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        寧夏賀蘭山東麓沙質(zhì)釀酒葡萄園土壤養(yǎng)分淋洗特征

        2016-05-14 08:13:20趙鵬宇郭永婷王銳紀立東孫權(quán)
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年7期
        關(guān)鍵詞:淋溶寧夏

        趙鵬宇 郭永婷 王銳 紀立東 孫權(quán)

        摘要:通過室內(nèi)土柱模擬,研究了賀蘭山東麓代表性釀酒葡萄園沙質(zhì)土壤硝態(tài)氯、銨態(tài)氯、速效磷、速效鉀的淋洗特征。結(jié)果表明,土壤對銨態(tài)氮的吸附能力比較強,銨態(tài)氮淋溶量與土柱高度呈正比,土壤對銨態(tài)氮的吸附主要集中在20~60 cm。硝態(tài)氮淋溶作用顯著高于銨態(tài)氮,且初次淋失量與第二次相差不大。隨著土柱高度的增加,速效磷、速效鉀淋失量和淋濾液濃度都增加。

        關(guān)鍵詞:礫質(zhì)沙土;淋溶;土柱高度;淋失量;賀蘭山東麓;寧夏

        農(nóng)田土壤對養(yǎng)分的利用率均較低,損失率較大,中國大部分耕地需補充氮肥,一半以上的耕地需補充磷肥,1/3-1/4的耕地需補充鉀肥。但過量施用化肥會使肥料利用率降低。據(jù)統(tǒng)計,中國旱地土壤氮素利用率僅為20%-40%,且施入土壤中的氮肥有10%-40%經(jīng)土壤淋溶進入地下水15:磷的利用率為15%-30%:鉀的淋失量可高達120-170kg/(hm2·年)。

        國際上通常采用室內(nèi)模擬和田間試驗的方式,運用間接計算法和直接測定法開展速效養(yǎng)分淋失過程研究。研究表明,菜地和坡耕地硝態(tài)氮淋溶量為耕作層>心土層>底土層:稻季多次施用氮肥后,60 cm和90 cm深處滲漏液中銨態(tài)氮含量都小于2mg/L,而硝酸鹽淋溶比較顯著,多集中在3-15mg/L。土壤磷素很難移動,磷肥在土壤中以固定作用為主,全磷累積淋失量非常少。土壤質(zhì)地是影響土壤鉀素滲漏淋失的主要因素之一,3種紫色土中鉀素遷移強度為酸性土>中性土>鈣質(zhì)土。

        寧夏賀蘭山東麓因優(yōu)越的地理環(huán)境、突出的氣候與土壤特點,近年來逐步發(fā)展成為全國釀酒葡萄種植的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū),葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,且強烈依賴灌溉。但該區(qū)地處賀蘭山山前洪積扇,地勢高,土層淺,養(yǎng)分含量低,且多礫石,傳統(tǒng)的溝灌方式極易產(chǎn)生營養(yǎng)元素的滲漏損失,不僅增加了生產(chǎn)成本,也會造成環(huán)境污染。目前針對西北干旱區(qū)堿性石灰性沙質(zhì)土壤的養(yǎng)分淋溶的研究較少。本研究以賀蘭山東麓典型釀酒葡萄園礫質(zhì)沙土為對象,通過土柱淋洗試驗探究北方堿性沙質(zhì)土壤高滲漏條件下灌溉對土壤氮磷鉀的淋洗機理,以期為改變施肥方式,提高肥料利用率,降低生產(chǎn)成本,促進葡萄產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供理論依據(jù)。

        1.材料與方法

        1.1試驗裝置

        試驗采用室內(nèi)土柱模擬。土柱材料為PVC,內(nèi)徑為10 cm,高為120 cm,底部呈漏斗狀,下方有小孔,孔徑為5 cm。底部放置直徑10 cm的有機玻璃,有機玻璃上有均勻的孔洞,孔徑為5 mm,有機玻璃上附濾網(wǎng),以濾網(wǎng)包裹整個有機玻璃,濾網(wǎng)孔徑為2 mm,并且在濾網(wǎng)和有機玻璃之間加入一張濾紙,有機玻璃上放置5 cm厚的碎石過濾層,碎石的粒徑為2-4 mm,再將濾紙置于碎石上,濾網(wǎng)置于濾紙上部。濾液施加進管內(nèi)從上到下依次經(jīng)過土壤、濾網(wǎng)、濾紙、碎石過濾層、濾網(wǎng)、濾紙、有機玻璃、濾網(wǎng)到達出水口。

        1.2試驗方法

        土壤選取礫質(zhì)沙土,供試土壤采自賀蘭山東麓志輝原石酒莊釀酒葡萄基地,釀酒葡萄品種為赤霞珠,樹齡4年。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,以20 cm土柱不施肥只灌水為對照(CK),另設(shè)置4個土柱高度處理,3次重復(fù),分別采集0~20、20-40、40~60、60-80 cm土層土壤,風(fēng)干后過2 mm篩子,裝入土柱,噴灑少量去離子水,使其自然沉降到20、40、60、80 cm高度,對應(yīng)處理編號為1、2、3、4。處理后各層土壤基本理化性質(zhì)見表1和表2。依據(jù)土壤的田間持水量在土柱內(nèi)加水,使土壤水分達到田間持水量的毛管懸著水狀態(tài),試驗所用水為去離子水。PVC管下面用塑料杯收集下滲液。依據(jù)前期葡萄地肥料施用量試驗結(jié)果,將N、P2O5、K2O單次添加標準分別設(shè)定為150、60、120 kg/hm2,換算為單質(zhì)肥料實物形態(tài)后給土柱施肥。所有肥料均采用統(tǒng)一的單質(zhì)肥料,氮肥為硫酸銨(含N 21%),磷肥為磷酸二氫鈣(含P2O552%),鉀肥為硝酸鉀(含K2O 47%)。依據(jù)賀蘭山東麓沙質(zhì)釀酒葡萄園灌溉制度,模擬試驗設(shè)定灌水2次,第一次按照100 m3/667 m2灌水,肥料溶于水隨水一次性施加。第二次不施加肥料,灌水量為50m3/667 m2

        1.3測定項目與方法

        樣品過濾后測定氮、磷、鉀。硝態(tài)氮采用硫酸水楊酸比色法,銨態(tài)氮采用蒸餾法測定,速效磷采用硫酸鉬銻抗比色法測定,速效鉀采用火焰光度計法測定。

        1.4數(shù)據(jù)處理

        利用SAS 8.1軟件進行統(tǒng)計分析,采用鄧肯多重極差進行顯著性檢驗,顯著性水平為P<0.05,(n=5)。淋失量=[處理淋濾液氮(磷、鉀)含量-CK淋濾液氮(磷、鉀)含量]/施加肥量×100%,其中氮、磷、鉀含量均為純養(yǎng)分含量。

        2.結(jié)果與分析

        2.1銨態(tài)氮的淋溶特征

        銨態(tài)氮為一價陽離子,施入土壤后較容易被土壤顆粒代換吸附。供試土壤施用銨態(tài)氮后模擬漫灌對銨離子的淋洗特征見表3和表4。

        由表3可以看出,盡管供試土壤沙粒占99%以上,但對于銨態(tài)氮仍然有較強吸附能力,第一次淋洗出來的銨態(tài)氮只占加入氮量的0.18%~0.51%。

        干旱區(qū)沙質(zhì)土壤開春后第一次灌溉量較大,第二次灌溉量則大大減小。因此,模擬田間情況第二次灌水量減半時,前次所施銨態(tài)氮被淋洗出來的量達到首次淋洗量的10倍以上。盡管如此,被淋洗出來的銨態(tài)氮絕對數(shù)量仍然較少,占所加入氮量的1.82%-3.49%(表4)。

        表3和4還反映出,供試土壤本身滲透性較好,銨態(tài)氮漫灌條件下的淋失量隨土柱高度的增加而依次遞增。

        2.2硝態(tài)氮的淋溶特征

        硝態(tài)氮為陰離子,最不容易被土粒吸附,反而容易淋失。供試土壤施用硝態(tài)氮肥后的淋失情況見表5和表6。

        由表5可知,模擬漫灌的首次淋溶液中,硝態(tài)氮濃度為銨態(tài)氮濃度的10倍以上,且隨土柱高度的增加而依次遞增。80 cm土柱的硝態(tài)氮濃度顯著高于20 cm土柱。但是不同高度的淋失量無顯著性差異,其淋出量占施氮量的16.80%~24.29%。

        模擬田間情況第二次灌水量減半時,其淋出硝態(tài)氮濃度要小于首次,且隨土柱高度的增加而依次遞減,但無顯著性差異,其淋失量為5.72%~8.11%(表6)。

        表5和6還反映出,兩次總的淋失量達到24.91%-30.01%。隨著土柱高度的增加其總的淋失量逐漸增加。

        2.3速效磷的淋溶特征

        土壤溶液中的磷會逐漸被土壤吸附或與Fe、Al等形成沉淀物,難以借助于水的作用向下擴散和移動。供試土壤施磷肥后的淋失情況見表7和表8。

        由表7可知,首次淋洗,隨著土柱高度的增加,速效磷濃度逐漸增加。80、60 cm淋濾液速效磷濃度顯著增高。土壤對速效磷的固定作用比較強烈,淋失量很小,占施磷量的0.88%~2.72%。

        第二次灌水淋洗,速效磷濃度無顯著性差異,淋失量要小于首次淋洗,只有0.64%-1.29%(表8)。

        2.4速效鉀的淋溶特征

        由表9可知,首次淋洗速效鉀的濃度是硝態(tài)氮濃度的2倍以上,但淋失量只占施鉀量的3.48%~21.91%。不同土柱高度的淋失量差異顯著,隨土柱高度的增加依次增加。

        第二次灌水量減半,其淋出鉀含量只有首次淋洗的一半,但其淋出濃度仍然很高,并且隨著土柱高度的增加而增加,其淋失量占施鉀量的0.84%~8.64%。

        3.討論

        過量的氮肥投入會導(dǎo)致單位播種面積的施氮量迅速上升,但氮的利用率一直較低,這就意味著絕大部分氮素損失了。磚紅壤滲漏液中銨態(tài)氮來源主要為土柱本身,受施肥影響不大,表層尿素水解后在75 d之內(nèi)很難淋失到120 cm以下的土層,淋失下來的銨態(tài)氮很容易被土壤固相吸附。本研究銨態(tài)氮第一次淋溶出來的濃度比較小(但是仍超過水體富營養(yǎng)化標準0.2 mg/L),淋失量也很小,與前人研究結(jié)果一致。

        下層土壤有機質(zhì)含量低,其原有吸附態(tài)銨量少,導(dǎo)致深層土壤吸附量反而顯著高于表層土壤,吸附量與深度呈正相關(guān)關(guān)系。但本試驗與其研究結(jié)果相反,隨著土柱高度的增加淋溶量增加。因為淋洗水的體積大,養(yǎng)分沒有被吸附就被淋洗了??梢钥闯?,施肥量(150 kg/hm2)、灌水量較大(100 m3/667 m2)的情況下,隨著土層深度的增加,其銨態(tài)氮淋出濃度和淋失量越高。

        農(nóng)田土壤各種形態(tài)的氮素中,NO-N難以被土壤顆粒吸附,是土壤氮素轉(zhuǎn)化、遷移過程中最活躍的氮素形態(tài)。與銨態(tài)氮不同的是,硝態(tài)氮的淋失主要發(fā)生在第一次,并且兩次的淋失量已經(jīng)超過了20%。說明硝態(tài)氮不易被土壤吸附,這與前人的研究結(jié)果相一致。不同高度土柱的淋溶濃度、淋出率無顯著差異,說明在相同施肥量和灌水量較大時,硝態(tài)氮的淋失和土柱高度不相關(guān)。

        磷的移動性很小,不易從剖面上層淋溶下移。有的土壤因剖面中其他成分淋溶強烈,會使剖面上層的全磷量相對增加。在一般施磷量下,由于土壤溶液中的磷會逐漸被土壤吸附或與Fe、Al等形成沉淀物,難以借助于水的作用向下擴散和移動。但是當土壤施磷量超過土壤對磷的吸附飽和度,土壤中磷濃度迅速增加,借助于水的作用擴散速度會增加,而且可能會出現(xiàn)質(zhì)流,使磷移動速度猛增。本試驗發(fā)現(xiàn),相同施氮量的情況下,隨著高度的增加,磷的淋失量和淋濾液濃度逐漸增加。

        董艷紅研究表明,長時間(24 h)淋溶后鉀肥表觀淋出率與土壤pH、粉粒、全鉀、緩效鉀和長石含量均呈顯著負相關(guān),其中全鉀和粉粒的影響作用最大。本試驗隨著土柱高度的增加,鉀的淋失量逐漸增大。

        4.結(jié)論

        土壤對于銨態(tài)氮的吸附能力比較強,在相同施氮量情況下,其淋溶濃度的多少與土柱高度呈正相關(guān),總淋出量較低,第二次的淋失量和淋濾液濃度都要高于第一次。硝態(tài)氮的硝化作用和淋溶作用強烈,兩次淋失量達到20%以上。

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