CN102972138B - 一种利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法，该方法通过注射技术直接将定量的水溶性养分注射到植物根系土壤中，从而使同一处理小区内的所有植株根层土壤中试验目标养分的浓度一致，从而克服大田试验的控制性差、土壤养分变异性大的缺点。即兼顾了大田试验的便利性，又极大程度上解决了大田试验存在的上述问题。由于不需要额外的多小区精确灌溉施肥设施，从而大幅减少试验的设备费用。减少设备的布设和操作对植物生长的影响，同时因为养分处理的均一性好，还能带来试验小区的面积大幅减小的额外优点。

Description

一种利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法

技术领域

本发明涉及一种利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法。

背景技术

通过土壤养分试验获得植物对土壤中根层养分的真实反应，是作物栽培学、土壤肥料学、植物生理学的重要研究手段。当前主要采用的方式及其优缺点见表1。

表1.主要养分试验方式的优缺点

	优点	缺点
			田间施肥试验	环境因子扰动小，土壤及光、温、气、热等环境因子与实际情况几乎没有差别，能够真实反映植物在自然条件下对养分的反应。成本低，工作强度小。	由于土壤空间变异性大，水分养分处理难以均匀施入，造成同一处理的不同植株根系部位的水溶性养分浓度差异较大。从而造成植株生长的个体差异性较大，取样及观察株定株困难。
基质栽培试验（水培、沙培、雾培等）	能够精确定量植物根系的养分水分条件。	和植物实际生存环境差别较大，尽管能够模拟植物生长环境的光、温、气、热等环境因子，但是包括土壤层次的扰动、根系微生态环境、植物群体结构的巨大改变不可避免。而且成本高工作强度大。

即要尽量模拟植物野外生长环境，又要满足水分养分处理精确控制，同时还要成本底、易操作的试验方法，一直是研究者追求的目标。田间小区试验，由于土壤的高度不均质性造成土壤中水溶性养分的空间变异性大，而且由于土壤的矿化作用，会释放出水溶性养分，造成根层水溶性养分在全生育期内浓度浮动较大，而且试验小区内由于灌溉技术的限制，水分的径流和不均匀分布难以避免，加剧了水溶性养分在空间上的不均匀分布，因此定量控制生育期内根层水溶性养分的浓度并实现在试验小区内的均匀分布比较困难，但是这恰恰是保证水溶性养分试验质量的关键。通过动态监测根层土壤水溶性养分的浓度，采用注射的方法来补足小区不同部位的水溶性养分，能够克服土壤矿化对养分浓度的影响，一定的注射深度能够克服水分径流对养分横向移动的影响。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法，该方法通过注射技术直接将定量的水溶性养分注射到植物根系土壤中，从而使同一处理小区内的所有植株根层土壤中试验目标养分的浓度一致，从而克服大田试验的控制性差、土壤养分变异性大的缺点。即兼顾了大田试验的便利性，又极大程度上解决了大田试验存在的上述问题。由于不需要额外的多小区精确灌溉施肥设施，从而大幅减少试验的设备费用。减少设备的布设和操作对植物生长的影响，同时因为养分处理的均一性好，还能带来试验小区的面积大幅减小的额外优点。

本发明所述的一种利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法，通过注射技术直接把养分定量注射进入植物根系层次的土壤中，具体操作按下列步骤进行：

a、选择田间试验的地块，并在地块上划分小区，根据小区的面积确定监测单元（4），并确定土壤养分监测位点（2），根据植物生长位置（1）确定注射位点（3）；

b、注射位点的确定：在种植密度为3.75×10⁴～3.00×10⁵plant∙hm^-2的密植模式的宽窄行种植和等行距种植模式中选择相邻4株植株为一个单元，在单元的中间位置设定为注射位点（3）；在种植密度为7.50×10³～3.75×10⁴plant∙hm^-2的稀植模式中对每棵植株茎基部20cm处设定注射位点（3）；

c、土壤养分监测位点的确定：将试验小区划分成2m×2m的小片田块为监测单元（4），每个监测单元（4）的中心位置为养分监测位点（2）；

d、在首次灌水施肥时，提前2天对每个小区的养分监测位点（2）进行养分监测，并按常规方法计算出各个注射位点（3）的注肥量；

e、再用连续注射器在各个注射位点（3）将计算得到的养分以溶液的形式直接定量注射到作物根系附近的土壤中，注射深度10-20cm。

步骤d在养分监测中对养分监测位点（2）的根层土壤取样，确定试验作物不同生育期主要根系的分布深度，在每次灌溉施肥前，用土钻取该生育阶段根层土体土样，将取出的新鲜土样充分混匀后，进行养分浓度速测和土壤含水量速测。

本发明所述的一种利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法，该方法：

按照试验目的选择适合田间试验的地块，按试验要求在地块上划分小区，按照试验设计确定各生育阶段的根层土体所研究养分的目标含量；

确定各个处理小区的注射位点和土壤养分监测位点，在种植密度为3.75×10⁴～3.00×10⁵plant∙hm^-2的密植模式的宽窄行种植和等行距种植中选择相邻4株植株为一个注射单元，在注射单元的中间位置设定注射位点；在种植密度为7.50×10³～3.75×10⁴plant∙hm^-2的稀植模式中对每棵植株茎基部20cm处设定为注射位点；土壤养分监测位点的确定：将试验小区划分成2m×2m的小片田块为监测单元，每个监测单元的中心位置为养分监测位点；

在首次灌水施肥时，提前2天通过在每个小区的监测位点进行养分监测后计算各个注射位的注肥量；

监测位点的根层土壤取样及测定的方法为：

确定试验作物不同生育期主要根系的分布深度：比如小麦苗期为0-30cm，拔节期过后为0-60cm；棉花苗期为0-30cm，初花期后为0-60cm；

在每次灌溉施肥前，用土钻取该生育阶段根层土体土样，新鲜土样充分混匀后，进行养分浓度速测和土壤含水量速测；

注射施肥量的计算方法为：

土壤养分残留量的计算：根据测定的监测位点土壤根层的新鲜土样的养分浓度、土壤容重及其相应的土壤含水量，计算监测位点土壤根层的养分绝对含量，即根层土体土壤养分总量；

对于试验设计为根层养分调控的试验，注射施肥量等于该养分的根层目标含量减去根层土体土壤该养分总量，对于试验设计为每个小区总施肥量的试验，可以按照监测位点的监测结果把肥料在各个监测单元进行补缺分配，再根据每个监测单元内注射位点的多少，进行平均分配，计算每个注射位点的养分注射量；

用连续注射器在注射位把计算得到的养分以溶液的形式直接定量注射到作物根系附近的土壤中，注射深度10-20cm；

在每次灌水施肥时重复在每个小区的监测位点进行养分监测后计算各个注射位的注肥量，用连续注射器在注射位点将计算得到的养分以溶液的形式直接定量注射到作物根系附近的土壤中，直至试验结束；

根据试验要求及土壤均一性情况，可以减少或取消监测位点。

附图说明

图1为本发明注射位点和土壤养分监测位点的空间分布图，其中a为 密植模式，b为稀植模式；1为植物生长位，2为土壤养分监测位，3为养分注射位，4为监测单元；

图2为本发明土壤养分取样位在小区中的空间分布图，其中5为膜幅，6为棉花行，7为土壤取样位，8为试验小区；

图3为本发明不同灌水施肥模式对棉花吐絮期根层土壤中硝态氮浓度的影响图，其中a为漫灌模式，b为滴灌模式，c为注射模式；9为该位点测得的土壤硝态氮浓度，单位为mg∙kg^-1，10为灌溉水入口。

具体实施方式

实施例

2011年在北疆石河子农八师一四九团五连的高产棉田上进行了不同水肥处理方式对土壤硝态氮的影响的试验，供试土壤为灌耕灰漠土，土壤肥力中等，土质沙质壤土，供试棉花品种为新陆早26号（cv.‘Xinluzao26’），种植模式为超宽膜植棉，膜幅2.05m，一膜六行两滴灌管，实际保苗2.415×10⁵plant∙hm^-2，小区面积10m×7m=70m²，即每小区3个膜幅，18个小行，10m长，处理设置如下：

处理1：常规滴灌处理，即采用生产中已经推广的滴灌系统进行灌溉施肥，合计灌溉525mm，灌水8次，以尿素随水滴入的方式累积施入纯氮310 kg∙hm^-2，8次平均分配施尿素的量；

处理2：漫灌处理，即采用撒施肥料后漫灌的方式进行灌溉，合计灌溉525mm，灌水4次，以尿素的方式累积施入纯氮310 kg∙hm^-2，4次平均分配施尿素的量；

处理3：采用本发明所述的利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法进行施肥，在灌水前2天，在监测位点2取样速测硝态氮含量，然后以目标含量减去土壤中的速测含量为实际注射施肥量，然后以尿素近饱和溶液的方式累积施入了纯氮310 kg∙hm^-2，灌溉采用滴灌系统进行灌溉，按照当地高产栽培规程的管理方法进行管理；

注射模式具体步骤：

注射位点的确定：试验采用了密植模式的宽窄行棉花种植模式，选择窄行相邻4株植株为一个注射单元，在单元的中间位置设定注射位点3；

土壤养分监测位点的确定：根据小区的面积大小把小区划分为15个2m×2m的小片田块为监测单元4，每个监测单元4的中心位置为养分监测位点2；

在首次灌水施肥时，提前2天对每个小区的养分监测位点2进行养分监测，监测的方法为：首先明确作物的根层，根据文献资料可知，棉花初花期以前根系主要分布层次为0-30cm，初花期以后根系主要分布层次为0-60cm，然后对养分监测位点2的棉花该生育阶段的根层土壤进行取样，由于首次灌水是在初花前，取深度为0-30cm的根层混合土样，再对该土样进行土壤硝态氮浓度速测，方法为：将取出的新鲜土样继续混匀，称取100g加入100ml 0.01 mol∙l^-1的CaCl₂，振荡3min后过滤，用德国Merck公司生产的反射仪测定滤液中的硝酸盐浓度，同时取部分土样用烘干法测定土壤含水量；

计算根层土壤硝态氮养分残留量：方法为根据测定的监测位点土壤根层的新鲜土样的硝态氮浓度、土壤容重及其相应的土壤含水量，计算小区内全部15个监测单元土壤根层的硝态氮绝对含量；

计算每个注射位点的注射施肥量：方法为根据不同监测单元根层硝态氮总量的多少，将此次的总施肥量，按照纯氮含量计算，在15个监测单元进行补齐分配，得到各个监测单元的施尿素量（尿素进入土壤中会转化为硝态氮），进一步计算出各个注射位点的施尿素量；

用连续注射器把计算得到的尿素以水溶液的形式注射到该注射位点（3）的土壤中，注射深度10-20cm；

方法试验土壤取样及硝态氮的测定：在9月19日，棉花行6已经进入吐絮期，用土钻在窄行中间取样位，在每个小区8的每个膜幅5前中后各取1个点，即每小区8合计取9个点，土壤取样位7在小区内的空间分布（图2），每个点取0-30cm深度混合土样，取后立即冰冻保存，样品处理和测定步骤如下：解冻后，将样品充分混匀过2mm筛，称取10ｇ土壤样品，加入100ml 0.01mol∙l^-1的CaCl₂，振荡30min后过滤，浸提液立刻冰冻保存,测定前将浸提液解冻，利用流动分析仪AA3（德国BRAN+LUEBBE公司）测定土壤硝态氮含量；

在以后的每次灌水施肥时重复在每个小区的监测位点进行根层养分监测后计算各个注射位的注肥量和用连续注射器在注射位点将计算得到的养分以溶液的形式直接定量注射到作物根系附近的土壤中，直至试验结束；

试验结果：

试验结果表明（图3），在漫灌模式下（a），由于灌溉的冲刷作用棉花根层（0-50cm）土壤中硝态氮的浓度呈现明显的阶梯变化，小区内离灌溉水入水口10越近硝态氮浓度越低，离灌水入口10越远硝态氮含量越高，显然在这种条件下进行氮素的养分试验是有问题的；

在滴灌模式下（b），土壤中的硝态氮浓度呈现明显的条带化分布，虽然试验中采用了质量较好的滴灌材料，为了保证各个滴灌带输出水量的一致，各个接头都有压力平衡设计，但是试验结果表明，各滴灌带输出的养分含量还是差别较大，才造成小区内土壤中硝态氮的分布不均，而且由于种种原因同一根滴灌带上不同部分也出现较大差异，在实施过程中，因为设备的布设和维护复杂，需要稳定的电源，水源供应，造成试验操作强度大；

在本发明注射施肥模式下（c），其中5为膜幅，6为棉花行，7为土壤取样位，8为试验小区，土壤中硝态氮的分布呈现了良好的均一性，由于每次都是直接用连续注射器在根层10cm处注射，结合滴灌方式下水分径流小的特点，实现了注入养分的均匀分配，而且实施极为方便，可以直接把试验小区布设在农户的大田中，利用农户自有的滴灌系统，只需要定期把设计的养分注射进入土壤即可，不需要考虑困难的试验管理问题，即保证了对植物生长环境扰动的最小化，又大大的降低了养分试验的劳动强度，而且实现了常规养分试验难以达到的精度。

Claims (1)

1.一种利用原位注射技术的土壤水溶性养分试验方法，其特征在于通过注射技术直接把养分定量注射进入植物根系层次的土壤中，具体操作按下列步骤进行：

a、选择田间试验的地块，并在地块上划分小区，根据小区的面积确定监测单元（4），并确定土壤养分监测位点（2），根据植物生长位置（1）确定注射位点（3）；

b、注射位点的确定：在种植密度为3.75×10⁴～3.00×10⁵plant∙hm^-2的密植模式的宽窄行种植和等行距种植模式中选择相邻4株植株为一个单元，在单元的中间位置设定为注射位点（3）；在种植密度为7.50×10³～3.75×10⁴plant∙hm^-2的稀植模式中对每棵植株茎基部20cm处设定注射位点（3）；

c、土壤养分监测位点的确定：将试验小区划分成2m×2m的小片田块，作为监测单元（4），每个监测单元（4）的中心位置为养分监测位点（2）；

d、在首次灌水施肥时，提前2天对每个小区的养分监测位点（2）进行养分监测，并按常规方法计算出各个注射位点（3）的注肥量，其中在养分监测中对养分监测位点（2）的根层土壤取样，确定试验作物不同生育期主要根系的分布深度，在每次灌溉施肥前，用土钻取该生育阶段根层土体土样，将取出的新鲜土样充分混匀后，进行养分浓度速测和土壤含水量速测；

e、再用连续注射器在各个注射位点（3）将计算得到的养分以溶液的形式直接定量注射到作物根系附近的土壤中，注射深度10-20cm。