不同施氮措施对柴达木枸杞园土壤无机氮的影响

卢九斤，刘鑫慧，许绍全，杨林意，张 莹，盛海彦

(1.青海大学 农牧学院，西宁 810016；2.德令哈市农牧业综合服务中心，青海德令哈 817000)

枸杞(LyciumbarbarumL.)是茄科枸杞属植物，富含多糖、维生素、黄酮等活性成分，具有抗氧化、抗肿瘤等功效[1]。柴达木盆地独特的气候条件和土壤资源，使枸杞成为该地区的优势产业，枸杞种植规模已由2007年的2181.09hm2增至2018年的33456.72hm2，对保障当地农村经济发展有重要作用[2]。随枸杞产业的迅速发展，枸杞种植中的问题也日益突出。柴达木地区枸杞栽培土壤多为砂土，保水保肥性差，致使氮肥利用率低[3]。农户通过施用大量的氮肥来提高作物产量，盈余的氮素在灌溉和降水的作用下，产生土体中硝态氮的淋溶[4]。同时使土壤微生物活性降低、酸化加剧及土壤胶体分散，直接影响作物的产量[5-6]。

化学氮肥的大量施用虽显著提高了作物的产量，但长期积累的氮素通过氨挥发、淋溶等途径损失极易引发地下水污染等环境问题[18-19 ]。目前，不同施氮措施对土壤无机氮的影响在玉米、小麦、苹果等植物中已有大量研究[12,14,20]，但对柴达木枸杞的相关研究却鲜有报道。本试验通过氮肥减量及增施硝化抑制剂，探讨其对土壤无机氮含量及枸杞产量的影响，旨在为柴达木枸杞生产提高氮肥利用率及降低环境污染提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2019年4-10月在青海省海西州都兰县诺木洪农场(96°20′E，36°25′N)进行。该地区属高原大陆性气候，海拔 2 760 m，年日照时数 3 600 h。降雨量 58 mm，蒸发量 2 800～ 3 000 mm。土壤类型为灰棕漠土，质地为砂壤土。0～20 cm土层土壤理化性质：有机质19.51 g/kg，全氮1.43 g/kg，全磷 (P2O5) 3.05 g/kg，全钾 (K2O) 23.13 g/kg，碱解N 69.76 mg/kg，速效磷 (P2O5) 82.56 mg/kg，速效钾 (K2O) 210.80 mg/kg，pH 8.49。0～200 cm各土层 (每20 cm为一层)的体积质量分别为1.54、1.52、 1.52、1.46、1.47、1.52、1.66、1.67、1.69、1.69 g/cm3。

1.2 试验材料

田间试验供试植物为树龄10 a 的‘宁杞1号’；氮肥为尿素(含氮 46%，云天化集团生产)，磷肥为重过磷酸钙(含 P2O546%，云天化集团生产)，商品有机肥 (有机质≥ 45%,N+P2O5+K2O≥5%) 由青海恩泽农业技术有限公司生产；供试硝化抑制剂为 Nitrapyrin (含量 70.00%，可湿性粉剂，由浙江奥复托化工有限公司和浙江沃土农业科技有限公司联合出品)。

1.3 试验设计

田间试验采用随机区组设计，共设 10 个处理，每个处理设置3次重复。枸杞株行距为1.5 m×2 m，各小区面积 39 m2，共计 30 个小区。除 CK 处理不施用任何肥料外，其余处理均施用商品有机肥料1 667 kg/hm2，P2O5333 kg/hm2，均为农民习惯施肥用量。N667～N0处理分别施用纯氮667、534、400、267、133、0 kg/hm2，且 Ni400～Ni133处理在N400～N133处理施肥量的基础上，分别增施浓度为纯氮量 0.5% 的Nitrapyrin 2、1.33、0.67 kg/hm2。

有机肥及重过磷酸钙作为基肥于 5 月 19 日一次施入。尿素及Nitrapyrin 分为基肥和追肥两次施用 (基肥与追肥的比例为 1∶1 )；5 月19 日在每株枸杞树的树冠下距离树干 30 cm的东西方向各挖深度 20 cm，长、宽均为 25 cm施肥坑，施入基肥；6月30日在枸杞树冠南北方向进行追肥。枸杞园年灌水7次，灌水定额为6 000 m3/hm2。

1.4 测定项目与方法

在追肥后的 30 d和 80 d (下文简称H1期、H2期)，分别采集各处理 0～200 cm土层的土壤样品，每 20 cm为一个层次，共 10 层。使用直径为 4 cm的土钻在各试验小区随机选取 3 点，采集相应层次土壤。剔除枸杞根系后均匀混合为一个样品，密封保存。用 1 mol/L KCl 浸提土壤 (液土比为 10∶1)，用连续流动分析仪 (AA3)测定土壤中硝态氮与铵态氮含量，同时用烘干法测定土壤含水量，土壤体积质量采用环刀法测定。枸杞鲜果分别于2019年7月29日、8月20日、9月14日采收并称量。土壤硝态氮及铵态氮累积量计算公式参考栗丽等[12]的方法。

1.5 数据分析

用Origin 8.0 及SPSS 25.0进行数据整理及图表制作。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对土壤无机氮含量的影响

2.1.1 硝态氮含量 H1期施氮明显增加了 20～100 cm土层土壤的硝态氮含量，且与N0处理相比，N667～N133处理0～200 cm土层硝态氮平均含量增加59.62%～191.06% (图1-A)。硝态氮含量在40～60 cm土层达到第1个峰值，该土层N667～N133处理硝态氮含量是N0处理的 2.16～3.68倍。土壤硝态氮含量在140～160 cm出现第2个峰值，硝态氮含量为116.47～156.00 mg/kg。随氮肥投入量的增加，0～200 cm土层硝态氮累积量呈增长趋势，N667～N133处理土壤 0～200土壤硝态氮累积量为N0处理的1.27～ 1.68倍 (表1)。

H2期 N667～N133处理土壤硝态氮平均含量分别是N0处理的1.76、1.45、1.38、1.36、1.35倍 (图1-B)。N667处理0～200 cm土层的硝态氮平均含量最高，为132.4 mg/kg。除N0处理，其余处理在0～200 cm土层均出现两个峰值，第1个峰值出现在60～100 cm土层，第2个峰值出现120～160 cm。H2期N667～N0处理土壤硝态氮累积量随施氮量的减少逐渐降低，分别为 4 173.74、3 446.69、3 277.81、3 246.01、 3 220.98、2 399.54 kg/hm2。

H2期0～60 cm土层各处理土壤硝态氮平均含量较H1时期降低23.17%～37.39%。H2时期第1个峰值的硝态氮平均含量较H1期降低 7.78%，峰值由40～60 cm下移到60～80 cm；第2个峰值H2期的硝态氮平均含量较H1时期增加13.46%。随着施氮量的增加，H1和H2期枸杞园0～200 cm 土层的硝态氮累积量逐渐增加 (表1)，其中N667处理的硝态氮累积量最大，和其余处理均有显著差异 (P<0.05)。

图1 不同施氮量的土壤 含量Fig.1 Content of in soil with different nitrogen application

2.1.2 铵态氮含量 不同施氮量处理各土层土壤铵态氮含量变幅较小 (图2)。H1时期N667～N133处理20～40 cm土壤铵态氮含量最高，为 6.73～14.77 mg/kg (图2-A)。H2期N667～N133处理铵态氮平均含量为0.51～1.03 mg/kg，较 N0处理分别增加 1.02%～25.49% (图2-B)。H2期N667～N133处理的铵态氮平均含量较H1期降低62.00%～ 78.45%，60～200 cm土层土壤铵态氮含量无明显变化。H2期0～200 cm土壤铵态氮累积量表现为 N667>N534>N133>N400>N267>N0，N667～N133处理 0～40 cm土壤铵态氮累积量占0～200 cm累积量的 35.74%～ 52.00%。N667处理铵态氮累积量最高，与其余处理均有显著差异 (P< 0.05)。且H2时期土壤铵态氮累积量显著低于H1时期 (表1)，其中0～40 cm土层铵态氮累积量降低64.78%～85.78%。

图2 不同施氮量的土壤含量Fig.2 Content of in soil with different nitrogen application

2.2 硝化抑制剂对土壤无机氮含量的影响

2.2.1 硝态氮含量 H1期 Ni400、Ni267、Ni133处理0～200 cm土层硝态氮平均含量较N400、N267、N133处理分别降低 9.62%、12.76%和11.41%(图3-A，3-C，3-E)。H2期Ni400～Ni133处理土壤硝态氮含量较N400～N133处理分别降低 8.08%～11.77% (图3-B，3-D，3-F))。H2期Ni400～Ni133处理土壤硝态氮平均含量较H1期增加 2.25%～5.74%。除CK处理外，不同时期Ni400～Ni133与N400～N133处理均表现为双峰变化。Ni267较N267处理在H1时期的土壤硝态氮含量峰值分别降低15.28%和 15.89%，H2时期分别降低14.49%和15.44%。H1及H2期 Ni400～Ni133处理0～200 cm土壤剖面硝态氮累积量较N400～N133均有所下降，H1期降低 9.52%～ 13.14%，H2期降低8.37%～11.64%。且H2期Ni400～Ni133处理的硝态氮累积量均显著低于N400～N133(表1)。

图3 不同时期施用硝化抑制剂后土壤的含量Fig.3 Content of in soil after applying nitrification inhibitor at different stages

2.2.2 铵态氮含量 H1期施用硝化抑制剂使土壤中铵态氮含量明显增加 (图4-A，4-C，4-E)，其中 Ni400～Ni133处理土壤铵态氮的平均含量分别为 N400～N133处理的 2.91、3.37及2.34 倍。H2期0～60 cm土层土壤铵态氮含量变幅较大，Ni267、Ni133处理较N267及N133处理在该土层的铵态氮含量分别增加132.22%和 82.01% (图4-B，4-D，4-F)。

H2期土壤中铵态氮含量较H1期明显降低，Ni400～Ni133处理0～200 cm土层土壤铵态氮含量较H1期分别降低82.97%、86.47%、 75.22%。Ni400～Ni133处理H2时期0～200 cm土壤铵态氮累积量较 H1时期分别降低83%、86%、75%。Ni400～Ni133处理铵态氮累积量均高于N400～N133处理。各处理H2时期土壤铵态氮平均累积量较H1处理降低75.02%～86.43%(表1)。

图4 施用硝化抑制剂后土壤的含量Fig.4 Content of in soil after applying nitrification inhibitor at different stages

表1 不同施氮处理的土壤无机氮累积量Table 1 Inorganic nitrogen accumulation of soil under different nitrogen application treatments

2.3 不同施肥处理对枸杞产量及效益的影响

由表2可知，Ni400处理枸杞的产量最高，为 7 867 kg/hm2。N534、N400、N267处理枸杞的产量较N667处理增加1.85%～7.56%，N667～N133处理枸杞的产量较N0处理增加10.99% ～ 21.63%。Ni400、Ni267处理枸杞的纯收益较N400和N267处理分别增加5.76%和5.00%。N667施氮量为Ni267的2.50倍，但其纯收益较Ni267减少7.62%。

通过拟合枸杞产量和施氮量的肥料效应回归曲线可知 (图5)，施肥量为445 kg/hm2时，枸杞产量最高，为7 582 kg/hm2。施肥量为440 kg/hm2时，枸杞经济效益最佳，最佳收益为 298 664 元/hm2。

表2 不同施氮处理的枸杞产量及经济效益Table 2 Yield and economic benefit of wolfberry under different nitrogen application

图5 施氮量与产量的关系Fig.5 The relationship between nitrogen fertilizer rate and yield

3 讨 论

3.1 施氮量对土壤无机氮的影响

3.2 施用硝化抑制剂对土壤氮素累积的影响

3.3 减施氮肥和施用硝化抑制剂对枸杞产量及经济效益的影响

施用 Nitrapyrin 的处理Ni400、Ni267枸杞产量均高于相同施氮量未施用硝化抑制剂的处理，这与孙海军等[17,32]在小麦和水稻中的研究结果相同。本试验地区0～20 cm土层土壤全氮含量为1.43 g/kg，碱解N含量为 69.76 mg/kg。表明柴达木地区枸杞栽培田由于长年高肥的投入，土壤基础肥力较高。肥料效应方程表明产量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势[33]，且施氮量为445 和440 kg/hm2时，枸杞的产量及经济效益最佳。由于硝化抑制剂仅设置3个施氮水平，无法建立肥料效应函数。但试验结果表明施氮量为267～400 kg/hm2添加纯氮用量 0.5% 的Nitrapyrin处理枸杞的产量与农民习惯施肥用量处理有显著差异，且经济效益高于农民习惯施肥用量和相同氮肥用量但未增施Nitrapyrin的处理。同时267～400 kg/hm2的施氮量低于肥料效应方程确定的最佳施氮量，表明在柴达木地区高肥力枸杞园减施40%～60% 氮肥且配施纯氮用量 0.5% 的Nitrapyrin，可满足枸杞全生育期对氮素的需求并有显著的增产效果，达到较优经济效益。

4 结 论

施氮肥明显提高了0～40 cm土层土壤铵态氮的含量，但对铵态氮向土壤深层的迁移无明显影响。施用 Nitrapyrin 可有效减少枸杞园土壤中硝态氮含量，同时降低由于土壤氮素淋溶导致的环境污染风险。综合经济效益和生态效益，施氮量为267～400 kg/hm2且配施Nitrapyrin 1.33～2 kg/hm2是柴达木地区高肥力枸杞园适宜的施氮方案。