论文部分内容阅读
氮肥是植物生长发育的必需营养元素,也是作物施肥三要素N、P、K之首,其作为农业生产最重要的投入品之一,对我国农业增产增收发挥着巨大的作用。然而,自上世纪七十年代以来,我国化肥施用量逐年增加,其中氮肥占化肥消费比重的60%左右,每年氮肥用量占全世界氮肥用量的35%以上。氮肥的过量施用不仅影响作物产量、降低农产品品质、加重病虫害、危害生态环境,而且对土壤容易造成永久性伤害,导致土壤板结,进而引起土壤酸化等问题。因此,开展可变电荷土壤砖红壤和黄壤硝酸根离子与盐基离子耦合淋失特征的研究,探明氮肥种类及施肥量对铵根离子、硝酸根离子以及盐基离子淋溶特征的影响,预测盐基离子与硝酸根离子的耦合迁移特征都具有重要意义。本文以重庆市武隆县仙女山采集的黄壤和海南省海口市观澜湖采集的砖红壤为研究对象,通过室内土柱模拟试验,采用间歇淋溶法对两种可变电荷土壤黄壤和砖红壤在不同氮肥种类和施用量下(尿素N0、N1、N2、N3、N4;硝酸铵N0、N1、N2、N3、N4;硫酸铵N0、N1、N2、N3、N4)土壤阴离子及盐基离子淋失特征进行研究,探讨了不同氮肥种类及施用量下土壤阴离子和盐基离子耦合淋失特征及土壤酸化的影响。主要结论如下:
1.氮肥种类及施用量对土壤氮素淋溶特征的影响
无论是砖红壤还是黄壤,淋失量硝态氮均远高于铵态氮,且黄壤的氮素淋失量较砖红壤高。其中,砖红壤、黄壤硝态氮的淋失特征分别为:硫酸铵＞硝酸铵＞尿素＞N0、硝酸铵＞尿素＞硫酸铵＞N0;NH4+淋失浓度分别为:硫酸铵＞硝酸铵＞尿素＞N0、硫酸铵＞尿素＞硝酸铵＞N0。砖红壤NO3--N累积淋溶量(y)与尿素、硝酸铵和硫酸铵施用量(x)之间分别满足线性方程y=1.1064x+3190.8(R2=0.9395)、y=1.2324x+3673(R2=0.9209)和y=0.4972x+5092(R2=0.9977)。砖红壤尿素、硝酸铵和硫酸铵处理NH4+平均淋失浓度均表现为N4＞N3＞N2＞N1＞N0。本试验中尿素和硝酸铵铵态氮的淋失速率分别为0.42%和0.30%,而硫酸铵随着施肥量的增加,NH4+浓度增幅逐渐降低,当施肥量超过N3时,增幅为负。
黄壤NO3--N累积淋溶量(y)与尿素、硝酸铵和硫酸铵施用量(x)之间分别满足线性方程y=2.4756x+5560.9(R2=0.9887)、y=2.1125x+6470.3(R2=0.9909)和y=0.7207x+5320.1(R2=0.9854)。黄壤NH4+平均淋失浓度尿素处理:N3＞N4＞N2＞N1＞N0;硝酸铵处理N1、N2、N3、N4分别是N0的1.11、1.41、2.74和3.51倍;硫酸铵处理表现为N3、N4、N2三个处理间差异不明显,但却都显著大于N1和N0,且硫酸铵处理随着施肥量的增加,NH4+浓度逐渐增加,当施肥量超过N2时,增幅减缓甚至为负。
2.氮肥种类及施用量对土壤硝酸根离子与盐基离子耦合迁移的影响
砖红壤盐基离子淋溶总量:硫酸铵＞硝酸铵＞尿素＞N0,且各肥料种类整个淋溶过程的盐基离子淋溶量均表现为:Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。本试验中盐基离子迁移速率随着土壤pH的降低而增大,表现为:硫酸铵(26.28%)＞硝酸铵(13.37%)＞尿素(11.78%)。Ca2+的迁移在盐基离子淋失中占优势地位,硫酸铵处理Ca2+迁移速率为26.32%,较尿素处理的11.46%和硝酸铵处理的13.69%分别高出14.86%和12.63%。本试验中砖红壤N1、N2、N3、N4处理盐基离子的迁移速率分别为19.80%(R2=0.9293)、14.32%(R2=0.8696)、14.63%(R2=0.8652)和17.72%(R2=0.9018)。砖红壤硝态氮淋溶量(x)与盐基离子Ca2+、Mg2+、K+、Na+淋失量(y)的拟合方程中,与Ca2+,Mg2+、K+、Na+的拟合程度变化趋势分别为:N1＞N4＞N2＞N3、N4＞N2＞N1＞N3、N1＞N2＞N3＞N4和N1＞N4＞N2＞N3。
盐基离子淋失总量黄壤较砖红壤所占比较更大,表现为:硫酸铵＞硝酸铵＞尿素＞N0,整个淋溶过程中尿素、硝酸铵的盐基离子淋溶量均表现为:Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+,而硫酸铵处理表现为:Ca2+＞K+＞Mg2+＞Na+。黄壤尿素硝态氮淋溶量与盐基离子的耦合迁移程度表现为,Mg2+(R2=0.9548)最高,其次为Ca2+(R2=0.9195),然后K+(R2=0.6897),Na+方程拟合效果差。硝酸铵和硫酸铵处理硝态氮淋溶量与四种盐基离子的耦合程度则表现为:Ca2+＞K+＞Mg2+＞Na+。盐基离子的迁移量随硝态氮淋溶量的增加而增大,尿素处理盐基离子的迁移速率为21.49%,较砖红壤尿素处理盐基离子的迁移速率11.78%,高出9.71%,而硝酸铵处理盐基离子的迁移速率为21.56%,较尿素处理21.49%高出0.07%。黄壤Ca2+与硝态氮的耦合迁移程度高,尿素处理Ca2+的迁移速率为20.49%,硝酸铵处理中Ca2+迁移速率为20.25%,较尿素处理低0.24%。黄壤盐基离子总量迁移速率N1、N2、N3和N4分别为22.67%(R2=0.9145),24.52%(R2=0.9163),20.56%(R2=0.9094)22.90%(R2=0.8680)。N1、N2、N4硝态氮累积淋溶量(x)和盐基离子迁移量(y)之间拟合效果均表现为Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+,而N3拟合效果则表现为Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+。
3.氮肥种类及施用量对土壤酸化的影响
砖红壤和黄壤盐基总量(E.B)均表现为:尿素＞硫酸铵＞硝酸铵。砖红壤盐基饱和度、表面电荷密度和表面电场强度分别表现为:尿素＞硫酸铵＞硝酸铵、硫酸铵＞硝酸铵＞尿素和尿素＞硫酸铵＞硝酸铵。砖红壤盐基饱和度、表面电荷密度、表面电场强度分别表现为:尿素＞硝酸铵＞硫酸铵、尿素＞硝酸铵＞硫酸铵和硫酸铵＞硝酸铵＞尿素。砖红壤理论表面电荷总量表现为:尿素＞硝酸铵＞硫酸铵,且SCN理介于93.91-112.23mmol/Kg之间;黄壤则表现为:硫酸铵＞硝酸铵＞尿素,且黄壤N0的理论表面电荷总量最低为30.49mmol/Kg,SCN理介于30.49-80.35mmol/Kg之间。砖红壤尿素、硝酸铵和硫酸铵处理表面电荷密度分别表现为N1＞N2＞N3＞N4、N1＞N4＞N2＞N3和N4＞N2＞N1=N3。黄壤尿素、硝酸铵和硫酸铵处理表面电荷密度则分别为:N3＞N4＞N2＞N1、N4＞N1＞N3＞N2和N1＞N2＞N4＞N3。