夏體淵，達良俊，年耀萍，章君果

1.華東師范大學環(huán)境科學系，上海 200062；2.云南省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205

氮是農(nóng)作物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，也是植物從土壤中吸收量最大的礦質元素，它對蔬菜的產(chǎn)量和品質都有重要影響。在通常情況下，施用氮肥可以獲得明顯的增產(chǎn)效果[1,2]。然而，在土壤-作物系統(tǒng)中，氮素的作物利用率僅為 20%～35%。大部分氮被土壤吸附，逐漸供作物吸收利用，有5%～10%揮發(fā)到大氣中。隨降水徑流和滲漏排出農(nóng)田的氮素中的20%～25%是當季施用的氮素化肥[3]。因此，隨著氮肥施用量的增加，大量的氮素累積在土壤中，明顯地增加了向水體釋放的風險，這使得土壤氮素由增產(chǎn)的農(nóng)學意義向非點源污染的環(huán)境意義方向轉變[4]。氮素作為非點源污染的重要營養(yǎng)物質之一，其流失既可造成土壤生產(chǎn)力衰退，又可引起水體富營養(yǎng)化[2]。土壤中氮素對滇池的污染是一個逐步的、潛移默化的過程。據(jù)報道，農(nóng)業(yè)面源污染對滇池貢獻的營養(yǎng)成份總氮占32.9%[5]。因此，了解滇池流域蔬菜地土壤氮素狀況，對評價蔬菜地土壤氮素對水體污染具有重要參考價值，同時，對保持土壤生產(chǎn)力和改善環(huán)境質量，提高肥料資源的利用效率，促進流域蔬菜安全生產(chǎn)有著重要的意義[6]。以往研究主要側重于氮肥對蔬菜產(chǎn)量和品質的影響，對于蔬菜地中氮素的研究也有報道，但對滇池流域設施保護地的氮素分布與轉移特征的未見報道?；诖?，本文以油麥菜（Lactuca sativavar.ramosa）為研究對象，通過研究不同氮磷施肥處理，不同生育期、不同土壤層次的氮素分布，了解滇池流域典型蔬菜地的土壤氮素分布和轉移情況，以期為該地區(qū)合理高效施氮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

本試驗于2008年8月到9月在云南省昆明市晉寧縣上蒜鄉(xiāng)進行，試驗地位于滇池湖盆流域，供試土壤為菜園土，土壤母質為湖積物，質地為粘壤，地下水位大約55 cm。原為水稻田改造后的菜園地，自 2003年在菜園地基礎上改建設施保護地，棚齡為5年。土壤的基礎肥力見表1。

表1 供試土壤基本性質Table 1 chemical properties of soil

1.2 試驗方法

本試驗分成高量施肥（HF）和低量施肥（LF）兩組進行，每組9個處理，用T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8和T9表示，其中T1為空白試驗，T4為當?shù)剞r(nóng)戶習慣施肥水平，高量施肥（HF）組T4和低量施肥（LF）組的T4分別為高量施肥（HF）的平均水平和低量施肥（LF）的平均水平。大田種植規(guī)格為30 cm×20 cm，種植時間為2008年8月6日，收獲時間為2008年9月9日，大田生長時間34 d，不施基肥，氮磷全部為追肥施用，氮磷2次追肥比例都為1∶1.4，追肥時期第一次為定植后7 d，即2008年8月14日，第二次為2008年8月26日，施肥方式為兌水澆施。小區(qū)面積15 m2，3次重復。各處理間的具體施肥情況見表2。

表2 試驗處理Table 2 Treatments of experiment kg·hm-2

土壤樣品采集時間分別在種植前、第二次施肥前和收獲后，分成0～20、20～40和40～60 cm三層取樣。種植前和收獲后用挖坡面的方式進行取樣，第二次施肥前用土鉆進行取樣。取回的土壤樣品帶回實驗室，經(jīng)風干后磨碎，分別過20、60和80目篩保存?zhèn)溆?。根?jù)《土壤分析技術規(guī)范》進行相關指標的測定[7]。土壤全氮測定采用凱氏蒸餾法。植株樣也分三次取，第一次取三份小苗樣品，第二次為第二次施肥前，第三次為收獲時。隨機選取每個小區(qū) 10株樣株，樣品帶回實驗室進行烘干，測量干重后，磨碎保存?zhèn)溆谩Ｓ昧鲃臃治鰞x測量植株樣的總氮。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

（1）土壤氮積累量(g)=（現(xiàn)土壤總氮含量-原土壤總氮含量）×土壤容重

（2）施肥氮損失量(g)=施氮量-植株總氮吸收量-土壤總氮積累量-空白氮流失量（3）氮施肥損失率(%)=施肥氮流失量/施氮量（4）植株總氮吸收量(g)=植株總氮含量×植株干重質量

（5）植株吸收率(%)=吸收量/施用量

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS11.5和Excel2003進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理土壤氮素養(yǎng)分的分布特征

高量組土壤總氮在生長期(a、b、c)和成熟期(d、e、f)表現(xiàn)出基本一致的變化趨勢。兩個時期在各處理之間都呈現(xiàn)出了不規(guī)則的變化，單季施氮量對土壤總氮的影響比較微弱，T3（N130P378K297）到T4（N360P378K297）、T5（N540P378K297）處理之間土壤0～20 cm和20～40 cm土層總氮略微上升，并沒有表現(xiàn)出顯著差異；40～60 cm土層受施氮量的影響很小呈現(xiàn)隨機變化的趨勢，這與農(nóng)田土壤地下水位存在很大關系。從圖1可看出，土壤總氮是長期過量施肥的一個累計效應，單季施氮量在當季對土壤影響比較小，施氮量是引起土壤總氮分布的一個因素，農(nóng)田土壤總氮含量還與農(nóng)事活動存在較大關系。在垂直方向兩個時期土壤總氮由大到小都表現(xiàn)出0～20 cm土層，20～40 cm土層，40～60 cm土層，并且各層次之間表現(xiàn)出了極顯著差異。這種垂直分布格局表明施肥對土壤產(chǎn)生的影響主要集中在0～40 cm土層的范圍內，由于這種垂直梯度的存在導致土壤氮逐漸向下轉移。

圖1 高量組土壤總氮含量Fig.1 Soil TN of the high fertilization level

由圖2可以看出，低量組土壤總氮和高量組土壤總氮變化趨勢相似。低量組當季施氮量對土壤總氮含量影響比較小，三個層次也都表現(xiàn)出了不規(guī)則的變化趨勢。在垂直梯度上還是表現(xiàn)出與高量組一致的規(guī)律，由大到小排序為，0～20 cm土層，20～40 cm土層，40～60 cm土層。0～40 cm含量較高，40 cm以下含量較低，各層次之間表現(xiàn)出了極顯著差異。

從生長期和成熟期各層次土壤總氮含量的比較來看，高量組0～20 cm土層，除了T3（N130P378K297）和T9（N180P189K297）處理外，其余施氮處理都表現(xiàn)出了土壤含氮量成熟期>生長期，同時，成熟期土壤總氮含量隨施氮量變化比生長期明顯；20～40 cm土層兩個時期施氮處理對該層次的影響不明顯，總體表現(xiàn)出不規(guī)則趨勢（圖3），除了T7（N360P189K297）和T9（N180P189K297）處理，其余施氮處理都是生長期>成熟期；40～60 cm土層受到施肥處理影響很小，表現(xiàn)出了不規(guī)則的變化規(guī)律，除T3（N130P378K297）和T7（N360P189K297）處理，其余施氮處理都呈現(xiàn)了成熟期>生長期，40～60 cm由于受到地下水位影響導致各個處理之間差異變化。

由圖4所示，低量組0～20 cm土層T3（N90P126K175）處理土壤總氮含量表現(xiàn)出了生長期>成熟期，其余施氮處理都表現(xiàn)為成熟期>生長期；20～40 cm層總氮含量普遍表現(xiàn)為生長期>成熟期，其中T3（N90P126K175）、T5（N270P126K175）和T6（N180P0K175）處理變現(xiàn)為成熟期>生長期；40～60 cm層都變現(xiàn)為成熟期土壤總氮含量低于生長期。

圖4 低量組生長期和成熟期土壤總氮Fig.4 Soil TN of the low fertilization level in maturing and growing stage

2.2 植株氮素吸收特征

高量組生長期對氮素的吸收率為4.92%～12.94%，其中T5（N540P378K297）處理吸收率最低，T9（N180P189K297）處理最高；成熟期氮素吸收率最低為T5（N540P378K297）處理3.42%，最高為T9（N180P189K297）處理28.09%。低量組生長期氮素的吸收率為9.77%～17.67%，其中T3（N90P126K175）處理最低，T9（N90P63K175）處理最高，各處理之間在10%左右變化；成熟期氮素吸收率最低為T5（N270P126K175）處理21.26%，最高為T8（N180P189K175）處理達到28.74%，所有處理氮素吸收率都達到了20%以上，低量組吸收率在生長期和成熟期都處于較高水平。圖6所示，低量組氮素吸收率為成熟期>生長期，并表現(xiàn)出了極顯著差異，可見，油麥菜對氮素的吸收主要集中在成熟期。對高量組和低量組氮素吸收率的比較，如圖5可以看出，除了生長期的T3處理和成熟期的T9處理表現(xiàn)出了高量組高于低量組，兩個時期的其余處理都呈現(xiàn)低量組高于高量組。生長期T4～T9處理低量吸收率顯著高于高量組，成熟期T4～T8處理低量組也顯著高于高量組，T9處理高量組顯著高于低量組。

圖5 生長期和成熟期油麥菜N吸收率Fig.5 N absorption rate of Lettuce in maturing and growing stage

高量組生長期植株氮素的吸收和施氮量表現(xiàn)出了極微弱的正相關，在成熟期甚至表現(xiàn)出了負相關。而低量組生長期和成熟期植株氮素吸收和施氮量都表現(xiàn)出了顯著線性相關，相關系數(shù)R分別為0.9680與0.9614。表明在適量施氮范圍內，油麥菜對氮素的吸收隨氮素施入量的增加而增加，表現(xiàn)出線性相關。

圖6 低量組生長期和成熟期油麥菜N吸收率Fig.6 Lettuce N absorption rate of the low fertilization level in maturing and growing stage

2.3 土壤氮素積累特征

從高量組和低量組各處理土壤總氮分層積累量的變化（圖7與圖8）來看，總氮在不同土層的積累量表現(xiàn)出無序的變化趨勢。在0～40 cm土層范圍內有表現(xiàn)出土壤積累量增長的趨勢，但在施肥處理之間并沒有呈現(xiàn)有規(guī)律的增長變化。40 cm以下由于地下水位差異，氮素積累量表現(xiàn)出不規(guī)則變化，高量組生長期和低量組兩個時期均出現(xiàn)了土壤積累量減少，高量組成熟期則表現(xiàn)土壤積累量增加。植株氮素吸收和施氮量對不同土層氮素的積累趨勢并沒有達到預期的變化特征，表明在分層積累上施氮量和植株氮素吸收量對不同土層氮積累影響比較小，氮素在土壤不同層次的積累是整個農(nóng)事管理中的各方面綜合因素的結果。

土壤總氮素積累量與施氮量表現(xiàn)出了隨施氮量的增加而上升的變化規(guī)律。圖9和圖10所示，高量組和低量組兩個時期施氮量和土壤氮素積累量都呈現(xiàn)極顯著的線性相關。施氮量是土壤氮素損失的一個外因，對氮素損失起決定作用的是土壤本身的內在綜合因素。高量組生長期各處理都表現(xiàn)出了土壤氮素積累盈余，高量組成熟期在施氮減半處理中出現(xiàn)土壤氮素積累減少，其余處理都為盈余。低量組大部分處理都表現(xiàn)出了土壤積累量的減少，T5（N270P126K175）處理在兩個時期表現(xiàn)出了少量盈余。

2.4 土壤氮素損失特征

從表3可以看出，低量組和高量組生長期氮損失率都高于成熟期。低量組生長期氮損失率在29.14%～39.79%之間，各處理都處在較高水平；成熟期在5.62%～22.05%之間，各處理之間并沒有表現(xiàn)出規(guī)律性；當季氮損失率18.90%～25.88%之間，各處理基本維持在20%左右。高量組生長期氮損失率在17.06%～35.65%之間，成熟期在7.10%～29.36%之間；當季氮損失率在11.25%～31.98%之間。其中T6、T7和T9處理當季氮損失率為低量組>高量組。

圖7 高量組生長期和成熟期土壤氮積累量Fig.7 The soil N accumulation of the high fertilization level in maturing and growing stage

圖8 低量組生長期和成熟期土壤氮積累量Fig.8 The soil N accumulation of the low fertilization level in maturing and growing stage

圖9 高量組生長期和成熟期施氮量和土壤氮積累量Fig.9 Correlation of N application and soil N accumulation of the high fertilization level in maturing and growing stage

圖10 低量組生長期和成熟期施氮量和土壤氮積累量Fig.10 Correlation of N application and soil N accumulation of the low fertilization level in maturing and growing stage

表3 不同施肥處理氮損失率Table 3 Loss rate of N of different treatments %

高量組氮損失量都大于低量組，其中T4～T8處理在兩組之間表現(xiàn)出了顯著差異。高量組在生長期和成熟期氮損失量和施氮量都表現(xiàn)出了極顯著的線性正相關，相關系數(shù)R分別為0.9823和0.9719。低量組生長期和成熟期氮損失量和施氮量也表現(xiàn)出了顯著線性正相關，相關系數(shù)R分別為 0.9668和0.9385。由此可見，高量組比低量組相關性更加顯著，表明施氮量高，氮素損失更加明顯。

3 討論

氮素在土壤中的轉移主要有3種去向：植株吸收、土壤殘留和損失。土壤氮素的來源主要是原土壤氮素含量和外源輸入。外源氮素輸入主要包括：氮肥的施入和澆灌水中的氮素，其中灌溉水中的氮素往往忽略不計。氮素的大量投入常導致土壤氮的大量積累和各種途徑的氮素損失，植株吸收部分很少，僅占21%～36%[8]。對油麥菜植株氮吸收效率的研究結果表明：適宜的氮素施用量，油麥菜氮吸收量和施氮量呈現(xiàn)正向線性相關，油麥菜的氮吸收率處在較高水平，油麥菜較高產(chǎn)量時氮肥施用量在180～270 kg·hm-2，吸收率達到20%以上，最高達到了28%，在適宜施氮量范圍內不同施氮處理對油麥菜吸收效率的影響比較小；過量的氮素反而降低油麥菜對氮素的吸收效率，從而導致減產(chǎn)，油麥菜氮素的吸收更多集中在成熟期。

氮素在土壤中相對比較活躍，受到包括施氮量、植株吸收量、土壤因素和農(nóng)事管理在內的各種因素的影響，土壤各層次水平處理之間表現(xiàn)出不規(guī)則的變化趨勢，垂直梯度上表現(xiàn)出了明顯差異。在0～60 cm范圍內總氮的積累量和施氮量表現(xiàn)出了顯著的線性正相關，這種相關性表明：對油麥菜施氮量越高土壤表現(xiàn)出氮積累量越大。在油麥菜田間試驗中，過量施氮，土壤氮素表現(xiàn)出了盈余；適宜施氮，土壤氮素表現(xiàn)出了降低。雷寶坤等[9]在對生菜的研究中也有類似結論。馬朝紅等[10]在對蔬菜土壤養(yǎng)分積累狀況的研究中也得到了類似結論。夏天翔等[11]對撫仙湖種植菜地土壤氮磷積累特征的研究發(fā)現(xiàn)：氮磷在0～20 cm土層有很大積累，并指出在剖面分布規(guī)律的研究需要進一步探討。

在本研究中，氮素損失率為生長期高于成熟期，各處理之間沒有明顯變化規(guī)律，損失的隨機性比較大，氮素損失主要表現(xiàn)為事件型的損失[12]。氮損失率的變化范圍比較大，最高損失率達到了39.79%，在適宜施肥量的處理中，損失率也達到了20%以上。氮損失量隨施氮量的增加而升高，表現(xiàn)出了顯著的線性正相關。陳琨等[13]對稻田氮磷流失的研究和司友斌等[14]對農(nóng)田氮磷的流失研究都有類似結論。當適宜氮肥施用量為180～270 kg·hm-2時，氮損失量在40～55 kg·hm-2，是過量施肥量的1/3。

4 結論

（1）氮在土壤中比較活躍，土壤總氮在各處理之間并沒有出現(xiàn)規(guī)律性變化。在垂直梯度上，土壤養(yǎng)分隨深度增加而遞減。

（2）土壤總氮素積累量和施氮量呈現(xiàn)了顯著正向線性相關。適量施氮，土壤總體氮積累量表現(xiàn)出了減少，而過量施氮，則表現(xiàn)出了盈余。

（3）適宜的氮素施用量，油麥菜氮吸收量和施氮量呈現(xiàn)正向線性相關，油麥菜的氮吸收率處在較高水平，油麥菜較高產(chǎn)量時氮肥施用量在180～270 kg·hm-2，吸收率達到20%以上，最高達到了28%，油麥菜成熟期氮吸收量比生長期高。

（4）油麥菜生長期氮損失率都高于成熟期，氮損失量隨施氮量的增加而升高，表現(xiàn)出了顯著的線性正相關，過量施肥氮損失量高于適量施肥。

[1]劉利軍, 閆雙堆, 杜慧平, 等.不同肥力水平大棚土壤氮素轉化的研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學, 2009, 37(2): 32-35.LIU Lijun, YAN Shuangdui, DU Huiping, et al.Study on nitrogen transformation of various fertilities soil in greenhouse[J].Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2009, 37(2): 32-35.

[2]張炎, 史軍輝, 李磐, 等.農(nóng)田土壤氮素損失與環(huán)境污染[J].新疆農(nóng)業(yè)科學, 2004, 41(1): 57-60.ZHANG Yan, SHI Junhui, LI Pan, et al.Nitrogen loss accesses in the soil and its effects to environment pollution[J].Journal of Xinjiang Agricultural Sciences, 2004, 41(1): 57-60.

[3]呂耀.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中氮素造成的非點源污染[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護,1998, 17(1): 35-39.LU Yao.Non-point source pollution caused by nitrogen from agro-ecosystem[J].Agricultural Environmental Protection, 1998, 17(1):35-39.

[4]楊麗霞, 楊桂山, 苑韶峰, 等.影響土壤氮素徑流流失的因素探析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2007, 15(6): 190-194.YANG Lixia, YANG Guishan, YUAN Shaofeng, et al.Analysis of the factors affecting soil nitrogen loss through tunoff[J].Chinese Journal of rco-agriculture, 2007, 15(6): 190-194.

[5]楊文龍, 楊樹華.滇池流域非點源污染控制區(qū)劃研究[J].湖泊科學,1998, 10 (3) :55-60.YANG Wenlong, YANG Shuhua.Study on controlling regionalization of non-point pollution in Dianchi Lake[J].Journal of Lake Sciences,1998, 10 (3) :55-60.

[6]王彩絨, 呂家瓏, 胡正義, 等.太湖流域典型蔬菜地土壤氮磷鉀養(yǎng)分空間變異性及分布規(guī)律[J].中國農(nóng)學通報, 2005, 21(8): 238-242.WANG Cairong, LU Jialong, HU Zhengyi, et al.Spatial variability and distribution pattern of soil nitrogen, phosphorus and potassium in vegetable field in area of Taihu Lake watershed[J].Chinese Agricultural Science Bulletin, 2005, 21(8): 238-242.

[7]全國農(nóng)業(yè)技術推廣中心.土壤分析技術規(guī)范[M].北京: 中國農(nóng)業(yè)出版, 2006.NATIONAL AGRICULTURAL TECHNOLOGY PROMOTION CENTER.Soil analysis Technical standard[M].Beijing: China Agricultural Press, 2006.

[8]黃東風, 王果, 李衛(wèi)華, 等.不同施肥模式對蔬菜生長、氮肥利用及菜地氮流失的影響[J].應用生態(tài)學報, 2009, 20(3): 631-638.HUANG Dongfeng, WANG Guo, LI Weihua et al.Effects of different fertilization modes on vegetable growth, fertilization nitrogen utilization, and nitrogen loss from vegetable field[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(3): 631-638.

[9]雷寶坤, 張維理, 段宗顏, 等.滇池流域設施條件下生菜氮磷減控研究[J].西南農(nóng)業(yè)大學學報, 2005, 27(1): 55-59.LEI Baokun, ZHANG Weili, DUAN Zongyan, et al.Study on nitrogen and phosphorus reduction and control in shelter ground-cultivated let-tuce in the drainage area of Dianchi Lake[J].Journal of Southwest Agricultural University, 2005, 27(1): 55-59.

[10]馬朝紅, 方建坤.蔬菜土壤養(yǎng)分積累狀況與環(huán)境風險[J].長江蔬菜,2000, (12): 43-45.MA Zhaohong, FANG Jiankun.Nutrents accumulation and environmental risk in vegetable fields[J].Journal of Changjiang Vegetables,2000, (12): 43-45.

[11]夏天翔, 李文朝.撫仙湖北岸有機與常規(guī)種植菜地土壤氮、磷流失及積累特征[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2008, 16(3): 560-564.XIA Tianxiang, LI Wenchao.Nitrogen and phosphorus loss and accumulation in organic and conventional vegetable fields in northern bank of Fuxian Lake[J].Chinese Journal of Eco-agriculture, 2008,16(3): 560-564.

[12]焦少俊, 胡夏民, 潘根興, 等.施肥對太湖地區(qū)青紫泥水稻土稻季農(nóng)田氮磷流失的影響[J].生態(tài)學雜志, 2007, 26(4): 495-500.JIAO Shaojun, HU Xiamin, PAN Genxing, et al.Effects of fertilization on nitrogen and phosphorus run-off loss from qingzini paddy soil in Taihu Lake region during rice growth season[J].Chinese Journal of Ecology, 2007, 26(4): 495-500.

[13]陳琨, 趙小蓉, 王昌全, 等.成都平原不同施肥水平下稻田地表徑流氮、磷流失初探[J].西南農(nóng)業(yè)學報, 2009, 22(3): 685-689.CHEN Kun, ZHAO Xiaorong, WANG Changquan, et al.Nitrogen and phosphorus loss by surface runoff in different fertilization levels in Chengdu plain[J].Southwest China Journal of Agricultural Sciences,2009, 22(3): 685-689.

[14]司友斌, 王慎強, 陳懷滿.農(nóng)田氮、磷的流失與水體富營養(yǎng)化[J].土壤, 2000, 32(4): 188-193.SI Youbin, WANG Shenqiang, CHEN Huaiman.Water eutrophication and losses of nitrogen and phosphates in farmland[J].Soils, 2000,32(4): 188-193.