1、第14卷第3期水土保持學報V o l . 14N o . 3灌溉與降水對土壤NO -3-N 累積的影響袁新民1, 同延安2, 楊學云2, 李曉林1, 張福鎖1(1. 中國農業大學植物營養系, 北京100094; 2. 陜西省農科院土肥所 摘要:在粉砂粘壤土上, 降水對休閑地和旱地土壤NO -3-N 累積的影響主要在02m 的深度范圍; 以當地生產中習慣使用的灌水量進行灌溉, 在小麥-玉米輪作8年之后, 土壤中累積的NO -3-N 會逐漸被淋溶至400c m 以下的層次; 一次性過量灌水則可將土壤上層施入的NO -3-N 淋至500600c m 的深度范圍, 不合理的灌溉會引起NO -3-N 的

2、大量淋失。關鍵詞:灌溉; 降水; NO -3-N 累積中圖分類號:S 158. 3文獻標識碼:A 文章編號:100922242(2000 0320071204Effect of Irr iga tion and Prec ip ita tion on So il N itra te N itrogen Accu m ula tionYU AN X in 2m in 1, TON G Yan 2an 2, YAN G Xue 2yun 2, L I X iao 2lin 1, ZHAN G Fu 2suo1(1. D ep a rt m en t of P lan t N u trition ,

3、 Ch inese A g ricu ltu ra l U n iversity , B eij ing 100094, Ch ina ;2. Institu te of S oil S cience &F ertiliz er , S haanx i A cad e m y of A g ricu ltu re Abstract :In silty clay loam , p reci p itati on m ain ly influenced so il n itrate n itrogenconcen trati on in a dep th of 0200c m in fal

4、low land and dryland . Irrigati on cau sed gradual leach ing of NO -3-N to a dep th of 400c m below by local irrigati on no rm in an eigh t 2yearro tati on of w heat 2co rn . O ne ti m e over 2irrigati on increased NO -3-N leach ing in so il layer of500600c m . Irrati onal irrigati on sign ifican tl

5、y affected n itrate n itrogen leach ing .Key words :irrigati on ; p reci p itati on ; n itrate n itrogen accum u lati on黃土高原地區有效灌溉面積僅占耕地面積的20. 4%, 灌溉和降水在農業生產中起著非常重要的作用。由于硝酸鹽隨水移動的特性, 降水和灌溉對土壤中NO -3-N 的累積、淋失等也就起著決定性的作用。大多數情況下, 灌溉會造成硝態氮隨過量的水淋出根區, 但在不同的土壤、不同的作物、不同的灌水量等條件下, 其影響的深度范圍是不同的1。生長季節較多的降雨使大量的硝態氮

6、被淋至根區之外2, 硝態氮的淋洗損失的時間分布與降水分布是相似的3。研究降水和灌溉對土壤NO -3-N 累積的影響, 以及一次性過量灌水對土壤NO -3-N 累積的影響將為合理灌溉和防止地下水污染提供可靠依據。1試驗材料與方法試驗在位于黃土高原南部的陜西楊陵頭道塬(渭河三級階地 的“國家黃土肥力和肥料效益監測基地”(以下簡稱“監測基地” 進行。此地年平均降雨量550600mm , 主要集中在7, 8,9三個月。試驗土壤屬褐土類, 土婁土亞類、紅油土屬、厚層紅油土種。土壤質地為粉砂粘壤土。收稿日期:20002012083國家重點基礎研究專項經費資助項目(G 1999011707作者簡介:袁新民,

7、 男, 生于1962年, 講師, 博士, 現在華中農業大學資源環境與農業化學系工作。主要從事施肥與環境的研究。曾獲中國科學院自然科學二等獎一項。1. 1試驗設計1. 1. 1自然休閑條件下土壤NO -3-N 累積在監測基地留出的一塊永久性休閑地上進行。1. 1. 2灌溉試驗(a 玉米不同灌水量試驗。在監測基地一塊多年實行小麥-玉米輪作、每年施肥量均相同的地塊上, 布置了玉米不同灌水量的試驗, 具體方案見表1。小區面積30m 2, 6次重復, 所施肥料為尿素, 在玉米收獲后取土樣測定NO -3-N 。(b 一次性大量灌水試驗。在監測基地旱地上進行, 小區面積28m 2, 設4個處理, 即不施肥只

8、灌水的對照(CK , 3個施N 量相同但灌水量不同的處理。以1212. 5kg hm 2的N 量施入KNO 3后, 分別按429, 643, 857mm 的灌水量對小區進行灌溉, 灌水后86天采樣, 分析其NO -3-N 含量, 試驗方案見表2。表1玉米灌溉試驗方案表2灌溉試驗方案處理1234灌水量(mm 0601201802處理對照低灌中灌高灌灌水量(mm 42942964385721. 1. 3旱地長期定位試驗19901998年實行小麥-大豆輪作, 設4項處理:(1 不施肥的對照(CK ; (2 氮磷配施(N P ; (3 氮鉀配施(N K ; (4 單施氮肥(N 。試驗不設重復。小區面積

9、為400m 2(20m ×20m , 冬小麥施N 135kg hm 2, 按N P 2O 5=10. 8施用磷肥, 夏播大豆不施肥。以d 代表旱地, 各施肥處理分別表示為dCK , dN P , dN K , dN 。1998年小麥收獲后采樣。1. 1. 4灌溉地長期定位試驗19901998年試驗實行小麥-玉米輪作, 設4項處理:(1 包括不施肥的對照(CK ; (2 氮磷配施(N P ; (3 氮鉀配施(N K ; (4 單施氮肥(N 。試驗不設重復。小區面積為196m 2(14m ×14m , 冬小麥施N 165kg hm 2, 按N P 2O 5=10. 8施用磷肥,

10、夏玉米施N 187kg hm 2, 按N P 2O 5=10. 3施用磷肥。以當地生產中的灌水量和灌水次數進行灌溉。以i 代表灌溉地, 各施肥處理分別表示為圖1降水對土壤硝態氮累積的影響i CK , i N P , i N K , i N 。在1998年小麥收獲后采樣。1. 2土壤取樣與分析方法用土鉆取0400c m 土樣(過量灌溉取至8m , 每20c m 一層, 每個小區取3個樣點, 分別測定后計算平均值。新鮮土樣采回后用1m o l L KC l 浸提, 浸提液用流動注射分析儀測定。2結果與討論2. 1降水對土壤NO -3-N 累積的影響2. 1. 1自然休閑狀況下降水對土壤NO -3-

11、N 累積影響在肥力監測基地, 旱地條件下休閑8年的土壤剖面中NO -3-N 的分布見圖1, 圖中在120180c m 范圍有一明顯的累積峰, 至320c m 才降至5m g kg 以下。在自然休閑狀況下, 剖面NO -3-N 變幅很大, 說明降水可影響到4m 深土壤剖面NO -3-N 的分布, 但對120180c m 深度范圍的累積影響最大, 說明土壤中NO -3-N 在休閑狀況下常被從表層帶至這個深度范圍。假定這是8年降水作用的結果, 可以算出每年的降水能使NO -3-N 下移50c m 。27水土保持學報第14卷2. 1. 2小麥-大豆輪作中降水對土壤NO -3-N 累積的影響長期定位試驗

12、中, 旱地條件下土壤NO -3-N 的剖面分布見圖2, 圖中結果顯示, 在小麥-大豆輪作中, 降水主要影響02m 土層NO -3-N 的累積, 即使是在土壤剖面0100c m 土層含有高濃度的NO -3-N 時, 降水影響的深度也只在2m 左右。在重鈣質土壤上, 當蒸發超過降水, NO -3-N 濃度在表土增加, 當降水超過蒸發時, NO -3-N 在表土減少4。旱地農業中, 土壤背景含水量小, 蒸發損失大, 降水的滲入通量和滲入深度都很有限。由于作物的耗水及蒸發, 使土壤水分很難向2m 以下的層次遷移, NO -3-N 每次隨水遷移的深度都不大。故也就難以被帶至較深的層次。從相對累積量來看,

13、 旱地條件下約94%97%的NO -3-N 累積在02m 的土層中。2. 2灌溉對土壤NO -3-N 累積的影響2. 2. 1玉米地不同灌水量對土壤NO -3-N 累積的影響玉米地不同灌水量下04m 土壤剖面的NO -3-N 分布見圖3, 可以看出, 灌水量60mm 與120mm 處理的NO -3-N 的分布與對照沒有顯著差異, 灌水量180mm 處理的NO -3-N 含量在40140c m 土層中, 明顯高于其它3個處理, 說明當一次灌水量為180mm 時, 可以明顯引起NO -3-N 的淋溶。 圖2不同施肥處理對土壤硝態氮分布的影響圖3不同灌水量下土壤剖面硝態氮的分布2. 2. 2一次性大

14、量灌水對土壤NO -3-N 累積的影響土壤質地對NO -3-N 的淋失影響非常大。大量的研究結果表明, 在質地粗的砂土上特別容易發生NO -3-N 的淋失, 而在粘質土壤上, 一般認為不易發生NO -3-N 的淋失。一次性大量灌水后土壤NO -3-N 的分布見圖4。可以看出, 在施入超過1200kg hm 2N 的KNO 3后, 再以過量的水進行灌溉, 表層的NO -3-N 就迅速被淋洗到5m 以下的土層。在不施肥的情況下, 灌水428mmNO -3-N 主要累積在6080c m 的深度, 當施肥后再灌水428mm 和643mm 時, NO -3-N 就運移到520540c m 深處, 將灌水

15、量增加到857mm , NO -3-N 則運移到620640c m , 這說明, 灌水量的多少決定著水分的下滲量和下滲深度, 同時也影響著NO -3-N 的累積深度。在土婁土上, 較厚的粘化層(約70c m 并不能阻止水分的向下運動和NO -3-N 的向下運移, 因為NO -3-N 可以通過中、大孔隙的優先流不斷向下淋溶5。不同灌水量其土壤NO -3-N 濃度出現的峰值是不一樣的。灌水量為429mm , 643mm 和857mm 的, 其剖面中NO -3-N 的最大累積峰分別出現在80100c m , 140160c m , 320340c m 。可以看出, 一次灌水量越多, 硝態氮淋洗峰在剖

16、面分布上越趨于向下。隨著灌水量的增加, 土壤中的NO 3-N 被淋洗到越來越深的層次, 灌水量為857mm 的, NO -3-N 被淋至620c m 。這說明, 即使在質地較重的土壤上, 過量的灌水仍很容易使NO -3-N 淋到根區以外的層次。2. 3常量灌溉和降水對土壤NO -3-N 累積的影響灌溉和旱地條件下單施N 和N K 配合處理04m 土層NO -3-N 的比較見圖5。在小麥-玉米輪作中, 當作物因不合理施肥不能吸收更多的N 素時, 在灌溉和降水的共同作用下, 土壤上層累積的NO -3-N 不斷隨水向深層次運移。對于單施氮肥的處理, 從80c m 到340c m , 土壤NO -3-

17、N 的濃度隨剖面深度的增加而增加, 并且峰值越來越高, 340c m 以下也保持了高的NO -3-N 濃度。可以認為, 不斷的灌水和降水, 使NO -3-N 的累積峰一次次逐漸下移。從圖中可以推斷, NO -3-N 已經遷移到了土壤剖面4m 以下甚至更深的土層。同為高量累積, N K 配合的NO -3-N 的下移深度要淺一些, 比單施氮處理的滯后4080c m 。在土壤剖面上部存在大量NO -3-N 的情況下, 降水主要影響02m 土層的NO -3-N 累積, 而灌溉則可影響到4m 或更深層次的NO -3-N 累積。灌溉和旱地條件相比, 灌溉條件下0140c m 土層的NO -3-N 含量顯著

18、低于旱地的, 在140c m 以下, 灌溉的則顯著高于旱地的, 說明NO -3-N 被灌溉水淋洗到根區以下很深的層次。 圖4一次性大量灌水對土壤剖面硝態氮分布的影響圖5不同灌水量對土壤剖面硝態氮累積的影響參考文獻:1陳子明. 氮素-產量-環境M . 北京:中國農業科技出版社, 1996. 183-184.2CampbellC A , deJong , F , Zen tnerR P. Effectof cropp ing , summ er fallow , and fertilizer n itrogen on n itrate -n itrogen lo st by leach ing on a B row n Chernozem ic loam J . Can . J . So il Sci . , 1984, 64:61-74. 3彭琳, 等. 土婁土旱地土壤硝態氮季節性變化與夏季休閑的培肥增產作用J . 土壤學報, 1981, 16(3 :212-222.4T heocharopou lo s S P , et al . Seasonal cli m atic variab ility and upw a