不同比例复配土种植玉米对土壤氮素分布的影响

卢垟杰 李娟 郭振

摘要    通过在砒砂岩与沙不同比例混合形成的复配土上种植玉米，研究复配土中硝态氮、铵态氮的分布及运移情况。结果表明，土壤硝态氮容易被水分淋洗，且复配土中沙的比例越大，土壤硝态氮淋洗的速度越快、淋洗的深度越深;复配土中铵态氮含量普遍偏低，复配土含沙量越高，铵态氮变化越大。因此，在含沙量较高的复配土中应采取适当措施，减小养分流失造成的肥力浪费。

关键词    砒砂岩;复配土;硝态氮;铵态氮

中图分类号    S513        文献标识码    A

文章编号   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

砒砂岩是一种形成时间极为久远的松散岩层[1]，主要由砂岩和砂页岩等构成[2]，集中分布在晋、陕、蒙交界处黄河流域的鄂尔多斯高原处，面积达到1.67万km2 [3-4]。砒砂岩作为毛乌素沙地的伴生岩[5]，其岩层厚度小，承压能力差以及“无水坚如磐石、遇水烂如稀泥”的特性[1]让砒砂岩难以得到利用。砒砂岩区侵蚀程度较高、侵蚀方式多样[6-7]，导致地区水土流失严重[8-9]，生态环境恶劣[10]且改良复杂，利用困难。因此，被称为“地球环境癌症”[8]。

目前，已有大量学者针对砒砂岩区水土流失和生态治理进行了研究。蔡怀森等[11]和王伦江等[12]对不同颜色砒砂岩的水力侵蚀进行研究，发现砒砂岩中氧化铁含量越高，砒砂岩颜色越红，其水土流失情况越严重。针对砒砂岩的治理，可以通过生物措施，恢复灌草植被[13]，种植沙棘植物如沙棘、柠条、沙打旺等建立“柔性坝”拦沙[14]，也可以利用水利工程措施，如建設淤地坝、治沟骨干工程等[1]，或者多种措施结合[15]，既可以减少水土流失，也可以形成高产农田。张卫华等[5]在砒砂岩区就地取材，将质地黏重、透水性差的砒砂岩与透水性极强的沙子按比例混合，形成复配土，将灾害变为可利用资源。

本试验通过在砒砂岩与沙不同比例混合形成的复配土上种植玉米，研究复配土中硝态氮、铵态氮的分布及运移情况，探讨复配土氮素分布的规律，研究结果对砒砂岩地区的改良利用及复配土上种植玉米的氮肥施用有一定的指导意义。

1    材料与方法

1.1    试验区概况

试验于2012年在榆林市榆阳区小纪汗乡大纪汗村进行。当地地处毛乌素沙漠与黄土高原过渡地带，东经107°15′～111°15′，北纬36°57′～39°34′，属温带干旱半干旱大陆性季风气候。当地年平均气温7.9～11.3 ℃，年平均降水量316～513 mm，多集中在7—9月。气候特点是光照充足，温差大，气候干燥，雨热同季，四季明显。

1.2    试验材料

试验所用砒砂岩和沙土取自毛乌素沙地（位于我国西北地区，是中国四大沙地之一）榆林市榆阳区，其基本物理性质见表1。

1.3    试验设计

试验共设置3个处理，即砒砂岩与沙土比例分别按1∶1、1∶2、1∶5配制复配土，其上种植玉米，3次重复，共9个小区，小区面积60 m2（12 m×5 m）[5]。玉米于2012年4月22日种植，种植前每个小区施入尿素0.90 kg、磷酸二铵2.25 kg，并于7月10日补施尿素0.90 kg。每个小区分别在玉米种植前、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期各灌水1次，每次灌水50 mm。

1.4    指标测定与数据处理

试验于玉米拔节期、抽穗期和成熟期分别取土1次，测量其土壤铵态氮和硝态氮含量。土壤铵态氮含量采用KCl浸提—靛酚蓝比色法测量;土壤硝态氮含量采用双波长分光光度法测量。

试验数据采用Excel 2012进行整理分析及制图。

2    结果与分析

2.1    硝态氮含量

2.1.1    拔节期。不同比例砒砂岩与沙土复配土的硝态氮差异较明显，其中砒砂岩与沙土1∶1体积比混合复配土的土壤硝态氮含量整体较其他2个比例的复配土低，整体趋势表现为0～10 cm土层的硝态氮含量最高，随土层深度增加，土壤硝态氮含量下降明显，10～15 cm土层土壤硝态氮含量为3.25 mg/kg，较0～10 cm土层低32.0%，随后土壤硝态氮含量在3.50 mg/kg左右波动，变化不大。砒砂岩与沙土1∶2体积比混合复配土的土壤硝态氮含量较高，均在4.00 mg/kg以上，其中土壤硝态氮在10～20 cm土层有明显的上升趋势，10～15 cm土层和15～20 cm土层分别较表层土壤高28.5%和34.0%，其他土层的土壤硝态氮含量均在4.30 mg/kg左右。砒砂岩与沙土1∶5体积比混合复配土的土壤硝态氮含量介于其他2种比例的复配土之间，但波动范围较大，大致呈现出随土层深度增加，土壤硝态氮含量下降的趋势（图1）。3种复配土土壤硝态氮含量表现为0～10 cm表层1∶5复配土>1∶2复配土>1∶1复配土，其他土层1∶2复配土>1∶5复配土>1∶1复配土。

2.1.2    抽穗期。抽穗期的土壤硝态氮含量较高是由于为保证玉米生长发育需求，施入氮肥导致的。各比例复配土的土壤硝态氮随土层深度变化趋势相同，均表现为0～10 cm表层土壤中硝态氮含量最低，之后升高较多，随土层深度增加，土壤硝态氮含量下降。砒砂岩与沙土1∶1体积比混合复配土的土壤硝态氮含量较其他2种比例复配土低，15 cm土层处出现土壤硝态氮含量峰值，较表层高61.5%，随后15～20 cm土层硝态氮含量下降，而后变化不大。砒砂岩与沙土1∶2体积比混合复配土的土壤硝态氮含量峰值42.99 mg/kg出现在20 cm土层处，较表层高79.4%，在40 cm土层处下降至33.58 mg/kg，随后变化不大。砒砂岩与沙土1∶5體积比混合复配土的土壤硝态氮含量在0～40 cm土层内随深度增加呈上升趋势，在40 cm土层处达到最大值59.79 mg/kg，较表层高110.7%，在60 cm土层处下降至35.61 mg/kg，而后随土层深度增加，土壤硝态氮含量变化不大（图2）。

2.1.3    成熟期。砒砂岩与沙土1∶1和1∶2体积比混合复配土的土壤硝态氮含量较稳定，随深度增加，硝态氮含量变化较小，而砒砂岩与沙土1∶5体积比混合复配土与其他2种差别较大。1∶1复配土土壤硝态氮峰值3.93 mg/kg出现在40 cm土层处，较表层高11.6%，差别不明显，随土层深度增加，土壤硝态氮含量在3.50 mg/kg上下波动，变化幅度较小。1∶2复配土土壤硝态氮峰值4.21 mg/kg出现在40 cm土层处，较表层高29.9%，差别较1∶1复配土大，土壤硝态氮含量整体变化较小，同样在3.50 mg/kg上下波动。1∶5复配土的土壤硝态氮含量在0～15 cm土层与其他2种复配土相差不大，随土层深度增加迅速下降，60～80 cm土层处下降至0，随后土壤硝态氮含量迅速升高，在140 cm土层处达到峰值，较表层高215.5%，差别明显（图3）。

2.2    铵态氮含量

2.2.1    拔节期。1∶1复配土土壤铵态氮整体趋势表现为随土层深度增加，铵态氮含量下降，峰值0.77 mg/kg出现在土壤表层，0～20 cm土层土壤铵态氮含量下降速度较快，40～100 cm土层变化不大，随后又迅速下降。1∶2复配土的土壤铵态氮含量变化趋势为随土层深度增加，先升高后降低然后又缓慢升高，铵态氮峰值0.77 mg/kg出现在15 cm土层处，较表层高4.2%。1∶5复配土的土壤铵态氮含量变化趋势与1∶2复配土相似，铵态氮峰值0.71 mg/kg出现在40 cm土层处。0～10 cm土层的铵态氮含量1∶1复配土>1∶2复配土>1∶5复配土（图4）。

2.2.2    抽穗期。1∶1复配土的土壤铵态氮含量在0～20 cm土层呈现减小的趋势，后随土层深度增加铵态氮含量升高，在120 cm土层处达到最大值0.90 mg/kg，随后铵态氮含量呈现出随土层深度增加而降低的趋势。1∶2复配土的土壤铵态氮变化趋势与1∶1复配土接近，随土层深度增加呈先降低再升高而后继续降低的趋势，土壤铵态氮峰值0.89 mg/kg出现在60 cm土层处。1∶5复配土的土壤铵态氮在0～20 cm土层内呈现上升趋势，在20 cm土层处出现峰值0.94 mg/kg，随后随土层深度增加而降低，降低幅度大于1∶1复配土和1∶2复配土。土壤铵态氮含量在0～40 cm土层表现为1∶5复配土>1∶1复配土>1∶2复配土;60 cm土层以下为1∶1复配土>1∶2复配土>1∶5复配土（图5）。

2.2.3    收获期。收获期1∶1复配土的土壤铵态氮含量随土层深度增加变化不大，整体在0.43 mg/kg上下波动，趋势平缓。1∶2复配土的土壤铵态氮变化趋势与1∶1复配土相似，铵态氮含量在0.44 mg/kg上下波动，但波动幅度较1∶1复配土大。1∶5复配土的土壤铵态氮变化趋势与其他2种比例复配土不同，在0～15 cm土层，土壤铵态氮含量呈现出下降趋势，但在20 cm土层处明显升高，出现峰值0.54 mg/kg，在20～40 cm土层又出现下降趋势，随后随土层深度增加变化不大（图6）。

3    结论与讨论

（1）土壤硝态氮容易被水分淋洗，这点在土壤硝态氮分布图中硝态氮峰值总是出现在土壤表层以下得到充分体现。这是由于土壤硝态氮离子带负电荷，难以被同样呈负电性的土壤胶体吸附，且硝态氮易溶于水，易随水分向土壤深处运移[16]，可能造成养分流失。

（2）复配土中沙土的比例越大，土壤硝态氮淋洗越快、淋洗的深度越深。对比各时期土壤硝态氮出现的土层深度，基本呈现出复配土中含沙量越高，硝态氮的峰值在土壤中分布得越深。尤其是收获期，经过一个耕作期的淋洗，1∶5复配土0～20 cm的土层还有部分硝态氮分布，但在20～80 cm土层中土壤硝态氮的含量接近于0，而峰值则出现在140 cm土层处。原因是沙土的保水性较差，水分极易向下流失[17]，故土壤水分携带易溶于水的硝态氮向深处运移，造成土壤中含沙量越高，硝态氮在土壤中分布得越深的现象。

（3）各时期复配土中铵态氮含量普遍偏低。玉米拔节期、抽穗期和成熟期，各比例复配土中铵态氮含量集中在0.40～1.00 mg/kg之间。造成土壤铵态氮含量偏低的原因，一是夏季高温干旱，氮肥中铵态氮变为硝态氮的氧化过程加快;二是较高的气温使铵态氮加快转化为氨气，挥发后造成养分流失[18]。

（4）各比例复配土中铵态氮的分布差别较小，且随土层深度增加，铵态氮的变化同样较小。这是由于铵态氮带正电荷，易被土壤中带负电荷的土壤胶体吸附，不易运移，随水分流失较少。耕作期内，3种复配土的铵态氮分布差异不大，在一个耕作期结束后，含沙量越高的复配土的铵态氮变化越大，这是由于沙子比例越大的复配土中土壤黏粒越少，不易形成土壤胶体，对铵态氮的吸附性减弱。

复配土中硝态氮易被水分淋洗，造成养分流失，且含沙量越高的复配土，硝态氮淋洗现象越严重。因此，在沙子比例较高的复配土中应采取适当措施，以减小养分流失造成的肥力浪费。复配土中未出现铵态氮的积累，可能与复配土本身的性质及当地气候条件有一定程度的关系，以后可针对复配土对铵态氮的吸附效果以及硝态氮与铵态氮的转化进行研究。

4    参考文献

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