有机肥对设施菜地土壤可溶性有机氮转化与淋失的影响

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近年来随着我国规模化蔬菜种植的迅速发展,由过量施肥和灌水导致的蔬菜种植区环境污染问题变得越来越突出。其中关于施肥,特别是施用有机肥对土壤氮累积和淋失的研究已经开展不少但多集中在无机氮方面,关于设施菜地可溶性有机氮转化运移和淋溶损失的研究鲜见报道。  本论文选取沈阳市郊的设施菜地土壤为研究对象,通过调查测试、土壤培养、模拟土柱以及田间小区等一系列试验,系统研究了设施菜地耕层和剖面土壤可溶性有机氮随时间的变化动态;并探讨了不同有机肥种类,有机肥施用量,有机肥和化肥混施,灌水措施等对其动态过程的影响。主要研究结果如下:  (1)不同土地利用类型(林地,农田,设施菜地,草地)土壤浸提态有机氮(EON)含量在3.3-30.3 mg kg-1范围;其变异较NH4+-N和NO3--N小,其中设施蔬菜土壤EON含量在8.5-17.8 mg kg-1范围。EON的碳氮比越低,芳香性物质含量越高,越易被浸提。有机肥(黑麦草,小麦秸秆,豆饼渣和鸡牛羊粪)EON含量较高(0.42-8.49 g kg-1),占浸提态总N(TEN)的比例>60%。  (2)添加高碳氮比(99.5)的小麦秸秆到设施菜地土壤可减少42%的溶解态总N(TDN)的淋出,而添加低碳氮比(4.4-15.9)的黑麦草,豆饼渣或鸡牛羊粪却增加12-37%的TDN淋出。淋出液TDN组成以NO3--N为主,占总N淋出的72-84%,其次为溶解态有机N(DON),占12-24%。  (3)设施菜地土壤EO15N来源于标记硫酸铵(添加量80 mg N kg-1)和标记黑麦草(添加量160 mg Nkg-1)的比例分别为1-4%和8-36%;微生物生物量15N(MB15N)来源于两者的比例较高,分别在9-16%和24-49%范围。土壤EON受硫酸铵和黑麦草添加的影响相对较小。培养期间EON来源仍以土壤N为主。经分析EON的长期来源主要可能是无机氮的非生物转化和有机氮的胞外分解,直接来源于MBN死亡分解的比例较小。  (4)灌水显著地影响了模拟土柱内N的淋溶。黄瓜生育期的前1/4时间内,灌水导致的N淋溶占总N淋溶的比例超过95%,其中DON平均占比27%。高量灌水导致大量N素在黄瓜生育前期被下渗水流带走。  (5)与不施用有机肥相比,有机肥施用显著增加了设施菜地土壤剖面(0-60 cm) NO3--N和EON的平均含量和库容,但具有较强的时间变异性。0-60 cm土壤剖面NO3--N,NH4+-N和EON含量平均占TEN的比例为60-82%,4-10%和13-31%。3年小区试验后,3个处理(化肥,化肥+40 t有机肥yr-1,化肥+60 t有机肥yr-1)表观N盈余分别为394,2710,3924 kg ha-13-yr-1,其中-4%,35%和50%的输入总N累积在0-120 cm土壤剖面内,超过20%的输入总N以淋溶方式损失。  综上所述,过量施肥和灌溉,以及高强度的人为扰动,已导致设施菜地较高的N累积和淋失风险。累积和淋出的浸提态N成分中主要是NO3--N,其次是EON/DON。EON/DON在土壤中较稳定,受短期外源物添加的影响较小。有机肥施用量和灌水是影响N淋溶的重要因素。高量累积在土壤中不被蔬菜根系吸收利用的N一旦条件适宜即发生淋溶。本论文建议应重视提高施入N素的微生物和植物利用,合理规范施用有机肥。
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