全 文 ：第 l0卷 第 4期
2 0 0 2年 1 2月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．10 No．4
Dec．， 2002
桓台县高产农田土壤硝态氮淋失动态研究
刘光栋 吴文良
(中国农业大学资源与环境学院 北京 100094)
摘 要 试验研究高产农田生态系统条件下 N肥施用量和秸秆还田对土体硝态氮(NOr—N)的时空分布动态结果表
明，N0 —N含量在空间上随土壤深度而降低，这一相关关系可用 Y=aX 函数表达。小麦一玉米 2季秸秆还 田同单
季小麦秸秆还田对NOr—N的动态影响较小，但相 同施 N量下未进行玉米秸秆还 田0～40cm土层土壤中 NOr—N含
量偏高，土体 NO；一N有淋失较强的趋势。土体 NOr—N含量年度 内波动大小与施 N量密切相关，0～40cm 土层土壤
内NOs-一N含量起伏最大，60cm土层以下相对稳定。各土层内NO3一N含量与施 N量相关密切，这一相关关系影响到
2m土层深度。土体中NO[一N含量周年内出现 2次峰值和 1次低谷，峰值出现在玉米和小麦收获后，低谷发生在小
麦苗期～开花期土体养分大量吸收时期。9月下旬 2m 土层土壤 NOr—N含量可高达 10mg／kg，而且有淋失出2m 土
体的趋势。
关键词 农田生态系统 氮肥 硝态氮 淋失动态
The dynamics of nitrate nitrogen leaching through soil in high—yield farmland ecosystem．LIU Guang-Dong．WU W en—
Liang(Colege of Resources and Environmental Sciences，China Agricultural University，Beijing 100094)，CJEA，2002，
10(4)：71～74
Abstract In the high yield farmland ecosystem，the dynamics of nitrate nitrogen distribution in soil profile influenced by ni—
trogen fertilization and crop straw returning practice is studied by field plot experiment．At a certain nitrogen rate，the cont—
ent of NO；一N decreases with depth，which can be regressively described as a power function Y=aX ．Though little differ—
ence is made between the crop straw returning patterns of either wheat—corn and wheat alone，more nitrogen leaching tends
tO occur in the later practice since more nitrate nitrogen have been accumulated within 0～40cm soil layer．Soil content of
NO3一N reaches the summits twice and the valey once in a year．The summits turn up after harvest stages of corn and
wheat and the valey lasts from wheat seedling in spring tO flowering，when wheat shows the maximum uptake of available
nutrient from soil body．Content of NO／一N fluctuates most within 0～40cm layer and almost keeps stable below 60cm
depth．The fluctuation of content of NO；一N within the observed year through soil profile as deep as two meters is closely
correlated with the rate of nitrogen applied．Until the end of September after raining season，content of NO —N is up tO
lOmg／kg．It is therefore predicted that under the conditions of present farmland ecosystem soil nitrogen is leached not only
tO two meters depth but also OUt of two meters soil body．
Key words Farm land ecosystem ，Nitrogen fertilizer，Nitrate nitrogen，Leaching dynamics
山东省桓台县位于华北平原东部，以冬小麦和夏玉米 1年两熟制为主，是华北典型的粮食高产区。1981
年该县平均 N投入 204kg／hm ，1996年上升到 348kg／hm ，1999年试验监测区内平均施 N量为 438kg／hm ，
小麦秸秆基本全部还田，玉米秸秆还田达 60％～70％。本试验研究了该县典型高产农田N肥施用量和秸秆
还田对土壤硝态氮(NO；一N)淋失动态及其对区域地下水的影响，为合理施用 N肥和实施秸秆还田提供理论
依据。
1 试验材料与方法
试验在山东省桓台县唐山镇郭家村项 目试验区进行，冬小麦套种夏玉米，农户播种、浇水和病虫草害等
管理较一致，但培肥和施肥差异较大。秸秆还田管理为 1畦分 2垄，每垄 3行，垄宽 0．41～0．46m，垄间留套
种行，垄间宽 1．5～1．6m，行距 0．27m。小麦高留茬收割，还田麦秸粉碎长度 lOcm，铺在小麦茬口上，且留出
国家自然科学基金重点资助项目(39630070)部分研究内容
收稿 日期：2001—1l-16 改回日期：2001—12—14
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72 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
垄和套种行以保证玉米生长，玉米成熟后将玉米秸秆轧碎均匀耕翻人地。试验以单季麦秸还田+施用 N肥
480kg／hm 和小麦一玉米 2季秸秆还田+不施 N为对照，进行 2季秸秆全部还田不同施 N肥量 2m土体土壤
中NO3一N的周年垂向分布动态研究 ，各小区年施 N肥量分别为 480kg／hm 、600kg／hm 、720kg／hm ，设全还
(WMR)，即小麦秸秆和玉米秸秆 2季全部还田，不施 N；全还(WMR)+N40，即基于全还，施用当地施肥水
平的N600kg／hm ；全还(WMR)十N32，即基于全还，施用低于常规水平20％的N480kg／hm ；全还(WMR)+
N48，即基于全还，施用高于常规水平 20％的 N720kg／hm ；麦还 (WR)+N32，仅小麦秸秆还田，施用
N480kg／hm 共 5个处理，小区面积 99m ，每小区6畦，畦面宽 1．5m，每畦 6行小麦 ，套种玉米时每畦 2行。
不同处理总施 N量为玉米和小麦各 占1／2，冬小麦 N肥分播种基肥和拔节追肥 2次施用，每次占小麦施 N
量 1／2，基于等量 P O 和K o分别为 183kg／hm 和 141kg／hm 作基肥。夏玉米 N肥中基肥占20％，提苗肥
占30％，孕穗肥占50％，P：O 和 K：o均为 67．5kg／hm ，其他田间管理同常规管理。小麦播种后，分别于小
麦苗期、冬前期、冬后起身期、拔节肥水前后和收获前期，玉米季苗期(雨季前)、小喇叭口一大喇叭口期、收获
期前(雨季后)共 9个时期取样 ，用土钻取 2m土体剖面 0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～
80cm、80～120cm、120～160cm、160-200cm分层土样，每处理小区取 2点混合样。取相应土层的鲜土样混
合后立即装入密封袋，用以测定土壤含水量和 NO3-一N含量。土壤浸出液制备是将所取土样在 48h内用相当
于土液浓度的0．01mol／L CaC1 溶液按 1：4土液比，震荡 30min浸提，滤液于塑料瓶中即时冷冻保存，用连续
流动分析仪(CFA，TRAACS2000)定量测定土壤浸提液中NO；一N含量。
2 结果与分析
2．1 土体 No；·N垂向分布变化
对比高 N处理和不施 N处理 NO；一N在垂向空间变化(见表 1)可知，高 N处理明显影响 2m土体通体
NO；一N分布动态，土壤通体绝对含量明显高于无 N处理，特别是雨季取样表现显著，无 N处理土体中除硝
化作用活跃的40cm土层外，40cm土层以下土体中 NO；一N含量<5mg／kg。NO；一N含量在空间上随土层深
度而降低 ，在时间上秋后至冬前土壤通体含量最高 ，麦收前 (3月2日～5月17日)通体最低 。不同施N量
表 1 2m 土体 No；·N时 空变化
Tab．1 Dynamics of NO；一N content in 2m soil body varying with time and space
下2m土体不同土层全年 8次 NO；一N含量平均值(见表 2)随土层深度而降低 ，且相应土层中 NO；一N含量随
施 N量的增加而明显增加，施 N处理土壤通体 NO；一N含量均明显高于不施 N处理。秸秆还田方式的差异
对土壤通体 NO；一N分布虽有所影响，但不明显。等 N量时，单季小麦秸秆还田处理的 NO；一N分布形式介
于小麦一玉米全部还田的处理 Ⅱ与Ⅲ之间，40cm土层以上接近于处理I，120cm土体以下接近于处理Ⅲ。同
样秸秆全部还田基础上，不同施 N量之间NO；一N含量的差异随土壤深度而减小，至 2m土层深度时最高 N
处理和无 N处理间仅差 1．1mg／kg，表明农田施用 N肥确有 NO；一N淋失到 2m土体以下现象。对全年 2m
土壤通体 NO；一N垂向分布进行回归拟合，回归系数显示这一分布极显著符合幂函数方程 Y=aX (y为
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第 4期 刘光栋等：桓台县高产农田土壤硝态氮淋失动态研究 73
NO；一Nmg／kg含量 ，X为土层深度)，且随施 N量的增加其拟合性越好(见表 3)，表明施肥量越高，土壤通体
NO；一N含量受施 N量的影响越大。拟合函数中参数 和b均与施 N量有关，且随施 N量增大而线形减小。
不同施 N量与各取样时期各土层中 NO；一N含量的相关分析(见表 4)表明，土壤中 NO；一N含量与施 N量有
极显著相关性，在施 N肥各处理实施初期尚未影响土壤深层含量时(即首次取样)，这一相关性仅限于 60cm
以上土层，而自施肥对深层土壤产生影响后则一直呈维持显著相关的趋势，且直到翌年玉米收获前最后一次
取样，施 N量是土壤通体 NO／一N绝对含量的决定因素。
表 2 不同土层 NO；-N含量年平均值变化 表 3
Tab．2 The vertical distribution of NO；一N
不同处理 2m土壤通体 NO；-N垂向分布拟合参数
Tab．3 Regression indexes of NO；一N vertical
in 2m soil profile varies with N rates distribution through 2m soil body
l0
20
40
60
80
120
l60
200
9．04
6．92
5．64
4 56
3．96
3．83
2．65
1．80
l8 20
l3．69
7 46
5．49
5 52
4．85
3．5l
13．34
ll 44
6．16
3．73
3．73
3．86
2．55
2．93 2．68 *显著性检验为 ro 0I=0．834，r0 o5=0．707。
表 4 不同施肥量与 2m土体土壤 NO；-N含量相关系数
Tab．4 The correlation coeficients between N rate and NO；一N content at different soil layer
*显著性检验 o 0l：0．917， o o5=0 811。
2．2 土壤 NO；·N含量变化与土体 NO3-N含量周年变化
土壤中 NO；一N形态受施 N量、生物活动强弱、化学反应过程和水分运动强度等因素的直接影响，使土
壤中 NO；一N含量表现为一定垂向分布规律，且不同深度的含量年度内变化幅度不同，表现出一定趋势的动
态。由表 5可知越接近土壤表层 NO；一N含量变化越大，且施 N量越高，波动越大。40cm以下土层 NOs-一N
含量变化已趋于相对稳定；60cm土层以下含量基本稳定，波幅<2．9mg／kg，且基本不受施 N量的影响。同
一 深度 0～20cm土层中高 N处理(N48)的加权波幅高达 8～11．4mg／kg，不施 N处理的波幅仅有 2．1～
2．7mg／kg，与高 N处理的60cm以下土层的波幅接近。玉米秸秆还田与否明显影响 40cm以上土层 NO；一N
含量的变化，表明玉米秸秆还田对土壤中NO —N含量动态产生了影响，增加玉米秸秆还田可降低和有效控
制表层土壤中 NO；一N含量，并使之相对稳定，有利于减少 NOs-一N的淋失，NO；一N变化最活跃的是 0～40em
土层 。
对比高 N处理和无 N处理的各层土体中NO；一N含量可知从小麦播种到下季玉米收获各关键时期土体剖
面中 NOs-一N 含量的动态变化，表 土层 中先后出现 2个峰值，分别高达 35mg／kg和 27rag／kg以上；0～
20cm土层中NO N含量基本≥10mg／kg，40～80cm土层NO3-N含量周年介于5～15mg／kg间 ，80cm以下
"
0 l 7 5 4 4 2 2
∞ ∞
3 4 2 l l 2 l 1
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74 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
表5 不同 N处理各土层 NO；-N含量年平均值变化
Tab．5 Variation of NO；一N content in each
layer with different N rates
10
20
40
60
80
120
160
200
加权平均
可视为施肥、灌溉和降雨综合影响的结果。翌年雨季过
后 ，2m土壤剖面中 NO；一N含量发生分异，即0～60cm
土层 内 No —N呈淋失特性 ，而 60cm 以下土层呈上升趋
势，这表明高 N处理土壤中 NO；一N经过玉米季的 3次
灌溉和集中降雨后由 60cm土层向更深层迁移。表 6
表明2m深处土壤 NO；一N含量高峰时接近 10mg／kg，而
最低时<2mg／kg，这表明土壤 NO；一N被淋失出 2m土
体，并可能进一步下渗而污染到浅层地下水。不施 N
肥下 2m土层深处 NO；一N的绝对含量与周年动态变化
趋势基本一致，720kg／hm 和600kg／hm 施 N量间并未
表现出明显差异。与 480kg／hm 施 N量相比，2m土层
处平均含量高 1．1mg／kg，与不施 N处理 (在集中降雨
后)相比，2m土层深处 NO；一N含量所达峰值<3mg／kg，
土层则除强烈淋溶期外，均<5mg／kg。入冬后
至清 明节取样 时 120cm 以上各 土层 中 NO；一N
含量出现最低 点 ，这是冬春 季冬小 麦对该土 壤
深度中 NO；一N强烈吸收的结果(见表 1)。无 N
处理下小麦全生长期内2m土层中 NO；一N含量
<5mg／kg；小麦收获后进入湿热的玉米生长季
中土壤通体 NO；一N含量有增高的趋势，特别是
0～40cm土层内增加尤其明显，至 8月 20日取
样时各土层达到最高点，这可能与秸秆在湿热
条件下 生物硝 化活动有 关。至 9月 11日取 样
时各土层 NO／一N又呈减少趋势 ，这 可能是因雨
季和玉米季持续灌溉淋溶所致，这有待于进一
步研究。在时间分布上 2m土体中NO；一N含量
分别于 11月 26日和 6月 15日出现2个峰值，
表 6 2m土层深处 NO；-N含量变化
Tab．6 Dynamics of NO；一N content
varies with time at 2m depth
日期(月．日) 各处理 NO3--N~；m／mg·kg
Date(month。day) NO；一N contents in diferent treatments
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ
其他时间均<2mg／kg，周年平均含量比高 N处理下低 2mg／kg，不施化学 N肥而仅实施秸秆还田的农田应基
本无 NO；一N污染 的威胁 。
3 小 结
不同施 N量明显影响土壤通体 NO；一N含量动态和时空分布特点，高 N处理下不同施 N量土体 NO；一N
变化差异不明显；相同施 N量下单季小麦秸秆还田与小麦一玉米 2季秸秆还田差异也不明显。土体中一定深
度内NO；一N含量周年内变幅较大，施 N量越高，波幅越大；施 N肥量明显影响 0 40cm土层内 NO；一N变化
动态，60cm土层以下 NO；一N绝对含量虽有差异，但相对稳定。土体中 NO；一N含量周年内出现 2次峰值和 1
次低谷，峰值发生在冬前和麦收后，低谷发生在麦季苗期～开花期大量吸收 NO；一N时期。2m土层深处不施
N处理基本无 NO；一N淋失，而高 N处理导致土壤中NO；一N向下迁移出 2m土体并对浅层地下水构成污染
威胁 。
参 考 文 献
1 胡春胜，程一松等．太行山山前平原冬小麦田深层土体硝态氮累积特征研究．中国生态农业学报，2001，9(1)：19～20
2 0 8 9 4 7 6 6
● ● ● ■ ■ ● ● 7 3 1 1 2 1 1 2
+ 一 +一 +一 + 一 ± + 一 + 一 +一
4 2 7 7 9 5 7 4
● P ● ● ■ ● 1 6 3 3 3 2 2 4
【
0 6 0 1 5 5 9 2
● ● ● ● ● ●
8 3 2 3 2 2 1 3
+一 +一 +一 +一 +一 +一 +一 +一
7 5 5 5 8 5 9 7
● ● ● ● ● ● 3 7 5 5 4 3 2 5
4 4 9 1 7 8 8 5 4
3 2 2 3 2 2 1 1 2
+ 一 + 一 +一 + 一 + 一 + 一 + 一 + 一 +一
0 9 6 6 0 8 7 8 9
● P ■ ■ ■ ■ ● 9 6 5 4 4 3 2 1 3
3 5 7 3 9 0 5 0 3
● ● ■ ■ ● ■ ●
3 5 2 3 1 2 1 2 2
+一 +一 +一 +一 +一 +一 +一 +一 +一
9 8 7 0 5 2 5 8 9
● ● P P ■ ● ● ■ ● 0 1 7 6 4 4 2 2 4
I I
1 7 2 1 3 6 9 8 3
■ ● ● ● ● ● ●
2 2 1 1 1 1 0 0 1
+ 一 + 一 ± ± + 一 + 一 + 一 +一 +一
1 2 3 7 8 1 3 0 8
3 4 2 1 1 2 i
5 1 4 2 5 3 0 4
4 3 9 6 6 2 2 6
● ● ● ● ● ● ●
1 3 0 1 0 4 4 8
7 5 7 4 2 1 9 7
4 5 4 7 7 6 0 4
● ■ ■ ● ● ●
1 1 0 0 0 1 1 8
9 9 7 8 7 1 2 1
6 7 5 2 8 7 1 8
● ● ■ ● ● ● 3 2 0 1 0 1 7 6
5 1 5 1 6 2 8 9
8 3 2 7 4 6 3 3
● ● ● ■ ● ● ●
1 1 0 0 0 0 3 0
9 6 2 5 7 5 0 1
1 2 0 0 1 1 2 1
0 1 3 4 5 6 8 9
1 1 0 0 0 0 0 0
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