突發性暴雨積水對低洼菜地土壤可提取態養分的影響

周成云，董代幸*，郎均英，章明奎

(1.杭州市富陽區農業技術推廣中心，浙江 杭州 311400；2.浙江大學 環境與資源學院，浙江 杭州 310058)

農田養分流失不僅直接影響土壤的肥力水平，同時流失的養分進入地表水體可增加水體的富營養風險[1]。研究[2-4]表明，農田養分流失的數量與氣候、地面坡度、耕作方式、農作物種類、施肥水平和肥料種類等有關。養分流失強度具有很大的時空變異性[5]。目前，有關農田養分流失的研究主要涉及降水形成的地表徑流、農田排水活動，也有以流域為單元來分析養分流失狀況[4,6-7]。因實施存在難度，以往的研究很少涉及特大暴雨期間旱地短期積水導致的養分流失。蔬菜地是我國農田施肥水平較高的土地利用方式，因土壤養分積累高，養分流失潛力大[8]。東南地區由臺風帶來的特大暴雨對蔬菜地的短期淹水常常可導致巨大的經濟損失，同時也可引起養分的大量損失，但這方面尚缺乏詳細的報道。本文從土壤養分變化的角度，調查了因臺風暴雨引起的地表積水對蔬菜地養分流失的影響。

1 材料與方法

在田間實地觀察的基礎上，基于天氣預報，于2019年8月9—11日第9號臺風“利奇馬”影響杭州前2 d在杭州市錢塘江兩岸預選35塊地勢低洼、易積水的蔬菜地，采集表層土樣；于2019年8月15日(臺風過境后的第4天)選擇已確認受臺風暴雨明顯影響、積水時間超過24 h的其中17塊蔬菜地再次進行采樣。前后2次采集的樣品均為表層(0～15 cm)的混合樣，每一田塊采集的混合樣各由15個分樣混合而成。其中的12塊蔬菜地土壤質地屬壤土，另5塊屬砂土。“利奇馬”臺風過程累計降水量約200 mm。

采集的土樣經室溫下風干后充分混勻，分別過2和0.125 mm篩用于土壤分析，分析內容包括pH、有機質、水溶性鹽分、有效磷、速效鉀、有效氮及有效鈣、鎂、硅、硫、銅、鋅、鐵、硼，采用常規方法進行分析[9]。其中，有機質采用重鉻酸鉀氧化法測定；pH用電位法測定；水溶性鹽采用去離子水提取、重量法測定；有效磷采用Olsen法，0.5 mol·L-1NaHCO3提取、鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用NH4OAc提取、火焰光度計法測定；NO3-N和NH4-N用2 mol·L-1KCl提取、納氏試劑比色法和紫外分光光度法測定；土壤有效硅用乙酸緩沖液浸提、硅鉬藍比色法測定；有效鈣和有效鎂用乙酸銨提取、原子吸收法測定；有效硫采用比濁法測定；土壤有效銅、鋅、鐵用DTPA提取、原子吸收法測定；有效硼采用沸水法提取、比色法測定。

2 結果與分析

17塊蔬菜地積水前土壤性質的統計結果見表1。

表1 17塊蔬菜地積水前土壤肥力指標的基本情況

2.1 土壤有機質、pH和鹽分的變化

因臺風暴雨引起的地表積水后，蔬菜地土壤有機質有輕微的下降趨勢，17塊蔬菜地積水前、后有機質平均含量分別為20.07和19.67 g·kg-1，積水后土壤有機質含量下降-0.26～1.52 g·kg-1(負數說明增加，下同)，平均下降了0.40 g·kg-1，下降幅度(指下降量占積水前的百分比)為-1.88%～5.50%，平均為1.85%。積水對土壤pH的影響較為明顯，總體上，積水后蔬菜地土壤的pH有增加的趨勢，增加值在-0.05～0.31個單位，平均增加了0.11個單位。積水后多數土壤鹽分迅速下降，僅個別原先鹽分較低的蔬菜地土壤鹽分略有增加；17塊蔬菜地淹水后土壤鹽分平均由1.04 g·kg-1下降至0.80 g·kg-1，平均下降了0.24 g·kg-1，為-0.05～0.79 g·kg-1，下降幅度在-10.87%～42.19%，平均下降幅度為18.84%。

2.2 土壤速效氮、磷、鉀的變化

積水后，原先積累在土壤中的NO3-N迅速下降，17塊蔬菜地淹水后土壤NO3-N平均由39.12 mg·kg-1下降至11.12 mg·kg-1，平均下降了28.00 mg·kg-1，為3.55～24.61 mg·kg-1；下降幅度在45.45%～91.17%，平均下降幅度為70.41%。積水后土壤NH4-N的變化相對較小，多數蔬菜地積水后土壤NH4-N呈現下降，但也有部分蔬菜地積水后土壤NH4-N呈現上升趨勢，17塊蔬菜地積水后土壤NH4-N平均由4.74 mg·kg-1下降至3.99 mg·kg-1，平均下降了0.75 mg·kg-1，為-1.96～3.25 mg·kg-1；下降幅度在-79.35%～58.77%，平均下降幅度為7.19%。積水后土壤有效磷均呈現下降，平均由98.58 mg·kg-1下降至82.62 mg·kg-1，平均下降了23.05 mg·kg-1，下降5.38～50.63 mg·kg-1；下降幅度在6.22%～23.59%，平均下降幅度為13.49%。

2.3 土壤中量元素的變化

積水后土壤有效態鈣、鎂、硅和硫的變化較為復雜，多數蔬菜地積水后土壤有效態鈣、鎂、硅和硫呈下降，但也有部分蔬菜地淹水后土壤有效態鈣、鎂、硅和硫呈現上升趨勢。17塊蔬菜地淹水后土壤有效態鈣、鎂、硅和硫平均分別由354.65、93.06、150.53和38.88 mg·kg-1下降至322.41、81.18、145.12和32.47 mg·kg-1，為-17.00～149.00、-13.00～41.00、-14.00～39.00和-5.00～16.00 mg·kg-1，平均下降量分別為32.24、11.88、5.41、6.41 mg·kg-1。與積水前比較，積水后土壤有效態鈣、鎂、硅和硫下降幅度分別在-5.72%～32.18%、-41.94%～32.03%、-22.64%～20.65%和-18.52%～34.04%，平均下降幅度為7.66%、8.15%、1.87%和12.87%。

2.4 土壤微量元素的變化

多數情況下，蔬菜地積水后土壤有效態銅、鋅、硼呈現下降，但也有少數蔬菜地積水后土壤有效態銅、鋅、硼呈現上升趨勢。17塊蔬菜地積水后土壤有效態銅、鋅、硼平均分別由1.22、1.64和1.15 mg·kg-1下降至1.06、1.52和0.95 mg·kg-1，下降分別為-0.05～0.51、-0.11～0.36和-0.06～0.57 mg·kg-1，平均下降量分別為0.16、0.13和0.21 mg·kg-1；與積水前比較，積水后土壤有效態銅、鋅和硼下降幅度分別在-7.81%～29.31%、-20.75%～25.00%和-21.43%～30.95%，平均下降幅度為11.40%、5.78%和12.82%。土壤有效鐵的情況有所不同，多數蔬菜地積水后土壤有效鐵呈增加趨勢，少數蔬菜地有效鐵有所下降，17塊蔬菜地積水后土壤有效態鐵平均由15.99 mg·kg-1上升至16.65 mg·kg-1，為-15.80～8.17 mg·kg-1，平均上升量為0.66 mg·kg-1；與積水前比較，積水后土壤有效態鐵上升幅度在-36.37%～68.03%，平均增加幅度為17.57%。

2.5 土壤養分變化與蔬菜地養分積累、質地的關系

相關分析結果(表2)表明，養分指標的變化值多少與蔬菜地積水前養分水平均呈現正相關，即養分積累高的土壤在暴雨中損失的養分量也較多。

表2 積水前后養分指標的變化值與蔬菜地積水前養分水平的相關系數(n=17)

表3可知，除有機質、NH4-N和有效鐵等變化趨勢不明顯的幾個指標外，積水后砂土養分的變化值和變化幅度都高于壤土，表明砂質蔬菜地受積水后更易發生養分的變化。

表3 不同質地蔬菜地積水后土壤養分變化的差異

3 小結

觀測結果表明，臺風引起的異常降水事件可在短期內導致土壤養分的迅速損失，其變化甚至超過了某些土壤的年度變化。影響最為明顯的是土壤鹽分、NO3-N和有效磷，其次為有效態鈣、鎂、硅和硫及有效態銅、鋅、硼，對土壤有機質和pH的影響較小。土壤養分指標的變化值與蔬菜地積水前養分水平呈正相關；砂土養分的變化值高于壤土。