滴灌條件下施氮時(shí)段對(duì)土壤氮素分布的影響研究

王旭洋，范興科

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所， 陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西 楊凌 712100； 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

滴灌條件下施氮時(shí)段對(duì)土壤氮素分布的影響研究

王旭洋1,3，范興科1,2

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所， 陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西 楊凌 712100； 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

采用單點(diǎn)源滴灌試驗(yàn)?zāi)M土壤入滲，并分不同時(shí)段施氮肥，灌水施氮肥結(jié)束后，在不同時(shí)間段和濕潤(rùn)體不同位置采集土樣，并測(cè)定土壤中速效氮的含量，分析比對(duì)濕潤(rùn)體中不同位置硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的時(shí)空分布，結(jié)果表明：滴灌全程施肥，土壤濕潤(rùn)體中高氮區(qū)始終分布在滴頭附近；滴灌前1/2時(shí)段施肥，硝態(tài)氮含量的最大值(107.50 mg·kg-1)出現(xiàn)在距滴頭水平距離15～20 cm，垂直距離15～30 cm范圍內(nèi)；后1/2時(shí)段施肥，高氮區(qū)始終也分布在滴頭附近，但含量值表現(xiàn)極高(184.36 mg·kg-1)；中間1/2時(shí)段施肥，硝態(tài)氮主要分布在距滴頭水平距離為15 cm左右，垂直深度也為15 cm左右的土層范圍內(nèi)。隨著時(shí)間的推移，土壤濕潤(rùn)體中NO3--N的含量均表現(xiàn)為到第5天前后達(dá)到最高值，此后又開始降低；NH4+-N在時(shí)間上轉(zhuǎn)化速率相對(duì)較快，在灌水施肥結(jié)束后的第3天硝化作用最強(qiáng)，從第3天到第5天NH4+-N濃度急劇降低。

滴灌施氮；施氮時(shí)段；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；時(shí)空分布

傳統(tǒng)的水肥分施和大量施用化肥易造成養(yǎng)分淋失、土壤次生鹽漬化以及農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染等一系列環(huán)境問題[1-2]。氮素中的硝態(tài)氮是植物利用的主要形態(tài)，但不易被土壤膠體吸附，土壤中過量的硝態(tài)氮如果不能及時(shí)被作物吸收利用，在大水漫灌等充分灌溉條件下，將發(fā)生向下移動(dòng)甚至淋失，進(jìn)一步遷移至地下導(dǎo)致嚴(yán)重的水污染[3-5]。

滴灌條件下的水肥一體化不僅實(shí)現(xiàn)了水肥同施，而且灌溉施肥量和施肥時(shí)段可控，從而為農(nóng)田水肥高效利用提供了技術(shù)保障。目前對(duì)灌溉施肥的研究主要集中在灌溉施肥制度方面，即根據(jù)作物的生長(zhǎng)發(fā)育過程和對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求，研究施肥時(shí)間(生育階段)和施肥量。姚寶林等[6]通過田間試驗(yàn)對(duì)不同水肥條件下土壤剖面中硝態(tài)氮的分布狀況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)灌溉結(jié)束后硝態(tài)氮含量隨灌溉水的入滲向下運(yùn)移，表現(xiàn)為水平方向由滴頭附近向濕潤(rùn)體邊緣減少，滴頭位置增加最大，垂直方向在0～30 cm這一范圍分布較均勻，而在濕潤(rùn)體邊緣出現(xiàn)明顯積累，其中水是土壤氮素運(yùn)移、分布的決定因子。李久生等[7]在室內(nèi)用15°扇柱體土箱模擬研究滴頭流量、灌水量和肥液濃度對(duì)砂壤土氮素運(yùn)移分布規(guī)律的影響，認(rèn)為距滴頭15 cm范圍內(nèi)滴頭流量和灌水量對(duì)土壤硝態(tài)氮分布的影響不明顯，距滴頭15 cm以外隨滴頭流量增大或灌水量的減小硝態(tài)氮濃度增大，在濕潤(rùn)邊界上出現(xiàn)硝態(tài)氮累積。楊夢(mèng)嬌等[8]模擬滴灌施肥，研究了不同灌水和施氮梯度處理下硝態(tài)氮的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)常規(guī)灌水條件下不同氮肥處理硝態(tài)氮平均含量在垂直方向隨土層深度增加而減小，同時(shí)增大灌水量在水平方向濕潤(rùn)峰附近會(huì)出現(xiàn)硝態(tài)氮累積現(xiàn)象。程?hào)|娟等[9]通過室內(nèi)膜孔灌灌施尿素模擬試驗(yàn)，研究了膜孔灌灌施尿素條件下氮素轉(zhuǎn)化和分布規(guī)律，結(jié)果表明：轉(zhuǎn)化生成的銨態(tài)氮主要分布在膜孔中心附近，隨著距離膜孔中心的增大而減小。黃耀華等[10]以紫色土為供試土壤，采用室內(nèi)模擬方式進(jìn)行滴灌施肥試驗(yàn)，研究不同類型土壤中水分、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的分布運(yùn)移規(guī)律及施肥濃度對(duì)硝態(tài)氮與銨態(tài)氮分布的影響，結(jié)果表明：以小滴頭流量進(jìn)行滴灌施肥條件下，土壤水分以垂直入滲方式為主；硝態(tài)氮在垂直方向比水平方向運(yùn)移更加顯著。銨態(tài)氮幾乎只在濕潤(rùn)體表面，即垂直方向0～5 cm土層范圍內(nèi)聚集，垂直運(yùn)移較少，土壤質(zhì)地對(duì)銨態(tài)氮在土壤中的運(yùn)移分布影響較大。但對(duì)具體的施肥過程(灌溉過程中的施肥時(shí)段)和對(duì)應(yīng)的肥力因素在土壤中的分布情況研究很少。為了提高水肥利用效率，有必要了解在滴灌過程中肥隨水走的痕跡，即速效氮在土壤剖面中的時(shí)空變化過程，結(jié)合作物生育階段和根系的生長(zhǎng)發(fā)育情況，制定便于作物利用的灌溉施肥模式，減少肥料浪費(fèi)，提高肥料利用效率。

1 試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)方法

本研究采用單點(diǎn)源滴水施肥模擬滴灌條件下水肥一體化灌溉施肥過程，供試土壤類型屬粘質(zhì)土，質(zhì)地為砂壤土，田間持水量為24%(重量含水率)，土壤風(fēng)干后，風(fēng)干土重量含水率為3%，經(jīng)過碾細(xì)、過篩(篩孔徑為2 mm)，最后分層裝土，容重控制在1.40 g·cm-3左右，試驗(yàn)桶頂部直徑50 cm，底部直徑40 cm，高58 cm，裝土高度50 cm，每桶土重約106.38 kg，共8桶土，試驗(yàn)用土壤初始硝態(tài)氮含量為28.57 mg·kg-1，銨態(tài)氮含量為3.23 mg·kg-1。根據(jù)土壤物理性質(zhì)，滴灌流量選擇2 L·h-1，滴頭固定在桶頂土壤表面中心位置，為了便于處理控制，每個(gè)處理配備4個(gè)2 L的塑料瓶容器，用于盛裝滴灌用水和水肥混合液。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為30 cm，濕潤(rùn)半徑為20 cm，經(jīng)過計(jì)算，一次最大灌水量為8 L，整個(gè)滴灌歷時(shí)為240 min，設(shè)計(jì)施肥量為尿素20 g。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4個(gè)處理，如表1所示，A處理采用全時(shí)段灌水施肥；B處理采用前1/2時(shí)段灌水施肥，后1/2時(shí)段純粹灌水；C處理采用前1/2時(shí)段純粹灌水，后1/2時(shí)段灌水施肥；D處理前1/4時(shí)段灌水，接下來1/2時(shí)段灌水施肥，最后1/4時(shí)段灌水。考慮到氮肥的時(shí)效性，取樣時(shí)間確定為滴灌結(jié)束后1，3，5，7 d，由于滴灌條件下滴頭浸潤(rùn)范圍主要受土壤特性、滴頭流量和灌水量的影響[11]，所以本次試驗(yàn)可以認(rèn)為各施肥處理下濕潤(rùn)體范圍一致，取樣點(diǎn)分別距離入滲點(diǎn)橫向距離為5，15，20 cm處；距地表縱向?yàn)?～5，5～15，15～25，25～35 cm處；為了保持土樣氮素穩(wěn)定，所取土樣先密封冷藏，最后統(tǒng)一進(jìn)行樣品處理：經(jīng)研磨過篩(1 mm細(xì)篩)后每個(gè)樣稱取5 g，以1 mol·L-1KCL溶液為浸提液，按照土樣與KCL溶液質(zhì)量比1∶10進(jìn)行浸提，再經(jīng)震蕩處理后過濾，濾液用流動(dòng)分析儀來測(cè)定樣品NO3--N和NH4+-N濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下NO3--N含量的時(shí)空分布及變化特征

四種不同處理下土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的時(shí)空分布如圖1～4所示。灌水施肥結(jié)束后，各處理下土壤濕潤(rùn)體內(nèi)NO3--N的含量均高于灌水前的28.57 mg·kg-1，且隨著時(shí)間的推移，土壤濕潤(rùn)體中NO3--N的含量都表現(xiàn)為先增大后減小的局勢(shì)，統(tǒng)一表現(xiàn)為第5天時(shí)的含量最高，到第7天時(shí)含量有所降低，說明在水肥一體化條件下，氮素的硝化需要5～6 d。但是不同時(shí)段施肥處理下，土壤濕潤(rùn)體中NO3--N含量的峰值大小和出現(xiàn)位置具有明顯差異。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

在A處理?xiàng)l件下，如圖1所示，從灌溉施肥后的第1天到第7天，土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的最高值始終分布在滴頭附近，從滴水點(diǎn)向外輻射，隨著離滴頭距離的增大，土壤濕潤(rùn)體中NO3--N的含量呈逐漸降低的趨勢(shì)，這與滴灌剛結(jié)束后濕潤(rùn)體剖面的土壤含水量分布規(guī)律比較相似。但是隨著時(shí)間的推移，土壤濕潤(rùn)體內(nèi)各個(gè)部位NO3--N的含量卻在發(fā)生變化：從第1天到第5天，土壤濕潤(rùn)體內(nèi)NO3--N的含量逐漸增大，特別是距滴水點(diǎn)越近，增幅越大，在剖面中0～10 cm土層范圍內(nèi)，NO3--N濃度從第1天的74.49 mg·kg-1增大到第5天的最大值133.81 mg·kg-1；在濕潤(rùn)體的邊緣地帶(濕潤(rùn)鋒處)增量較小，不到20 mg·kg-1。但從第5天以后，土壤濕潤(rùn)體內(nèi)NO3--N的含量則呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。

在B處理?xiàng)l件下，如圖2所示，土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的空間分布與A處理明顯不同，從圖2中可以看出，土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的最大值出現(xiàn)在距滴頭水平距離15～20 cm、垂直距離15～30 cm范圍內(nèi)，即出現(xiàn)在土壤濕潤(rùn)體的外層區(qū)域。盡管施肥量相同，但是濕潤(rùn)體內(nèi)NO3--N含量的最大值略低于A處理。從最大值出現(xiàn)的位置變化可以看出，這與B處理的施肥時(shí)間有關(guān)，結(jié)合A處理的結(jié)果，說明后期灌水有稀釋前期滯留在灌水中心部位濕潤(rùn)體中硝態(tài)氮濃度的作用，并使得硝態(tài)氮隨水分運(yùn)移向外發(fā)生遷移現(xiàn)象。但土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量隨時(shí)間推移的變化規(guī)律與A處理相同，從第1天到第5天，土壤濕潤(rùn)體內(nèi)NO3--N的含量逐漸增大，到第5天以后，土壤濕潤(rùn)體內(nèi)NO3--N的含量則呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。

圖1 A處理下土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的時(shí)空分布

在C處理?xiàng)l件下，土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的時(shí)空分布如圖3所示，在空間分布方面，土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的最高值主要集中在靠近滴頭的濕潤(rùn)體中心區(qū)域，從滴頭向外，隨著距離的增大，NO3--N含量逐漸降低，分布特征與A處理基本相似，但NO3--N含量的最高值卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于A處理的含量，例如在第5天NO3--N含量達(dá)到184.36 mg·kg-1，大于A處理的133.81 mg·kg-1，但濕潤(rùn)體的外層，NO3--N的含量卻低于A處理的含量。在NO3--N含量隨時(shí)間推移的變化規(guī)律方面，與A、B處理相同，只是量值大小不一。

圖2 B處理下土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的時(shí)空分布

圖3 C處理下土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的時(shí)空分布

在D處理?xiàng)l件下，土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的時(shí)空分布如圖4所示，從圖4可以看出，該處理下土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量比較高的區(qū)域主要分布在濕潤(rùn)體的外圍地帶，但沒有到濕潤(rùn)體的邊緣(濕潤(rùn)鋒處)，即距滴頭水平距離為15 cm左右，垂直深度也為15 cm左右的土層范圍內(nèi)，與B處理有點(diǎn)相似，其土壤中NO3--N濃度的最高值低于C處理的最高值，高于A、B處理的最高值。

圖4 D處理下土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的時(shí)空分布

總體來看，水肥一體化灌溉過程中不同的施肥時(shí)間處理對(duì)土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N含量的時(shí)空分布有較大的影響。A和C處理土壤濕潤(rùn)體中NO3--N較高濃度主要集中在滴頭附近，即0～15 cm土層和水平方向0～15 cm范圍內(nèi)，表現(xiàn)出明顯的表聚性，B和D處理下NO3--N含量出現(xiàn)較大值的位置與A和C的峰值分布位置明顯不同，B處理下NO3--N高含量值在距離滴頭水平方向15 cm、縱深25 cm處，這是由于先滴水施肥后，在經(jīng)過一段時(shí)間滴水灌溉，后1/2時(shí)段灌入土壤的水對(duì)之前滴施的肥料具有一定的稀疏作用，將氮素養(yǎng)分帶至濕潤(rùn)體外圍和深處，D處理也受后灌水的影響，NO3--N含量的高值分布在距離滴頭水平方向15 cm、縱深15 cm處。

2.2 不同時(shí)段各處理NH4+-N濃度的時(shí)空分布特性

4種不同灌水施肥處理下，土壤濕潤(rùn)體中NH4+-N含量的時(shí)空分布如圖5～圖8所示。整體來看，土壤濕潤(rùn)體中NH4+-N含量的空間分布有點(diǎn)類似于NO3--N的含量分布，但同一位置、同一時(shí)刻N(yùn)H4+-N的含量普遍低于NO3--N的含量，且NH4+-N僅在處理試驗(yàn)結(jié)束后的1～3 d內(nèi)，其含量處在一個(gè)相對(duì)比較高的水平，高于土壤本底值3.23 mg·kg-1，3 d之后，NH4+-N含量都迅速降低，除過C處理外，基本上都降低到了灌水施肥以前風(fēng)干土NH4+-N的含量水平以下。以距離滴頭水平和縱深5 cm處的NH4+-N含量為例，四個(gè)處理第5天較第3天同比降低了94.2%，67.8%，95.0%，70.2%，不過4種處理下NH4+-N的含量隨時(shí)間推移在降低的同時(shí)也有向外擴(kuò)散的趨勢(shì)。

圖5 A處理下土壤濕潤(rùn)體剖面NH4+-N含量的時(shí)空分布

對(duì)于A處理，從圖5可以看出，灌水施肥剛結(jié)束后的3 d內(nèi)，土壤濕潤(rùn)體剖面中NH4+-N的含量分布也是滴水施肥點(diǎn)附近最高，其值為37.84 mg·kg-1，向外隨著距離的增大，其含量逐漸減小。但隨著時(shí)間的推移，其含量始終處于減少降低的過程，且3天以后濕潤(rùn)體內(nèi)NH4+-N的含量迅速降低，普遍低于灌水施肥前的3.23 mg·kg-1，僅在表層的濕潤(rùn)鋒處其含量的降低速度稍微緩慢，但也只有2.0 mg·kg-1左右。

對(duì)于B處理，如圖6所示，土壤濕潤(rùn)體剖面中NH4+-N含量的空間分布與NO3--N的含量分布十分相似，其含量的高值區(qū)出現(xiàn)在濕潤(rùn)體的邊緣附近，與A處理不同之處就是第3天NH4+-N的含量略有提高，處理相同之處是第3天以后，濕潤(rùn)體內(nèi)NH4+-N的含量也是迅速降低，普遍低于灌水施肥前的3.23 mg·kg-1。

圖6 B處理下土壤濕潤(rùn)體剖面NH4+-N含量的時(shí)空分布

對(duì)于C處理，從圖7可以看出，土壤濕潤(rùn)體剖面中NH4+-N含量分布最明顯的特征就是區(qū)域集中，水平方向分布范圍比較大，接近20 cm，而垂直分布范圍比較較小，主要分布在15 cm以內(nèi)，前3天NH4+-N含量等值線圖接近于水平平行線，而且區(qū)域內(nèi)NH4+-N含量的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它處理，灌水施肥處理結(jié)束后的第3天，NH4+-N含量峰值達(dá)到114.49 mg·kg-1，到第5天，NH4+-N的含量峰值出現(xiàn)在地表濕潤(rùn)鋒處，其值仍然有16 mg·kg-1。對(duì)于本處理?xiàng)l件下NH4+-N的含量分布不同于其它處理，所表現(xiàn)出的聚表性是否與灌水方式有關(guān)，還有待于研究。

對(duì)于D處理，如圖8所示，土壤濕潤(rùn)體剖面中NH4+-N的含量空間分布規(guī)律性較差，即NH4+-N含量的高值區(qū)一直在移動(dòng)，灌水施肥結(jié)束后的第1天NH4+-N含量的高值區(qū)主要分布在距滴頭15～20 cm的環(huán)狀范圍內(nèi)，且峰值出現(xiàn)在水平距離為20 cm的近地表處，到第3天時(shí)，NH4+-N含量的高值區(qū)分布范圍縮小，主要集中到了滴水點(diǎn)下15 cm附近，到第5天時(shí)，峰值又出現(xiàn)在水平距離為20 cm的近地表處。但NH4+-N的含量在隨時(shí)間推移變化方面與其它處理相同，仍然表現(xiàn)為隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其含量一直在降低，特別是第3天到第5天之間，降幅明顯。

圖7 C處理下土壤濕潤(rùn)體剖面NH4+-N含量的時(shí)空分布

圖8 D處理下土壤濕潤(rùn)體剖面NH4+-N含量的時(shí)空分布

從4種不同處理下土壤濕潤(rùn)體剖面中NH4+-N含量的時(shí)空分布變化圖可以看出，在水肥一體化灌溉條件下，盡管施肥量相同，不同處理下土壤濕潤(rùn)體中NH4+-N的含量差異較大，且變化規(guī)律不完全一致，但施肥時(shí)段的遲早對(duì)NH4+-N在土壤濕潤(rùn)體中的分布也有有一定的影響，表現(xiàn)為灌水前期施肥，NH4+-N主要分布在土壤濕潤(rùn)體的邊緣區(qū)域，后期施肥處理下NH4+-N主要分布在土壤濕潤(rùn)體的中心區(qū)域。另外，在灌溉條件下，NH4+-N是一個(gè)很不穩(wěn)定的氮素因子，在土壤濕潤(rùn)體中存留時(shí)間很短，一般只有3～4 d。

2.3 土壤濕潤(rùn)體中NH4+-N與NO3--N的變化關(guān)系

從土壤濕潤(rùn)體中各測(cè)點(diǎn)NO3--N與NH4+-N的含量隨時(shí)間的變化過程趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，在灌水施肥結(jié)束后前5天內(nèi)，二者之間存在明顯的此消彼長(zhǎng)的現(xiàn)象。為了分析二者之間的關(guān)系，下面通過計(jì)算濕潤(rùn)體剖面中各部分土體中NH4+-N和NO3--N的含量來分析。以不同施肥處理下第3天各土層NH4+-N含量為例，將每層土壤濕潤(rùn)體簡(jiǎn)化視作由一組同心圓柱體組成，假定在同一圓柱體內(nèi)NH4+-N含量相同，則各層NH4+-N含量可用式(1)計(jì)算：

NH4+-N(mg)=πhγ[r12c1+(r22-r12)c2]

(1)

式中，π為圓周率，h為設(shè)定土層厚度即10 cm，γ為土壤干容重1.40 g·cm-3,r1,r2分別為15 cm、25 cm，c1、c2為兩點(diǎn)間的銨態(tài)氮平均含量[12]。計(jì)算結(jié)果見表2。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，A處理0～15 cm土層NH4+-N集中了總量的78.62%，B處理0～15 cm土層占到總量的73.65%，C處理NH4+-N分布更為集中，僅0～5 cm就分布總量的77.73%，D處理下5～15 cm土層NH4+-N分布最多，占總量的70.49%。可見NH4+-N聚集在表層小范圍土壤內(nèi)，這是由于土壤膠體主要帶負(fù)電荷，容易交換吸附帶正電荷的NH4+離子，所以銨態(tài)氮以高濃度狀態(tài)進(jìn)入土壤，在遷移的過程中較快被土壤吸附，進(jìn)而阻滯了NH4+-N的運(yùn)移，因此在水肥同步滴灌濕潤(rùn)土壤的方式下，銨態(tài)氮溶質(zhì)很難隨土壤水分一起均勻遷移到濕潤(rùn)體的各個(gè)部分，而是大量聚集在滴頭附近一個(gè)非常有限的土壤范圍內(nèi)。

由式(1)也可以計(jì)算出不同施肥處理下第3天各土層NO3--N的含量以及不同處理下不同時(shí)段整個(gè)土壤濕潤(rùn)體中NH4+-N與NO3--N的總含量。以A處理為例，計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 不同施肥處理下第3天各土層銨態(tài)氮含量/mg

表3 A施肥處理后不同時(shí)刻土壤中

從結(jié)果可以看出：隨著時(shí)間變化，NO3--N與NH4+-N含量之間存在明顯的此消彼長(zhǎng)關(guān)系，尤其在A處理第3天與第5天之間NH4+-N含量遞減率為93.10%，NO3--N含量增長(zhǎng)率為38.49%，在施肥后第3天硝化作用最強(qiáng)，說明這一此消彼長(zhǎng)的趨勢(shì)跟土壤中硝化作用有很大關(guān)聯(lián)，有一部分NH4+-N在濕潤(rùn)的土壤中通過硝化作用轉(zhuǎn)化成了NO3--N。

3 結(jié) 論

(1) 從不同處理下土壤濕潤(rùn)體剖面中NO3--N和NH4+-N含量的時(shí)空分布圖可以看出，在水肥一體化灌溉條件下，盡管施肥量相同，但土壤濕潤(rùn)體中NO3--N和NH4+-N含量的峰值大小和出現(xiàn)位置明顯不同，其含量分布與施肥時(shí)段有密切關(guān)系，表現(xiàn)為灌水前期施肥，NO3--N和NH4+-N主要分布在土壤濕潤(rùn)體的邊緣區(qū)域，灌水后期施肥，NO3--N和NH4+-N主要分布在土壤濕潤(rùn)體的中心區(qū)域。A和C處理土壤中NO3--N較高濃度主要集中在滴頭附近，即0～15 cm土層和水平方向0～15 cm范圍內(nèi)表現(xiàn)出明顯的表聚性，B處理下NO3--N高濃度值在距離滴頭水平方向15 cm、縱深25 cm處，D處理NO3--N高濃度值分布在距離滴頭水平方向15 cm，縱深15 cm處。相對(duì)于NO3--N，NH4+-N空間運(yùn)移距離較小，A和B處理NH4+-N主要分布在0～15 cm，C處理NH4+-N集中在0～5 cm，D處理下5～15 cm土層NH4+-N含量較高。

(2) 各處理結(jié)束后，隨著時(shí)間的推移，土壤濕潤(rùn)體中NO3--N的含量均表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)，前5天一直增大，第7天減小，說明水肥一體化灌溉結(jié)束后，氮肥需要5～6天就可完全轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮。NH4+-N在時(shí)間上轉(zhuǎn)化速率相對(duì)較快，在灌水施肥結(jié)束后的第3天硝化作用最強(qiáng)，從第3天到第5天NH4+-N濃度急劇降低，結(jié)合土壤濕潤(rùn)體中NO3--N的含量的變化規(guī)律，二者表現(xiàn)為此消彼長(zhǎng)的趨勢(shì)，說面部分NH4+-N在濕潤(rùn)的土壤中經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3--N，這也是NO3--N濃度在第5天達(dá)到高峰的部分原因。

(3) 在水肥一體化滴灌條件下，盡管氮肥中的NO3--N易溶于水，且易隨水遷移，但是滴灌是一種局部濕潤(rùn)灌溉，所以灌水施肥后，土壤中的NO3--N主要分布在濕潤(rùn)體內(nèi)，不會(huì)發(fā)生明顯的氮素養(yǎng)分流失，因此有利于提高氮肥的利用效率。

基于上述研究結(jié)果，在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)灌水施肥時(shí)段不同致使速效氮分布不一致的特點(diǎn)，結(jié)合作物不同生育期根系的分布特點(diǎn)，即當(dāng)作物根系分布較淺時(shí)采用先水后肥的方式，根系分布在土壤“中間層”時(shí)可選用中間1/2時(shí)段施肥，先肥后水的滴灌方式更加適宜作物根系分布較深的情況，使速效氮較好地集中在作物根系附近，防止因氮素淋溶而降低氮肥利用率，從而真正提高水肥利用效率。

[1] 王艷群,彭正萍,薛世川，等.過量施肥對(duì)設(shè)施農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，(S1):81-84.

[2] 張學(xué)軍,趙桂芳,朱雯清，等．菜田土壤氮素淋失及其調(diào)控措施的研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境,2004,13(1)：105-108．

[3] Ju X T, Kou C L, Zhang F S. Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination: Comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain[J]. Environmental Pollution, 2006,143(1):117-125．

[4] Zhang W L, Tian Z X, Zhang N, et al. Nitrate pollution of ground-water in northern China[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 1996,59(3):223-231.

[5] Richter J, Roelcke M. The N-cycle as determined by intensive agriculture-examples from central Europe and China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2000,57(1):33-46．

[6] 姚寶林,朱 珠,孫 建，等.不同水肥條件下土壤N、P、K分布規(guī)律研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2011,(10):7-10.

[7] 李久生,張建君,任 理，等．滴灌點(diǎn)源施肥灌溉對(duì)土壤氮素分布影響的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18(5):61-66.

[8] 楊夢(mèng)嬌,呂 新,侯振安，等.滴灌施肥條件下不同土層硝態(tài)氮的分布規(guī)律[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013,(5)：875-881.

[9] 程?hào)|娟,趙新宇,費(fèi)良軍，等.膜孔灌施尿素條件下氮素轉(zhuǎn)化和分布室內(nèi)模擬試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009,25(12):58-62.

[10] 黃耀華,王 侃,楊劍虹，等.滴灌施肥條件下土壤水分和速效氮遷移分布規(guī)律[J].水土保持學(xué)報(bào)，2014,28(5):87-94.

[11] Goldberg S D, Rinot M, Karu N. Effect of trickle irrigation intervals on distribution and utilization of soil moisture in a vineyard[J]. Soil Sci Soc Am J, 1971,35(1):127-130．

[12] 侯紅雨,龐鴻賓,齊學(xué)斌，等.溫室滴灌條件下NH4+-N轉(zhuǎn)化遷移規(guī)律研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2003,(1)：48-52.

Effectofnitrogenapplicationtimeonthedistributionofsoilnitrogenunderdripfertigation

WANG Xu-yang1,3, FAN Xing-ke1,2

(1.InstitutionofsoilandwaterConservation,ChineseAcademyofScience,Shaanxi,Yangling712100,China；2.NorthWestAgricultureandForestryUniversity,Shaanxi,Yangling712100,China；3.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Using single-point infiltrational simulation, an experiment on different nitrogen application time under drip fertigation was conducted. Soil ammonium and nitrate content in different location was measured at different time after drip irrigation. The results showed that the region with high nitrogen content was always near the drip emitter for fertigation during the whole drip irrigation. Maximum NO3--N content occurred at 15～25 cm horizontal distance and 15～30 cm vertical distance for fertigation during the first half time of drip irrigation. The region with high nitrogen was always near the drip emitter for fertigation during the second half time of drip irrigation，but the content is rather high. Maximum NO3--N content existed at 15cm horizontal distance and 15 cm vertical distance for fertigation in the middle half of the time. The peak content of NO3--N in wetted soil body occurred on the 5th day and then became smaller with time. The transforming rate of NH4+-N was relatively fast, and the nitrification was most strong on the third day after irrigation, resulting in the ammonium content decreased sharply from the third day to the fifth.

fertigation; nitrogen application time; NO3--N; NH4+-N; space-time distribution

1000-7601(2017)03-0182-08doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.29

2016-04-14

：2017-02-04

：中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“黃土高原生態(tài)服務(wù)功能提升與果園水肥協(xié)同技術(shù)集成與示范”(KFZD-SW-306)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“黃土高原揚(yáng)黃灌區(qū)(寧夏)增糧增效技術(shù)研究與示范”(2015BAD22B05)

王旭洋(1990—)，男，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉新技術(shù)。 E-mail：xuyangwang221@126.com。

范興科(1964—)，男，研究員，主要從事節(jié)水灌溉新技術(shù)和灌溉產(chǎn)品開發(fā)。 E-mail：gjzfxk@vip.sina.com。

S143.1; S147.23

： A