铵态氮肥施用量对不同类型紫色土氮淋失及表面电化学性质的影响

doi:10.11686/cyxb2024307

摘要/Abstract

摘要：

氮肥施用对世界粮食生产及保障我国粮食安全产生了巨大的作用，为了阐明不同铵态氮肥施用量对不同类型紫色土氮淋失和表面电化学性质的影响，采用盆栽试验，选取3种不同类型的紫色土，设置不施氮肥（CK）、低氮量（N₁，每kg土0.1 g纯氮）、中氮量（N₂，每kg土0.2 g纯氮）和高氮量（N₃，每kg土0.4 g纯氮）4个处理。结果表明：随着氮肥施用量增加，与对照组（CK）相比，N3处理下红棕紫泥土、灰棕紫泥土和棕紫泥土的pH值分别下降了0.9、1.2和0.8。同时，这3种土壤的铵态氮和硝态氮累计淋失量均显著增加（P<0.05），N₃处理铵态氮淋失量较对照组（CK）处理分别提升7.1、15.4和12.5倍，CK处理的硝态氮几乎无淋失， N₃处理的硝态氮淋失量较N₁处理分别提升6.1、4.9和1.8倍（P<0.05）。3种紫色土的表面电位（φ₀）、表面电场强度（E₀）和表面电荷密度（σ₀）均呈相似增长趋势，而比表面积（S）和表面电荷数量（SCN）则下降（P<0.05）。在相同氮肥施用量下，不同类型紫色土的氮淋失和表面电化学性质变化存在差异。在N₃处理下，灰棕紫泥土铵态氮累积淋失量显著大于另外两种类型紫色土，而在所有氮肥处理下，灰棕紫泥土的硝态氮累积淋失量显著高于红棕紫泥土（P<0.05）；在N₁处理下，灰棕紫泥土的φ₀较高，但在N₃处理下，棕紫泥土的φ₀显著高于其他两种土壤类型。在所有处理下，灰棕紫泥土的E₀显著高于其他两种土壤（P<0.05）；在N₂和N₃处理下，灰棕紫泥土的σ₀也显著高于其他两种土壤类型（P<0.05）。S在N₁、N₂和N₃处理中的表现为红棕紫泥土>棕紫泥土>灰棕紫泥土。在N₃处理下，红棕紫泥土的SCN显著高于其他两种土壤类型（P<0.05）。因此，过量施用铵态氮肥会导致紫色土的土壤酸化，显著改变其表面电化学性质，降低对养分的吸附和保持能力。

关键词: 铵态氮肥, 紫色土, 氮淋失, 土壤表面电化学性质

Abstract:

Nitrogen fertilizer application plays an important role in world food production and in ensuring food security in China. To elucidate the effects of different ammonium nitrogen fertilizer application rates on nitrogen leaching and surface electrochemical properties of various types of purple soil， a pot experiment was conducted. Three different types of purple soil were selected， and four treatments were set up： no nitrogen fertilizer （CK）， low nitrogen （N₁， 0.1 g elemental nitrogen per kg soil）， medium nitrogen （N₂， 0.2 g elemental nitrogen per kg soil）， and high nitrogen （N₃， 0.4 g elemental nitrogen per kg soil）. The results showed that with increasing nitrogen fertilizer application rates， compared with the control group （CK）， the pH values of red brown purple soil， gray brown purple soil， and brown purple soil under the N₃ treatment decreased by 0.9， 1.2， and 0.8， respectively. Meanwhile， the cumulative leaching losses of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in these three types of soil increased significantly （P<0.05）. The ammonium nitrogen leaching losses under the N₃ treatment increased by 7.1， 15.4， and 12.5 times compared with those under the control （CK） treatment， respectively. There was almost no nitrate nitrogen leaching loss in the CK treatment. The nitrate nitrogen leaching losses under the N3 treatment increased by 6.1， 4.9， and 1.8 times compared with those under the N₁ treatment， respectively（P<0.05）. The surface potential （φ₀）， surface electric field strength （E₀）， and surface charge density （σ₀） of the three types of purple soil showed similar increasing trends， while the specific surface area （S） and surface charge number （SCN） decreased. Under the same nitrogen fertilizer application rates， there were differences in nitrogen leaching and surface electrochemical properties among the different types of purple soil. In the N₃ treatment， the cumulative leaching of ammonium nitrogen in gray-brown purple soil was significantly higher than that in the other two types of purple soil. Additionally， under all nitrogen fertilizer treatments， the cumulative total amount of nitrate nitrogen leached in gray-brown purple soil was significantly higher than that in red-brown purple soil （P<0.05）. Under the N₁ treatment， φ₀ of gray-brown purple soil was higher， while under the N₃ treatment， φ₀ of brown purple soil was significantly higher than that of the other two soil types. Under all treatments， the E₀ of gray-brown purple soil was significantly higher than that of the other two soil types （P<0.05）. Furthermore， under the N₂ and N₃ treatments， the σ₀ of gray-brown purple soil was also significantly higher than that of the other two soil types （P<0.05）. S under the N₁， N₂， and N₃ treatments ranked： red-brown purple soil>brown purple soil>gray-brown purple soil. Under the N₃ treatment， SCN of red-brown purple soil was significantly higher than that of the other two soil types （P<0.05）. Therefore， excessive application of ammonium nitrogen fertilizer can lead to soil acidification in purple soils， significantly altering their surface electrochemical properties and reducing their ability to adsorb and retain nutrients.

Key words: ammonium nitrogen fertilizer, purple soil, nitrogen leaching, surface electrochemical properties of soil

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图/表 8

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土壤类型 Soil type	黏粒 Clay （<0.002 mm）	粉粒 Silt （0.002~0.050 mm）	砂粒Sand				极粗砂粒Very coarse sand （1~2 mm）
土壤类型 Soil type	黏粒 Clay （<0.002 mm）	粉粒 Silt （0.002~0.050 mm）	极细砂粒Very fine sand （0.05~0.10 mm）	细砂粒 Fine sand （0.10~0.25 mm）	中砂粒 Medium sand （0.25~0.50 mm）	粗砂粒 Coarse sand （0.5~0.1 mm）	极粗砂粒Very coarse sand （1~2 mm）
红棕紫泥土Red-brown purple soil	38.20	47.99	5.94	1.28	0.39	0.00	0.00
灰棕紫泥土Gray-brown purple soil	28.90	46.40	11.56	7.22	0.83	0.00	0.00
棕紫泥土Brown-purple soil	22.06	27.29	11.30	20.70	13.85	1.39	0.00

土壤类型 Soil type	黏粒 Clay （<0.002 mm）	粉粒 Silt （0.002~0.050 mm）	砂粒Sand				极粗砂粒Very coarse sand （1~2 mm）
土壤类型 Soil type	黏粒 Clay （<0.002 mm）	粉粒 Silt （0.002~0.050 mm）	极细砂粒Very fine sand （0.05~0.10 mm）	细砂粒 Fine sand （0.10~0.25 mm）	中砂粒 Medium sand （0.25~0.50 mm）	粗砂粒 Coarse sand （0.5~0.1 mm）	极粗砂粒Very coarse sand （1~2 mm）
红棕紫泥土Red-brown purple soil	38.20	47.99	5.94	1.28	0.39	0.00	0.00
灰棕紫泥土Gray-brown purple soil	28.90	46.40	11.56	7.22	0.83	0.00	0.00
棕紫泥土Brown-purple soil	22.06	27.29	11.30	20.70	13.85	1.39	0.00

处理 Treatment	硫酸铵Ammonium sulfate	过磷酸钙Calcium superphosphate	氯化钾Potassium chloride
CK	-	6.67	2.67
N₁	1.9	6.67	2.67
N₂	3.8	6.67	2.67
N₃	7.6	6.67	2.67

处理 Treatment	硫酸铵Ammonium sulfate	过磷酸钙Calcium superphosphate	氯化钾Potassium chloride
CK	-	6.67	2.67
N₁	1.9	6.67	2.67
N₂	3.8	6.67	2.67
N₃	7.6	6.67	2.67

土壤类型 Soil type	处理 Treatment	pH	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	全氮 Total N （g·kg^-1）	铵态氮 NH₄⁺-N （mg·kg^-1）	硝态氮 NO₃^--N （mg·kg^-1）	阳离子交换量 Cation exchange capacity （cmol·kg^-1）
红棕紫泥土Red-brown purple soil	CK	8.3±0.04a	19.98±0.31c	1.17±0.008c	90.2±4.6d	3.77±0.16b	25.45±0.26a
	N₁	8.2±0.04a	22.73±0.35b	1.15±0.013c	103.3±6.6c	3.16±0.22c	22.84±1.27b
	N₂	7.8±0.06b	22.58±0.32b	1.24±0.019b	176.1±11.8b	3.31±0.14c	19.41±0.39c
	N₃	7.4±0.05c	23.92±1.00a	1.39±0.034a	225.3±21.8a	4.34±0.26a	16.00±0.97d
灰棕紫泥土Gray-brown purple soil	CK	8.0±0.08a	15.96±0.31b	0.99±0.032c	57.2±4.4c	5.28±0.17b	22.14±0.80a
	N₁	7.4±0.05b	19.24±1.60a	1.09±0.009b	65.0±2.6b	5.76±0.10a	19.38±0.84b
	N₂	7.1±0.03c	16.24±0.38b	1.16±0.043a	74.8±2.8a	3.52±0.11c	16.85±0.96c
	N₃	6.8±0.02d	13.43±0.76c	1.17±0.015a	77.1±2.8a	3.82±0.14c	10.90±0.58d
棕紫泥土Brown-purple soil	CK	7.8±0.03a	16.49±0.49b	0.66±0.034d	56.9±2.1d	4.05±0.30c	12.54±0.50a
	N₁	7.6±0.02a	19.19±0.13a	0.75±0.020c	89.4±2.4c	5.82±0.81a	11.16±0.36b
	N₂	7.3±0.02b	19.44±0.30a	0.86±0.012b	104.1±3.5b	3.82±0.18c	10.87±0.04c
	N₃	7.0±0.07c	17.07±0.67b	1.05±0.022a	121.0±8.2a	4.91±0.15b	9.73±0.40d