酸性茶园土壤氨挥发及影响因素

君子务农安根 2024-06-25 11:30:35

茶园生态化建设模式,涵盖茶叶品种、栽培、土壤、生物、植保、肥料等领域。秉承以人类为中心的理性生态伦理学思想,为复兴茶产业而努力。

氨挥发是土壤氮素气态损失的重要途径,其损失量有时高达施氮量的40%~50%。土壤氨挥发过程受到多种因素的影响,如土壤状况(质地、pH及肥力条件等)、环境因子(温湿度、风速及降雨等)和管理措施(施肥、灌溉及耕作等)。有研究表明,氨挥发与土壤pH值密切相关,在相同铵态氮浓度条件下,pH每升高1个单位,土壤氨挥发量增加10倍。同时,由于施氮肥直接增加了土壤氨挥发过程的底物浓度,进而对土壤氨挥发过程产生直接影响,但不同生态系统受氮肥的影响与施氮量、施肥时期和方式有关。

茶树是叶用作物,对氮素供应量需求较高,随着周期性的采摘和修剪,必须对茶树定时进行追肥,以满足茶树生长与茶叶品质的需求。我国茶园普遍存在高氮栽培现象,平均每年施纯氮量高达737.7kg·hm-2。同时,因茶农习惯施肥方式多数以撒施为主,氮素损失量较大。茶园土壤为典型的酸性土壤,pH多在4.0~5.0之间,不利于氨挥发过程。但施用尿素后,在短时间内pH值会上升,从而促进土壤氨挥发;同时,施肥时期存在“看天施肥”现象,尿素被撒施在茶园土壤表面,大量氮肥残留浅表层,在阳光的照射和风力的作用下可能会产生大量的氨挥发。

施氮量和施氮时期对茶园土壤氨挥发的影响

氮肥施用过程中的氨挥发是氮素气态损失的一个重要途径,氨挥发量因气候、生态类型和土壤条件的差异而有所不同。有关酸性旱地土壤氨挥发是否为酸性土壤氮肥损失的主要途径,目前研究结果差异较大。本研究中酸性茶园土壤氨挥发量达到13.01~60.85kg·hm-2,氨挥发损失率为10.63%~12.42%,氨挥发损失率高于杨树、苹果和槟榔地,与橡胶林相当,低于蔬菜地。传统理论认为酸性条件下氨挥发过程受到抑制,高的pH提高了NH+4向NH3溶液的转化速率,进而加快了氨挥发。茶园土壤为典型的酸性土壤,pH值多在4.0~5.0之间(本试验地pH值为4.85),较高氨挥发损失率与其高施氮量、施肥操作、气候条件及土壤特性有关。

相比苹果园(75~300kg·hm-2)和杨树地(90~180kg·hm-2),茶园土壤施氮量较大,因而其氨挥发量较大。撒施条件下尿素的氨挥发损失率能达到50%,深施覆土或配施有机肥的条件下土壤氨挥发速率较低。酸性菜地(pH5.2)三次尿素撒施的氨挥发损失率为21.3%~24.0%,穴施氨挥发损失率仅为17.6%,分析认为太阳辐射对地面的增温效果显著,促进了氨挥发;苹果园尿素配施有机肥条件下(撒施覆土),氨挥发损失率仅为2.29%~3.34%,配施有机肥会显著降低氨挥发量。

本试验中施肥操作与当地茶农代表性的施肥模式一致,尿素被撒施在茶园土壤表面,大量氮肥残留浅表层,在阳光的照射和风力的作用下会产生大量的氨挥发,此时气候条件成为关键因素。从本地区气象资料可知,试验区域光照时数大于1700h,光照强,地面气温较高,有利于促进脲酶活性,促进尿素快速分解为铵态氮,进而促进了氨挥发。有研究表明,酸性土壤施用尿素后,短时间内由于尿素的水解使得土壤pH值会上升,从而增加氨挥发的可能,前期培养试验也证实了这一点。另外,本试验土壤质地为砂质土,有机质含量很低,通透性强,土壤空气扩散性与流动性好,尿素施入后土层对氨气扩散的阻隔和吸附能力较弱,有利于氨挥发。由此推断,高施氮量和施肥方式(撒施)是导致茶园土壤氨挥发严重的重要因素。

施氮量显著影响土壤氨挥发过程,并随着施氮量的增加而显著增加。本研究中,施氮处理的茶园土壤氨挥发量显著高于对照。土壤氨挥发与0~5cm土层铵态氮浓度呈极显著正相关,也说明氮肥施用量越高越会导致土壤铵态氮浓度升高,进而增加土壤的氨挥发速率。尿素施入土壤后迅速水解,表层土壤铵态氮迅速增加,为氨挥发过程提供了充足的底物,使氨挥发很快达到峰值;然后经过茶树的吸收、土壤铵态氮的微生物利用及硝化过程,土壤铵态氮逐渐转化为硝态氮,使得氨挥发速率逐渐降低。

不同施肥时期对土壤氨挥发影响很大,在全年的3次施氮中冬季基肥期氨挥发损失最大,并远高于2次追肥期。这与冬季施肥期间土壤铵态氮浓度高且持续时间较长有关:一方面,冬季基肥期施氮量最大,占全年的40%,因而土壤铵态氮浓度较高,氨挥发速率较大;另一方面,冬季基肥期间基本没有降雨,日平均气温(15.3~20.5℃)和地温(6.5~17.5℃)较低,土壤微生物、脲酶和硝化酶活性可能受到一定程度抑制,从而延长了尿素的水解过程。此外,冬季茶树的生长特性也会影响氨挥发,12月茶树进入休眠期,养分需求不高,对铵态氮的吸收能力较弱(茶树为喜铵作物),表层土壤铵态氮含量较高,从而使氨挥发速率要高于春季和秋季追肥期。相反,春季和秋季追肥前期出现明显降雨,尿素水解后容易下渗,且此时茶树铵态氮吸收需求量大,导致表层铵态氮迅速下降,氨挥发也随之下降。

环境因子对茶园土壤氨挥发的影响

氨挥发与气温、地温、空气相对湿度、土壤水分和NH+4-N浓度等因素密切相关。在没有限制因素存在的条件下,氨挥发速率随表层土壤铵态氮含量的增加而增大,两者间呈显著正相关,与本研究结果一致。温度对土壤氨挥发的影响是复杂多变的。升温能增加水中的NH3/NH+4的比率,降低NH3在水中的溶解度,从而促进土壤中NH3向大气扩散;同时,温度升高还可以增强土壤脲酶和微生物活性,有利于尿素水解,增加NH3的排放。

本研究中0~5cm地温与土壤氨挥发呈极显著正相关,与其他人的结果基本一致。然而分析不同施氮时期的氨挥发量却发现,地温最高的秋季追肥期氨挥发量最小,低温最低的冬季基肥氨挥发损失量最大,说明受到其他环境因子和茶树生长特性的综合影响。秋季追肥期地温最高,硝化作用也最强烈,在降雨的影响下,部分氮素随渗漏水下移使表层土壤NH+4-N的浓度降低;同时秋季追肥期茶树对NH+4-N吸收旺盛,表层土壤NH+4-N含量迅速下降,使得氨挥发速率最低。冬季地温和气温较低,尿素水解、硝化作用和茶树吸收能力较弱,使得铵态氮浓度高且持续时间长,故氨挥发量大。

土壤水分显著影响土壤氨挥发。当土壤含水量较低时,少量的降雨或灌溉能增加土壤水分含量,加速了尿素的水解,土壤中NH+4-N浓度迅速升高,促进了铵态氮向氨气的转化,进而增加了氨挥发损失量;而大量降雨或灌溉时,尿素在水解前随水分渗入到下层土壤,增加了土壤颗粒对铵态氮的吸附和植物根系吸收的概率,并且氮素下渗到一定深度后增加了氨扩散上升到土壤表面的阻力,降低了表层土壤NH+4-N的浓度,从而抑制了氨挥发。春季和秋季追肥前期均出现较大的降雨,使得土壤含水量处于较高的水平,有利于氮素的淋溶下移,进而抑制氨挥发。

综合以上可以看出,尿素表施的情况下酸性茶园土壤均有较高氨挥发速率,氨挥发损失率为10.63%~12.42%,冬季基肥期氨挥发速率大且持续时间长。春季和秋季降雨量较多,虽然导致土壤氨挥发量降低,但容易引起地表和地下径流损失,应该选择多云天气撒施以减少氮素损失;冬季为广大茶区传统的农闲季节,在未考虑劳动力成本因素的前提下,配施缓释氮肥和沟施覆土能有效降低土壤氨挥发。由于氮素是十分活跃的元素,即使细微的施肥操作差别,对氨挥发量影响也显著。同时,野外试验的环境条件变化较大,影响土壤氨挥发的因素很多,本研究仅监测了一年的三个施肥周期的土壤氨挥发,对于酸性茶园土壤氨挥发变化状况仍需进一步研究。

(安根团队摘自王峰等.酸性茶园土壤氨挥发及其影响因素研究)

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