肥液濃度對膜孔灌氮素運移轉(zhuǎn)化的影響

武海霞,費良軍,程東娟

(1.河北工程大學水電學院,河北邯鄲056021;2.西安理工大學水資源所,陜西西安710048)

膜孔灌是在覆膜灌溉基礎上發(fā)展起來的一種旱作地面灌溉新技術[1-2],與傳統(tǒng)地面灌溉相比,其灌溉水流在田面膜上流動,通過作物孔滲入到作物根部土壤,既具有地面灌的特點,又具有滴灌局部灌的效果,因此在我國干旱半干旱地區(qū)具有廣闊的推廣應用前景[3-5]。

關于膜孔灌溉方面的研究,朱興華[6]對容重、初始含水量、肥液濃度和膜孔直徑對氮素運移和分布作了系統(tǒng)研究,董玉云[7]對膜孔灌單點源自由入滲條件下的連續(xù)入滲和再分布24h的硝態(tài)氮的遷移和分布規(guī)律進行了研究。然而以上只是在短時間段內(nèi)對硝態(tài)氮的遷移和分布規(guī)律進行了研究,沒有涉及到長時間段的氮素遷移轉(zhuǎn)化和分布規(guī)律。而且,不同的溶質(zhì)對入滲特性及氮素轉(zhuǎn)化特性的影響不同,施肥方式不同,土壤水分運動與氮素運移轉(zhuǎn)化特性也不同。本文通過灌施不同尿素溶液下膜孔點源入滲試驗,分析了不同尿素溶液濃度對膜孔入滲量及土壤尿素轉(zhuǎn)化特性的影響,以期為尿素灌施下農(nóng)田氮素的高效利用奠定基礎。

1 材料與方法

利用自行研制的膜孔點源入滲試驗裝置在室內(nèi)進行膜孔土壤尿素運移和轉(zhuǎn)化試驗。試驗裝置由土箱、膜孔裝置和自動供水系統(tǒng)3部分組成。根據(jù)膜孔自由入滲試驗濕潤體的對稱性,采用1/4膜孔裝置。為了便于土壤濕潤峰的觀測,土箱利用10mm厚透明有機玻璃制成。為保證膜孔入滲為自由入滲,通過預備試驗確定試驗土箱尺寸為24cm×24cm×30cm;膜孔裝置采用1/4膜孔面積的方形水室,位于土箱的邊角處;供水系統(tǒng)利用帶有刻度截面積為30.5cm2的透明有機玻璃制作的馬氏瓶進行自動供水(圖1)。

將處理好的土樣按照預定的土壤容重分層(5cm厚)裝入試驗土箱,試驗土壤的初始含水率為9.17%、土壤容重為1.30g/cm3,土壤硝態(tài)氮含量的本底值為8.4mg/kg,膜孔直徑為6cm。試驗設4個水平,清水與肥液濃度分別為600mg/L、4g/L和8g/ L的膜孔自由入滲試驗。在入滲過程中觀測入滲量,在供水停止后7d和12d時取土,測定土壤含水量,硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。土壤含水量采用烘干法測定。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量采用美國HACH公司DR/4000型紫外分光光度計進行測定。由程東娟[8]在膜孔灌灌施條件下硝態(tài)氮遷移分布規(guī)律研究分析中可知,灌施尿素結(jié)束后第7d和第12d時的土壤銨態(tài)氮含量和土壤硝態(tài)氮含量能表征尿素轉(zhuǎn)化的土壤銨態(tài)氮和土壤硝態(tài)氮分布特點。所以,本文以監(jiān)測尿素轉(zhuǎn)化后第7d和第12d時的土壤銨態(tài)氮和土壤硝態(tài)氮含量來研究不同施肥條件下的尿素轉(zhuǎn)化特性。

試驗所用土壤為粉壤土,其粒徑級配組成及基本理化性狀分別見表1、表2。

2 結(jié)果分析

2.1 肥液濃度對膜孔入滲量的影響

圖2為不同濃度的尿素肥液灌施膜孔自由入滲量曲線?？梢钥闯?相同的入滲時間,灌施肥液濃度越大,入滲量越大,且隨著入滲時間的延長,肥液濃度對入滲量的影響越大。大量的研究證明,土壤水力傳導度隨著土壤溶液濃度的降低或土壤溶液鈉吸附比(SAR)的增加而減小。土壤溶液濃度越高,土壤粘粒組成的擴散雙電層厚度越小,吸引力起主導作用,粘粒聚合而形成凝絮狀態(tài),改善了土壤孔隙狀況。實驗結(jié)果中灌施溶液表現(xiàn)為增滲作用是因為粘粒絮凝改善了土壤孔隙狀況而使土壤水力傳導度增大所致。

表1 供試土壤的顆粒級配組成表Tab.1 Gradation composition of the test soil

表2 供試土壤的基本理化參數(shù)表Tab.2 Physical and chemical properties of test soil

2.2 肥液濃度對土壤銨態(tài)氮含量的影響

圖3表示灌施尿素肥液濃度為600mg/L、4g/L、8g/L的膜孔入滲濕潤體膜孔中心垂直剖面第7d時土壤銨態(tài)氮含量的分布圖。可以看出,灌施尿素肥液第7d時,3種肥液濃度對土壤銨態(tài)氮含量在剖面的分布影響較小,其規(guī)律基本相似,以膜孔中心為最高,隨著距膜孔中心距離的增大而減小。但是3種肥液濃度對土壤銨態(tài)氮含量影響較大,尿素肥液濃度為600mg/L、4g/L、8g/L的土壤銨態(tài)氮含量在膜孔中心分別為174.6mg/kg、309.24mg/ kg和801.18mg/kg,對于相同位置,灌施尿素肥液濃度越大,土壤銨態(tài)氮含量越大。這是因為尿素施用方式相同,尿素在土壤中分布規(guī)律相同,所以轉(zhuǎn)化生成的土壤銨態(tài)氮分布規(guī)律也相同,但肥液濃度越大,土壤中尿素含量越高,轉(zhuǎn)化生成的土壤銨態(tài)氮含量越高。

圖4表示灌施尿素肥液濃度分別為600mg/L、4g/L、8g/L第12d時濕潤體膜孔中心垂直剖面土壤銨態(tài)氮含量的分布圖。可以看出,灌施尿素后第12d時,肥液濃度對土壤剖面銨態(tài)氮含量的分布影響較小。與第7d相比,3種肥液濃度的土壤銨態(tài)氮含量有所減小,在膜孔中心處,肥液為600mg/L的土壤銨態(tài)氮含量由174.6mg/kg減小到104.4mg/ kg,肥液為4 g/L的土壤銨態(tài)氮含量由309.24mg/kg減小到228.42mg/kg,肥液為8g/L的土壤銨態(tài)氮含量由801.18mg/kg減小到456.84mg/kg?？梢?轉(zhuǎn)化第12d時,土壤中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化量下降。

2.3 肥液濃度對土壤硝態(tài)氮含量的影響

圖5為灌施尿素肥液濃度為600mg/L、4g/L、8g/L的膜孔入滲轉(zhuǎn)化7d時濕潤體膜孔中心垂直剖面的土壤硝態(tài)氮含量分布圖。可以看出,灌施尿素肥液第7d時,除在濕潤體邊緣外,3種尿素肥液濃度的濕潤體內(nèi)土壤硝態(tài)氮含量明顯小于土壤本底值,表明灌施尿素肥液后第7d時,土壤中尿素轉(zhuǎn)化以生成銨態(tài)氮為主,硝化作用很弱。

圖6為灌施尿素肥液濃度為600mg/L、4g/L、 8g/L轉(zhuǎn)化第12d濕潤體膜孔中心垂直剖面的土壤硝態(tài)氮含量分布圖?？梢钥闯?灌施尿素肥液后第12d,3種尿素肥液濃度的濕潤范圍內(nèi)土壤硝態(tài)氮含量明顯大于土壤本底值,表明灌施尿素肥液后12d的硝化作用較強。灌施肥液濃度越大,相同位置轉(zhuǎn)化生成的硝態(tài)氮含量越大,硝態(tài)氮含量分布范圍越大,這是因為灌施尿素肥液濃度越大,增滲作用越強,相同入滲時間濕潤范圍越大,土壤中尿素含量越高,所以轉(zhuǎn)化生成的硝態(tài)氮含量越高,分布范圍越大。

3 結(jié)論

1)在同一入滲時間下,灌施肥液濃度越大,入滲量越大;且隨著入滲時間的延長,肥液濃度對入滲量的影響越大。

2)不同肥液濃度對灌施尿素土壤銨態(tài)氮含量在剖面的分布影響較小,其分布規(guī)律基本相似,表現(xiàn)為以膜孔中心為最高,隨著距膜孔中心距離的增大而減小。

3)灌施尿素肥液濃度越大,相同位置轉(zhuǎn)化生成的土壤硝態(tài)氮含量越大,土壤硝態(tài)氮分布范圍也越廣。

[1]徐首先,魏玉強,聶新山,等.膜孔灌理論及實用技術初步研究[J].水土保持研究,1996,3(3)：23-29.

[2]徐首先,吳珊玲.膜孔灌的基本原理初探[J].中國農(nóng)村水利水電,1997(1)：9-10.

[3]吳軍虎,費良軍,王文焰.膜孔灌溉單孔入滲特性研究[J].水科學進展,2001,12(3)：307-311.

[4]費良軍,賈麗華.膜孔灌肥液入滲氮素運移特性研究進展[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,2007,38(4)：451-456.

[5]董玉云,費良軍.膜孔灌充分供水點源入滲研究進展[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(6)：200-203.

[6]朱興華.施肥條件下膜孔自由入滲水、氮運移特性試驗研究[D].西安：西安理工大學,2006.

[7]董玉云,費良軍,穆紅文.肥液濃度對單膜孔NO3-N滲運移特性影響的室內(nèi)試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報, 2006,22(5)：204-206.

[8]程東娟,費良軍,雷雁斌,等.膜孔灌灌施條件下硝態(tài)氮遷移分布規(guī)律研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2008, 26(1)：237-240.