王文斌，張永發(fā)，王大鵬，羅雪華，吳小平，薛欣欣，趙春梅，茶正早

（1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 橡膠樹生物學(xué)與遺傳資源利用重點實驗室/中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料研究中心，海口 571101; 2. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 橡膠研究所，海口 571101）

熱帶地區(qū)水熱資源豐富，作物的生產(chǎn)潛力巨大，但隨著高產(chǎn)的獲得，作物對土壤的養(yǎng)分消耗也相當(dāng)大。通過平衡施肥等技術(shù)措施補充養(yǎng)分是保證作物生產(chǎn)力及防止土壤肥力下降的必要措施[1]。橡膠林是熱帶及其邊緣地區(qū)重要的人工林，在其長期種植過程中，需要進行土壤養(yǎng)分尤其是氮素養(yǎng)分的補償，以防止地力的下降[2]。合理的氮肥管理是橡膠樹的正常生長和產(chǎn)膠的關(guān)鍵措施[3-6]。氮肥施入土壤后，或被作物吸收，或殘留在土壤中，或通過不同途徑而損失(如氮素的氨揮發(fā)、硝化反硝化作用損失及淋洗徑流損失)[7]。施入橡膠園土壤中的氮肥經(jīng)過轉(zhuǎn)化在被吸收利用的同時，容易通過硝化反硝化途徑淋溶損失[8-10]，也可通過徑流損失移出膠園土壤[11-12]。另一方面，由于所施入的氮肥在短期內(nèi)并不能完全移出土壤-作物體系，殘留的肥料氮素則可以對土壤消耗氮形成有效的補充[13]。熱帶季節(jié)雨林與橡膠人工林的土壤氮素形態(tài)均有著季節(jié)性的變化[14]，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的含量及氮素礦化速率的季節(jié)性差異明顯，土壤溫度和濕度的季節(jié)變化是氮礦化速率季節(jié)性變化的重要原因[15]，這些季節(jié)性的變化特點對橡膠園土壤氮素淋溶有著實質(zhì)性的影響。同時，由于季節(jié)性的降水分配不同，土壤水分含量因雨季和旱季而有劇烈變化[16]，也就導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分和物質(zhì)運移的季節(jié)性變化。另外，樹木的根系生長的季節(jié)性變化，使其對不同時期施入的氮素養(yǎng)分的吸收利用能力不同[17]，橡膠樹的根系生長與干濕季節(jié)變化一致[18]，其活力及對養(yǎng)分的吸收利用也會有著季節(jié)性的變化特點。當(dāng)前，在海南橡膠生產(chǎn)過程中多采用分期施肥的方式施入化學(xué)肥料，由于不同時期施入的肥料氮素受到土壤條件和橡膠樹根系吸收利用的影響不同，其在土壤中的遷移分布規(guī)律是否存在差異有待探索。本研究通過施用15N標記氮肥，研究不同時期施用氮肥在橡膠園土壤中的遷移分布規(guī)律，掌握其淋溶損失情況，旨在為橡膠園氮素養(yǎng)分管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗布置于海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗場五隊橡膠研究所土壤肥料試驗基地(位于東經(jīng)109°28′54.39″，北緯19°29′13.54″)，屬于熱帶季風(fēng)氣候區(qū)域。年平均氣溫為23.8 ℃，1～2月氣溫最低，平均氣溫18 ℃，6～7月平均氣溫27.7 ℃，是氣溫最高的月份。每年劃分為明顯的雨季和旱季2個季節(jié)，雨季分布在4～11月，12月至翌年的3月為旱季，年平均降水量為1 650 mm。

1.2 供試材料供試土壤為花崗片麻巖發(fā)育的磚紅壤。土壤的理化性狀為:pH 4.92，有機質(zhì)含量12.2 g·kg-1，全N含量0.6 g·kg-1，全P(P2O5)含量1.1 g·kg-1, 全K(K2O)含量2.9 g·kg-1，堿解氮72.38mg·kg-1，速 效磷 含 量4.87 mg·kg-1，速 效鉀 含 量82.70 mg·kg-1，交換性Ca 0.18 cmol·kg-1，交換性Mg 0.04 cmol·kg-1。

供試橡膠樹品系為‘熱研7-33-97’，1997年定植，2003年開割，試驗之前進行常規(guī)割膠，割制為s/2·d/3。選擇生長相對一致、排膠正常的橡膠樹作為研究對象。根據(jù)試驗設(shè)計共選擇12株橡膠樹進行試驗，分為3組，每組4株，作為重復(fù)，隨機排列，進行不同時期施肥試驗。

1.3 試驗設(shè)計按照試驗區(qū)域開割橡膠樹常用施肥標準進行施肥方案設(shè)置。當(dāng)?shù)叵鹉z樹施肥多采用N-P2O5-K2O為14-9-7的復(fù)混肥， 每株橡膠樹年施用量為2 kg。分3次施肥，第一次在3～4月，第二次在6～7月，第三次在9～10月，每次施肥量分別為全年的50%、30%及20%。本研究采用單質(zhì)肥料，按橡膠專用復(fù)混肥中的比例進行配比，其中氮肥為尿素（含N量46.3%），磷肥為普通過磷酸鈣（有效P2O5含量為16%），鉀肥為氯化鉀（K2O含量為60%），每株橡膠樹年肥料用量為600 g尿素，純N量為277.8 g，1 125 g普通過磷酸鈣，233.3 g氯化鉀。為準確研究肥料氮素在橡膠樹生長和產(chǎn)膠中的分布規(guī)律，采用15N標記尿素進行試驗。15N標記尿素購自上海化工研究院，15N豐度為3.614%。

為比較不同時期施肥后肥料氮素在土壤中的遷移分布規(guī)律，共設(shè)置3個施肥處理，所有處理的化肥用量一致。處理1（T1）在第一次施肥時施用15N標記氮肥，第二次施肥時施用普通氮肥，在8月底進行土壤樣品采集分析；處理2（T2）在第一次和第三次施肥時施用普通氮肥，第二次施肥時施用15N標記氮肥，在第二年1月進行土壤樣品采集分析；處理3（T3）在第一次和第二次施肥時施用普通氮肥，第三次施肥時施用15N標記氮肥，在第二年1月進行土壤樣品采集分析。施肥時間及15N標記尿素施用情況見表1。在分析肥料氮素在土壤中的遷移分布規(guī)律的同時，另行分析了其在樹體中的分布規(guī)律，對橡膠樹進行了整株砍伐采樣分析，土壤采樣在樹體采樣之后進行，根據(jù)樹體采樣的時間確定。

表1 氮肥施用時間及比例

于2010年第一次施肥前在所選定的橡膠樹周圍開挖3 m×7 m的隔離溝，深度為1.5 m，埋設(shè)油氈，以隔離根系，防止施肥后的相互影響。施肥方式為穴施，在橡膠樹行間離樹干1.5 m的位置進行施肥，挖40 cm長，20 cm寬，及20 cm深的施肥穴，將肥料均勻混合，撒施在施肥穴底部，然后回填覆土。為避免不同時期施用氮肥的疊加效應(yīng)，施用標記氮肥與普通氮肥位置不相重疊，即選擇與普通氮肥施用位置不同的區(qū)域進行標記氮肥的施用，以單獨分析每次施肥后肥料氮素在土壤中的遷移分布規(guī)律。

1.4 樣品采集及分析對橡膠樹進行整株采伐后采集土壤，分0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 5個層次進行采樣，采集施肥穴位置相對應(yīng)的不同層次土壤樣品。土壤采集后，自然風(fēng)干，稱重，然后采用四分法取1 kg土壤，磨細過0.15 mm篩，備用。

樣品處理好以后，土壤稱樣量約為30 mg，精確到0.001 mg，用百萬分之一天平稱樣，天平型號為MX5（瑞士METTLER TOLEDO），樣品用錫紙杯包裹后，擠壓緊實，待測。采用元素分析儀-穩(wěn)定性同位素質(zhì)譜聯(lián)用儀測定植株樣品中15N豐度及全氮含量，其中，元素分析儀型號為Thermo Flash EA1112，穩(wěn)定性同位素質(zhì)譜儀型號為GV IsoPrime JB312。土壤堿解氮的測定參照魯如坤主編土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法進行[19]

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖，SAS 9.0統(tǒng)計軟件進行ANOVA分析，并用Duncan檢驗法進行多重比較，字母法進行標記。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時期施肥后土壤中全氮和堿解氮的含量土壤全氮反應(yīng)了土壤的氮素整體含量水平，堿解氮反應(yīng)了其可被植物吸收利用的氮素的水平。從表1可知，第一次施肥和第二次施肥的土壤全氮在各個層次分布差異沒有達到顯著水平，雖然在施肥層以下略有升高，但差異未達到顯著水平。第一次施肥即T1在施肥層以下的20～40、40～60及60～80 cm土層均有所升高，分別為1.12、1.12和0.78 g·kg-1，略高于最上層及80～100 cm土層。T2處理以40～60 cm土層最高，為0.75 g·kg-1，但與其他土層差異不顯著。第三次施肥即T3處理則達到了顯著水平，以最靠近施肥層的20～40 cm土層最高，為1.52 g·kg-1，說明在第三次施肥后，20～40 cm土層全氮發(fā)生了積累。

不同土層堿解氮的含量差異則比較明顯，說明不同時期施肥對土壤的速效氮的影響比較大。第一次施肥和第二次施肥不同土層土壤中的堿解氮含量，都是第三層即40～60 cm土層的含量最高，分別為51.68 和29.60 mg·kg-1，在施肥層以下的幾個土層的堿解氮含量均有所提高，但差異不大(表2)。施用氮肥提高了施肥層以下土層中的堿解氮的含量，而第一層幾乎沒有受到施肥的影響。第三次施肥后只有20～40 cm土層的堿解氮顯著升高，其含量為41.69 mg·kg-1，高于其他土層。

表2 施肥穴不同層次土壤中全氮含量 g·kg-1

2.2 不同時期施肥后土壤中15N豐度、Ndff及肥料殘留量不同土層土壤中15N豐度與土壤堿解氮含量的分布趨勢相同，更為直接地說明了施肥對不同層次土壤速效氮的影響。其中，第一次施肥和第二次施肥后40～60 cm土層的15N豐度最高，分別為2.058 0%和1.538 3%，而第三次所施肥料氮素在20～40 cm土層的積累程度較大，15N豐度為1.929 9%(圖1)。

表3 施肥穴不同層次土壤中堿解氮含量 mg·kg-1

Ndff表示了土壤中來自于肥料的氮素占其全氮的比例，這一數(shù)據(jù)表明所有土層都有來自于肥料的氮素，但第一次施肥和第二次施肥對40～60 cm土層的影響最大，如圖1所示，其全氮中來自于肥料氮素的比例即Ndff分別達到了52.127 4%和36.138 7%；對0～20 cm土層的影響最小，Ndff分別為7.705 4%和7.812 3%。第三次施用的肥料氮素對20～40 cm土層的影響最大，其全氮中來自于肥料的氮素比例為48.185 9%；對最下一層土壤即80～100 cm土層的影響最小，其Ndff僅為0.283 4%，幾乎沒有影響。

不同土層殘留的肥料氮量與15N豐度和Ndff的變化趨勢相似。對第一次和第二次施肥來說，在40～60 cm土層中的殘留最多，分別為13 633.81及63 41.33 mg N；在20～40 cm土層的殘留略小于40～60 cm土層，說明肥料氮素主要發(fā)生向下的淋洗。對于第二次施肥來說，其淋洗比較充分，肥料氮素在施肥層以下分布較多。第一次施肥不同層次土壤中，肥料氮素除淋洗到40～60 cm土層外，在20～40 cm土層的殘留也比較多，殘留量為11 571.23 mg N，僅次于40～60 cm土層。而對第三次施肥來說，直接靠近施肥位置的 20～40 cm土層中的殘留最多，其次是40～60 cm土層，分別為5 095.28及3 761.84 mg N（圖1）。

3 討 論

3.1 土壤剖面中的全氮和堿解氮含量研究區(qū)域內(nèi)密集降雨階段在4～8月，土壤含水量較高，消退期為9～11月，之后土壤含水量緩慢下降[16]，這也就容易造成相應(yīng)時期施入的氮肥向下的淋溶程度不同。從不同層次土壤中的全氮含量來看，施肥增加了施肥位置以下土層中的全氮含量，對第一次和第二次施肥來說，由于向下的淋洗充分，各土層之間的差異沒有達到顯著水平，反過來說，即土壤中的全氮分布相對均勻，沒有發(fā)生明顯的積累。而第三次施肥在靠近施肥位置的土層，全氮含量明顯高于其他土層，其原因可能與第三次施肥后降雨減少，淋洗作用減弱有關(guān)，另外，從第三次施肥后到采取土樣之間的間隔時間也短，接近2.5個月，而第一次施肥到采集土樣為4個多月，第二次施肥到采樣為6.5個月，隨時間的延長，肥料氮素在土壤中的向下的淋洗作用也就加強。同時橡膠樹根系生長活動的變化，應(yīng)該也是對土壤中肥料氮素吸收利用程度不同的原因所在。橡膠樹的季相特征可分為恢復(fù)生長期（3～4月），旺盛生長期（5～10月）和生長減緩期（11～12月）[18]，橡膠樹根系活動在這些時期表現(xiàn)出不同的活躍程度，在一定程度上也就形成了對肥料氮素的吸收利用差異。土壤水分的運移應(yīng)該是肥料氮素遷移分布差異的主要因素，有待進一步研究證實。

不同土層中的堿解氮含量受施肥的影響比較大，幾次施肥都增加了施肥位置以下土層中的堿解氮含量，其中第一次和第二次施肥后，下層土壤中的堿解氮含量均高于第一層土壤中的堿解氮的含量。而第三次施肥后僅有20～40 cm土層、40～60 cm土層的堿解氮的含量高于0～20 cm土層，再次說明第三次施肥后土壤向下的淋洗作用較弱。

3.2 土壤剖面中的肥料氮素殘留從 土 壤 的15N豐度和Ndff的變化及肥料氮素殘留量來看，第一次施肥和第二次施肥土壤氮素向下的淋洗超過了100 cm，肥料氮素主要發(fā)生了淋洗作用，向上的遷移不多。而第三次施肥，肥料氮素向下淋洗只到60～80 cm土層，之后幾乎沒有分布。肥料氮素在土壤中的遷移規(guī)律與其轉(zhuǎn)化特點有關(guān)，羅雪華等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，尿素施入膠園土壤一定時間后，主要以硝態(tài)氮的形式存在，容易發(fā)生向下的淋洗。華元剛等[9]的研究表明，硝態(tài)氮在105 d后可運移到200 cm深處。在本研究中，第一次和第二次施肥后肥料氮素的淋洗均超過了105 d，所以其淋洗作用較強，超過了100 cm的深度。本研究中，不同時期施肥后氮素淋溶特點不同，應(yīng)該與其施入后的形態(tài)轉(zhuǎn)化特點有關(guān)，需要深入研究。

本研究結(jié)果表明，施肥增加了下層土壤中的全氮含量，第一次和第二次即早、中期施肥由于肥料氮素的淋洗比較充分，各土層之間沒有顯著差異；第三次即后期施肥則由于淋洗不充分，使20～40 cm土層中的全氮含量有所增加。不同層次土壤中的堿解氮的含量受施肥的影響比較大，幾次施肥都增加了施肥位置以下土層中的堿解氮含量，其中早期和中期施肥土壤的堿解氮含量都是第三層（40～60 cm土層）中的含量最高，后期施肥的堿解氮與全氮的分布規(guī)律一致，20～40 cm土層中的含量最高。早期和中期施肥的15N豐度、Ndff、肥料殘留量都是40～60 cm土層最高，在80～100 cm土層也有分布，說明向下的淋洗作用較強。而后期施肥在60 cm 以下的淋洗量很少。不同時期施用氮肥在橡膠園土壤中的淋溶遷移特點明顯，在生產(chǎn)中可以結(jié)合緩控釋化肥施用以及調(diào)控不同時期施肥比例等措施合理避免肥料氮肥的損失。