小麦氮磷肥长期配施对土壤硝态氮淋溶的影响

 【目的】利用长期肥料定位试验,监测旱地农田土壤硝态氮的淋溶动向,研究施肥量与硝态氮累积量之间的关系,为科学施肥提供参考。【方法】在试验小区0～300 cm土壤剖面中,每20 cm深度取一个土样,1 mol?L-1 KCl浸提后以AA3连续流动分析仪测定硝态氮含量。【结果】单施氮肥土壤硝态氮累积峰出现在80～100 cm土层和300 cm以下土层,当施氮量达到180 kg?hm-2?a-1时,0～300 cm土层硝态氮累积总量相当于8年的施氮量。单施磷肥对土壤硝态氮分布无影响;氮、磷肥配施时,施氮量增加硝态氮累积量显著增加,配施磷肥后可以减少硝态氮累积量,且施氮量越大减少的越多。过量施用氮肥,即使配施磷肥,硝态氮也能发生淋溶并在100～120 cm和240～260 cm土层附近累积;二次多项式回归能够较好地反映氮、磷施用量与土壤硝态氮累积量之间的关系。【结论】长期过量施用氮肥,导致硝态氮大量淋溶并形成两个累积峰,科学合理地配施磷肥可以减少硝态氮淋失;旱地麦田长期施用最大产量施肥量,可能导致硝态氮大量累积在土壤深层。     

黄土高原南部夏季不施肥种植玉米对旱地土壤残留养分的利用

夏季降水是造成我国西北黄土高原区旱地土壤硝态氮淋溶的主要原因.通过田间长期定位试验研究了冬小麦收获后,不施肥种植夏玉米而利用土壤残留养分阻止硝态氮淋溶的效应.结果表明,小麦播前施氮量增加,夏玉米收获期生物量和子粒产量增加,但磷肥用量增加对其影响不明显.小麦播前施氮量增加,夏玉米氮磷钾累积增加,施磷量增加,氮钾素累积降低,磷素累积无显著变化.土壤剖面含水量随小麦播前施氮量增加而降低,不同施磷量土壤剖面水分累积量的差异显著减少.不施肥种植夏玉米可以有效阻止和减少土壤剖面硝态氮淋溶,但在小麦播前施氮240和320 kg·hm-2时仍有较明显淋溶,其累积峰逐渐向深层土壤转移,造成氮素损失.施磷时,土壤剖面0～220 cm硝态氮累积量下降,220 cm以下土层变化不明显.     

黄土高原旱地夏季休闲期土壤硝态氮淋溶与降水年型间的关系

【目的】冬小麦-夏休闲是旱地重要的轮作模式之一,随着氮肥用量的增加,一季小麦收获后土壤中残留的硝态氮含量不断增加,夏季休闲期间集中降水的特点是否会导致硝态氮淋溶损失,这一问题值得关注。【方法】连续3年(2013—2015年)采集黄土高原南部长武和杨凌两地夏季休闲前后0—200 cm土壤剖面样品,测定土壤硝态氮含量,研究不同降水年和不同施氮量下黄土高原旱地夏季休闲期间土壤剖面硝态氮累积及淋溶特性。【结果】小麦收获后,长武0—200 cm土壤剖面硝态氮累积量在97—328 kg·hm~(-2),平均193 kg·hm~(-2);杨凌施氮量为120kg N·hm~(-2)及240 kg N·hm~(-2)时,土壤剖面硝态氮累积量分别为156 kg·hm~(-2)及366 kg·hm~(-2),增加施氮量土壤剖面累积硝态氮量显著增加。不同降水年夏季休闲前后硝态氮在土壤剖面的淋溶与降水量密切相关,长武降水量高的丰水年2013年(296 mm)休闲前位于40—60 cm深度的硝态氮累积峰在休闲后到达80 cm以下,淋溶作用明显。而降水量少的欠水年2014年(157 mm)休闲后土壤剖面未发生硝态氮的淋溶。降水量一般的平水年2015年(200mm)休闲后在0—100 cm土壤剖面会发生硝态氮向下淋溶,但是迁移深度不大。在降水量高的2013年夏季休闲后100—200 cm土壤剖面增加的硝态氮累积量是0—100 cm的2.5倍,而2014年夏季休闲后土壤剖面增加的硝态氮累积量主要出现在0—100 cm土壤剖面。杨凌2013年试验期间降水量低(仅220 mm,属欠水年),休闲后两个施氮处理的土壤剖面硝态氮累积峰甚至出现轻微上移;同为欠水年,2015年降水量有所增加(288 mm),休闲后0—100 cm土壤剖面中发生硝态氮下移达到20—40 cm。而降水量更高的2014年(346 mm,平水年),休闲后土壤剖面中硝态氮累积峰较休闲前下移了60—80 cm。相比休闲前,降水量低的2013年夏季休闲后土壤剖面增加的硝态氮累积量主要出现在0—100 cm土壤剖面,淋溶作用弱。而降水量高的2014年施氮处理100—200 cm土层硝态氮的累积增加量显著高于0—100 cm土层,其中施氮240 kg N·hm~(-2)处理0—100 cm土壤剖面硝态氮累积量显著下降,有大量硝态氮被淋溶到100—200 cm土层。【结论】黄土高原旱地小麦收获后0—200 cm土壤剖面硝态氮累积量高。夏季休闲期间降水量是影响黄土高原旱地土壤剖面硝态氮淋溶的关键因素,降水量高的年份土壤剖面硝态氮淋溶作用明显。夏季休闲期间长武遇上丰水年土壤中硝态氮淋溶风险大,而杨凌遇上平水年就会出现硝态氮淋溶风险。     

浅析水氮耦合对土壤硝态氮积累与淋失的影响

有很多因素会影响农田土壤硝态氮积累淋失量，其中较为重要的有施肥和灌水。水氮耦合作用对土 壤中的硝态氮的累积和淋洗存在显著影响。过量施氮造成硝态氮在土壤中大量积累；降水和灌溉带入农田中的 水分是累积在土壤中的硝态氮向下迁移引起淋失的必要条件， 鉴于此，从水肥耦合的含义及其对农田土壤硝 酸盐积累与淋失的影响等方面进行综述。     

长期施肥对旱地土壤剖面硝态氮分布和累积的影响

1992—2013年对春播玉米进行长期定位试验,研究不同施肥措施对旱地土壤剖面硝态氮分布和累积的影响。结果表明,2013年5月中旬,不同施肥处理土壤硝态氮含量的最高值都出现在0~20 cm土层,硝态氮含量随施氮量的增加而增加,长期高施氮量处理的硝态氮在土壤深层的含量及累积明显增加,高量施肥N4P4M0处理硝态氮平均含量为88.07 mg/kg,是对照的55.3倍;而有机无机推荐施肥N2P1M1处理0~300 cm土层NO3--N累积量为2 433.04 kg/hm2,比处理N3P2M3和N4P2M2分别降低了49.13%,47.42%。可见,合理的施肥配比及合理的有机无机肥配施可以降低土壤特别是深层土壤硝态氮的累积,从而减轻硝态氮淋溶的风险。     

浅析水氮耦合对土壤硝态氮积累与淋失的影响

有很多因素会影响农田土壤硝态氮积累淋失量,其中较为重要的有施肥和灌水。水氮耦合作用对土壤中的硝态氮的累积和淋洗存在显著影响。过量施氮造成硝态氮在土壤中大量积累;降水和灌溉带入农田中的水分是累积在土壤中的硝态氮向下迁移引起淋失的必要条件,鉴于此,从水肥耦合的含义及其对农田土壤硝酸盐积累与淋失的影响等方面进行综述。     

磷对小麦利用土壤深层累积硝态氮的影响

 【目的】在粮食主产区华北平原,研究磷对小麦利用土壤深层累积硝态氮的影响。【方法】采用15N微区注射技术,布置田间微区试验,将15N标记于110 cm土层处。【结果】在本试验条件下,小麦能够利用注射并扩散于100～120 cm土壤层次的标记硝态氮,3种磷水平的利用率分别为6.8%、16.4%和11.2%;耕层施用磷肥有利于小麦地下部根系发育,根长密度及根干重较不施磷均有增加,提高了小麦对深层硝态氮的利用,耕层适量供磷有利于小麦对土壤剖面深层标记硝态氮的吸收利用。【结论】磷促进小麦根系发育,提高小麦对土壤深层累积硝态氮的利用,过量施磷起抑制作用。     

控制灌水对华北高产区土壤硝态氮累积的影响

在长期水分试验的基础上,研究了不同灌溉处理下小麦—玉米两季作物收获后的土壤含水量和剖面硝态氮的累积分布。结果表明:不同的灌溉量对小麦季0~200cm土层含水量产生明显影响,而玉米季和深层土壤含水量没有显著差异。相同的肥料施入水平下,不同灌溉量会造成土壤NO3--N的累积差异,硝态氮的累积量随着灌溉降水量的增加呈下降趋势。灌溉量的多少决定了土壤剖面硝态氮的分布,高灌水量使得各土层硝态氮的含量均低于15mg/kg,且在土壤剖面中的分布没有明显差异;中等程度灌溉水平下,260cm以下土壤硝态氮含量最高;低的灌溉量使得土壤硝态氮大量累积在0~260cm土层。     

施肥对设施菜地土壤硝态氮累积及pH的影响

在甘肃武威市设施栽培条件下,通过田间小区试验研究了不同施肥量及肥料种类(化肥、有机肥、有机+无机)对设施土壤硝态氮累积、硝态氮在土壤剖面运移及土壤pH值变化的影响。结果表明:施氮量和肥料种类对土壤硝态氮的累积和淋溶均有较大的影响,随施氮量的增加,土壤剖面硝态氮累积量增加,其中对0～20cm土层硝态氮累积量的影响最为显著;在同等施氮量时,单施无机肥处理(NPK)、有机无机肥减半配施处理(1/2MNPK)、单施有机肥处理(M),在40～150cm土层硝态氮的累积量分别为267.33、211.94、125.72kg.hm-2,表明只施用化肥较有机肥、有机肥与化肥配施更易造成土壤硝态氮淋溶并在深层累积。将农户习惯施肥量(MNPK)减半后施用(1/2MNPK)对蔬菜产量没有影响,并且显著减少了硝态氮在土壤中的累积,表明当地农户设施栽培肥料施用量过高,不仅造成肥料利用率低,栽培成本高,还可能给地下水位较浅的地区带来环境污染的风险。此外,土壤硝态氮含量与pH值呈极显著负相关关系,表明硝态氮在土壤中大量累积会造成土壤pH值的下降。     

植物栽培体系消减华北潮褐土残留硝态氮的效果研究

[目的]探讨植物种类与种植制度消减土壤剖面累积硝态氮的效果.[方法]以华北平原潮褐土硝态氮高累积粮田为对象,设置作物、牧草、林木及休闲田间小区试验,采集测定土壤、植株及根系样品,分析几种植物栽培体系消减效果.[结果](1)牧草单作或间作的地上生物量和吸氮量随种植年限增加明显递增,且种植2年后累积显著高于农作物轮作及生草休闲;杨树虽具有极大的生物量,但对氮素吸收在修复次年显著降低,明显低于牧草单作或间作,接近作物轮作和生草休闲.(2)0-200 cm土层硝态氮消减量呈现出杨树<生草休闲<苜蓿、苜蓿+无芒雀麦和作物轮作<苇状羊茅.(3)杨树根区及深层累积硝态氮具有强烈向下淋洗趋势,分别在80-100cm和120-180 cm土层出现峰值,深层硝态氮较种植前向下淋移了60 cm;生草休闲累积硝态氮在剖面中发生一定程度的淋洗且至深层累积.(4)0-100 cm区域植物的根长密度与相应区域土壤硝态氮的消减量具有较好的正相关关系.[结论]在通体高量积累硝态氮的土壤上,可以通过牧草单作或间作实现土壤剖面硝态氮含量快速消减,而且苇状羊茅对深层累积硝态氮提取能力较强,苜蓿在相对长期的修复中具有优势.     

不同施氮水平下深层土壤硝态氮淋失特征研究

通过GeoprobeR深层取土18m,分析了不同施氮水平下厚不饱和层土壤中NO3--N的迁移变化。发现不同施氮处理下NO3--N在一个生育期的淋失变化主要体现在0～4m土体内,土壤中硝态氮累积峰下移深度为0.2～0.6m,高施肥土体中,深层土壤6.7～8m和13～15m土体中也有少量硝态氮淋失,施氮量越高,淋失量和累积量也越高;不同施肥处理下,厚不饱和层土壤中NO3--N累积量变化主要体现4m土体特别是根区土层中,在2m土体内,土体中NO3--N的累积量与施入的氮肥量呈极显著线性关系,根区以下不饱和层中NO3--N累积量超过1800kg/hm2。     

耕层水氮调控对小麦利用土壤深层累积硝态氮的影响

【目的】研究华北平原耕层水氮调控对小麦利用土壤深层累积硝态氮的影响。【方法】设置0、150kgN·hm-22个氮水平和传统灌溉、优化灌溉2种灌水方式,共4个处理:不施氮传统灌溉(N0W1)、不施氮优化灌溉(N0W2)、施氮传统灌溉(N150W1)、施氮优化灌溉(N150W2)。采用15N微区注射技术,布置田间微区试验,将15N标记于110cm土层处。【结果】在本试验条件下,小麦能够吸收注射在110cm处的标记硝态氮;不施氮的传统及优化灌溉、施氮的传统及优化灌溉对深层标记氮的吸收量分别为336.7、900.3、497.4和657.1mg·m-2,利用率分别是8.4%、22.4%、12.4%和16.3%,适当的水氮胁迫有利于小麦对土壤剖面深层标记硝态氮的吸收利用。4个处理80—150cm土层根长密度占总根长密度(0—150cm)的24.4%、32.3%、26.4%和28.2%,氮素不足优化灌溉有利于小麦中下层根系发育。【结论】耕层氮素养分不足及水分适度胁迫促进小麦中下层根系发育,提高小麦对土壤深层硝态氮的利用。     

不同植物轮作提取深层土壤累积硝态氮的效果

【目的】利用不同植物轮作,通过生物修复耗竭深层土壤剖面的累积硝态氮,从而控制集约化粮田过量施氮造成的硝酸盐淋洗。【方法】通过田间试验,比较小麦-玉米轮作、休闲-玉米、小麦-休闲、紫花苜蓿连作、紫花苜蓿+苇状羊茅间作、黑麦-苋菜轮作、黑麦-高丹草轮作、黑麦-甜高粱轮作对土壤剖面硝态氮累积和淋洗的降低效果。【结果】紫花苜蓿、高丹草、黑麦1-2 m土体根系占0-2 m土体总根系的比例最高;黑麦-苋菜、黑麦-高丹草和黑麦-甜高粱处理具有较高的年吸氮量（330-390 kgN•hm-2）;与小麦-玉米传统轮作相比,夏季休闲增加了土壤硝态氮淋洗。经过1年的田间试验,5个修复植物处理0-1 m、1-2 m的硝态氮累积量分别降低124.3和81.2 kgN•hm-2,其中苋菜、甜高粱、高丹草对深层土壤中硝态氮的消减作用较大;甜高粱、高丹草、苋菜种植下1 m处土壤溶液中硝态氮浓度一直处于最低水平,平均仅8.6 mg•L-1。【结论】在本试验条件下,黑麦-高丹草轮作是一年内提取深层土壤累积硝态氮效果最好的种植模式。     

Wetting Patterns and Nitrate Distributions in Layered-Textural Soils Under Drip Irrigation

Laboratory experiments were conducted in different sequence and thickness of the soil layers to investigate the effects of layered-textural soils on wetting patterns and water and nitrate distributions from a surface point source under various combinations of application rate and applied volume. Three layered soils, including a sandy-over-sandy loam (SL), a sandy loam-over-sandy (LS), and a sandy loam-sandy-sandy loam (LSL), and two uniform soils (a uniform sandy loam and a uniform sandy soil) were tested. In the experiments, the application rate was varied from 0.69 to 3.86 L h-1 and the applied volume from 5.7 to 12.1 L. The experimental results demonstrated that the wetting patterns and water and nitrate distributions were greatly affected by the sequence and thickness of soil layers as well as the application rate and volume applied. An interface existing in the layered soils, whether a fine-over-coarse or a coarse-over-fine, had a common feature of limiting downward water movement and of increasing horizontal water movement. For the fine-over-coarse layered soils of LS and LSL, water and nitrate were uniformly distributed at a given depth in the top layer soil. For a coarse-over-fine layered soil of SL, however, water accumulated in the sublayer soil underneath the interface and a zone of lower nitrate concentration was observed. The effect of application rate on water distribution pattern was dependent upon soil layering. A minor influence of application rate on water distribution for the fine-over-coarse layered soils (LS and LSL) than for the uniform soils was found. To obtain a greater wetted depth through selecting the emitters having a smaller application rate, which is a common method in the system design for a uniform soil, may not be necessarily applied for the layered soils.Measurements of nitrate distribution showed that nitrate accumulated toward the boundary of the wetted volume for both the uniform and the layered soils. This suggests the importance of optimal management of drip fertigation because nitrate is susceptible to the movement out of the root zone by mismanagement of fertigation. The information obtained from this research is useful in the design, operation, and management of a drip fertigation system.     

种植玉米与休闲对土壤水分和矿质态氮的影响

【目的】研究不同种植模式下，农田土壤水分和矿质态氮的动态及其相互关系，对优化作物种植方式和养分资源管理，调控农田土壤硝态氮淋溶有重要意义。【方法】在黄土高原南部有大量氮素残留背景的田块上，研究了夏季多雨季节，种植作物与休闲对土壤水分与矿质氮的影响。【结果】在降水（含灌水82 mm）364 mm的夏季，休闲可使0～200 cm土层的贮水量达到600 mm，比播种前高204 mm，比种植作物高39 mm。种植作物的土壤水分可下渗至180 cm深的土层，休闲土壤中则可下渗到260 cm深处。种植作物时0～200 cm土层的硝态氮残留量为78 kg·ha-1，比休闲时减少89 kg·ha-1，且硝态氮主要分布在60 cm以上的土层。休闲时硝态氮却被淋到了220 cm深的土层。【结论】硝态氮向下层土壤的移动显著滞后于水分，夏季种植玉米可有效防止硝态氮向下层土壤的淋移。     

耕层水氮调控对土壤深层累积NO3——N运移及后效的影响

 【目的】在华北平原地区,研究前茬小麦耕层水氮调控对后茬玉米土壤深层累积NO3--N的运移及后效的影响。【方法】设置0（N0）、150 kgN·hm-2（N150）两个施氮水平,同时设传统灌溉（W1）和根据土壤水分监测的优化灌溉（W2）两种方式,采用15N微区注射技术,布置田间微区试验,将15N标记于110 cm土层。【结果】在该试验条件下,小麦收获后标记15N在土壤中总体残留趋势：N0W2＜N150W2＜N150W1＜N0W1,且发生垂直运移,上移30 cm,下移50 cm,除N0W2处理外,其余处理累积峰较标记位置下移30 cm;玉米收获后, 15N主要分布在100—160 cm土层,与前茬比较峰值未出现下移,其中N0W1处理15N 残留量明显减少;玉米对前茬残留的深层15N的利用率N0W1＞N150W2＞N150W1＞N0W2,依次为：5.5%、2.2%、1.7%和1.5%;玉米地上部生物量及总吸氮量均表现为施氮高于不施氮,优化和传统灌溉处理间差异不显著;玉米根系主要分布在0—20 cm土层,且施氮处理根系比例高于不施氮处理,耕层水氮调控影响后作玉米中下层根系发育,N0W1处理80—150 cm土层根长密度明显高于其它处理。【结论】耕层适度节水减氮有利于后茬作物根系下扎,促进其中下层根系的发育,进而促进其对深层累积NO3--N的吸收利用;耕层供氮及传统灌水加剧了硝态氮在深层的累积,对地下水安全造成威胁。     

河北平原区农田硝态氮分布规律研究

通过在冉庄实验站进行耕作与非耕作对比田间试验,获得河北平原区土壤中硝态氮的空间分布规律。结果表明:土壤中硝态氮主要来自施肥,硝态氮的分布受降水、灌溉影响很大,氮肥深层淋溶现象明显。玉米生育期土壤中硝态氮含量随深度变化较大,呈现双峰现象。根层土壤(0～100cm)硝态氮含量随深度增加,在80～100cm呈现第1个峰值,在200cm左右出现第2个峰值,且较前1个峰值更大。第1个峰值主要是玉米苗期施肥所致,第2峰值是小麦生育期施肥随雨季降水下移所至。350cm土层以下土壤含氮量随深度减少并稳定在20mg/kg左右。不同耕作条件下土壤硝态氮的分布情况差别明显,耕作区的土壤中硝态氮的含量远高于非耕作区,并且在深层土壤中仍有分布。为此,提高氮肥利用效率并减少氮素对水体的污染需从施肥灌溉管理方面采取措施。     

Long Term Effects of Farming System on Soil Water Content and Dry Soil Layer in Deep Loess Profile of Loess Tableland in China

Soil water is strongly affected by land use/cover in the Loess Plateau in China. Water stored in thick loessal soils is one of the most important resources regulating vegetation growth. However, soil water in the deep loess profile, which is critical for maintaining the function of the “soil water pool” is rarely studied because deep profile soil samples are difficult to collect. In this study, four experimental plots were established in 2005 to represent different farming systems on the Changwu Tableland: fallow land, fertilized cropland, unfertilized cropland, and continuous alfalfa. The soil water content in the 15-m-deep loess profiles was monitored continuously from 2007 to 2012 with the neutron probe technique. The results showed that temporal variations in soil water profiles differed among the four farming systems. Under fallow land, the soil water content increased gradually over time, first in the surface layers and later in the deep soil layers. In contrast, the soil water content decreased gradually under continuous alfalfa. The distributions of soil water in deep soil layers under both fertilized and unfertilized cropland were relatively stable over time. Thus farming system significantly affected soil water content. Seven years after the start of the experiment, the soil water contents in the 15-m-deep profiles averaged 23.4% under fallow land, 20.3% under fertilized cropland, 21.6% under unfertilized cropland, and 16.0% under continuous alfalfa. Compared to measurements at the start of the experiment, both fallow land and unfertilized cropland increased soil water storage in the 15-m loess profiles. In contrast, continuous alfalfa reduced soil water storage. Fertilized cropland has no significant effect on soil water storage. These results suggest that deep soil water can be replenished under the fallow and unfertilized farming systems. Dry soil layers (i.e., those which have soil water content less than the stable field water capacity) in the subsoil of the Changwu Tableland region can be classified as either temporary dry soil layers or persistent dry soil layers. Temporary dry soil layers, which typically form under annual crops, often disappear during wet years. Persistent dry soil layers generally develop under perennial vegetation. Even after removing the vegetation, persistent dry soil layers remain for several decades. This study provides information useful for the conservation and utilization of soil water resources in the Loess Tableland.