土柱模拟条件下降雨强度对滇...中典型植烟土壤氮淋失的影响_王阁.pdf
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1、河南农业科学,2023,52(1):8694Journal of Henan Agricultural Sciencesdoi:10.15933/ki.10043268.2023.01.009土柱模拟条件下降雨强度对滇西和豫中典型植烟土壤氮淋失的影响王阁1,赵园园1,陈小龙2,韦建玉3,王政3,谢天琪2,史宏志1(1.河南农业大学 烟草学院/烟草农业减害研究中心,河南 郑州 450002;2.河南中烟工业有限责任公司,河南 郑州 450016;3.广西中烟工业有限责任公司,广西 南宁 530001)摘要:通过室内土柱模拟降雨,比较不同典型植烟土壤氮淋失差异。选取豫中(襄城县)和滇西(洱源县)典
2、型植烟土壤,设定总降雨量 600 mm,模拟 3 种不同降雨强度 P1(0.52 mm/h)、P2(1.04 mm/h)、P3(1.56 mm/h),研究淋溶液渗出量及硝态氮、铵态氮的淋失情况。结果表明,高降雨强度削减土壤持水量,滇西植烟土壤持水量高于豫中。氮素淋失集中出现在淋失初期,硝态氮的淋失浓度及淋失量随降雨量增加下降迅速,铵态氮下降较缓慢。植烟土壤硝态氮、铵态氮淋失总量及淋失速率随降雨强度增加而增加,淋失形态以硝态氮为主,两地平均占比90%,土壤硝态氮的淋失浓度受降雨强度影响不明显,受土壤残留氮含量影响较显著。滇西地区植烟土壤氮淋失量及淋失速率均高于豫中,氮淋失污染风险较高。关键词:降
3、雨强度;植烟土壤;硝态氮;铵态氮;淋失中图分类号:S572文献标志码:A文章编号:1004-3268(2023)01-0086-09收稿日期:2022-10-10基金项目:河南中烟工业有限责任公司项目(2021410000340260);广西中烟工业有限责任公司项目(2021450000340021)作者简介:王阁(1998-),女,河南郑州人,在读硕士研究生,研究方向:烟草栽培生理。E-mail:通信作者:史宏志(1963-),男,河南滑县人,教授,博士,主要从事烟草栽培生理研究。E-mail:Effects of Rainfall Intensity on Nitrogen Leachin
4、g from TypicalTobacco Growing Soils in Western Yunnan and Central Henan underSoil Column SimulationWANG Ge1,ZHAO Yuanyuan1,CHEN Xiaolong2,WEI Jianyu3,WANG Zheng3,XIE Tianqi2,SHI Hongzhi1(1.College of Tobacco Science/Research Center for Tobacco Harm Reduction,Henan Agricultural University,Zhengzhou45
5、0002,China;2.China Tobacco Henan Industrial Co.,Ltd.,Zhengzhou 450016,China;3.China Tobacco GuangxiIndustrial Co.,Ltd.,Nanning 530001,China)Abstract:The difference of nitrogen leaching loss in different typical tobacco planting soils was comparedby indoor soil column simulated rainfall.This experime
6、nt selected typical tobacco planting soils in centralHenan(Xiangcheng County)and western Yunnan(Eryuan County),set a total rainfall of 600 mm,simulate three different rainfall intensities P1(0.52 mm/h),P2(1.04 mm/h),P3(1.56 mm/h),and studythe amount of leaching solution and the leaching of nitrate n
7、itrogen and ammonium nitrogen.The resultsshowed that high rainfall intensity could reduce soil water capacity,and the water capacity of tobaccoplanting soil in western Yunnan was higher than that in central Henan.The concentration of nitrogenleaching occurred at the initial stage of leaching.The lea
8、ching concentration and amount of nitratenitrogen decreased rapidly with the increase of rainfall,while the ammonium nitrogen decreased slowly.第 1 期The total amount and rate of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen leaching in tobacco planting soilincreased with the increase of rainfall intensity.T
9、he nitrate nitrogen was the main form of leaching,accounting for 90%on average in the two places.The concentration of nitrate nitrogen leaching in soilwas not significantly affected by rainfall intensity,but was significantly affected by the content of residualnitrogen in soil.The amount and rate of
10、 nitrogen leaching from tobacco planting soil in western Yunnanwere higher than those in central Henan,and the risk of nitrogen leaching pollution was higher.Key words:Rainfall intensity;Tobacco planting soil;Nitrate nitrogen;Ammonium nitrogen;Leaching氮肥对农业生产和作物增产有重要贡献1,据统计,世界粮食产量的增加约有50%都归因于化学肥料的施用
11、,其中以氮肥的贡献最为显著2。为追求作物高产,农户大量向农田中施入氮肥。然而数据显示,20052015 年我国肥料表观利用率仅为35%左右,与发达国家相比低10%20%3。残留在土壤中未被利用的氮肥,有 40%50%通过径流及淋溶进入地下水及河流湖泊4。农田土壤氮素大量淋失不仅导致肥料利用率低下,而且造成农业面源污染、水体富营养化,对生态环境安全造成较大威胁5。因此,降低农田土壤氮淋失成为亟待解决的问题。烤烟是我国重要经济作物,氮是烤烟生长代谢所必需的营养元素6。云南省洱海流域是我国典型清香型烤烟产区,洱海是我国云贵高原第二大淡水湖泊,对当地气候调节及旅游业发展具有重要意义。近年来洱海水体富营
12、养化持续加剧,引发社会广泛关注。报告显示,可溶性氮作为洱海水体中一项重要无机类污染物,污染指数占比22.37%,且主要来源于农田土壤氮流失78。因而阻控洱海流域农田土壤氮淋失,成为治理洱海水污染问题的重要举措之一。目前,我国土壤氮淋失研究主要集中在粮食作物的种植上,对植烟土壤氮淋失的研究相对较少。此外,土壤氮淋失受降雨9、地势10、施肥11及种植方式12等因素的综合影响,区域不同、土壤特性不同,氮淋失情况也具有差异。因此,拟选取典型清香型烤烟产区滇西洱海之源洱源县及典型浓香型烤烟产区豫中襄城县植烟土壤,采用室内土柱模拟降雨形式,探究降雨强度对不同土壤水分及氮淋失的影响,明确植烟土壤氮淋失动态变
13、化规律,对比滇、豫2种典型植烟土壤氮淋失差异,旨在为降低植烟土壤氮淋失、发展环境友好型绿色烟草生产提供参考。1材料和方法1.1试验材料2021年 4月分别于云南省大理州洱源县凤羽镇(26.11N、99.95E)、河南省许昌市襄城县关帝庙村(33.85N、113.55E)采用五点取样法采集 020 cm耕层植烟土壤,新鲜土样去除杂质风干后过孔径 2 mm 筛,混合均匀。土壤基础理化性质见表1。表1两地植烟土壤基础理化性质Tab.1Basic physical and chemical properties of tobacco planting soil of two places土壤来源Soi
14、l source洱源县EryuanCounty襄城县XiangchengCounty质地Texture壤土Loam砂壤Sandy soil全氮/(g/kg)Totalnitrogen2.241.48碱解氮/(mg/kg)Alkali hydrolyzednitrogen90.8458.76硝态氮/(mg/kg)Nitratenitrogen22.9614.25铵态氮/(mg/kg)Ammoniumnitrogen6.2011.97有机质/(g/kg)Organicmatter44.7310.13容重/(g/cm3)Bulkdensity1.311.40pH5.577.56土壤粒径组成占比/%P
15、roportion of soil particlesize composition20 m4264220 m3622襄城土,P3降雨强度下二者相差达44.93 mm。以上结果表明,降雨强度增大能够降低土壤持水量,襄城县土壤受降雨强度影响更明显,而且洱源县土壤相对襄城县土壤具有较好的保水性。由图3可知,两地土壤淋溶液渗出速率均表现为P3P2P1,其中,洱源县、襄城县土壤在P3降雨强度下淋溶液渗出速率分别是P1的4.14、3.49倍,图1淋溶装置结构Fig.1Structure of leaching device2 cm2 cm40 cm尼龙布 Nylon石英砂Quartz sand土柱 So
16、il column石英砂 Quartz sand尼龙布Nylon淋溶液接收瓶Leaching solution receivingbottle不同小写字母表示处理之间差异显著(P0.05),下同Different lowercase letters indicate significant differences amongtreatments(P洱源土,差异均显著,且降雨强度升至P3时,二者差异较P1、P2时小。可见,随降雨强度增加,土壤差异对淋溶液渗出速率的影响减小。两地土壤在 3 个降雨强度下淋溶液渗出量见图4。总降雨量相同条件下,植烟土壤淋溶液渗出量随降雨强度增加呈上升趋势。各降雨强度
17、下淋溶液渗出量均表现为襄城土洱源土,二者差值随降雨强度增加逐渐减小,P1降雨强度下二者相差达453.84 mL,而降雨强度升至 P3 时二者相差最小。以上结果说明,降雨强度的增加不利于土壤对水分的吸附保持,导致土壤水分更易于垂直下渗流失。此外,就水分流失来看,洱源县土壤对降雨强度变化的缓冲能力高于襄城县土壤。2.2不同降雨强度对两地植烟土壤硝态氮淋失的影响2.2.1不同降雨强度下硝态氮的淋失浓度及淋失量动态变化不同处理硝态氮的淋失浓度及淋失量动态变化见表2。由表2可知,硝态氮的淋失浓度及淋失量随累积降雨量的增加大幅下降后趋于平稳,而降雨强度对硝态氮的淋失浓度及淋失量的影响无明显规律。此外,相同
18、累积降雨量条件下,洱源县土壤P2、P3降雨强度下先于P1出现氮淋失;襄城县植烟土壤P3降雨强度下先于P1、P2出现氮淋失。以上结果表明,硝态氮大量淋失主要集中出现在淋溶初期,较低降雨强度能够延缓植烟土壤氮淋失的发生。图3不同模拟降雨强度下两地植烟土壤淋溶液渗出速率Fig.3Leaching rate of leaching solution from tobaccoplanting soil in two places under different simulatedrainfall intensities洱源土Eryuan soil襄城土Xiangcheng soil10864200.52
19、1.041.56降雨强度/(mm/h)Rainfall intensity淋溶液渗出速率/(mL/h)Leaching solution seepage ratefedcba4 0003 5003 0002 5002 0001 5001 00050000.521.041.56降雨强度/(mm/h)Rainfall intensity淋溶液渗出量/mLLeaching solution exudation图4不同模拟降雨强度下两地植烟土壤淋溶液渗出量Fig.4Leaching amount of leaching solution fromtobacco planting soil in two
20、 places under differentsimulated rainfall intensities洱源土Eryuan soil襄城土Xiangcheng soiledcabba表2不同模拟降雨强度下两地植烟土壤硝态氮的淋失浓度及淋失量动态变化Tab.2Dynamic changes of nitrate nitrogen leaching concentration and amount in tobacco planting soils under differentsimulated rainfall intensities淋失浓度/(mmol/L)Leachingconcentr
21、ation淋失量/mgLeaching loss洱源县Eryuan County襄城县Xiangcheng County洱源县Eryuan County0.521.041.560.521.041.560.521.041.560000000000000011.09000017.90 a17.45 a11.32 b8.98 c7.80 d080.33 a71.43 b17.60 a7.71 b8.34 b4.63 cd4.14 d5.98 c81.96 a59.03 b64.50 b3.94 a0.58 d3.38 b2.76 c3.75 a3.13 b24.48 ab3.84 d25.93 a2
22、.08 a0.43 c0.57 c1.29 b1.11 b1.20 b12.43 a2.78 c4.32 c0.36 ab0.26 ab0.18 ab0.49 ab0.30 ab0.56 a2.23 ab1.59 b1.19 b0.19 ab0.05 b0.08 b0.28 ab0.40 a0.27 ab1.18 ab0.28 b0.53 b指标Index土壤来源Soil source降雨强度/(mm/h)Rainfall intensity累积降雨量/mm Accumulated rainfall75150225300375450525600王阁等:土柱模拟条件下降雨强度对滇西和豫中典型植烟
23、土壤氮淋失的影响89河南农业科学第 52 卷2.2.2降雨强度对两地土壤硝态氮淋失速率的影响两地土壤在3个降雨强度下硝态氮淋失速率见图5。硝态氮淋失速率随降雨强度增加呈显著增加趋势,P1降雨强度下,两地植烟土壤之间差异不显著,随降雨强度增加土壤间差异逐渐增大。与P1降雨强度相比,洱源县土壤硝态氮淋失速率随降雨强度增加分别增加145%、300%,襄城县土壤分别增加120%、270%,说明较高降雨强度能够显著加速土壤硝态氮淋失,不利于土壤养分的保持。2.2.3降雨强度对两地土壤硝态氮淋失量及占比的影响两地植烟土壤在3种降雨强度下硝态氮淋失量及占比见表3。由表3可知,在相同降雨强度下,两地植烟土壤硝
24、态氮淋失量及淋失占比均随降雨强度增加而增加。以上结果表明,降雨强度是影响土壤氮淋失的重要因素,较高降雨强度能够加剧植烟土壤硝态氮淋失,且洱源县植烟土壤硝态氮淋失风险高于襄城县。此外,在P3降雨强度条件下,洱源县植烟土壤硝态氮淋失量高至167.90 mg,硝态氮淋失量均高于土柱本身硝态氮总量,这或许与不同种类土壤之间氮水平及微生物矿化相关。图5不同模拟降雨强度下两地植烟土壤硝态氮淋失速率Fig.5Leaching rate of nitrate nitrogen from tobaccoplanting soils in two places under different simulatedr
25、ainfall intensities0.60.50.40.30.20.100.521.041.56降雨强度/(mm/h)Rainfall intensity洱源土Eryuan soil襄城土Xiangcheng soil硝态氮淋失速率/(mg/h)Leaching rate of nitrate nitrogeneecdab表3不同模拟降雨强度下两地植烟土壤硝态氮淋失量及占比Tab.3Amount and proportion of nitrate nitrogen leaching from tobacco planting soils in two places under differ
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