穴施條件下肥料養(yǎng)分在土壤中遷移規(guī)律的初步研究①

張 磊，宋 航，陳小琴，盧殿君，王火焰*

穴施條件下肥料養(yǎng)分在土壤中遷移規(guī)律的初步研究①

張 磊1,2，宋 航1,2，陳小琴1，盧殿君1，王火焰1,2*

(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 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

根區(qū)施肥是高效施肥的重要措施，確定根區(qū)施肥的最佳位置，需要了解肥料施用后養(yǎng)分在土壤中的遷移規(guī)律。本研究通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)來研究尿素、聚磷酸銨和氯化鉀復(fù)合肥穴施條件下，土壤含水量、培養(yǎng)時(shí)間對(duì)兩種土壤中氮磷鉀養(yǎng)分遷移的影響效果。結(jié)果表明：隨土壤含水量由300 g/kg增加到420 g/kg，氮磷鉀在土壤中的遷移距離都會(huì)顯著增加，培養(yǎng)15 d的姜堰和廣德兩種土壤中，銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀的遷移距離分別由9 ~ 11、4 ~ 10和9 ~ 10 cm增加到12 ~ 14、5 ~ 6和11 cm。土壤含水量增加使氮磷養(yǎng)分的遷移距離平均增加了約1/3。隨培養(yǎng)時(shí)間從15 d延長到30 d，300 g/kg土壤含水量條件下兩種土壤中速效磷遷移距離無顯著變化，而速效鉀的遷移距離顯著增加，銨態(tài)氮遷移距離在廣德水稻土中增加顯著，但在姜堰水稻土中增加幅度較小。肥料穴施條件下銨態(tài)氮的硝化作用除受土壤含水量、pH和時(shí)間因素影響外，還受肥際高濃度養(yǎng)分的強(qiáng)烈抑制作用，這種抑制作用延緩了銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，是根區(qū)一次施肥技術(shù)中氮肥持續(xù)高效供應(yīng)的重要原因?？傮w而言，氮磷鉀養(yǎng)分遷移距離表現(xiàn)為：硝態(tài)氮>銨態(tài)氮>速效鉀>速效磷，肥料氮的遷移受硝化作用影響大，速效磷的遷移受土壤含水量影響較大，而速效鉀與銨態(tài)氮的遷移規(guī)律較為類似，都因土壤含水量的增加和時(shí)間的延長而逐漸增加。

穴施；根區(qū)施肥；肥際；遷移規(guī)律；硝化作用

我國是化肥生產(chǎn)與使用大國，人均耕地少，農(nóng)田復(fù)種指數(shù)高。為了保證作物高產(chǎn)，農(nóng)民通常需要施用大量的化學(xué)肥料。化肥的大量使用雖然提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，但也造成了肥料資源的浪費(fèi)和一系列環(huán)境污染問題，嚴(yán)重影響了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量制約了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。如何在提高肥料效益、促進(jìn)糧食增產(chǎn)的同時(shí)減少肥料用量和降低環(huán)境污染一直是農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)。王火焰和周健民[2]提出根區(qū)施肥的理念：將肥料施入根區(qū)活性范圍，使肥料養(yǎng)分動(dòng)態(tài)擴(kuò)散范圍與作物根系生長的動(dòng)態(tài)范圍相匹配，從而實(shí)現(xiàn)肥料養(yǎng)分被作物最佳吸收利用的目標(biāo)。根區(qū)施肥作為高效施肥的重要措施，將肥料施在根區(qū)合適位置不僅能夠使作物更易吸收，還能夠減少養(yǎng)分在作物無法吸收的土體中的固定和損失。近年來，隨著施肥機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，水稻機(jī)械側(cè)深施肥技術(shù)得到了推廣應(yīng)用[3-4]。但該施肥技術(shù)是效果有限的側(cè)條施肥，還不是位置更加精準(zhǔn)的根區(qū)穴施。研究發(fā)現(xiàn)穴施顆粒尿素相比常規(guī)施肥養(yǎng)分持續(xù)時(shí)間更長[5]。穴施在根區(qū)的尿素，氨揮發(fā)和徑流損失會(huì)大幅度下降，從而提高了氮肥的利用率。在玉米和水稻上，將尿素穴施在根區(qū)附近合適位置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)一次施肥，還能夠提高水稻和玉米的產(chǎn)量以及養(yǎng)分吸收利用率[6-8]。這些研究都證明尿素穴施具有很好的應(yīng)用前景。然而對(duì)于氮磷鉀復(fù)合肥穴施條件下，養(yǎng)分在土壤中的遷移規(guī)律研究很少。穴施復(fù)合肥料將導(dǎo)致局部養(yǎng)分濃度比穴施單一尿素更高，對(duì)于穴施肥料位置和施肥深度都有更精確的要求，過近容易造成燒苗，過遠(yuǎn)會(huì)影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收。比如，小麥次生根生長一般發(fā)生在出苗后15 d，當(dāng)小麥種子里的養(yǎng)分耗盡后，必須靠根系吸收養(yǎng)分才能維持生長，而小麥對(duì)銨態(tài)氮又十分敏感，當(dāng)溶液中的銨濃度達(dá)到10 mmol/L時(shí)，會(huì)對(duì)小麥生長發(fā)育造成抑制[9-10]。在實(shí)際的氮素管理中，提高作物氮形態(tài)喜好、氮肥形態(tài)、土壤氮素轉(zhuǎn)化特點(diǎn)以及氣候因素之間的契合程度，可以顯著提高氮肥利用率、降低施氮量、減少活性氮向環(huán)境的擴(kuò)散[11]。因此，需要通過研究來明確穴施條件下各養(yǎng)分在土壤中遷移擴(kuò)散及轉(zhuǎn)化規(guī)律，為確定根區(qū)施肥下最佳施肥位置提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤為江蘇姜堰長江三角洲早期沖積母質(zhì)發(fā)育的高砂土和安徽廣德第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的棕紅壤，采集自土壤耕層0 ~ 20 cm，采樣時(shí)間為水稻季收獲后。土壤采回后風(fēng)干，過2 mm篩備用。土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)處理

為了研究水稻/小麥輪作體系中穴施肥料養(yǎng)分早期遷移規(guī)律，試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)培養(yǎng)時(shí)間段(15 d和30 d)，兩種水分含量(土壤含水量為300 g/kg，約為姜堰土壤田間最大持水量的70%；土壤含水量為420 g/kg，相當(dāng)于姜堰土壤田間最大持水量)和兩種土壤(廣德土壤和姜堰土壤)。試驗(yàn)處理具體為：①180 g水、培養(yǎng)15 d、姜堰土；②180 g水、培養(yǎng)30 d、姜堰土；③252 g水、培養(yǎng)15 d、姜堰土；④ 252 g水、培養(yǎng)30 d、姜堰土；⑤180 g水、培養(yǎng)15 d、廣德土；⑥ 252 g水、培養(yǎng)15 d、廣德土；⑦180 g水、培養(yǎng)30 d、廣德土；⑧252 g水、培養(yǎng)30 d、廣德土；每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)方法

室內(nèi)培養(yǎng)器具采用長方形塑料盒，長19 cm、寬7 cm、高4.5 cm。每盒裝過2 mm篩的土壤600 g，自然壓實(shí)后，姜堰土壤容重1.25 g/cm3，廣德土壤容重1.15 g/cm3。在土面放置一張濾紙，通過將水緩慢加在濾紙上以減少對(duì)土壤的沖擊。加入去離子水后靜置12 h，使水與土充分平衡。之后將1.50 g尿素、1.00 g聚磷酸銨、1.50 g氯化鉀充分混合(N∶P2O5∶K2O = 15∶10∶16)集中穴施在距離塑料盒一端4 ~ 5 cm且距土表1 cm的位置上，蓋上留有5個(gè)小孔的塑料蓋，放在25℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。

1.4 樣品采集與分析測(cè)定

在培養(yǎng)的15 d和30 d取樣，以施肥點(diǎn)位置為坐標(biāo)原點(diǎn)每隔1 cm取一份樣，向左取4份，向右取14份，共19份。將取好的樣混勻，放入自封袋中待測(cè)，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮當(dāng)天提取當(dāng)天測(cè)，速效鉀和速效磷第二天測(cè)定。同時(shí)測(cè)定含水量以便換算成風(fēng)干土重量。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮采用2 mol/L氯化鉀溶液浸提，速效磷采用0.5 mol/L、pH 8.5碳酸氫鈉溶液提取，速效鉀采用1 mol/L中性醋酸銨溶液提取，除速效鉀采用火焰光度法測(cè)定外，其余都用全自動(dòng)化學(xué)分析儀(Smartchem 200)進(jìn)行分析測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析與作圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007與Origin 2017處理、分析與作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 不同土壤含水量條件下氮在不同土壤中的遷移規(guī)律

土壤含水量對(duì)養(yǎng)分遷移有著顯著影響。從圖1中可以看出，不同土壤含水量條件下，姜堰土壤中銨態(tài)氮隨著時(shí)間的增加，遷移距離不斷增加。在300 g/kg土壤含水量條件下，從培養(yǎng)15 d到30 d，銨態(tài)氮在姜堰土壤中遷移距離由9 cm變?yōu)?0 cm，增加了1 cm。在420 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d時(shí)，土壤中銨態(tài)氮的遷移距離為12 cm，比在300 g/kg土壤含水量條件下遷移的距離多3 cm；培養(yǎng)30 d時(shí)，銨態(tài)氮遷移距離超過14 cm。在300 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d時(shí)，姜堰土壤中硝態(tài)氮平均總量為121.9 mg。此時(shí)，硝態(tài)氮含量在距離施肥點(diǎn)6 cm處達(dá)到最大，該位置硝態(tài)氮平均含量為425 mg/kg；培養(yǎng)30 d時(shí)，土壤中硝態(tài)氮平均總量為210 mg，且在距離施肥點(diǎn)7 cm處硝態(tài)氮含量達(dá)到最大，平均含量為567.8 mg/kg。在420 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d時(shí)，土壤中硝態(tài)氮平均總量為10 mg，在距離施肥點(diǎn)6 cm處含量達(dá)到最大，此處平均含量為53 mg/kg；培養(yǎng)30 d時(shí)，土壤中硝態(tài)氮平均總量為99 mg，在距離施肥點(diǎn)8 cm處含量達(dá)到最大，平均含量為215 mg/kg。由此可知，隨著土壤含水量增加和時(shí)間的延長，銨態(tài)氮在姜堰土壤中的遷移距離增加，而土壤中硝態(tài)氮總量隨著時(shí)間的延長和土壤含水量的減少而增加。

廣德土壤中氮的遷移趨勢(shì)與姜堰土壤中相似。從圖2中可以看出，在300 g/kg土壤含水量條件下，廣德土壤中銨態(tài)氮在培養(yǎng)15 d時(shí)，遷移距離為11 cm；而到培養(yǎng)30 d時(shí)，銨態(tài)氮遷移距離超過14 cm，比15 d時(shí)增加3 cm以上。在420 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d和30 d時(shí)銨態(tài)氮的遷移距離都超過14 cm；30 d時(shí)，距離施肥點(diǎn)14 cm處的銨態(tài)氮平均含量達(dá)到142.8 mg/kg，而15 d時(shí)，該位置的銨態(tài)氮平均含量為52.3 mg/kg。在300 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d時(shí)，廣德土壤中硝態(tài)氮平均總量為23 mg；此時(shí)在距離施肥點(diǎn)9 cm處硝態(tài)氮含量達(dá)到最大，平均含量為67 mg/kg；培養(yǎng)30 d時(shí)，土壤中硝態(tài)氮平均總量為57 mg，且在距離施肥點(diǎn)9 cm處硝態(tài)氮含量達(dá)到最大，平均含量為199 mg/kg。在420 g/kg土壤含水量條件下，土壤中硝態(tài)氮總量極低，培養(yǎng)15 d和30 d時(shí)平均僅有3 mg左右。相同條件下，廣德土壤中硝態(tài)氮含量比姜堰土壤中硝態(tài)氮含量低。

對(duì)比圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，在300 g/kg土壤水分條件下培養(yǎng)15 d時(shí)，廣德和姜堰兩種土壤中距離施肥點(diǎn)4 cm內(nèi)銨態(tài)氮含量差異不顯著。在距離施肥點(diǎn)4 cm以外，姜堰土壤中銨態(tài)氮含量相對(duì)于廣德土壤中的銨態(tài)氮含量顯著降低。兩種土壤中硝態(tài)氮含量隨著離施肥點(diǎn)距離的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且隨著時(shí)間的增加硝態(tài)氮含量不斷增加。

2.2 不同土壤含水量條件下磷在不同土壤中的遷移規(guī)律

磷在土壤中遷移能力較弱。由圖3可知，在300 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d和30 d時(shí)，速效磷在姜堰土壤中的遷移距離都只達(dá)到了4 cm；與15 d時(shí)相比，30 d時(shí)速效磷遷移的距離沒有增加，但是在距離施肥點(diǎn)4 cm內(nèi)各位置上的速效磷含量有差異。隨著時(shí)間的增加，距離施肥點(diǎn)4 cm處的速效磷含量顯著增加，培養(yǎng)15 d時(shí)，距離施肥點(diǎn)4 cm處速效磷平均含量為43 mg/kg，30 d時(shí)達(dá)到177 mg/kg。培養(yǎng)15 d時(shí)土壤中速效磷平均總量為146 mg，30 d時(shí)為181.8 mg。在420 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d時(shí)土壤中速效磷的遷移距離達(dá)到了6 cm；培養(yǎng)30 d時(shí)相對(duì)15 d時(shí)，速效磷的遷移的距離沒有變化。培養(yǎng)15 d時(shí)土壤中速效磷平均總量為182 mg，30 d時(shí)為210 mg。

在廣德土壤中，速效磷有著不同于在姜堰土壤中的變化。由圖4可知，在300 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d和30 d時(shí)速效磷遷移距離都為4 cm；培養(yǎng)15 d時(shí)土壤壤中速效磷平均總量為202 mg，30 d時(shí)平均總量為194 mg；培養(yǎng)15 d時(shí)，距離施肥點(diǎn)4 cm處速效磷平均含量為71 mg/kg，30 d時(shí)達(dá)到237 mg/kg。而在420 g/kg土壤含水量條件下，培養(yǎng)15 d和30 d時(shí)速效磷在土壤中的遷移距離為5 cm；培養(yǎng)15 d時(shí)土壤中速效磷平均總量為122 mg，30 d時(shí)為104 mg。兩種土壤含水量條件下速效磷總量差異顯著。在姜堰土壤中速效磷總量隨著土壤含水量的增加而增加，而在廣德土壤中速效磷總量隨著水分含量的增加而減少。在300 g/kg土壤含水量條件下，姜堰土壤速效磷總量要低于廣德土壤；在420 g/kg土壤含水量條件下，姜堰土壤速效磷總量高于廣德土壤。

圖1 不同土壤含水量條件下氮在姜堰土壤中的遷移和含量變化

圖2 不同土壤含水量條件下氮在廣德土壤中的遷移和含量變化

圖3 不同土壤含水量條件下速效磷在姜堰土壤中的遷移和含量變化

圖4 不同土壤含水量條件下速效磷在廣德土壤中的遷移和含量變化

2.3 不同土壤含水量條件下鉀在不同土壤中的遷移規(guī)律

速效鉀在土壤中遷移受土壤含水量和時(shí)間的影響。由圖5可知，在300 g/kg土壤含水量條件下，姜堰土壤中速效鉀的遷移距離隨著時(shí)間的增加而增加。從培養(yǎng)15 d到30 d時(shí)，土壤中速效鉀遷移距離由10 cm增加到了13 cm。在420 g/kg土壤含水量條件下，從培養(yǎng)15 d到30 d，土壤中速效鉀遷移距離由11 cm增加到了14 cm以上。培養(yǎng)15 d時(shí)，不同土壤含水量條件下，姜堰土壤中速效鉀的遷移距離相差1 cm。施肥點(diǎn)附近速效鉀含量隨著時(shí)間的增加而減少；距離施肥點(diǎn)4 cm以外的各位置上速效鉀含量隨著時(shí)間的增加而增加。

從圖6可以看出，在300 g/kg土壤含水量條件下，廣德土壤速效鉀的遷移距離隨著時(shí)間的增加也在增加；從培養(yǎng)15 d到30 d，土壤中速效鉀遷移距離從9 cm增加到12 cm。而在420 g/kg土壤含水量條件下，從培養(yǎng)15 d到30 d，土壤中速效鉀遷移距離由11 cm增加到了14 cm以上。培養(yǎng)15 d時(shí)，不同土壤含水量條件下土壤中速效鉀的遷移距離相差2 cm。可見，速效鉀在這兩種土壤中的遷移趨勢(shì)相同，姜堰土壤中鉀在相同條件下有著更遠(yuǎn)的遷移潛力。

圖5 不同土壤含水量條件下速效鉀在姜堰土壤中的遷移和含量變化

圖6 不同土壤含水量條件下速效鉀在廣德土壤中的遷移和含量變化

3 討論

穴施條件下銨態(tài)氮的橫向遷移主要受土壤含水量和時(shí)間影響，隨著時(shí)間的延長和土壤含水量的增加，銨態(tài)氮橫向遷移距離也在增加。研究表明pH越低，土壤含水量越高，硝化作用越弱[12-14]。廣德土壤中硝態(tài)氮總量顯著低于姜堰土壤中硝態(tài)氮總量，這主要是因?yàn)閺V德土壤pH較低，因此硝化作用弱。土壤含水量越大，土壤中氧氣含量越低，因此420 g/kg土壤含水量處理的硝態(tài)氮總量顯著低于300 g/kg土壤含水量處理。銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮后，硝態(tài)氮會(huì)發(fā)生橫向遷移且遷移速度比銨態(tài)氮快，因而增加了氮的遷移距離。距離施肥點(diǎn)越近，硝態(tài)氮含量越低，這主要是因?yàn)榉孰H高濃度養(yǎng)分和鹽分抑制了硝化作用，這與鄒高龍[15]和張先富[16]的研究結(jié)果一致。在距離施肥點(diǎn)4 cm內(nèi)，兩種土壤中的硝化作用均十分低。肥際微域不同于周圍土體的理化性質(zhì)使得該位置附近的氮長時(shí)間以銨態(tài)氮的形式存在。銨態(tài)氮在土壤中比硝態(tài)氮更容易被固定，從而不易隨水流失，因此在施肥點(diǎn)附近的高氮濃度能夠持續(xù)較長時(shí)間，這解釋了為什么根區(qū)一次穴施條件下氮肥能夠供應(yīng)較長時(shí)間。

穴施條件下磷的橫向遷移距離很短。培養(yǎng)15 d和30 d時(shí)，在300 g/kg土壤含水量條件下兩種土壤中磷的遷移距離只有4 cm。因?yàn)榱兹菀妆煌寥乐械拟}鐵離子所固定，所以磷在土壤中的遷移需要更大的能量來克服土壤的阻力[17]。磷的遷移距離受時(shí)間和供試土壤類型影響較小，受土壤含水量影響大。在420 g/kg的土壤含水量條件下，兩種土壤中磷的遷移距離比300 g/kg土壤含水量條件下增加1 ~ 2 cm。研究表明聚磷酸鹽的水解速率與土壤pH和含水量有關(guān)，pH越低、含水量越大聚磷酸鹽水解速率越快[18-19]。聚磷酸銨作為一種新型磷肥，在300 g/kg土壤含水量的廣德土壤中分解為正磷酸鹽的速率比在姜堰土壤中快。因此培養(yǎng)15 d時(shí)，廣德土壤中的速效磷總量要比姜堰土壤中速效磷總量多30% 左右。在420 g/kg土壤含水量條件下，姜堰土壤中速效磷總量比廣德土壤中多，這主要是因?yàn)榈蚿H和淹水條件促進(jìn)了聚磷酸鹽的水解。廣德土壤中的聚磷酸銨在培養(yǎng)前15 d之內(nèi)就已完全水解，從而導(dǎo)致更多的磷被土壤固定和轉(zhuǎn)化。姜堰土壤中的聚磷酸銨在420 g/kg土壤含水量條件下促進(jìn)了水解。由于姜堰土壤pH較高，聚磷酸銨水解速率比在廣德土壤中慢，尚未被土壤充分固定，因此姜堰土壤中速效磷總量仍然保持在較高水平。

穴施條件下鉀的遷移距離比磷的遷移距離遠(yuǎn)。僅在培養(yǎng)15 d時(shí)，土壤含水量為300 g/kg的姜堰土壤中鉀遷移距離比銨態(tài)氮遠(yuǎn)，其余條件下鉀的遷移距離要比銨態(tài)氮短。在供試兩種土壤中，鉀的橫向遷移距離隨時(shí)間的延長和土壤含水量的增加而增加。

因此，在穴施復(fù)合肥時(shí)，要考慮土壤含水量、土壤類型，以及不同養(yǎng)分的遷移距離和作物需求來決定施肥位置。除此之外，養(yǎng)分配比、肥料品種等因素綜合作用下養(yǎng)分遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律仍需進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

1)復(fù)合肥穴施條件下，各養(yǎng)分在土壤中遷移距離：硝態(tài)氮>銨態(tài)氮>速效鉀>速效磷。在姜堰和廣德土壤中，隨著土壤含水量從300 g/kg增加到420 g/kg，氮、磷、鉀在土壤中的遷移距離都會(huì)顯著增加。銨態(tài)氮和速效磷的遷移距離平均增加了1/3，而速效鉀的遷移距離增加了1 ~ 2 cm。從培養(yǎng)15 d到30 d，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀在土壤中隨著時(shí)間的增加遷移距離增加，但速效磷遷移距離隨時(shí)間增加無顯著變化。

2)在供試兩種土壤中，土壤的養(yǎng)分含量、含水量和pH對(duì)銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化起至關(guān)重要的作用。在培養(yǎng)15 d、300 g/kg含水量條件下，對(duì)比姜堰和廣德土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量可知，在姜堰土壤中施肥點(diǎn)4 cm內(nèi)的銨態(tài)氮含量與廣德土壤中差異不大，幾乎沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化；4 cm以外，隨著距離施肥點(diǎn)越遠(yuǎn)，在姜堰土壤中硝態(tài)氮含量出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。速效磷與速效鉀在施肥點(diǎn)4 cm內(nèi)養(yǎng)分含量也很高，為抑制硝化作用做出貢獻(xiàn)。正是由于氮磷鉀的復(fù)合作用，提高了肥際的離子濃度，抑制了硝化作用的產(chǎn)生，從而使肥際銨態(tài)氮含量能夠持續(xù)存在較長時(shí)間，為根區(qū)一次施肥提供了可能性。

[1] 朱兆良. 農(nóng)田中氮肥的損失與對(duì)策[J]. 土壤與環(huán)境, 2000, 9(1): 1–6.

[2] 王火焰, 周健民. 根區(qū)施肥—— 提高肥料養(yǎng)分利用率和減少面源污染的關(guān)鍵和必需措施[J]. 土壤, 2013, 45(5): 785–790.

[3] 楊艷明. 機(jī)插側(cè)深施肥對(duì)寒地水稻產(chǎn)量的影響[D]. 哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2017.

[4] 李子建, 馬德仲. 應(yīng)用側(cè)深施肥技術(shù)實(shí)現(xiàn)水稻綠色安全生產(chǎn)的調(diào)查分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 46(11): 48–51.

[5] Savant N K, de Datta S K. Movement and distribution of ammonium-N following deep placement of urea in a wetland rice soil[J]. Soil Science Society of America Journal, 1980, 44(3): 559–565.

[6] 姜超強(qiáng), 王火焰, 盧殿君, 等. 一次性根區(qū)穴施尿素提高夏玉米產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用效率[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2018, 34(12): 146–153.

[7] 劉曉偉, 陳小琴, 王火焰, 等. 根區(qū)一次施氮提高水稻氮肥利用效率的效果和原理[J]. 土壤, 2017, 49(5): 868–875.

[8] 劉曉偉, 王火焰, 朱德進(jìn), 等. 氮肥施用方式對(duì)水稻產(chǎn)量以及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收利用的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 40(2): 203–210.

[9] 談峰. 基于模型的小麥根系可視化研究[D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

[10] 李春順. 高銨脅迫對(duì)小麥幼苗生長的影響及其生理基礎(chǔ)[D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

[11] 程誼, 張金波, 蔡祖聰. 氣候-土壤-作物之間氮形態(tài)契合在氮肥管理中的關(guān)鍵作用[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2019, 56(3): 507–515.

[12] 曹彥強(qiáng), 閆小娟, 羅紅燕, 等. 不同酸堿性紫色土的硝化活性及微生物群落組成[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2018, 55(1): 194–202.

[13] 王智慧. 不同pH紫色土中硝化作用及硝化微生物宏基因組研究[D]. 重慶: 西南大學(xué), 2017.

[14] 劉若萱, 賀紀(jì)正, 張麗梅. 稻田土壤不同水分條件下硝化/反硝化作用及其功能微生物的變化特征[J]. 環(huán)境科學(xué), 2014, 35(11): 4275–4283.

[15] 鄒高龍. 鹽度變化對(duì)含氨氮廢水處理的影響[D]. 長沙: 湖南大學(xué), 2008.

[16] 張先富. 蘇打鹽堿土對(duì)氮轉(zhuǎn)化影響實(shí)驗(yàn)研究[D]. 長春: 吉林大學(xué), 2011.

[17] 徐明崗, 張一平, 孫本華. 土壤磷擴(kuò)散規(guī)律及其能量特征的研究.Ⅲ.土壤磷擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)及能量特征[J]. 土壤學(xué)報(bào), 1998, 35(2): 3–5.

[18] McBeath T M, Lombi E, McLaughlin M J, et al. Polyphosphate-fertilizer solution stability with time, temperature, and pH[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2007, 170(3): 387–391.

[19] 王蕾, 鄧蘭生, 涂攀峰, 等. 聚磷酸銨水解因素研究進(jìn)展及在肥料中的應(yīng)用[J]. 磷肥與復(fù)肥, 2015, 30(4): 25–27.

Primary Study on Nutrient Migration Under Hole Fertilization in Soils

ZHANG Lei1,2, SONG Hang1,2, CHEN Xiaoqin1, LU Dianjun1, WANG Huoyan1,2*

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Root zone fertilization is an important measure for efficient fertilization. To determine the optimal location of root zone fertilization, it is necessary to understand the law of nutrient transfer in the soil after fertilization. The effects of soil water content and incubation time on nitrogen, phosphorus, and potassium migration of point-applied compound fertilizer which composed of urea, ammonium polyphosphate and potassium chloride were studied with laboratory incubation experiment. The results showed that with the increase of soil water content from 300 g/kg to 420 g/kg, the migration distances of nutrients increased significantly. After incubated for 15 d in soils of Jiangyan and Guangde, the migration distance of ammonium nitrogen, available phosphorus, and available potassium increased from 9–11 cm, 4 cm and 9–10 cm to 12–14 cm, 5–6 cm and 11 cm, respectively. With the increase of soil water content, the distance of N and P migration increased by about one third on average. With the increase of incubation time from 15 d to 30 d, there was no significant change in the migration distance of available phosphorus, but the migration distance of available potassium increased significantly. The migration distance of ammonium nitrogen increased significantly in Guangde paddy soil with weak nitrification, while it increased slightly in Jiangyan paddy soil with strong nitrification. The nitrification of ammonium nitrogen under fertilizer hole-application was not only affected by soil water content, pH and time but also strongly inhibited by high concentration nutrients of ferti-sphere. High concentration nutrients delayed the transformation of ammonium to nitrate, which was an important mechanism account for the efficient nitrogen supply under root zone fertilization technology. In a whole, the nutrient migration distance is as follows: nitrate nitrogen > ammonium nitrogen > available potassium> available phosphorus. Nitrogen migration is easily affected by nitrification, while the available phosphorus migration is greatly affected by soil water content. The migration patterns of available potassium and ammonium nitrogen are similar, both of which increase gradually with the increased time and soil water content.

Hole fertilization; Root zone fertilization; Ferti-sphere; Migration Pattern; Nitrification

S143

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.06.007

張磊, 宋航, 陳小琴, 等. 穴施條件下肥料養(yǎng)分在土壤中遷移規(guī)律的初步研究. 土壤, 2020, 52(6): 1145–1151.

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0200901，2016YFD0200108)資助。

(hywang@issas.ac.cn)

張磊(1993—)，男，安徽巢湖人，碩士研究生，研究方向?yàn)榉柿橡B(yǎng)分遷移。E-mail：zhanglei@issas.ac.cn