一种土壤中尿素纵向迁移与铵化动态的测定方法

摘要

本发明公开了一种土壤中尿素纵向迁移与铵化动态的测定方法，先根据具体研究需要制作模拟土柱，然后实验土柱施入尿素，未施用尿素为对照土柱，实验过程定时取实验土柱和对照土柱测量指标，计算土壤中尿素纵向迁移速率MR和铵化率AP。本发明技术操作简便、结果可靠、可精细研究不同的水分运筹下尿素施用后在土壤中的垂直迁移规律和铵化动态，从而可有针对性的对水肥进行综合管理，调控尿素的垂向移动距离和转化，使之尽量停留在作物的根系密集层，进而实现氮素养分供给与农作物需求在时间、空间上高度耦合，实现在不断提高农作物产量和种植效益的同时大幅控减尿素等化学氮肥的用量，促进农业的可持续发展。

说明书

技术领域

本发明涉及农作耕种技术领域，具体涉及一种土壤中尿素纵向迁移与铵化动态的测定方法。

背景技术

氮素养分对农作物的生长发育、产量和农产品品质形成有重要影响，是农作物从土壤中吸收数量最多的三大营养元素之一，且农作物产量越高则从土壤中吸收带走的氮素养分数量越多。施用化学氮肥一直是重要的农田养分管理措施，亦是提高农作物产量最有效的方法之一。

我国用世界7%的耕地养活了世界22%的人口，并且随着耕地总量的减少、人口的增长以及生活水平不断提高，对耕地产出量的需求还将不断增大。我国化学氮肥用量持续地、迅速地增加，时至当下我国已成为世界第一氮肥消费大国，占全球氮肥总用量的30%。我国化学氮肥年用量从1978年的763.9万吨增至2011年的2381.4万吨，增加了211.74%，但同一时期粮食年产量仅仅增加了87％。导致我国化学氮肥过量投入的原因是化学肥料施用技术不科学引起的氮肥利用效率低下。我国当前消费的化学氮肥品种以尿素、碳酸氢铵为主，分别约占总消费量的70%、20%，氮肥利用率则分别约为40%、25～30%。未被农作物吸收利用的化学氮肥主要包括氨挥发损失、硝化-反硝化损失、淋溶损失和渗漏损失。这些损失掉的大量氮素，不仅是社会资源和能源的巨大浪费，而且同时也带来了环境污染，并影响我国农业的可持续发展。

尿素极易溶于水，转化为铵态氮之前一直随着水分移动。尿素的铵化过程受温度影响显著，此外，即便是在同一温度下，当农田土壤的自身特性、含水率、通气性等因素有明显差异时，尿素的铵化动态过程仍会有显著差异。现有施肥技术对尿素施入农田后的垂向移动与铵化动态关注较少，普遍轻视农田水分管理对尿素氮肥利用率的影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种土壤中尿素纵向迁移与铵化动态的测定方法，可精细研究尿素施用后在土壤中的垂直迁移规律和铵化动态，为有针对性的水肥综合管理提供依据，从而调控尿素的垂向移动距离和转化使之尽量停留在作物的根系密集层。

本发明通过以下技术方案实现：

一种土壤中尿素纵向迁移与铵化动态的测定方法，包括以下步骤：

（1）制作模拟土柱

取待研究的土壤或基质，根据具体研究需要将其调成所需含水量，装入直径为的柱形直筒中，土层高度根据研究需要设置，直筒底端裹有纱布，沉实稳定后制得模拟土柱；

（2）将模拟土柱置于所需研究的温度T下，待模拟土柱内外温度一致后，按研究需要施入尿素，施入尿素后的模拟土柱继续置于温度T下，实验的持续时间以及水分管理由具体的研究确定；与实验土柱处理相同但未施用尿素的土柱为对照土柱；

（3）实验过程定时取实验土柱和对照土柱测量指标，取样的次数表示为t，取样的时间间隔为H，对土柱分层取样，各取样土层的厚度根据需要确定，土层厚度记为L；土柱的各土层自上向下编号，用i表示；各土柱的总取土层数表示为，各土层的土重、重量含水率、干土铵态氮百分比含量、干土总氮百分比含量分别表示为、、、；对照土柱分层取样，测重量含水率，表示为，测量干土铵态氮百分比含量和干土总氮百分比含量，测量的重复数≥2，测量结果取平均，分别表示为和，分别计算标准差，表示为和；

（4）土壤中尿素纵向迁移速率MR的计算方法

式中，t为取样的次数，，i为土层编号，，L为取样时的土层厚度，t需满足，且；

（5）土壤中尿素铵化率AP的计算方法

式中，i和j为土层编号，且

m满足，

n满足。

进一步改进是，步骤（1）中柱形直筒，土层高度取土壤的耕作层厚度。

更进一步改进是，步骤（1）中土柱沉实稳定是指将制作的土柱静置一段时间，或者压实。

更进一步改进是，步骤（2）中施入尿素是指在土柱表面或表层土中均匀撒施尿素；或者将尿素配成溶液施用。针对旱田、水田类型进行不同施入方式，更切合实际情况。

更进一步改进是，模拟水田施入尿素采取：施用尿素溶液后随即向土柱上表面注水，使土柱上表面保持≥5cm厚度的水层；或者施用尿素溶液，要求尿素溶液在土表的厚度小于2mm，过夜后，第2天注水使土柱上表面保持≥5cm厚度的水层。

更进一步改进是，步骤（3）中取样土层的厚度L为2cm或1cm。

更进一步改进是，步骤（3）中重量含水率的测定：取土样称重，记为，，在105℃烘箱中烘6-8小时至恒重，测烘干土重，记为，重量含水率。

更进一步改进是，步骤（3）中铵态氮百分比含量的测定：取土样称重，记为，单位为g，，使用戴氏合金采用凯氏法测氮含量，记为，单位为mgN，土样中铵态氮百分比含量。

更进一步改进是，步骤（3）中总氮百分比含量的测定：取土样称重，记为，单位为g，，加浓硫酸消化，催化剂为重量比为9:1的硫酸钾与硫酸铜混合物，消化后的土样使用戴氏合金采用凯氏法测氮含量，记为，单位为mgN，土样中总氮百分比含量。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

本发明技术操作简便、结果可靠、可精细研究不同的水分运筹下尿素施用后在土壤中的垂直迁移规律和铵化动态，从而可有针对性的对水肥进行综合管理，调控尿素的垂向移动距离和转化，使之尽量停留在作物的根系密集层，进而实现氮素养分供给与农作物需求在时间、空间上高度耦合，实现在不断提高农作物产量和种植效益的的同时大幅控减尿素等化学氮肥的用量，促进农业的可持续发展。

具体实施方式

研究土壤面施尿素后在土壤中的垂直迁移速率和进入土壤中的尿素的铵化率，模拟土柱的直径=75mm，土柱中土层厚度为10cm，取样时每层土样厚2cm，实验温度为35℃，尿素用量为20kg/亩，即每根模拟土柱的尿素用量为0.132g，将尿素配成13.2g/L的母液，取10ml母液加入实验土柱，对照土柱则加10ml纯水，过夜后，各土柱加水至水层厚5cm。每天取一根实验土柱和一根对照土柱分层取样。实验土柱测土重、重量含水率、干土铵态氮百分比含量和干土总氮百分比含量；对照土柱测重量含水率、干土铵态氮百分比含量及标准差、干土总氮百分比含量及标准差。计算后发现有多天的数据均可用于计算尿素纵向迁移率MR，本案例选择第7次（即第7天）的数据计算MR，其中实验土柱第7天的测定结果见表1，第6天的=0.1841%，对照土柱第7天的测定结果见表2，第6天的=0.1853%，=0.002519%。本案例每天取样一次，所以可表示为1天、24小时、1440分钟、1/7周等多种方式。

土壤中尿素垂直迁移率MR的计算：

=7时，=0.1967%-0.1874%=0.0093%，=0.004374%，满足。

=6时，，=0.005038%，满足。

由上述计算可知，=7、时满足计算尿素纵向迁移率MR的条件，本案例的表示为1天。

土壤中尿素铵化率AP的计算：

本例计算第7天时土壤中尿素的铵化率AP。

基于m和n需满足的条件，判断m和n的数值。

时，

，

。

时，

，

。

时，

，

。

时，

。

由上述计算可以知，m=3、n=3时满足计算AP的条件

表1 第7天实验土柱的测定结果

表2 第7天对照土柱的部分测定结果