全 文 ：长期施肥条件下黄土旱塬土壤 NO3- N的
淋溶分布规律*
党廷辉1, 2* * 郭胜利1 樊 军1 郝明德1
( 1 中国科学院水利部水土保持研究所, 杨凌 712100; 2西北农林科技大学水土保持研究所, 杨凌 712100)
摘要 在黄土旱塬区, 长期施肥对土壤剖面 NO3- N 含量和分布有显著影响.施用化学氮肥,土壤剖面
中出现 NO3 -N 的淋溶与深层累积, 而施用磷肥和有机肥有减弱 NO3 -N 向更深层淋溶的作用. 单施氮
肥处理( N ) , NO 3-N 的累积峰深度最大 ,为 120~ 200 cm; N、P 有机肥配施处理( NPM ) , NO3 -N 的累积
峰值最高, 但峰深度降低至 60~ 120 cm; N、P 配施( NP)累积深度为 80~ 140 cm. 不施氮肥, 分布在土壤剖
面中 NO3- N 含量显著降低.氮肥用量愈大, NO 3- N的累积量愈大. N、P 配施可以有效降低 NO3 -N 累
积. 在同一氮肥用量下, NO3- N 累积量随磷肥用量的增加而减少.
关键词 长期施肥 NO3- N 分布规律 黄土旱塬
文章编号 1001- 9332( 2003) 08- 1265- 04 中图分类号 S158 文献标识码 A
NO3
-N leaching and distribution in soil profile in dry highland of Loess Plateau under long term fertilization.
DANG Tinghui1, 2 , GUO Shengli1, FAN Jun1 , HAO Mingde1 ( 1 I nstitute of Soil and Water Conser v ation , Chi
nese A cademy of Sciences , Yangling 712100, China; 2 I nstitute of Soil and Water Conser vation, Nor thwes t Sci
enceTechnology Univer sity of Agricultur e and Forestry , Yangling 712100, China) . Chin. J . A pp l. Ecol. ,
2003, 14( 8) : 1265~ 1268.
The NO3
-N accumulation and distribution in soil profile of Loess Plat eau dry highland w ere studied by long
term field trials. T he results showed that NO3
-N w as accumulated in the so il profile under Nfertilization. Ap
plication of Pfertilizer or org anic manure reduced the NO3- N content and its leaching dept h in t he soil pr ofile.
The deepest depth of NO 3
-N accumulation was 120~ 200 cm under N treatment, and t he peak o f the accumu
lation was the highest in NPM treatment, with the depth of 60~ 120 cm. T he NO3
-N accumulation depth was
80~ 140 cm for NP . Without nitrogen application, there was no ev ident accumulation of NO3
-N in soil pro
file. The more nitr ogen used, t he more NO 3
-N accumulated in soil profile. Under t he same nitro gen applica
tion r ate, NO3
-N accumulat ion might decrease with increasing P application.
Key words Longterm fertilization, NO3 -N distr ibution pattern, Loess Plateau dry highland.
* 国家! 十五∀科学技术攻关项目( 2001BA508B18) 和中国科学院知
识创新工程资助项目( KZCXZ4135) .
* * 通讯联系人.
2001- 09- 24收稿, 2002- 04- 08接受.
1 引 言
在降水丰沛区和灌区 NO3- N 的淋溶所产生
的环境问题已引起人们的高度重视[ 2, 6~ 9] , 但北方
旱区雨养农业的 NO3- N 淋溶常常被忽视, 甚至认
为可能性很小[ 4] .在半干旱地区, NO3- N 的淋失仍
可发生,淋失量和降水量关系密切[ 3] . 土壤剖面中
NO3
- N 淋溶(或淋失)是作物、施肥、土壤、降雨或
灌溉等环境条件综合作用的结果[ 8] ,其淋溶以水分
影响最大. NO3- N 的淋失是农田生态系统中氮素
损失的重要途径,因此也是影响氮肥利用效率的重
要因子.在黄土高原沟壑区,由于降水较少而多变,
NO3
- N 的淋失程度如何, 利用短期试验很难研究
清楚.围绕这一问题,我们利用设在黄土旱塬的长期
肥料定位试验, 探讨了长期施肥条件下旱地土壤剖
面 NO3- N 的分布与累积规律.
2 材料与方法
2 1 土壤与气候条件
试验土壤为粘盖黄黑垆土, 布设前 0~ 20 cm 耕层土壤
含有机质 10. 4 g#kg- 1, 全 N 0. 62 g#kg- 1 ,碱解氮 37. 0 mg#
kg- 1, 速效磷 3. 0 mg#kg- 1, 速效钾 129 mg#kg- 1 , pH8. 3. 试
验土壤 N、P 含量较低, 钾素丰富,呈微碱性反应.
试验区处于暖温带大陆季风型半湿润易旱气候区,多年
平均降水 584 mm,季节间差异较大, 54%的降水集中在 7~
9 月;年均气温 9. 1 ∃ , 1 月平均气温- 5. 0 ∃ , 7 月份平均气
温 22. 1 ∃ , 无霜期 171 d,属雨养农业区, 没有灌溉条件.
2 2 试验设计与方法
应 用 生 态 学 报 2003 年 8 月 第 14 卷 第 8 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug . 2003, 14( 8)%1265~ 1268
表 1 N、P配比定位试验方案
Table 1 Plan of fertilizer fixed experiment( kg#hm- 2)
项目
Item
处理 T reatment
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
N 0 0 0 45 45 45 90 90 90 90 90 135 135 135 180 180 180
P2O 5 0 90 180 45 90 135 0 45 90 135 180 45 90 135 0 90 180
于 1984 年将试验布设在海拔 1 200 m 的陕西长武县十里铺
黄土旱塬上 ,试验包括两部分: 1)施肥培肥定位试验设 6 个
处理: NPM、NP、P、N、M、CK( N 指施 N 120 kg#hm- 2 , P 指施
P2O5 60 kg#hm- 2 , M 指施有机肥 75 t#hm- 2 , CK 指不施肥) .
小区面积 10. 26 m & 6. 5 m. 重复 3 次. 2) N、P配比定位试验
主要以 N、P 为供试因子, N、P( P2O5)上限为 180 kg#hm- 2,
下限为 0. 将 N、P 用量等间距的划分为 5 个水平, 共设 17 个
处理,其组合方式见表 1.每处理重复 3 次,小区面积5. 5 m &
4 m.
供试作物为冬小麦, 连作种植, 每年 1 料. 每年 9 月中下
旬播种,次年 6 月下旬收获. 播种前用农药处理土壤, 防治地
下病虫.生长期间管理方式同大田. 品种选用当地主栽品种.
氮肥用尿素, 磷肥用过磷酸钙 ( 12% P2O5 ) 或重过磷酸钙
( 46% P2O 5) .全部肥料均于播种前作基肥 1 次施入耕层, 用
拖拉机翻入.
在试验第 14 或 15 年小麦收获后, 用土钻每 20 cm 采集
各处理 0~ 200 或 400 cm 的分层土壤样品, 在保持新鲜状态
下,用 1 mol#L - 1 KCl室温下浸提 NO3- N(液土比 5%1) , 并
用流动注射分析仪测定,同时用烘干法测定土壤水分含量.
3 结果与分析
长期不同施肥条件下, 14 年后土壤 0~ 200 cm
剖面中 NO3- N 的含量分布出现显著差异. 由图 1
可见,全部施用无机氮肥的处理都出现了不同程度
的NO3- N 累积.其中以 N、P 有机肥配施( NPM )处
理累积峰最高, 深度在 60~ 160 cm, 峰值出现在 120
cm.单施氮肥( N)处理峰值较小,但累积深度增加到
200 cm 以下,峰值出现在160 cm处. N、P 配施( NP)
处理累积深度和峰值变浅, 分别为 80~ 160 和 120
cm.试验结果表明, 施用磷肥有减弱 NO3- N 向更
深层淋溶的作用, 单施有机肥不会产生 NO3- N 的
淋溶累积.
小麦连作系统 NO3- N的剖面积累与分布除了
与施肥类型有关外, 还与肥料类型与用量有关.在氮
肥单独施用的条件下, 15年后测定 0~ 400 cm 土壤
剖面 NO3- N 含量, 发现无论氮肥用量高低,土壤剖
面中都存在 NO3- N 的明显积累(图 2) . 15年连续
单施 N 90 kg#hm 2, NO3- N在 100~ 200 cm 范围累
积,峰值为 29. 6 mg#kg- 1. 单施 N 180 kg#hm- 2,
NO3
- N 在 80 ~ 300 cm 严重累积, 峰值达到 67. 9
mg#kg- 1. 由此可见, 随氮肥用量增加, NO3- N 的
累积范围与深度增加,峰值升高,但峰值位置都出现
在 140 cm 深度出.
4 个磷肥水平 ( P 2O5: 45 、90、135 和 180 kg#
hm
- 2
) 配施氮肥, 在低氮水平 ( N: 45 或 90 kg #
hm- 2) 时均未出现 NO3- N 的累积, 而高氮水平
( 135或 180 kg#hm- 2)时则出现 NO3- N 的明显累
积(图 3) .氮肥用量越大, NO3- N 累积越多,累积峰
同样出现在 140 cm 深度.
同一氮肥用量下, NO3- N 的累积峰或累积量
均随磷肥用量的增加而降低或减少(图3) . 在施用
图 1 长期不同施肥处理土壤剖面 NO3-N 分布
Fig. 1 NO 3
-N dist ribut ion in soil profile under long term fert ilizations.
图 2 氮肥单施土壤剖面 NO3-N 分布
Fig. 2 NO 3
-N dist ribut ion in soil prof ile in only applicat ion of nit rogen.
1266 应 用 生 态 学 报 14卷
图 3 N、P 配合施用土壤剖面 NO 3-N 分布
Fig. 3 NO 3
-N dist ribut ion in soil profile in applicat ion of N and P fertilizers.
氮 135 kg#hm- 2条件下, 配施磷肥 135 和 90 kg#
hm- 2,峰值分别比配施磷肥 45 kg#hm- 2时减少
44. 7%和 18. 4% . 对施肥量与土壤剖面 0~ 400 cm
NO3
- N 总含量进行相关分析表明(表2) , NO3- N
累积量与氮肥用量呈极显著正相关( r= 0. 7190* * ,
n= 14) , 而与磷肥用量呈负相关( r = - 0. 5025, n
= 14) .
不同施肥条件下,作物产量、NO3- N 的累积量
及累积率、氮肥利用率有较大差异(表 2) .施用氮肥
能明显提高作物产量,但随氮肥用量的增加, 氮肥利
用率随之降低, NO3- N在土壤剖面中的累积量、累
积率随之增加. 可以看出, N、P 比例愈失调, 即在相
同磷肥基础上, N、P 比例越高, 氮肥利用率越低,
NO3
- N 的累积越严重. 15 年后, 土壤剖面硝态氮
累积最严重的处理为连续每年施用纯氮 180 kg#
hm
- 2
,对应的硝态氮累积量、累积率分别为 1 142. 6
kg#hm- 2和 42. 3% ,其氮肥利用率最低,仅 32. 5%.
表 2 不同施肥处理小麦产量、NO3-N累积及氮肥利用率
Table 2 Wheat yield and nitrate accumulation and NUE in treatments
处理 T reatment
P2O5
(kg#hm- 2)
N( kg#
hm
- 2
)
平均产量
Average yield
(kg#hm- 2)
NO3
- N累积量
Rate of nit rate
accumulat ion
( kg#hm- 2)
NO3
- N累积率
Rat io of nit rate
accumulat ion(% )
氮肥利用率
NUE( %)
0 90 2351. 8 370. 3 27. 4 42. 3
0 180 2513. 4 1142. 6 42. 3 32. 5
45 45 2233. 1 40. 5 6. 0 52. 6
45 90 3010. 7 64. 4 4. 8 51. 2
45 135 3184. 0 418. 7 20. 7 45. 3
90 45 2494. 3 38. 9 5. 8 65. 2
90 90 3045. 1 29. 5 2. 2 57. 7
90 135 3354. 2 316. 9 15. 7 54. 1
90 180 3495. 4 459. 9 17. 0 47. 3
135 45 2509. 8 19. 9 3. 0 66. 0
135 90 3099. 6 88. 6 6. 6 53. 4
135 135 3264. 1 197. 6 9. 8 51. 5
180 90 3173. 5 81. 5 6. 0 58. 4
180 180 3728. 8 265. 4 9. 8 50. 6
4 讨 论
对黄土旱塬区农田氮素淋溶规律研究表明, 在
高原沟壑区旱作农业中, 长期过量或不平衡使用氮
肥, NO3- N将在土壤剖面深层发生积累, 峰值在
120~ 140 cm 左右.配施磷肥后, 由于补充了土壤 P
的不足,改善了作物 N、P 营养元素的协调供应, 促
进了作物对土壤 N 的吸收,因而土壤深层 N累积的
状况得到减弱.
有机肥本身是一种 N 含量高, 有效磷含量较低
的肥料.在某种程度上, 施用有机肥, 会过多地增加
土壤 N,因此在施 N、P( NP)的基础上增施有机肥,
只能加重 N 的累积量.但是, 与化学氮肥相比,有机
肥对 N的吸附性较强,其含有的 N在土壤中下移较
缓,因而有机肥氮素的累积深度相对较浅.
图 4 不同试验年 NPM 处理下土壤剖面水分含量
Fig. 4 Water content in soil profile under NPM treatment .
旱作雨养区, N 的累积深度与当地年降水量大
小有密切关系. 从长期试验 ( 1984~ 1998 年) NPM
12678 期 党廷辉等:黄土旱塬长期施肥条件下土壤 NO 3-N的淋溶分布规律
处理播种时土壤剖面水分动态(图 4)来看, 由于作
物利用,土壤剖面 140~ 160 cm 以下水分含量逐年
减少并趋稳定, 而雨季(小麦休闲期 7~ 9月)土壤水
分蓄积恢复的最大土壤深度在 140~ 160 cm 以上,
这与硝酸盐累积深度十分吻合.在连续高产情况下,
一方面下渗的最大深度在 140~ 160 cm ,另一方面
小麦深层根系又不断地从土壤深层吸收水分, 形成
了!生物利用型土壤干层∀.这种!干层∀导致作物产
量对生育年降水的依赖性大增, 使产量因年际降水
的波动而大幅波动[ 1] , 对农业的持续发展产生消极
影响. 据研究, 小麦根系下扎深度超过 200 cm, 但
92%根系集中在 100 cm 以上[ 5] ,深层少量的根系以
吸收水分为主, 对养分的利用很少. 因此, 深层累积
的 NO3- N对作物的有效性是十分有限的, 这样既
造成了资源的浪费, 又成为一种潜在的环境威胁. 土
壤剖面中 NO3- N 的残留和深层累积作为高原旱
塬区农田氮肥的重要去向,是 N损失的重要途径之
一,不应忽视. N、P 合理配施是提高氮肥利用效率、
降低 NO3- N 残留与积累的重要措施, 生产中应引
起高度重视.
参考文献
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( in Chinese)
作者简介 党廷辉, 男, 1964 年生, 在职博士, 副研究员. 主
要从事土壤作物营养与施肥研究, 发表论文 40 余篇. Email:
dangth@ nwsuaf. edu. cn.
1268 应 用 生 态 学 报 14卷