不同施氮措施對柴達木枸杞園土壤無機氮的影響

盧九斤，劉鑫慧，許紹全，楊林意，張 瑩，盛海彥

(1.青海大學 農牧學院，西寧 810016；2.德令哈市農牧業綜合服務中心，青海德令哈 817000)

枸杞(LyciumbarbarumL.)是茄科枸杞屬植物，富含多糖、維生素、黃酮等活性成分，具有抗氧化、抗腫瘤等功效[1]。柴達木盆地獨特的氣候條件和土壤資源，使枸杞成為該地區的優勢產業，枸杞種植規模已由2007年的2181.09hm2增至2018年的33456.72hm2，對保障當地農村經濟發展有重要作用[2]。隨枸杞產業的迅速發展，枸杞種植中的問題也日益突出。柴達木地區枸杞栽培土壤多為砂土，保水保肥性差，致使氮肥利用率低[3]。農戶通過施用大量的氮肥來提高作物產量，盈余的氮素在灌溉和降水的作用下，產生土體中硝態氮的淋溶[4]。同時使土壤微生物活性降低、酸化加劇及土壤膠體分散，直接影響作物的產量[5-6]。

化學氮肥的大量施用雖顯著提高了作物的產量，但長期積累的氮素通過氨揮發、淋溶等途徑損失極易引發地下水污染等環境問題[18-19 ]。目前，不同施氮措施對土壤無機氮的影響在玉米、小麥、蘋果等植物中已有大量研究[12,14,20]，但對柴達木枸杞的相關研究卻鮮有報道。本試驗通過氮肥減量及增施硝化抑制劑，探討其對土壤無機氮含量及枸杞產量的影響，旨在為柴達木枸杞生產提高氮肥利用率及降低環境污染提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2019年4-10月在青海省海西州都蘭縣諾木洪農場(96°20′E，36°25′N)進行。該地區屬高原大陸性氣候，海拔 2 760 m，年日照時數 3 600 h。降雨量 58 mm，蒸發量 2 800～ 3 000 mm。土壤類型為灰棕漠土，質地為砂壤土。0～20 cm土層土壤理化性質：有機質19.51 g/kg，全氮1.43 g/kg，全磷 (P2O5) 3.05 g/kg，全鉀 (K2O) 23.13 g/kg，堿解N 69.76 mg/kg，速效磷 (P2O5) 82.56 mg/kg，速效鉀 (K2O) 210.80 mg/kg，pH 8.49。0～200 cm各土層 (每20 cm為一層)的體積質量分別為1.54、1.52、 1.52、1.46、1.47、1.52、1.66、1.67、1.69、1.69 g/cm3。

1.2 試驗材料

田間試驗供試植物為樹齡10 a 的‘寧杞1號’；氮肥為尿素(含氮 46%，云天化集團生產)，磷肥為重過磷酸鈣(含 P2O546%，云天化集團生產)，商品有機肥 (有機質≥ 45%,N+P2O5+K2O≥5%) 由青海恩澤農業技術有限公司生產；供試硝化抑制劑為 Nitrapyrin (含量 70.00%，可濕性粉劑，由浙江奧復托化工有限公司和浙江沃土農業科技有限公司聯合出品)。

1.3 試驗設計

田間試驗采用隨機區組設計，共設 10 個處理，每個處理設置3次重復。枸杞株行距為1.5 m×2 m，各小區面積 39 m2，共計 30 個小區。除 CK 處理不施用任何肥料外，其余處理均施用商品有機肥料1 667 kg/hm2，P2O5333 kg/hm2，均為農民習慣施肥用量。N667～N0處理分別施用純氮667、534、400、267、133、0 kg/hm2，且 Ni400～Ni133處理在N400～N133處理施肥量的基礎上，分別增施濃度為純氮量 0.5% 的Nitrapyrin 2、1.33、0.67 kg/hm2。

有機肥及重過磷酸鈣作為基肥于 5 月 19 日一次施入。尿素及Nitrapyrin 分為基肥和追肥兩次施用 (基肥與追肥的比例為 1∶1 )；5 月19 日在每株枸杞樹的樹冠下距離樹干 30 cm的東西方向各挖深度 20 cm，長、寬均為 25 cm施肥坑，施入基肥；6月30日在枸杞樹冠南北方向進行追肥。枸杞園年灌水7次，灌水定額為6 000 m3/hm2。

1.4 測定項目與方法

在追肥后的 30 d和 80 d (下文簡稱H1期、H2期)，分別采集各處理 0～200 cm土層的土壤樣品，每 20 cm為一個層次，共 10 層。使用直徑為 4 cm的土鉆在各試驗小區隨機選取 3 點，采集相應層次土壤。剔除枸杞根系后均勻混合為一個樣品，密封保存。用 1 mol/L KCl 浸提土壤 (液土比為 10∶1)，用連續流動分析儀 (AA3)測定土壤中硝態氮與銨態氮含量，同時用烘干法測定土壤含水量，土壤體積質量采用環刀法測定。枸杞鮮果分別于2019年7月29日、8月20日、9月14日采收并稱量。土壤硝態氮及銨態氮累積量計算公式參考栗麗等[12]的方法。

1.5 數據分析

用Origin 8.0 及SPSS 25.0進行數據整理及圖表制作。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量對土壤無機氮含量的影響

2.1.1 硝態氮含量 H1期施氮明顯增加了 20～100 cm土層土壤的硝態氮含量，且與N0處理相比，N667～N133處理0～200 cm土層硝態氮平均含量增加59.62%～191.06% (圖1-A)。硝態氮含量在40～60 cm土層達到第1個峰值，該土層N667～N133處理硝態氮含量是N0處理的 2.16～3.68倍。土壤硝態氮含量在140～160 cm出現第2個峰值，硝態氮含量為116.47～156.00 mg/kg。隨氮肥投入量的增加，0～200 cm土層硝態氮累積量呈增長趨勢，N667～N133處理土壤 0～200土壤硝態氮累積量為N0處理的1.27～ 1.68倍 (表1)。

H2期 N667～N133處理土壤硝態氮平均含量分別是N0處理的1.76、1.45、1.38、1.36、1.35倍 (圖1-B)。N667處理0～200 cm土層的硝態氮平均含量最高，為132.4 mg/kg。除N0處理，其余處理在0～200 cm土層均出現兩個峰值，第1個峰值出現在60～100 cm土層，第2個峰值出現120～160 cm。H2期N667～N0處理土壤硝態氮累積量隨施氮量的減少逐漸降低，分別為 4 173.74、3 446.69、3 277.81、3 246.01、 3 220.98、2 399.54 kg/hm2。

H2期0～60 cm土層各處理土壤硝態氮平均含量較H1時期降低23.17%～37.39%。H2時期第1個峰值的硝態氮平均含量較H1期降低 7.78%，峰值由40～60 cm下移到60～80 cm；第2個峰值H2期的硝態氮平均含量較H1時期增加13.46%。隨著施氮量的增加，H1和H2期枸杞園0～200 cm 土層的硝態氮累積量逐漸增加 (表1)，其中N667處理的硝態氮累積量最大，和其余處理均有顯著差異 (P<0.05)。

圖1 不同施氮量的土壤 含量Fig.1 Content of in soil with different nitrogen application

2.1.2 銨態氮含量 不同施氮量處理各土層土壤銨態氮含量變幅較小 (圖2)。H1時期N667～N133處理20～40 cm土壤銨態氮含量最高，為 6.73～14.77 mg/kg (圖2-A)。H2期N667～N133處理銨態氮平均含量為0.51～1.03 mg/kg，較 N0處理分別增加 1.02%～25.49% (圖2-B)。H2期N667～N133處理的銨態氮平均含量較H1期降低62.00%～ 78.45%，60～200 cm土層土壤銨態氮含量無明顯變化。H2期0～200 cm土壤銨態氮累積量表現為 N667>N534>N133>N400>N267>N0，N667～N133處理 0～40 cm土壤銨態氮累積量占0～200 cm累積量的 35.74%～ 52.00%。N667處理銨態氮累積量最高，與其余處理均有顯著差異 (P< 0.05)。且H2時期土壤銨態氮累積量顯著低于H1時期 (表1)，其中0～40 cm土層銨態氮累積量降低64.78%～85.78%。

圖2 不同施氮量的土壤含量Fig.2 Content of in soil with different nitrogen application

2.2 硝化抑制劑對土壤無機氮含量的影響

2.2.1 硝態氮含量 H1期 Ni400、Ni267、Ni133處理0～200 cm土層硝態氮平均含量較N400、N267、N133處理分別降低 9.62%、12.76%和11.41%(圖3-A，3-C，3-E)。H2期Ni400～Ni133處理土壤硝態氮含量較N400～N133處理分別降低 8.08%～11.77% (圖3-B，3-D，3-F))。H2期Ni400～Ni133處理土壤硝態氮平均含量較H1期增加 2.25%～5.74%。除CK處理外，不同時期Ni400～Ni133與N400～N133處理均表現為雙峰變化。Ni267較N267處理在H1時期的土壤硝態氮含量峰值分別降低15.28%和 15.89%，H2時期分別降低14.49%和15.44%。H1及H2期 Ni400～Ni133處理0～200 cm土壤剖面硝態氮累積量較N400～N133均有所下降，H1期降低 9.52%～ 13.14%，H2期降低8.37%～11.64%。且H2期Ni400～Ni133處理的硝態氮累積量均顯著低于N400～N133(表1)。

圖3 不同時期施用硝化抑制劑后土壤的含量Fig.3 Content of in soil after applying nitrification inhibitor at different stages

2.2.2 銨態氮含量 H1期施用硝化抑制劑使土壤中銨態氮含量明顯增加 (圖4-A，4-C，4-E)，其中 Ni400～Ni133處理土壤銨態氮的平均含量分別為 N400～N133處理的 2.91、3.37及2.34 倍。H2期0～60 cm土層土壤銨態氮含量變幅較大，Ni267、Ni133處理較N267及N133處理在該土層的銨態氮含量分別增加132.22%和 82.01% (圖4-B，4-D，4-F)。

H2期土壤中銨態氮含量較H1期明顯降低，Ni400～Ni133處理0～200 cm土層土壤銨態氮含量較H1期分別降低82.97%、86.47%、 75.22%。Ni400～Ni133處理H2時期0～200 cm土壤銨態氮累積量較 H1時期分別降低83%、86%、75%。Ni400～Ni133處理銨態氮累積量均高于N400～N133處理。各處理H2時期土壤銨態氮平均累積量較H1處理降低75.02%～86.43%(表1)。

圖4 施用硝化抑制劑后土壤的含量Fig.4 Content of in soil after applying nitrification inhibitor at different stages

表1 不同施氮處理的土壤無機氮累積量Table 1 Inorganic nitrogen accumulation of soil under different nitrogen application treatments

2.3 不同施肥處理對枸杞產量及效益的影響

由表2可知，Ni400處理枸杞的產量最高，為 7 867 kg/hm2。N534、N400、N267處理枸杞的產量較N667處理增加1.85%～7.56%，N667～N133處理枸杞的產量較N0處理增加10.99% ～ 21.63%。Ni400、Ni267處理枸杞的純收益較N400和N267處理分別增加5.76%和5.00%。N667施氮量為Ni267的2.50倍，但其純收益較Ni267減少7.62%。

通過擬合枸杞產量和施氮量的肥料效應回歸曲線可知 (圖5)，施肥量為445 kg/hm2時，枸杞產量最高，為7 582 kg/hm2。施肥量為440 kg/hm2時，枸杞經濟效益最佳，最佳收益為 298 664 元/hm2。

表2 不同施氮處理的枸杞產量及經濟效益Table 2 Yield and economic benefit of wolfberry under different nitrogen application

圖5 施氮量與產量的關系Fig.5 The relationship between nitrogen fertilizer rate and yield

3 討 論

3.1 施氮量對土壤無機氮的影響

3.2 施用硝化抑制劑對土壤氮素累積的影響

3.3 減施氮肥和施用硝化抑制劑對枸杞產量及經濟效益的影響

施用 Nitrapyrin 的處理Ni400、Ni267枸杞產量均高于相同施氮量未施用硝化抑制劑的處理，這與孫海軍等[17,32]在小麥和水稻中的研究結果相同。本試驗地區0～20 cm土層土壤全氮含量為1.43 g/kg，堿解N含量為 69.76 mg/kg。表明柴達木地區枸杞栽培田由于長年高肥的投入，土壤基礎肥力較高。肥料效應方程表明產量隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢[33]，且施氮量為445 和440 kg/hm2時，枸杞的產量及經濟效益最佳。由于硝化抑制劑僅設置3個施氮水平，無法建立肥料效應函數。但試驗結果表明施氮量為267～400 kg/hm2添加純氮用量 0.5% 的Nitrapyrin處理枸杞的產量與農民習慣施肥用量處理有顯著差異，且經濟效益高于農民習慣施肥用量和相同氮肥用量但未增施Nitrapyrin的處理。同時267～400 kg/hm2的施氮量低于肥料效應方程確定的最佳施氮量，表明在柴達木地區高肥力枸杞園減施40%～60% 氮肥且配施純氮用量 0.5% 的Nitrapyrin，可滿足枸杞全生育期對氮素的需求并有顯著的增產效果，達到較優經濟效益。

4 結 論

施氮肥明顯提高了0～40 cm土層土壤銨態氮的含量，但對銨態氮向土壤深層的遷移無明顯影響。施用 Nitrapyrin 可有效減少枸杞園土壤中硝態氮含量，同時降低由于土壤氮素淋溶導致的環境污染風險。綜合經濟效益和生態效益，施氮量為267～400 kg/hm2且配施Nitrapyrin 1.33～2 kg/hm2是柴達木地區高肥力枸杞園適宜的施氮方案。