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施肥方式对土壤中氮固持作用的影响研究

2020-06-01 07:47:32 《南方农业·下旬》 2020年1期

贺俊 衡圆圆 曾锦 郑昊 张馨元

摘 要 为解决云南省玉溪市江川区抚仙湖流域的面源污染问题,减少种植过程中氮磷随地表径流流失对水体造成污染,寻找一种环境友好型的施肥模式,研究了玉米种植过程中几种不同施肥方式对地表径流氮磷流失的影响。结果表明:在相同施氮量下,不施肥组(CK)产量最低,生物炭加沼肥(E)处理产量最高。各处理铵态氮和硝态氮流失总量占总氮含量的11.93%~21.68%。生物炭加沼肥处理与几种普通施肥方式相比,更有助于促进作物生长,减少了氮磷流失量,能够有效减少地表径流中的氮磷流失量。

关键词 固持能力;生物炭;氮磷流失;抚仙湖流域

如何协调土壤中氮素的供应以及土壤中微生物所含氮素以及氮素转化的关系是一个值得研究的问题。土壤对氮的固持作用是减少氮流失以及提高土壤肥力的重要因素。生物炭特殊的物理化学性质,使其成为一种优质高效的吸附性材料。从生物炭的结构上看,生物炭的疏松多孔结构比表面积大,具有超强的吸附能力。从化学性质上看,生物炭富含多种化学官能团,能与阴阳离子发生螯合配位作用,使其也保持良好的吸附特性[1]。化肥和沼肥配施对作物产量的影响已有一些报道[2-3]。本试验通过在抚仙湖流域种植玉米,研究几种常规施肥方式和添加生物炭施肥方式进行比较,明确其土壤对不同形态外源碳素的固持与转化的影响;准确测算通过地表径流途径流失的氮元素,明确种植业污染源排放量,为抚仙湖流域玉米种植的氮减排提

供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区域和供试土壤

在抚仙湖流域进行定点大田试验,试验区土壤为旱地红壤。试验开始前,开展基础土壤样品采集,除去明显的植物、根和石头,每个样品量不少于10 kg,然后将土壤风干并过筛,冷冻保存。表1为试验区土壤的基本理化性质。

1.2 试验设计

监测点位于云南省玉溪市江川区抚仙湖流域,总面积为920 m2,检测区为矩形,面积为36 m2,小区长宽比为9∶4,共18个监测小区。小区周围设有保护行,保护行宽2 m。小区底部、监测中央设置径流收集池,长2 m,宽1 m,高1.5 m,每个径流收集池间设置防渗墙,防止小区之间串水。实验设置6个处理,每个处理重复3次,具体如表2、表3所示。

1.3 田间管理

种植试验历时100 d。玉米品种为雪妃9 000,施入基肥后翻耕土壤使肥料混合均匀后起垄,垄的高度为15~20 cm,垄台顶部的宽度为10 cm左右,垄台底部的宽度为30 cm左右,垄的症状为梯形,上细下粗,以株距0.3 m、行距0.6 m進行幼苗移栽。按照当地传统的耕作模式进行浇水、施肥、除草等田间管理模式。玉米成熟时及时采收,对于长势不整齐的地块分期采收,对每个处理进行分区计录产量,记录相应指标,分别称量生物学产量和经济学产量。

1.4 地表径流的采集和分析

降雨后并在径流池中产生径流水后,记录径流量后采集径流水样。收集水样后及时将池中径流水排放干净,再将遮挡板盖好防止雨水进入池内,通过径流量和径流水中的各成分浓度来计算地表径流氮磷损失强度。

1.5 作物氮磷流失量和流失率

2 结果与分析

从地表径流的总氮流失总量来看,从大到小依次是F处理>B处理>D处理>C处理>E处理>CK处理,施用生物炭加沼肥处理可以显著降低地表径流总氮含量的流失量,氮损失率和流失量整体趋势一致,F和B处理总氮流失量显著高于其他处理;而D处理也显著高于E处理和CK处理,说明施加沼肥对地表径流中总氮的流失量也具有降低的作用,并且生物炭加沼肥的配施能够最大程度地降低地表径流中的总氮含量,对地表径流中的总氮含量有一定的控制作用。与F处理相比,CK、B、C、D、E处理的总氮流失量分别降低了4 499.81 g·hm-2、999.46 g·hm-2、2 119.17 g·hm-2、1 469.9 g·hm-2和3 359.36 g·hm-2,即分别降低了54.8%、12.17%、25.81%、17.90%和40.92%。另外,地表径流中铵态氮和硝态氮的流失特征与总氮基本一致。与CK处理相比,B、C、D、E、F处理的硝态氮分别增加了78.42%、63.57%、64.70%54.76%和77.29%,铵态氮流失总量分别增加了59.62%、51.27%、56.78%、52.03%和67.53%。从硝态氮的流失量来看,B处理和F处理间无显著差异但显著高于其余处理,C处理和D处理之间也无显著差异。E处理的硝态氮在施肥处理总流失量最低。在铵态氮流失量中,F处理显著高于其余处理,B处理和D处理间无显著差异,但要高于C处理、E处理和CK处理,C处理和E处理之间无显著差异并且是施肥处理中铵态氮流失量最低的两种,由此可以表明生物炭加沼肥的施肥方式能够降低土壤中氮损失的风险。

3 结论

沼肥加化肥以及生物炭加沼肥的施肥模式可以提高土壤的氮肥利用率,其中生物炭加沼肥的施肥模式能够将大部分施入的氮肥固持在土壤中,对土壤氮素的稳定持续供应有一个很好的提升,提高了作物产量和氮素利用率。生物炭加沼肥的施肥模式对氮磷随地表径流有较大的控制作用,利用其团聚体的稳定性,加大对土壤中氮的固持作用,减少硝态氮和铵态氮的流失,对地表氮磷流失这一条主要途径起到了一定的抑制作用,减少了水体的富营养化。综上所述,在抚仙湖流域种植玉米采用生物炭加沼肥的施肥方式能够保证作物产量的同时降低地表径流中氮磷的流失量,减少河流中氮磷的摄入量,缓解水体富营养化,是一种环境友好型的施肥模式。

参考文献:

[1] 王宁,侯艳伟,彭静静,等.生物炭吸附有机污染物的研究进展[J].环境化学,2012(3):287-295.

[2] 刘守龙,童成立,吴金水,等.等氮条件下有机无机肥配比对水稻产量的影响探讨[J].土壤学报,2007,44(4):106-122.

[3] 董春华,高菊生,曾希柏,等.长期有机无机肥配施红壤稻田水稻产量及土壤有机碳变化特征[J].植物营养与肥料学报,2014,20(2):336-345.

(责任编辑:赵中正)