李洪濤 高紅莉 王鈺涵 郭雷

摘要 以許昌市建安區(qū)高效農(nóng)田灌區(qū)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(jié)果表明，經(jīng)過(guò)一個(gè)耕作周期，施用氮含量322.5 kg/hm2的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥、施用氮含量202.5 kg/hm2的復(fù)合微生物肥料與施用氮含量397.5 kg/hm2的常規(guī)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(xiàn)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(guān)鍵詞 無(wú)機(jī)養(yǎng)分;水解氮;垂直分布;有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥;微生物肥料

中圖分類號(hào) S 158? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 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(xiàng)目 河南省科學(xué)院基本科研費(fèi)項(xiàng)目（200601074）;河南省科學(xué)院科技開(kāi)放合作項(xiàng)目（210901007）;河南省科學(xué)院杰出青年人才項(xiàng)目（210401011）;河南省科學(xué)院重大科研聚焦專項(xiàng)（210101007）。

作者簡(jiǎn)介 李洪濤（1978—），男，河南許昌人，助理研究員，從事生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域相關(guān)研究。

收稿日期 2021-05-08

化肥的施用是提高糧食產(chǎn)量的重要措施[1-3]，然而農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)能力有限，化肥過(guò)量施用會(huì)引起土壤污染、地下水污染、河流污染等一系列的環(huán)境問(wèn)題。施肥造成環(huán)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(qiáng)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(huán)境的污染[4-5]。 因此，研究水解氮的滲漏并對(duì)其所造成的污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)保護(hù)地下水環(huán)境、建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)、走可持續(xù)發(fā)展道路都有十分重要的意義。

筆者以許昌市建安區(qū)高效農(nóng)田灌區(qū)為例，通過(guò)田間施用不同類型肥料試驗(yàn)，研究許昌市建安區(qū)高效農(nóng)田灌區(qū)土壤水解氮的垂直分布特征，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)施肥管理以及相似區(qū)域因地制宜展開(kāi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)提供科學(xué)的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)設(shè)在許昌市建安區(qū)高效農(nóng)業(yè)灌溉示范區(qū)（113°35′～114°04′E、33°52′～34°10′N）。該區(qū)域?qū)俦迸瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱雨集中，秋季晴和氣爽日照長(zhǎng)，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(zhì)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(bǔ)給以降雨入滲為主。農(nóng)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(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥，36%的無(wú)機(jī)養(yǎng)分（N∶P∶K=18∶13∶15）+15%的有機(jī)質(zhì);供試肥料二為復(fù)合微生物肥料，28%的無(wú)機(jī)養(yǎng)分（N∶P∶K=12∶12∶4）+25%的有機(jī)質(zhì)微生物菌劑;供試肥料三為常規(guī)施肥，45%的無(wú)機(jī)養(yǎng)分（N∶P∶K=25∶15∶5）。夏秋季玉米供試肥料一為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥，35%的無(wú)機(jī)養(yǎng)分（N∶P∶K=25∶5∶5）+15%的有機(jī)質(zhì);供試肥料二為復(fù)合微生物肥料，25%的無(wú)機(jī)養(yǎng)分（N∶P∶K=15∶5∶5）+25%的有機(jī)質(zhì)微生物菌劑;供試肥料三為常規(guī)施肥，46%的無(wú)機(jī)養(yǎng)分（N∶P∶K=28∶8∶10）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)施肥處理：處理①，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥;處理②，復(fù)合微生物肥料;處理③，常規(guī)施肥;施用量均按225 kg/hm2。試驗(yàn)田總面積為3 hm2，按照3個(gè)施肥處理作為3個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)田共劃分為9個(gè)處理單元，每個(gè)處理單元約0.2 hm2，處理順序隨機(jī)排列。試驗(yàn)從 2018年 10 月初開(kāi)始整理土地，10月12日施肥播種，按設(shè)計(jì)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(gè)處理設(shè)1個(gè)采探點(diǎn)，采集采探點(diǎn)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(cè)定

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 和SPSS 13.0 軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)單因素方差分析（One-way ANOVA）的LSD 法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)6月份土壤水解氮含量進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（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(xiàn)第一波谷;1.5 m土層水解氮含量高于上下土層，出現(xiàn)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(dòng)，但整體呈現(xiàn)下降趨穩(wěn)態(tài)勢(shì)。

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(gè)處理;3個(gè)處理1.0 m土層水解氮含量均低于上下土層，出現(xiàn)第一波谷，1.5 m土層水解氮含量高于上下土層，出現(xiàn)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(dòng)，但整體呈現(xiàn)下降趨穩(wěn)態(tài)勢(shì)。

通過(guò)對(duì)10月份土壤水解氮含量進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（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(gè)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(xiàn)第一波谷;

2.0 m以下土層水解氮含量雖然仍有波動(dòng)，但整體呈現(xiàn)下降趨穩(wěn)態(tài)勢(shì)。處理①和處理③1.5 m土層水解氮含量高于上下土層，出現(xiàn)第二波峰;處理②在2.0 m土層出現(xiàn)第二波峰，且其波峰呈現(xiàn)出與其他2個(gè)處理不同的趨勢(shì)。

通過(guò)對(duì)6月份和10月份土壤水解氮含量2次樣品間顯著性檢驗(yàn)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(gè)處理間6月份與10月份土壤水解氮含量也差異不顯著。結(jié)合圖1～2可知，處理①和③在0.5 m土層處出現(xiàn)了10月份水解氮含量高于6月份的現(xiàn)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(jié)論與討論

3.1 有機(jī)質(zhì)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(nóng)田土壤得出，土壤微生物量碳、磷分別與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷呈顯著正相關(guān);土壤微生物量氮與有機(jī)質(zhì)、全氮呈顯著正相關(guān);長(zhǎng)期單施化肥使土壤酸堿度發(fā)生改變，對(duì)微生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生抑制作用;而長(zhǎng)期化肥配施有機(jī)肥能不同程度提高土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)而增強(qiáng)微生物對(duì)碳、氮、磷等元素的吸收利用。龔雪蛟等[7]研究表明有機(jī)肥一方面對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，尤其是活性有機(jī)質(zhì)含量和碳庫(kù)管理指數(shù)效果明顯，另一方面可增加土壤氮磷鉀養(yǎng)分容量，減少作物生長(zhǎng)消耗帶來(lái)的土壤養(yǎng)分虧損，促進(jìn)土壤質(zhì)量良性發(fā)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(guī)模及土壤酶活性，有利于土壤質(zhì)量的改善，同時(shí)還增強(qiáng)了土壤潛在的抑病能力。楊振興等[9]研究表明氮磷有機(jī)肥配施土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于施用氮磷化肥處理。

在該試驗(yàn)一個(gè)耕作周期，處理①施用無(wú)機(jī)養(yǎng)分（N、P、K）共計(jì)35.5 kg，其中N為21.5 kg;處理②施用無(wú)機(jī)養(yǎng)分共計(jì)26.5 kg，其中N為13.5 kg;處理③施用無(wú)機(jī)養(yǎng)分共計(jì)45.5 kg，其中N為26.5 kg;3個(gè)施肥處理所施用的肥量相同，施肥中所含的無(wú)機(jī)養(yǎng)分不同，處理①的施氮量為處理③的81%，處理②的施氮量?jī)H為處理③的約51%，但在耕作期間和一個(gè)耕作周期后，3個(gè)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(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)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(xiàn)出降低—上升—降低—趨穩(wěn)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(xiàn)非常明顯的第二波峰。根據(jù)杜曉晴[10]的研究，土壤密度與水分運(yùn)移過(guò)程中到達(dá)穩(wěn)滲時(shí)間和最大速率相關(guān)性強(qiáng)，萬(wàn)靜等[11]研究表明土壤質(zhì)地為粉砂壤或壤土，有機(jī)質(zhì)與氮磷含量較高，因此該處出現(xiàn)第二波峰可能與該深度土壤的理化性質(zhì)有關(guān)，其具體相關(guān)性及土壤理化性質(zhì)尚需進(jìn)一步研究。

3.3 秸稈還田和降雨與土壤中的水解氮運(yùn)移有相關(guān)性

秋收后土壤表層水解氮含量高于夏季，根據(jù)其他學(xué)者的相關(guān)研究秸稈直接還田或間接還田能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤肥力[12-14]，第2次采集土樣時(shí)間為玉米秸稈還田后第18天，因此采集土樣時(shí)玉米秸稈中的部分水解氮已轉(zhuǎn)移到土壤中，同時(shí)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(yàn)周期內(nèi)土壤深層水解氮秋季低于夏季，試驗(yàn)田所處位置為溫帶季風(fēng)氣候，降雨多集中在6—9月，杜曉晴[10]研究表明水分運(yùn)移過(guò)程對(duì)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(yùn)動(dòng)，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(jīng)過(guò)冬春兩季，降水量少，水分對(duì)氮素的運(yùn)移效果較夏季（雨季）小，導(dǎo)致土壤深層水解氮秋季低于夏季。

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