在我國南方烤煙種植地區(qū)，大面積耕地土壤呈 酸性，且近年來多雨和干旱氣候均時常發(fā)生。酸性 土壤一個嚴重的問題是養(yǎng)分有效性低,普遍缺N;而 不良氣候易導致土壤肥力流失、干旱脅迫，這些都對 烤煙的生長發(fā)育帶來不利影響。施用石灰是一種傳 統(tǒng)的酸性土壤改良措施，我國有長期施用石灰的習 慣，特別在南方酸性紅黃壤地區(qū)更為普遍。有研究 表明，石灰能顯著降低土壤交換性酸和交換性A1含量，提高交換性Ca和Mg的含量m，并且其降酸 作用能保持相當長的時間[3]。但是，施用石灰加速 了土壤N的礦化速率[4]，并能提髙土壤的硝化作 用，使土壤中N0/-N積累量增加[5]。聚丙烯酰胺 (PAM)是丙烯酰胺的髙分子聚合物,有良好的水溶 性，無毒、無腐蝕性，熱穩(wěn)定性好，早在20世紀50年 代,就已開始利用聚合物改善土壤的物理性能，但直 到最近的10多年，PAM高分子聚合物才得到廣泛 應用。近年來，在利用PAM改良土壤方面的研究取 得許多成果，研究表明，PAM能增加土壤大團聚體 數(shù)目、提髙團聚體水穩(wěn)性、增加總孔隙率和毛管孔隙 度[6]，提高土壤導水性[7]、含水量[8],減緩土壤流 失:9'叫，土壤施入PAM后能增加對NH/-N、N03—-N 的吸附最，并提髙土壤對這兩種離子的抗淋溶作 用:11]，在坡地施用PAM后可減少速效N的流失 量:~。S前，利用PAM和石灰同時處理改良酸性 土壤的研究還未見報道。針對南方煙區(qū)酸性土壤以 及多雨和干旱時有發(fā)生的不良氣候,筆者等研究了 在酸性土壤施人石灰和PAM后其對N的吸附、解 吸和遷移率的影響，以期為南方煙區(qū)酸性土壤的改 良提供依據(jù)。
1材料與方法
1.1材料
1.1.1酸性土壤2010年11月采自貴州省天柱 縣平甫鄉(xiāng)植煙山地5 ~ 10 cm耕作地邊緣的免耕土 壤，植煙年限為3年。
1.1.2石灰及PAM石灰，取自貴州省貴陽市石 灰投放站;PAM,江蘇宜興市泉龍化工有限公司，相 對分子fi 1200萬。
1.2方法
1 • 2. 1 土壤取樣取樣地面積1 • 2 hm2,取樣點為 耕作地邊緣免耕土壤，隨機布點，采樣土層為5 ~ 10 cm。土樣采回后混合，自然風干，過2 _篩后備 用。土樣基本性質(zhì)為pH 4.05,交換性酸9.49 cmol/ kg，有機質(zhì)含ffl 7. 2 g/kg,NH:-N 11. 41 m^/kg, N03_-N 3. 4 nig/kg,有效 P 5. 78 mg/kg,速度效 K 19. 68 mg/kg。
1.2.2試驗方案土壤處理設5個水平,石灰用M 通過預試驗確定（即調(diào)土壤PH6.5) ,PAM用量參照 王旭東和楊雪芹:13:的方法進行,5個水平分別為S, (不加石灰和PAM,對照）、S2(石灰含量為0.45 %， 不加PAM)、S3(石灰含量為0• 45 % , PAM含量為 0.1 %)、S4(石灰含量為0.45 %,PAM含量為0.2 %)、S5(石灰含M為 〇.45 %，PAM含世為 0.4 %), 土壤加入石灰、PAM混勻后平衡丨4 d。N營養(yǎng)液用 NH4N03配制，濃度參照王旭東和楊雪芹:?的方法 進行，P 素濃度 0 ~90 mg/L,按 N: P205 = 1: 1.5 確 定，設7個水平,N濃度分別為0、22.9、45.8、68.7、 91.6、114. 5和137.4 mg/L，其中，0為空白試驗。 試驗在貴州省煙草科學研究所培養(yǎng)室進行。
1.2.3吸附-解吸試驗1)吸附試驗。稱取S,? S5 土壤2.5 &各5份，置于50 mL離心管中，分別加 人各水平N營養(yǎng)液40 mL，并滴加3滴氯仿防止微 生物繁殖，并進一步阻止PAM(穩(wěn)定性好，不易礦 化）礦化出銨。重復3次，共計105管。在25^恒 溫下振蕩1 h后，置于同樣溫度的恒溫箱中培養(yǎng)3 d，此間每天振蕩2次（間隔12 1〇 ;然后3000 r/min 離心10 min，過濾，測定上清液中的N濃度，由加人 昔養(yǎng)液N濃度和上清液中N濃度之差，同時扣除空 白，計算土壤的吸附ih
2)解吸試驗。將上述離心后殘留在離心管中 的土樣用無水乙醇溶液淋洗2次，清除殘留在離心 管內(nèi)壁土壤顆粒間未被吸附的氮，之后向每個離心 管中加入 0.01 mol/L KC1 溶液 40 mL(pH =7.0)和 3滴氯仿，置于25 ^恒溫箱中培養(yǎng)3 d,每天振蕩2 次（間隔 12 h)。3 d 后 3000 r/min 離心 10 min,過 濾，測定上清液中的N含量，由吸附試驗上清液N 濃度和解吸試驗上清液N濃度之差，同時扣除空 白，計算土壤的解吸M、解吸率（解吸N童占吸附N 盤的百分數(shù)）。
1.2.4淋溶試驗參照員學鋒等間歇淋溶方法 略做改進:取內(nèi)徑約7 cm、長35 cm的PVC管，將 S,、S2、S3 土樣分別裝入管中，土壤厚度保持30 cm; 底端用尼龍紗布覆蓋，柱子上端留5 cm深度空間作 為灌水用，下端用塑料瓶收集淋溶液。在各管中分 別加去離子水200 mL平衡48 h后加N濃度為137.
4 mg/L的N營養(yǎng)液各150mL，人滲24h后,分別用 450 mL的去離子水分3次進行淋溶,淋溶間隔時間 為 24 h。將 PVC 管按 0?5、5 ~10、10 ?15、15 ~20、 20 ~ 25 cm及>25 cm 土層深度用電鋸鋸斷,測定各 土層NH/-N和N03_-N的含量。重復3次，用平均 值作圖，考察其在土壤中的遷移情況。
1.2.5測定指標及數(shù)據(jù)處理吸附、解吸試驗上清 液N含量采用多通道連續(xù)流動分吸儀AA-ID (德 國）測定，淋溶試驗土壤NH4’-N、M)3~-N采用間斷 化學分吸儀SmartChem(德國）測定。Langmuir方程 及參數(shù):C/.Y = C/A’m +l/(/：x.YW)。式中，C 為平 衡濃度J為土壤吸附M，A'm為最大吸附為與 吸附強度有關(guān)常數(shù)，最大緩沖容量= A' x .Ym。 廠值越大，表示吸附性能越強，MS C愈大說明貯存 能力越強:15:。數(shù)據(jù)處理采用EXCEL、SPSS軟件完 成,多重比較采用Duncan法。
2結(jié)果與分析
2.1不同處理下土壤對N的吸附量、解吸量和解析率
從表1看出，不同處理土壤對N的吸附M、解 吸M和解析率呈現(xiàn)不同程度的變化。
2.1.1氮吸附在不同N濃度下，只加石灰處理 的土壤、同時加入石灰和PAM處理的土壤，對N的 吸附盤均高于不加石灰、PAM處理的酸性土壤。說 明，石灰和PAM均能增加酸性土壤對N的吸附量。 除S5在N濃度為68. 7 m以L時低于S2外，總體上 對N的吸附量大小順序為S3 > S4 > S5 > S2。說明同 時加入石灰和PAM處理比只加入石灰處理土壤對 N的吸附量更大，其中，以S3 (石灰含量為0.45 %, PAM含ffl為0. 1 % )土壤對N的吸附量達到最高， 以后隨PAM用量增加，吸附量下降。用Langmuir 方程對各處理土壤等溫吸附數(shù)據(jù)進行線性擬合顯 示,相關(guān)性全部達到極顯著水平。說明，各處理土壤 對N的吸附均可用該方程來描述，并據(jù)此計算其相 關(guān)參數(shù)（表2)表明，S2的/f、-Ym、A招C均大于S,處 理。說明，石灰改良后的酸性土壤對N的吸附強 度、吸附ffl及貯存能力均呈增大趨勢。而s3、s,和 S5的.Ym、MSC均高于S2，其大小依次為S3 > S4 > S5 >S2。說明，添加PAM后，PAM能進一步增加酸性 土壤對N的吸附。但PAM用增加后,S4和S5與 S3相比，其吸附量、尺、.Y/rz和■(：呈下降趨勢，且與 S2相比值稍有下降。 理下土壤對N的解吸量逐漸增加；除個別值外，總 體上看，只加石灰處理的土壤、同時加入石灰和 PAM處理的土壤N解吸量均高于不加石灰、PAM 處理的酸性土壤，同時加入石灰和PAM處理的土壤 N解吸量高于只加石灰處理的土壤；S4解吸量最 高，雖然S3吸附量高于S4，但解吸量低于S4。
2.1.3 N解吸率總體上看，S,(未施加石灰和 PAM)土壤對N解吸率最高，S3(石灰含量為0.45 %，PAM含量為0.1 %)最低。這可能與吸附量和 吸附強度有關(guān),S3雖然吸附量最大，但尺值最大，反 映出其吸附強度大，因而其解吸率最低，解吸量也低 于S4和S5;相反,S,對N的吸附強度低，因而解吸 率高，但其吸附量總量小，所以解吸盤也小。表明， 用石灰、PAM處理的酸性土壤，不但能增加對N的 吸附量和貯存能力，其解吸N的量也高于未改良的
2. 1.2 N解吸隨著加入N濃度的增加，不同處 酸性土壤。
表1不同處理土壤對N的吸附量、解吸量和解析率
Table 1 Adsorption, desorption and leaching of nitrogen in soils under different treatmentsmg/Ltmg/kg, %
加入N濃度（mg/L) Concentration of nitrogenSis2s3s4
吸附量
22.985.79 r110.53 q124.77 p117.95 pq115.55 pq
45.8158.63 〇192.76 n224.87 1209.19 m198.73 n
68.7213.61 m269. 93 j290.41 I275.05 j257.56 k
91.6254.58 k326.58 h356.12 fe346. 10 fg338.10 g
114.5292.97 i360.71 e422.57 c401.24 d391.64 d
137,4320.13 h401.73 d481.73 a445.47 b418.27 c
解吸量
000000
22.926.03 m29.35 130.72 ql30.95 ql32.06 q
45.842.73 p46.72 〇52.12 n52.25 n51.52 n
68.755.53 m61.21 Ik59.93 166.13 h62.25 jk
91.664.02 hij69.63 g69.46 g81.71 deg〇.19 e
114.565.86 hi71.55 g77.55 f90.13 b86.49 c
137.463.57 ij71.56g83.71 d94.98 a89.17 b
解析率
000000
22.930.34 a26.57 cd24.62 fgh26.24 cd27.75 b
45.826.95 be24.23 ghi23.18 kj24.98 fg25.92 de
68.726.00 de22.68 kl20.63 no24.04 hij24. 17 ghi
91.625. 15 ef21.33 mn19.95 p23.61 ij23.72 hij
114.522.49 kl19. op18.36 q22.46 kl22.09 lm
137.419.87 op17.84 ql17.38 121.32 mn21.32 mn
注：同列不同字母表示在P<〇.〇5水平差異顯著性；吸附•《：的單位為解吸量的單位為mg/kg,解析率的單位為
Note： The different small letters indicated significant difference at P <0.05. The same as below. Desorption unit was mg/kg, and leeching rate was
表2不同處理土壤對N吸附的Langmuir方程及物理化學參數(shù)
Table 2 Langmuir equation of nitrogen adsorption and their adsoiption parameters in soils under different treatments
處理
TreatmentsLangmuir 方程 Langmuir equationR2PKAf5C( mg/kg)
s,c/x= 0.001950 C+ 0.11520.99880.0000512.820.01698.68
c/x= 0.001722 C+ 0.069530.99530.0000580.720.024814.38
S3c/x= 0.001478 C+ 0.054350.96400.0005677.050.027218.39
s4c/x= 0.001528 C+ 0.062980.98080.0001654.450.024315.88
S5c/x= 0.001600 C+ 0.068340.96490.0005625.000.023414.63
2.2不同處理對N素遷移的影響
由于NO3--N更容易被淋溶，因此，在淋溶試驗 中對NH/-N和N03—-N分別進行考察。從圖1可 知，在0 ~ 10 cm 土層中，S3 (石灰含量為0• 45 %、 PAM含量為0.1 %)的土壤其NH/-N含量略髙于 S2(只施加石灰含量為〇• 45 % ) ,S3和S2的NH:-N 含量均遠髙于S,(未施加石灰和PAM);而在10 ~ 30 cm 土層中，S,的NH/-N含fi遠髙于S3和S2。 說明，酸性土壤中NH/-N容易淋失，單獨施加石 灰，以及同時施加石灰和PAM，能有效緩解NH/-N 向深層土壤遷移的趨勢，其中，石灰含量為0.45 %、 PAM含量為0. 1 %的處理其緩解效果好于單獨施 加石灰的處理。對于N0/-N含量,52在0~5(；111 土 層含量最高,S3在5 ~ 10 cm 土層中最髙，而S,則在 15~30 cm 土層中越來越高。說明，酸性土壤中 N03_ -N容易淋失,單獨施加石灰，以及同時施加石 灰和PAM,也能有效緩解N0(-N向深層土壤遷移 的趨勢;但對于N03_-N，單施石灰比施加同時施加 石灰和PAM更能阻止N03_-N的下移，這可能是 PAM提髙了土壤導水性m ,使得未被土壤吸附的 NOf-N更容易向下流失有關(guān)。
3小結(jié)與討論
(1)用石灰、石灰和PAM處理能增加酸性土壤 對N吸附量、吸附強度和貯存能力，其中，以石灰含 量為0.45 %、PAM含量為0. 1 %處理的土壤對N 的吸附量最髙，吸附性能最強,并能有效緩解NH/ - N、N0"N向深層土壤遷移的趨勢。在南方酸性土 壤煙區(qū)，施加適量的石灰和PAM是土壤改良的一個 有效途徑。有研究表明，酸土施用石灰在好氣條件 下有助于NH/-N的硝化，在水淹的厭氣條件下則 NH/-N增加和N03_-N減少[16]，這反映出添加石灰 后會引起土壤微生物區(qū)系和硝酸還原酶活性等的變 化。在吸附-解吸試驗中，盡管NH/-N、N03_-N可 能發(fā)生一些轉(zhuǎn)化,在厭氣條件下NOf-N也可能被還 原產(chǎn)生少量N20(N20本身也是一種易溶于水的氣 體），但試驗測試的氮為溶液的總N,因此，在總體上 仍能反映出土壤對N的吸附量。在淋溶試驗中，土 壤中N03--N含量比NH/-N低，是因為前者隨水流 淋出的量較多，并淋濾液測定中得到了證實。
(2)土壤對N03--N的吸附能力弱tn],而且酸 性土壤風化比較徹底，陽離子交換量低，對NH/ -N 的吸附量也少。因此,試驗中未施加石灰和PAM處 理的酸性土壤對N的吸附強度和吸附量小。加入 石灰后，土壤pH升髙，交換性陽離子含量增大, 從而導致對N的吸附量增加。由于土壤對N的吸 附與固定途徑有陽離子交換吸附反應、黏土礦物固 定和有機成分吸附等，石灰改良土壤后對N的吸附量影響可能還存在其它途徑。PAM是髙分子聚合 物質(zhì)，具有羧基和酰胺基等活性基團，可通過與土壤 顆粒表面的金屬離子形成配位鍵，與一些基團發(fā)生 交換或通過氫鍵等作用在不同土壤顆粒間形成“鍵 橋”，導致土壤發(fā)生凝聚，形成水穩(wěn)性團聚體。施加 石灰和PAM后，土壤對N的吸附量進一步升髙，可 能是與PAM分子表面的活性基團、以及PAM使土 壤形成水穩(wěn)性團聚體有關(guān)[11]。但土壤顆粒的大小 和組成對N的吸附影響顯著[18],試驗中，PAM用量 增加后對N的吸附量下降，原因可能是過量的PAM 導致團聚體粒增大,封閉了土壤內(nèi)部的吸附位點，從 而導致吸附量下降。
(3)在Langmuir方程的參數(shù)中，尺值越大，表 示吸附性能越強，MBC愈大說明貯存能力越強[15]。 施加石灰和PAM后，土壤對N吸附的/C、MBC升 高。說明,石灰和PAM改良后的酸性土壤對N的 吸附強度和貯存能力均增加。其對N的解吸率的 影響也應證了這一點，S3 (石灰含量為0.45 %、PAM 含量為0.1 %)的尺最大，對N的吸附強度髙，其解 吸率最低，相反，S,(未施加石灰和PAM)對N的吸 附強度低，解吸率最高。石灰含量為〇.45 %、PAM 含量為0.1 %的土壤能有效緩解NH4+-N、N03_-N向 深層土壤遷移的趨勢,可能就是由于石灰和PAM增 加了土壤對N的吸附量、吸附強度、貯存能力的緣 故。
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