不同施肥方式对毕节烟田土壤硝态氮淋失的影响
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摘 要：为探讨不同施肥方式对毕节烟田土壤硝态氮淋失的影响，通过盆栽试验，对6种肥料配比下土壤氮素养分淋失规律进行了研究。结果表明，有机肥与无机肥配合施用，能显著降低土壤渗滤液中可溶性总氮的含量，减少硝态氮的淋溶；同时，不施肥和不施无机氮肥处理土体内硝态氮含量与试验前相比有所降低，而有机无机肥配合施用的处理收获后土体内的硝态氮含量增加。在试验处理的氮素水平范围内，有机氮肥施用量与硝态氮淋失量之间具有明显的线性关系。
关键词：烟田土壤；淋溶；硝态氮；施肥
中图分类号：S147 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.01.008
Abstract：A pot experiment with six fertilizer treatments was carried out to study the effects of varrious fertilization on nitrate nitrogen leaching in tobacco soil of Bijie. The results showed that the combined application of organic and inorganic fertilizers could significantly reduce content of soluble total nitrogen in soil leachate. Compared to the previous， the content of soil nitrate nitrogen decreased in no fertilizer and non-application of inorganic fertilizer treatments and increased in combined application of organic and inorganic treatment. A significant linear relationship existed between the amount of organic nitrogen fertilizer and nitrate nitrogen leaching.
Key words： tobacco soil； leach； nitrate nitrogen； fertilization
氮素是植物生长必需的矿质养分，对烟草的生长发育起着重要的作用[1]。合理的氮素供应，对烟草农艺性状、生育期、产量、产值、均价、上等烟比例、外观质量等都有较好的影响。因此，氮肥的正确施用对提高烟叶品质、增加烟叶产量非常重要。但是，肥料施入土壤后，其中可被植物直接吸收利用的硝态氮因其带负电荷，不易被土壤胶体吸附，不仅容易造成渗漏损失，降低氮肥利用率，而且还会加大农田环境风险，其造成的地下水污染尤为显著。农田养分淋失是养分损失的主要途径之一，施入土壤中的肥料大约30%～50%经淋溶而进入地下水[2-3]，氮、磷、钾等富营养物质随径流流失，是形成农业非点源污染的主要来源。一般情况下，土壤剖面中硝态氮的残留随施氮量的增加而增加，并存在明显的淋失[4-5]。有研究指出[6]，施用有机肥可以降低硝态氮的积累峰值，并降低土壤深层硝态氮的积累。还有研究表明，施氮能够显著降低土壤氮素矿化量，且施氮时期越晚，土壤净矿化量越低，同时也可以减小后期土壤氮素矿化对烟叶品质造成的不利影响[7]。
本试验以贵州毕节烟田土壤为研究对象，分析几种施肥方式对土壤氮素淋失的影响，旨在为指导毕节烟田土壤养分管理提供参考。
1 材料和方法
1.1 材 料
供试烤烟品种为云烟87。
1.2 方 法
2014年5―11月，试验在重庆市农业科学院国家蔬菜改良中心重庆分中心（白市驿九里）连栋温室进行。供试土壤来自毕节市金沙县西洛乡阳灯村开化组的紫色土，土壤基本理化性质为：有机质18.55 g・kg-1，速效钾311 mg・kg-1，有效磷13.2 mg・kg-1，铵态氮5.42 mg・kg-1，硝态氮11.28 mg・kg-1，pH值5.28，田间持水量23.77%，试验以盆栽形式开展，盆高40 cm，直径40 cm，每盆装土20 kg。肥料处理如表1所示。
试验设置了6种肥料配比，每个处理4次重复，每盆栽烟一株，共24盆，同时在试验地左右两侧分别设置了保护行，以减少试验所受到的环境干扰。除处理1之外，其余处理总的施氮量相等（是通过增减施用油枯的量来保持总氮量一致）。肥料中的无机肥和有机肥各以50%的比例作为基肥施入，剩余的肥料于基肥施入后20 d以追肥的形式随水施入。烟苗2叶1心时（苗龄45 d左右）移栽，当烟株生长进入成熟期后，根据其叶片成熟度适时采收，并进行土壤样品和土壤渗滤液的采集。
1.3 测定项目及方法
土壤渗滤液的采集使用土壤溶液取样器，通过负压将土壤渗滤液收集入取样瓶中，在现场过0.45 μm的微孔滤膜后置入聚乙烯塑料瓶内，并加入1滴饱和HgCl2，立即运回实验室，测定可溶性总氮（TSN）、硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）含量，可溶性有机氮（SON）（可溶性总氮（TSN）-硝态氮（NO3―N）-铵态氮（NH4+-N））。与抽取土壤溶液同步在土壤溶液取样器附近采集土壤样品，风干后磨碎，过直径为1 mm筛子，称取10 g样品，加入40 mL 1 mol・L-1的KCl浸提，离心机离心30 min后用流动分析仪（SEAL-AA3）测定硝态氮含量。
式中，Kθ为非饱和导水率（mm・d-1）（其计算参照Van Genuchten提出的公式进行）；Ks为饱和导水率（cm・d-1）；θ为土壤在一定时间段土壤含水量；θr为土壤残留含水量；θs为饱和土壤含水量；m是由水分特征曲线所计算得到的水力学参数；H为土壤水分基质势，通过张力计测定；C为土壤溶液中硝态氮的|量浓度（mg・L-1）。
2 结果与分析
2.1 不同肥料配比对土壤渗滤液中可溶性总氮含量的影响
由图1可知，土壤渗滤液中可溶性总氮含量T6处理最高，为18.5 mg・kg-1，高出各处理平均值54.6%；未施肥的T1处理最低，为2.1 mg・kg-1；其中，T6，T5处理土壤渗滤液中可溶性总氮含量显著高于T2，T3，T4处理，未施肥的T1处理则显著低于其他各处理。而T6，T5处理之间和T2，T3，T4处理之间差异显著。在施氮总量相同的情况下，未施用有机肥的T6处理，分别比施用了有机肥的T2，T3，T4，T5处理其土壤渗滤液中可溶性总氮含量的平均值提高了32.7个百分点，同时随着各施肥处理中有机氮比例逐渐增加，土壤渗滤液中可溶性总氮含量在逐步降低，从T5处理到未施用无机氮素的T2处理，土壤渗滤液中可溶性总氮含量下降了近40%，而施入土壤中的氮素全由无机氮构成的T6处理和氮素全由有机氮构成的T2处理相比，前者土壤渗滤液中可溶性总氮含量为后者的2倍左右。说明有机肥与无机肥配合施用，能显著降低土壤渗滤液中可溶性总氮的含量，减少氮素的淋溶损失。
2.2 土壤渗滤液中氮素的主要形态
由图2可知，在各个施肥处理中，NH4+-N所占土壤渗滤液中的比例均较低，其最高含量出现在T4处理，也仅为2.18 mg・L-1，并未超过该处理土壤渗滤液氮素构成的20%；未施肥的T1处理NO3--N所占比例最高，为70.5%，相应地其SON所占比例最低，为20.3%；而未施用有机肥的T6处理，在各施肥处理中NO3--N所占比例最高。由土壤渗滤液中主导的氮素形态来看，T2，T3，T4，T5处理主要是SON占主导地位，而T6和T1处理是NO3--N占主导地位。也就是说，不施用有机肥的处理土壤渗滤液中的主要氮素形态是NO3-―N，而有机无机肥配合施用处理中，土壤渗滤液中的主要氮素形态是SON。同时，在各施用有机肥的处理当中，随着施用氮素中有机形态氮的比例增加，其土壤渗滤液中可溶性有机氮所占的比例亦相应提高。说明有机无机肥的配合施用不仅能够减少总的氮素淋失，还能通过改变无机氮与有机氮转化的平衡，使本该以硝态氮形式淋溶损失的氮素变成可溶性有机氮的形式淋出土体，减少硝态氮的淋溶，降低环境风险。
2.3 不同肥料处理土壤中硝态氮的含量
从图3可以看出， T3处理的土壤硝态氮含量最高，为16.34 mg・kg-1，未施肥处理T1土壤硝态氮含量最低，为6.44 mg・kg-1。施用了无机氮肥的处理中，随着有机氮所占比例的提高，土壤中硝态氮的含量逐渐增加。其中，T3，T4，T5处理土壤硝态氮含量显著高于T6，而T6处理土壤硝态氮含量显著高于未施用无机氮肥的T1和T2处理。对比试验开始前土壤硝态氮的本底值可以发现， T3，T4，T5，T6处理土壤硝态氮含量都有所上升，而T1，T2处理土壤硝态氮含量则出现了明显的下降趋势。说明通过调整肥料中有机氮和无机氮之间的比例，能够改变土壤中硝态氮的盈亏平衡点，而这个平衡点出现在处理T2和T3之间；意味着对当前的氮肥施用量来说，能够通过氮肥中有机无机氮素的比例调整，在满足烟株正常产量的情况下，减少总的氮素施用量；在提高肥料利用率的同时减少可溶性氮素损失，降低环境风险。在各施用有机肥处理中，T2处理的土壤硝态氮含量显著低于其他各处理，几乎同不施肥处理达到同一水平，可能是因为该处理施入土壤中的有机氮比例较大，矿化形成的无机氮尚不足以满足烟株生长所需，使得土壤硝态氮含量比试验前有了较大的亏缺。
2.4 不同肥料处理土壤硝态氮淋失量
为了比较不同处理条件下硝态氮淋失的强弱，利用Darcy定律计算出各处理的硝态氮淋失量[8-9]。由图4可知，T6处理硝态氮淋失量为7.14 kg・hm-2，在所有肥料配比中为最高。在各施肥处理中，硝态氮淋失量平均为6.03 kg・hm-2，比不施肥处理高出92.3%。而有机无机肥配合施用的处理，其硝态氮淋失量平均值比单施无机氮肥的处理降低了24.3%。同时，在各有机无机配合施用的处理中，随着有机氮素所占比例的提高，硝态氮淋失量随之降低。为了分析有机肥的施用量与硝态氮淋失量之间的关系，以有机氮素的施用量为x，硝态氮淋失量为y，建立回归方程，得到y=-0.438x+2.334（R2=0.988 6）。意味着在试验处理的氮素水平范围内，有机氮素与硝态氮淋失量之间具有明显的线性关系。说明增施有机肥能改善土壤理化性状，提高土壤对肥料的固持能力，从而减少硝态氮的淋失量。
2.5 不同肥料处理氮素的肥料利用率
由图5可知，有机无机配合施用的处理其氮素的肥料利用率明显高于单施有机氮或单施无机氮处理，其肥料利用率均超过50%；单施无机氮的T6处理和单施有机氮的T2处理，其氮素的肥料利用率分别为30.7%和23.4%。造成肥料利用率差异的主要因素来源是烟株中氮素含量的差异，说明有机无机肥配合施用不仅能减少土体中氮素的淋溶损失，还能够通过有效地促进烤烟对氮素的吸收来减少氮素损失，从而提高氮肥的利用效率。
3 结论与讨论
氮肥用量直接影响农田氮素淋失量和淋失强度[10-11]，同等管理条件下，氮肥用量是制约农田氮素渗漏损失的主要因素，随氮肥用量的增加，硝态氮淋失量显著增大。因此，科学施肥一方面可提高烟叶产量和品质，同时还能降低生产投入，减少肥料流失对环境污染[12]。本研究结果表明，有机肥与无机肥配合施用，不仅能显著降低土壤渗滤液中可溶性总氮的含量，还能通过改变无机氮与有机氮转化的平衡，使本该以硝态氮形式淋溶损失的氮素变成可溶性有机氮的形式淋出土体，减少硝态氮的淋溶，这与吴永成等[13]的研究结果相似。同时，不施肥和不施无机氮肥处理土体内硝态氮含量与试验前相比有所降低，而有机无机肥配合施用的处理收获后土体内的硝态氮含量增加，且随着有机氮施用量增加而增加。以有机氮素的施用量为x，硝态氮淋失量为y，建立回归方程：y=-0.438x+2.334（R2=0.988 6）。表明在试验处理的氮素水平范围内，有机氮素与硝态氮淋失量之间具有明显的线性关系，说明增施有机肥能改善土壤理化性状，增加表面能，提高土壤对肥料的固持能力，从而减少硝态氮的淋失量。同时，有机无机肥配合施用不仅能减少土体当中氮素的淋溶损失，还能够通过有效地促进烤烟对氮素的吸收来减少氮素损失，提高氮肥的利用效率。总的来说，施用有机肥能够有效地降低土壤当季可溶性氮素的损失，但是增加了有机氮的矿化量，提高了氮素淋失的潜在风险，需要通过提前{整下一季的肥料用量来进行规避。
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