山核桃林土壤養分滲漏動態變化規律研究

蔣 雯，黃程鵬，姚宇清，汪玲玲，楊 哲，陳海良，金俊捷，吳家森，姜培坤

（浙江農林大學 環境科技學院，浙江 臨安 311300）

山核桃林土壤養分滲漏動態變化規律研究

蔣 雯，黃程鵬，姚宇清，汪玲玲，楊 哲，陳海良，金俊捷，吳家森，姜培坤*

（浙江農林大學 環境科技學院，浙江 臨安 311300）

研究了常規經營下山核桃林土壤養分的滲漏流失規律。結果表明：山核桃滲林漏水中可溶性氮流失是氮素滲漏流失的主要形式，平均可溶性氮含量為10.17 mg/L，占全氮含量的86.3%，其中可溶解性氮峰值達到17.56 mg/L;總磷、可溶性磷平均含量分別為0.65、0.45 mg/L；陽離子滲漏流失c(Ca2+) ＞ c(K+) ＞ c(Mg2+) ＞ c(NH4+)；施肥影響滲漏水中養分的濃度，6月初施肥后，各養分輸出動態過程可以分為前期濃度出峰期和后期濃度下降穩定期，直至8月底再次施肥，N濃度明顯升高，P濃度則不變。

山核桃；養分滲漏；施肥

近年來，國內外學者對土壤養分損失的途徑、機制和影響進行了許多研究，其中氮滲漏流失是農田系統中氮素損失的重要途徑之一[1]，但對于林地養分的滲漏流失的報道則較少見。山核桃作為浙江省農業經濟發展的支柱產業之一，隨著經營強度的加大，林下灌木、草本已經基本毀損殆盡；再加上山核桃大多生長于坡度超過25o的山坡，土層薄，土壤保水、保肥性差，傳統的施肥方式多為直接撒于林下，為了增產增收，林農過量施用化肥[2]，如臨安島石鎮山核桃林地土壤有效磷含量平均達14.8 mg/kg，是10年前的5倍。

土壤中的養分通過徑流損失和滲漏損失進入到土壤、地下水、湖泊、河流等周邊生態環境中，對生態環境造成不同程度的污染和破壞。作為植物營養與水分供應的主要來源——滲漏水在降雨量大的地區，土壤滲透性強、陽離子交換量低，則其損失就是肥料損失的重要途徑之一[3]。山核桃根主要分布在10 ～ 30 cm砂質土層，以30 cm作為山核桃根群系統界限，以下則視為損失。筆者就常規施肥下，在浙江省臨安市山核桃主產區，通過埋設土壤溶液采集器采集滲漏水，定位監測和研究了山核桃林系統中養分滲漏流失的動態變化，探明山核桃面源污染的形成機理，為山核桃合理施肥和面源污染控制提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于浙江省臨安市橫路鄉謝家橋村（119° E，30° N），屬中緯度北亞熱帶季風氣候，全年降水量1 628 mm，年平均氣溫為15.8℃，7月為最熱月，平均28.1℃，1月為最冷月，平均3.4℃，極端高溫41.9℃，極端低溫-13.3℃。年均日照時數1 939 h，無霜期234 d。土壤為砂壤土，pH 5.35，有機質含量為21.52 g/kg，堿解氮含量為122.02 mg/kg，有效磷含量為11.23 mg/kg，速效鉀含量為28 mg/kg。

1.2 試驗設計

選擇山核桃林（郁閉度為0.8，樹齡30 a，密度600株/hm2）為試驗林分，在土壤條件和山核桃經營管理一致的同一坡面上設置8個標準地，坡度36°，坡向西南坡。標準地的施肥采用常規施肥，年施640 kg/hm2的復合肥（N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15），于6月初和8月底分別施用肥料總量的50%。2010年6月2日在標準地中間，挖掘土壤剖面設置滲濾水采集器，采集器的截水板均按離地表30 cm的深度埋設，水樣通過聯接在滲濾水采集器后壁排水孔上的塑料管，流入預先埋在剖面坑底部的塑料桶中[4]。同時在試驗地周邊布置雨量筒，測定降雨量。于同年6月上旬開始至11月結果，每次降雨后收集塑料桶中水、泥沙混合樣，量測體積并及時帶回實驗室經定量濾紙初步過濾后測定水化指標。

1.3 分析方法及數據處理

將初步過濾的水樣分成2份，一份用0.45 μm濾膜抽濾，用于測定可溶性氮（DN）、可溶性磷（DP）、硝態氮（NO3

--N）以及銨態氮（NH4+-N）、亞硝態氮（NO2-N）、鈉鹽（Na+）、鎂鹽（Mg2+）、鈣鹽（Ca2+）、鉀鹽（K+）、氟鹽（F-）、氯鹽（Cl-）、正磷酸鹽（PO43-）、硫酸鹽（SO42-）含量；另一份樣品不抽濾，用于測定總氮（TN）、總磷（TP）。堿性過硫酸鉀消解—紫外分光光度法測定DN和TN；過硫酸鉀消解—鉬銻抗比色法測定DP和TP；NO3--N、NH4+-N、NO2-N、Na+、Mg2+、Ca2+、K+、F-、Cl-、PO43-、SO42-在ICS-1500離子色譜分析儀上測定。

所有數據均用Microsoft office Excel 2003軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 山核桃林土壤滲漏水氮的動態變化

2.1.1 滲漏水中全氮和可溶性氮的動態變化 山核桃林滲漏水中全氮、可溶性氮的動態變化見圖1。6-7月全氮、可溶性氮均呈現前期濃度出峰期以及后期下降穩定期，初期全氮、可溶性氮的濃度相對較小，可能是由于化肥的分解轉化過程復雜、周期較長所致，以及部分肥料滯留在土壤表層。而后濃度到達峰值，伴隨著土壤趨向“平衡態”，土體吸附的氮總量減少，相應其流失量也隨之下降。直至7月底，這時由于林農除草，破壞了土壤的地表覆蓋，隨之而來，土壤穩態被打破，微生物活動的增強，使得氮由吸附態向游離態轉變，氮素流失增強。8月底的施肥使全氮、可溶性氮又一次呈現低—高—低的趨勢。

圖1 滲漏水中全氮、可溶解性氮的動態變化Figure 1 Dynamic Changes of total nitrogen and dissolved nitrogen in soil percolating water

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

2.1.2 山核桃林滲漏水中不同形態的氮的動態變化

2.1.2.1 硝態氮的動態變化 施加復合肥對于滲漏水中硝態氮濃度有較明顯的作用（圖2），硝態氮含量也在6月22日達到峰值13.41 mg/L，之后逐漸下降，倉恒瑾等人的研究結果也呈現相應的規律[6～8]，7月24日之后又一次回升，在9月3日又一次達到高點，之后逐漸下降。究其原因開始時化肥中的N硝化進程遲緩，在十月中旬由于礦質化程度降低，導致硝態氮含量降低，呈現一定的季節性。6-11月硝態氮滲漏流失為氮滲漏流失的主要形式其占全氮滲漏流失的51.41% ～99.43%。

2.1.2.2 銨態氮的動態變化 由圖2可知，化肥施入山核桃林土壤后，使其滲漏液銨態氮濃度迅速增加，其峰值出現在最初階段為6.83 mg/L，隨后很快下降，在第二次觀測時銨態氮含量降低將近50%，隨后逐漸趨于平衡，濃度在0.51 ～ 2.08 mg/L范圍內。這與萬紅友等人所發現規律相近[9]。究其原因，一方面由于土壤顆粒帶負電，銨態氮帶正電，所以土壤顆粒對銨態氮有一定的吸附能力；另一方面，當土壤對銨態氮的吸附量達到最大值時，即土壤對銨離子的吸附達到飽和時，在入滲水流的作用下銨態氮滲漏流失也很嚴重。然而2次施肥后銨態氮變化不大，這是由30 cm土層穩定性決定的。

由圖2可知，一般情況下滲漏水中的硝態氮 ＞ 銨態氮 ＞ 亞硝態氮。硝態氮與亞硝態氮的動態變化基本一致，出現的峰值相對于銨態氮滯后。這可能是因為土壤對銨鹽的吸附達到飽和之后，由于較高濃度的含銨態氮溶液對其硝化作用具有一定的抑制作用。在沒有任何干擾下，各種形態的氮滲透量隨時間逐漸減小。

山核桃林滲漏水中的氮濃度，會出現兩個峰值，應當適當加以重視。一般出現在施肥后的7 d內，以及林農除草階段。

圖2 滲漏水中亞硝態氮、硝態氮、銨態氮的動態變化Figure 2 Dynamic changes of different forms nitrogen in the soil percolating water

2.2 山核桃林土壤滲漏水磷的動態變化

山核桃林中的總磷和可溶性磷在施肥初期均達到最大值，見圖3。第一次所采集的樣品中總磷為1.37 mg/L，可溶性磷為1.19 mg/L，隨后逐漸降低，18 d后水樣可溶性磷和總磷，除小幅波動外，均趨于穩定。這種情況應當是水中磷素逐漸向土壤中遷移固定的結果。這與萬紅友、張志劍等人研究發現的規律相近[9～10]。8月總磷濃度持續下降，而可溶性磷的升高，證明了表層除草，對土層下30 cm的總磷濃度影響較小，而對磷的解吸起著促進作用。

6-11月，總磷、可溶性磷平均含量分別為0.65、0.45 mg/L。SHARPLEY認為，進入湖泊或受納水體的河流中總磷量不超過0.05 mg/L，湖泊或受納水體中的總磷量不超過0.025 mg/L，才能控制水體的富營養化[11]。而山核桃林滲漏水中總磷、可溶性磷均超過臨界值，應當引起重視。滲漏水中可溶性磷占總磷含量的69.82%，可溶性磷為磷滲漏流失的主要形式，這與單保慶、陳利頂等人研究不符[12～13]。

由圖3可知，6-11月，滲漏水中正磷酸鹽的含量在0.003 ～ 0.445 mg/L，可能是由于受pH、土壤質地、總磷含量、降雨量以及磷的解吸能力的綜合影響，導致正磷酸鹽與總磷、可溶性磷不呈線性關系。

圖3 滲漏水中可溶性磷、全磷、正磷酸鹽的動態變化Figure 3 Dynamic changes of dissolved phosphorus, total phosphorus and orthophosphate in the soil percolating water

2.3 山核桃林滲漏水中不同鹽類的動態變化

2.3.1 土壤滲漏水中氟鹽的動態變化 由表1可知，6-11月，土壤滲漏水中氟鹽濃度差異性不大，濃度變化呈現相對穩定，其流失量在0.26 ～ 0.53 mg/L范圍內，可見施肥并未改變山核桃土壤氟鹽的滲透量。

2.3.2 土壤滲漏水中氯鹽的動態變化 由表1可見，6-11月氯鹽濃度由最初的4.37 mg/L逐漸下降，最終趨于相對平衡。這是因為氯離子是化肥中的常見離子，且殘留在土壤中的氯離子常以離子態存在。

2.3.3 土壤滲漏水中硫酸鹽的動態變化 由表1可見，6-11月，山核桃林土壤滲漏水硫酸鹽濃度的動態變化規律與氯鹽相似。硫酸鹽濃度由最初的12.45 mg/L迅速下降，最終穩定在3.77 ～ 7.48 mg/L范圍內。可見硫酸鹽與土壤的親和力大于氯化物。這與李成保等人的研究結果相吻合[14]?；手械穆入x子、硫酸根離子等強酸性陰離子的施入導致土壤pH下降，改變土壤物理性狀，影響了土壤微生物活動。

2.3.4 土壤滲漏水中鉀鹽、鎂鹽、鈣鹽的動態變化 由圖4可知，鈣鹽流失強度最大，鉀鹽流失強度中等，鎂鹽流失強度最小。這與毛竹木荷混交林和常綠闊葉林以及長白山的紅松—云杉林的情況基本一致[15～16]。施肥后，滲漏水中的鉀、鎂、鈣鹽均有提高，這可能是因為施用大量化肥，使養分輸入量大大超過其需求量，土壤陽離子損失急劇增加。6-11月，三者動態變化規律基本一致，其中滲漏水中鈣、鎂、鉀鹽淋失濃度最高值分別為23.66、6.83、15.19 mg/L，最小值分別為4.80、0.27、3.34 mg/L，平均值分別為12.84、4.11、7.5 mg/L。

表1 滲漏水中氟鹽、氯鹽、硫酸鹽濃度動態變化Table 1 Dynamic changes of villiaumite, chloride and sulfate in the soil percolating water mg·L-1

2.4 降雨與土壤滲漏水特征的關系

降雨量是決定土壤中淋洗特征產生與否的最主要因素。由圖5可知，降雨量的大小與山核桃林地滲漏水量的多少呈明顯相關關系。經計算得到滲漏水量與降雨量的回歸方程為y = 8.733 3x+0.475 4，R2= 0.639 6，呈現顯著正相關關系。這可能是土壤質地為砂壤土，除一部分降雨量隨徑流流失外，大部分以滲漏水的形式存在。通常來說降雨是土壤養分流失的動力，土壤中養分，尤其是速效養分，在雨水的淋洗下極易溶解于水中隨水流失。本試驗結果顯示，除鈣鎂元素，其他養分均與降雨量呈現負相關關系，這可能是由于降雨稀釋效應強于淋溶解吸所致。

圖4 土壤滲漏水中鉀鹽、鎂鹽、鈣鹽的動態變化Figure 4 Dynamic changes of sylvite, magnesium and calcium salt in the soil percolating water

圖5 降雨量與土壤滲漏水量的關系Figure 5 The relationship of rainfall and soil water leakage

3結論

3.1 山核桃林土壤滲漏水氮的流失現狀

山核桃土壤中滲透水中的總氮、可溶性氮、硝態氮、亞硝態氮均呈現相近的規律，均呈現前期濃度出峰期以及后期下降穩定期，但滯后于銨態氮，并在2次施肥后濃度逐漸趨向由低—高—低，因此對施肥后N素流失進行監控顯得極其重要，以防止地下水污染。而銨態氮，在化肥施入土壤后，其濃度迅速增加，然后逐漸下降趨于平衡。一般情況下滲漏水中的硝態氮 ＞ 銨態氮 ＞ 亞硝態氮。6-11月，滲漏水中硝態氮平均含量為7.7 mg/L，占全氮的65.25%，故硝態氮的流失是滲濾流失的主要形式。

3.2 山核桃林土壤滲漏水磷的流失現狀

山核桃林中的總磷和可溶性磷在施肥初期均達到最大值，隨后逐漸降低，18 d后水樣可溶性磷和總磷，除小幅波動外，均趨于穩定。總磷、可溶性磷平均含量分別為0.68、0.56 mg/L。

3.3 山核桃林滲漏水中不同離子的流失現狀

6-11月，土壤滲漏水中氟鹽濃度變化呈現相對穩定，濃度范圍分別在0.26 ～ 0.53 mg/L。山核桃林土壤滲漏水硫酸鹽濃度的動態變化規律與氯離子相似，都是化肥施入土壤后，其濃度迅速增加，繼而逐漸下降趨于平衡。6-11月，兩者滲漏流失平均濃度分別為12.46、2.53 mg/L?；适┯?，導致土壤中氯離子、硫酸根離子等強酸性陰離子的增加，使得土壤pH下降，就這一點來講也應該控制化肥的施入量。

山核桃土壤滲漏水中c(Ca2+) ＞ c(K+) ＞ c(Mg2+)，三者動態變化規律基本相近，其平均濃度分別為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

浙江省大學生科技創新基金（090302）；浙江省水利廳項目（RC1019）

蔣雯（1990-），女，浙江余杭人，從事農業資源與環境研究；*通訊作者。