施用不同肥料土壤水解氮的垂直分布特征

李洪濤 高紅莉 王鈺涵 郭雷

摘要 以許昌市建安區高效農田灌區為例，研究施用不同肥料土壤水解氮含量的垂直分布特征。結果表明，經過一個耕作周期，施用氮含量322.5 kg/hm2的有機無機復混肥、施用氮含量202.5 kg/hm2的復合微生物肥料與施用氮含量397.5 kg/hm2的常規施肥，三者之間土壤中水解氮含量差異不顯著（P>0.05）;土壤中水解氮含量表層含量最高，在1.5 m深度出現第二峰值，4.0 m以下各土層間均差異不顯著;土壤中水解氮含量的垂直分布在夏季與秋季略有不同，但差異不顯著（P>0.05）。

關鍵詞 無機養分;水解氮;垂直分布;有機無機復混肥;微生物肥料

中圖分類號 S 158? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）03-0076-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.03.020

Vertical Distribution Characteristics of Hydrolyzed Nitrogen in Soils with Different Fertilizers

LI Hong-tao， GAO Hong-li， WANG Yu-han et al

（Institute of Geography， Henan Academy of Sciences， Zhengzhou， Henan 450052）

Abstract The vertical distribution characteristics of soil hydrolytic nitrogen content were studied by applying different types of fertilizers in high efficiency farmland irrigation area of Jian'an District of Xuchang City. The results showed that after one tillage cycle， the difference of soil hydrolytic nitrogen content among organic-inorganic compound fertilizer with nitrogen content of 322.5 kg/hm2，compound microbial fertilizer with nitrogen content of 202.5 kg/hm2 and conventional fertilization with nitrogen of 397.5 kg/hm2 had no significant difference （P>0.05）.The content of hydrolyzed nitrogen in the surface layer of soil was the highest， and the second peak appeared at 1.5 m depth， there was no significant difference among soil layers below 4.0 m.The vertical distribution of soil hydrolytic nitrogen content in summer and autumn was slightly different， but the difference was not significant （P>0.05）.

Key words Inorganic nutrient;Hydrolyzed nitrogen;Vertical distribution;Organic-inorganic compound fertilizer;Microbial fertilizer

基金項目 河南省科學院基本科研費項目（200601074）;河南省科學院科技開放合作項目（210901007）;河南省科學院杰出青年人才項目（210401011）;河南省科學院重大科研聚焦專項（210101007）。

作者簡介 李洪濤（1978—），男，河南許昌人，助理研究員，從事生態環境領域相關研究。

收稿日期 2021-05-08

化肥的施用是提高糧食產量的重要措施[1-3]，然而農業生態系統的恢復能力有限，化肥過量施用會引起土壤污染、地下水污染、河流污染等一系列的環境問題。施肥造成環境污染主要是氮磷元素的富集和遷移。水解氮易溶于水，在土壤中有很強的遷移性，因此在降雨或者灌溉條件下，由于淋溶作用遷移至地下水體中，從而造成地下水環境的污染[4-5]。 因此，研究水解氮的滲漏并對其所造成的污染風險進行評估，對保護地下水環境、建設環境友好型社會、走可持續發展道路都有十分重要的意義。

筆者以許昌市建安區高效農田灌區為例，通過田間施用不同類型肥料試驗，研究許昌市建安區高效農田灌區土壤水解氮的垂直分布特征，為當地農業施肥管理以及相似區域因地制宜展開農業生產活動提供科學的依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗設在許昌市建安區高效農業灌溉示范區（113°35′～114°04′E、33°52′～34°10′N）。該區域屬北暖溫帶季風氣候區，春季干旱多風，夏季炎熱雨集中，秋季晴和氣爽日照長，冬季寒冷少雨雪，年降水量671～736 mm，降雨多集中在6—9月，年平均氣溫在14.3～14.6 ℃。土壤以沉積層為主，為黏質砂土、砂壤土、黏土，含水組以松散巖類孔隙含水組為主。地下水埋深在 10～15 m，地下水補給以降雨入滲為主。農作物以冬小麥夏秋季玉米、大豆為主。

冬小麥供試肥料一為有機無機復混肥，36%的無機養分（N∶P∶K=18∶13∶15）+15%的有機質;供試肥料二為復合微生物肥料，28%的無機養分（N∶P∶K=12∶12∶4）+25%的有機質微生物菌劑;供試肥料三為常規施肥，45%的無機養分（N∶P∶K=25∶15∶5）。夏秋季玉米供試肥料一為有機無機復混肥，35%的無機養分（N∶P∶K=25∶5∶5）+15%的有機質;供試肥料二為復合微生物肥料，25%的無機養分（N∶P∶K=15∶5∶5）+25%的有機質微生物菌劑;供試肥料三為常規施肥，46%的無機養分（N∶P∶K=28∶8∶10）。

1.2 試驗設計與樣品采集

試驗設置3個施肥處理：處理①，有機無機復混肥;處理②，復合微生物肥料;處理③，常規施肥;施用量均按225 kg/hm2。試驗田總面積為3 hm2，按照3個施肥處理作為3個處理，每個處理設置3個重復，試驗田共劃分為9個處理單元，每個處理單元約0.2 hm2，處理順序隨機排列。試驗從 2018年 10 月初開始整理土地，10月12日施肥播種，按設計2019年6月10日第1次采集樣品，2019年10月10日第2次采集樣品。土樣采集：每個處理設1個采探點，采集采探點周圍20 cm深混合土樣作為表層土樣，其他土層土樣使用汽油沖積取土鉆鉆取土柱，每隔50 cm采集一次，每次從土柱底端截取10 cm土柱作為樣品，樣品重量約200 g。

1.3 樣品的測定

將所采集樣品粉碎，過100目篩，根據檢測方法稱取所需土樣。樣品檢測所用試劑均為分析純。土壤水解性氮的測定方法采用堿解擴散法。

1.4 數據處理

采用Excel 2003 和SPSS 13.0 軟件對檢測數據進行對比分析，通過單因素方差分析（One-way ANOVA）的LSD 法對數據進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

通過對6月份土壤水解氮含量進行差異顯著性檢驗（表1）可知，表層（0 m）與其他土層水解氮含量差異顯著;2.0 m以上土層與3.0 m以下土層水解氮含量差異顯著，3.0 m以下各土層間均差異不顯著。由圖1可知，6月份土壤表層水解氮含量高于其他土層，在總含量中的占比最高; 1.0 m土層水解氮含量低于上下土層，出現第一波谷;1.5 m土層水解氮含量高于上下土層，出現非常明顯的第二波峰;2.0 m以下土層水解氮含量雖然仍有波動，但整體呈現下降趨穩態勢。

處理①和處理③土壤表層水解氮含量高于其他土層，在總含量中的占比最高，處理②0.5 m土層水解氮含量略高于土壤表層，在總含量中的占比最高;處理②在0.5～2.0 m土層的水解氮含量高于其他2個處理;3個處理1.0 m土層水解氮含量均低于上下土層，出現第一波谷，1.5 m土層水解氮含量高于上下土層，出現非常明顯的第二波峰，2.0 m以下土層水解氮含量雖然仍有波動，但整體呈現下降趨穩態勢。

通過對10月份土壤水解氮含量進行差異顯著性檢驗（表1）可知，表層及0.5 m層土壤與其他土層土壤水解氮含量差異顯著;1.5 m土層與其他土層水解氮含量均差異顯著;2.0 m和2.5 m土層與其他土層水解氮含量差異顯著;3.0 m以上土層（除1.0 m土層）與4.0 m以下土層（除5.5 m土層）水解氮含量差異顯著，4.0 m以下各土層間差異不顯著。由圖2可知，3個處理0.5 m以上土層水解氮含量高于其他土層，在總含量中的占比最高; 1.0 m土層水解氮含量低于上下土層，出現第一波谷;

2.0 m以下土層水解氮含量雖然仍有波動，但整體呈現下降趨穩態勢。處理①和處理③1.5 m土層水解氮含量高于上下土層，出現第二波峰;處理②在2.0 m土層出現第二波峰，且其波峰呈現出與其他2個處理不同的趨勢。

通過對6月份和10月份土壤水解氮含量2次樣品間顯著性檢驗可知，6月份與10月份土壤水解氮含量整體差異不顯著，3個處理間6月份與10月份土壤水解氮含量也差異不顯著。結合圖1～2可知，處理①和③在0.5 m土層處出現了10月份水解氮含量高于6月份的現象;0.5～4.0 m土壤水解氮含量6月份整體高于10月份; 4.0 m以下土壤中不同月份間各處理差值較小。

3 結論與討論

3.1 有機質和微生物菌劑有效提高氮利用率

李春越等[6]研究黃土旱塬農田土壤得出，土壤微生物量碳、磷分別與土壤有機質、全氮、全磷呈顯著正相關;土壤微生物量氮與有機質、全氮呈顯著正相關;長期單施化肥使土壤酸堿度發生改變，對微生物的生命活動產生抑制作用;而長期化肥配施有機肥能不同程度提高土壤養分含量，促進土壤微生物的生長繁殖，進而增強微生物對碳、氮、磷等元素的吸收利用。龔雪蛟等[7]研究表明有機肥一方面對提高土壤有機質含量，尤其是活性有機質含量和碳庫管理指數效果明顯，另一方面可增加土壤氮磷鉀養分容量，減少作物生長消耗帶來的土壤養分虧損，促進土壤質量良性發展。胡留杰等[8]研究表明菌渣還田能夠增加土壤微生物群落的規模及土壤酶活性，有利于土壤質量的改善，同時還增強了土壤潛在的抑病能力。楊振興等[9]研究表明氮磷有機肥配施土壤有機質含量均高于施用氮磷化肥處理。

在該試驗一個耕作周期，處理①施用無機養分（N、P、K）共計35.5 kg，其中N為21.5 kg;處理②施用無機養分共計26.5 kg，其中N為13.5 kg;處理③施用無機養分共計45.5 kg，其中N為26.5 kg;3個施肥處理所施用的肥量相同，施肥中所含的無機養分不同，處理①的施氮量為處理③的81%，處理②的施氮量僅為處理③的約51%，但在耕作期間和一個耕作周期后，3個處理間土壤中水解氮含量差異不顯著（P>0.05）。表明添加有機質和有機質微生物菌劑是提高氮利用率的有效方法。

3.2 水解氮在土壤中的垂直分布

水解氮在土壤中的含量由淺到深整體呈現出降低—上升—降低—趨穩的垂直分布特征，0.5 m以上土層>1.5 m土層>2.0 m土層>1.0 m土層>2.5 m土層>其他土層;4.0 m以下各土層間差異不顯著。土壤表層水解氮含量高于其他土層，在總含量中的占比最高。1.5～2.0 m土層水解氮含量高于上下土層，出現非常明顯的第二波峰。根據杜曉晴[10]的研究，土壤密度與水分運移過程中到達穩滲時間和最大速率相關性強，萬靜等[11]研究表明土壤質地為粉砂壤或壤土，有機質與氮磷含量較高，因此該處出現第二波峰可能與該深度土壤的理化性質有關，其具體相關性及土壤理化性質尚需進一步研究。

3.3 秸稈還田和降雨與土壤中的水解氮運移有相關性

秋收后土壤表層水解氮含量高于夏季，根據其他學者的相關研究秸稈直接還田或間接還田能提高土壤有機質含量、改善土壤肥力[12-14]，第2次采集土樣時間為玉米秸稈還田后第18天，因此采集土樣時玉米秸稈中的部分水解氮已轉移到土壤中，同時采集土樣中含有已粉碎的秸稈，這可能是秋收后土壤表層水解氮高于夏季的主要因素。

此次試驗周期內土壤深層水解氮秋季低于夏季，試驗田所處位置為溫帶季風氣候，降雨多集中在6—9月，杜曉晴[10]研究表明水分運移過程對全氮和速效鉀的影響較大，水流能攜帶土壤中的氮素和速效鉀運動，降低土壤中氮素和鉀素的含量。因此，6月份所采集深層土樣經過冬春兩季，降水量少，水分對氮素的運移效果較夏季（雨季）小，導致土壤深層水解氮秋季低于夏季。

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