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作者简介:

杨荣全(1991-),女,河南周口人,硕士研究生,主要从事氮肥去向及土壤氮素平衡研究。E-mail:923274899@qq.com。

通讯作者:

郭李萍,E-mail:GuoLiping@caas.cn。

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目录contents

    摘要

    氮肥的不合理施用是造成氮素淋失和地下水污染的主要原因之一,蔬菜生产地由于水肥投入不合理而引起的土壤氮素淋溶问题日趋严重。试验以保定地区露地蔬菜(黄瓜-茄子)为研究对象,应用渗漏池法研究氮淋失与水肥响应的关系以及控水、控肥、增效剂对氮素淋溶的影响,揭示不同水肥管理措施下的氮素淋溶特征及阻控效果。结果表明:1)在农民常规施氮水平(全年施用氮肥 N 890 kg/hm2 )下氮素在蔬菜生育期总氮淋溶量为 N 307.5 kg/hm2 ,占施氮量的 24.9%,总氮淋失量和施氮量呈显著线性关系。2)相比常规施氮量,减氮 20% 和减氮 50%,全年总氮淋溶量可分别减少 12.8% 和 36.3%。3)在减氮 20% 基础上添加氮肥增效剂或改良剂(有机肥、 联合抑制剂、生物炭、秸秆还田)能够减少总氮淋溶量 3.7% ~ 10.4%,而不影响产量。4)在减氮 20% 基础上减少灌溉量 20%,能够减少总氮淋溶量 33.4%。5)由于基肥施肥方式为种植行上小高畦开沟施用并覆土,有机肥和无机肥配施对减少氮淋溶量无显著影响。在大水大肥管理条件下,氮淋溶是华北典型露地菜地氮损失的主要途径之一,减氮 20% 配合联合抑制剂和减氮 20% 配施生物炭均可在一定程度上减少氮淋溶,且施肥的环境负荷小。

    Abstract

    The problem of soil nitrogen(N)leaching caused by unreasonable water and fertilizer management practices is more seriously in open-field vegetable planting areas. In order to reveal nitrogen characteristics and control effects under different water and fertilizer management measures,a field experiment with cucumber-Chinese eggplant rotation was conducted in a typical open field for vegetable planting in north China. The characteristics of N leaching were studied using the lysimeter method.1)The total N leaching(TNL)value under the conventional N application rate[890 kg/(hm2 ·season)] was 307.5 kg/hm2 for the entire vegetable year and it had a significantly positive correlation with the N application rate. 2)Reduction of the N rate by 20% and 50% decreased the TNL by 12.8% and 36.3% during the entire cucumber and eggplant season(including the fallow period),respectively. 3)A 20% reduction in the N rate had no obvious impact on vegetable yields. An amendment with a urease-inhibitor plus a nitrification-inhibitor,biochar,and straw decreased TNL by 3.7% ~ 10.4%,compared to that without amendments. 4)A combined reduction of N and the irrigation rate by 20% showed a decrease of the TNL by 33.4%. 5)Since the base fertilization was applied to the ridge line and covered with soil which avoiding the direct N leaching at the furrow,replacing 35% N with organic manure did not show significant effect on N leaching. The results showed that N leaching substantially contributed to the loss of fertilizer N in a typical open-field vegetable field in north China,under the condition of large amount of water and fertilizer . Appropriate management practices can effectively reduce the TNL at different degrees without the negative impact on vegetable yields. These practices include the addition of synergists(urease inhibitors and nitrification inhibitors),the amendment with biochar,and the reduction in both N rate and irrigation volume by 20%.

  • 我国已经成为蔬菜生产和消费的主要国家之一, 我国蔬菜种植面积从2000 年的1 523.7 万hm2 增加到2017 年的1 998.1 万hm2[1],占全部作物种植面积的12.0%。露地蔬菜占到蔬菜产值的35%[2],在蔬菜生产中占有重要地位。由于菜农对经济利益的盲目追求,导致日常水肥管理频繁,菜地单季投入氮肥量可达1 000 kg/hm2 或更高,水肥供应量远远超出蔬菜需求量,过量施肥的现象很难在短期内迅速扭转,土壤氮、磷养分富集还将继续,同时蔬菜地具有管理集约化、单位面积施肥量大、肥水同期等特点,使之成为流域水体富营养化最大潜在威胁之一[3]。王仕琴等[4]对河北平原地下水硝酸盐调查结果表明,山前平原地下水硝酸盐平均值和中位数均显著大于中部平原,且山前平原地下水硝酸盐浓度中位数顺序为:蔬菜区> 小麦玉米> 养殖场> 果树区。中国露地菜地总氮施入量在2010 年达到5.44 Tg,是温室菜地的两倍[5],且蔬菜作物根系浅,受到自然因素(如降雨)的影响较大,极易造成氮素向深层淋失[6]。因此,如何减少露地菜地养分淋溶显得尤为重要。有研究表明,施用有机肥代替尿素以及施肥时添加硝化抑制剂、生物炭等较单施尿素可有效减少氮素淋失。张学军等[7]研究表明,减少灌溉水量和灌溉次数可以减少硝态氮在土壤中迁移速度,减少其淋溶量。配施适量的有机肥在一定程度上能降低氮素淋溶损失[8],在减少氮肥用量20%基础上添加氮肥增效剂(脲酶抑制剂和硝化抑制剂)不仅能减少氮素淋失量,而且对产量没有影响[9]。生物炭通过改善土壤结构和激活微生物[10], 提高了土壤保水能力[11]。秸秆还田可以提高土壤碳氮比,有利于微生物对无机氮的临时保存,从而防止无机氮的损失[12]。由此可见,这些均为效果较好的淋溶阻控措施,但是关于哪种措施在露地菜地中使用效果最好,目前尚未见报道。

  • 华北地区露地蔬菜一般是1 年2 季,生育期从4 月底到11 月中旬。本试验即在此季节内种植当地典型的大宗蔬菜作物作为研究对象,研究氮淋失与水肥响应的关系以及控肥改土(使用联合抑制剂、生物炭、秸秆还田)及控水等措施对氮素淋溶的阻控效果,明确不同水肥管理措施下的氮淋溶特征,探索高产低污染的水肥管理措施,为蔬菜绿色生产及有效控制氮素淋洗损失提供数据支撑。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验点概况

  • 田间试验在河北省保定市清苑县林水屯村(115.45°E、38.71°N)进行,属于典型的温带大陆性季风气候,年均气温差距较大,平原地区7 月最热,月平均气温为27℃,1 月最冷,月平均气温为-3℃,年均降水量在500 mm左右,其中7 ~ 8 月份降水占全年降水量的60%左右。供试土壤类型为潮褐土,基本理化性状(0 ~ 20 cm)为:pH 8.4、有机质24.4 g/kg、全氮1.5 g/kg、硝态氮119.1 mg/kg、铵态氮9.6 mg/kg、有效磷67.1 mg/kg、速效钾421.3 mg/kg,黏粒、粉粒和砂粒含量分别为9.3%、37.5%和53.2%,容重1.31 g/cm3

  • 1.2 试验设计

  • 试验设9 个处理, 其中氮肥水平设置4 个处理, 分别为无肥(CK), 农民常规施肥 [N3, 黄瓜季N 600 kg/(hm2 · 季), 茄子季N 550 kg/(hm2 ·季)],农民常规施肥基础上减氮50%[N1,黄瓜季N 300 kg/(hm2 ·季),茄子季N 275 kg/(hm2 ·季)]和减氮20%[N2,黄瓜季N 480 kg/(hm2 ·季),茄子季N 440 kg/(hm2 ·季)]。 不同氮肥形式或配合土壤改良剂的处理4 个,分别是N2 水平纯化肥氮处理(N2F)、N2 水平施用抑制剂包衣尿素(N2I)、N2 水平配合生物炭(N2B)、N2 水平配合外源秸秆还田(N2S),其生物炭以花生壳粉为原料制备而成。另外,设置了一个N2 水平减灌处理(N2LW,灌溉量是常规灌溉量的80%)。

  • 每个处理3 次重复,共27 个小区,小区面积28.8 m2,随机区组排列。各施肥处理中,除纯化肥处理外,氮素的35%为有机氮、65%为化肥氮。

  • 每个小区有三垄两沟,垄、沟宽分别为60 和90 cm,每垄种植两行黄瓜或茄子,供试黄瓜品种为改良先锋518,于2018 年4 月30 日移栽(4 片真叶),由于6 月13 日遭受严重雹灾,供试黄瓜仅在一次基肥和一次追肥后即于6 月23 日拉秧。后随即补种茄子,茄子品种为黑星圆茄,茄子真叶4 ~ 5 片时移栽,行距90 cm、株距45 cm。 于6 月29 日移栽,11 月4 日拉秧。有机肥和磷肥在每季作物作基肥一次性施入,氮肥和钾肥分次施入;基肥氮占总氮量的35%,其余65%的氮素在黄瓜季分3 次追肥施入(由于未完成黄瓜季试验, 只施了基肥与第1 次追肥),茄子季分3 次追肥施入;黄瓜季钾肥共分2 次施入,只完成了第1 次施肥,茄子季钾肥分2 次施入(基肥 + 追肥)。基肥于小高畦上开沟,开沟施入20 cm并覆土。追肥施用方法为均匀撒施于垄沟后灌溉。所有处理磷、钾肥用量相同,分别为P2O5 200 kg/hm2、K2O 300 kg/hm2。 所用肥料各养分含量:有机肥为充分发酵的商品有机肥,养分含量分别为N 1.3%、P2O5 1.36%、K2O 1.36%。化学氮肥为尿素(N 46%)、磷肥为过磷酸钙(P2O5 16%)、钾肥为硫酸钾(K2O 50%)。抑制剂包衣尿素为商品肥,由脲酶抑制剂(nBPT)和硝化抑制剂(双氰胺)喷雾包衣。生物炭用量为28 t/(hm2 ·年),以基肥形式一次性施入。玉米秸秆切成7 cm左右短段表施于小区中,用量为6 000 kg/hm2。灌溉为传统的漫灌方式,灌溉水源为当地机井井水。历次施肥和灌溉信息见表1。

  • 表1 田间施肥(代表性处理N3)及灌溉和降雨信息

  • 1.3 取样与测定方法

  • 1.3.1 淋溶液取样及测定

  • 本研究采用简易渗漏池方法[9]收集淋溶液, 渗漏池长160 cm、宽60 cm、高80 cm。池中土壤于1 年前分层挖出(每隔20 cm一层)并重新按各层土壤原容重回填。土体周围用塑料布围隔,土体下方放置淋溶桶(直径40 cm,高35 cm),淋溶桶盖上铺有2 层0.18 mm尼龙网及3 cm厚石英砂, 上方土体中的淋溶液在渗漏到80 cm深度时可全部进入淋溶桶,淋溶桶内有连接管线连接到土面,其内的淋溶液可用真空泵抽出并对淋溶桶进行清洗。 在每次灌溉或降雨后第5 ~ 7 d抽取淋溶液,量取淋溶液的体积,淋溶液中铵态氮、硝态氮和总氮用流动分析仪测定(型号AA3)。

  • 1.3.2 蔬菜产量及含氮量取样与测定

  • 测产取样:每个小区随机选定4 株茄子/黄瓜进行测产,记录每株茄子/黄瓜在每次采摘时的鲜重。茄子/黄瓜含水量和含氮量,以第2 次追肥后(盛果期)为代表进行测定。拉秧时,将选定测产植株的茎和叶分开另收集,分别测定生物量鲜重、干重及含氮量。含氮量测定方法:参考《土壤农化分析(第3 版)》植物常量元素的测定。

  • 地上部氮素吸收量(N kg/hm2)=果实含氮量 × 果实干重 + 叶含氮量 × 叶干重量 + 茎含氮量 × 茎干重量

  • 氮肥利用率(%)(差减法)=(施氮处理地上部氮素吸收量-不施氮处理地上部氮素吸收量)/施氮量 ×100。

  • 1.4 数据处理

  • 数据处理采用Excel 2010,部分图用Origin 8.5 作图,方差分析和回归分析用SPSS 13.0。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 蔬菜生育期水分输入和水分渗漏量

  • 蔬菜生长期间历次水分输入(灌溉和降雨) 及渗漏量见图1,每次灌溉后都有渗漏发生,除N2LW处理外,各处理间淋溶体积差异不大。

  • 本试验地管理方式下,前季试验显示,80 cm处淋溶液在灌溉或降雨3 d后基本稳定,因此,本试验的淋溶液抽取选在灌溉或降雨后第3 d。2018 年蔬菜全年生长季总灌溉量和降雨量分别为847.5 和96.3 mm,土壤80 cm深处淋溶液体积各处理平均值为629.3 mm。试验期间,淋溶液的体积占降雨和灌溉体积的66.7%,说明本供试土壤在该管理方式下水分渗漏严重。

  • 2.2 蔬菜生育期淋溶液中的氮浓度

  • 2.2.1 淋溶液中硝态氮浓度及其动态

  • 测定结果显示,黄瓜生育期淋溶液中硝态氮浓度在8.0 ~ 54.4 mg/L之间(图2)。整个黄瓜生育期内浓度变化呈高-低-高变化趋势,基肥后的淋溶液浓度较高。由于黄瓜期只追施了1 次肥就遭灾拉秧,期间与茄子移栽的时间间隔较短,因此在茄子季基肥期初始淋溶液硝态氮浓度整体略高。茄子季由于有茄子生长的吸收,且生育期较长(4 个月),生育期内淋溶液中硝态氮浓度介于9.0~44.0 mg/L之间,在后期淋溶量低于黄瓜季。

  • 图1 淋溶液收集前水分输入量(灌溉和降雨量)和淋溶液量

  • 黄瓜季基肥期各处理淋溶液中硝态氮峰值在37.8 ~ 47.1 mg/L之间,农民常规施肥处理(N3) 和纯化肥处理(N2F)硝态氮浓度明显高于其它处理,分别为32.9 和47.1 mg/L,纯化肥处理的硝态氮淋洗更为明显。在追肥期,农民常规施肥处理(N3)和纯化肥处理(N2F)硝态氮浓度也依然显著高于其它处理,淋溶液硝态氮浓度分别达到了52.7 和54.4 mg/L。茄子季基肥期各处理硝态氮浓度峰值在28.0 ~ 32.8 mg/L之间,纯化肥处理(N2F) 硝态氮浓度最高达32.8 mg/L,是减氮20%(N2) 和减氮50%(N1)处理硝态氮浓度的1.1、1.4 倍; 农民常规施肥处理(N3)硝态氮浓度最高达31.2 mg/L。在茄子季追肥期,淋溶液中硝态氮浓度变化随每次追肥而变化。茄子季追肥期各处理硝态氮浓度峰值介于25.3 ~ 44.4 mg/L之间,阻控措施N2I、 N2B、N2S、N2LW处理较农民常规施肥处理(N3) 相比,硝态氮浓度分别降低23.9%、24.1%、20.2%和24.3%,均对减少茄子季硝态氮淋溶有一定阻控作用。

  • 图2 全年蔬菜生长季淋溶液中硝态氮浓度动态

  • 注:实箭头表示施肥 + 灌溉,虚箭头表示单纯灌溉。

  • 2.2.2 淋溶液中铵态氮及可溶性有机氮浓度及其动态

  • 蔬菜全年生长季,淋溶液中的铵态氮浓度在0.08 ~ 0.34 mg/L范围内(图3),变化幅度不明显,没有明显的季节特征。农民常规施肥处理(N3)黄瓜季和茄子季淋溶液铵态氮浓度平均值分别为0.21、0.27 mg/L。添加抑制剂处理(N2I)的铵态氮在黄瓜和茄子生育期内平均浓度最高(0.26 mg/L), 其余处理平均浓度在0.10 ~ 0.24 mg/L之间。

  • 本试验中淋溶液的可溶性有机氮(DON)浓度由总氮浓度减去硝态氮和铵态氮浓度得到。在整个黄瓜-茄子生育期内,无肥处理(CK)淋溶液中DON浓度范围在0.1 ~ 5.7 mg/L之间;其中, 黄瓜基肥后的浓度略高,其余时期DON浓度都在10 mg/L以下。农民常规施肥处理(N3)淋溶液中DON平均浓度为5.4 mg/L,减氮20%(N2)和减氮50%(N1)分别使得淋溶液中DON浓度降低30.0%和47.0%。相比处理N2,纯化肥处理(N2F)DON平均浓度降低了10.9%,添加抑制剂(N2I)、生物炭(N2B)、秸秆还田(N2S)处理中淋溶液中DON平均浓度分别提高了35.6%、25.6%、11.4%。

  • 2.3 蔬菜生长季氮淋溶量及其动态

  • 2.3.1 总氮淋溶量

  • 以历次施肥后的淋溶分段汇总获得全年的氮淋溶量(图4)。黄瓜季基肥期总氮淋失量高于茄子季基肥期总氮淋失量。黄瓜生长季各处理的总氮淋失量为N 35.1 ~ 145.5 kg/hm2,茄子生长季各处理的总氮淋失量为N 50.1 ~ 162.0 kg/hm2。这里以历次施肥事件为单元,分2 个时期进行分析,其中基肥后到第1 次追肥前一共灌溉了3 次,且基肥后黄瓜植株还比较小,吸收养分能力弱,因此基肥后的总氮淋失量显著高于第1 次追肥后的淋失量。由于未完成整个黄瓜生育期试验,黄瓜基肥后各处理总氮淋溶量占生育期全部淋溶量的39.7%~ 49.2%;之后1 次追肥后各处理总氮淋失量占整个生育期总氮淋溶量的11.8%。就黄瓜生育期总淋失量而言,农民常规施肥处理(N3)总氮淋失量达到N 145.5 kg/hm2, 是无肥处理(CK)总氮淋失量的4.2 倍;减氮20%处理(N2)和减氮50%处理(N1)分别比农民常规施肥处理(N3)淋失量减少20.2%和46.6%。纯化肥处理(N2F)由于基肥施用尿素,总氮淋失量增加,相比减氮20%处理(N2)提高了4.3%。添加联合抑制剂处理(N2I)、施加生物炭处理(N2B) 和秸秆表施处理(N2S)总氮淋溶量分别比减氮20%处理(N2)减少3.5%、10.0%、6.7%;减少灌溉20%配合减氮20%处理(N2LW)比常规灌溉处理(N2)总氮淋溶量减少38.0%。

  • 图3 全年蔬菜生长季淋溶液铵态氮和可溶性有机氮浓度动态

  • 注:实箭头表示施肥 + 灌溉,虚箭头表示单纯灌溉。

  • 图4 蔬菜生长期历次施肥后总氮淋溶量

  • 茄子季一共收集到了11 次淋溶液(图4),以历次施肥事件为单元,分4 个时期进行分析。茄子季基肥后各处理总氮淋失量占生育期全部淋失量的52.7%~ 60.3%。追肥的3 个时期总氮淋失量分别占茄子季总淋失量的29.6%、25.5%和27.9%(各处理平均值),其中茄子第1 次追肥后的淋失量最高,其次为第3 次追肥后、基肥后和第2 次追肥后。就茄子季总氮淋失量而言,农民常规施肥处理(N3)总氮淋失量达到N 162.0 kg/hm2,是无肥处理总氮淋失量的3.2 倍;减氮20%处理(N2)和减氮50%处理(N1)分别比农民常规施肥处理(N3) 的总氮淋失量低8.8%和27.1%。相比减氮20%处理(N2),纯化肥处理(N2F)淋失量提高3.2%; 添加联合抑制剂处理(N2I)、施加生物炭处理(N2B)和秸秆还田处理(N2S)总氮淋溶量分别减少11.8%、10.7%和11.8%;减灌20%配合减氮20%处理(N2LW)总氮淋溶量减少29.6%。

  • 2.3.2 不同形态氮素的淋溶量

  • 在整个黄瓜-茄子季各处理氮素淋失量中,硝态氮是主要的氮淋失形式,占比达76.9%~ 88.1%,铵态氮占比0.56%~ 0.79%; 可溶性有机氮占6.4%~ 11.21%。

  • 在全年蔬菜季生长期淋溶液中硝态氮浓度随着施肥量的增加而增加。在蔬菜生长季中,减氮20%和50%使淋溶液中硝态氮浓度分别降低12.2%和34.0%, 深施覆土条件下,有机肥替代35%氮肥比纯无机氮肥淋溶液中的硝态氮浓度降低了7.6%。不同措施在降低淋溶液中硝态氮浓度起到一定的作用。相比减氮20%处理(N2),添加联合抑制剂处理(N2I)、 施加生物炭处理(N2B)和秸秆还田处理(N2S)硝态氮淋溶量分别减少14.2%、15.8%和11.9%。 铵态氮淋失量总体较少,铵态氮在黄瓜季和茄子季淋失量都不足N 1 kg/hm2,占总氮淋失量的1%以下。

  • 在黄瓜整个生育期内各处理DON淋失量在N 5.9 ~ 30.0 kg/hm2 之间,占黄瓜季总氮淋失量的12.6%~ 25.8%。在茄子整个生育期内各处理DON淋失量在N 6 ~ 17.6 kg/hm2 之间,占茄子季总氮淋失量的6.7%~ 13.5%。由于黄瓜季只施了基肥与1 次追肥,有机肥占施肥量比重较大,黄瓜DON淋失量占总氮淋失量比例偏高。

  • 2.4 不同施肥处理对蔬菜产量和吸氮量的影响

  • 氮肥的施用量是影响蔬菜产量的主要因素,由于黄瓜季遭受雹灾、生育期短,所以各处理之间产量差异并不显著。而在茄子季,相比无肥对照,不同施氮处理黄瓜和茄子产量显著增加(P< 0.05)(N1 处理除外),产量增幅达44.8%~ 62.5%。常规施肥处理(N3)的茄子产量为67.69 t/hm2。相比常规施肥(N3),除了减氮50%处理(N1),减氮20%(N2)、 施用纯化肥(N2F)、减氮20%基础上添加增效剂 [抑制剂(N2I)、生物炭(N2B)、秸秆(N2S)]和减少灌溉(N2LW)对蔬菜产量均无显著影响。

  • 表2 蔬菜产量(t/hm2

  • 注:小写字母不同表示处理间差异显著(P<0.05)。

  • 表3 数据显示,农民常规施肥处理全年的氮肥利用率为12.4%;减氮20%各处理的氮肥利用率提高到14.0%以上,其中减氮20%加联合抑制剂(N2I)和减氮20%加生物炭(N2B)处理的蔬菜吸氮量提高,氮肥利用率提高到18.0%以上。

  • 表3 蔬菜全年施氮量、吸氮量和氮肥利用率

  • 注:氮肥利用率为差减法计算。施氮量数据为黄瓜季 + 茄子季实际用量。

  • 3 讨论

  • 3.1 氮肥用量对氮淋溶的影响

  • 土壤氮素淋溶与降雨和灌溉成正相关关系,当降雨不足时,蒸发量大于降雨量,土壤中的硝态氮会随土壤中上升的水分向上运动。但降雨足够或者灌溉量大时,大量的水分下渗,土壤中的硝态氮也会随之下渗[13],所以农田硝态氮的淋溶主要发生在降雨集中的月份。本试验结果显示,在农民常规施氮水平下(本年度全年施用氮肥N 890 kg/hm2, 其中黄瓜季N 340 kg/hm2、茄子季N 550 kg/hm2), 黄瓜季和茄子季淋溶液中全氮平均浓度分别为39.2 和29.6 mg/L;在当地常规的大水漫灌条件下,总氮淋溶量在2 个生长季分别达145 和162 kg/hm2,占施氮量的42.8%和29.4%。Zhang等[6]对中国亚热带露地蔬菜氮淋失研究表明,在常规施氮量N 377 kg/hm2 下,1 季苦瓜氮淋溶量达N 139 kg/hm2,淋失量占施氮量13.1%(扣除无肥处理的背景淋失量),与本试验黄瓜季N淋溶量相当,表明氮淋溶是本地区露地菜地肥料氮损失的一个主要途径。

  • 氮肥的施用量是影响氮素淋失的主要因素之一,研究结果表明随着施肥量的增加,氮淋失量增加[6],本试验结果表明总氮淋失量随着施氮量增加呈线性增加,黄瓜季N3、N2、N1、CK 4 个水平的施氮量与总氮淋失量呈极显著线性关系(y=0.251 2x+85.87,R 2=0.999 3**),其中x为N 0 ~ 340 kg/hm2 施氮量,y为本试验田间条件大水漫灌模式下的总氮淋溶量;茄子季也达到显著线性关系。全年蔬菜生长季中,在常规施氮量水平上减氮20%和50%, 总氮淋失量分别减少12.8%和36.3%,氮淋溶阻控效果显著。

  • 3.2 不同阻控措施对氮淋溶的阻控效果

  • 本试验结果表明,在减氮20%基础上添加联合抑制剂处理(N2I)相比不添加抑制剂处理(N2)能分别减少硝态氮淋溶量14.2%和总氮淋溶量8.0%。 Cui等[14]研究结果表明,施用双氰胺能够减少潮土36.2%的硝态氮淋溶量,高于本试验减少的硝态氮淋溶量。减少氮淋溶效果不同的主要原因可能与土壤质地及施氮量水平不同有关,其粘粒含量达到30.5%,远高于本试验土壤粘粒含量的9.3%。

  • 研究生物炭对氮淋失的大田试验较少,主要集中在室内土柱试验,室内试验实际应用效果和大田会有差别。本试验选择在露地进行,结果表明:相比处理N2,添加生物炭减少8.3%的硝态氮淋失量。Sika等[15] 通过土柱试验表明:在南非砂质土中添加生物炭不仅大大减少了土壤中的铵态氮和硝态氮含量而且减少了淋溶液中可交换性铵态氮和硝态氮,本试验同土柱试验结论一致,说明施加生物炭对减少蔬菜地氮淋失有一定效果。

  • 有研究表明,秸秆还田与化肥配施处理的微生物量氮和矿质态氮数量均高于仅施等量化肥的处理,说明秸秆还田促进了土壤中氮素的转化与固持[16],本试验监测结果表明,相比处理N2,秸秆还田处理(N2S)能减少硝态氮淋失11.8%。王伟等[17]的研究表明,在设施菜田中秸秆还田一年中减少了207 kg/hm2 的硝态氮淋失量。Fan等[18]研究结果表明,秸秆还田对大棚蔬菜氮浸出的影响较小。而李宗新等[19]的研究表明秸秆还田处理的氮素淋失比对照处理高了6%~ 13%。与秸秆还田或秸秆覆盖减少氮浸出的研究结果并不一致,这可能与试验地土壤酸碱性有关,本试验地为碱性土,粘粒含量高,孔隙度小,相比酸性土水分向下移动能力弱,氮素淋失量较小。

  • 施用有机肥可以促进氮素在土壤中的保存,主要通过增加微生物活性来帮助土壤保持氮素[20]。 在本试验中,有机无机肥配施处理(N2)相比于纯化肥处理(N2F)减少了总氮淋溶量的3.7%。廉晓娟等[21]研究表明,相比单纯使用化肥,有机肥替代无机肥占比40%时硝态氮淋失量降低了21.98%, 李晓兰等[22]的研究结果表明,在等氮条件下30%和50%的有机肥替代分别可减少13.8%和25.4%的硝态氮淋失量。较低的淋溶可能是由于基肥施用的有机肥和化肥都是在垄上开沟深施覆土,从而降低了尿素的硝化作用,在垄上而不是进行灌溉的垄沟里施肥,可能会掩盖有机肥减少氮淋失的效果。

  • 水分运移在硝态氮淋失过程中发挥着载体的重要作用,降雨量和灌溉量越大,淋溶液中硝态氮的含量越大,硝态氮的淋失越明显[23]。本试验在减氮20%基础上减少灌溉20%能减少整个黄瓜-茄子生育期33.4%的氮素淋溶量。张弘弢[24]在研究中把灌溉量降为农民传统灌溉量的20%,试验结果表明,硝态氮的淋失量却比传统施氮处理降低了40.7%。淋溶量相对较低可能是因为刚开始连续的阴雨天气导致刚施入的氮素随渗流水一起淋失。

  • 4 结论

  • 与农民常规施肥处理相比,减氮20%处理对蔬菜产量没有负面影响。在当地大水大肥种植模式下,氮肥利用率为12.4%。减氮配合添加双抑制剂、生物炭及秸秆还田,可使氮肥利用率提高到16.6%~ 29.9%,且淋溶量显著降低。

  • 华北典型1 年2 作露地菜地,农民常规施氮水平下(本年度全年施用氮肥N 890 kg/hm2,其中黄瓜季N 340 kg/hm2、 茄子季N 550 kg/hm2) 80 cm土壤处淋溶液中总氮年淋溶量为N 307.5 kg/hm2,占施氮量的24.9%。总氮淋溶量中,硝态氮占76.9%~ 88.1%、铵态氮占0.56%~ 0.79%、 可溶性有机氮占6.4%~ 11.21%。

  • 减氮20%和50%使氮素总淋溶量分别减少12.8%和36.3%;有机肥代替35%的化肥氮比纯化学氮肥可降低总氮淋溶量3.7%。在减氮20%基础上添加氮肥增效剂(脲酶抑制剂和硝化抑制剂、生物炭、秸秆还田)能够减少总氮淋溶量8.0%~ 10.4%。

  • 减氮20%结合减少灌溉量20%,能够减少总氮淋溶量33.4%。

  • 综上所述,减氮配合施用氮肥增效剂可明显降低露地菜地总氮淋溶水平,减氮结合脲酶抑制剂和硝化抑制剂是成本较低的氮淋溶减控推荐措施。

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