不同比例復配土種植玉米對土壤氮素分布的影響

盧垟杰 李娟 郭振

摘要? ? 通過在砒砂巖與沙不同比例混合形成的復配土上種植玉米，研究復配土中硝態氮、銨態氮的分布及運移情況。結果表明，土壤硝態氮容易被水分淋洗，且復配土中沙的比例越大，土壤硝態氮淋洗的速度越快、淋洗的深度越深;復配土中銨態氮含量普遍偏低，復配土含沙量越高，銨態氮變化越大。因此，在含沙量較高的復配土中應采取適當措施，減小養分流失造成的肥力浪費。

關鍵詞? ? 砒砂巖;復配土;硝態氮;銨態氮

中圖分類號? ? S513? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）14-0001-03

Abstract? ? The distribution and migration of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen in the compound soil were studied? by planting corn on the compound soil formed by mixing different proportions of soft sandstone and sand.The results showed that soil nitrate nitrogen was easily leached by water，the greater the proportion of sand in the compound soil，the faster the soil nitrate nitrogen was leached and the depth of the leaching is deeper.The content of ammonium nitrogen in the compound soil was generally low，the higher the sediment concentration of the compound soil，the greater the change of ammonium nitrogen.Therefore，appropriate measures should be taken in the compound soil with high sediment concentration to reduce the fertility waste caused by nutrient loss.

Key words? ? soft sandstone;compound soil;nitrate nitrogen;ammonium nitrogen

砒砂巖是一種形成時間極為久遠的松散巖層[1]，主要由砂巖和砂頁巖等構成[2]，集中分布在晉、陜、蒙交界處黃河流域的鄂爾多斯高原處，面積達到1.67萬km2 [3-4]。砒砂巖作為毛烏素沙地的伴生巖[5]，其巖層厚度小，承壓能力差以及“無水堅如磐石、遇水爛如稀泥”的特性[1]讓砒砂巖難以得到利用。砒砂巖區侵蝕程度較高、侵蝕方式多樣[6-7]，導致地區水土流失嚴重[8-9]，生態環境惡劣[10]且改良復雜，利用困難。因此，被稱為“地球環境癌癥”[8]。

目前，已有大量學者針對砒砂巖區水土流失和生態治理進行了研究。蔡懷森等[11]和王倫江等[12]對不同顏色砒砂巖的水力侵蝕進行研究，發現砒砂巖中氧化鐵含量越高，砒砂巖顏色越紅，其水土流失情況越嚴重。針對砒砂巖的治理，可以通過生物措施，恢復灌草植被[13]，種植沙棘植物如沙棘、檸條、沙打旺等建立“柔性壩”攔沙[14]，也可以利用水利工程措施，如建設淤地壩、治溝骨干工程等[1]，或者多種措施結合[15]，既可以減少水土流失，也可以形成高產農田。張衛華等[5]在砒砂巖區就地取材，將質地黏重、透水性差的砒砂巖與透水性極強的沙子按比例混合，形成復配土，將災害變為可利用資源。

本試驗通過在砒砂巖與沙不同比例混合形成的復配土上種植玉米，研究復配土中硝態氮、銨態氮的分布及運移情況，探討復配土氮素分布的規律，研究結果對砒砂巖地區的改良利用及復配土上種植玉米的氮肥施用有一定的指導意義。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗區概況

試驗于2012年在榆林市榆陽區小紀汗鄉大紀汗村進行。當地地處毛烏素沙漠與黃土高原過渡地帶，東經107°15′～111°15′，北緯36°57′～39°34′，屬溫帶干旱半干旱大陸性季風氣候。當地年平均氣溫7.9～11.3 ℃，年平均降水量316～513 mm，多集中在7—9月。氣候特點是光照充足，溫差大，氣候干燥，雨熱同季，四季明顯。

1.2? ? 試驗材料

試驗所用砒砂巖和沙土取自毛烏素沙地（位于我國西北地區，是中國四大沙地之一）榆林市榆陽區，其基本物理性質見表1。

1.3? ? 試驗設計

試驗共設置3個處理，即砒砂巖與沙土比例分別按1∶1、1∶2、1∶5配制復配土，其上種植玉米，3次重復，共9個小區，小區面積60 m2（12 m×5 m）[5]。玉米于2012年4月22日種植，種植前每個小區施入尿素0.90 kg、磷酸二銨2.25 kg，并于7月10日補施尿素0.90 kg。每個小區分別在玉米種植前、拔節期、抽穗期、灌漿期和成熟期各灌水1次，每次灌水50 mm。

1.4? ? 指標測定與數據處理

試驗于玉米拔節期、抽穗期和成熟期分別取土1次，測量其土壤銨態氮和硝態氮含量。土壤銨態氮含量采用KCl浸提—靛酚藍比色法測量;土壤硝態氮含量采用雙波長分光光度法測量。

試驗數據采用Excel 2012進行整理分析及制圖。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 硝態氮含量

2.1.1? ? 拔節期。不同比例砒砂巖與沙土復配土的硝態氮差異較明顯，其中砒砂巖與沙土1∶1體積比混合復配土的土壤硝態氮含量整體較其他2個比例的復配土低，整體趨勢表現為0～10 cm土層的硝態氮含量最高，隨土層深度增加，土壤硝態氮含量下降明顯，10～15 cm土層土壤硝態氮含量為3.25 mg/kg，較0～10 cm土層低32.0%，隨后土壤硝態氮含量在3.50 mg/kg左右波動，變化不大。砒砂巖與沙土1∶2體積比混合復配土的土壤硝態氮含量較高，均在4.00 mg/kg以上，其中土壤硝態氮在10～20 cm土層有明顯的上升趨勢，10～15 cm土層和15～20 cm土層分別較表層土壤高28.5%和34.0%，其他土層的土壤硝態氮含量均在4.30 mg/kg左右。砒砂巖與沙土1∶5體積比混合復配土的土壤硝態氮含量介于其他2種比例的復配土之間，但波動范圍較大，大致呈現出隨土層深度增加，土壤硝態氮含量下降的趨勢（圖1）。3種復配土土壤硝態氮含量表現為0～10 cm表層1∶5復配土>1∶2復配土>1∶1復配土，其他土層1∶2復配土>1∶5復配土>1∶1復配土。

2.1.2? ? 抽穗期。抽穗期的土壤硝態氮含量較高是由于為保證玉米生長發育需求，施入氮肥導致的。各比例復配土的土壤硝態氮隨土層深度變化趨勢相同，均表現為0～10 cm表層土壤中硝態氮含量最低，之后升高較多，隨土層深度增加，土壤硝態氮含量下降。砒砂巖與沙土1∶1體積比混合復配土的土壤硝態氮含量較其他2種比例復配土低，15 cm土層處出現土壤硝態氮含量峰值，較表層高61.5%，隨后15～20 cm土層硝態氮含量下降，而后變化不大。砒砂巖與沙土1∶2體積比混合復配土的土壤硝態氮含量峰值42.99 mg/kg出現在20 cm土層處，較表層高79.4%，在40 cm土層處下降至33.58 mg/kg，隨后變化不大。砒砂巖與沙土1∶5體積比混合復配土的土壤硝態氮含量在0～40 cm土層內隨深度增加呈上升趨勢，在40 cm土層處達到最大值59.79 mg/kg，較表層高110.7%，在60 cm土層處下降至35.61 mg/kg，而后隨土層深度增加，土壤硝態氮含量變化不大（圖2）。

2.1.3? ? 成熟期。砒砂巖與沙土1∶1和1∶2體積比混合復配土的土壤硝態氮含量較穩定，隨深度增加，硝態氮含量變化較小，而砒砂巖與沙土1∶5體積比混合復配土與其他2種差別較大。1∶1復配土土壤硝態氮峰值3.93 mg/kg出現在40 cm土層處，較表層高11.6%，差別不明顯，隨土層深度增加，土壤硝態氮含量在3.50 mg/kg上下波動，變化幅度較小。1∶2復配土土壤硝態氮峰值4.21 mg/kg出現在40 cm土層處，較表層高29.9%，差別較1∶1復配土大，土壤硝態氮含量整體變化較小，同樣在3.50 mg/kg上下波動。1∶5復配土的土壤硝態氮含量在0～15 cm土層與其他2種復配土相差不大，隨土層深度增加迅速下降，60～80 cm土層處下降至0，隨后土壤硝態氮含量迅速升高，在140 cm土層處達到峰值，較表層高215.5%，差別明顯（圖3）。

2.2? ? 銨態氮含量

2.2.1? ? 拔節期。1∶1復配土土壤銨態氮整體趨勢表現為隨土層深度增加，銨態氮含量下降，峰值0.77 mg/kg出現在土壤表層，0～20 cm土層土壤銨態氮含量下降速度較快，40～100 cm土層變化不大，隨后又迅速下降。1∶2復配土的土壤銨態氮含量變化趨勢為隨土層深度增加，先升高后降低然后又緩慢升高，銨態氮峰值0.77 mg/kg出現在15 cm土層處，較表層高4.2%。1∶5復配土的土壤銨態氮含量變化趨勢與1∶2復配土相似，銨態氮峰值0.71 mg/kg出現在40 cm土層處。0～10 cm土層的銨態氮含量1∶1復配土>1∶2復配土>1∶5復配土（圖4）。

2.2.2? ? 抽穗期。1∶1復配土的土壤銨態氮含量在0～20 cm土層呈現減小的趨勢，后隨土層深度增加銨態氮含量升高，在120 cm土層處達到最大值0.90 mg/kg，隨后銨態氮含量呈現出隨土層深度增加而降低的趨勢。1∶2復配土的土壤銨態氮變化趨勢與1∶1復配土接近，隨土層深度增加呈先降低再升高而后繼續降低的趨勢，土壤銨態氮峰值0.89 mg/kg出現在60 cm土層處。1∶5復配土的土壤銨態氮在0～20 cm土層內呈現上升趨勢，在20 cm土層處出現峰值0.94 mg/kg，隨后隨土層深度增加而降低，降低幅度大于1∶1復配土和1∶2復配土。土壤銨態氮含量在0～40 cm土層表現為1∶5復配土>1∶1復配土>1∶2復配土;60 cm土層以下為1∶1復配土>1∶2復配土>1∶5復配土（圖5）。

2.2.3? ? 收獲期。收獲期1∶1復配土的土壤銨態氮含量隨土層深度增加變化不大，整體在0.43 mg/kg上下波動，趨勢平緩。1∶2復配土的土壤銨態氮變化趨勢與1∶1復配土相似，銨態氮含量在0.44 mg/kg上下波動，但波動幅度較1∶1復配土大。1∶5復配土的土壤銨態氮變化趨勢與其他2種比例復配土不同，在0～15 cm土層，土壤銨態氮含量呈現出下降趨勢，但在20 cm土層處明顯升高，出現峰值0.54 mg/kg，在20～40 cm土層又出現下降趨勢，隨后隨土層深度增加變化不大（圖6）。

3? ? 結論與討論

（1）土壤硝態氮容易被水分淋洗，這點在土壤硝態氮分布圖中硝態氮峰值總是出現在土壤表層以下得到充分體現。這是由于土壤硝態氮離子帶負電荷，難以被同樣呈負電性的土壤膠體吸附，且硝態氮易溶于水，易隨水分向土壤深處運移[16]，可能造成養分流失。

（2）復配土中沙土的比例越大，土壤硝態氮淋洗越快、淋洗的深度越深。對比各時期土壤硝態氮出現的土層深度，基本呈現出復配土中含沙量越高，硝態氮的峰值在土壤中分布得越深。尤其是收獲期，經過一個耕作期的淋洗，1∶5復配土0～20 cm的土層還有部分硝態氮分布，但在20～80 cm土層中土壤硝態氮的含量接近于0，而峰值則出現在140 cm土層處。原因是沙土的保水性較差，水分極易向下流失[17]，故土壤水分攜帶易溶于水的硝態氮向深處運移，造成土壤中含沙量越高，硝態氮在土壤中分布得越深的現象。

（3）各時期復配土中銨態氮含量普遍偏低。玉米拔節期、抽穗期和成熟期，各比例復配土中銨態氮含量集中在0.40～1.00 mg/kg之間。造成土壤銨態氮含量偏低的原因，一是夏季高溫干旱，氮肥中銨態氮變為硝態氮的氧化過程加快;二是較高的氣溫使銨態氮加快轉化為氨氣，揮發后造成養分流失[18]。

（4）各比例復配土中銨態氮的分布差別較小，且隨土層深度增加，銨態氮的變化同樣較小。這是由于銨態氮帶正電荷，易被土壤中帶負電荷的土壤膠體吸附，不易運移，隨水分流失較少。耕作期內，3種復配土的銨態氮分布差異不大，在一個耕作期結束后，含沙量越高的復配土的銨態氮變化越大，這是由于沙子比例越大的復配土中土壤黏粒越少，不易形成土壤膠體，對銨態氮的吸附性減弱。

復配土中硝態氮易被水分淋洗，造成養分流失，且含沙量越高的復配土，硝態氮淋洗現象越嚴重。因此，在沙子比例較高的復配土中應采取適當措施，以減小養分流失造成的肥力浪費。復配土中未出現銨態氮的積累，可能與復配土本身的性質及當地氣候條件有一定程度的關系，以后可針對復配土對銨態氮的吸附效果以及硝態氮與銨態氮的轉化進行研究。

4? ? 參考文獻

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