滴灌系统运行方式和施肥频率对番茄根区土壤氮素动态的影响解析.doc

(完整版)滴灌系统运行方式和施肥频率对番茄根区土壤氮素动态的影响解析 基金项目作者简介山西长子人博士生 主要从事节水灌溉理论与技术研究 滴灌系统运行方式和施肥频率对番茄根区土壤氮素动态的影响栗岩峰 蓓水利研究所北京摘要在日光温室内开展田间试验研究了滴灌施肥灌溉系统运行方式和施肥频率对番茄根区硝态氮在生育期内系统运行方式包括不同灌水和施肥次序组 成的 结果表明在整个生育期内在灌溉过程的前期施肥硝态氮在各土层中的分配较为均匀 随着施 随着施肥频率降低硝态氮在生育期内随时间的变化 逐渐加剧在滴头的周围 硝态氮易随水流运动 并在湿润土体的横向边缘产生累积随着施肥次序向前推移硝随着施肥次序向后推移在滴灌施肥灌溉条时间灌水再用 最后用时间冲洗管道施肥频率取每关键词 滴灌施肥灌溉运行方式 施肥频率硝态氮肥料利用率 研究背景既能保证作物得到必要对滴灌施肥系统进行正确的管理是实现这一目标等因此研究不同施肥管理方以往关于施肥频率对作物和次和次和次施肥的处理中分因施肥灌溉系统运行方以往对滴灌系统运行方式的研究都集中等 在随后的模拟研究中也得到了相同的结论 等 等认为这是由于模拟 选用的土壤为极干 的砂性 土壤初始压力水头为 等种不同类型的土壤中选用种微灌施肥系统组合成种情形尽管在砂土中地 下滴灌时得出与 中运移和分布状况的变化 施肥频率改变土壤中的氮素分布是由于 本研究的目的是利用温室小区试验研究滴灌施肥灌 为滴灌施肥 材料与方法表给出了供试土壤的 定植时间为年 月 月 番茄的行距 每行作物布置一条滴灌毛管滴头间距为 图生育期内的施肥过程 取试验选取施肥灌溉系施肥频率取个水平 小区施 尿素和周一次次每小区施尿 素不同施肥频率处理在生育期内的施肥过程见图 设置 时间灌 时间施肥后共计个处理另外设个不施肥处每个处理设置表土壤物理特性和初始养分状况 砂质壤土 砂质壤土不施肥时灌水频率取番茄生育期内用放置在与冠层等高的每次的灌水量根据次灌 求出利用年温室番茄滴灌试验的 苗期 每 测定滴头周围水氮空间分布的时间选在月月 月 的方向每共取个测点深度按间距取至 然后用浓度为的溶液浸提土土液比为再用流动分析仪 德国 在果实成熟期定期测定番茄的果实产量采摘的时间间隔为收获后每小区取株植物 在然后在烘干样品粉碎后用 结果与分析 根区土壤硝态氮在生育期内的变化尿素在施入土壤后经过水解和硝化作用转化成铵态氮和硝 番茄根系集中分布在土层 本文取 图 在 例如在和 土层的硝态氮含量从生育期开始阶段逐渐增加分别在月日和月 一穗果开始成熟由图土层和 硝态氮在生育期内的剧烈变化一方面表明该施肥模式下氮肥的供应和消耗过程一致性较差另一方面也表明该施肥模式下氮素的表生育期内各土层硝态氮含量平均值和变差系数 运行方式施肥频率每周一次 周一次周一次每周一次 周一次周一次每周一次周一次 施肥频率 各土层硝态氮含量在番茄生育期内的变化给出了各层土壤 ? 结果显示 土层中的硝态氮含量比 减小了 中减小了 说明在灌溉过程的前期施肥 和土层中不 土层中 随着施肥次序向前推移硝态氮含量显著减 和 这表明随着施肥次 由表 土 层外 硝态氮含量在生育期内有很强的变异特性变差系数的 变化范围为 在运行方式 中的 中的这表明施肥频率对硝态氮在生育期内变异特性根区土壤硝态氮的空间分布特征试验共取 月日氮素分布的取样时间在最后一次施肥结束后第 氮量都达到图硝态氮在滴头周围土壤中的分布状况图给出了月 分在深度方向硝态氮含量随逐渐减小在水平方并在距离滴头可见硝态氮仅在湿润土体的横向边硝态氮在土壤中主要通过对流随水分运动因此产生这种图图 每周一次 处理施肥灌溉前后的水分变化 下方含水量较高 远离滴头的地表土层含水量较低 施肥灌溉后滴头正下方的水分增量较小 远离滴头 的地表土层水分增量较多 这表明 较多的水分进入土壤后沿水平方向运动 硝态氮随水流运动并在湿 润体的横向边缘产生累积 而在滴头正下方 较高的含水量减缓了水分向下运动 使得硝态氮向下运移 的对流作用随之减弱 另外滴头下方长期保持较高的含水量会使该处的通气状况变差 形成局部的厌 从而引起该处硝态氮含量下降 下 每周一次和 周一次的硝态氮总量相差 在 下 每周一次和 在 氧环境 这将有利于反硝化作用的发生 量进行计算得出 在运行方式 下 每周一次和 周一次相差 施肥次序的前移逐渐增大 表 给出了硝态氮在距滴头不同距离范围内所占的比例 壤的硝态氮所占比例随施肥次序向前推移不断增大 二是施肥结束后灌水时间的不同 邓建才等 可以看出 在距离滴头 的范围 内 各层土壤的硝态氮所占比例随施肥次序向前推移不断减小 在距离滴头 以外的范围内 各层土 从图 还可以看出 随着施肥频率降低 剖面内的硝态氮总量有降低的趋势 对剖面内的硝态氮总 周一次相差 可见 随着施肥次序向前推移 降低的趋势逐渐明显 也就是说施肥频率对硝态氮空间分布的影响随着 这表明随着施肥次序向前推移 硝态氮向湿润土 体边缘运移的趋势越来越明显 产生这种现象可能有两方面的原因 一是施肥前土壤水分状况的差异 的研究结果表明 在风沙土和黄潮土中 各土层硝态氨 另外 郭大应等 也在研究中 可见 在施肥过程中 施肥次序提前使得施肥 水平运移浓度随土壤含水量的增加而减少 符合幂函数曲线变化趋势 得出硝态氮在土壤中的累积量与土壤湿度负相关的结论 前土壤中的含水量降低 硝态氮的累积量会随之增加 间 这也进一步加剧了硝态氮随水流运动的趋势 表 施肥频率 运行方式 另外 施肥次序提前也延长了施肥后淋洗的时 距滴头不同距离范围内的硝态氮占整个剖面硝态氮总量的比例 距滴头距离 ? 以下 每周一次 周一次 周一次 氮肥的利用效率与回收率 为了对比不同施肥频率和系统运行方式处理的施肥效果 表 氮肥利用效率 其中 植株的吸氮量根据实测的植株全氮含量和干物质重得到 用效率的计算公式为 列出生 育期结束后各处理在根区残留的无机氮总量 硝态氮与铵态氮之和 植株吸氮量 计算出的氮回收量和 氮肥回收率和氮肥利 式中 为氮的回收率 为初始根区含氮量 为氮肥利用效率 为施氮量 ? 为收获后的根区残留氮量 为对照处理即未施肥处理 为植株吸氮量 为产量 的植株吸氮量 表 的结果显示 氮肥利用效率随施肥频率的提高而增加 在运行方式 中差异 最大 其中每周一次比 周一次增加 施肥频率从 周一次增加到 周一次时 根区土壤残留氮 含量和植株吸氮量都明显增加 因此氮肥回收率也随之增加 但残留氮含量较低 造成氮肥回收率的下降 施肥频率每周一次时 植株吸氮量较高 施肥频率 周一次和 周一次时 氮肥利用效率随施肥次序向后推移逐渐减小 氮肥回收率随施肥 比 的氮 次序向后推移逐渐增大 在施肥频率 周一次时差异最大 其中 肥利用效率降低 氮肥回收率增加 说明施肥频率较低时 施肥次序前移能够增加番茄的 产量 提高氮肥利用效率 同时降低了植株和根区土壤中的残留氮含量 氮淋失的潜在威胁减小 施肥 的氮肥回收率和氮肥利用效率都高于其它的运行方式 频率每周一次时 运行方式 氮肥利用效率反映了所施氮肥对产量形成的作用 氮肥利用率高并不意味着损失小 因为在未被直 接利用的氮肥中还有一部分残留在植株体内和根区土壤中没有被损失掉 即可回收氮 因此 从提高产 量和减小肥料损失的角度选用合理的施肥措施时 应兼顾氮肥利用效率和氮肥回收率两个指标 由于 研究目的和侧重点不同 以往的研究对氮肥利用效率和氮肥回收率的定义也不同 等 在 滴灌和沟灌施肥对番茄影响的对比研究中 把氮肥回收率定义为施肥处理植株吸氮量和未施肥处理植 时计算出滴灌条件下的氮肥回收率为 根 株吸氮量的差与施氮量的比值 施氮量取 据 等的计算方法得出本试验中各处理的平均氮肥回收率为 低于 等的结 果 这和该研究得出的氮回收率随施氮量降低的结论一致 等计算的氮肥利用效率为 低于本文各处理的平均结果 关 在所有施肥处理中 每周一次 表 施肥频率 运行方式 差异的原因可能和番茄的品种及种植密度有 处理的氮肥利用效率最高 氮肥回收率也较高 说 明该处理在提高产量的同时 氮肥的损失量也较小 因此在实际的滴灌施肥灌溉中宜于采用 生育期结束后土壤中氮肥的利用和回收状况 根区土壤残留氮含量 ? 植株吸氮量 ? 氮肥回收率 氮肥利用效率 ？ ？ 每周一次 周一次 周一次 不施肥 根区土壤初始含氮量 ? 结论与建议 本研究通过在日光温室内开展滴灌施肥试验 分析了不同施肥灌溉系统运行方式和施肥频率下番 茄根区氮素在生育期内随时间的变化动态 施肥后氮素的空间分布特征 并对比了各处理的氮肥利用效 率和氮回收率 研究结果表明 在整个生育期内 运行方式对硝态氮在不同土层中的分配产生影响 在灌溉过程的前期施肥 硝 态氮在各土层中的分配较为均匀 随着施肥次序向后推移 硝态氮在土壤表层 显 随着施肥频率降低 硝态氮在生育期内随时间的变化逐渐加剧 在滴头的周围 硝态氮易随水流运动 并在湿润土体的横向边缘产生累积 施肥频率对硝态氮空间分布的影响随着施肥次序的前移逐渐增大 氮肥回收率随施肥频率的变化没有明显规律 的累积逐渐明 随着施肥次序向前 推移 硝态氮向湿润土体边缘扩散的运移愈加明显 剖面内的硝态氮总量随着施肥频率的降低而降低 氮肥利用效率随施肥频率提高而增加 施肥频 率 周一次时 运行方式对氮肥回收率和氮肥利用效率的影响较大 随着施肥次序向后推移 氮回收率 逐渐增大 氮肥利用效率逐渐减小 综合分析施肥频率和运行方式对氮素时空分布及利用效率的影响可以发现 采用运行方式 硝态氮向湿润土体边缘运移的趋势较为明显 在生育期内始终保持下层土壤的硝态氮含量较 能使 高 因此氮回收率较低 产生肥料淋失的危险也较大 与之相反 采用运行方式 更多的硝态氮累积在土壤上层 氮回收率较高 但是不利于深层土壤中根系的吸收利用 因此氮肥利用 效率较低 综合考虑提高作物对氮肥的利用效率和减少淋失两个因素 运行方式 期内的变化较为平缓 氮肥利用效率最高 因此在实践中宜于采用 参 考 文 献 较 为适宜 采用每周一次的施肥频率可使施肥结束后滴头周围的剖面内硝态氮总量最大 硝态氮在生育 李久生 张建君 饶敏杰 滴灌系统运行方式对砂壤土水氮分布影响的试验研究 水利学报 栗岩峰 滴灌水肥管理对土壤水氮动态及番茄生长的影响 北京 中国水利水电科学研究院 邓建才 陈效民 柯用謇 等 土壤水分对土壤中硝态氨水平运移的影响 郭大应 熊清瑞 谢成謇 等 灌溉土壤硝态氮运移与土壤湿度的关系 中国环境科学 灌溉排水 责任编辑 吕斌秀 上接第 页 责任编辑 李福田