田間微區(qū)試驗(yàn)，在砂姜黑土中研究了施肥方式(上層12 cm土混施、土下12 cm點(diǎn)施、土下12 cm條施)和氮肥種類(尿素、磷酸氫二銨)對氮素垂直運(yùn)移和水平遷移動態(tài)的影響。不同施用方式試驗(yàn)結(jié)果表明，在處理的90 d內(nèi)，砂姜黑土中土壤NH4+-N和NO– 3-N含量均呈現(xiàn)土下12 cm點(diǎn)施>土下12 cm條施>上層12 cm土混施的趨勢。尿素在土下12 cm點(diǎn)施條件下，土壤NH4+-N主要集中在垂直方向6 ~ 18 cm土層和水平距離0 ~ 7 cm范圍內(nèi)；而NO– 3-N的分布核心區(qū)土層超過21 cm，水平距離大于15 cm；NH4+-N和NO– 3-N核心區(qū)濃度均隨處理時間延長而明顯下降。土下12 cm點(diǎn)施90 d后，尿素和磷酸銨的氮素養(yǎng)分在砂姜黑土中的橫向移動距離為5 ~ 7 cm，垂直方向上養(yǎng)分主要集中在6 ~ 18 cm的土層范圍；點(diǎn)施90 d時，磷酸銨處理在土下18 cm和水平距離12 cm處無機(jī)態(tài)氮(NH4+-N和NO– 3-N)含量分別為148.9和77.4 mg/kg，其含量遠(yuǎn)大于尿素處理(96.3和53.2 mg/kg)，而在施肥點(diǎn)兩種氮肥處理土壤無機(jī)態(tài)氮含量差異更大，說明磷酸銨較尿素具有更高的保肥性。研究表明：點(diǎn)施延緩了NH4+-N向NO– 3-N轉(zhuǎn)化速率，提高了肥際養(yǎng)分供應(yīng)濃度。結(jié)合作物生長和需肥特性，預(yù)示通過優(yōu)化施肥位置和氮肥種類，采用一次施肥可以實(shí)現(xiàn)90 d持續(xù)供應(yīng)高濃度養(yǎng)分以滿足旱地作物生長發(fā)育的養(yǎng)分需求。

氮肥；施用方式；砂姜黑土；遷移擴(kuò)散

化肥在保障我國糧食安全方面發(fā)揮著不可替代的支撐作用。然而，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥不合理施用現(xiàn)象普遍存在，尤其是在一些農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)程度高的地區(qū)，氮肥過量施用、氮肥利用率偏低的現(xiàn)象更為嚴(yán)重[1]。2010年，我國年化肥消費(fèi)量已達(dá)到5 562萬 t，占世界化肥年總消費(fèi)量的34%，其中氮肥年消費(fèi)量約為3 200萬 t。但是，我國主要糧食作物氮肥平均利用率卻低于30%，并較20世紀(jì)80年代有顯著下降[2]。盡管2013年我國農(nóng)業(yè)部研究報(bào)告表明，水稻、玉米和小麥三大糧食作物的氮肥利用率已從2008年的30% 提高到了33%，但仍然遠(yuǎn)低于國際水平[2]。因此，目前我國農(nóng)田中化學(xué)氮肥的當(dāng)季作物回收率仍然相當(dāng)?shù)?，通過各種途徑所損失的總氮量約占52%[3]。提高氮肥利用率、減少養(yǎng)分損失是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)迫切需要解決的重大問題。王火焰和周健民[4]認(rèn)為通過改進(jìn)施肥位點(diǎn)使氮肥養(yǎng)分?jǐn)U散與根系伸展范圍達(dá)到最佳匹配，可以大幅度提高氮肥利用率。但是，理想施肥位點(diǎn)的確定首先需要掌握不同施肥方式下土壤中肥料養(yǎng)分遷移擴(kuò)散能力和范圍。

氮肥利用率與其施入土壤后的遷移轉(zhuǎn)化和被植物吸收利用的過程密切相關(guān)。為明確氮肥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化特征，人們開展了大量的研究，包括不同土壤類型、肥料品種、施肥方式、水熱條件等對氮肥遷移轉(zhuǎn)化的影響[5-8]。研究結(jié)果表明，通過改變稻田中氮肥的施用方式，增加施入土壤中氮肥的集中程度，減小氮肥與土壤混合的初始體積，能夠提高肥際養(yǎng)分濃度，降低肥料養(yǎng)分損失[8]。張朝等[7]對不同質(zhì)地土壤中氮素遷移轉(zhuǎn)化的研究發(fā)現(xiàn)，水稻土中氮素的轉(zhuǎn)化速率和硝化率均明顯高于黑土，主要是由于黑土黏粒含量遠(yuǎn)高于水稻土，因?yàn)橥寥老趸逝c土壤黏粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)。灌水和降雨也是影響土壤剖面氮素含量和累積的重要因素，高水處理會導(dǎo)致根區(qū)土壤NO– 3-N大量淋失，降低了氮肥利用率[9]。不同氮肥品種在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化有顯著差異，比如砂壤土和黏壤土中肥料氮素的淋失量均是硝態(tài)氮肥＞尿素＞銨態(tài)氮肥，同等條件下砂壤土中氮肥的淋失量明顯高于黏壤土[10]；在模擬土柱條件下，黑土中尿素的氮素轉(zhuǎn)化速率明顯高于硫銨[11]，但是，在水稻土中硫銨的氮素轉(zhuǎn)化效率則略高于尿素[7]；我們以前的研究也表明，在氮肥點(diǎn)施模式下水稻土中的保肥能力為：尿素、磷酸銨＞硫酸銨＞氯化銨[8]。綜上所述，國內(nèi)外相關(guān)研究主要集中在氮肥形態(tài)和不同土壤類型對氮素的遷移擴(kuò)散方面，對不同施肥方式(施肥位點(diǎn))下肥際微域氮肥動態(tài)遷移擴(kuò)散和損失的研究甚少，這一規(guī)律的揭示是實(shí)現(xiàn)理想根區(qū)施肥模式的重要前提，也是優(yōu)化施氮方式的重要決策依據(jù)。本文采用田間微區(qū)試驗(yàn)的方式，通過肥際微域土壤垂直分層和水平分段定期取樣測定土壤NH4+-N和NO– 3-N的含量，用以研究施氮方式與氮肥品種對氮素在砂姜黑土中遷移擴(kuò)散的影響，以期揭示砂姜黑土中氮素的遷移轉(zhuǎn)化特征，為氮肥高效利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)地點(diǎn)位于安徽省太和縣農(nóng)業(yè)示范基地，試驗(yàn)土壤為砂姜黑土。土壤基本理化性質(zhì)為：pH 8.0、有機(jī)質(zhì)15.96 g/kg、全氮1.13 g/kg、堿解氮95.5 mg/kg、有效磷25.8 mg/kg、速效鉀235.3 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)設(shè)置3種施肥處理，分別為：上層12 cm土混施、土下12 cm點(diǎn)施、土下12 cm條施；選用2種氮肥品種(尿素和磷酸銨)，尿素采用小顆粒型號(含氮46%)，磷酸銨采用分析純的磷酸氫二銨(含氮21.2%)。每個處理重復(fù)3次，共計(jì)18個微區(qū)，微區(qū)面積為1.68 m2(1.4 m × 1.2 m)。施氮量按照當(dāng)?shù)胤N植玉米時的推薦用量180 kg/hm2，試驗(yàn)期間不種植玉米，不進(jìn)行灌溉，清除雜草。

不同施肥方式具體操作為：①上層12 cm土混施：上層12 cm土壤與氮肥充分混勻；②土下12 cm點(diǎn)施：采用專用的施肥器將氮肥施入土下12 cm位置；③土下12 cm條施：開深12 cm、寬5 cm的溝，將氮肥均勻施入溝內(nèi)并覆土。其中混施先將長1.4 m、寬1.2 m、深12 cm的土層挖出置于塑料地膜與稱量好的肥料進(jìn)行充分混勻，再將土壤填回挖取的坑內(nèi)。

1.3 樣品采集與指標(biāo)測定

試驗(yàn)期間進(jìn)行3次取樣，分別為試驗(yàn)開始后第30、60和90天。土壤樣品分垂直方向和水平方向(僅土下12 cm點(diǎn)施與土下12 cm條施處理水平取樣)采用破壞性采集方式取樣。

垂直方向：在氮肥施用位置，采用特制取樣器以直徑為4 cm垂直向下截取21 cm土塊，每隔3 cm分層共采集7份土壤樣品。

水平方向：以氮肥施用位置為起點(diǎn)，用特制取樣器橫向按0 ~ 3、3 ~ 5、5 ~ 7、7 ~ 9、9 ~ 12、12 ~ 15和15 ~ 18 cm分7段采集土壤樣品，每段取樣深度為21 cm，寬度為3 cm。

供試土壤基本理化性質(zhì)測定采用常規(guī)方法測定[12]；土壤NH4+-N和NO– 3-N經(jīng)2 mol/L KCl浸提采用全自動間斷化學(xué)分析儀(Smart chem 200)測定[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 尿素不同施用方式對土壤NH4+-N含量的影響

不同施氮方式的結(jié)果表明，垂直方向土壤NH4+-N含量總體隨著處理時間延長呈現(xiàn)下降并且有向下運(yùn)移的趨勢(圖1)。上層12 cm土混施處理30 d垂直方向各土層NH4+-N含量均小于30 mg/kg，其中0 ~ 9 cm土層NH4+-N含量相對較高；60 d和90 d垂直方向各土層NH4+-N含量均小于15 mg/kg，且不同土層間差異較小。土下12 cm點(diǎn)施土壤NH4+-N主要集中在垂直方向6 ~ 18 cm土層范圍，30 d在6 ~ 15 cm土層NH4+-N含量均大于400 mg/kg，在9 ~ 12 cm處達(dá)到極大值1 428 mg/kg；60 d和90 d垂直方向各土層NH4+-N含量均大幅下降，但是在90 d時9 ~ 12 cm處NH4+-N含量仍然達(dá)到88 mg/kg。土下12 cm條施30 d垂直方向0 ~ 9 cm土層NH4+-N含量相對較高，均大于50 mg/kg；隨著時間延長不同土層NH4+-N含量呈現(xiàn)下降的趨勢，0 ~ 9 cm土層的下降更明顯?？傮w而言，尿素在3種施氮方式下垂直方向土壤NH4+-N含量大小順序?yàn)椋和料?2 cm點(diǎn)施＞土下12 cm條施＞上層12 cm土混施。

不同時期水平方向土壤NH4+-N含量如圖2所示，土下12 cm點(diǎn)施30 d橫向距離施肥位點(diǎn)0 ~ 3 cm土壤NH4+-N含量達(dá)到284 mg/kg，水平0 ~ 7 cm是其NH4+-N的分布核心區(qū)，含量大于50 mg/kg；隨著時間的延長，橫向同一距離土壤NH4+-N含量均有下降的趨勢，如橫向距離5 ~ 7 cm處30、60和90 d土壤NH4+-N含量分別為55、18和10 mg/kg；橫向距離12 cm以外不同取樣時間土壤NH4+-N含量基本一致。土下12 cm條施各水平距離土壤NH4+-N含量均小于20 mg/kg，并且隨著時間的延長呈下降的趨勢。可見，采取土下12 cm點(diǎn)施的施氮方式土壤NH4+-N含量大于土下12 cm條施處理。

圖1 尿素不同施用方式下土壤NH4+-N含量的動態(tài)變化(垂直方向)(A. 混施，B. 點(diǎn)施，C. 條施)

圖2 尿素不同施用方式下土壤NH4+-N含量的動態(tài)變化(水平方向)(A. 點(diǎn)施，B. 條施)

2.2 尿素不同施用方式對土壤NO– 3-N含量的影響

不同施氮方式下，3個取樣時期垂直方向不同土層NO– 3-N含量如圖3所示，上層12 cm土混施處理垂直方向各土層NO– 3-N含量均小于40 mg/kg；土下12 cm條施垂直方向3 ~ 15 cm各層次土壤NO– 3-N含量均大于50 mg/kg；而土下12 cm點(diǎn)施處理土壤NO– 3-N含量則相對更高，尤其在垂直方向6 ~ 15 cm各層次土壤NO– 3-N含量均大于100 mg/kg，90 d時，18 ~ 21 cm土壤NO– 3-N含量仍然高達(dá)70 mg/kg。在處理60 d時，土下12 cm點(diǎn)施垂直方向6 ~ 18 cm土壤NO– 3-N含量大于150 mg/kg，其中9 ~ 12 cm處達(dá)到250 mg/kg；而上層12 cm土混施和土下12 cm條施6 ~ 18 cm土壤NO– 3-N含量則分別小于40和90 mg/kg。因此，施入土壤的尿素與土壤混合的體積越大，氮肥養(yǎng)分的損失越高，尿素采用點(diǎn)施進(jìn)行集中施用能減少養(yǎng)分損失，提高肥際氮素濃度。

如圖4所示，土下12 cm點(diǎn)施和土下12 cm條施處理土壤NO– 3-N含量均隨著水平方向距離的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢。土下12 cm點(diǎn)施在橫向距離0 ~ 9 cm范圍內(nèi)，土壤NO– 3-N含量均表現(xiàn)為30 d＞60 d＞90 d，但在橫向距離12 ~ 18 cm范圍內(nèi)則相反，90 d時相對最高。土下12 cm條施處理在橫向距離6 ~ 18 cm范圍內(nèi)土壤NO– 3-N含量則呈現(xiàn)90 d＞60 d＞30 d的趨勢。土下12 cm點(diǎn)施3個取樣時間在橫向距離0 ~ 9 cm范圍內(nèi)土壤NO– 3-N含量均大于土下12 cm條施處理，如處理60 d時，土下12 cm點(diǎn)施在橫向距離0 ~ 9 cm土壤NO– 3-N含量均大于87 mg/kg，但是土下12 cm條施則均小于40 mg/kg?？梢?，土下12 cm點(diǎn)施處理的氮肥養(yǎng)分損失較小。

圖3 尿素不同施用方式下土壤NO– 3-N含量的動態(tài)變化(垂直方向)(A. 混施，B. 點(diǎn)施，C. 條施)

圖4 尿素不同施用方式下土壤NO– 3-N含量的動態(tài)變化(水平方向)(A. 點(diǎn)施，B. 條施)

2.3 點(diǎn)施條件下氮肥種類對土壤NH4+-N含量的影響

采用土下12 cm點(diǎn)施的模式，尿素和磷酸銨處理垂直方向土壤NH4+-N含量均呈現(xiàn)隨著處理時間延長而下降的趨勢，但是同一取樣時間點(diǎn)，磷酸銨處理土壤NH4+-N含量總體大于尿素處理(圖5)。兩種氮肥處理垂直方向6 ~ 15 cm的土層NH4+-N含量的差異更為明顯，如9 ~ 12 cm處尿素和磷酸銨處理土壤NH4+-N含量在處理30、60 和90 d時分別是1 428、191、88 mg/kg和2 019、461、219 mg/kg，隨著時間的延長兩種氮肥處理垂直方向上土壤NH4+-N含量的差異呈增大的趨勢。如圖6所示，兩種氮肥在土下12 cm點(diǎn)施的模式水平方向上土壤NH4+-N含量的變化與垂直方向的趨勢基本一致，隨著時間的延長其NH4+-N含量呈現(xiàn)下降的趨勢，但是磷酸銨處理在橫向距離0 ~ 7 cm范圍內(nèi)土壤NH4+-N含量均大于尿素處理，并且隨培養(yǎng)時間的延長差異越明顯。因此，總體來看在土下12 cm點(diǎn)施模式下，整個處理期內(nèi)磷酸銨的保肥能力大于尿素，并且在處理的末期更加明顯。

2.4 點(diǎn)施條件下氮肥種類對土壤NO– 3-N含量的影響

尿素和磷酸銨在土下12 cm點(diǎn)施模式下對垂直方向不同土層NO– 3-N含量的影響如圖7所示，尿素處理土壤NO– 3-N含量總體呈現(xiàn)隨處理時間延長而降低的趨勢，而磷酸銨處理則表現(xiàn)出增加的趨勢。尿素土下12 cm點(diǎn)施在垂直方向6 ~ 18 cm土層NO– 3-N含量從30 d的276 ~ 350 mg/kg下降至60 d的168 ~ 250 mg/kg，90 d時進(jìn)一步下降到82 ~ 136 mg/kg。與此相反，磷酸銨土下12 cm點(diǎn)施處理30、60和90 d在垂直方向6 ~ 18 cm土層NO– 3-N含量分別為116 ~ 152、83 ~ 174和129 ~ 230 mg/kg，NO– 3-N含量隨時間延長呈逐漸增加的趨勢。土下12 cm點(diǎn)施模式下，兩種氮肥對水平方向上土壤NO– 3-N含量的影響如圖8所示，尿素土下12 cm點(diǎn)施在橫向距離0 ~ 9 cm范圍土壤NO– 3-N含量隨處理時間延長呈下降趨勢，而9 ~ 18 cm的土壤NO– 3-N含量則有增加的趨勢，從30 d的14 ~ 34 mg/kg增加到90 d時的36 ~ 48 mg/kg。磷酸銨土下12 cm點(diǎn)施橫向距離土壤NO– 3-N含量在30 d和60 d時基本一致，而90 d時土壤NO– 3-N含量在同一橫向距離點(diǎn)均明顯增加，其含量是30 d時的1.3 ~ 8.1倍?？傮w來看在土下12 cm點(diǎn)施模式下，30 d和60 d磷酸銨處理土壤NO– 3-N含量均小于尿素處理，隨處理時間延長兩個處理之間的差異逐漸縮小，至處理的90 d磷酸銨處理土壤NO– 3-N含量則顯著大于尿素處理，其含量為尿素處理的1.3 ~ 2.0倍?？梢?，土下12 cm點(diǎn)施模式下，磷酸銨的硝態(tài)氮肥的釋放速度相比尿素較慢，肥效更長。

圖5 土下12 cm點(diǎn)施下氮肥種類對土壤NH4+-N含量的影響(垂直方向)(A. 30 d，B. 60 d，C. 90 d)

圖6 土下12 cm點(diǎn)施下氮肥種類對土壤NH4+-N含量的影響(水平方向)(A. 30 d，B. 60 d，C. 90 d)

3 討論

本研究表明，施氮方式對土壤氮素有顯著的影響，總體而言土壤NH4+-N和NO– 3-N含量均呈現(xiàn)：土下12 cm點(diǎn)施＞土下12 cm條施＞上層12 cm土混施的趨勢。尿素土下12 cm點(diǎn)施在處理第30天其土壤NH4+-N和NO– 3-N含量均遠(yuǎn)高于土下12 cm條施和上層12 cm土混施處理，在垂直方向9 ~ 12 cm土層土壤的差異更為突出；隨著處理時間的延長，60 d和90 d時土下12 cm點(diǎn)施土壤NH4+-N和NO– 3-N含量較30 d時均大幅下降，但仍然明顯高于土下12 cm條施和上層12 cm土混施處理。這可能主要是由于在點(diǎn)施條件下，提高了尿素的集中程度，減少了與土壤的接觸面積，從而延緩氮素釋放、減少養(yǎng)分損失。Rees等[13]對陜西塿土的研究發(fā)現(xiàn)，尿素土下10 cm點(diǎn)施處理在玉米采收后土壤NH4+-N和NO– 3-N含量均高于撒施和上層15 cm混施處理，并且尿素采用點(diǎn)施能夠有效減少NO– 3-N向下部土層的淋溶損失[14]。我們最近的研究結(jié)果也表明，采用點(diǎn)施方式可提高施入土壤中尿素的集中度，減少了與土壤接觸面，能夠延緩氮肥養(yǎng)分釋放、減少NH4+-N損失[8]。因此，本研究認(rèn)為尿素在土下12 cm點(diǎn)施條件下，土壤NH4+-N核心分布在垂直方向6 ~ 18 cm土層和水平距離7 cm范圍內(nèi)，而NO– 3-N的分布范圍則更廣。

圖7 土下12 cm點(diǎn)施下氮肥種類對土壤NO– 3-N含量的影響(垂直方向)(A. 30 d，B. 60 d，C. 90 d)

圖8 土下12 cm點(diǎn)施下氮肥種類對土壤NO– 3-N含量的影響(水平方向)(A. 30 d，B. 60 d，C. 90 d)

氮肥在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化和釋放特性直接影響作物對肥料的吸收利用，選擇合適的氮肥品種能夠提高肥料養(yǎng)分、降低養(yǎng)分損失[4]。本研究結(jié)果表明，在土下12 cm點(diǎn)施條件下，磷酸銨處理土壤NH4+-N含量總體上明顯大于尿素處理，在垂直方向6 ~ 15 cm土層和水平方向0 ~ 7 cm范圍內(nèi)差異更為明顯。與NH4+-N不同，磷酸銨處理土壤NO– 3-N含量為30 d和60 d時均小于尿素處理，而隨著處理時間的延長至90 d時，其土壤NO– 3-N含量則大于尿素處理。磷酸銨處理土壤NH4+-N的降低和NO– 3-N的增加，可能主要是由于銨態(tài)氮肥施入土壤顯著增加了土壤中NH4+-N含量，但是隨著硝化作用的進(jìn)行，NH4+-N含量逐漸降低，NO– 3-N含量則逐漸增加[10]。從土壤NH4+-N(圖5和6)和NO– 3-N(圖7和8)含量的變化看，施用磷酸銨和尿素后在培養(yǎng)期間土壤礦質(zhì)態(tài)氮(NO– 3-N和NH4+-N)的含量均有降低的趨勢。礦質(zhì)態(tài)氮含量的降低可能是由于氨揮發(fā)和NH4+-N的固定所致，一方面磷酸銨施入土壤后能直接水解出氨，產(chǎn)生氨揮發(fā)；另一方面砂姜黑土因富含固銨能力強(qiáng)的黏土礦物，對施入的銨態(tài)氮肥會發(fā)生固定作用[15]。此外，本研究期間夏季高溫高濕條件下，尿素更加容易通過氨揮發(fā)損失，而且在堿性和石灰性土壤中氨揮發(fā)損失一直被認(rèn)為是氮肥損失的重要途徑[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)施90 d時，尿素和磷酸銨處理在土下15 ~ 18 cm土層土壤無機(jī)態(tài)氮分別為96.3和148.9 mg/kg，而水平距離12 cm處則分別為77.4和 53.2 mg/kg?？梢?，土下點(diǎn)施氮肥能夠明顯提高肥際礦質(zhì)態(tài)氮含量、減少氮肥損失，而磷酸銨較尿素具有更高的保肥性。因此，結(jié)合旱地作物的生長發(fā)育和需肥特性，預(yù)示氮肥采用一次點(diǎn)施的方式在90 d內(nèi)土壤能夠持續(xù)供應(yīng)較高濃度的氮素營養(yǎng)，可以滿足生育期較短至中等的作物對氮素的需求，而對于生育期較長的作物(如小麥)通過優(yōu)化氮肥品種(如磷酸銨)也可以實(shí)現(xiàn)一次施氮以滿足作物全生育期的氮素需求，避免追肥帶來的殘留損失[17]。

另外，肥料采用點(diǎn)施的方式在施肥點(diǎn)(區(qū))周圍形成了特殊的微域養(yǎng)分環(huán)境，施肥集中度的改變將極大地改變肥料養(yǎng)分在土壤中的分布和擴(kuò)散遷移，可能對肥料有效性和損失程度均產(chǎn)生重要影響[8, 13-14]。本研究發(fā)現(xiàn)，尿素和磷酸銨在砂姜黑土中處理90 d的橫向移動距離為5 ~ 7 cm(肥料點(diǎn)半徑為1.0 cm)，在施肥點(diǎn)水平距離9 cm范圍內(nèi)，隨施肥點(diǎn)距離的增加，土壤NO– 3-N和NH4+-N含量呈指數(shù)曲線迅速下降。采用土下12 cm點(diǎn)施方式施入土壤氮素的擴(kuò)散集中在6 ~ 18 cm的土層范圍，即氮肥的垂直遷移集中在6 cm范圍內(nèi)，這與張朝等[11]的研究結(jié)果基本一致，尿素和硫銨在黑土中肥料養(yǎng)分的遷移主要在0 ~ 5 cm土層深度范圍內(nèi)。王曙光等[18]認(rèn)為尿素在潮土中的擴(kuò)散基本在1 ~ 10 cm范圍內(nèi)，其擴(kuò)散范圍與土壤性質(zhì)(尤其是黏粒含量)和肥料用量有關(guān)。而東北黑土模擬土柱條件下尿素的遷移距離和硝化作用主要發(fā)生在0 ~ 15 cm和0 ~ 50 cm土層內(nèi)[19]，這可能主要是由于取樣點(diǎn)密度不同造成的，該文以0 ~ 15 cm作為一個取樣點(diǎn)，這很可能人為地?cái)U(kuò)大了尿素的遷移距離。因此，研究肥料在土壤中的遷移擴(kuò)散不僅要考慮肥料品種和土壤理化性狀的差異，而且施肥點(diǎn)(區(qū))附近的取樣密度和整體范圍也是影響研究結(jié)果的重要因素。結(jié)果還表明，同等條件下NO– 3-N下移較NH4+-N明顯，而NH4+-N則更加集中在施肥點(diǎn)附近，垂直向上和往下移范圍較小，這可能與砂姜黑土具有較強(qiáng)的固銨作用有關(guān)[15, 20]。然而，在種植作物的條件下，由于作物根系對肥料的吸收和根肥的交互作用[21-22]，必然會對施入土壤中氮肥的遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響，因此不同作物在不同土壤類型中理想的施肥位點(diǎn)還需進(jìn)一步的探討和優(yōu)化。

4 結(jié)論

1) 土下12 cm點(diǎn)施土壤保肥能力明顯高于上層12 cm土混施和土下12 cm條施。

2) 點(diǎn)施條件下，砂姜黑土中尿素和磷酸銨在處理90 d的橫向移動距離為5 ~ 7 cm，垂直遷移主要集中在6 ~ 18 cm土層范圍，尿素的遷移大于磷酸銨，而磷酸銨的保肥性大于尿素。

3) 結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，本研究認(rèn)為采用合適的氮肥品種進(jìn)行一次點(diǎn)施是可以滿足旱地作物生長發(fā)育的氮素需求。但不同作物、不同土壤類型，其最優(yōu)的肥料品種和最佳的施肥位點(diǎn)還需要進(jìn)一步研究。

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Effects of Different Fertilization Methods and Nitrogen Fertilizers on Nitrogen Diffusion and Migration in Lime Concretion Black Soil

JIANG Chaoqiang1,2, LU Dianjun1, ZU Chaolong2, ZHOU Jianmin1, WANG Huoyan1*, WANG Shiji2

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008, China; 2 Tobacco Research Institute / Maize Research Center, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China)

Nitrogen (N) is one of the most important elements for plant growth and crop yield, however, excessive N fertilization and the relatively low N use efficiency (NUE) can results in the threat to environmental quality, but how to increase NUE has been an urgent problem still unsolved for agriculture development and environment protection, thus, it is important to study the diffusion and migration of N fertilizers to provide a theoretical basis for improving NUE and protecting the environment. A filed micro-plot experiment was carried out to study the effects of different fertilization methods and N fertilizers on the dynamics of soil N vertical diffusion and horizontal migration in lime concretion black soil, 3 fertilization methods (mixed uniformly with 12 cm top soil, placed in-hole at 12 cm depth, and placed in-furrow at 12 cm depth) and 2 nitrogen fertilizers (urea and ammonium phosphate) were designed, the concentrations of inorganic N (ammonium N and nitrate N) of different soil layers were determined at 30, 60 and 90 days after fertilization. The results showed that the concentrations of ammonium N and nitrate N in soils were in an order of placed in-hole at 12 cm depth > placed in-furrow at 12 cm depth > mixed uniformly with 12 cm top soil during 90 day treatment. With the point fertilization, the ammonium N of urea treatment was mainly concentrated in 6–18 cm along the vertical direction and in 0–7 cm alone horizontal distance, while the concentrated area of nitrate N reached the depth of 21 cm, and migrated to 15 cm away from fertilization point. Both the concentrations of ammonium N and nitrate N in soil declined obviously as the treatment time prolonged. The inorganic N of urea and ammonium phosphate point fertilization methods was mainly distributed in 6–18 cm soil, and the horizontal movement distance apart from the fertilization point was about 5–7 cm after 90 days. However, the inorganic N concentrations in soil 18 cm depth and 12 cm away from the ammonium phosphate fertilization point were 148.9 and 77.4 mg/kg, respectively, significantly higher than those of urea treatment (96.3 and 53.2 mg/kg, respectively). Moreover, the difference of inorganic N concentration between the two fertilizers was more apparent in the soil of fertilization point. It suggested that the capacity of ammonium phosphate in maintaining the high inorganic N concentration in soil under point fertilization method was better than that of urea. The results suggested that point fertilization could maintain higher inorganic N concentration in soil and reduce inorganic nitrogen losse. According to crop growth and fertilizer requirement, single basal application could supply the crop with a continuously high nutrient concentration during 90 days by optimizing the fertilizer placement and nitrogen species.

Nitrogen; Fertilization methods; Lime concretion black soil; Diffusion and migration

10.13758/j.cnki.tr.2018.02.004

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)項(xiàng)目(2013CB127401)、安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1708085MC54)、安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(17A0921)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271309)資助。

(hywang@issas.ac.cn)

姜超強(qiáng)(1980—)，男，廣西貴港人，博士，助理研究員，主要從事作物營養(yǎng)與高效施肥理論和技術(shù)方面的研究。E-mail: chaoqjiang@163.com

S143.1

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