速效氮肥和緩釋肥配施對高羊茅草坪質量及土壤硝態(tài)氮動態(tài)的影響

劉春陽， 李占臺， 劉東霞， 王激清， 劉貴河*

(1. 河北北方學院草地研究所， 河北 張家口07500； 2. 河北北方學院農林科技學院， 河北 張家口07500)

草坪具有調節(jié)氣溫，增加濕度，保持水土和防風固沙等生態(tài)效應，也是城市休閑綠地，運動場的重要組成部分[1-2]。隨著社會的發(fā)展，草坪面積不斷擴大，人們對于草坪的養(yǎng)護管理投入也不斷增加，而草坪的施肥管理水平卻相對滯后。氮作為草坪植物需求量最多的營養(yǎng)元素，是影響草坪質量的主要因素，為了獲得高質量的草坪，必需加強合理氮肥施用措施的研究[3]。已有的研究表明，草坪氮肥施用中存在偏施和多施的問題，速效氮肥短期內不能被草坪吸收，而部分揮發(fā)到大氣中造成大氣污染；另一部分通過硝態(tài)氮的淋溶作用進入地下水，引起地下水的富營養(yǎng)化[4-7]。Kevin等[8]研究了建植25年草坪中氮肥的施用對硝酸鹽淋溶的影響，發(fā)現(xiàn)在施氮量為245 kg·hm-2時，淋溶液中的硝酸鹽是可飲用水中允許硝酸鹽含量的2～3倍，導致了嚴重的地下水污染，施氮量是草坪氮營養(yǎng)淋溶損失的最主要因素。此外，氮肥種類、降水和灌溉、施肥季節(jié)等因素也是影響硝態(tài)氮淋溶的關鍵因素[9-10]。

緩釋肥是近年來在農業(yè)生產中出現(xiàn)的一種新型肥料，緩釋肥的使用可以避免土壤中養(yǎng)分過量，協(xié)調土壤養(yǎng)分過量與植物養(yǎng)分吸收之間的矛盾，既可以提高肥料利用率，滿足植物生長期對氮素的需要，又可以減少了硝態(tài)氮的淋失，表現(xiàn)出明顯的環(huán)境效益[11-14]。但是緩釋肥也有缺點，即不能滿足草坪生長初期對氮素的需求[15]，因此在農業(yè)生產中提出了速效氮肥和緩釋肥配施的措施。呂小紅等研究發(fā)現(xiàn)緩釋肥以基蘗肥的形式施入水稻中，適宜后移速效氮肥的施入有利于水稻產量及氮肥利用率的提高[16]。崔文慧等研究發(fā)現(xiàn)，在速效氮肥與緩釋肥配施的條件下，緩釋肥在基肥中所占比例越大，油菜中全氮、全磷、全鉀含量越高，并且可以提高肥效，提高油菜的生物量[17]。因此為改善草坪質量并減少硝態(tài)氮在土壤中的淋洗，探討草坪速效肥和緩釋肥最適配施，本研究以高羊茅草坪草為研究對象，研究二者不同比例配施對高羊茅草坪質量和土壤硝態(tài)氮積累的影響，旨在為高羊茅草坪的施肥管理提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗于2016年5—11月在河北北方學院草地研究所的試驗田中進行，試驗區(qū)位于40°46′1″ N，114°52′20″ E，海拔331 m，年平均氣溫7.7℃，屬溫帶半干旱大陸性季風氣候。試驗地為垃圾填埋場，表層(0～20 cm)土壤有機質含量為7.57 g·kg-1，堿解氮含量為33.13 mg·kg-1，速效磷含量為21.10 mg·kg-1，速效鉀含量為117.91 mg·kg-1，pH值為8.17，容重為1.32 g·cm-3。

供試高羊茅品種：奮進2號(Festucaarundinacea‘Endeavor II’)。供試速效氮肥：普通尿素(46.4% N)，緩釋氮肥：包膜尿素(40% N，北京市農林科學院提供)，磷肥：過磷酸鈣(12% P2O5)，鉀肥：硫酸鉀(50% K2SO4)。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組試驗，小區(qū)面積2 m×3 m，試驗設6個處理，普通尿素(U)與包膜尿素(S)比例分別為7∶3(A)，6∶4(B)，5∶5(C)，4∶6(D)，3∶7(E)，并以不施肥為對照(CK)。各處理磷肥和鉀肥用量相同，均為P2O514 g·m-2和K2SO48 g·m-2。每個處理重復3次，共計18個小區(qū)。每個小區(qū)之間間隔25 cm，以防止小區(qū)之間串水串肥。高羊茅播種量為50 g·m-2，試驗于2016年7月5日撒播在田間。肥料于7月2日施入各小區(qū)。播種后，用蘆葦簾子做遮陰處理，一周后將蘆葦簾子撤去。

對各處理的高羊茅采用相同的田間管理措施：根據(jù)田間雜草情況隨時進行雜草拔除；根據(jù)草坪長勢，每次測定草坪質量后對草坪進行修剪，刈割留茬5 cm，草屑收集后移出試驗區(qū)；根據(jù)降水情況，適量灌溉，未下雨時，每天對各小區(qū)使用噴灌進行灌溉。

1.3 測定指標與方法

1.3.1草坪外觀指標測定 草坪生長速度的測定：草坪生長速度用一周內植株生長高度表示，每次修剪前每小區(qū)隨機選取(按S型)10個樣點，測量樣點附近植株的自然高度，其數(shù)量值剪去修剪留茬高度即為一周內植株的生長高度(精確到0.1 cm)。

草坪分蘗數(shù)測定：每4周測一次草坪分蘗數(shù)，測量方法是每個處理選取1個具有代表性的5×5 cm2樣方，手工計數(shù)。

地上生物量：選取具有代表性的樣方，使用環(huán)刀取直徑為10 cm的草皮柱，放入預先準備好的塑料袋中，帶回實驗室。將草皮柱地上部分剪下，裝入鋁盒中，在105℃的烘箱中殺青l(xiāng) h，然后在85℃下烘干至恒重，稱得干重。試驗每一個月進行一次，每個處理重復3次。

地下生物量：選取有代表性的樣方，齊地面剪去地上部分，用直徑為10 cm的環(huán)刀取土，包上兩層紗布用自來水沖洗并除去砂礫、石子、腐殖質等殘留物，75℃烘干至恒重，準確稱取其質量(精確到0.01 g)。試驗每一個月進行一次，每個處理重復3次。

1.3.2土壤硝態(tài)氮含量測定 在試驗進行前及實驗進行過程中每月取土，每小區(qū)土壤樣品采集3各樣品點，采樣深度分別為0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～80 cm，80～100 cm共5層，新鮮土樣帶回實驗室立即測定土壤水分含量。用0.01 mol·L-1的CaCl2浸提，紫外分光光度法測定土壤硝態(tài)氮含量[18]。

根據(jù)所測定的各土層硝態(tài)氮的含量和土壤的容重，計算0～100 cm各處理土壤中硝態(tài)氮殘留量(R)[19]。計算公式如下：

R=R1+R2+R3+R4+R5，其中，Ri=c×(D×H×A)×10-6

式中：Ri為每一土層的硝態(tài)氮殘留量(kg·hm-2)；c為該土層硝態(tài)氮含量(mg·kg-1)；D為該土層土壤容重(kg·m-3)；H為每一土層的厚度(0.2 m)；A為每1 hm2土地的面積(10 000 m2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)均采用Excel軟件進行計算和繪圖，用DPS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計檢驗分析。

2 結果與分析

2.1 不同比例速效氮肥和緩釋氮肥配施對草坪生長速度的影響

各處理對高羊茅生長速度的影響如圖1所示。高羊茅在7—11月的生長速度呈先降低后增長的趨勢。在種植初期(7月23日)高羊茅生長速度最快，均在3.3 cm·周-1以上，且A處理與對照差異不顯著，兩者均顯著高于其他處理。高羊茅在8月5日—9月5日這一階段生長速度達最小值，各處理均小于0.50 cm·周-1。9月5日之后，各處理高羊茅的生長速度增加，且顯著高于對照。綜合分析整個生長季，C、D、E處理生長速度較為穩(wěn)定，維持在1.00～1.50 cm·周-1。因此整體來看C、D、E三個處理高羊茅的生長速度穩(wěn)定。

2.2 不同比例速效氮肥和緩釋氮肥配施對草坪分蘗數(shù)的影響

各處理對高羊茅分蘗數(shù)的影響如圖2所示。草坪的分蘗數(shù)至施肥后有不同程度的增加，并且隨時間呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，到 10月5日出現(xiàn)峰值。其中在8月5日之前，A、B處理高羊茅的分蘗數(shù)顯著高于其他處理，且A處理草坪的分蘗數(shù)高于B處理。9月份C、D處理的分蘗數(shù)增加加快，與A、B之間不存在顯著差異。10月5日高羊茅分蘗數(shù)出現(xiàn)峰值，并且D、E草坪的分蘗數(shù)顯著高于其他處理。之后，各處理高羊茅的分蘗數(shù)有所降低，但D、E處理依舊顯著高于其他處理，整體表現(xiàn)為：E>D>C>B>A>CK。從試驗結果來看，D、E處理在試驗后期對增加高羊茅的分蘗數(shù)效果顯著。

圖1 不同施肥處理對高羊茅生長速度的影響Fig.1 Growth rate of tall fescue at different treatment注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Note∶Different letters indicate significant difference at the 0.05 level, the same as below

圖2 不同施肥處理對高羊茅分蘗數(shù)的影響Fig.2 Filler of tall fescue at different treatment

2.3 不同比例速效氮肥和緩釋氮肥配施對地上生物量的影響

各處理對高羊茅地上生物量的增長如圖3所示。高羊茅地上生物量的增長呈先增加后減少的趨勢，其中A、B處理在9月11日達到峰值，之后高羊茅的地上生物量顯著下降，D、E處理在10月11日達到峰值，但D處理在9—11月期間地上生物量波動較小，維持在0.55～0.85 g·cm-2。在9月11日之前，各處理地上生物量增長緩慢，并且各處理與對照之間無顯著差異。9—11月期間，C、D、E三個處理地上生物量增長較為平穩(wěn)，并且E處理在試驗后期地上生物量顯著高于其他處理，并且緩釋肥所占比例越大，地上生物量增長越大，且各處理的地上生物量均高于對照。

圖3 不同施肥處理對高羊茅地上生物量的影響Fig.3 Abovebiomass of tall fescue at different treatment

2.4 不同比例速效氮肥和緩釋氮肥配施對地下生物量的影響

各處理對高羊茅地下生物量的增長如圖4所示。高羊茅地下生物量呈逐漸增加的趨勢。從播種到8月11日，各處理地下生物量的增長與對照之間無顯著差異。9月11日A、B、C處理后的高羊茅地下生物量顯著高于D、E處理，并且A、B、C處理地下生物量的增長較大。10月份，A、B處理地下生物量的增長變緩，D、E處理增長加快，此時D、E處理的地下生物顯著高于A處理。10月11日—10月11日期間，D處理的地下生物量顯著高于其他處理。由此可見，D處理是最有利于高羊茅地下生物量增長的處理方式。

圖4 不同施肥處理對高羊茅地下生物量的影響Fig.4 Underground biomass of tall fescue at different treatment

2.5 不同比例速效氮肥和緩釋氮肥配施對土壤硝態(tài)氮分布的影響

有研究表明，土壤硝態(tài)氮的淋洗主要受可溶性氮的分布和數(shù)量的影響[20]，據(jù)相關研究顯示，草坪土壤無機氮以硝態(tài)氮為主[21]。由圖5可知，整個生長季中施氮處理下0～60 cm的土層中的硝態(tài)氮含量均高于對照，在60～100 cm的土層中各處理差異不大。整體來看，在草坪建植前未施入氮肥，但土壤硝態(tài)氮含量較高，除在20～40 cm的土層外，其他土層土壤硝態(tài)氮含量均超過15 mg·kg-1，甚至在60～100 cm的土層中，硝態(tài)氮含量高達42.16 mg·kg-1(60～80 cm)，33.31 mg·kg-1(80～100 cm)。隨著試驗的進行，土壤中硝態(tài)氮的含量呈下降趨勢，并且各土層的對照處理高羊茅從播種前一直到收獲后硝態(tài)氮含量不斷降低，即隨著高羊茅的生長發(fā)育吸收，土壤中硝態(tài)氮處于不斷損耗的過程。

分析0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層硝態(tài)氮含量變化規(guī)律可以得到，A、B、C處理在表層(0～20 cm)的土壤中硝態(tài)氮含量逐漸降低，C、D硝態(tài)氮含量保持較為平穩(wěn)。20～40 cm的土層中，在8月1日土壤中的硝態(tài)氮含量達到最高值，其中，A處理硝態(tài)氮含量增加最大，但是在9月1日顯著降低，其他處理變化較為平穩(wěn)。40～60 cm的土層中，A、B、C三處理硝態(tài)氮含量呈下降趨勢，D、E處理呈增長的趨勢。綜合三個土層硝態(tài)氮含量可以看出，D、E處理在試驗后期(11月1日)0～60 cm的土層中硝態(tài)氮含量高于A、B、C處理。分析60～80 cm，80～100 cm土層硝態(tài)氮含量變化規(guī)律可以得到，60～100 cm的土層中硝態(tài)氮較草坪建植前顯著降低，但A、C處理在60～100 cm的土層中硝態(tài)氮含量明顯高于其他處理。

2.6 試驗結束后土壤硝態(tài)氮的動態(tài)變化

作物收獲后殘留在土壤剖面硝態(tài)氮的含量及其空間分布特征是表征硝態(tài)氮淋失風險的重要指標[24]。由于溫度的影響，高羊茅在11月份進入休眠期，地上部分枯萎，生理活動基本停止。圖6為不同處理高羊茅休眠后各土層硝態(tài)氮含量變化趨勢，從試驗結果來看，不同土層中硝態(tài)氮含量波動較大，但隨著土層深度的增加均呈現(xiàn)出先增大后減少的趨勢。其中B處理在0～80 cm的土層硝態(tài)氮含量與對照之間的差異較小，80～100 cm的土層中顯著增加。A處理在20～40 cm的土層中硝態(tài)氮含量降低，但隨著土層深度的增加，A處理土壤中硝態(tài)氮的殘留量顯著增加，在60～80 cm的土層中硝態(tài)氮積累最多，達13.33 mg·kg-1。C、D處理在0～80 cm隨著土層深度的增加硝態(tài)氮含量逐漸增加，但D處理在0～60 cm的土層中殘留量高于C處理。E處理在40～60 cm硝態(tài)氮的積累量達到最大水平，在60～80 cm的土層中殘留量較小。

圖5 各處理對高羊茅生長季各土層硝態(tài)氮含量Fig.5 Change of nitrogen contents of Festuca bluegrass in different soil layers and terms

2.7 不同比例速效氮肥和緩釋氮肥配施對土壤硝態(tài)氮殘留的影響

一般而言，高羊茅的根系在0～60 cm的土層中所占比例高達90%，其中，在0～10 cm的土層中比例達60%[21]，因此，根據(jù)高羊茅生長發(fā)育特征，60 cm可以作為草坪冬季休眠前硝態(tài)氮淋溶損失的下邊界，即超過60 cm土層的硝態(tài)氮存在的更大的淋溶損失的風險。從表1中可以看出，高羊茅休眠時0～100 cm的土層中，僅B處理的土壤硝態(tài)氮殘留量與其他處理有顯著差異，與對照無顯著差異。B處理在高羊茅休眠時土壤中殘留的硝態(tài)氮含量最少，且0～60 cm的土層中硝態(tài)氮含量占總含量的52.96%。其他處理之間無差異，但從高羊茅休眠時不同土層硝態(tài)氮積累量中可以看出，E處理土壤硝態(tài)氮的積累量主要集中在0～60 cm的土層中，所占比例大于60%。其它處理0～60 cm土壤中硝態(tài)氮的殘留量均集中在45%～60%。因此，各處理均存在淋溶的風險，且積累總量越高，存在淋溶風險的硝態(tài)氮量越大。各處理硝態(tài)氮的淋溶風險呈A>C>B>D>CK>E。

圖6 不同處理高羊茅休眠后各土層硝態(tài)氮含量Fig.6 Nitrate nitrogen contents of tall fescue in different soil layers and terms

表1 施肥處理對高羊茅試驗結束時不同土層硝態(tài)氮積累量及所占百分比Table 1 Nitrate nitrogen contents and percentage of tall fescue in different soil layers and terms

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)

Note∶Different letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level

3 討論與結論

由于緩釋肥減緩了肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放的速度，從而增加了肥料的利用率，減少了環(huán)境污染[24-25]。2種肥料配施是希望養(yǎng)分供應與植物需求相同步[26]。在草坪草質量方面，緩釋肥具有控制草坪草生長速度[22]，維持草坪觀賞質量的重要作用，是反映草坪氮素狀況的重要指標[27]。在草坪管理的過程中，均勻緩慢的生長速度，較大的草坪分蘗數(shù)，對于較少修剪次數(shù)，增加草坪密度，降低草坪養(yǎng)護管理過程中的成本投入具有重要作用[28-29]。試驗結果表明，隨著緩釋肥所占比例的增大，高羊茅的生長速度越穩(wěn)定。由于緩釋肥肥效存在滯后性，在施肥前期肥效發(fā)揮緩慢[30]，而一定比例的速效肥對于促進高羊茅前期的生長發(fā)育有積極作用，所以在試驗初期高羊茅各項指標差異不大。從試驗后期的結果來看，速效氮肥(U)與緩釋氮肥(S)比5∶5(C)，4∶6(D)，3∶7(E)的三個處理高羊茅生長速度穩(wěn)定，這與邊秀舉[31-32]、楊曉華[33]的研究相一致，緩釋肥可以穩(wěn)定的控制草坪草的生長速度。同時當緩釋肥所占比例大于1∶1時，對草坪的分蘗數(shù)、地下、地上生物量等其他指標也有持續(xù)穩(wěn)定促進作用。但本研究中草坪草分蘗數(shù)的結果與劉玉杰[30]的試驗結果不同，劉玉杰認為未施肥草坪與各施肥處理草坪的分蘗密度相差不大，并且夏季仍能維持在 200株·m-2以上。而本試驗中緩釋肥所占比例較大的D、E處理能夠保持草坪草較大的分蘗數(shù)，并且各處理顯著高于對照?？赡苁怯捎诒驹囼灧N植時間較晚，在溫度適宜的春季高羊茅沒有經歷充分的生長，在速效肥肥效期內，由于夏季高溫限制了草坪草的生長，所以差異較大的緣故，其結果有待于進一步研究。

在草坪施肥對硝態(tài)氮的影響的研究中，采用滲濾筒試驗結果證明緩釋肥可以提高肥料利用率并降低硝態(tài)氮的淋洗[22]。氮肥施用量和土壤中硝態(tài)氮的殘留量密切相關，施氮量越高草坪土壤中殘留的硝態(tài)氮也越多[23]。目前，城市綠地的種植土大多為垃圾回填土壤，漏水漏肥現(xiàn)象會比較嚴重[34]，與本試驗田情況相似。從試驗結果可以看出，緩釋肥所占比例大于1∶1的D、E處理，硝態(tài)氮主要殘留在0～60 cm的土層中，而緩釋肥所占比例小于1∶1的A處理，硝態(tài)氮主要殘留在60～100 cm的土層中。同樣D、E在0～60 cm土層中硝態(tài)氮殘留較多，而A處理恰好反之。結合硝態(tài)氮的淋溶風險，當速效肥與緩釋肥比為3∶7時，硝態(tài)氮的淋溶風險小于對照處理，可以顯著降低施肥對環(huán)境所造成的污染，具有較高的環(huán)境效益。

綜合分析兩種肥料配施對高羊茅的質量指標的影響，并考慮土壤硝態(tài)氮時空分布帶來的環(huán)境風險，可以認為，在本試驗條件下，當速效肥與緩釋肥比為3∶7時，既可以保持高羊茅較高的觀賞質量，又可以減少硝態(tài)氮的淋洗。當然，兩者肥料配施的比例必須進一步進行試驗，觀察高羊茅的返青率及返青時土壤硝態(tài)氮的含量，從而為高羊茅草坪的養(yǎng)護管理提供理論和實踐依據(jù)。