露天蔬菜氮肥施用及硝態(tài)氮淋失狀況研究

趙長盛

（山東省分析測試中心，山東濟(jì)南 250014）

露天蔬菜氮肥施用及硝態(tài)氮淋失狀況研究

趙長盛

（山東省分析測試中心，山東濟(jì)南 250014）

菜地土壤化肥的使用不當(dāng)不僅造成了肥料的浪費(fèi)和蔬菜品質(zhì)的下降，還對土壤、水體和大氣等生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅。本實(shí)驗(yàn)以泰安肥城市王莊鎮(zhèn)孔村的菜地為研究對象，利用原狀土柱系統(tǒng)，分析了露天蔬菜——土壤系統(tǒng)中氮素的輸入輸出情況，研究了硝態(tài)氮的淋失規(guī)律，探索了控制硝態(tài)氮淋失的重要措施，以便指導(dǎo)蔬菜生產(chǎn)。

菜地土壤；氮肥；硝態(tài)氮淋失

近年來隨著我國農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，蔬菜種植面積不斷擴(kuò)大，2014年蔬菜種植面積已占農(nóng)作物總面積的12.8%。蔬菜生產(chǎn)是高度集約化的栽培模式，肥料的投入量往往是作物需肥量的數(shù)倍，由于蔬菜屬淺根系作物，大部分蔬菜根層不超過60cm，致使過量的氮以硝態(tài)氮的形態(tài)在土壤剖面中累積，遇到一次性強(qiáng)降雨（或強(qiáng)灌溉）會(huì)向下移動(dòng)或進(jìn)入淺層地下水，引起地下水硝酸鹽污染[1,2]。

大白菜和馬鈴薯是我國主要栽培的蔬菜品種，其株型大、產(chǎn)量高、對土壤養(yǎng)分的耗竭明顯，及時(shí)合理的供應(yīng)養(yǎng)分，是保證其優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵措施，同時(shí)也是降低環(huán)境污染，提高作物品質(zhì)的重要措施。泰安地區(qū)露天蔬菜種植面積近年來迅速擴(kuò)大，蔬菜種植已經(jīng)成為該市農(nóng)戶主要的經(jīng)濟(jì)來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該市菜地土壤氮肥的施用量較高，為700～800kg N/ha/yr，灌溉方式以大水漫灌為主，地下水硝酸鹽的潛在威脅較大。

本實(shí)驗(yàn)以泰安肥城市王莊鎮(zhèn)孔村的菜地為研究對象，利用原狀土柱系統(tǒng)，分析了露地蔬菜——土壤系統(tǒng)中氮素的輸入輸出情況，并研究了硝態(tài)氮的淋失總量和淋失規(guī)律，為探索較優(yōu)的水肥組合、控制硝態(tài)氮的淋失量提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年8月29日至2016年6月28日在山東省泰安市王莊鎮(zhèn)孔村進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)面積為1800m2。試驗(yàn)以大白菜和馬鈴薯為供試對象，品種分別為京研三號(hào)和科農(nóng)。大白菜于2015年8月29日移苗，2015年11月2日收獲；馬鈴薯于2016年3月6日播種，2016年6月28日收獲。其中大白菜共移栽3400棵，馬鈴薯播種5200株。試驗(yàn)地土壤基本農(nóng)化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本農(nóng)化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原狀土柱系統(tǒng)的建立

每試驗(yàn)點(diǎn)建立三個(gè)原狀土柱，用來研究氮肥施用對菜地硝態(tài)氮淋失的影響。原狀土柱用PVC材料建成，內(nèi)徑50cm，高40cm，土柱上表面覆土20cm，底部用20L塑料筒收集滲濾液。如圖1所示。

圖1 原狀土柱示意圖

1.2.2 水樣的收集與測定

利用土壤溶液提取器及原狀土柱，研究硝態(tài)氮淋失的動(dòng)態(tài)變化。硝態(tài)氮淋失計(jì)算，淋失液每月收集一次，稱量后冰凍帶回試驗(yàn)室測定硝態(tài)氮含量；對于未有淋失液的月份，利用土壤溶液提取器提取土壤溶液，帶回試驗(yàn)室測定。灌溉水每次讀取水表計(jì)算灌溉量，同時(shí)取樣帶回試驗(yàn)室測定硝態(tài)氮含量。水中硝態(tài)氮的測定采用離子色譜法。

1.2.3 氮肥施用狀況

大白菜在種植前共施入基肥（N15%的復(fù)合肥）100kg、尿素（N46%）10kg，在生育期中分兩次共追施尿素40kg，大白菜種植過程中共施入氮肥合計(jì)338.9kgN/ha，未施入有機(jī)肥；馬鈴薯種植前一次性施入復(fù)合肥（N15%）405kg，有機(jī)無機(jī)肥復(fù)混肥（N11.4%）135kg，未追肥，馬鈴薯種植過程中共施入氮肥423.0kgN/ha。該試驗(yàn)兩季共施入氮肥761.9kgN/ha。

1.2.4 測定分析方法

收獲時(shí)均勻選取三個(gè)面積1.25m×2m的矩形來計(jì)算大白菜與馬鈴薯的產(chǎn)量。大白菜計(jì)算地上部總產(chǎn)量，馬鈴薯將莖葉與塊莖分開計(jì)算產(chǎn)量。同時(shí)均勻取樣，將樣品帶回試驗(yàn)室后測定含氮量及硝酸鹽含量。

硝態(tài)氮淋失計(jì)算，淋失液每月收集一次，稱量后冰凍帶回試驗(yàn)室測定硝態(tài)氮含量；對于未有淋失液的月份，利用土壤溶液提取器提取土壤溶液，帶回試驗(yàn)室測定。灌溉水每次讀取灌溉量，同時(shí)取樣帶回試驗(yàn)室測定硝態(tài)氮含量。

蔬菜硝酸鹽含量用沸水提取，紫外分光光度法測定。

2 結(jié)果分析

2.1 硝態(tài)氮淋失濃度分析

圖2 大白菜與馬鈴薯試驗(yàn)期間硝態(tài)氮淋失濃度變化

由圖2可知，試驗(yàn)期內(nèi)硝態(tài)氮淋失濃度呈現(xiàn)雙峰趨勢，硝態(tài)氮淋失濃度高峰出現(xiàn)在白菜種植期的2015年12月份和馬鈴薯種植期的2016年3月份，其濃度分別為35.8mgN/L和35.9mgN/L。在試驗(yàn)期間，硝態(tài)氮淋失濃度為15.1～35.9mgN/L，平均淋失濃度為23.9mgN/L，超過國家規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)（10mgN/L）和地下水源硝態(tài)氮控制標(biāo)準(zhǔn)（20mgN/L）。

由于試驗(yàn)期間降雨較少，在2015年11月、12月及2016年1月三個(gè)月份均未收集到淋失液，該時(shí)間段硝態(tài)氮濃度以土壤溶液提取器取得的土壤溶液濃度為準(zhǔn)收集。

2.2 硝態(tài)氮淋失量分析

圖3 大白菜與馬鈴薯試驗(yàn)期間硝態(tài)氮淋失量變化

由圖3可知，試驗(yàn)期間硝態(tài)氮共淋失68.9kgN/ha，其中淋失最大量出現(xiàn)在2015年10月份和2016年6月份，分別為13.3kgN/ha和13.9kgN/ha。

綜合圖3和圖5 A可以看出，硝態(tài)氮淋失高峰主要出現(xiàn)在較大的降雨后。可見，降雨是露天蔬菜硝態(tài)氮淋失的主要影響因素。在圖3中，硝態(tài)氮淋失的最低量出現(xiàn)在2016年3月份，雖然在此期間為進(jìn)行耕作而加大了灌溉，但是由于長期干旱，硝態(tài)氮淋失量仍然較少，這可能與硝酸鹽在土壤—水界面的相互作用及擴(kuò)散遷移機(jī)制有關(guān)。前人研究也得出，硝酸鹽溶于水，其擴(kuò)散遷移與土壤水分移動(dòng)密不可分[3]。

2.3 干物質(zhì)產(chǎn)量和氮肥攜出量分析

大白菜與馬鈴薯均為一次性收獲作物，由圖4可知，在本試驗(yàn)中，大白菜產(chǎn)量為1.12×105kg/ha，馬鈴薯產(chǎn)量為3.32×104kg/ha；試驗(yàn)期內(nèi)大白菜干物質(zhì)產(chǎn)量為4774kg/ha，馬鈴薯為9046kg/ha，馬鈴薯干物質(zhì)產(chǎn)量高于大白菜；大白菜氮肥攜出量為161.4kgN/ha，馬鈴薯為232.6kgN/ha，試驗(yàn)期間共攜出氮素394.0kgN/ha。若不考慮前季作物對本次試驗(yàn)的影響，則氮肥利用率為51.7%。

圖4 試驗(yàn)期間干物質(zhì)產(chǎn)量與氮肥攜出量

2.4 試驗(yàn)期間水分的輸入與輸出

圖5A、B（見下頁）顯示，試驗(yàn)期間共降雨17次，降雨量為206.6mm，總灌溉量為824.0mm，共輸入水分1030.6mm，灌溉是試驗(yàn)期間主要的水分輸入方式。圖5C顯示，在本試驗(yàn)期間共收集淋失液7次，水分淋失量為287.9mm，占總水分輸入量的27.93%。試驗(yàn)中灌溉輸入了大量的水分，因此也是水分淋失的最主要因素。

試驗(yàn)期間對灌溉水共進(jìn)行了5次取樣分析，硝態(tài)氮濃度平均為10.8mgN/L，試驗(yàn)期間通過灌溉輸入的總氮量為89.0kgN/ha。由于本試驗(yàn)期間天氣干旱，降雨量較少，因此未考慮通過降雨降塵輸入的氮素量。

2.5 蔬菜硝酸鹽含量分析

本實(shí)驗(yàn)對大白菜和馬鈴薯的硝酸鹽含量進(jìn)行測定，其中大白菜硝酸鹽含量為2980mg/kg，低于國家葉菜類硝酸鹽含量標(biāo)準(zhǔn)（≤3000mg/kg）；馬鈴薯硝酸鹽含量為180mg/kg，低于國家蔬菜硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)（≤2500mg/kg）。白菜的硝酸鹽含量較高，這與前人得出的葉菜類蔬菜容易富集硝酸鹽的結(jié)論較一致[2]。

圖5 試驗(yàn)期間水分淋失量，降雨量及灌溉量

3 結(jié)果與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，蔬菜生產(chǎn)對地下水中硝酸鹽污染造成顯著的影響，本試驗(yàn)所取得的淋失液硝態(tài)氮濃度最高為35.9mgN/L，最低為15.1mgN/L，均超過國家規(guī)定的地下水飲用標(biāo)準(zhǔn)（10mgN/L）。

前人研究得出，土壤發(fā)生硝酸鹽淋失必須滿足兩個(gè)條件，即硝酸鹽積累和土壤水分運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)，在本實(shí)驗(yàn)中同樣也可以得出[3]。在本文中，試驗(yàn)期間為進(jìn)行耕作而加大了灌溉和施肥，但是由于長期干旱，硝態(tài)氮淋失量仍然較少，這可能與硝酸鹽在土壤—水界面的相互作用及擴(kuò)散遷移機(jī)制有關(guān)。前人研究也得出，硝酸鹽溶于水，其擴(kuò)散遷移與土壤水分移動(dòng)密不可分。可見，雖然灌溉輸入了大量的水分，但降雨對水分淋失的影響仍然較大，試驗(yàn)期間大的水分淋失量主要發(fā)生在降雨過后，同時(shí)造成了大量的硝態(tài)氮淋失。

在本試驗(yàn)中，大白菜和馬鈴薯的硝酸鹽含量分別為2980mg/kg和1800mg/kg，均低于國家蔬菜相應(yīng)類別的硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)。但相對于馬鈴薯，大白菜的硝酸鹽含量較高，這與前人[2,4]得出的葉菜類蔬菜容易富集硝酸鹽的結(jié)論較為一致。

[1]靳亞忠,何淑平,宮宏亮,等.幾種葉菜葉片硝酸鹽含量差異及原因的研究[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2010,22(3):1-3.

[2]楊國義,羅薇,張?zhí)毂?等.廣東省典型地區(qū)蔬菜硝酸鹽與亞硝酸鹽污染狀況評價(jià)[J].生態(tài)環(huán)節(jié),2007,16(2):476-479.

[3]朱波,汪濤,況福虹.紫色土坡耕地硝酸鹽淋失特征[J].環(huán)境科學(xué),2008,28(3):525-533.

[4]何盈,蔡順香,何春梅,等.蔬菜硝酸鹽累積的主要影響因子及其防治對策研究現(xiàn)狀[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,22(1):100-105.

Study on the Use of Nitrogen Fertilizer and Nitrate Leaching in Vegetable Soil

ZHAO Chang-sheng
(Analysis and Testing Center of Shandong Province,Jinnan 250014,China)

In recent years,fertilizer not only resulted in the waste of fertilizer and reduce of vegetables quality,but also potential threat to the soil,water and atmosphere and other ecological environment.In the experiment,author using Kongcun village,Wangzhuang town,Feicheng city as research object,by undisturbed soil column system,analyzed the nitrogen input and output status in vegetable soil system,studied the rules of nitrate nitrogen leaching,and explored the control of nitrate leaching important measures,in ordet to guide the production of vegetables.

Vegetable soil;nitrogen fertilizer;nitrate leaching

S147.2

A

1008-1038(2016)12-0024-04

2016-11-22

科基合字2010第20號(hào)

趙長盛（1980—），男，研究方向?yàn)槊嬖次廴尽⑥r(nóng)業(yè)環(huán)境化學(xué)