施用無機(jī)氮肥和有機(jī)氮肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的作用,農(nóng)藝學(xué)論文

施用無機(jī)氮肥和有機(jī)氮肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的作用,農(nóng)藝學(xué)論文摘要：為探究氮源和施氮量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響,20062021年,在美國堪薩斯州進(jìn)行了10a的試驗(yàn)研究。每年在春季耕種前采集土壤樣本,樣本采集深度為0～15cm。結(jié)果表示清楚:耕種期間的土壤酸堿度、土壤全氮量、土壤磷、鉀量均受氮源、施氮量和采樣時(shí)間的影響,施有機(jī)氮肥地塊比施無機(jī)氮肥地塊的土壤全氮量均高19%。免耕地塊15cm以上土層的土壤全氮量比傳統(tǒng)耕作地塊均高9%。2021年測得的土壤磷含量比2006年增加約401%。同樣,與施無機(jī)氮肥相比,大量施用有機(jī)氮肥的地塊土壤磷和鉀含量分別增加約331%和43%,少量施用有機(jī)氮肥的地塊土壤磷和鉀含量分別增加約66%和20%。觀測到的土壤磷、鉀含量的變化主要與有機(jī)氮肥的添加有關(guān)。氮肥施用量可影響土壤電導(dǎo)率與土壤硝酸鹽之間的關(guān)系,尤其是施無機(jī)氮肥地塊的土壤電導(dǎo)率的變化程度是施有機(jī)氮肥地塊的2.8倍。本文關(guān)鍵詞語：氮源;施氮量;養(yǎng)分管理;土壤性質(zhì);耕作;20世紀(jì)30年代，實(shí)驗(yàn)區(qū)發(fā)生過重大沙塵暴，導(dǎo)致該地區(qū)耕種方式發(fā)生變化。在連續(xù)耕作和風(fēng)蝕天氣影響下，該地區(qū)農(nóng)田失去表土層和生產(chǎn)力。因而，一些被侵蝕的農(nóng)田，正逐步施行如免耕和添加肥料改進(jìn)劑等可提高土壤生產(chǎn)力和可持續(xù)性的管理措施。對(duì)該地區(qū)土地來講，免耕要比傳統(tǒng)耕作更合適，免耕能夠提高土壤保水性，改善土壤物理性質(zhì)，增加土壤有機(jī)質(zhì)(SOC)量和土壤有效養(yǎng)分，維持土壤微生物活性和功能以及降低土壤可蝕性。本研究的目的是:1)在兩種施肥量[67kg/(hm2a)和134kg/(hm2a)]及10a研究期基礎(chǔ)上，確定氮源(有機(jī)氮肥和無機(jī)氮肥)、免耕(NT)和傳統(tǒng)耕作(CT)對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響;2)根據(jù)研究期間每年的土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)時(shí)間變化分析量化每年的氮肥施用量。1、材料和方式方法1.1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本項(xiàng)研究在美國中部堪薩斯州哈斯附近的堪薩斯州立大學(xué)農(nóng)業(yè)研究中心進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)區(qū)海拔約606m，位于西經(jīng)9919，北緯3852，坡度為1%～3%，該地區(qū)年均降水量約為560mm。實(shí)驗(yàn)區(qū)總面積約為0.85hm2。平均分為4個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊長13.7m，寬64m，各個(gè)區(qū)塊間用9.7m的區(qū)域隔開。每個(gè)區(qū)塊又分為10個(gè)長13.7m，寬6.4m的地塊。實(shí)驗(yàn)處理措施包括兩種耕作方式，為免耕(NT)和傳統(tǒng)耕作(CT);兩種氮源分別為由尿素組成的無機(jī)氮肥(F)和由牛糞組成的有機(jī)氮肥(M);兩種施肥量分別為67kg/(hm2a)的低氮量(FL和ML)和134kg/(hm2a)的高氮量(FH和MH)。每種耕作方式均包括不添加氮肥的對(duì)照地塊。每年春季耕作前施有機(jī)氮肥，耕深為15～16cm。作物種植前，需先將土壤表層處理平整。在NT種植形式中，為減少土壤擾動(dòng)，施肥方式采用撒播形式。研究期間，有機(jī)氮肥中含有磷元素，施用時(shí)會(huì)增加土壤全磷量，但無機(jī)氮肥中不含有任何磷元素，施用時(shí)不會(huì)增加土壤全磷量。1.2、土壤樣本的采集與分析每年的3月份，在每個(gè)地塊0～15cm土層隨機(jī)采集3個(gè)樣本。復(fù)合樣本用于土壤養(yǎng)分分析，單獨(dú)樣本用于評(píng)估土壤密度。樣本采集工具為直徑為2.5cm的土鉆。考慮到實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤的鈣化性質(zhì)和酸堿度(7.8～8.1)，使用奧爾森碳酸氫鈉提取法測定土壤磷濃度。1.3、統(tǒng)計(jì)分析將耕作處理的整塊樣地，隨機(jī)分為4個(gè)重復(fù)地塊，并使用PROCMIXEDofSASver.9.2分析法進(jìn)行方差分析(ANOVA)。每個(gè)地塊分別隨機(jī)采取5種氮處理措施。所有結(jié)果在p0.05時(shí)為顯著。對(duì)土壤硝態(tài)氮和土壤電導(dǎo)率進(jìn)行線性回歸和其他相關(guān)性分析。2、結(jié)果與討論氮肥、耕作制度、時(shí)間和氮源均對(duì)0～15cm土層的土壤參數(shù)有顯著性影響。耕作制度對(duì)土壤全氮量和全磷量影響顯著。耕作制度對(duì)土壤密度的影響不明顯。在不同的時(shí)間和耕作制度下，有機(jī)氮肥和無機(jī)氮肥的施用對(duì)所有測得的土壤性質(zhì)都有顯著影響。在不同的時(shí)間和氮肥條件下，除土壤酸堿度外的其他土壤特性均有顯著變化。耕作制度對(duì)土壤全氮(p=0.0336)和全磷(p=0.0218)有顯著影響，對(duì)土壤密度、酸堿度、鉀影響不明顯。2.1、土壤pH值在耕作制度和氮肥影響下，20082018年土壤pH比2006年下降了0.06。2018年土壤pH比2006年下降了0.1。氮肥對(duì)土壤酸堿度的影響程度比耕作制度要大。施肥地塊與未施肥對(duì)照地塊比擬得知，實(shí)驗(yàn)開展的前5a，在氮肥中酸化陽離子作用下，土壤酸堿度下降幅度較大。然而，2021年較比2006年，土壤pH卻上升了0.16。土壤酸堿度的增加很可能是2021年降雨量較低導(dǎo)致的土壤有機(jī)質(zhì)礦化率低造成的。土壤酸堿度隨著施氮量的增加而降低，土壤酸堿度的下降與有機(jī)氮肥的酸化反響和無機(jī)氮肥的硝化反響有關(guān)。耕作制度引起的土壤酸堿度降低幅度很小，可忽略。鈣質(zhì)土壤中，土壤上層覆蓋碳酸鹽，土壤酸堿度降低可改善土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)和作物吸收養(yǎng)分的有效性。研究表示清楚，高施氮量可降低土壤酸堿度。2.2、土壤密度0～15cm土層土壤的土壤密度不受時(shí)間和耕作方式影響，但氮肥施用對(duì)其有顯著影響(p=0.0054)。時(shí)間和氮肥的聯(lián)合作用對(duì)土壤密度影響顯著(p=0.0063)。研究發(fā)現(xiàn)，在免耕或少耕條件下，土壤密度變化緩慢。實(shí)驗(yàn)開展5a或10a測得的數(shù)據(jù)中，施有機(jī)氮肥的地塊土壤密度降低程度要比施無機(jī)氮肥地塊高。研究中測得的土壤密度降低可能與多年施氮肥有關(guān)，氮肥改變了土壤團(tuán)圓體的穩(wěn)定性和土壤孔隙度以及增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而改變土壤質(zhì)量進(jìn)而影響土壤密度。2.3、土壤全氮量有機(jī)氮肥施用量高的地塊0～15cm土層土壤全氮量比施無機(jī)氮肥地塊和對(duì)照地塊均高19%，比有機(jī)氮肥施用量低的地塊均高9%。多年施用氮肥條件下，土壤全氮量顯著增加。施無機(jī)氮肥地塊與未施肥地塊的土壤全氮量隨時(shí)間變化不大。不同耕作制度下，施用無機(jī)氮肥地塊的土壤全氮量與未施肥地塊無差異不同。這表示清楚有機(jī)氮肥可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而提高土壤全氮量。一般來講，施無機(jī)氮肥地塊增加的土壤有機(jī)質(zhì)來自作物地上殘留物和植物根，同時(shí)有機(jī)氮肥的添加會(huì)產(chǎn)生額外的有機(jī)質(zhì)。時(shí)間、氮源和耕種制度相結(jié)合對(duì)土壤總氮量有顯著影響(p=0.0407)，華而不實(shí)NT地塊的土壤全氮量增加幅度比CT地塊高8%。由于NT地塊的土壤擾動(dòng)性小以及有機(jī)氮肥和作物殘茬少，導(dǎo)致該地塊有機(jī)質(zhì)分解率低。NT具有保衛(wèi)土壤表層免受風(fēng)蝕和水蝕以及加強(qiáng)土壤構(gòu)造的特性，可降低土壤有機(jī)質(zhì)和團(tuán)圓體等有機(jī)物分解速率。2.4、土壤磷施氮量、時(shí)間和施氮量相結(jié)合以及耕作制度對(duì)0～15cm土層土壤磷含量都有顯著影響。時(shí)間對(duì)施有機(jī)氮肥地塊土壤磷含量影響比施無機(jī)氮肥地塊和對(duì)照地塊更顯著。時(shí)間對(duì)施無機(jī)氮肥地塊和對(duì)照地塊的土壤磷含量的影響無差異。由于施無機(jī)氮肥地塊和對(duì)照地塊都沒有新增的磷元素。在氮肥處理和耕作經(jīng)過中，2021年土壤磷含量比2006年增加了約401%，比2018年增加了約119%。有機(jī)氮肥高施用量地塊增加的土壤磷含量比施無機(jī)氮肥和對(duì)照地塊高出約331%，比有機(jī)氮肥低施用量地塊高出約66%。有機(jī)氮肥低施用量地塊增加的土壤磷量比施無機(jī)氮肥和對(duì)照地塊高約159%。隨著有機(jī)氮肥施用量的增加，土壤磷含量也增加。磷元素在土壤表層積累，應(yīng)預(yù)防地表徑流引起的磷流失。本研究中，為知足作物生長需求施有機(jī)氮肥，導(dǎo)致土壤可提取磷含量增加。為防止土壤磷積累和避免磷流失，可適量降低有機(jī)氮肥施用的頻率和用量。2.5、土壤速效鉀時(shí)間因素對(duì)于土壤速效鉀量影響顯著。2021年測得的土壤速效鉀量比2006年高約59%，比2008年和2018年高約48%。施有機(jī)氮肥地塊的土壤速效鉀量隨時(shí)間變化幅度比施無機(jī)氮肥和對(duì)照地塊大。施有機(jī)氮肥的地塊，在時(shí)間和氮肥的雙重作用下對(duì)土壤速效鉀的影響特別顯著。無機(jī)氮肥中不含鉀元素，因而20062021年間，施無機(jī)氮肥和對(duì)照地塊的土壤速效鉀量無差異。研究中，2021年施無機(jī)氮肥和對(duì)照地塊的土壤速效鉀量的增加與超過作物需求的鉀元素的常年累積有關(guān)。有機(jī)氮肥高施肥量地塊增加的土壤速效鉀量比施無機(jī)氮肥和對(duì)照地塊高約43%，比有機(jī)氮肥低施用量地塊高約19%。有機(jī)氮肥低施用量地塊增加的土壤速效鉀量比施無機(jī)氮肥和對(duì)照地塊高約20%。研究表示清楚，有機(jī)氮肥施肥量與土壤速效鉀量呈正相關(guān)。2.6、土壤電導(dǎo)率(EC)和硝態(tài)氮的關(guān)系根據(jù)2006年、2008年和2018年的數(shù)據(jù)，分析土壤電導(dǎo)率和土壤硝態(tài)氮的關(guān)系，土壤電導(dǎo)率和土壤硝態(tài)氮存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。這種關(guān)系很大程度上受所施氮肥的影響。土壤電導(dǎo)率和土壤硝態(tài)氮的正相關(guān)與土壤溶液中硝態(tài)氮含量高于其他負(fù)離子有關(guān)，由于硝態(tài)氮為負(fù)電荷，很難被土壤基質(zhì)吸收，故硝態(tài)氮濃度是影響土壤溶液分解的主要原因。因無機(jī)氮肥內(nèi)僅含氮素，而有機(jī)氮肥內(nèi)還有影響土壤電導(dǎo)率的鈣、鎂和氯等元素，故施無機(jī)氮肥地塊的土壤硝態(tài)氮對(duì)土壤電導(dǎo)率影響比施有機(jī)氮肥地塊大。隨著無機(jī)氮肥和有機(jī)氮肥施入引起土壤氮量增加，土壤電導(dǎo)率也增加。為了解肥料的相關(guān)元素對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，需進(jìn)一步研究有機(jī)碳和硝態(tài)氮之間的關(guān)系。3、結(jié)論除了土壤密度，其它大部分參數(shù)都隨時(shí)間有顯著變化。研究期間，與施無機(jī)氮肥和對(duì)照地塊相比，施有機(jī)氮肥可極大地提高土壤養(yǎng)分狀態(tài)以及降低土壤密度。增加施肥量可降低土壤酸堿度?；谧魑飳?duì)氮元素的需求，無論有機(jī)氮肥施用量高低，土壤磷含量均增加。土壤電導(dǎo)率與土壤硝態(tài)氮呈正相關(guān)。因有機(jī)氮肥中除硝態(tài)氮外的其他元素對(duì)土壤電導(dǎo)率有一定影響，故上述關(guān)系在施無機(jī)氮肥地塊要比施有機(jī)氮肥地塊更顯著。研究表示清楚，施有機(jī)氮肥地塊的土壤電導(dǎo)率變化與肥料中多種元素有關(guān)。與無機(jī)氮肥相比，有機(jī)氮肥對(duì)于土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)的影響更顯著。為預(yù)防土壤磷的過量積累，需控制有機(jī)氮肥的用量和頻率，尤其是在知足作物生長所需添加有機(jī)氮肥時(shí)。建議減少有機(jī)氮肥施用頻率及用量，以預(yù)防土壤氮、磷和鉀元素過量，同時(shí)降低土壤養(yǎng)分流失及淋溶的風(fēng)險(xiǎn)。以下為參考文獻(xiàn)[1]MikhaMM,ObourAK,KumarV,etal..Soilphys