半干旱半湿润农田生态系统不可忽视的土壤氮库-土壤剖面中累积的硝态氮

• 作者: 李世清 李凤民 李生秀 李紫燕 王瑞军 邵明安
• 来源期刊: 干旱地区农业研究
• 学科: 农学
• 关键词: 半干旱区 半湿润区 农田生态系统 土壤残留硝态氮
• 年，卷（期）: 2004,（4）
• 页码范围: 1-13
• 页数: 13页
• 分类号: S147.2
• 字数: 10976字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3321/j.issn:1000-7601.2004.04.001

摘要

为了有效利用氮肥,减少残留NO3--N在土壤剖面中的累积,在位于半干旱半湿润地区的陕西岐山、杨凌、澄城和甘肃的定西,我们连续几年对不同试验处理条件下土壤剖面中残留NO3--N的累积强度及其影响因子进行了系统研究.研究结果表明,在半干旱半湿润农田生态系统石灰性土壤剖面中累积着大量的残留NO3- -N.在所有测定土壤剖面中,NH4+ -N含量和累积量不仅在不同土层中差异不大,而且在不同生态系统和管理条件土壤剖面中的差异也不大,其含量变化在1～3 μgN/g 之间,累积量相当于14～42 kg/hm2, 平均28 kg/hm2,显著小于残留NO3--N.残留NO3--N累积量平均占总矿质氮(NO3--N+NH4+ -N)累积量的75%以上,是土壤剖面中可浸取态矿质氮的主体.在岐山测定的129个土壤剖面中,0～100 cm土层残留NO3--N累积量小于50 kg/hm2的有26个,占20%, 大于70 kg/hm2的有86个,占66.7%,大于100 kg/hm2的有47个,占36%,大于140 kg/hm2的有13个,占10%,每季作物吸氮量大约是70 kg/hm2,说明在目前施肥和生产水平下,有66.7%田块0～100 cm土层中的残留NO3--N最少与1季作物吸氮量相当;在杨凌、澄城、定西等地大部分试验小区(与当地一般施肥水平相当的小区),甚至有些不施氮肥对照小区土壤剖面中残留的NO3--N与1季作物的吸氮量也基本一致.这些结果充分说明,在半干旱农田生态系统石灰性土壤剖面中残留累积的NO3--N是不可忽视的有效氮库.因此,在估计土壤供氮水平和确定施氮量,或者在制定这一地区土壤供氮指标测定方法时,必须要充分考虑在一定土层土壤剖面中的残留NO3--N.土壤剖面中的残留NO3--N通过对流(Convection)和扩散(Diffusion)等途径,逐渐向深层移动, 脱离根区.在杨陵灌溉试验站和蔬菜试验站的测定结果表明,0～1 000 cm土层累积的NO3--N分别高达1 295.6 kg/hm2和710.4 kg/hm2, 0～600 cm土层累积的NO3--N分别为706.1 kg/hm2和435.1 kg/hm2.在200 cm土层以下累积着大量NO3--N.在以上观测的2个剖面中,200～400 cm、400～600 cm、600～800 cm和800～1 000 cm各土层累积的NO3--N数量显著大于0～200 cm土层,说明在上层(特别是在耕层)以各种途径增加的NO3--N,通过长期淋溶,完全有可能脱离根区,淋溶到1 000 cm 以下土层.在不同试验区进行的所有试验结果均表明,与不施氮对照小区相比,施氮小区在作物收获时,土壤剖面中残留NO3--N累积量呈增加趋势,并随施氮量增加,残留累积量增加.在杨凌和澄城进行的长期定位试验表明,连续施用氮肥,特别是高量氮肥田块,土壤剖面中残留NO3--N与不施氮对照之间的差异很大:在杨凌长达25 a的长期定位试验中,NP处理0～120 cm土层残留NO3--N累积量(163.4 kg/hm2)比不施肥对照(51.8 kg/hm2)增加111.6 kg/hm2,如果在施NP的基础上休闲,残留NO3--N增加效果更加突出,比对照增加156.5 kg/hm2;试验还发现,在施NP的基础上,配施玉米秸秆,一定程度上能够降低残留NO3--N累积量,并随秸秆用量增加,残留NO3--N累积量下降;在澄城,连续4季作物施用氮肥后,从2个灌水处理平均结果看,与不施氮对照相比,在每季作物施氮量低(＜75 kg/hm2)时,不会发生NO3--N残留累积,而当施氮量高于112.5 kg/hm2时,在0～120 cm土层中残留NO3--N累积量显著增加.在杨凌进行的2次大田试验表明,无论是在降雨丰富年份,还是在干旱年份,休闲都能够显著增加土壤剖面中NO3--N的累积量,并且不管在任何采样时期,休闲小区100～120 cm土层的NO3--N含量均比复种玉米小区高,复种玉米能够减少残留NO3--N在土壤剖面中的累积.由于地膜覆盖改变了土壤水热状况和生物性质,因而也必然影响土壤氮素转化过程,从而影响NO3--N在土壤剖面中的累积.在定西进行的2 a试验结果表明,如果在春小麦播种后全生育期覆膜,能够显著增加收获时土壤剖面中残留NO3--N的累积:1999年,不施氮时,增加9.4 kg/hm2,施氮后,增加88.9 kg/hm2;2000年,不施氮时,增加17.9 kg/hm2,施氮后,增加39.9 kg/hm2;定西试验还表明作物生育前期覆膜,后期揭膜,有利于减少残留NO3--N在土壤剖面中的累积.在作物生长后期,地膜覆盖处理耕层土壤水分条件较好,温度较高,有利于土壤有机氮的矿化.而在这一时期,小麦对NO3--N的吸收能力减弱,需要量减小,因而在土壤剖面中易产生残留NO3--N的大量累积.小麦收获后,值降水较多期,累积的NO3--N非常容易通过淋溶和反硝化损失,从这一角度考虑,在春小麦栽培中,不宜提倡全生育期地膜覆盖.