不同比例復(fù)配土種植玉米對(duì)土壤氮素分布的影響

盧垟杰 李娟 郭振

摘要? ? 通過在砒砂巖與沙不同比例混合形成的復(fù)配土上種植玉米，研究復(fù)配土中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的分布及運(yùn)移情況。結(jié)果表明，土壤硝態(tài)氮容易被水分淋洗，且復(fù)配土中沙的比例越大，土壤硝態(tài)氮淋洗的速度越快、淋洗的深度越深;復(fù)配土中銨態(tài)氮含量普遍偏低，復(fù)配土含沙量越高，銨態(tài)氮變化越大。因此，在含沙量較高的復(fù)配土中應(yīng)采取適當(dāng)措施，減小養(yǎng)分流失造成的肥力浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞? ? 砒砂巖;復(fù)配土;硝態(tài)氮;銨態(tài)氮

中圖分類號(hào)? ? S513? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）14-0001-03

Abstract? ? The distribution and migration of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen in the compound soil were studied? by planting corn on the compound soil formed by mixing different proportions of soft sandstone and sand.The results showed that soil nitrate nitrogen was easily leached by water，the greater the proportion of sand in the compound soil，the faster the soil nitrate nitrogen was leached and the depth of the leaching is deeper.The content of ammonium nitrogen in the compound soil was generally low，the higher the sediment concentration of the compound soil，the greater the change of ammonium nitrogen.Therefore，appropriate measures should be taken in the compound soil with high sediment concentration to reduce the fertility waste caused by nutrient loss.

Key words? ? soft sandstone;compound soil;nitrate nitrogen;ammonium nitrogen

砒砂巖是一種形成時(shí)間極為久遠(yuǎn)的松散巖層[1]，主要由砂巖和砂頁巖等構(gòu)成[2]，集中分布在晉、陜、蒙交界處黃河流域的鄂爾多斯高原處，面積達(dá)到1.67萬km2 [3-4]。砒砂巖作為毛烏素沙地的伴生巖[5]，其巖層厚度小，承壓能力差以及“無水堅(jiān)如磐石、遇水爛如稀泥”的特性[1]讓砒砂巖難以得到利用。砒砂巖區(qū)侵蝕程度較高、侵蝕方式多樣[6-7]，導(dǎo)致地區(qū)水土流失嚴(yán)重[8-9]，生態(tài)環(huán)境惡劣[10]且改良復(fù)雜，利用困難。因此，被稱為“地球環(huán)境癌癥”[8]。

目前，已有大量學(xué)者針對(duì)砒砂巖區(qū)水土流失和生態(tài)治理進(jìn)行了研究。蔡懷森等[11]和王倫江等[12]對(duì)不同顏色砒砂巖的水力侵蝕進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)砒砂巖中氧化鐵含量越高，砒砂巖顏色越紅，其水土流失情況越嚴(yán)重。針對(duì)砒砂巖的治理，可以通過生物措施，恢復(fù)灌草植被[13]，種植沙棘植物如沙棘、檸條、沙打旺等建立“柔性壩”攔沙[14]，也可以利用水利工程措施，如建設(shè)淤地壩、治溝骨干工程等[1]，或者多種措施結(jié)合[15]，既可以減少水土流失，也可以形成高產(chǎn)農(nóng)田。張衛(wèi)華等[5]在砒砂巖區(qū)就地取材，將質(zhì)地黏重、透水性差的砒砂巖與透水性極強(qiáng)的沙子按比例混合，形成復(fù)配土，將災(zāi)害變?yōu)榭衫觅Y源。

本試驗(yàn)通過在砒砂巖與沙不同比例混合形成的復(fù)配土上種植玉米，研究復(fù)配土中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的分布及運(yùn)移情況，探討復(fù)配土氮素分布的規(guī)律，研究結(jié)果對(duì)砒砂巖地區(qū)的改良利用及復(fù)配土上種植玉米的氮肥施用有一定的指導(dǎo)意義。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2012年在榆林市榆陽區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)大紀(jì)汗村進(jìn)行。當(dāng)?shù)氐靥幟珵跛厣衬c黃土高原過渡地帶，東經(jīng)107°15′～111°15′，北緯36°57′～39°34′，屬溫帶干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候。當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.9～11.3 ℃，年平均降水量316～513 mm，多集中在7—9月。氣候特點(diǎn)是光照充足，溫差大，氣候干燥，雨熱同季，四季明顯。

1.2? ? 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用砒砂巖和沙土取自毛烏素沙地（位于我國(guó)西北地區(qū)，是中國(guó)四大沙地之一）榆林市榆陽區(qū)，其基本物理性質(zhì)見表1。

1.3? ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理，即砒砂巖與沙土比例分別按1∶1、1∶2、1∶5配制復(fù)配土，其上種植玉米，3次重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積60 m2（12 m×5 m）[5]。玉米于2012年4月22日種植，種植前每個(gè)小區(qū)施入尿素0.90 kg、磷酸二銨2.25 kg，并于7月10日補(bǔ)施尿素0.90 kg。每個(gè)小區(qū)分別在玉米種植前、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期各灌水1次，每次灌水50 mm。

1.4? ? 指標(biāo)測(cè)定與數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)于玉米拔節(jié)期、抽穗期和成熟期分別取土1次，測(cè)量其土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。土壤銨態(tài)氮含量采用KCl浸提—靛酚藍(lán)比色法測(cè)量;土壤硝態(tài)氮含量采用雙波長(zhǎng)分光光度法測(cè)量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2012進(jìn)行整理分析及制圖。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 硝態(tài)氮含量

2.1.1? ? 拔節(jié)期。不同比例砒砂巖與沙土復(fù)配土的硝態(tài)氮差異較明顯，其中砒砂巖與沙土1∶1體積比混合復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮含量整體較其他2個(gè)比例的復(fù)配土低，整體趨勢(shì)表現(xiàn)為0～10 cm土層的硝態(tài)氮含量最高，隨土層深度增加，土壤硝態(tài)氮含量下降明顯，10～15 cm土層土壤硝態(tài)氮含量為3.25 mg/kg，較0～10 cm土層低32.0%，隨后土壤硝態(tài)氮含量在3.50 mg/kg左右波動(dòng)，變化不大。砒砂巖與沙土1∶2體積比混合復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮含量較高，均在4.00 mg/kg以上，其中土壤硝態(tài)氮在10～20 cm土層有明顯的上升趨勢(shì)，10～15 cm土層和15～20 cm土層分別較表層土壤高28.5%和34.0%，其他土層的土壤硝態(tài)氮含量均在4.30 mg/kg左右。砒砂巖與沙土1∶5體積比混合復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮含量介于其他2種比例的復(fù)配土之間，但波動(dòng)范圍較大，大致呈現(xiàn)出隨土層深度增加，土壤硝態(tài)氮含量下降的趨勢(shì)（圖1）。3種復(fù)配土土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為0～10 cm表層1∶5復(fù)配土>1∶2復(fù)配土>1∶1復(fù)配土，其他土層1∶2復(fù)配土>1∶5復(fù)配土>1∶1復(fù)配土。

2.1.2? ? 抽穗期。抽穗期的土壤硝態(tài)氮含量較高是由于為保證玉米生長(zhǎng)發(fā)育需求，施入氮肥導(dǎo)致的。各比例復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮隨土層深度變化趨勢(shì)相同，均表現(xiàn)為0～10 cm表層土壤中硝態(tài)氮含量最低，之后升高較多，隨土層深度增加，土壤硝態(tài)氮含量下降。砒砂巖與沙土1∶1體積比混合復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮含量較其他2種比例復(fù)配土低，15 cm土層處出現(xiàn)土壤硝態(tài)氮含量峰值，較表層高61.5%，隨后15～20 cm土層硝態(tài)氮含量下降，而后變化不大。砒砂巖與沙土1∶2體積比混合復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮含量峰值42.99 mg/kg出現(xiàn)在20 cm土層處，較表層高79.4%，在40 cm土層處下降至33.58 mg/kg，隨后變化不大。砒砂巖與沙土1∶5體積比混合復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮含量在0～40 cm土層內(nèi)隨深度增加呈上升趨勢(shì)，在40 cm土層處達(dá)到最大值59.79 mg/kg，較表層高110.7%，在60 cm土層處下降至35.61 mg/kg，而后隨土層深度增加，土壤硝態(tài)氮含量變化不大（圖2）。

2.1.3? ? 成熟期。砒砂巖與沙土1∶1和1∶2體積比混合復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮含量較穩(wěn)定，隨深度增加，硝態(tài)氮含量變化較小，而砒砂巖與沙土1∶5體積比混合復(fù)配土與其他2種差別較大。1∶1復(fù)配土土壤硝態(tài)氮峰值3.93 mg/kg出現(xiàn)在40 cm土層處，較表層高11.6%，差別不明顯，隨土層深度增加，土壤硝態(tài)氮含量在3.50 mg/kg上下波動(dòng)，變化幅度較小。1∶2復(fù)配土土壤硝態(tài)氮峰值4.21 mg/kg出現(xiàn)在40 cm土層處，較表層高29.9%，差別較1∶1復(fù)配土大，土壤硝態(tài)氮含量整體變化較小，同樣在3.50 mg/kg上下波動(dòng)。1∶5復(fù)配土的土壤硝態(tài)氮含量在0～15 cm土層與其他2種復(fù)配土相差不大，隨土層深度增加迅速下降，60～80 cm土層處下降至0，隨后土壤硝態(tài)氮含量迅速升高，在140 cm土層處達(dá)到峰值，較表層高215.5%，差別明顯（圖3）。

2.2? ? 銨態(tài)氮含量

2.2.1? ? 拔節(jié)期。1∶1復(fù)配土土壤銨態(tài)氮整體趨勢(shì)表現(xiàn)為隨土層深度增加，銨態(tài)氮含量下降，峰值0.77 mg/kg出現(xiàn)在土壤表層，0～20 cm土層土壤銨態(tài)氮含量下降速度較快，40～100 cm土層變化不大，隨后又迅速下降。1∶2復(fù)配土的土壤銨態(tài)氮含量變化趨勢(shì)為隨土層深度增加，先升高后降低然后又緩慢升高，銨態(tài)氮峰值0.77 mg/kg出現(xiàn)在15 cm土層處，較表層高4.2%。1∶5復(fù)配土的土壤銨態(tài)氮含量變化趨勢(shì)與1∶2復(fù)配土相似，銨態(tài)氮峰值0.71 mg/kg出現(xiàn)在40 cm土層處。0～10 cm土層的銨態(tài)氮含量1∶1復(fù)配土>1∶2復(fù)配土>1∶5復(fù)配土（圖4）。

2.2.2? ? 抽穗期。1∶1復(fù)配土的土壤銨態(tài)氮含量在0～20 cm土層呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，后隨土層深度增加銨態(tài)氮含量升高，在120 cm土層處達(dá)到最大值0.90 mg/kg，隨后銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)出隨土層深度增加而降低的趨勢(shì)。1∶2復(fù)配土的土壤銨態(tài)氮變化趨勢(shì)與1∶1復(fù)配土接近，隨土層深度增加呈先降低再升高而后繼續(xù)降低的趨勢(shì)，土壤銨態(tài)氮峰值0.89 mg/kg出現(xiàn)在60 cm土層處。1∶5復(fù)配土的土壤銨態(tài)氮在0～20 cm土層內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在20 cm土層處出現(xiàn)峰值0.94 mg/kg，隨后隨土層深度增加而降低，降低幅度大于1∶1復(fù)配土和1∶2復(fù)配土。土壤銨態(tài)氮含量在0～40 cm土層表現(xiàn)為1∶5復(fù)配土>1∶1復(fù)配土>1∶2復(fù)配土;60 cm土層以下為1∶1復(fù)配土>1∶2復(fù)配土>1∶5復(fù)配土（圖5）。

2.2.3? ? 收獲期。收獲期1∶1復(fù)配土的土壤銨態(tài)氮含量隨土層深度增加變化不大，整體在0.43 mg/kg上下波動(dòng)，趨勢(shì)平緩。1∶2復(fù)配土的土壤銨態(tài)氮變化趨勢(shì)與1∶1復(fù)配土相似，銨態(tài)氮含量在0.44 mg/kg上下波動(dòng)，但波動(dòng)幅度較1∶1復(fù)配土大。1∶5復(fù)配土的土壤銨態(tài)氮變化趨勢(shì)與其他2種比例復(fù)配土不同，在0～15 cm土層，土壤銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，但在20 cm土層處明顯升高，出現(xiàn)峰值0.54 mg/kg，在20～40 cm土層又出現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨后隨土層深度增加變化不大（圖6）。

3? ? 結(jié)論與討論

（1）土壤硝態(tài)氮容易被水分淋洗，這點(diǎn)在土壤硝態(tài)氮分布圖中硝態(tài)氮峰值總是出現(xiàn)在土壤表層以下得到充分體現(xiàn)。這是由于土壤硝態(tài)氮離子帶負(fù)電荷，難以被同樣呈負(fù)電性的土壤膠體吸附，且硝態(tài)氮易溶于水，易隨水分向土壤深處運(yùn)移[16]，可能造成養(yǎng)分流失。

（2）復(fù)配土中沙土的比例越大，土壤硝態(tài)氮淋洗越快、淋洗的深度越深。對(duì)比各時(shí)期土壤硝態(tài)氮出現(xiàn)的土層深度，基本呈現(xiàn)出復(fù)配土中含沙量越高，硝態(tài)氮的峰值在土壤中分布得越深。尤其是收獲期，經(jīng)過一個(gè)耕作期的淋洗，1∶5復(fù)配土0～20 cm的土層還有部分硝態(tài)氮分布，但在20～80 cm土層中土壤硝態(tài)氮的含量接近于0，而峰值則出現(xiàn)在140 cm土層處。原因是沙土的保水性較差，水分極易向下流失[17]，故土壤水分?jǐn)y帶易溶于水的硝態(tài)氮向深處運(yùn)移，造成土壤中含沙量越高，硝態(tài)氮在土壤中分布得越深的現(xiàn)象。

（3）各時(shí)期復(fù)配土中銨態(tài)氮含量普遍偏低。玉米拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，各比例復(fù)配土中銨態(tài)氮含量集中在0.40～1.00 mg/kg之間。造成土壤銨態(tài)氮含量偏低的原因，一是夏季高溫干旱，氮肥中銨態(tài)氮變?yōu)橄鯌B(tài)氮的氧化過程加快;二是較高的氣溫使銨態(tài)氮加快轉(zhuǎn)化為氨氣，揮發(fā)后造成養(yǎng)分流失[18]。

（4）各比例復(fù)配土中銨態(tài)氮的分布差別較小，且隨土層深度增加，銨態(tài)氮的變化同樣較小。這是由于銨態(tài)氮帶正電荷，易被土壤中帶負(fù)電荷的土壤膠體吸附，不易運(yùn)移，隨水分流失較少。耕作期內(nèi)，3種復(fù)配土的銨態(tài)氮分布差異不大，在一個(gè)耕作期結(jié)束后，含沙量越高的復(fù)配土的銨態(tài)氮變化越大，這是由于沙子比例越大的復(fù)配土中土壤黏粒越少，不易形成土壤膠體，對(duì)銨態(tài)氮的吸附性減弱。

復(fù)配土中硝態(tài)氮易被水分淋洗，造成養(yǎng)分流失，且含沙量越高的復(fù)配土，硝態(tài)氮淋洗現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此，在沙子比例較高的復(fù)配土中應(yīng)采取適當(dāng)措施，以減小養(yǎng)分流失造成的肥力浪費(fèi)。復(fù)配土中未出現(xiàn)銨態(tài)氮的積累，可能與復(fù)配土本身的性質(zhì)及當(dāng)?shù)貧夂驐l件有一定程度的關(guān)系，以后可針對(duì)復(fù)配土對(duì)銨態(tài)氮的吸附效果以及硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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