灌施后降水時(shí)間間隔對(duì)土壤水氮分布特性的影響

劉秋麗

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

我國(guó)水資源比較匱乏，可利用的淡水資源人均占有量少。而我國(guó)的農(nóng)業(yè)用水就占據(jù)全國(guó)經(jīng)濟(jì)總用水量的70%左右，為節(jié)約用水，亟需在農(nóng)業(yè)用水中提倡節(jié)水灌溉措施。農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的多寡與水分和氮素息息相關(guān)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水、肥利用情況直接影響著農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、品質(zhì)和生產(chǎn)效益，并且直接或間接的影響著生態(tài)環(huán)境。灌溉施肥后短時(shí)間內(nèi)若遭遇強(qiáng)降雨則會(huì)造成氮素的深層淋失，不僅使氮肥利用率下降，且污染地下水。降雨使土壤含水率加大,進(jìn)而影響氮素在土壤中的分布[1～3]。目前對(duì)于降雨量對(duì)水氮運(yùn)移的影響、徑流氮流失的研究較多且成果顯著[4～10]。灌施與降水的時(shí)間間隔對(duì)水氮運(yùn)移的研究較少。為此本文研究模擬地面灌溉施肥后，不同降水時(shí)間對(duì)土壤水氮空間分布及淋溶的影響。

1 材料與方法

在室內(nèi)分別進(jìn)行土柱灌施肥后1 d、5 d、7 d、10 dd的模擬降水試驗(yàn)。土柱的初始灌水量為1.8 L，肥液濃度為700 mg/L。以降雨后形成39 mm的降雨深度確定降水量。灌后1 d、5 d、7 d、10 d模擬降水，模擬降水量均為0.9 L。用土鉆取土，取土?xí)r間為降水后 1 d、5 d、7 d、10 d。取樣點(diǎn)為：先取表層 0～5 cm，以下則以10 cm為步長(zhǎng)取樣至濕潤(rùn)峰處。每個(gè)處理作3次重復(fù)，取平均值，共計(jì)12個(gè)試驗(yàn)土柱。

試驗(yàn)所用土為風(fēng)干的均質(zhì)壤土，其初始體積含水率2.6%、硝態(tài)氮含量60.5 mg/kg、銨態(tài)氮含量14 mg/kg。通過(guò)稱(chēng)重夯實(shí)法實(shí)現(xiàn)土壤容重為1.4 g/cm3。試驗(yàn)肥料采用尿素。

土柱為有機(jī)玻璃土筒裝置，其內(nèi)徑為14 cm，柱高1 m。土筒底蓋密布內(nèi)徑為1 mm的圓孔以便于通風(fēng)。裝土前底部需放置紗網(wǎng)以防止土的流失。試驗(yàn)以馬氏筒作為恒定供水裝置，入滲水頭為5 cm。

2 不同模擬降水時(shí)間對(duì)土壤水分運(yùn)移特性的影響

圖1 土壤含水率分布曲線(xiàn)

圖1 表示灌后不同時(shí)間降水條件下土壤含水率的垂向分布圖。由圖1可以看出，灌后模擬降水量相同，灌溉與降水之間的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，土壤中含水率越小。因?yàn)闀r(shí)間間隔越長(zhǎng)土壤水分蒸發(fā)量越大，水分再分布的時(shí)間越長(zhǎng)，土壤中的分布就會(huì)越趨平緩，降水時(shí)水勢(shì)梯度就會(huì)越大，水分運(yùn)移速度加快。灌溉與降水之間時(shí)間間隔的長(zhǎng)短對(duì)含水率在土壤剖面中分布規(guī)律的影響不大。同一土層處，三種降水間隔下，0～55 cm土層范圍內(nèi)的土壤含水率分布趨勢(shì)大體上都是灌溉與降水之間間隔越長(zhǎng)土壤含水率越小。因?yàn)榻邓笸寥浪值脑俜植歼^(guò)程是上層土壤釋水，下層土壤吸水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后原先吸水的土壤開(kāi)始釋水，如此反復(fù)水分不斷移向土壤下層。灌溉與降水之間的間隔越短，降水后土壤含水量越大。

3 模擬降水時(shí)間對(duì)土壤氮素分布的影響

3.1 模擬降水時(shí)間對(duì)土壤銨態(tài)氮分布及轉(zhuǎn)化的影響

圖2 土壤銨態(tài)氮分布曲線(xiàn)

圖2 表示降水后土壤銨態(tài)氮分布曲線(xiàn)。由圖2可知，灌后1 d降水，表層土壤銨態(tài)氮含量較小，在25 cm深處最大，接著又降低，銨態(tài)氮分布基本呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。因?yàn)楣嗪? d降水，時(shí)間間隔很短，再降水時(shí)表層土壤含水率很快飽和，水分運(yùn)移較快，對(duì)銨態(tài)氮的吸附力減弱，大部分銨態(tài)氮被水分帶至土壤下層，由于25 cm附近土壤水分還沒(méi)有飽和，大量銨態(tài)氮被土壤膠體吸附，運(yùn)移速度變慢，未被吸附的銨態(tài)氮?jiǎng)t以擴(kuò)散的形式繼續(xù)向下運(yùn)移。灌后5 d、7 d降水，土壤銨態(tài)氮分布趨勢(shì)是沿程逐漸減小。降水時(shí)間間隔為7 d降水后7 d以及降水時(shí)間間隔為5 d降水后9 d的土壤銨態(tài)氮濃度已經(jīng)接近于0，這說(shuō)明灌后土壤銨態(tài)氮14 d已基本轉(zhuǎn)化完。灌溉10 d降水后1 d、5 d、7 d、10 d的土壤銨態(tài)氮含量均低于土壤初始值。灌后10 d再遇降水，水分經(jīng)過(guò)10 d再分布，土壤含水率減小，通透性變好，有利于銨態(tài)氮的硝化，再遇降水對(duì)銨態(tài)氮已沒(méi)有影響，因?yàn)殇@態(tài)氮已轉(zhuǎn)化完。

0～25 cm土層范圍內(nèi)，灌后1 d降水的土壤銨態(tài)氮濃度值低于灌后5 d、7 d降水的土壤銨態(tài)氮濃度值。因?yàn)楣嗪? d降水，時(shí)間間隔很短，再降水時(shí)表層土壤含水率很快飽和，水分運(yùn)移較快，對(duì)銨態(tài)氮的吸附力減弱，大部分銨態(tài)氮被水分帶至土壤下層。灌施與降水之間間隔為5 d、7 d的土柱，降水對(duì)銨態(tài)氮分布的影響不明顯，因?yàn)樗衷俜植紩r(shí)間較長(zhǎng)，水分分布越均勻，土壤含水率變小，銨態(tài)氮被土壤顆粒吸附，降水時(shí)不宜被水分沖刷到下層，所以灌施與降水之間的間隔越長(zhǎng)，再降水時(shí)對(duì)銨態(tài)氮分布規(guī)律的影響越弱。

3.2 模擬降水時(shí)間對(duì)土壤硝態(tài)氮分布轉(zhuǎn)化的影響

圖3 硝態(tài)氮隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

圖3 為不同降水時(shí)間下硝態(tài)氮在土壤中的分布圖?？梢钥闯?，濕潤(rùn)體內(nèi)硝態(tài)氮濃度值很小，且遠(yuǎn)小于土壤硝態(tài)氮濃度初始值。因?yàn)橥寥滥z體與硝態(tài)氮都帶負(fù)電荷，同種電荷相斥，硝態(tài)氮易隨水走，硝態(tài)氮濃度鋒與水分濕潤(rùn)鋒一致，降水后硝態(tài)氮與土壤濕潤(rùn)范圍均相應(yīng)加大。降水把土壤原有硝態(tài)氮淋洗向下層，硝態(tài)氮累積在濕潤(rùn)前緣處。土壤濕潤(rùn)鋒附近的硝態(tài)氮濃度基本上隨著時(shí)間的推移而減小。這是因?yàn)樵谒值脑俜植歼^(guò)程中，銨態(tài)氮硝化作用很弱，導(dǎo)致硝態(tài)氮增加量微弱，而硝態(tài)氮繼續(xù)隨水分向下運(yùn)移，導(dǎo)致濕潤(rùn)鋒處的含量減小。灌后5 d降水，降水后第9 d土壤中才有硝態(tài)氮的明顯累積。降水時(shí)間間隔為7 d的土柱，降水后7 d濕潤(rùn)體內(nèi)硝態(tài)氮含量增大的量比較明顯。灌后10 d降水的土柱土壤硝態(tài)氮含量較高。說(shuō)明灌溉與降水時(shí)間間隔越長(zhǎng)，降水后銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化所用的時(shí)間越短。這是因?yàn)楣嗍┡c降水之間的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，土壤水分的分布越平緩，土壤通氣性越強(qiáng)，越有利于銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，越易造成硝態(tài)氮的淋失。

4 結(jié)論

灌溉與降水的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，降水后土壤的濕潤(rùn)范圍越大，土壤水分分布越均勻；灌溉與降水時(shí)間間隔越短，降水后土壤含水率變化越小。灌施與降水間隔5 d、7 d的條件下，銨態(tài)氮基本轉(zhuǎn)化完所需的時(shí)間為14 d；灌溉與降水間隔10 d的條件下，灌施肥后10 d內(nèi)銨態(tài)氮基本轉(zhuǎn)化完成。灌溉后1 d降水能顯著降低土壤表層的銨態(tài)氮含量，大部分銨態(tài)氮分布在10 cm～50 cm土層中，既能抑制銨態(tài)氮的快速硝化促進(jìn)作物吸收，減少氨揮發(fā)，又能減少氮的淋失，提高肥料利用率。灌溉與降水的時(shí)間間隔越長(zhǎng)銨態(tài)氮分布越均勻，降水對(duì)銨態(tài)氮的分布影響越小，土壤剖面中銨態(tài)氮含量越低。降水時(shí)間間隔越長(zhǎng)，土壤中硝態(tài)氮濃度越大，越易造成硝態(tài)氮淋失。