苹果园改种粮食作物渭北旱塬深层土壤水氮变化特征

摘要

黄土高原退耕还林(草)工程实施20年来,长期苹果种植导致了普遍的土壤干层和大量的硝态氮累积,严重制约了农业和区域经济可持续发展。因此,明确不同树龄苹果园改种粮食作物后对深层土壤干层恢复(土壤水分变化)、土壤硝态氮累积与运移的影响,对于黄土高原土壤质量改善和农业可持续发展具有重要意义。以渭北旱塬为研究区,选取10、15、20、30 a树龄的苹果园以及对应树龄苹果园改种为2、5 a和6 a粮食作物为研究对象,通过对比分析各样地0—10 m剖面的土壤含水量、土壤储水量和硝态氮含量的差异,基于空间换时间的方法定量评估苹果园改种为粮食作物后对于深层土壤水氮的影响。结果表明:(1)不同林龄苹果园改种粮食作物后土壤水分迅速恢复,在2年之内均可恢复到7.0 m左右深度。(2)改种后土壤储水量对于改种后土壤硝态氮累积量的直接影响最显著,不同林龄苹果园改种粮食作物后,土壤剖面中硝态氮随着土壤水分的恢复发生了不同程度的淋失。改种前苹果园种植年限对于改种后土壤硝态氮累积量起决定性作用,改种前林龄越长,改种后硝态氮累积量越大、淋失深度越浅。(3)土壤累积硝态氮的淋失滞后于土壤水分的向下运动。可见,不同林龄苹果园改种粮食作物后土壤水分均迅速恢复,加速了硝态氮的淋失,然而土壤水分与硝态氮的向下运动并不一致。在进行改种时需要综合考虑土壤水分恢复的同时硝态氮迅速淋失造成土壤质量下降的问题。研究对合理优化土地利用结构以及改善土壤质量等具有深远的意义。