蒋 雯，黄程鹏，姚宇清，汪玲玲，杨 哲，陈海良，金俊捷，吴家森，姜培坤

（浙江农林大学 环境科技学院，浙江 临安 311300）

山核桃林土壤养分渗漏动态变化规律研究

蒋 雯，黄程鹏，姚宇清，汪玲玲，杨 哲，陈海良，金俊捷，吴家森，姜培坤*

（浙江农林大学 环境科技学院，浙江 临安 311300）

研究了常规经营下山核桃林土壤养分的渗漏流失规律。结果表明：山核桃渗林漏水中可溶性氮流失是氮素渗漏流失的主要形式，平均可溶性氮含量为10.17 mg/L，占全氮含量的86.3%，其中可溶解性氮峰值达到17.56 mg/L;总磷、可溶性磷平均含量分别为0.65、0.45 mg/L；阳离子渗漏流失c(Ca2+) ＞ c(K+) ＞ c(Mg2+) ＞ c(NH4+)；施肥影响渗漏水中养分的浓度，6月初施肥后，各养分输出动态过程可以分为前期浓度出峰期和后期浓度下降稳定期，直至8月底再次施肥，N浓度明显升高，P浓度则不变。

山核桃；养分渗漏；施肥

近年来，国内外学者对土壤养分损失的途径、机制和影响进行了许多研究，其中氮渗漏流失是农田系统中氮素损失的重要途径之一[1]，但对于林地养分的渗漏流失的报道则较少见。山核桃作为浙江省农业经济发展的支柱产业之一，随着经营强度的加大，林下灌木、草本已经基本毁损殆尽；再加上山核桃大多生长于坡度超过25º的山坡，土层薄，土壤保水、保肥性差，传统的施肥方式多为直接撒于林下，为了增产增收，林农过量施用化肥[2]，如临安岛石镇山核桃林地土壤有效磷含量平均达14.8 mg/kg，是10年前的5倍。

土壤中的养分通过径流损失和渗漏损失进入到土壤、地下水、湖泊、河流等周边生态环境中，对生态环境造成不同程度的污染和破坏。作为植物营养与水分供应的主要来源——渗漏水在降雨量大的地区，土壤渗透性强、阳离子交换量低，则其损失就是肥料损失的重要途径之一[3]。山核桃根主要分布在10 ～ 30 cm砂质土层，以30 cm作为山核桃根群系统界限，以下则视为损失。笔者就常规施肥下，在浙江省临安市山核桃主产区，通过埋设土壤溶液采集器采集渗漏水，定位监测和研究了山核桃林系统中养分渗漏流失的动态变化，探明山核桃面源污染的形成机理，为山核桃合理施肥和面源污染控制提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于浙江省临安市横路乡谢家桥村（119° E，30° N），属中纬度北亚热带季风气候，全年降水量1 628 mm，年平均气温为15.8℃，7月为最热月，平均28.1℃，1月为最冷月，平均3.4℃，极端高温41.9℃，极端低温-13.3℃。年均日照时数1 939 h，无霜期234 d。土壤为砂壤土，pH 5.35，有机质含量为21.52 g/kg，碱解氮含量为122.02 mg/kg，有效磷含量为11.23 mg/kg，速效钾含量为28 mg/kg。

1.2 试验设计

选择山核桃林（郁闭度为0.8，树龄30 a，密度600株/hm2）为试验林分，在土壤条件和山核桃经营管理一致的同一坡面上设置8个标准地，坡度36°，坡向西南坡。标准地的施肥采用常规施肥，年施640 kg/hm2的复合肥（N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15），于6月初和8月底分别施用肥料总量的50%。2010年6月2日在标准地中间，挖掘土壤剖面设置渗滤水采集器，采集器的截水板均按离地表30 cm的深度埋设，水样通过联接在渗滤水采集器后壁排水孔上的塑料管，流入预先埋在剖面坑底部的塑料桶中[4]。同时在试验地周边布置雨量筒，测定降雨量。于同年6月上旬开始至11月结果，每次降雨后收集塑料桶中水、泥沙混合样，量测体积并及时带回实验室经定量滤纸初步过滤后测定水化指标。

1.3 分析方法及数据处理

将初步过滤的水样分成2份，一份用0.45 μm滤膜抽滤，用于测定可溶性氮（DN）、可溶性磷（DP）、硝态氮（NO3

--N）以及铵态氮（NH4+-N）、亚硝态氮（NO2-N）、钠盐（Na+）、镁盐（Mg2+）、钙盐（Ca2+）、钾盐（K+）、氟盐（F-）、氯盐（Cl-）、正磷酸盐（PO43-）、硫酸盐（SO42-）含量；另一份样品不抽滤，用于测定总氮（TN）、总磷（TP）。碱性过硫酸钾消解—紫外分光光度法测定DN和TN；过硫酸钾消解—钼锑抗比色法测定DP和TP；NO3--N、NH4+-N、NO2-N、Na+、Mg2+、Ca2+、K+、F-、Cl-、PO43-、SO42-在ICS-1500离子色谱分析仪上测定。

所有数据均用Microsoft office Excel 2003软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 山核桃林土壤渗漏水氮的动态变化

2.1.1 渗漏水中全氮和可溶性氮的动态变化 山核桃林渗漏水中全氮、可溶性氮的动态变化见图1。6-7月全氮、可溶性氮均呈现前期浓度出峰期以及后期下降稳定期，初期全氮、可溶性氮的浓度相对较小，可能是由于化肥的分解转化过程复杂、周期较长所致，以及部分肥料滞留在土壤表层。而后浓度到达峰值，伴随着土壤趋向“平衡态”，土体吸附的氮总量减少，相应其流失量也随之下降。直至7月底，这时由于林农除草，破坏了土壤的地表覆盖，随之而来，土壤稳态被打破，微生物活动的增强，使得氮由吸附态向游离态转变，氮素流失增强。8月底的施肥使全氮、可溶性氮又一次呈现低—高—低的趋势。

图1 渗漏水中全氮、可溶解性氮的动态变化Figure 1 Dynamic Changes of total nitrogen and dissolved nitrogen in soil percolating water

山核桃渗漏水中可溶性氮流失是其渗漏流失的主要形式，平均可溶性氮含量为10.17 mg/L，占全氮含量的82.3%。

2.1.2 山核桃林渗漏水中不同形态的氮的动态变化

2.1.2.1 硝态氮的动态变化 施加复合肥对于渗漏水中硝态氮浓度有较明显的作用（图2），硝态氮含量也在6月22日达到峰值13.41 mg/L，之后逐渐下降，仓恒瑾等人的研究结果也呈现相应的规律[6～8]，7月24日之后又一次回升，在9月3日又一次达到高点，之后逐渐下降。究其原因开始时化肥中的N硝化进程迟缓，在十月中旬由于矿质化程度降低，导致硝态氮含量降低，呈现一定的季节性。6-11月硝态氮渗漏流失为氮渗漏流失的主要形式其占全氮渗漏流失的51.41% ～99.43%。

2.1.2.2 铵态氮的动态变化 由图2可知，化肥施入山核桃林土壤后，使其渗漏液铵态氮浓度迅速增加，其峰值出现在最初阶段为6.83 mg/L，随后很快下降，在第二次观测时铵态氮含量降低将近50%，随后逐渐趋于平衡，浓度在0.51 ～ 2.08 mg/L范围内。这与万红友等人所发现规律相近[9]。究其原因，一方面由于土壤颗粒带负电，铵态氮带正电，所以土壤颗粒对铵态氮有一定的吸附能力；另一方面，当土壤对铵态氮的吸附量达到最大值时，即土壤对铵离子的吸附达到饱和时，在入渗水流的作用下铵态氮渗漏流失也很严重。然而2次施肥后铵态氮变化不大，这是由30 cm土层稳定性决定的。

由图2可知，一般情况下渗漏水中的硝态氮 ＞ 铵态氮 ＞ 亚硝态氮。硝态氮与亚硝态氮的动态变化基本一致，出现的峰值相对于铵态氮滞后。这可能是因为土壤对铵盐的吸附达到饱和之后，由于较高浓度的含铵态氮溶液对其硝化作用具有一定的抑制作用。在没有任何干扰下，各种形态的氮渗透量随时间逐渐减小。

山核桃林渗漏水中的氮浓度，会出现两个峰值，应当适当加以重视。一般出现在施肥后的7 d内，以及林农除草阶段。

图2 渗漏水中亚硝态氮、硝态氮、铵态氮的动态变化Figure 2 Dynamic changes of different forms nitrogen in the soil percolating water

2.2 山核桃林土壤渗漏水磷的动态变化

山核桃林中的总磷和可溶性磷在施肥初期均达到最大值，见图3。第一次所采集的样品中总磷为1.37 mg/L，可溶性磷为1.19 mg/L，随后逐渐降低，18 d后水样可溶性磷和总磷，除小幅波动外，均趋于稳定。这种情况应当是水中磷素逐渐向土壤中迁移固定的结果。这与万红友、张志剑等人研究发现的规律相近[9～10]。8月总磷浓度持续下降，而可溶性磷的升高，证明了表层除草，对土层下30 cm的总磷浓度影响较小，而对磷的解吸起着促进作用。

6-11月，总磷、可溶性磷平均含量分别为0.65、0.45 mg/L。SHARPLEY认为，进入湖泊或受纳水体的河流中总磷量不超过0.05 mg/L，湖泊或受纳水体中的总磷量不超过0.025 mg/L，才能控制水体的富营养化[11]。而山核桃林渗漏水中总磷、可溶性磷均超过临界值，应当引起重视。渗漏水中可溶性磷占总磷含量的69.82%，可溶性磷为磷渗漏流失的主要形式，这与单保庆、陈利顶等人研究不符[12～13]。

由图3可知，6-11月，渗漏水中正磷酸盐的含量在0.003 ～ 0.445 mg/L，可能是由于受pH、土壤质地、总磷含量、降雨量以及磷的解吸能力的综合影响，导致正磷酸盐与总磷、可溶性磷不呈线性关系。

图3 渗漏水中可溶性磷、全磷、正磷酸盐的动态变化Figure 3 Dynamic changes of dissolved phosphorus, total phosphorus and orthophosphate in the soil percolating water

2.3 山核桃林渗漏水中不同盐类的动态变化

2.3.1 土壤渗漏水中氟盐的动态变化 由表1可知，6-11月，土壤渗漏水中氟盐浓度差异性不大，浓度变化呈现相对稳定，其流失量在0.26 ～ 0.53 mg/L范围内，可见施肥并未改变山核桃土壤氟盐的渗透量。

2.3.2 土壤渗漏水中氯盐的动态变化 由表1可见，6-11月氯盐浓度由最初的4.37 mg/L逐渐下降，最终趋于相对平衡。这是因为氯离子是化肥中的常见离子，且残留在土壤中的氯离子常以离子态存在。

2.3.3 土壤渗漏水中硫酸盐的动态变化 由表1可见，6-11月，山核桃林土壤渗漏水硫酸盐浓度的动态变化规律与氯盐相似。硫酸盐浓度由最初的12.45 mg/L迅速下降，最终稳定在3.77 ～ 7.48 mg/L范围内。可见硫酸盐与土壤的亲和力大于氯化物。这与李成保等人的研究结果相吻合[14]。化肥中的氯离子、硫酸根离子等强酸性阴离子的施入导致土壤pH下降，改变土壤物理性状，影响了土壤微生物活动。

2.3.4 土壤渗漏水中钾盐、镁盐、钙盐的动态变化 由图4可知，钙盐流失强度最大，钾盐流失强度中等，镁盐流失强度最小。这与毛竹木荷混交林和常绿阔叶林以及长白山的红松—云杉林的情况基本一致[15～16]。施肥后，渗漏水中的钾、镁、钙盐均有提高，这可能是因为施用大量化肥，使养分输入量大大超过其需求量，土壤阳离子损失急剧增加。6-11月，三者动态变化规律基本一致，其中渗漏水中钙、镁、钾盐淋失浓度最高值分别为23.66、6.83、15.19 mg/L，最小值分别为4.80、0.27、3.34 mg/L，平均值分别为12.84、4.11、7.5 mg/L。

表1 渗漏水中氟盐、氯盐、硫酸盐浓度动态变化Table 1 Dynamic changes of villiaumite, chloride and sulfate in the soil percolating water mg·L-1

2.4 降雨与土壤渗漏水特征的关系

降雨量是决定土壤中淋洗特征产生与否的最主要因素。由图5可知，降雨量的大小与山核桃林地渗漏水量的多少呈明显相关关系。经计算得到渗漏水量与降雨量的回归方程为y = 8.733 3x+0.475 4，R2= 0.639 6，呈现显著正相关关系。这可能是土壤质地为砂壤土，除一部分降雨量随径流流失外，大部分以渗漏水的形式存在。通常来说降雨是土壤养分流失的动力，土壤中养分，尤其是速效养分，在雨水的淋洗下极易溶解于水中随水流失。本试验结果显示，除钙镁元素，其他养分均与降雨量呈现负相关关系，这可能是由于降雨稀释效应强于淋溶解吸所致。

图4 土壤渗漏水中钾盐、镁盐、钙盐的动态变化Figure 4 Dynamic changes of sylvite, magnesium and calcium salt in the soil percolating water

图5 降雨量与土壤渗漏水量的关系Figure 5 The relationship of rainfall and soil water leakage

3结论

3.1 山核桃林土壤渗漏水氮的流失现状

山核桃土壤中渗透水中的总氮、可溶性氮、硝态氮、亚硝态氮均呈现相近的规律，均呈现前期浓度出峰期以及后期下降稳定期，但滞后于铵态氮，并在2次施肥后浓度逐渐趋向由低—高—低，因此对施肥后N素流失进行监控显得极其重要，以防止地下水污染。而铵态氮，在化肥施入土壤后，其浓度迅速增加，然后逐渐下降趋于平衡。一般情况下渗漏水中的硝态氮 ＞ 铵态氮 ＞ 亚硝态氮。6-11月，渗漏水中硝态氮平均含量为7.7 mg/L，占全氮的65.25%，故硝态氮的流失是渗滤流失的主要形式。

3.2 山核桃林土壤渗漏水磷的流失现状

山核桃林中的总磷和可溶性磷在施肥初期均达到最大值，随后逐渐降低，18 d后水样可溶性磷和总磷，除小幅波动外，均趋于稳定。总磷、可溶性磷平均含量分别为0.68、0.56 mg/L。

3.3 山核桃林渗漏水中不同离子的流失现状

6-11月，土壤渗漏水中氟盐浓度变化呈现相对稳定，浓度范围分别在0.26 ～ 0.53 mg/L。山核桃林土壤渗漏水硫酸盐浓度的动态变化规律与氯离子相似，都是化肥施入土壤后，其浓度迅速增加，继而逐渐下降趋于平衡。6-11月，两者渗漏流失平均浓度分别为12.46、2.53 mg/L。化肥施用，导致土壤中氯离子、硫酸根离子等强酸性阴离子的增加，使得土壤pH下降，就这一点来讲也应该控制化肥的施入量。

山核桃土壤渗漏水中c(Ca2+) ＞ c(K+) ＞ c(Mg2+)，三者动态变化规律基本相近，其平均浓度分别为12.84、7.5、4.11 mg/L。

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Dynamic Changes of Soil Nutrients Leaching in Different Hickory Stands

JIANG Wen，HUANG Cheng-peng，YAO Yu-qing，WANG Ling-ling，YANG Zhe，CHEN Hai-liang，JIN Jun-jie，WU Jia-sen，JIANG Pei-kun
（School of Environmental Science and Technology, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China）

Laws of soil nutrients leaching were researched in different hickory stands with common fertilization. Results showed that dissolved nitrogen was the predominant N form in soil percolating water. Average content of dissolved nitrogen was up to 10.17 mg/L, about 86.3% of the total nitrogen content, and the peak value topped 17.56 mg/L. Average content of total phosphorus and dissolved phosphorus was 0.65 mg/L and 0.45 mg/L. Law of cationic concentration was followed by c(Ca2+) ＞ c(K+) ＞ c(Mg2+)＞ c (NH4+). Fertilization influenced nutrient changes in the water leakage. The process of nutrients export by leaching could be separated into two steps, fluctuation and stable, after fertilization on June. Nitrogen concentration increased significantly, but phosphorus concentration was constant with fertilization on August.

hickory; nutrients leaching; fertilization

S715.3

A

1001-3776（2012）02-0018-05

2011-12-11；

2012-02-22

浙江省大学生科技创新基金（090302）；浙江省水利厅项目（RC1019）

蒋雯（1990-），女，浙江余杭人，从事农业资源与环境研究；*通讯作者。