PAM对紫色土坡地氮素迁移淋失的控制效应

【摘要】： PAM(聚丙烯酰胺,Polyacrylamide,简称PAM)作为土壤改良剂,能固定表土、减少径流,使氮素最大程度的保留于土壤。本研究以“源头控制”为基本出发点,采用室内模拟试验和田间小区试验等相结合的研究手段,系统的研究PAM对三峡库区紫色土坡地氮素迁移淋失的影响。得出以下结论: (1)PAM明显影响土壤对NH_4~+-N的吸附性能,作用的大小和方向与PAM施用浓度具有密切关系。随着PAM用量的增大,其促进土壤对NH_4~+-N吸附作用的效果呈降低趋势,添加0.1%和0.2%的PAM处理土壤对NH_4~+-N的吸附量较对照平均增加了7.47%和2.80%;但当PAM施用浓度超过0.2%时,土壤NH_4~+-N吸附量反而降低,添加0.4%的PAM处理吸附量较对照平均降低4.71%。采用Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程均能很好的反映土壤对NH_4~+-N的吸附反应,相关系数均达极显著水平,通过Langmuir方程拟合得出添加0.1%的PAM可使土壤对NH_4~+-N的最大吸附量由对照的1432.53μg/g提高到1634.46μg/g。 (2)PAM施用后对土壤中氮素的迁移淋溶特性也产生了明显影响。处理效果亦与施用浓度有关。PAM浓度0.01%～0.05%处理明显抑制了土壤氮素的垂直迁移,而PAM浓度高于0.1%时,抑制作用不突出甚至促进氮素的淋出。以0.01%用量的PAM处理抑制效果最好,淋滤液中NH_4~+和NO_3~-累积淋失量分别较对照减少了12.43%和18.08%,氮素输出总量较对照减少了16.97%;土壤表层(0～5cm)NH_4~+-N和NO_3~--N含量分别较对照增加了322%和31.3%,土壤下层(25～30cm)NH_4~+-N和NO_3~--N含量较对照减少了41.3%和78.8%。说明PAM具有很好的保肥作用和对氮素淋失的抑制作用,但应注意其适宜用量。 (3)PAM的施用对氮素的径流流失具有很好的的控制效果,受PAM用量、土壤坡度、降雨强度等因素的影响,强化剂(石灰、石膏)与PAM配合施用可改变PAM的作用效果。 在坡度15°、雨强33.7mm/h条件下,不同用量的PAM处理均能有效的减少氮素的径流流失,其效果大小受PAM浓度影响,PAM浓度为8g/m~2、4g/m~2和16g/m~2处理的氮流失量分别较对照的182.09mg减少了53.28%、41.43%和31.67%,中等浓度的PAM用量控制效果最好。氮素流失以NH_4~+-N为主,占氮素总流失量的58.65%。施肥后第一次降雨氮素流失量以8g/m~2的PAM处理最少,较对照减少了73.04%,第二次降雨则以16g/m~2效果最好,较对照减少了58.44%。 在PAM用量为8g/m~2,雨强83.55mm/h条件下,不同坡度处理的氮素流失量大小为:20°(275.21mg)＞8°(235.01mg)＞15°(211.98 mg),15°处理反而比8°处理流失要少10.21%,PAM对15°坡地控制效果较好。从氮素形态来看,NH_4~+-N和NO_3~--N流失量大小规律与氮素流失总量一致,也是20°＞8°＞15°。氮素流失主要以NH_4~+-N为主,NH_4~+-N流失量是氮素总量的63.63%。从降雨时间来看,两次降雨对氮素流失无明显差异。此试验条件下PAM对15°坡地的氮素流失具有较好的控制效果。 在PAM用量8g/m~2,坡度15°条件下,17.10mm/h、33.7mm/h和83.55mm/h三种雨强对氮素流失的影响特征为:83.55mm/h(217.76mg)＞17.10mm/h(140.88mg)＞33.7mm/h(85.08mg),在中雨33.7mm/h时氮素流失的控制效果较好,小雨的慢速浸出和大雨的冲刷均不利于氮素的流失控制。从氮素形态上来看,17.1mm/h时主要以NO_3~--N流失,83.55mm/h时主要以NH_4~+-N流失,33.7mm/h时二者差异不大。PAM对中雨33.7mm/h处理的氮素控制效果主要体现在第一次降雨,第二次降雨甚至还比第一次降雨多31.4mg,小雨和大雨的第二次降雨的氮素流失量均比第一次降雨要少,降雨对PAM效用存在显著的影响。 在坡度为15°,雨强为17.10 mm/h,施用PAM用量8g/m~2条件下,添加石灰减少了氮素的径流流失,较单施PAM(流失量140.88mg)减少了24.92%,添加石膏则加速了氮素的流失,其较单施PAM增加了55.95%。氮素流失以NO_3~--N为主,占氮素总流失量的63.28%;添加石灰处理的NH_4~+-N和NO_3~--N流失量分别较PAM对照减少了37.59%和15.89%,对NH_4~+-N的流失控制效果比NO_3~--N要明显。石灰处理对氮素流失的控制效果主要体现在第一次降雨,较单施PAM(流失量92.53mg)减少了29.30%,第二次降雨效果甚微,石灰的用量还可加大。 PAM能影响土壤表面径流产流时间。随着PAM浓度的增大,径流的产流时间依次延迟;随着坡度的增大,其产流时间稍微提前,但差异很小,两次降雨的效应一致,在PAM处理土壤情况下,坡度对产流时间的影响很小,也就是说PAM对于坡度的产流控制非常有效;添加石灰石和石膏均对径流的产流时间起提前作用,且石膏的提前更为明显。 (4)田间施用PAM与强化剂配合施用能有效减少田间前期氮素的径流流失,氮素持久释放,单施PAM、PAM+石灰、PAM+石膏处理的各次径流液氮素平均浓度分别较对照减少13.58%、23.68%和30.84%,PAM+石灰处理效果最明显;PAM的施用能降低农田氮素的渗漏淋失,单施PAM、PAM+石灰、PAM+石膏处理的各次渗漏液氮素平均浓度分别较对照减少19.13%、21.29%和21.43%,添加石灰或者石膏效果不明显。 PAM的施用可使土壤保肥性增强,加入强化剂后使用效果更好。对照处理土壤在作物收获后的残留氮浓度较种植作物前降低了18.24%,而PAM、PAM+石灰、PAM+石膏处理土壤在作物收获后的残留氮浓度分别较种植作物前增加了30.92%、40.19%和45.98%。 PAM对作物(小麦和红薯)具有增产作用,添加石灰和石膏均能强化PAM的增产作用。单施PAM、PAM+石灰、PAM+石膏处理的小麦产量分别较对照增产8.95%、19.49%和34.72%,红薯产量分别较对照增加了13.24%、29.68%和24.20%。