水土保持学报

1、第14卷第3期水土保持学报V o l . 14N o . 3灌溉与降水对土壤NO -3-N 累积的影响袁新民1, 同延安2, 杨学云2, 李晓林1, 张福锁1(1. 中国农业大学植物营养系, 北京100094; 2. 陕西省农科院土肥所 摘要:在粉砂粘壤土上, 降水对休闲地和旱地土壤NO -3-N 累积的影响主要在02m 的深度范围; 以当地生产中习惯使用的灌水量进行灌溉, 在小麦-玉米轮作8年之后, 土壤中累积的NO -3-N 会逐渐被淋溶至400c m 以下的层次; 一次性过量灌水则可将土壤上层施入的NO -3-N 淋至500600c m 的深度范围, 不合理的灌溉会引起NO -3-N 的

2、大量淋失。关键词:灌溉; 降水; NO -3-N 累积中图分类号:S 158. 3文献标识码:A 文章编号: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 fallow

4、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 tly af

5、fected n itrate n itrogen leach ing .Key words :irrigati on ; p reci p itati on ; n itrate n itrogen accum u lati on黄土高原地区有效灌溉面积仅占耕地面积的20. 4%, 灌溉和降水在农业生产中起着非常重要的作用。由于硝酸盐随水移动的特性, 降水和灌溉对土壤中NO -3-N 的累积、淋失等也就起着决定性的作用。大多数情况下, 灌溉会造成硝态氮随过量的水淋出根区, 但在不同的土壤、不同的作物、不同的灌水量等条件下, 其影响的深度范围是不同的1。生长季节较多的降雨使大量的硝态氮被淋至根

6、区之外2, 硝态氮的淋洗损失的时间分布与降水分布是相似的3。研究降水和灌溉对土壤NO -3-N 累积的影响, 以及一次性过量灌水对土壤NO -3-N 累积的影响将为合理灌溉和防止地下水污染提供可靠依据。1试验材料与方法试验在位于黄土高原南部的陕西杨陵头道塬(渭河三级阶地 的“国家黄土肥力和肥料效益监测基地”(以下简称“监测基地” 进行。此地年平均降雨量550600mm , 主要集中在7, 8,9三个月。试验土壤属褐土类, 土娄土亚类、红油土属、厚层红油土种。土壤质地为粉砂粘壤土。收稿日期:20002012083国家重点基础研究专项经费资助项目(G 1999011707作者简介:袁新民, 男,

7、生于1962年, 讲师, 博士, 现在华中农业大学资源环境与农业化学系工作。主要从事施肥与环境的研究。曾获中国科学院自然科学二等奖一项。1. 1试验设计1. 1. 1自然休闲条件下土壤NO -3-N 累积在监测基地留出的一块永久性休闲地上进行。1. 1. 2灌溉试验(a 玉米不同灌水量试验。在监测基地一块多年实行小麦-玉米轮作、每年施肥量均相同的地块上, 布置了玉米不同灌水量的试验, 具体方案见表1。小区面积30m 2, 6次重复, 所施肥料为尿素, 在玉米收获后取土样测定NO -3-N 。(b 一次性大量灌水试验。在监测基地旱地上进行, 小区面积28m 2, 设4个处理, 即不施肥只灌水的对

8、照(CK , 3个施N 量相同但灌水量不同的处理。以1212. 5kg hm 2的N 量施入KNO 3后, 分别按429, 643, 857mm 的灌水量对小区进行灌溉, 灌水后86天采样, 分析其NO -3-N 含量, 试验方案见表2。表1玉米灌溉试验方案表2灌溉试验方案处理1234灌水量(mm 0601201802处理对照低灌中灌高灌灌水量(mm 42942964385721. 1. 3旱地长期定位试验19901998年实行小麦-大豆轮作, 设4项处理:(1 不施肥的对照(CK ; (2 氮磷配施(N P ; (3 氮钾配施(N K ; (4 单施氮肥(N 。试验不设重复。小区面积为400

9、m 2(20m 20m , 冬小麦施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, 各施肥处理分别表示为dCK , dN P , dN K , dN 。1998年小麦收获后采样。1. 1. 4灌溉地长期定位试验19901998年试验实行小麦-玉米轮作, 设4项处理:(1 包括不施肥的对照(CK ; (2 氮磷配施(N P ; (3 氮钾配施(N K ; (4 单施氮肥(N 。试验不设重复。小区面积为196m 2(14m 14m , 冬小麦施N 165kg hm 2, 按N P 2O 5=10. 8施用磷肥,夏玉米施N 187kg hm 2

10、, 按N P 2O 5=10. 3施用磷肥。以当地生产中的灌水量和灌水次数进行灌溉。以i 代表灌溉地, 各施肥处理分别表示为图1降水对土壤硝态氮累积的影响i CK , i N P , i N K , i N 。在1998年小麦收获后采样。1. 2土壤取样与分析方法用土钻取0400c m 土样(过量灌溉取至8m , 每20c m 一层, 每个小区取3个样点, 分别测定后计算平均值。新鲜土样采回后用1m o l L KC l 浸提, 浸提液用流动注射分析仪测定。2结果与讨论2. 1降水对土壤NO -3-N 累积的影响2. 1. 1自然休闲状况下降水对土壤NO -3-N 累积影响在肥力监测基地, 旱

11、地条件下休闲8年的土壤剖面中NO -3-N 的分布见图1, 图中在120180c m 范围有一明显的累积峰, 至320c m 才降至5m g kg 以下。在自然休闲状况下, 剖面NO -3-N 变幅很大, 说明降水可影响到4m 深土壤剖面NO -3-N 的分布, 但对120180c m 深度范围的累积影响最大, 说明土壤中NO -3-N 在休闲状况下常被从表层带至这个深度范围。假定这是8年降水作用的结果, 可以算出每年的降水能使NO -3-N 下移50c m 。27水土保持学报第14卷2. 1. 2小麦-大豆轮作中降水对土壤NO -3-N 累积的影响长期定位试验中, 旱地条件下土壤NO -3-

12、N 的剖面分布见图2, 图中结果显示, 在小麦-大豆轮作中, 降水主要影响02m 土层NO -3-N 的累积, 即使是在土壤剖面0100c m 土层含有高浓度的NO -3-N 时, 降水影响的深度也只在2m 左右。在重钙质土壤上, 当蒸发超过降水, NO -3-N 浓度在表土增加, 当降水超过蒸发时, NO -3-N 在表土减少4。旱地农业中, 土壤背景含水量小, 蒸发损失大, 降水的渗入通量和渗入深度都很有限。由于作物的耗水及蒸发, 使土壤水分很难向2m 以下的层次迁移, NO -3-N 每次随水迁移的深度都不大。故也就难以被带至较深的层次。从相对累积量来看, 旱地条件下约94%97%的NO

13、 -3-N 累积在02m 的土层中。2. 2灌溉对土壤NO -3-N 累积的影响2. 2. 1玉米地不同灌水量对土壤NO -3-N 累积的影响玉米地不同灌水量下04m 土壤剖面的NO -3-N 分布见图3, 可以看出, 灌水量60mm 与120mm 处理的NO -3-N 的分布与对照没有显著差异, 灌水量180mm 处理的NO -3-N 含量在40140c m 土层中, 明显高于其它3个处理, 说明当一次灌水量为180mm 时, 可以明显引起NO -3-N 的淋溶。 图2不同施肥处理对土壤硝态氮分布的影响图3不同灌水量下土壤剖面硝态氮的分布2. 2. 2一次性大量灌水对土壤NO -3-N 累积

14、的影响土壤质地对NO -3-N 的淋失影响非常大。大量的研究结果表明, 在质地粗的砂土上特别容易发生NO -3-N 的淋失, 而在粘质土壤上, 一般认为不易发生NO -3-N 的淋失。一次性大量灌水后土壤NO -3-N 的分布见图4。可以看出, 在施入超过1200kg hm 2N 的KNO 3后, 再以过量的水进行灌溉, 表层的NO -3-N 就迅速被淋洗到5m 以下的土层。在不施肥的情况下, 灌水428mmNO -3-N 主要累积在6080c m 的深度, 当施肥后再灌水428mm 和643mm 时, NO -3-N 就运移到520540c m 深处, 将灌水量增加到857mm , NO -

15、3-N 则运移到620640c m , 这说明, 灌水量的多少决定着水分的下渗量和下渗深度, 同时也影响着NO -3-N 的累积深度。在土娄土上, 较厚的粘化层(约70c m 并不能阻止水分的向下运动和NO -3-N 的向下运移, 因为NO -3-N 可以通过中、大孔隙的优先流不断向下淋溶5。不同灌水量其土壤NO -3-N 浓度出现的峰值是不一样的。灌水量为429mm , 643mm 和857mm 的, 其剖面中NO -3-N 的最大累积峰分别出现在80100c m , 140160c m , 320340c m 。可以看出, 一次灌水量越多, 硝态氮淋洗峰在剖面分布上越趋于向下。随着灌水量的

16、增加, 土壤中的NO 3-N 被淋洗到越来越深的层次, 灌水量为857mm 的, NO -3-N 被淋至620c m 。这说明, 即使在质地较重的土壤上, 过量的灌水仍很容易使NO -3-N 淋到根区以外的层次。2. 3常量灌溉和降水对土壤NO -3-N 累积的影响灌溉和旱地条件下单施N 和N K 配合处理04m 土层NO -3-N 的比较见图5。在小麦-玉米轮作中, 当作物因不合理施肥不能吸收更多的N 素时, 在灌溉和降水的共同作用下, 土壤上层累积的NO -3-N 不断随水向深层次运移。对于单施氮肥的处理, 从80c m 到340c m , 土壤NO -3-N 的浓度随剖面深度的增加而增加

17、, 并且峰值越来越高, 340c m 以下也保持了高的NO -3-N 浓度。可以认为, 不断的灌水和降水, 使NO -3-N 的累积峰一次次逐渐下移。从图中可以推断, NO -3-N 已经迁移到了土壤剖面4m 以下甚至更深的土层。同为高量累积, N K 配合的NO -3-N 的下移深度要浅一些, 比单施氮处理的滞后4080c m 。在土壤剖面上部存在大量NO -3-N 的情况下, 降水主要影响02m 土层的NO -3-N 累积, 而灌溉则可影响到4m 或更深层次的NO -3-N 累积。灌溉和旱地条件相比, 灌溉条件下0140c m 土层的NO -3-N 含量显著低于旱地的, 在140c m 以

18、下, 灌溉的则显著高于旱地的, 说明NO -3-N 被灌溉水淋洗到根区以下很深的层次。 图4一次性大量灌水对土壤剖面硝态氮分布的影响图5不同灌水量对土壤剖面硝态氮累积的影响参考文献:1陈子明. 氮素-产量-环境M . 北京:中国农业科技出版社, 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. 土娄土旱地土壤硝态氮季节性变化与夏季休闲的培肥增产作用J . 土壤学报, 1981, 16(3 :212-222.4T heocharopou lo s S P , et al . Seasonal cli m atic variab ility and upw ar