秸稈混摻對石漠化地區(qū)土壤水氮分布的影響

沈秉濤，王 妍，2，劉云根，2，張水琳

（1.西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，昆明 650224；2.云南省山地農(nóng)村生態(tài)環(huán)境演變與污染治理重點實驗室，昆明 650224）

0 引 言

石漠化被喻為“地球癌癥”[1]，是發(fā)生在我國西南巖溶地區(qū)最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題[2-4]。由于巖溶環(huán)境的地帶二元結(jié)構(gòu)特性，石漠化地區(qū)常存在地表、地下的雙層空間發(fā)育結(jié)構(gòu)。加之石漠化地區(qū)土層淺薄，在水流機(jī)械作用下，地表水易沿巖溶裂隙等通道攜帶泥沙下滲[5,6]，這一過程中存在的養(yǎng)分流失不僅加劇了土地退化，更為地下水安全帶來了新的隱患。相關(guān)研究表明，巖溶石漠化地區(qū)地表水硝態(tài)氮含量逐年上升，地下水硝態(tài)氮含量大體呈增長趨勢且遠(yuǎn)超天然背景濃度值（2 mg/L）[7-9]，而水體中硝態(tài)氮主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的含氮化肥，因此在石漠化修復(fù)治理過程中應(yīng)注意施肥處理對土壤水、氮分布的影響[8,9]。為解決石漠化地區(qū)水氮漏失這一問題，學(xué)術(shù)界提出了大量的修復(fù)技術(shù)和成熟的治理模式，通過工程措施整改土地結(jié)合篩選適宜植被修復(fù)土地是主要手段，但工程量大，也有通過簡單的外源添加物來改善土壤理化性質(zhì)的技術(shù)手段，如綠肥改良、食用菌糠改良、糖廠濾泥及酒精廠廢棄物改良技術(shù)等等[10-14]，上述技術(shù)通過添加易獲得的產(chǎn)業(yè)廢棄物，在提升土壤養(yǎng)分的同時改變了土壤的理化性質(zhì)，提高了土壤水分含量，為后續(xù)植被修復(fù)打下堅固的基礎(chǔ)?；谏鲜觯瑥默F(xiàn)有農(nóng)業(yè)廢棄物中篩選應(yīng)用于石漠化土壤修復(fù)治理的措施，是高效便利且低廉的治理手段。

秸稈作為農(nóng)田廢棄物的一種，國內(nèi)年產(chǎn)量高達(dá)7 億多t，經(jīng)歷了從直接焚燒到綜合利用的過程演變，還田后不僅可以作為廉價易獲得的農(nóng)家肥，更可用于土壤理化性質(zhì)改良[15,16]。秸稈覆蓋可以顯著減少徑流侵蝕，對比空白最高可減少氮流失85.56%[17,18]，秸稈深埋可有效阻礙水氮下滲[19]，而秸稈混摻即秸稈碎混還田，常出于粉碎還田增加養(yǎng)分的目的出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，而相關(guān)研究表明，將秸稈粉碎后與土壤均勻混合的秸稈混摻處理，在五年內(nèi)還可以顯著提升土壤比水容量、含水量及導(dǎo)水率，且效果優(yōu)于同時期的秸稈覆蓋處理，工程研究中還表明，秸稈作為纖維與土壤混合后可以顯著提升土壤抗剪性[20-23]。上述增肥、保水、固土的能力，使得秸稈混摻具有在石漠化地區(qū)進(jìn)行土壤改良的潛力?；谏鲜?，本試驗取云南典型石漠化地區(qū)石林縣的土壤為試驗材料進(jìn)行室內(nèi)土柱一維水肥入滲試驗，探討灌溉施肥下秸稈混摻對石漠化土壤水分及硝態(tài)氮分布特征的影響，以期探查水氮分布對秸稈長度、施加量的響應(yīng)規(guī)律，為后續(xù)石漠化修復(fù)治理提供試驗支持和數(shù)據(jù)積累。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤取自云南省石林縣西街口鎮(zhèn)，取土深度為0～30 cm，土壤為堿性黃褐色石灰土，硝態(tài)氮含量27.16 mg/kg，取得的土壤經(jīng)自然風(fēng)干、碾碎、去除雜質(zhì)后，過2 mm 篩后備用。石林縣是云南省昆明市遠(yuǎn)郊縣，地處云南省東部、昆明市東南部，屬于滇中平原的中心，其地域范圍為：東103°10′～103°41′，北緯24°30′～25°03′，土地面積約1 719 km2，縣境內(nèi)約有三分之二的巖溶地貌，石漠化土地面積占比重,約為286.33 km2，是“云南省巖溶地區(qū)石漠化綜合治理試點縣”[24,25]。

供試秸稈采用風(fēng)干后粉碎的小麥秸稈，秸稈混摻設(shè)置施加量、秸稈長度兩種因素共12 試驗處理[26]，影響因素為設(shè)置秸稈長度和施加量，秸稈長度水平分別為過0.2 mm 篩的秸稈粉末、長1 cm 的秸稈碎屑、長2 cm 秸稈段、長3 cm 秸稈段，分別用A、B、C、D 代替，記均質(zhì)土為對照組CK，施加量水平為0.7%、1.4%、2.1%，具體見表1試驗處理。

表1 試驗處理Tab.1 Experimental treatment

試驗期間供試入滲肥液的溶質(zhì)肥料采用元素水溶肥，N、P2O5和K2O 的元素組成均為20%，產(chǎn)自中國農(nóng)資集團(tuán)，產(chǎn)品狀態(tài)為粉劑，水肥入滲試驗時，將其溶解入去二氧化碳蒸餾水中制成濃度為0.2 g/L的肥液備用，見表1。

1.2 試驗裝置

試驗裝置由供水系統(tǒng)與試驗土柱組成，試驗土柱材質(zhì)為高透明亞克力管，其規(guī)格為內(nèi)部直徑6 cm，高30 cm，土柱側(cè)端設(shè)有進(jìn)水孔，底部為蜂窩狀的底板，以模擬喀斯特石漠化地區(qū)水肥漏失的地質(zhì)條件，土柱外側(cè)由下自上貼有刻度標(biāo)識，頂部刻度數(shù)為30 cm，以便觀測濕潤鋒運移距離。如圖1所示，供水系統(tǒng)由馬氏瓶、橡膠軟管、止水夾和鐵架臺4 部分組成，馬氏瓶為供水裝置，負(fù)責(zé)提供恒定壓力水頭，在入滲過程中控制肥液的水位，馬氏瓶的外側(cè)自下而上貼有刻度標(biāo)示，以便在水肥入滲過程中觀測馬氏瓶中的水位讀數(shù)。

圖1 試驗裝置圖Fig.1 Diagram of the test setup

1.3 試驗方法與測定內(nèi)容

裝土?xí)r，將不同秸稈還田處理的土樣處理好后，以裝土容重為1.2 g/cm3，每5 cm 為一層，分層均勻裝入土柱，層間用毛刷進(jìn)行打毛處理，以避免產(chǎn)生結(jié)構(gòu)分層，裝填高度為25 cm。

水肥入滲試驗采用一維定水頭垂直積水入滲的方法進(jìn)行，積水高度為5 cm，根據(jù)由密到疏的原則，記錄入滲時間分別為0、1、2、5、10、20、30、60、90、120、150、180、210 min 時濕潤鋒運移距離和馬氏瓶水位讀數(shù)，入滲時間達(dá)到210min 時為入滲結(jié)束，立即停止馬氏瓶供水，設(shè)0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm 五層，用藥勺對土柱內(nèi)土體進(jìn)行分層取樣，取樣點間隔距離為4～5 cm，將取出的土樣裝入鋁盒以便后期測定試驗數(shù)據(jù)，所得土樣風(fēng)干兩周后，研磨過0.1 mm 孔徑土壤篩，采用KCl 浸提，紫外分光光度計進(jìn)行硝態(tài)氮含量測定[27]。對記錄的濕潤鋒運移距離及累積入滲量進(jìn)行計算，探討累積入滲量、濕潤鋒運移距離隨入滲時間的變化規(guī)律。

1.4 數(shù)據(jù)分析

基于3 次重復(fù)試驗的平均值，以SPSS 25 進(jìn)行方差分析（ANOVA），鄧肯法（Duncan）進(jìn)行差異性顯著分析，Microsoft Excel 365 進(jìn)行繪圖。基于MATLAB R2021b 進(jìn)行入滲模型擬合，采用Philip 模型擬合石漠化地區(qū)土壤灌溉施肥下的水分入滲過程，相關(guān)研究表明對于250 min 以內(nèi)的水分入滲模型擬合，Philip 模型具有較高精度，且對累積入滲量計算的精度要求較高，對參數(shù)的靈敏性更強(qiáng)，本試驗總?cè)霛B時間為210 min，符合公式要求，且進(jìn)一步提高了對試驗參數(shù)精度的要求，Philip模型[28]具體的入滲公式為：

對入滲歷時t求導(dǎo)得式（2）：

當(dāng)入滲時間較短，土壤毛管吸附占主導(dǎo)時，Philip 公式可簡化為：

式中：I（t）為累積入滲量，cm；i(t)為入滲速率，cm/min；S為吸滲率，cm/min0.5；A為穩(wěn)定入滲率，cm/min。

Philip 入滲模型，對于250 min 以內(nèi)的水分入滲模型擬合，具有較高精度，且對累積入滲量計算的精度要求較高，其中的吸滲率（S）反映土壤依靠毛管力吸收水分的能力，其大小與土壤結(jié)構(gòu)與空隙狀況有關(guān)[29,30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈混摻對石漠化地區(qū)土壤水分入滲特征的影響

2.1.1 秸稈施加量對土壤水分入滲特征的影響

對不同處理下的土柱及空白對照（CK）進(jìn)行持續(xù)時間210 min 的恒定壓力水頭入滲，由圖2 可知，同類型秸稈長度下不同秸稈施加量濕潤鋒運移距離及累計入滲量變化曲線隨時間增長逐漸減緩上升趨勢。在秸稈長度A 處理下，隨秸稈施加量的增長其濕潤鋒運移距離與累計入滲量逐漸降低，處理組濕潤鋒運移距離隨時間逐漸減緩增長趨勢，在入滲結(jié)束時，僅A1 處理達(dá)到25 cm 處，A2、A3 分別為24.5、18.7 cm；累計入滲量呈現(xiàn)CK＞A1＞A2＞A3 的趨勢，對比CK 減少23.32%、29.38%、46.06%。在秸稈長度B 處理下，入滲結(jié)束時，僅B3 處理濕潤鋒運移距離未達(dá)到25 cm 處，只有13.61 cm，B2 及B1 處理在150、180 min 時達(dá)到入滲底部25 cm 處；累計入滲量與秸稈施加量成反比，表現(xiàn)為CK＞B1＞B2＞B3 的趨勢，對比CK 減少22.31%、34.44%、50.51%。在秸稈長度C處理下，入滲結(jié)束時C2、C3 處理濕潤鋒運移距離均未達(dá)到25 cm 處，且表現(xiàn)為C2＞C3，分別為21.5、16.5 cm；累計入滲量與秸稈施加量成反比，表現(xiàn)為CK＞C1＞C2＞C3 的趨勢，對比CK 減少5.07%、41.15%、59.32%。在秸稈長度D 處理下，入滲結(jié)束時，各處理濕潤鋒運移距離均未達(dá)到25 cm 處，且表現(xiàn)為隨秸稈施加量增長濕潤鋒運移距離降低的趨勢，即D1＞D2＞D3；累計入滲量同樣與秸稈施加量成反比，表現(xiàn)為CK＞D1＞D2＞D3，對比CK 減少41.86%、51.11%、57.05%。綜上所述，在同一秸稈長度水平下，秸稈施加量與累積入滲量及濕潤鋒運移距離成反比。

圖2 不同秸稈長度下秸稈施加量對石漠化土壤水分入滲特征的影響Fig.2 Effects of straw application on water infiltration characteristics of rocky desertification soil under different straw lengths

2.1.2 秸稈長度對石漠化地區(qū)土壤水分入滲特征的影響

如圖3所示，濕潤鋒隨時間運移距離可反映水流在垂直一維入滲過程中的運動特征，累計入滲量隨時間的變化趨勢可反映土壤水分入滲能力的差異。在施加量1處理下，30 min 之前各秸稈長度處理存在濕潤鋒運移曲線重合的現(xiàn)象，而在入滲中后期，相同入滲時間下，各處理的濕潤鋒運移距離均低于CK，如在90 min 時濕潤鋒運移距離表現(xiàn)為CK＞C1＞B1＞A1＞D1,在入滲結(jié)束時僅D1 處理濕潤鋒運移距離未達(dá)到25 cm，運移距離為20.6 cm；各處理對比CK，累計入滲量均減少，呈現(xiàn)出C1＞B1＞A1＞D1 的趨勢,C1、B1、A1、D1 對比空白對照累計入滲量分別降低了5.07%、22.31%、23.32%、41.86%,其中A1、B1 為同一水平。在施加量2 處理下，濕潤鋒運移曲線及累計入滲量變化曲線差異明顯，入滲時間為100 min、150 min時，CK及B2處理的濕潤鋒運移距離達(dá)到25 cm，入滲結(jié)束時，其余處理濕潤鋒運移距離為A2＞C2＞D2，分別為24.5 cm、21.5 cm、17.7 cm；對于累計入滲量，各處理對比對照組均減少，呈現(xiàn)出A2＞B2＞C2＞D2 的趨勢，A2、B2、C2、D2 對比空白對照累計入滲量分別降低了29.38%、34.44%、41.15%、51.11%。在施加量3 處理下，各處理在入滲結(jié)束時均為達(dá)到25 cm 處，濕潤鋒運移距離為A3＞C3＞D3＞B3，分別為18.7 cm、16.5 cm、15.5 cm、13.61 cm；對于累計入滲量，各處理對比對照組均減少，呈現(xiàn)出A3＞B3＞D3＞C3，對比CK 分別降低46.05%、50.51%、57.05%、59.32%。由此可知，當(dāng)土壤中添加秸稈后，累積入滲量與濕潤鋒運移距離較對照組降低，其中在施加量1、2 下，D 秸稈對濕潤鋒運移距離及累積入滲量較對照組降低最多，并隨施加量增加而降低，最多降低51.11%。

圖3 不同秸稈施加量下秸稈長度對石漠化土壤水分入滲特征的影響Fig.3 Effect of straw length on water infiltration characteristics of stoned soils at different straw application rates

2.2 秸稈混摻對Philip入滲模型參數(shù)的影響

2.2.1 秸稈施加量對Philip水分入滲模型參數(shù)的影響

由表2 可知Philip 入滲模型決定系數(shù)R2均在0.99 以上擬合程度高，可以很好的描述土壤添加秸稈后的入滲過程。由表3可知秸稈長度各水平之間具有極顯著差異（P＜0.001），秸稈施加量處理各水平之間具有極顯著差異（P＜0.001），秸稈長度與秸稈施加量的交互效應(yīng)也有極顯著差異（P＜0.001）。

表2 Philip入滲模型擬合參數(shù)Tab.2 Philip infiltration model fitting parameters

表3 秸稈長度與施加量處理下吸滲率方差分析表Tab.3 Analysis of variance of straw length and permeability under applied treatment

相同秸稈長度水平下不同秸稈施加量處理的石漠化土壤水分吸滲率如表4所示，秸稈長度A 水平下，隨秸稈施加量的增加，吸滲率呈先上升后降低的趨勢，各處理吸滲率大小表現(xiàn)為CK＞A2＞A1＞A3，對比CK 分別降低3.26%、20.54%、44.55%，其中A2與空白對照CK為同一水平；秸稈長度B水平下，隨秸稈施加量的增加，各處理吸滲率大小表現(xiàn)為B1＞CK＞B2＞B3，各處理間差異顯著，對比CK 分別增加11.96%，降低34.43%、39.95%；秸稈長度為C 水平下，各處理吸滲率大小表現(xiàn)為C1＞CK＞C2＞C3，對比CK 增加35.62%，降低24.04%、30.68%，其中C2、C3 為同一水平；秸稈長度D 水平下，各處理吸滲率大小表現(xiàn)為D1＞CK＞D2＞D3，對比CK 提高1.93%，降低47.21%、40.04%，其中D1、CK 為同一水平。由此可得，秸稈施加量處理下吸滲率變化規(guī)律表現(xiàn)為在多數(shù)情況下都表現(xiàn)為隨施加量增長，吸滲率同比降低的趨勢，此外A 秸稈長度水平較為獨特，其在隨施加量增長中呈先上升后降低的獨特規(guī)律，而D 秸稈長度處理在施加量到達(dá)2 后增長趨勢停滯，對比施加量2施加量3僅降低13.55%。

表4 同水平秸稈長度不同秸稈施加量處理下的吸滲率STab.4 Absorption rate of straw with different straw application treatment with different straw length of the same level

2.2.2 秸稈長度對Philip水分入滲模型參數(shù)的影響

相同施加量水平下不同秸稈長度處理的石漠化土壤水分吸滲率S如表5 所示，在施加量1 處理下，各處理吸滲率大小表現(xiàn)為C1＞B1＞D1＞CK＞A1， 對比CK 分別提高35.62%、11.96%、1.93%，降低20.54%，其中D1 處理與CK 為同一水平；在施加量2 處理下，各處理吸滲率大小表現(xiàn)為CK＞A2＞C2＞B2＞D2， 對比CK 分別降低3.26%、 24.04%、 34.43%、47.21%，其中A2與CK為同一水平；在施加量3處理下，各處理吸滲率大小表現(xiàn)為CK＞C3＞B3＞D3＞A3,對比CK 分別降低30.68%、39.95%、40.04%、44.55%，其中A3、B3、D3 處理為同一水平。綜上所述，D長度秸稈在多數(shù)情況下，吸滲率低于大多處理，而在施加量3 下，A3、B3、D3 三種處理吸滲率S為同一水平。

表5 同水平秸稈施加量不同秸稈長度處理下的吸滲率STab.5 Seepage absorption rate under different straw length treatment with the same horizontal straw application

2.3 灌溉施肥下秸稈混摻對石漠化地區(qū)土壤硝態(tài)氮分布特征的影響

2.3.1 秸稈施加量處理對石漠化地區(qū)土壤硝態(tài)氮分布特征的影響

同種秸稈長度水平下不同秸稈施加量在水肥入滲時不同土層深度土壤硝態(tài)氮分布特征如圖4 所示，其中CK 呈先降低后上升的趨勢，硝態(tài)氮含量自0～5 cm 處65.50 mg/kg 開始，在10～15 cm 處降至最低49.21 mg/kg，隨后在20～25 cm 處升至最高74.85 mg/kg。A長度水平下各施加量處理在濕潤鋒運移范圍內(nèi)硝態(tài)氮含量隨土層深度增加均呈先降低后增長的趨勢，在各土層深度下硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為A1＞A2＞A3，同土層深度A長度水平下極大極小值差值可達(dá)47.55 mg/kg，組內(nèi)對比CK 最高上升33.19%于15 cm 處，最高降低63.71%于25 cm 處，且在15 cm 處各處理硝態(tài)氮含量均高于CK，施加量的增長還減緩了5～10 cm 區(qū)間硝態(tài)氮變動的幅度，表現(xiàn)為線條更平緩。B長度水平下，隨土層深度增加B1、B2 硝態(tài)氮含量呈先降低后升高的趨勢，B3 則持續(xù)增長至15 cm 處后降低至土壤本底值，B 水平處理下僅B3 在15 cm 處硝態(tài)氮含量高于CK11.86%，且在10～15 cm 范圍內(nèi)B3 處理硝態(tài)氮高于B1、B2，施加量的增長使得5～10cm 范圍內(nèi)硝態(tài)氮含量變動幅度降低。C 長度水平下，隨土層深度增加C2、C3 硝態(tài)氮含量呈先增長后在濕潤鋒附近降低的趨勢，僅C3與CK相同呈降低后升高的趨勢，各土層深度下C 長度水平處理硝態(tài)氮含量大都低于CK，僅C3處理在10、15、20 cm 處均高于CK，且在15 cm 處對比C1C2 差距最大，對比CK 提高了44.7%，施加量的增長亦使得5～10 cm范圍內(nèi)硝態(tài)氮變動幅度降低。D 長度水平下，隨土層深度增長，D2、D3呈緩慢增長后降低的趨勢，D1則呈先降低后緩慢升高的趨勢，但各處理在各土層內(nèi)均有部分深度土層硝態(tài)氮高于CK，且在15 cm 處這一現(xiàn)象更加顯著，此外施加量的增長亦使得5～10 cm 范圍內(nèi)硝態(tài)氮變動幅度降低。綜上所述，各處理在濕潤鋒到達(dá)的范圍內(nèi)其硝態(tài)氮含量，大都隨土層深度增加呈先降低后上升的趨勢，施加量的增長減弱了降低這一趨勢，B、C、D 長度秸稈各土層硝態(tài)氮含量隨施加量增長而增加，且施加量的增長提高了土層中部15 cm 的硝態(tài)氮含量，硝態(tài)氮集中在土壤表層5 cm 處及濕潤鋒底端。值得一提的是A長度秸稈水平下施加量與各土層硝態(tài)氮含量成反比，但對比CK 土層中部即15 cm 處硝態(tài)氮含量均有所提高，此外施加量的增長使得5～10 cm范圍內(nèi)硝態(tài)氮變動幅度降低。

圖4 不同秸稈長度下秸稈施加量對石漠化土壤硝態(tài)氮分布特征的影響Fig.4 Effects of straw application amount on the distribution characteristics of nitrate nitrogen in rocky desertification soil under different straw lengths

2.3.2 秸稈長度處理對石漠化地區(qū)土壤硝態(tài)氮分布特征的影響

同種秸稈施加量水平下不同秸稈長度在水肥入滲時不同土層深度土壤硝態(tài)氮分布特征如圖5 所示，其中CK 變化規(guī)律同2.3.1 所述。施加量1 水平下，隨土層深度增加各處理硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，各土層深度下土壤硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為A1＞D1＞C1＞B1，施加量1 水平下僅A1、D1在個別土層深度下硝態(tài)氮含量高于CK，D1在15 cm 處對比CK提高3.74%，A1 在10～20 cm 范圍內(nèi)對比CK 最高提升33.19%。施加量2 水平下，各處理土壤硝態(tài)氮含量在5～15 cm 范圍內(nèi)變動幅度較小且均表現(xiàn)為D2＞A2＞C2＞B2 的趨勢，而后在20 cm處發(fā)生轉(zhuǎn)折，A2B2持續(xù)增長，C2、D2則降低至本底值，各處理硝態(tài)氮含量僅A2 和D2 分別在15～20 cm、10～20 cm 范圍內(nèi)高于CK，對比CK，各處理中D2在15 cm處硝態(tài)氮含量提升最大，提高了21.66%。施加量3 水平下，隨土層深度增加各處理土壤硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為逐漸增長后降低的趨勢，且在5～15 cm 范圍內(nèi)各土層硝態(tài)氮含量大小表現(xiàn)為C3＞D3＞B3＞A3 的趨勢，各處理在15 cm 處硝態(tài)氮含量均高于CK，其中C3 表現(xiàn)最為突出，對比CK 提高了44.7%，同深度下A3 提升最低僅2.53%。綜上所述，其中秸稈長度對硝態(tài)氮分布規(guī)律的影響各有差異，但A、D 長度秸稈在不同施加量下對比CK 均提高了土層中部15 cm處的硝態(tài)氮含量。

圖5 不同秸稈施加量下秸稈長度對石漠化土壤硝態(tài)氮分布特征的影響Fig.5 Effects of straw length on nitrate nitrogen distribution characteristics of rocky desertification soil under different straw application amounts

3 討 論

3.1 秸稈混摻對累積入滲量及濕潤鋒運移距離的影響

試驗表明，秸稈混摻在水肥入滲中對土壤水分下滲起阻滯作用，對比空白對照，濕潤鋒運移距離與累計入滲量均降低。其中秸稈施加量與累計入滲量及濕潤鋒運移距離均成反比，隨施加量增加，兩者均降低，這一趨勢與齊江濤等人的試驗結(jié)果不謀而合[30]，究其原因，秸稈混摻下秸稈施加量的上升，降低了土壤孔隙，阻礙了水分入滲，使?jié)駶欎h與入滲量都相應(yīng)降低。而秸稈長度對累計入滲量與濕潤鋒運移距離的影響各有差異，但其中D 長度下的秸稈處理對水分下滲抑制最為明顯，各施加量下累積入滲量對比CK 最高降低41.86%、51.11%、57.05%，這一現(xiàn)象與王珍等[31]人研究結(jié)論一致，究其原因，長秸稈對比其他秸稈長度處理占據(jù)更大空間，阻斷了土壤水分流通的毛管孔隙，減少了水分下滲通道，使得累計入滲量與濕潤鋒運移距離同步降低[30]。此外在施加量1 水平下A、B、C 秸稈長度處理均在180 min 時濕潤鋒運移距離達(dá)到了25 cm，且其中A1、B1 處理的累計入滲量為同一水平，表明秸稈粉末及秸稈碎屑的微量加入對累積入滲量影響不大。

3.2 秸稈還田對入滲模型擬合參數(shù)的影響

在對秸稈混摻的水肥入滲過程的模擬試驗中，Philip 入滲模型決定系數(shù)R2均在0.99 以上，擬合程度高，可以很好的描述土壤添加秸稈后的入滲過程。在210 min 的入滲時間內(nèi)，入滲主要受毛管力和重力共同作用下的滲透階段，對于Philip 入滲模型，其中的吸滲率（S）反映土壤依靠毛管力吸收水分的能力，其大小與土壤結(jié)構(gòu)與空隙狀況有關(guān)，可在本試驗中描述秸稈混摻對土壤孔隙的影響[28,29]。對于秸稈施加量處理，施加量1顯著提升了B、C、D的吸滲率，有助于水分入滲，對比CK 分別增長11.99%、35.65%、1.89%，隨著施加量增加，各處理組吸滲率均降低，說明毛管力對土壤中水分的吸收能力減弱，究其原因，秸稈施加量的增加使得土壤結(jié)構(gòu)緊密，孔隙減少，從而導(dǎo)致毛管吸水對水的吸滲效果減弱[31-33]。對于秸稈長度處理，吸滲率S的響應(yīng)各有差異，而其中D 秸稈長度水平在多數(shù)情況下，都表現(xiàn)出降低吸滲率的趨勢，究其原因，D秸稈長度為3 cm 長秸稈段，對比其余長度處理在同樣施加量下有更大體積，對土壤孔隙影響更顯著[30]。

3.3 秸稈混摻在灌溉施肥下對土壤硝態(tài)氮分布的影響

在灌溉施肥下，本試驗研究發(fā)現(xiàn)，各處理與CK 在不同土層的硝態(tài)氮濃度呈先降低再升高的趨勢，這一現(xiàn)象與費良軍等人的田間試驗中，0～30 cm 土壤硝態(tài)氮分布規(guī)律相同，究其原因，硝態(tài)氮帶有負(fù)電荷，且與帶負(fù)電荷的土壤膠體團(tuán)?；ハ嗯懦?，故隨水分下滲逐漸向下轉(zhuǎn)移[34]。此外試驗還表明，5～10 cm 范圍硝態(tài)氮變動幅度，隨施加量增長而減小，這表明施加量的改變影響了硝態(tài)氮的垂直分布規(guī)律，推測秸稈施加量的增加提高了土壤緊實度，表層土壤膨脹減弱，孔隙降低，使得表層土壤硝態(tài)氮濃度相對降低[32]，Bouhicha[35]等人試驗表明，秸稈的施加量與長度的增加可以顯著提升土壤抗剪強(qiáng)度，降低土體收縮率，結(jié)合上述推論及已有研究不難得出，秸稈施加量的增長提升了土的粘聚力和內(nèi)摩阻力，降低土體形變，使得對比下層土體，表層吸水膨脹更劇烈，帶來的土壤孔隙更多，硝態(tài)氮含量越高。

此外，施加量在B、C、D 三長度處理下，10 cm～濕潤鋒運移范圍內(nèi)硝態(tài)氮含量與施加量成正比，推測是因為秸稈施加量的增長使得肥液運移速率降低的同時，原本隨肥液運移的硝態(tài)氮，逐漸積累在濕潤鋒附近，不同于B、C、D 長度水平，對比CK，A 長度水平在施加量1、2 下各土層硝態(tài)氮含量大都高于CK，且隨施加量增長，土層內(nèi)硝態(tài)氮含量降低，推測是A 長度水平為過0.1 mm 篩的秸稈粉末，具有體積小表面積大的特點，對硝態(tài)氮產(chǎn)生了吸附作用，在土壤硝態(tài)氮測量，風(fēng)干研磨過篩的過程中，吸附有硝態(tài)氮的粉末狀秸稈極易散失，故隨秸稈粉末施加量增長，硝態(tài)氮含量降低，無獨有偶，李榮華等試驗表明小于0.1 mm 粒徑的秸稈粉末出現(xiàn)了吸附現(xiàn)象，亦有研究表明農(nóng)業(yè)廢棄物不經(jīng)化學(xué)改性亦具有一定的吸附能力，其中就包含秸稈，此類農(nóng)業(yè)廢棄物還呈現(xiàn)粒徑越小，比表面積就越大，吸附就越容易進(jìn)行的現(xiàn)象[36-42]，但就長遠(yuǎn)來看，秸稈粉末吸附氮素的現(xiàn)象對生產(chǎn)有利，其吸附氮素后會逐漸分解緩慢向土壤釋放氮素，減少了氮素以硝態(tài)氮形式流失。其余秸稈長度處理對硝態(tài)氮的分布影響主要體現(xiàn)在長秸稈占據(jù)更大空間，變相提高了土體容重，降低土壤孔隙，降低水分下滲速率，給硝態(tài)氮滯留創(chuàng)造條件，而A 長度秸稈由于其小體積、大表面積的構(gòu)造，其對肥液硝態(tài)氮的吸附為主要作用[31,36]。

3.4 秸稈粉碎還田對石漠化修復(fù)治理的潛力

試驗表明，秸稈混摻在對石漠化地區(qū)土壤灌溉施肥的過程中，對水分、養(yǎng)分下滲具有阻滯作用，在相同入滲時間內(nèi)，秸稈還田處理組濕潤鋒運移距離均低于空白對照CK，在100 min 時對比CK 濕潤鋒運移距離降低17.4%～63.88%，在結(jié)束入滲時，累積入滲量對比CK降低5.07%～59.31%，對入滲模型參數(shù)S吸滲率的表現(xiàn)為在低施加量時提升后隨施加量增長少，對于硝態(tài)氮分布規(guī)律而言，秸稈加入使得氮素減少了向下運移的效率，且提高了土壤穩(wěn)定性，結(jié)合其余學(xué)科內(nèi)秸稈對土體的影響，秸稈混摻表現(xiàn)出其抗侵蝕，穩(wěn)氮素的特性。秸稈的加入在前期維持了土體強(qiáng)度和土層氮素，減少了在石漠化淺薄土層條件下的氮素流失，隨時間推移秸稈逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)分，其腐解后為植物根系延伸提供了通道，提升了養(yǎng)分含量。綜合來看，秸稈混摻對石漠化治理具有應(yīng)用潛力，應(yīng)搭配合理的灌溉養(yǎng)護(hù)，以期在不同地勢條件下都能達(dá)到預(yù)期治理目標(biāo)。

4 結(jié) 論

（1）對于水分入滲過程，施加量與濕潤鋒運移距離及累積入滲量成反比，秸稈長度處理中，D長秸稈對入滲的阻礙最為明顯，各施加量下累積入滲量對比CK 最高降低41.86%、51.11%、57.05%。

（2）Philip 入滲模型決定系數(shù)R2均在0.99 以上擬合程度高，其中施加量對吸滲率的影響趨勢大都表現(xiàn)為降低，對比施加量1 水平，增長至施加量3 水平時，各處理中吸滲率最小降低31.11%，最大降低48.92%，其余秸稈長度的對吸滲率的影響表現(xiàn)為隨秸稈長度增加，吸滲率降低的趨勢，其中施加量3 下A3、B3、D3 為同一水平，表明施加量3 下，秸稈長度對其影響減弱。

（3）灌溉施肥下秸稈施加量的增長降低了土體形變，使得對比下層土體，表層吸水膨脹更劇烈，硝態(tài)氮含量愈高，同時提升了B、C、D 長度5 cm 以下土深的硝態(tài)氮含量。B、C、D 秸稈長度對硝態(tài)氮分布影響歸因于降低土壤孔隙，阻滯硝態(tài)氮向下運移，而A 秸稈粉末不同，其隨施加量增長硝態(tài)氮含量降低，歸因于其本身的吸附能力。