早期不同施氮量下橡胶园土壤中无机氮的运移

王帅 张永发 任常琦 罗雪华 薛欣欣 赵春梅 马钧耀 耿建梅 王文斌

摘  要：橡胶园土壤中无机氮形态和含量呈现季节性的动态变化，本研究通过设置不同氮肥用量进行田间试验，分析早期施肥后橡胶园土壤中氮素运移规律。结果表明：不同施氮量土壤中矿质氮素的运移特点有所不同，但均以垂直运移为主;土壤中的铵态氮和硝态氮在不同层次的水平迁移主要在30 cm以内;各施肥处理土壤中铵态氮、硝态氮均存在明显的向下迁移，铵态氮主要迁移至40～60 cm深度，常规施肥、减量20%处理铵态氮含量分别达到209.43 mg/kg、133.32 mg/kg;硝态氮主要迁移至20～40 cm深度，常规施肥和减量20%硝态氮含量分别为127.21 mg/kg和114.29 mg/kg;不同施肥处理无机氮向下的迁移量也存在明显差异，减量40%施肥的无机氮在深层土壤中低于常规施肥和减量20%施肥处理，进一步减少了无机氮的向下淋溶损失;不同施肥处理土壤矿质氮的主要形式为铵态氮，施肥增加了硝态氮的占比，这可能与氮肥输入以及土壤pH有关。

关键词：橡胶林;施肥配比;铵态氮;硝态氮;水平方向;垂直方向

中图分类号：S794.1      文献标识码：A

Abstract： The form and content of inorganic nitrogen in rubber plantation showed seasonal dynamic changes. In this study， field experiments with different nitrogen application rates were conducted to study the transportation of nitrogen in rubber plantation after fertilization at the early stage. The transportation characteristics of mineral nitrogen were different with different nitrogen application rates， but vertical transportation was the main pathway. The horizontal transportation of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in soil at different levels was mainly within 30 cm. There was obvious downward transportation of ammonium and nitrate nitrogen in the soil under different fertilization treatments. Ammonium nitrogen was mainly transported to the depth of 40–60 cm， and the content of ammonium nitrogen reached 209.43 mg/kg in conventional fertilization and 133.32 mg/kg in 20% reduced fertilization， respectively. Nitrate nitrogen was mainly transported to 20–40 cm depth， and the nitrate nitrogen content of conventional and 20% reduced fertilization was 127.21 mg/kg and 114.29 mg/kg， respectively. There were also significant differences in the downward transportation of inorganic nitrogen under different fertilization treatments. The inorganic nitrogen under 40% reduced fertilization was lower in the deep soil than that under traditional fertilization and 20% reduced fertilization， which indicated further reducing of N leaching loss. The main form of soil mineral nitrogen under different fertilization treatments was ammonium nitrogen. Fertilization increased the proportion of nitrate nitrogen， which may be related to nitrogen fertilizer input and soil pH.

Keywords： rubber plantation; fertilization ratio; ammonium nitrogen; nitrate nitrogen; horizontal direction; vertical direction

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.12.018

橡膠树（Hevea brasiliensis）是一种重要的经济树种，是天然橡胶的主要来源。天然橡胶的种植对于国家工业发展、国防不可或缺。海南是我国主要的橡胶种植地区，橡胶种植总面积由20世纪50年代的1万hm2增加到目前的52.7万hm2，约占海南人工林面积的84%[1]。海南属于高温多雨的热带季风气候，土壤呈酸性，铁铝氧化物含量高，土壤高度风化，导致土壤肥力下降[2]。尤其是氮素养分流失严重。海南植胶区土壤全氮含量比植胶初期降低了40%[3]。

氮是影响橡胶树生长的主要营养元素，土壤中氮素形态及其含量影响着橡胶树的生长发育以及橡胶树胶乳产量[4]。土壤中的氮素形态主要包括有机氮和无机氮。无机氮包括铵态氮、硝态氮。作物可吸收的氮是无机态氮，而无机态氮仅占土壤总氮的5%[5]。施肥后，土壤中的氮素主要通过淋洗、径流、氨挥发等途径损失，导致氮肥利用率较低[6-7]。目前，橡胶园氮素养分管理已经引起了广泛关注[8-10]，在橡胶园氮素养分淋溶损失方面也已开展相关研究[11-12]。研究发现不同季节橡胶园土壤中的氮素形态变化明显，淋溶运移的特点也就不同。孟盈等[13]对橡胶林土壤中氮素的季节变化动态进行研究，发现铵态氮、硝态氮的含量及氮素矿化速率主要受到温度、湿度的限制。陈永川等[14]研究发现，橡胶林土壤氮素含量存在明显的季节变化规律，土壤铵态氮含量在2、4月低于8、11月，硝态氮含量在2、8月低于4、11月。

因此，根据橡胶园土壤氮素变化特点进行合理施肥，对于橡胶林养分管理、提高肥料利用率等方面具有重要意义。目前，关于早期橡胶园施肥后的土壤氮素变化规律研究较少，对不同氮肥用量条件下的淋溶迁移规律研究不多，所以我们开展田间试验研究，研究了不同施肥量条件下早期橡胶园土壤中无机氮运移特点，为生产中的合理施肥管理提供依据。

1  材料与方法

1.1  材料

试验在海南省儋州市中国热带农业科学院试验场（109°29′11.219″ E，19°29′6.215″ N）进行。该区属典型热带季风气候，年平均气温23.8 ℃，年平均降雨量1650 mm。受热带季风气候的影响，该区年内降雨分布极不均匀，具有明显的干湿交替。全年大部分降雨集中在雨季（5—11月），约占全年降雨总量的70%～90%。而旱季（12月至翌年4月）降雨量仅占全年降雨总量的10%～ 30%。选择生长情况（即茎围和树高）相对一致的橡胶树作为研究对象，这些橡胶树于2005年定植，2013年开割，树龄为14 a，割龄为6 a，橡胶树品种为‘热研7-33-97’。胶园内株行距为3.0 m×7.0 m，小区面积为2.73 hm2。

1.2  方法

1.2.1  试验设计  橡胶生产中一般每年施肥3次，分别按照50%、30%和20%的比例在不同时期施入，本研究以全年的施肥量为基础，探究了在全年习惯施肥用量的基础上，减少20%的肥料用量;以及减少20%的肥料用量的同时，将肥料后移，进一步减少早期施肥用量后，土壤中的无机氮的运移特点。试验采用完全随机区组设计，设置4个处理，分别为：① 空白对照（CK）;② 常规施肥（CF100），本次施入全年用量的50%;③ 减量20%施肥（CF80），本次施入全年用量的50%;④ 减量20%施肥，本次施入全年用量的37.5%，其余用量后移，本次施肥相对常规施肥减少40%用量（CF60）。

常规施肥全年施肥量N∶P2O5∶K2O为14∶7∶9的复合肥2 kg/株，即280 g N，140 g P2O5，180 g K2O，相当于单质肥料为609 g尿素，875 g过磷酸钙（P2O5含量为16%），300 g氯化钾（K2O含量为60%），本次施入全年用量的50%，氮肥用量为140 g N/株;减量20%施肥处理（CF80），全年用量为复合肥1.6 kg/株，本次施入全年用量的50%，氮肥用量为112 g N/株;常规减量40%处理（CF60）全年用量为复合肥1.6 kg/株，本次施入全年用量的37.5%，氮肥用量为84 g N/株。

每个处理重复3次，共设12个小区，每个小区约有橡胶树60株。肥料于2019年4月底进行施用。施肥方式为穴施，施肥穴长80 cm、宽20 cm、深20 cm，位于2株橡胶树之间，距离橡胶树主干垂直距离1.5 m，将肥料均匀施于穴中后，随即覆土。

1.2.2  样品采集  在试验期间，于2019年5月底采集施肥穴土壤样品。每个小区分别选择3个施肥点用土钻法采集土样，以施肥穴为取样原位点，在施肥穴里面均匀布置3个彼此平行的原位点，每个原位点进行距离施肥穴边缘横向0（原位点）、5、15、30、45、60 cm布点取样，采样深度均为0～20、20～40、40～60、60～80 cm，每个施肥穴3个原位点等距离、同一土层的土壤样品混合成1个样品，每个施肥位置横向和纵向共采集土样24个，共采集864个样品。

1.2.3  样品分析  测定大田土壤中的铵态氮、硝态氮含量。测定方法：称取5 g土壤样品，加25 mL 1 mol/L KCl浸提、过滤，滤液用AA3连续流动分析仪（德国Seal）测定铵态氮与硝态氮含量。

1.3  数据处理

数据应用SPSS 20软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA），差异显著性为P<0.05水平，运用Excel软件进行图表绘制。

2  结果与分析

2.1  不同施氮条件下无机氮在土壤中的水平运移

2.1.1  土壤铵态氮的水平运移  由图1可知，施肥后铵态氮的含量明显增加，尤其是在施肥穴处（0 cm），常规施肥和减量20%显著高于空白处理;常规施肥与减量20%的铵态氮含量均高于减量40%施肥处理，这与减量40%施肥处理的施肥量最少有关，表明施肥量对土壤铵态氮残留影响较大：施肥量越大，土壤中残留铵态氮含量越大。在距施肥穴不同水平距离下，随着距离的增加，土壤铵态氮含量呈减小趨势，常规施肥和减量20%处理，在5 cm处分别衰减至施肥穴处的32.94%和34.56%，15 cm处时分别为施肥穴的29.29%和23.23%，30 cm开始铵态氮含量不再有明显变化，说明铵态氮在距离施肥穴30 cm处，迁移能力明显减弱。并且在60 cm处，各处理的土壤铵态氮含量趋于相近。

2.1.2  土壤硝态氮的水平运移  由图2可知，施肥后硝态氮的含量明显增加。在距施肥穴不同水平距离的土壤中，空白处理硝态氮含量未表现出明显的变化，维持在3.41 mg/kg左右;随着距离的增加，施肥处理硝态氮含量均表现出明显的递减趋势，在距离施肥穴30 cm处，硝态氮含量变化不再明显，迁移能力明显减弱。在60 cm处，各处理的土壤硝态氮含量趋于相近水平。

2.1.3  土壤无机氮的水平运移  由图3可知，施肥后在施肥穴处（0 cm），各施肥处理无机氮含量均显著高于空白处理;在距施肥穴不同水平距离下，随着距离的增加，土壤无机氮含量呈下降趋势，各施肥处理在5 cm处无机氮含量迅速降低，15 cm处无机氮含量下降趋势减缓，30 cm开始无机氮含量不再有明显变化，说明无机氮在距离施肥穴30 cm处，迁移能力明显减弱，并且在60 cm处，各处理的土壤无机氮含量趋于相近。

2.2  不同施氮条件下无机氮在土壤中的垂直运移

2.2.1  土壤铵态氮的垂直运移  由图4可知，施肥显著增加了铵态氮的含量，这显然与施氮量有关，施氮量越高，铵态氮含量越高;常规施肥、减量20%均表现出先增大后减小的趋势，在40～ 60 cm处分别达到最大值209.44、133.32 mg/kg;减量40%施肥表现出持续增大的趋势，在60～ 80 cm处达到最大值87.73 mg/kg。说明这一时期所施氮肥向下淋洗明显，可达到60～80 cm土层，但在40～60 cm土层分布较多。

2.2.2  土壤硝态氮的垂直运移  由图5可知，施肥增加了硝态氮的含量，施氮量越大，土壤中硝态氮含量越高。常规施肥、减量20%施肥表现出先增后减的趋势，在20～40 cm处达到最大值127.22、114.30 mg/kg;减量40%施肥表现出先减后增的趋势，在40～60 cm处达到最小值23.02 mg/kg。这一时期硝态氮主要迁移至20～40 cm土层。常规施肥、减量20%、减量40%施肥硝态氮含量分别为127.22、114.30、46.74 mg/kg。

2.2.3  土壤无机氮的垂直运移  由图6可知，施肥增加了土壤无机氮的含量。常规施肥表现出先增后减的趋势，在40～60 cm处达到最大值292.53 mg/kg;减量20%表现出先增后减的趋势，在20～40 cm处达到最大值190.07 mg/kg;减量40%施肥表现出递增的趋势，在60～80 cm处达到最大值129.89 mg/kg。在几个土层中，常规施肥高于减量20%，高于减量40%施肥处理，说明施氮量越高，土壤中无机氮含量越高。无机氮主要迁移至40～60 cm土层。常规施肥、减量施肥、减量40%施肥在40～60 cm土层无机氮含量分别为292.53、189.84、105.56 mg/kg。说明无机氮能移动到60～ 80 cm深度土层，但主要停留于40～60 cm土层。

2.3  不同施氮量对水平方向土壤中铵态氮与硝态氮含量比例的影响

由表1可以看出，施肥降低了铵态氮的占比，空白对照明显高于施肥处理，空白对照在不同水平距离上铵态氮占比没有明显变化，常规施肥与减量20%的铵态氮占比相近，高于减量40%施肥，这可能与施肥量有关。水平方向上施肥处理表现波动变化的趋势，远施肥穴处相较于施肥穴处均有明显增大。说明距离施肥穴边缘越远，铵态氮所占比例越大。

施肥增加了硝态氮的占比，常规施肥与减量20%相近，低于减量40%施肥。水平方向上，施肥组表现出波动变化的趋势，远施肥穴处相较于施肥穴整体而言均出现明显减小。说明距离施肥穴边缘越远，硝态氮所占比例越小。

2.4  不同施氮量对垂直方向土壤中铵态氮与硝态氮含量比例的影响

由表2可以看出，施肥后铵态氮占比降低，空白对照明显高于施肥处理，常规施肥与减量20%相近，高于减量40%施肥，应与施肥量有关。垂直方向上，常规施肥、减量20%表现出明显的先减后增趋势;减量40%施肥表现出明显的先增后减趋势，均在40～60 cm土层达到最大值，说明铵态氮在土壤中的垂直迁移，主要停留在40～ 60 cm土层。

施肥后硝态氮占无机氮总量的比例随氮肥的施入而降低，空白对照明显低于施肥组，常规施肥与减量20%相近，低于减量40%施肥，应与施氮量有关。垂直方向上，常规施肥、减量20%表现出明显的先增后减趋势，在20～40 cm土层达到最大值;减量40%施肥表现出先减后增的趋势，在0～20 cm处达到最大值，但20～40 cm与0～ 20 cm的所占比例相对持平，故而证明硝态氮在土壤中经过淋洗迁移，主要停留在20～40 cm土层。

3  讨论

研究表明，淋溶损失是氮素从土壤-植物生态系统流失的主要途径之一[15]。这可能与长期不同施肥导致土壤水分构成、溶质运移方式产生差异有关[16]，也可能与长期施肥导致土壤氮素供用过量有关，此外，与肥料类型、施肥方式也可能有一定的关系[17]。Siemens等[18]认为，氮肥过量或不合理施用是引起设施土壤硝态氮累积与淋溶的主要原因。本研究结果显示，各施肥处理的铵态氮、硝态氮和无机氮含量整体水平方向的残留情况为：空白处理<减量40%施肥<减量20%<常规施肥，且常规施肥方式的残留量远远大于其他施肥方式。这说明，橡胶园土壤早期施氮量增加，会引起氮素在土壤中的残留。因此，为提高氮肥利用率，减少肥料损失，在不同时期调整施肥量是十分必要的。

此外，各处理铵态氮、硝态氮主要残留在施肥穴处，随着水平距离的增加表现出递减趋势，从0～5 cm发生明显减少，随后变化不再明显。这

可能与土壤水分運移有关，由于土层中水分的横向移动能力较弱，铵态氮、硝态氮水平移动距离有限。这与前人研究结果相似，韩国君等[19]研究显示，铵态氮、硝态氮含量随着距滴灌施肥点距离的增加而降低，且铵态氮累积在距施肥点水平向0～7.5 cm的范围内。并且，穴施尿素土壤铵态氮含量的空间变幅比滴灌施肥减小12%～28%。

施肥量对胶园土壤中氮素在垂直方向上的迁移有显著影响。各施肥处理的铵态氮、硝态氮和无机氮含量整体垂直方向的残留情况为：空白处理<减量40%施肥<减量20%<常规施肥。并且施肥量增加，土壤氮素向下迁移量也随之增加。减量20%和减量40%施肥迁移量低于常规施肥，略高于空白处理，说明这2种施肥量有利于橡胶园早期氮素持留，是本研究中胶园氮素施肥的合理用量。

有研究表明，由于硝态氮（NO3–）带负电，与铵态氮相比，更容易从土壤中淋失[20]。但是，本研究结果显示，橡胶园土壤施肥早期，土壤中的铵态氮更易向下迁移，铵态氮主要迁移至40～ 60 cm土层，硝态氮主要迁移至20～40 cm土层，说明这一时期在土壤中无机氮主要以铵态氮的形式移动，硝态氮的迁移能力弱于铵态氮。这可能与肥料在土壤中的转化以及作物的吸收利用有关。一方面，肥料中的尿素脲酶的作用下，水解为碳酸铵，并释放出铵态氮，还没有经过硝化作用转化成硝态氮即发生迁移[21]，土壤中的氮素以铵态氮形式向下迁移。另一方面，深层土壤的环境不利于硝化反应的发生，减少了深层土壤硝态氮含量。此外，也有可能是由于橡胶树是喜硝作物，硝态氮更容易被橡胶根系吸收，故而可向下迁移的量变少。

本研究结果显示，在不施肥的条件下，在橡胶林土壤中土壤无机氮主要以铵态氮形式存在。这可能与土壤pH有关。研究表明：硝化细菌活性适宜的pH范围为6.7～8.3[22]，当土壤pH值远离该范围时，则硝化细菌活性受到抑制，硝化过程被削弱[23-24]。本研究中橡胶林土壤pH值在4.5～ 5.5之间，土壤中无机氮转化过程主要以氨化作用为主。因此，当尿素施入土壤后，尿素主要被脲酶转化为铵态氮而逐渐累积。

施肥后，土壤的铵态氮占比降低，硝态氮占比增加，并且表现为，铵态氮在40～60 cm的土层占比高，硝态氮在20～40 cm的土层占比高。这进一步体现了胶园早期施肥后铵态氮、硝态氮在土壤中的分布规律。与不施肥处理相比，氮肥（尿素）施入土壤后，铵态氮的比例降低。这可能与氮肥对土壤微生物的激发效应有关。微生物是激发效应的驱动者，在自然条件下，大部分微生物处于休眠或潜在活跃状态[25]，当向系统中投入无机氮肥后，能够促进土壤硝化微生物——氨氧化细菌的增长繁殖[26-28]，从而产生正激发效应。这增加了微生物对土壤无机氮的利用，而微生物会优先选择能量消耗小的铵态氮利用。这可能会增加对土壤铵态氮的消耗，表现出施肥后土壤铵态氮占比降低的情况。

土壤中铵态氮和硝态氮的迁移还是取决于多种因素，除因作物不同生育期吸收量不同外，氮肥施用量、施肥方式、灌溉量、灌溉时间、氨挥发等都是决定其动态变化的主要重要因素[19～20]。因此，对于胶林氮素水平、垂直方向迁移和淋洗过程，还要进行更深入的研究和探讨才能明确引起其变化的具体因素。

4  结论

不同施肥处理土壤中矿质氮素的运移特点有所不同，但均以垂直运移为主。土壤中的铵态氮和硝态氮在不同层次的水平运移均表现出递减趋势，运移主要在30 cm以内。铵态氮存在明显的向下迁移，主要迁移至40～60 cm深度，常规施肥、减量20%分别达到最大值209.43、133.32 mg/kg;在60～80 cm土层，各施肥处理铵态氮含量也显著增加。不同施肥处理的无机氮垂直迁移量也发生显著变化，减量40%施肥的无机氮在深层土壤中低于常规施肥和减量20%，进一步减少了无机氮的向下淋溶损失。在土壤中无机氮主要以铵态氮的形式移动，硝态氮的迁移能力弱于铵态氮。與不施肥处理相比，氮肥（尿素）施入土壤后，铵态氮的比例降低。这与其低pH有关。

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责任编辑：白  净