灌施后降水时间间隔对土壤水氮分布特性的影响

刘秋丽

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

我国水资源比较匮乏，可利用的淡水资源人均占有量少。而我国的农业用水就占据全国经济总用水量的70%左右，为节约用水，亟需在农业用水中提倡节水灌溉措施。农业产量的多寡与水分和氮素息息相关。在农业生产中，水、肥利用情况直接影响着农产品的产量、品质和生产效益，并且直接或间接的影响着生态环境。灌溉施肥后短时间内若遭遇强降雨则会造成氮素的深层淋失，不仅使氮肥利用率下降，且污染地下水。降雨使土壤含水率加大,进而影响氮素在土壤中的分布[1～3]。目前对于降雨量对水氮运移的影响、径流氮流失的研究较多且成果显著[4～10]。灌施与降水的时间间隔对水氮运移的研究较少。为此本文研究模拟地面灌溉施肥后，不同降水时间对土壤水氮空间分布及淋溶的影响。

1 材料与方法

在室内分别进行土柱灌施肥后1 d、5 d、7 d、10 dd的模拟降水试验。土柱的初始灌水量为1.8 L，肥液浓度为700 mg/L。以降雨后形成39 mm的降雨深度确定降水量。灌后1 d、5 d、7 d、10 d模拟降水，模拟降水量均为0.9 L。用土钻取土，取土时间为降水后 1 d、5 d、7 d、10 d。取样点为：先取表层 0～5 cm，以下则以10 cm为步长取样至湿润峰处。每个处理作3次重复，取平均值，共计12个试验土柱。

试验所用土为风干的均质壤土，其初始体积含水率2.6%、硝态氮含量60.5 mg/kg、铵态氮含量14 mg/kg。通过称重夯实法实现土壤容重为1.4 g/cm3。试验肥料采用尿素。

土柱为有机玻璃土筒装置，其内径为14 cm，柱高1 m。土筒底盖密布内径为1 mm的圆孔以便于通风。装土前底部需放置纱网以防止土的流失。试验以马氏筒作为恒定供水装置，入渗水头为5 cm。

2 不同模拟降水时间对土壤水分运移特性的影响

图1 土壤含水率分布曲线

图1 表示灌后不同时间降水条件下土壤含水率的垂向分布图。由图1可以看出，灌后模拟降水量相同，灌溉与降水之间的时间间隔越长，土壤中含水率越小。因为时间间隔越长土壤水分蒸发量越大，水分再分布的时间越长，土壤中的分布就会越趋平缓，降水时水势梯度就会越大，水分运移速度加快。灌溉与降水之间时间间隔的长短对含水率在土壤剖面中分布规律的影响不大。同一土层处，三种降水间隔下，0～55 cm土层范围内的土壤含水率分布趋势大体上都是灌溉与降水之间间隔越长土壤含水率越小。因为降水后土壤水分的再分布过程是上层土壤释水，下层土壤吸水，经过一段时间后原先吸水的土壤开始释水，如此反复水分不断移向土壤下层。灌溉与降水之间的间隔越短，降水后土壤含水量越大。

3 模拟降水时间对土壤氮素分布的影响

3.1 模拟降水时间对土壤铵态氮分布及转化的影响

图2 土壤铵态氮分布曲线

图2 表示降水后土壤铵态氮分布曲线。由图2可知，灌后1 d降水，表层土壤铵态氮含量较小，在25 cm深处最大，接着又降低，铵态氮分布基本呈现先增大后减小的规律。因为灌后1 d降水，时间间隔很短，再降水时表层土壤含水率很快饱和，水分运移较快，对铵态氮的吸附力减弱，大部分铵态氮被水分带至土壤下层，由于25 cm附近土壤水分还没有饱和，大量铵态氮被土壤胶体吸附，运移速度变慢，未被吸附的铵态氮则以扩散的形式继续向下运移。灌后5 d、7 d降水，土壤铵态氮分布趋势是沿程逐渐减小。降水时间间隔为7 d降水后7 d以及降水时间间隔为5 d降水后9 d的土壤铵态氮浓度已经接近于0，这说明灌后土壤铵态氮14 d已基本转化完。灌溉10 d降水后1 d、5 d、7 d、10 d的土壤铵态氮含量均低于土壤初始值。灌后10 d再遇降水，水分经过10 d再分布，土壤含水率减小，通透性变好，有利于铵态氮的硝化，再遇降水对铵态氮已没有影响，因为铵态氮已转化完。

0～25 cm土层范围内，灌后1 d降水的土壤铵态氮浓度值低于灌后5 d、7 d降水的土壤铵态氮浓度值。因为灌后1 d降水，时间间隔很短，再降水时表层土壤含水率很快饱和，水分运移较快，对铵态氮的吸附力减弱，大部分铵态氮被水分带至土壤下层。灌施与降水之间间隔为5 d、7 d的土柱，降水对铵态氮分布的影响不明显，因为水分再分布时间较长，水分分布越均匀，土壤含水率变小，铵态氮被土壤颗粒吸附，降水时不宜被水分冲刷到下层，所以灌施与降水之间的间隔越长，再降水时对铵态氮分布规律的影响越弱。

3.2 模拟降水时间对土壤硝态氮分布转化的影响

图3 硝态氮随时间的变化曲线

图3 为不同降水时间下硝态氮在土壤中的分布图。可以看出，湿润体内硝态氮浓度值很小，且远小于土壤硝态氮浓度初始值。因为土壤胶体与硝态氮都带负电荷，同种电荷相斥，硝态氮易随水走，硝态氮浓度锋与水分湿润锋一致，降水后硝态氮与土壤湿润范围均相应加大。降水把土壤原有硝态氮淋洗向下层，硝态氮累积在湿润前缘处。土壤湿润锋附近的硝态氮浓度基本上随着时间的推移而减小。这是因为在水分的再分布过程中，铵态氮硝化作用很弱，导致硝态氮增加量微弱，而硝态氮继续随水分向下运移，导致湿润锋处的含量减小。灌后5 d降水，降水后第9 d土壤中才有硝态氮的明显累积。降水时间间隔为7 d的土柱，降水后7 d湿润体内硝态氮含量增大的量比较明显。灌后10 d降水的土柱土壤硝态氮含量较高。说明灌溉与降水时间间隔越长，降水后铵态氮转化所用的时间越短。这是因为灌施与降水之间的时间间隔较长，土壤水分的分布越平缓，土壤通气性越强，越有利于铵态氮向硝态氮的转化，越易造成硝态氮的淋失。

4 结论

灌溉与降水的时间间隔越长，降水后土壤的湿润范围越大，土壤水分分布越均匀；灌溉与降水时间间隔越短，降水后土壤含水率变化越小。灌施与降水间隔5 d、7 d的条件下，铵态氮基本转化完所需的时间为14 d；灌溉与降水间隔10 d的条件下，灌施肥后10 d内铵态氮基本转化完成。灌溉后1 d降水能显著降低土壤表层的铵态氮含量，大部分铵态氮分布在10 cm～50 cm土层中，既能抑制铵态氮的快速硝化促进作物吸收，减少氨挥发，又能减少氮的淋失，提高肥料利用率。灌溉与降水的时间间隔越长铵态氮分布越均匀，降水对铵态氮的分布影响越小，土壤剖面中铵态氮含量越低。降水时间间隔越长，土壤中硝态氮浓度越大，越易造成硝态氮淋失。