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新疆盐渍化土壤氮肥氨挥发损失特征初步研究.doc

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新疆盐渍化土壤氮肥氨挥发损失特征初步研究.doc

专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏新疆盐渍化土壤氮肥氨挥发损失特征初步研究徐万里,张云舒,刘骅新疆农业科学院土壤肥料研究所,新疆乌鲁木齐市830000摘要在室温下应用“静态吸收法”,研究不同盐渍化程度的盐化土壤和碱化土壤上氮肥氨挥发损失特征。结果表明(1)除碱土外碱化土壤上氮肥氨挥发量随时间延长呈现下降趋势,在盐化土壤上氨挥发量随时间呈现先上升后下降趋势。(2)供试9个典型盐渍化土壤样品上氮肥氨挥发量(Y)与时间(T)关系均符合YAT2+BT+C动力学方程,相关性呈极显著水平。(3)氨挥发总量(Y)、氨挥发速率YI与土壤含盐量(X)呈极显著正相关;氨挥发持续时间随着盐渍化程度的增加而延长。(4)氨挥发总量、挥发速率与盐渍土PH相关性未达到显著水平;盐渍土上PH值对氨挥发的影响需要进一步研究。以上结果表明,盐渍化耕作土壤上氮肥氨挥发的控制要依据盐渍化类型的不同而制定相应的措施。关键词氨挥发;盐渍化;类型;程度中图分类号S1431文献标识码A文章编号16722175(2007)01017604盐渍土是干旱半干旱地区重要的土壤资源。随着耕地面积的急剧减少,盐渍土的开发利用日益受到重视。同时,盐渍土也是一种特殊的生态系统。过量盐分的存在严重影响盐渍化土壤的物理、化学和生物学特征,从而影响土壤中养分的转化,特别是氮素的转化和损失13。氨挥发是氮肥损失的重要途径4,盐渍化土壤上氮肥的氨挥发损失较非盐渍化土壤更为严重45。目前,关于国内外对于盐渍土上氮肥氨挥发损失特征有少量报道57,或为对单一类型如碱化土壤上氨挥发进行研究5,或为其它研究中部分内容67,但对于不同类型和程度的盐渍化土壤上氮肥氨挥发较为系统的研究目前还未见到。本文以新疆主要两种类型盐渍化土壤为研究对象,对盐渍化类型和程度对氮肥氨挥发损失特征进行系统研究。新疆是我国盐渍土分布面积最大、类型最全、范围最广的省区。除了绝大多数山地和沙漠区之外,所有其它地区几乎都有盐渍化土地分布。据第二次土壤普查结果显示,盐渍化耕地面积达12287万HM2,占耕地总面积的301%。同时,新疆又是我国最具土地开发前景的省区。尚待可垦荒地73333万HM2(净可垦面积)中64%属盐渍化荒地7。新疆的经济水平、水资源条件的限制、耐盐作物品种的培育以及盐渍化荒地的开垦,使得大面积的盐渍化耕地的长期存在成为新疆农业生产的实际。系统研究盐渍化土壤上氮肥氨挥发损失特征对于更好的利用盐渍土资源,减少氮肥氨挥发损失,提高盐渍化耕作土壤上氮肥的利用率具有重要的现实意义。1材料与方法11供试土壤特性供试土壤采自新疆维吾尔自治区玛纳斯县,盐化系列土壤采自头宫乡草滩村,碱化系列土壤采自新疆农科院玛纳斯试验站,两个系列土壤分别采自同一农田的不同部分。土壤主要特性见表1。供试土样分析全部按照常规方法分析。12试验方法和处理每处理将过2MM筛的供试土壤500G装于1000ML广口瓶中,重复3次。施肥量为纯N200MGKG1土,P2O5用量为100MGKG1土,氮肥为尿素,磷肥为重过磷酸钙。施肥方法为混施。将两种肥料分别研磨后与全部土样充分混合后,先将300G土装入广口瓶中,然后加入100ML水,等水下渗一段时间后,表1供试土样主要理化特性TABLE1PHYSICALANDCHEMICALPROPERTIESOFTHESOILS土样号有机质/GKG1全氮/GKG1PH总盐/碱化度/CEC/CMOLKG1碳酸钙/盐渍化程度评价8119591670878007340218901043非碱化土壤2170014239080113106016041037轻度碱化土壤3173314129700370350518661028重度碱化土壤4124405149910928646815401038碱土5181715518430211-34141146非盐渍化土壤699805758210639-21421138轻度盐化土壤760903298000875-18241246轻度盐化土壤867904118311083-18351246中度盐化土壤96190378651841-17471191重度盐化土壤徐万里等新疆盐渍化土壤氮肥氨挥发损失特征初步研究177再加入剩余200G土。室温2225℃。13氨挥发测定氨挥发测定采用“静态吸收法”9。在每个广口瓶内土壤表面放置一个25ML的小烧杯,内装2硼酸和定氮混合指标剂的混合液,盖上广口瓶盖后再用透明胶带密封瓶口,每隔一定时间换取小烧杯,用标准酸滴定。按照公式NH3NMGKG1MV142计算氨挥发量。式中M为标准酸的浓度;V为滴定时标准酸的体积ML;14为氮的摩尔质量;2为换算为每KG土样挥发量换算系数。各测定时期测定量相加,可视为累积挥发量。2结果与分析21土壤盐渍化类型与氮肥氨挥发盐渍土类型因地形、气候等因素不同而不同。新疆盐渍化土壤,由于CI离子与SO42各自的摩尔质量的差异,在灌溉条件下,盐渍化耕作土壤的类型主要是氯化物硫酸盐型或硫酸盐型,氯化物型或硫酸盐氯化物类型只有少量存在于南疆新开垦盐碱地上。北疆由于降雨量在250~300MLA1,远高于南疆50~100MLA1,盐渍化土壤有脱盐碱化过程,所以北疆灰漠土区域分布有碱化耕作土壤10。新疆盐渍化耕作土壤类型主要是氯化物-硫酸盐型和碱化耕作土壤两个类型。不同盐渍化类型土壤中各种盐分离子含量不同,导致土壤物理、化学和生物特性不同,从而导致施入土壤氮肥氨挥发特征不同。碱化土壤和盐化土壤上,氮肥氨挥发量与时间的动力学曲线见图1和图2。由图1和图2可看出,盐渍化类型不同氮肥氨挥发特征明显不同。在碱化土壤上,除4号样品碱土氨挥发量随时间为先上升后下降的趋势外,其余样品氨挥发都呈现下降趋势。在盐化土壤上,氮肥的氨挥发量均随时间的延伸,呈现先上升后下降的趋势。碱化土壤一般含盐量较低,而PH值在85以上;盐化土壤一般PH值在85以下,但是含盐量在06%以上,较高。两种类型土壤上氮肥氨挥发曲线不同可能与土壤PH值及含盐量有关。和5号土样相比较,2号或3号土样在全氮、总盐含量、CEC、碳酸钙等土壤性质上都较为接近,仅有PH值差异较大,二者氨挥发特征的不同很可能是PH值的不同造成的。4号碱土的氨挥发曲线与13号不同,可能的原因是其含盐量较高所致。4号土样与7号土样除PH值差异较大外,其余土壤特性接近,但是可以明显看出4号碱土上氨挥发最大量出现时间(第8天)较7号样品(第14天)早,这也说明PH对氨挥发特征的影响。两种土壤上氮肥氨挥发出现最大值的时间有明显的差别。在碱化耕作土壤上(碱土除外),最大值一般出现在施肥后1~2D,而在盐化土壤上,氨挥发损失最大值出现在施肥后的第6天甚至到第16天。氨挥发最大值出现时间的差异对生产中确定适当的时机控制氮肥氨挥发损失具有重要意义。将氮肥氨挥发量(Y)与时间(T)的关系用YAT2+BT+C动力学方程拟合。结果(表2)表明,无论是碱化土壤还是盐化土壤,其氮肥氨挥发量(Y)与时间(T)都可用YAT2+BT+C动力学方程拟合,且相关系数均达到极显著水平。这也说明虽然盐渍化类型不同,但是盐渍化土壤上氮肥氨挥发有共性。从表2可看出,在本实验条件下盐渍土上氮肥氨挥发动力学曲线符合二次曲线方程,与高鹏程等在黄绵土上、RAO等人氨挥发属于化学动力学方程为线性方程的结果不一致11,5。这可能与实验监测的时间长短有关系。高鹏程等人实验仅监测8D11,氨挥发过程不完全,仅为上升部分过程的关系。22盐渍化程度与氮肥氨挥发9个典型盐渍化土壤样品氮肥氨挥发特征见表3。从表3可看出,无论是盐化土壤还是碱化土壤,随着盐渍化程度的增加,氨挥发量显著增加,氨挥发持续时间延长。在碱化土壤上,在20天监测时间内,2号轻度碱化土壤、3号重度碱化土壤和4号碱土上的氨挥发量分别为1号非碱化土壤的132、162、496倍;随着碱化度的增加,氨挥发持续天数也随之增加。盐化土壤也有类似结论。从氨挥发绝对量以及占施入氮肥总量的百分比分析,在相同图2盐化土壤上氮肥氨挥发动力学曲线FIG1THEDYNAMICCURVEOFAMMONIAVOLATILIZATININSALINESOILS0000200400600801001202468101214161820时间(TD)氨挥发量(YMG)56789氨挥发量Y/MG图1碱化土壤上氮肥氨挥发动力学曲线FIG1THEDYNAMICCURVEOFAMMONIAVOLATILIZATININALKALISOILS0000100200300400500602468101214161820时间(TD)氨挥发量(YMG)1234氨挥发量Y/MGT/D图1碱化土壤上氮肥氨挥发动力学曲线FIG1THEDYNAMICCURVEOFAMMONIAVOLATILIZATIONINALKALISOILST/D图2盐化土壤上氮肥氨挥发动力学曲线FIG2THEDYNAMICCURVEOFAMMONIAVOLATILIZATIONINSALINESOILS178生态环境第16卷第1期(2007年1月)条件下,同一盐渍化程度的盐化土壤上的氮肥的氨挥发要较碱化土壤更为严重。盐渍化类型不同,评价盐渍化程度的特征值不同。对于碱化土壤来说,盐渍化程度评价值是碱化度,PH在一定程度上也可作为碱化程度重要的参考指标;对于盐化土壤来说,盐渍化程度的评价指标是土壤含盐量。但是二者的本质都是土壤中含有过量的NA+或SO42、CI等特征盐离子从而导致土壤物理、化学和生物学特性的改变。研究表明,随着土壤含盐量的增加,氨挥发量随之增加。将9个典型土壤上氮肥氨挥发总量(Y)、氨挥发速率(YI)与土壤盐分含量(X)分别用YAX+B拟合,Y35267X-03579(N=9,R=09554,R001=0798),YI01492X00162(N=9,R=08934,R001=0798)达到极显著相关。碱化土壤上碱化度与氨挥发量相关性为09857,达显著水平;与氨挥发速率相关性未达显著水平,可能与碱化土壤供试样品太少有关。土壤PH值是影响氮肥氨挥发的重要因素。许多研究表明,PH值直接影响土壤上氮肥的氨挥发,且随着PH值的增加氨挥发量增加1214。在本实验中,虽然碱化土壤上,随着PH值升高,氨挥发量增加,但是无论对供试的9个典型盐渍化土壤上氨挥发量与PH值相关性进行总体分析,还是分碱化土壤和盐化土壤分别分析,PH值与氨挥发量相关性均未达到显著水平;与氨挥发速率分析也得到类似结果,与前人研究结论不同12-14。究其因,可能与以前供试土壤PH值范围在40~90之间,未涉及PH值在90以上碱化土壤,并且土壤含盐量较低1213,而盐渍化土壤的PH值较高,土壤含盐对其影响有关。同时也应注意到,有些研究是在土壤其它特性保持不变的情况下,人为添加化学物质改变PH值研究氮肥氨挥发损失的影响所得结果14,忽视了其它土壤特性变化与PH值之间的交互作用。3讨论氨挥发测定方法对于氨挥发损失绝对量有很大的影响。本实验由于采用“静态吸收法“来捕获氨气,密闭环境土壤水分基本保持不变,抑制了氨挥发发生12,1516,所以氨挥发量占施氮量的百分比较小,但是与同样条件下非盐渍化土壤的相比较,盐化和碱化耕作土壤上氨挥发损失成倍增加,说明同等条件下盐渍化耕作土壤上氮肥的氨挥发损失较为严重,同样可以反映盐渍化类型和程度对氮肥氨挥发损失的影响。但是必须指出的是,要真实反映盐渍土上氮肥的氨挥发损失量,在田间原位试验的基础上,选择不影响风速、气温等气候条件的氨挥发测定方法是关键。土壤含盐量和PH值是盐渍化土壤最主要的两个土壤特性,本质上是土壤含盐量和PH值及其交互作用对土壤中氮素转化微生物的影响,二者与氮肥氨挥发损失之间关系值得进一步研究。可能采用非盐渍化土壤人为加盐改变含盐量和PH值,再用典型盐渍化土壤样品验证的方法,更能说明二者及其交互作用对氮肥氨挥发的影响。盐渍土是一种特殊的土壤,类型多含盐成分复杂。但是在农田灌溉条件下,其主要类型是本文供试的两种类型。所以本文的研究结论可对国内其它地区盐渍土上氮肥氨挥发研究提供借鉴。4结论(1)碱化土壤上氨挥发曲线以下降为主,而盐化土壤上氨挥发量则是先上升后下降;两种土壤上氨挥发最大值出现时间上有很大区别。(2)无论是碱化土壤还是盐化土壤,氨挥发量都是随着盐渍化程度的增加而上升,且氨挥发量和氨挥发速率均与土壤含盐量呈极显著正相关。(3)氨挥发持续时间随着盐渍化程度的增加而延长;同等条件下,相同盐渍化程度的碱化土壤上氮肥氨挥发损失远低于盐化土壤。参考文献表3盐渍化土壤上氮肥氨挥发特征TABLE3THECHARACTERISTICOFAMMONIAVOLATILIZATIONINSALINIZEDSOILS土样号挥发量/MGKG1挥发速率/MGKG1D1挥发总量占施入N量/%氨挥发持续时间/D10540009001562071600720201030875006302414426760134073205038000320101260830005202316720830104057208338001690932096928034619020注实验监测结束时氨挥发未结束表2氨挥发量(Y)与时间(T)动力学方程TABLE2THEKINETICRELATIONSHIPBETWEENTHEQUANTITYOFAMMONIAVOLATILIZATIONANDINCUBATIONTIME土样号动力学方程相关系数R1Y00105T2-01612T0626099012Y00076T2-01536T07576099343Y00017T2-00615T04724096084Y00028T200369T0287084555Y00044T200118T00886084646Y00082T200563T00594084297Y00114T201413T-01306095388Y00133T201657T-00604097459Y00189T202902T-0174709723徐万里等新疆盐渍化土壤氮肥氨挥发损失特征初步研究1791MCCLUNGG,FRANKENBERGERWTSOILNITROGENTRANSFORMATIONSASAFFECTEDBYSALINITYSOILSCIENCEJ1985,13954054112WESTERMANRL,TUCKERTCEFFECTOFSALTSANDSALTSPLUSNITROGEN15LABELEDAMMONIUMCHLORIDEONOFSOILNITROGEN,NITRIFICATION,ANDIMMOBILIZATIONJSOILSCIENCESOCIETYAMERICANJOURNAL,1974,386026053KUMARP,AGGARWALRKINTERDEPENDENCEOFAMMONIAVOLATILIZATIONANDNITRIFICATIONINARIDSOILSNUTRIENTCYCLINGINAGROECOSYSTEMSJ1998,512012074朱兆良,文启孝中国土壤氮素M南京江苏科学技术出版社,1992171185ZHUZHAOLIANG,WENQIXIAOCHINESESOILNITROGENMNANJINGJIANGSUSCIENCEANDTECHNOLOGYPRESS,19921711855RAODLN,LALITABATRAAMMONIAVOLATILIZATIONFROMAPPLIEDNITROGENINALKALISOILSJPLANTANDSOIL1983,70(2)2192286VLEKPLG,STUMPEJMEFFECTSOFSOLUTIONCHEMISTRYANDENVIRONMENTALCONDITIONSONAMMONIAVOLATILIZATIONLOSSESFROMAQUEOUSSYSTEMSJSOILSCIENCE,1978,424164217白灯莎买买提艾力,杨茂秋,冯固长效涂层尿素与普通尿素氨挥发速率比较J新疆农业科学,19976264266BAIDENGSHAMAIMAITIAILI,YANGMAOQIU,FENGGUSTUDYONLONGCOATEDUREAANDUREAAMMONIAVOLATILIZATIONRATEJXINJIANGAGRICULTURALSCIENCE,199762642668王遵亲中国盐渍土M北京科学出版社,1993333343WANGZUNQINGCHINASALINESOILSMBEIJINGSCIENCEPRESS,19933333439凌莉,李世清,李生秀石灰性土壤上氮肥氨挥发损失的研究J土壤侵蚀与水土保持学报,1999,5(6)119122LINLI,LISHIQING,LISHENGXIUSTUDYONAMMONIAVOLATILIZATIONFROMCALCAREOUSSOILJJOURNALOFSOILEROSIONANDSOILANDWATERCONSERVATION,1999,5(6)11912210王周琼,李述刚荒漠碱化土区域农业可持续发展J土壤通报,2001,32(专辑)147150WANGZHOUQIONG,LISHUGANGSTRATEGLEMEASURESFORSUSTAINABLEAGRICULTURALDEVELOPMENTINDESERTREGIONSJCHINESEJOURNALOFSOILSCIENCE,2001,32(SUPPL)14715011高鹏程,张一平,张国云,等水热耦合作用下氨扩散挥发动力学研究J西北农业学报,2002,11(3)116121GAOPENGCHENG,ZHANGYIPING,ZHANGGUOYUNETALEFFECTSOFWATERANDTEMPERATUREONAMMONIAVOLATILIZATIONOFFERTILIZERJACTAAGRICULTURAEBOREALIOCCIDENTALISSINICA,2002,11(3)11612112FENNLB,HOSSNERLRAMMONIAVOLATILIZATIONFROMAMMONIUMORAMMONIUMFORMINGNITROGENFERTILIZERSJADVANCESOILSCIENCE,1985,112416413段争虎,周玉麟,吴守仁土壤特性对氨挥发影响的研究J土壤通报,1990(3)131139DUANZHENHU,ZHOUYULIN,WUSHOURENGSTUDYONEFFECTSOFSOILCHARACTERISTICSONAMMONIAVOLATILIZATIONJCHINESEJOURNALOFSOILSCIENCE,1990313113914HEZL,ALVAAK,CALVERTDV,ETALAMMONIAVOLATILIZATIONFROMDIFFERENTNITROGENFERTILIZERSANDEFFECTSOFTEMPERATUREANDSOILPHJSOILSCIENCE,1999,1647507515ALKANANIT,MACKENZIEAF,BLENKHORNHSOILWATERANGAMMONIAVOLATILIZATIONRELATIONSHIPWITHSURFACEAPPLIEDNITROGENFERTILIZERSOLUTIONJSOILSCIENCESOCIETYAMERICANJOURNAL,1991,551761176616FERGUSONRB,KISSELDEEFFECTSOFSOILDRYINGONAMMONIAVOLATILIZATIONFROMSURFACEAPPLIEDUREAJSOILSCIENCESOCIETYAMERICANJOURNAL,1986,50485490PRELIMINARYSTUDYONTHECHARACTERISTICSOFAMMONIAVOLATILIZATIONFROMSALINIZEDSOILSINXINJIANGXUWANLI,ZHANGYUNSHU,LIUHUAINSTITUTEOFSOILANDFERTILIZER,XINJIANGACADEMYOFAGRICULTURALSCIENCE,URUMQI830091,CHINAABSTRACTASTATICABSORBINGMETHODWASUSEDTOSTUDYCHARACTERISTICSOFAMMONIANH3NVOLATILIZATIONFROMALKALIANDSALINESOILSOFVARIOUSSALINIZATIONDEGREEINROOMTEMPERATURETHERESULTSSHOWEDTHATTHEAMOUNTOFNH3NVOLATILIZEDDECREASEDWITHPROLONGEDTIMEINALLALKALINIZEDSOILSEXCEPTALKALINESOIL,WHEREASINSALINESOIL,THEQUANTITYOFAMMONIAVOLATILIZATIONWITHTIMEINCREASEDINITIALLYANDTHENDECREASEDWITHTIMEFORTHENINETYPICALSALINIZEDSOILS,THERELATIONSHIPBETWEENTHEQUANTITYOFAMMONIAVOLATILIZATIONYANDTHETIMETCOULDBEWELLDESCRIBEDBYTHEEQUATIONYAT2+BT+C,R084099,P001THETOTALAMOUNTANDRATEOFAMMONIAVOLATILIZATIONYWEREEACHPOSITIVELYCORRELATEDWITHTHESALTCONTENTINTHESOILSTHETIMEOFAMMONIAVOLATILIZATIONWASPROLONGEDWITHINCREASINGSALINIZATIONDEGREEOFTHESOILSTHEREWASNOSIGNIFICANTRELATIONSHIPBETWEENTHETOTALAMOUNTANDRATEOFAMMONIAVOLATILIZATIONANDPHOFTHESALINIZEDSOILSTHEEFFECTSOFPHOFSALINIZEDSOILSONAMMONIAVOLATILIZATIONMERITFURTHERSTUDYTHEREFORE,THEWAYOFSUPPRESSTHEAMMONIAVOLATILITYLOSEWASDIFFERENTWITHDIFFERENTSALINIZATIONTYPEKEYWORDSAMMONIAVOLATILIZATION;ALKALINIZATION;SALINIZATION;SOILTYPE

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