華南甘蔗種植區(qū)大氣氮素濕沉降特征

黃金生，周柳強，曾 艷，謝如林，區(qū)惠平，朱曉暉 ，譚宏偉

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部華南植物營養(yǎng)與施肥技術(shù)科學(xué)觀測實驗站，廣西 南寧 530007；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院，廣西 南寧 530007)

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗在農(nóng)業(yè)部華南植物營養(yǎng)與施肥技術(shù)科學(xué)觀測實驗站進(jìn)行，該站位于廣西武鳴區(qū)鑼圩鎮(zhèn)(N 23°14′50″，E 108°2′36″)，地處華南亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣候高溫多雨，年平均溫度22.1 ℃，年≥10 ℃有效積溫8105 ℃，無霜期344 d，試驗期間年平均降水量1245.6 mm，但降雨季節(jié)分布不均，干濕季節(jié)明顯。試驗站主要作物為甘蔗。

1.2 樣品采集與分析

1.3 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計

雨水中不同形態(tài)氮的月(季、年)的平均濃度均根據(jù)公式(1)，氮素沉降量根據(jù)公式(2)計算。式中，C(mg N L-1)為雨水氮素加權(quán)平均濃度；F(kg N hm-2)為氮素沉降量，每次降雨水樣濃度與相應(yīng)降雨量的乘積累加，100為換算系數(shù)。Ci為第i次降雨中氮的濃度；Pi為第i次降雨的降雨量。

(1)

(2)

一年四季根據(jù)廣西當(dāng)?shù)貙嶋H氣象情況劃分：春(2-4月)、夏(5-7月)、秋(8-10月)、冬(11-2月)。

試驗數(shù)據(jù)繪圖和統(tǒng)計分析分別采用Origin2017和SAS9.1軟件進(jìn)行，LSD法進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)域降雨量、雨水不同形態(tài)氮濃度動態(tài)變化

2008-2015年，監(jiān)測區(qū)降雨量及雨水中氮素濃度的月動態(tài)變化如圖1所示。監(jiān)測期間該地區(qū)年降雨量1027.4～1379.8 mm，平均為1245.6 mm。月降雨量差異較大，最大為7月268.7 mm，其次為6月246.9 mm，最小為2月19.1 mm。降雨的季節(jié)性分布不均，降雨量主要集中在夏、秋兩季，分別為658.0和331.3 mm，夏秋兩季約占全年降雨量的79.42 %；而春、冬兩季降雨較少，分別為140.5 mm和115.9 mm，春冬兩季占全年降雨量的20.58 %。

圖1 降雨量和雨水不同形態(tài)氮素含量月動態(tài)變化Fig.1 Monthly variations of rainfall and N concentration

表1 不同季節(jié)雨水氮素濃度(mg N L-1)

表2 雨水中不同形態(tài)氮濃度及其比例變化

2.2 雨水不同形態(tài)氮濃度與降雨量間相關(guān)分析

圖2 氮濃度與降雨量的相關(guān)性(N=463)Fig.2 Relationship between rainfall and N concentration

圖3 雨水不同形態(tài)氮沉降量月動態(tài)變化Fig.3 Monthly variations of N deposition

2.3 氮濕沉降量及其動態(tài)變化

表3 雨水中不同形態(tài)氮素沉降量的季節(jié)變化

表4 雨水中不同形態(tài)氮素沉降量的年度變化

2.4 雨水不同形態(tài)氮沉降量與降雨間的相關(guān)分析

圖4 月氮沉降量與月降雨量的相關(guān)性(N=89)Fig.4 Relationship between monthly rainfall and N deposition

圖5 月氮沉降量與月降雨頻次的相關(guān)性(N=89)Fig.5 Relationship between monthly rainfall frequency and N deposition

3 討 論

降雨中的DIN為速效態(tài)氮，容易被作物直接吸收利用，可作為作物氮素營養(yǎng)重要來源[8]。監(jiān)測期內(nèi)研究區(qū)域降雨中的DIN年沉降量為12.86 kg N hm-2，相當(dāng)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣施肥氮投入(400 kg N hm-2)的3.2 %。可見，濕沉降中以DIN形式輸入農(nóng)田的氮肥可占氮肥施入量的較大部分，可在甘蔗種植體系中起到補給氮素供應(yīng)作用。因此，在甘蔗施肥時，應(yīng)考慮由降雨帶入蔗田的氮素。前人研究表明，干濕總氮沉降的臨界負(fù)荷為5～10 kg N hm-2時對脆弱的陸地生態(tài)系統(tǒng)非常有利，臨界負(fù)荷為10～20 kg N hm-2時對森林生態(tài)系統(tǒng)非常有利[13]。本研究表明，2008-2015年研究區(qū)域僅濕沉降TN年沉降量為6.79～29.61 kg N hm-2，平均為17.95 kg N hm-2，遠(yuǎn)超過陸地生態(tài)系統(tǒng)的臨界負(fù)荷；大氣氮沉降除了濕沉降外還包括干沉降，按大氣干沉降占干濕總沉降量30 %推算[14]，研究區(qū)域大氣氮素干濕總沉降可達(dá)25.64 kg N hm-2，超過森林生態(tài)系統(tǒng)的臨界負(fù)荷，具有一定環(huán)境風(fēng)險。因此，該區(qū)域甘蔗種植體系推薦施肥中應(yīng)予以考慮大氣氮素濕沉降輸入量，同時實行優(yōu)化氮素管理，以提高氮素利用效率，降低降雨中氮素濃度，減少大氣沉降氮素的輸入。

在8年(2008-2015年)的監(jiān)測期內(nèi)，研究區(qū)域僅大氣氮素濕沉降年均沉降量達(dá)17.95 kg N hm-2，遠(yuǎn)超過陸地生態(tài)系統(tǒng)的臨界負(fù)荷，對生態(tài)環(huán)境有一定潛在的風(fēng)險。因此，在華南甘蔗種植區(qū)推薦施肥中應(yīng)予以考慮大氣氮素濕沉降輸入量，同時采取措施降低降雨中氮素濃度，以減少大氣沉降氮素的輸入。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，監(jiān)測期內(nèi)研究區(qū)域大氣氮素濕沉降量與氮沉降濃度呈現(xiàn)明顯季節(jié)性差異，氮沉降量夏季>秋季>春季>冬季，氮沉降濃度春季>冬季>夏季>秋季，兩者間呈相反趨勢。大氣氮素濕沉降與降雨關(guān)系密切，雨水中各形態(tài)氮濃度與降雨量呈極顯著負(fù)相關(guān)；月氮沉降量與月降雨量、月降雨頻次呈顯著正相關(guān)，且受降雨量的影響大于降雨頻次的影響。無機氮是大氣氮素濕沉降的主體，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮沉降量占無機氮的比例相當(dāng)；銨態(tài)氮沉降量占全氮沉降量比例呈逐年下降趨勢，硝態(tài)氮則相反，呈逐年升高的趨勢。大氣氮素濕沉降年均沉降量達(dá)17.95 kg N hm-2，遠(yuǎn)超過陸地生態(tài)系統(tǒng)的臨界負(fù)荷，對生態(tài)環(huán)境有一定潛在的風(fēng)險。