施用不同肥料土壤水解氮的垂直分布特征

摘要 以许昌市建安区高效农田灌区为例，研究施用不同肥料土壤水解氮含量的垂直分布特征。结果表明，经过一个耕作周期，施用氮含量322.5 kg/hm2的有机无机复混肥、施用氮含量202.5 kg/hm2的复合微生物肥料与施用氮含量397.5 kg/hm2的常规施肥，三者之间土壤中水解氮含量差异不显著（P>0.05）;土壤中水解氮含量表层含量最高，在1.5 m深度出现第二峰值，4.0 m以下各土层间均差异不显著;土壤中水解氮含量的垂直分布在夏季与秋季略有不同，但差异不显著（P>0.05）。

关键词 无机养分;水解氮;垂直分布;有机无机复混肥;微生物肥料

中图分类号 S 158  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）03-0076-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.03.020

Vertical Distribution Characteristics of Hydrolyzed Nitrogen in Soils with Different Fertilizers

LI Hong-tao， GAO Hong-li， WANG Yu-han et al

（Institute of Geography， Henan Academy of Sciences， Zhengzhou， Henan 450052）

Abstract The vertical distribution characteristics of soil hydrolytic nitrogen content were studied by applying different types of fertilizers in high efficiency farmland irrigation area of Jian'an District of Xuchang City. The results showed that after one tillage cycle， the difference of soil hydrolytic nitrogen content among organic-inorganic compound fertilizer with nitrogen content of 322.5 kg/hm2，compound microbial fertilizer with nitrogen content of 202.5 kg/hm2 and conventional fertilization with nitrogen of 397.5 kg/hm2 had no significant difference （P>0.05）.The content of hydrolyzed nitrogen in the surface layer of soil was the highest， and the second peak appeared at 1.5 m depth， there was no significant difference among soil layers below 4.0 m.The vertical distribution of soil hydrolytic nitrogen content in summer and autumn was slightly different， but the difference was not significant （P>0.05）.

Key words Inorganic nutrient;Hydrolyzed nitrogen;Vertical distribution;Organic-inorganic compound fertilizer;Microbial fertilizer

基金项目 河南省科学院基本科研费项目（200601074）;河南省科学院科技开放合作项目（210901007）;河南省科学院杰出青年人才项目（210401011）;河南省科学院重大科研聚焦专项（210101007）。

作者简介 李洪涛（1978—），男，河南许昌人，助理研究员，从事生态环境领域相关研究。

收稿日期 2021-05-08

化肥的施用是提高粮食产量的重要措施[1-3]，然而农业生态系统的恢复能力有限，化肥过量施用会引起土壤污染、地下水污染、河流污染等一系列的环境问题。施肥造成环境污染主要是氮磷元素的富集和迁移。水解氮易溶于水，在土壤中有很强的迁移性，因此在降雨或者灌溉条件下，由于淋溶作用迁移至地下水体中，从而造成地下水环境的污染[4-5]。 因此，研究水解氮的渗漏并对其所造成的污染风险进行评估，对保护地下水环境、建设环境友好型社会、走可持续发展道路都有十分重要的意义。

笔者以许昌市建安区高效农田灌区为例，通过田间施用不同类型肥料试验，研究许昌市建安区高效农田灌区土壤水解氮的垂直分布特征，为当地农业施肥管理以及相似区域因地制宜展开农业生产活动提供科学的依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验设在许昌市建安区高效农业灌溉示范区（113°35′～114°04′E、33°52′～34°10′N）。该区域属北暖温带季风气候区，春季干旱多风，夏季炎热雨集中，秋季晴和气爽日照长，冬季寒冷少雨雪，年降水量671～736 mm，降雨多集中在6—9月，年平均气温在14.3～14.6 ℃。土壤以沉积层为主，为黏质砂土、砂壤土、黏土，含水组以松散岩类孔隙含水组为主。地下水埋深在 10～15 m，地下水补给以降雨入渗为主。农作物以冬小麦夏秋季玉米、大豆为主。

冬小麦供试肥料一为有机无机复混肥，36%的无机养分（N∶P∶K=18∶13∶15）+15%的有机质;供试肥料二为复合微生物肥料，28%的无机养分（N∶P∶K=12∶12∶4）+25%的有机质微生物菌剂;供试肥料三为常规施肥，45%的无机养分（N∶P∶K=25∶15∶5）。夏秋季玉米供试肥料一为有机无机复混肥，35%的无机养分（N∶P∶K=25∶5∶5）+15%的有机质;供试肥料二为复合微生物肥料，25%的无机养分（N∶P∶K=15∶5∶5）+25%的有机质微生物菌剂;供试肥料三为常规施肥，46%的无机养分（N∶P∶K=28∶8∶10）。

1.2 试验设计与样品采集

试验设置3个施肥处理：处理①，有机无机复混肥;处理②，复合微生物肥料;处理③，常规施肥;施用量均按225 kg/hm2。试验田总面积为3 hm2，按照3个施肥处理作为3个处理，每个处理设置3个重复，试验田共划分为9个处理单元，每个处理单元约0.2 hm2，处理顺序随机排列。试验从 2018年 10 月初开始整理土地，10月12日施肥播种，按设计2019年6月10日第1次采集样品，2019年10月10日第2次采集样品。土样采集：每个处理设1个采探点，采集采探点周围20 cm深混合土样作为表层土样，其他土层土样使用汽油冲积取土钻钻取土柱，每隔50 cm采集一次，每次从土柱底端截取10 cm土柱作为样品，样品重量约200 g。

1.3 样品的测定

将所采集样品粉碎，过100目筛，根据检测方法称取所需土样。样品检测所用试剂均为分析纯。土壤水解性氮的测定方法采用碱解扩散法。

1.4 数据处理

采用Excel 2003 和SPSS 13.0 软件对检测数据进行对比分析，通过单因素方差分析（One-way ANOVA）的LSD 法对数据进行差异显著性检验。

2 结果与分析

通过对6月份土壤水解氮含量进行差异显著性检验（表1）可知，表层（0 m）与其他土层水解氮含量差异显著;2.0 m以上土层与3.0 m以下土层水解氮含量差异显著，3.0 m以下各土层间均差异不显著。由图1可知，6月份土壤表层水解氮含量高于其他土层，在总含量中的占比最高; 1.0 m土层水解氮含量低于上下土层，出现第一波谷;1.5 m土层水解氮含量高于上下土层，出现非常明显的第二波峰;2.0 m以下土层水解氮含量虽然仍有波动，但整体呈现下降趋稳态势。

处理①和处理③土壤表层水解氮含量高于其他土层，在总含量中的占比最高，处理②0.5 m土层水解氮含量略高于土壤表层，在总含量中的占比最高;处理②在0.5～2.0 m土层的水解氮含量高于其他2个处理;3个处理1.0 m土层水解氮含量均低于上下土层，出现第一波谷，1.5 m土层水解氮含量高于上下土层，出现非常明显的第二波峰，2.0 m以下土层水解氮含量虽然仍有波动，但整体呈现下降趋稳态势。

通过对10月份土壤水解氮含量进行差异显著性检验（表1）可知，表层及0.5 m层土壤与其他土层土壤水解氮含量差异显著;1.5 m土层与其他土层水解氮含量均差异显著;2.0 m和2.5 m土层与其他土层水解氮含量差异显著;3.0 m以上土层（除1.0 m土层）与4.0 m以下土层（除5.5 m土层）水解氮含量差异显著，4.0 m以下各土层间差异不显著。由图2可知，3个处理0.5 m以上土层水解氮含量高于其他土层，在总含量中的占比最高; 1.0 m土层水解氮含量低于上下土层，出现第一波谷;

2.0 m以下土层水解氮含量虽然仍有波动，但整体呈现下降趋稳态势。处理①和处理③1.5 m土层水解氮含量高于上下土层，出现第二波峰;处理②在2.0 m土层出现第二波峰，且其波峰呈现出与其他2个处理不同的趋势。

通过对6月份和10月份土壤水解氮含量2次样品间显著性检验可知，6月份与10月份土壤水解氮含量整体差异不显著，3个处理间6月份与10月份土壤水解氮含量也差异不显著。结合图1～2可知，处理①和③在0.5 m土层处出现了10月份水解氮含量高于6月份的现象;0.5～4.0 m土壤水解氮含量6月份整体高于10月份; 4.0 m以下土壤中不同月份间各处理差值较小。

3 结论与讨论

3.1 有机质和微生物菌剂有效提高氮利用率

李春越等[6]研究黄土旱塬农田土壤得出，土壤微生物量碳、磷分别与土壤有机质、全氮、全磷呈显著正相关;土壤微生物量氮与有机质、全氮呈显著正相关;长期单施化肥使土壤酸碱度发生改变，对微生物的生命活动产生抑制作用;而长期化肥配施有机肥能不同程度提高土壤养分含量，促进土壤微生物的生长繁殖，进而增强微生物对碳、氮、磷等元素的吸收利用。龚雪蛟等[7]研究表明有机肥一方面对提高土壤有机质含量，尤其是活性有机质含量和碳库管理指数效果明显，另一方面可增加土壤氮磷钾养分容量，减少作物生长消耗带来的土壤养分亏损，促进土壤质量良性发展。胡留杰等[8]研究表明菌渣还田能够增加土壤微生物群落的规模及土壤酶活性，有利于土壤质量的改善，同时还增强了土壤潜在的抑病能力。杨振兴等[9]研究表明氮磷有机肥配施土壤有机质含量均高于施用氮磷化肥处理。

在该试验一个耕作周期，处理①施用无机养分（N、P、K）共计35.5 kg，其中N为21.5 kg;处理②施用无机养分共计26.5 kg，其中N为13.5 kg;处理③施用无机养分共计45.5 kg，其中N为26.5 kg;3个施肥处理所施用的肥量相同，施肥中所含的无机养分不同，处理①的施氮量为处理③的81%，处理②的施氮量仅为处理③的约51%，但在耕作期间和一个耕作周期后，3个处理间土壤中水解氮含量差异不显著（P>0.05）。表明添加有机质和有机质微生物菌剂是提高氮利用率的有效方法。

3.2 水解氮在土壤中的垂直分布