不同施肥措施對(duì)河套灌區(qū)鹽化潮土氨揮發(fā)及氧化亞氮排放的影響①

武 巖，紅 梅*，林立龍，美 麗，張建強(qiáng)

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不同施肥措施對(duì)河套灌區(qū)鹽化潮土氨揮發(fā)及氧化亞氮排放的影響①

武 巖1，紅 梅1*，林立龍2，美 麗1，張建強(qiáng)3

(1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)/內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤質(zhì)量與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010010；2 內(nèi)蒙古土壤肥料工作站，呼和浩特 010011；3 杭錦后旗農(nóng)業(yè)推廣中心，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000)

本研究以河套灌區(qū)農(nóng)田鹽化潮土為研究對(duì)象，通過(guò)靜態(tài)暗箱-氣相色譜法和田間土壤氨揮發(fā)原位測(cè)定法(通氣法)，研究了4種不同施肥措施(農(nóng)民習(xí)慣施肥、膨潤(rùn)土+農(nóng)民習(xí)慣施肥、生物炭+農(nóng)民習(xí)慣施肥、腐殖酸+農(nóng)民習(xí)慣施肥，分別標(biāo)記為CK、B、C、HA)對(duì)土壤氨(NH3)揮發(fā)及氧化亞氮(N2O)排放的影響。結(jié)果表明： B處理可以顯著降低土壤N2O的排放，其N(xiāo)2O累計(jì)排放量較CK降低30.9%，氮肥損失率較CK降低31.5%；其他處理N2O累計(jì)排放量與CK無(wú)顯著差異。各處理NH3揮發(fā)速率于施肥灌水后3 ~ 5 d達(dá)到峰值，之后逐漸降低趨于平穩(wěn)。B、C、HA處理可以顯著降低土壤NH3揮發(fā)，NH3累計(jì)揮發(fā)量較CK降低56.0%、41.2%、49.0%，氮肥損失率較CK降低56.0%、41.2%、52.1%。相關(guān)性分析表明，土壤溫度和空氣溫度與土壤N2O的排放呈顯著正相關(guān)；生育期土壤含水量處于151.2 ~ 203.3 g/kg，在這一范圍內(nèi)，土壤含水量與土壤N2O的排放呈正相關(guān)關(guān)系。B處理可顯著降低土壤NH3揮發(fā)及N2O排放，且比CK增產(chǎn)11.1%，是較為合理的施肥措施。

施肥措施；NH3；N2O；河套灌區(qū)

目前，我國(guó)主要糧食作物的氮肥利用率不到30%[1]，氮肥利用率低已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的一大難題。氮肥施入土壤后除被作物吸收利用外,一部分隨水淋溶至土壤深層[2-3]，一部分以NH3或NOX的形式排放到大氣中[4-5]，其中，NH3揮發(fā)是氮肥氣態(tài)損失的主要途徑[6-8]。有研究表明，進(jìn)入大氣中的NH3可以通過(guò)降雨、干沉降等方式重新進(jìn)入農(nóng)田，引起土壤、水體氮素富營(yíng)養(yǎng)化和土壤酸化[9-10]。

農(nóng)田土壤排放到大氣中的N2O占人類(lèi)活動(dòng)排放總量的65% 左右,對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率達(dá)到7%[11-12]。N2O可以在大氣中穩(wěn)定存在150 a左右[9-10]，其增溫效應(yīng)約為CO2的265倍，CH4的23倍[13]，與其他溫室氣體相比，N2O不僅增溫效應(yīng)顯著，且增溫潛勢(shì)巨大[14]。

農(nóng)田NH3揮發(fā)及N2O排放主要受到氣候因素、土壤因素及農(nóng)業(yè)措施等方面的影響，而采用合理的施肥措施是減少農(nóng)田NH3揮發(fā)和N2O排放的主要方法[15]。膨潤(rùn)土、生物炭、腐殖酸是3種普遍施用的改土肥料，它們固有的結(jié)構(gòu)特征和理化特性使其擁有了較強(qiáng)的吸附能力，可以有效減少農(nóng)田NH3揮發(fā)及N2O的排放[16]。在近幾年對(duì)其減少氮肥揮發(fā)損失、提高氮肥利用率的研究中發(fā)現(xiàn)，由于研究方法和研究材料的不同，所得出的結(jié)論也不盡一致。劉玉學(xué)等[17]和王欣欣等[18]通過(guò)對(duì)稻田土壤的研究發(fā)現(xiàn)，生物炭的施入不僅改善了土壤的理化性質(zhì)，還增強(qiáng)了土壤對(duì)NO– 3的吸附能力，進(jìn)而對(duì)稻田N2O的排放產(chǎn)生了抑制作用。高德才等[19]認(rèn)為，在旱地土壤中施入少量生物炭(<5 t/hm2)提高了土壤pH，增強(qiáng)了反硝化細(xì)菌的活性，進(jìn)而促進(jìn)了N2O的排放；相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，腐殖酸、膨潤(rùn)土對(duì)土壤中NH4+和NO– 3有較好的絡(luò)合和吸附能力[20-21]，對(duì)減少農(nóng)田NH3揮發(fā)和N2O排放有很大的應(yīng)用前景，但目前關(guān)于腐殖酸、膨潤(rùn)土對(duì)農(nóng)田氮肥氣態(tài)損失的研究還罕見(jiàn)報(bào)道。前人多以N2O排放或NH3揮發(fā)進(jìn)行單獨(dú)研究，兩者相結(jié)合的研究較少，且針對(duì)其施肥措施的單一性和研究結(jié)果的不確定性，本文就不同施肥措施下土壤NH3揮發(fā)及N2O排放同時(shí)展開(kāi)研究，以期為提高河套灌區(qū)農(nóng)田氮肥利用率和增強(qiáng)綜合環(huán)境效應(yīng)的施肥措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市杭錦后旗頭道橋鎮(zhèn)聯(lián)增村(40°26′ ~ 41°13′N(xiāo) ,106°34′ ~ 107°34′E)，地處河套平原，海拔1 032 ~ 1 050 m；屬溫帶大陸性氣候，年均氣溫7.9 ℃，年均降雨量136.5 mm；土壤以硫酸鹽–氯化物鹽化潮土為主。供試土壤(0 ~ 20 cm)的基本理化性質(zhì)為pH 8.2，有機(jī)質(zhì)12.8 g/kg，全氮0.8 g/kg，有效磷8.1 mg/kg，速效鉀102.1 mg/kg，堿化度233.8 g/kg，鹽度5.3 g/kg，NO– 3-N 7.4 mg/kg，NH4+-N 3.2 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以玉米內(nèi)單314為研究對(duì)象，共設(shè)4個(gè)處理，具體為：①農(nóng)民習(xí)慣施肥(磷酸二銨600 kg/hm2做基肥+ 尿素825 kg/hm2做追肥)，小區(qū)代碼CK；②農(nóng)民習(xí)慣施肥+ 膨潤(rùn)土(6 t/hm2)，小區(qū)代碼B；③農(nóng)民習(xí)慣施肥+ 生物炭(1.5 t/hm2)，小區(qū)代碼C；④農(nóng)民習(xí)慣施肥+ 腐植酸(1.5 t/hm2)，小區(qū)代碼HA。以上肥料施用量均按照商品推薦用量施用，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。玉米于2015年9月15日進(jìn)行收獲，其他管理措施同大田。

灌水及施肥：在玉米全生育期內(nèi)施肥、灌水3次，氮肥的 50%與全部磷肥在播種前基施(5月3日)，6月19日第一次追肥，7月9日第二次追肥，追肥種類(lèi)為尿素，第一次追施全部氮肥的 30%，第二次追施全部氮肥的 20%。試驗(yàn)區(qū)灌溉用水量750 ~ 900 m3/hm2，第一次灌水在5月11日；第二次灌水在6月21日，第三次灌水在7月10日。

1.3 樣品的采集及測(cè)定

N2O氣體的采集與檢測(cè)：靜態(tài)暗箱由箱體和底座兩部分組成。箱體使用1.2 cm厚不銹鋼板焊接制成，長(zhǎng)50 cm寬50 cm高50 cm，在一側(cè)距底部約 25 cm處接取氣三通閥，在其旁有溫度探測(cè)口，箱外層包覆泡沫層用來(lái)保溫，箱內(nèi)頂部安裝小型風(fēng)扇用以混合箱內(nèi)氣體；選每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)位置安裝底座，底座長(zhǎng)、寬、高為 50 cm × 50 cm × 15 cm，底座插入土層 12 cm深處，整個(gè)生長(zhǎng)季不再移動(dòng)，底座上有水槽用于注水，用以密封箱體。氣體每7 d采集1次，追肥后每2 d采集1次，追肥1周后恢復(fù)7 d采集1次，于每天上午 8:30—11:30進(jìn)行，分別于關(guān)箱后的 0、10、20、30 min 采用注射器采氣，用300 ml氣袋收集氣體，收集氣體帶回實(shí)驗(yàn)室用Picarro G2308 N2O CH4H2O分析儀測(cè)定N2O含量。

N2O排放通量根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算[22]：

=×× d/d× 273/(273+) (1)

式中：為被測(cè)氣體排放通量(N2O，μg/(m2·h))，為被測(cè)氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體密度(kg/m3)，為采樣箱的有效高度(m)，d/d為箱體內(nèi)被測(cè)氣體的濃度變化率，為采樣時(shí)箱內(nèi)平均氣溫(℃)，273 為氣態(tài)方程常數(shù)。對(duì)N2O的測(cè)定只是排放通量的測(cè)定，可以根據(jù)兩次監(jiān)測(cè)的間隔天數(shù)估算出這一段時(shí)間溫室氣體的累計(jì)排放量。N2O的累計(jì)排放量(N2O，kg/hm2)=N2O的排放通量(N2O，mg/(m2·h)) ×測(cè)定間隔天數(shù)(d) × 24(h) ×10–2。

NH3揮發(fā)的采集與測(cè)定：試驗(yàn)采用通氣法來(lái)測(cè)定NH3的揮發(fā)量。該方法操作方便，且測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，回收率高達(dá)99.5%[23]。裝置以聚氯乙烯硬質(zhì)塑料管制成，內(nèi)徑15 cm，高10 cm，分別將兩塊厚度均為2 cm、直徑為16 cm的海綿均勻浸以15 ml的磷酸甘油溶液(50 ml磷酸 + 40 ml丙三醇，定容至1 000 ml)后，置于硬質(zhì)塑料管中，下層的海綿距管底5 cm，上層的海綿與管頂部相平。土壤NH3揮發(fā)的捕獲于施肥后的當(dāng)天開(kāi)始，在各小區(qū)隨機(jī)放置3 個(gè)通氣法捕獲裝置，次日早晨8:00 時(shí)取樣。每施肥灌水后第1周，1 ~ 2 d取樣1次；第2 ~ 3周，視檢測(cè)到的NH3揮發(fā)量進(jìn)行取樣，如揮發(fā)量較多，每1 ~ 3 d天取樣1次，揮發(fā)量較少，取樣時(shí)間可延長(zhǎng)到7 d取樣1次。將通氣法裝置中下層的海綿分別裝入500 ml的塑料振蕩瓶中，加300 ml的 2 mol/L的KCl溶液，使海綿完全浸于其中，振蕩1 h后，浸提液中的NH3-N用連續(xù)流動(dòng)分析儀(FIAstar5000)測(cè)定。

計(jì)算土壤NH3揮發(fā)速率的公式為：

NH3揮發(fā)速率(N，kg/(hm2·d))= [/ (×)] × 10–2(2)

式中：為通氣法單個(gè)裝置平均每次測(cè)得的氨量(N，mg)；為捕獲裝置的橫截面積(m2)；為每次連續(xù)測(cè)定的時(shí)間(d)。NH3的累計(jì)排放量(N，kg/hm2)= NH3的揮發(fā)速率(N，kg/(hm2·d))×。

土壤樣品的采集與測(cè)定：于每次收集氣體后，用直徑5 cm的土鉆多點(diǎn)采集0 ~ 10 cm土層土樣，采用烘干法測(cè)定土壤含水量。于每次施肥連續(xù)收集氣體一周后及玉米收獲后，多點(diǎn)采集0 ~ 20 cm土層土樣，形成混合土樣，用2 mol/L的KCl溶液浸提(水土比10︰1)，用連續(xù)流動(dòng)分析儀(FIAstar5000)測(cè)定其N(xiāo)O– 3-N和NH4+-N的含量。

玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成考察：玉米收獲時(shí)全區(qū)考察空稈數(shù)、雙苞數(shù)、有效穗數(shù)，每小區(qū)選取有代表性的15株玉米，考察其穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重，分小區(qū)單收單曬記產(chǎn)。

其他相關(guān)計(jì)算公式：

N2O排放導(dǎo)致的氮肥損失率=N2O-N排放損失總量/施氮量×100% (3)

NH3揮發(fā)導(dǎo)致的氮肥損失率=NH3-N揮發(fā)損失總量/施氮量×100% (4)

經(jīng)濟(jì)收入=玉米產(chǎn)值(玉米產(chǎn)量×玉米市場(chǎng)價(jià)格)-種植成本(種子成本+肥料成本+人工勞動(dòng)投入) (5)

1.4 數(shù)據(jù)分析

本文所有數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2003整理、作圖，SAS9.2 進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果分析

2.1 不同施肥措施對(duì)土壤N2O排放的影響

2.1.1 N2O排放速率動(dòng)態(tài)特征 從整個(gè)生育期N2O排放通量動(dòng)態(tài)變化(圖1)可見(jiàn)，各施肥處理與CK N2O排放通量變化情況基本一致，但其N(xiāo)2O排放通量存在明顯差異。施入基肥后，各處理N2O排放通量較小且變化平穩(wěn)，未出現(xiàn)排放峰值，結(jié)合圖2可知，基肥時(shí)期溫度較低，微生物活性差可能是其排放較低的原因之一。第一次追肥后7 d，各處理N2O排放通量達(dá)到峰值，其峰值大小順序?yàn)镃K(5.54 mg/(m2·h))> C(5.40 mg/(m2·h))>B(4.57 mg/(m2·h))> HA(3.43 mg/(m2·h))，空氣溫度和土壤溫度也在該天達(dá)到最高值，可見(jiàn)溫度的升高促進(jìn)了N2O的排放，峰值過(guò)后各處理N2O排放通量于7月7日降低至同一水平，第二次追肥后7 d，即7月15日其N(xiāo)2O排放通量又有所上升，后逐漸降低。

由表1可以看出，空氣溫度和土壤溫度與各處理N2O排放通量均呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.537 7 ~ 0.721 4，其中空氣溫度與N2O排放通量相關(guān)性較好。玉米生育期土壤含水量變化范圍處于151.2 ~ 203.3 g/kg，在這一范圍內(nèi)，土壤含水量對(duì)N2O排放通量無(wú)顯著相關(guān)性，但可以看出均呈正相關(guān)關(guān)系。

表1 環(huán)境因子與N2O排放通量的相關(guān)性分析

注：*表示在<0.05水平顯著相關(guān)，**表示<0.01水平顯著相關(guān)。

2.1.2 N2O累計(jì)排放特征及其氮肥損失率 由表2可見(jiàn)，基肥時(shí)期各處理N2O累計(jì)排放量存在顯著差異(<0.05)，B和HA處理N2O累計(jì)排放量較CK分別降低了91.7% 和69.9%；第一次追肥期C和HA處理N2O累計(jì)排放量較CK分別升高了24.1% 和12.7%,，但差異未達(dá)到顯著水平；第二次追肥時(shí)期各處理N2O累計(jì)排放量較小，并無(wú)顯著差異。B處理全生育期N2O累計(jì)排放量顯著低于CK，其N(xiāo)2O累計(jì)排放量較CK降低30.9%；CK、C、HA處理N2O累計(jì)排放量無(wú)顯著差異，其中CK排放量最大，達(dá)8.22 kg/hm2。

從3次施肥時(shí)期可以看出，各處理第一次追肥期N2O累計(jì)排放量均顯著高于其他施肥時(shí)期(<0.05)。基肥時(shí)期由于天氣溫度較低，土壤微生物活性差，對(duì)硝化作用的促進(jìn)效果較差，所以土壤中排放的N2O量較少；在第一次追肥后，玉米進(jìn)入拔節(jié)期，天氣轉(zhuǎn)暖，溫度上升，達(dá)到了硝化作用發(fā)生的最適土壤溫度，土壤微生物活性增強(qiáng)，從而促進(jìn)了硝化與反硝化作用的進(jìn)行，所以該階段土壤N2O排放量最大；當(dāng)?shù)诙巫贩屎螅衩走M(jìn)入抽雄期，開(kāi)始由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為生殖生長(zhǎng)，這一時(shí)期是玉米一生中生長(zhǎng)發(fā)育最快，對(duì)養(yǎng)分、水分、溫度、光照要求最多的時(shí)期，也是玉米作物對(duì)氮素利用最多的時(shí)期，這可能是各處理N2O累計(jì)排放量較小的原因。

在各處理施入氮素量不等的條件下，氮肥損失率表現(xiàn)為CK(1.08%) >C(1.07%) >HA(0.87%) >B (0.74%)，其中CK 和C 處理的肥料氮損失率較為接近，B 處理的氮肥損失率僅為CK 的68.5%，說(shuō)明B 處理可以有效減少土壤N2O 排放導(dǎo)致的氮肥損失。

表2 不同施肥處理對(duì)各時(shí)期N2O累計(jì)排放量及其氮肥損失率的影響

注：括號(hào)[ ]內(nèi)數(shù)值表示通過(guò)N2O排放損失的純N量(N，kg/hm2)；同行數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示同一處理不同時(shí)期N2O排放量在<0.05 水平差異顯著，同列數(shù)據(jù)后不同大寫(xiě)字母表示同一時(shí)期不同處理N2O排放量在<0.05 水平差異顯著，表3同。

2.2 不同施肥措施對(duì)土壤NH3揮發(fā)損失的影響

2.2.1 NH3揮發(fā)速率動(dòng)態(tài)特征 如圖3所示，在不同施肥時(shí)期，4種施肥處理下NH3揮發(fā)速率存在明顯差異。施基肥后4 ~ 5 d，各處理NH3揮發(fā)速率先后達(dá)到峰值，其峰值大小順序?yàn)镃K(2.95 kg/(hm2·d))>C (1.48 kg/(hm2·d))>HA(1.21 kg/(hm2·d))>B(1.03 kg/(hm2·d))，此后逐漸降低，于6月18日各處理NH3揮發(fā)速率降低至無(wú)明顯差異。兩次追肥后從NH3的揮發(fā)速率動(dòng)態(tài)變化可以看出規(guī)律，各處理NH3揮發(fā)速率都表現(xiàn)為在施肥灌水后3 ~ 5 d達(dá)到峰值，隨后逐漸降低。通過(guò)相關(guān)性分析可知，溫度和土壤含水量對(duì)NH3揮發(fā)均無(wú)顯著影響。3次施肥中，隨著施入土壤中的氮素逐漸減少，各施肥時(shí)期NH3揮發(fā)速率峰值也逐漸降低，可見(jiàn)，施入土壤中的氮素量是影響土壤NH3揮發(fā)的主要原因。

2.2.2 NH3的累計(jì)揮發(fā)特征及其氮肥損失率 如表3所示，4種施肥處理下，不同施肥時(shí)期NH3累計(jì)揮發(fā)量存在顯著差異(<0.05)。各處理基肥時(shí)期NH3累計(jì)揮發(fā)量顯著高于其他施肥時(shí)期，其中CK基肥時(shí)期NH3累計(jì)揮發(fā)量最大，為N 32.19 kg/hm2，隨著追施氮素量的逐漸減少，B、C、CK處理3次施肥時(shí)期NH3累計(jì)揮發(fā)量也逐漸降低。

不同施肥處理下NH3累計(jì)揮發(fā)量差異顯著(< 0.05)，B、C、HA處理各施肥時(shí)期NH3累計(jì)揮發(fā)量均顯著低于CK，3個(gè)施肥時(shí)期中CK 的NH3累計(jì)揮發(fā)量分別為N 32.19 、6.28、4.03 kg/hm2。CK的NH3總揮發(fā)量最高，為N 42.51 kg/hm2，NH3揮發(fā)導(dǎo)致的氮肥損失率為8.72%。B、C、HA處理生育期NH3總揮發(fā)量均顯著低于CK，NH3揮發(fā)總量較CK降低56.0%、41.2%、49.0%，氮肥損失率較CK降低56.0%、41.2%、52.1%。

2.3 不同施肥措施對(duì)土壤NO– 3-N、NH4+-N含量的影響

不同施肥處理0 ~ 20 cm 土層中NO– 3-N、NH4+-N含量如表4所示。B、C、HA處理各時(shí)期土壤表層NO– 3-N含量與CK無(wú)顯著差異，但均高于CK，收獲后其N(xiāo)O– 3-N含量分別比CK高出17.6%、18.6% 和34.9%，說(shuō)明膨潤(rùn)土、生物炭和腐殖酸的施入對(duì)于提高NO– 3-N在土壤中的存留時(shí)間和保存量有著一定作用。各處理NH4+-N含量要明顯低于于NO– 3-N含量，且隨著施肥次數(shù)的增加其土壤中NH4+-N含量逐漸降低，于收獲后達(dá)到最低。B、C、HA處理各時(shí)期土壤NH4+-N含量均高于CK，收獲后其N(xiāo)H4+-N含量比CK分別高出55.6%、36.8% 和25.2%，可見(jiàn)，膨潤(rùn)土、生物炭和腐殖酸施入土壤后，使土壤對(duì)NH4+固定能力得到一定的加強(qiáng)。

表3 不同施肥處理對(duì)各時(shí)期NH3累計(jì)揮發(fā)量及其氮肥損失率的影響

表4 不同施肥處理對(duì)土壤NO– 3-N、NH4+ -N含量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示同一時(shí)期不同處理NO– 3-N 或NH4+-N含量在<0.05 水平差異顯著。

2.4 不同施肥措施對(duì)玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表5所示，各處理玉米籽粒產(chǎn)量在11 683 ~ 12 980 kg/hm2，其中B處理的玉米籽粒產(chǎn)量最高，為12 980kg/hm2，CK玉米籽粒產(chǎn)量最低，僅為11 683 kg/hm2。B、C、HA處理較CK均能顯著提高玉米籽粒產(chǎn)量(<0.05)，分別增產(chǎn)11.1%、9.6% 和10.2%，其產(chǎn)量增長(zhǎng)較為平穩(wěn)。與玉米產(chǎn)量相比，其經(jīng)濟(jì)效益規(guī)律大體相似，膨潤(rùn)土、生物炭和腐殖酸的施用顯著增加了玉米的經(jīng)濟(jì)利益，與CK相比，平均每公頃玉米收益增加了8.7%、6.8% 和7.6%。

表5 不同施肥處理對(duì)籽粒產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)收益的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示不同處理籽粒產(chǎn)量或經(jīng)濟(jì)效益在<0.05 水平差異顯著。

3 討論

3.1 不同施肥措施對(duì)土壤NH3揮發(fā)及N2O排放的影響

生物質(zhì)炭對(duì)土壤的改良作用一直是人們研究的熱點(diǎn)，它施入土壤后可以提高土壤的吸附能力，改善土粒結(jié)構(gòu)[17]，是農(nóng)民常用的土壤改良肥料。相關(guān)研究表明，生物質(zhì)炭在稻田施用和在旱田施用對(duì)土壤N2O排放的影響截然不同。劉玉學(xué)等[17]認(rèn)為，生物質(zhì)炭可以顯著減少稻田土壤N2O的排放量。這是因?yàn)榈咎锿寥乐兴趾看螅镔|(zhì)炭的施用改善了稻田土壤土粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土壤的通氣性，抑制了反硝化作用和歧化作用的進(jìn)行，促進(jìn)了土壤中有機(jī)物質(zhì)以N2O和O2為原料發(fā)生的非生物反應(yīng)，從而減少了N2O的排放量。高德才等[19]和Zhang等[24]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭可以顯著降低旱地N2O的排放，當(dāng)生物質(zhì)炭施用量達(dá)到20 t/hm2時(shí)可以顯著減少土壤對(duì)N2O的排放量，施用量達(dá)到40 t/hm2時(shí)對(duì)N2O的排放降幅在54.3% ~ 56.7%，這可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭的大量施用，增加了土壤的陽(yáng)離子交換量，從而對(duì)NH4+的固定量增加，減少了硝化作用的氮源，抑制了N2O的生成。本研究中生物質(zhì)炭的施入量?jī)H為1.5 t/hm2，對(duì)土壤N2O的排放無(wú)抑制作用，與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理N2O的累計(jì)排放量較為接近，但均高于其他施肥處理。其原因可能是少量生物質(zhì)炭的施用，雖然增加了土壤陽(yáng)離子交換量，使土壤膠體對(duì)NH4+的固定能力加強(qiáng)，從根本上減弱了硝化作用的進(jìn)行和NH3的揮發(fā)，但生物質(zhì)炭的施入，提高了土壤pH(由原來(lái)的8.2提升至8.7)，加強(qiáng)了硝化微生物的活性，產(chǎn)生了更多的硝酸鹽，為反硝化作用提供了充足的底物，此消彼長(zhǎng)之下，未能對(duì)土壤N2O的排放產(chǎn)生抑制作用。本研究前期雖已考慮到1.5 t/hm2生物質(zhì)炭的施用量可能對(duì)N2O排放抑制作用較差，但20t/hm2的施用量成本過(guò)高，農(nóng)民不能接受，其推廣意義不大，故未增大生物質(zhì)炭施用量。

目前，膨潤(rùn)土對(duì)農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)及N2O排放影響方面的研究還罕見(jiàn)報(bào)道。膨潤(rùn)土作為土壤改良材料可提高肥料和水分的蓄積能力，改良土壤，提高作物產(chǎn)量。相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，膨潤(rùn)土的陽(yáng)離子交換量一般在50 ~ 90 cmol/kg，比一般土壤要高出5 ~ 6倍[25]，施入膨潤(rùn)土可以大幅度提升土壤陽(yáng)離子交換量，增強(qiáng)土壤對(duì)NH4+的吸附性，對(duì)于減少土壤NH3揮發(fā)及N2O排放有很大應(yīng)用前景。

腐植酸在施入土壤后可以增強(qiáng)土壤微生物活性，改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤的吸附能力[26]。Paula等[27]和鄒建文等[28]研究表明，腐殖酸的施入提高了土壤的C/N比，在有機(jī)物的分解過(guò)程中加劇了微生物對(duì)氮源的競(jìng)爭(zhēng)利用，從而減少了硝化和反硝化作用的底物，從根本上減少了N2O的排放。但本研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸對(duì)減少土壤N2O的排放沒(méi)有明顯作用。這可能是因?yàn)楦菜岬氖┤胩岣吡送寥乐屑?xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量[29]，這些微生物會(huì)對(duì)土壤的硝化過(guò)程產(chǎn)生很大影響。據(jù)報(bào)道[30]，許多異養(yǎng)型微生物通過(guò)固氮作用將氧化氨和還原態(tài)氨化物轉(zhuǎn)化成N2O–和N3O–，其產(chǎn)生的N2O是自養(yǎng)型硝化細(xì)菌的10倍左右，同時(shí)，腐殖酸處理施入氮素量本身就高于其他處理，所以該處理土壤N2O累計(jì)排放量并未與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理形成顯著差異。

3.2 環(huán)境因子對(duì)N2O排放的影響

綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)土壤N2O的排放均呈顯著正相關(guān)[31-32]，溫度可以增加土壤中的微生物活動(dòng)能力，促進(jìn)了硝化與反硝化作用的進(jìn)行，增加了N2O的排放速率。本研究亦證明了此結(jié)論，空氣溫度與地表溫度均對(duì)土壤N2O的排放呈顯著或極顯著正相關(guān)。前人研究發(fā)現(xiàn)不同農(nóng)田中土壤含水量在一定范圍內(nèi)與土壤N2O的排放有顯著相關(guān)性[32-33]，本研究雖然得出了土壤含水量與土壤N2O排放通量呈正相關(guān)關(guān)系，但卻并不顯著。生育期土壤含水量處于151.2 ~ 203.3 g/kg，其變幅較小，不是影響N2O排放的主要因素。

4 結(jié)論

1) 河套灌區(qū)玉米田N2O的排放主要受到溫度的影響，空氣溫度與土壤溫度的升高會(huì)顯著促進(jìn)N2O的排放，在一定范圍內(nèi)，土壤含水量與N2O的排放呈正相關(guān)關(guān)系。B處理可以顯著減少土壤N2O的排放及氮肥損失率。

2) NH3-N揮發(fā)在施肥灌水后3 ~ 5 d達(dá)到峰值，之后逐漸趨于平穩(wěn)，增施氮肥可能會(huì)增加土壤NH3的揮發(fā)量。B、C、HA處理均可顯著減少土壤NH3揮發(fā)及其氮肥損失率。

3) B處理可以顯著減少NH3揮發(fā)及N2O排放，較CK增益8.7%，是較為科學(xué)的施肥措施，值得在河套灌區(qū)推廣。C和HA處理雖然對(duì)玉米產(chǎn)量有很大的提高作用，對(duì)減少NH3揮發(fā)也有顯著作用，但考慮到N2O對(duì)環(huán)境的綜合影響，故不推薦。

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Influence of Different Fertilization Measures on NH3Volatilization and N2O Emission in Salined Flavo-aquic Soil of Hetao Irrigation Area

WU Yan1, HONG Mei1*, LIN Lilong2, MEI Li1, ZHANG Jianqiang3

(1 Inner Mongolia Agricultural University / Key Laboratory of Soil Quality and Nutrient Resources of the Inner Mongolia Autonomous Region, Hohhot 010010, China; 2 Soil and Fertilizer Station in Inner Mongolia, Hohhot 010011, China; 3 Hangjin Houqi Agricultural Extension Center, Bayannur, Inner Mongolia 015000, China)

NH3volatilization and N2O emission under different fertilization of a salined flavo-aquic soil in Hetao Irrigation Area studied through the static chamber gas chromatography and in situ field determination, the different fertilization included 1) CK, farmer conventional fertilization, 2) B, bentonite + CK, 3) C, biochar + CK, and 4) HA, humic acid + CK. The results showed that: compared with CK, B fertilization significantly reduced the cumulative emission of soil N2O by 30.9% and decreased nitrogen loss by 31.5%, but there were no significant difference between the other fertilization and CK in N2O cumulative emission. The NH3volatilization rate of each treatment reached the peak value in 3–5 days after fertilization, and then gradually tended to be stable. Compared with CK, B, C, and HA treatments significantly reduced total amount of soil NH3volatilization by 56.0%, 41.2% and 49.0%, and decreased nitrogen loss rate by 56.0%, 41.2% and 52.1%, respectively. Soil temperature and air temperature were significantly positively correlated with soil N2O emission; Soil water content ranged from 151.2 g/kg to 203.3 g/kg in maize growth period in which soil moisture content and soil N2O emission were positively correlated. B fertilization significantly reduced soil NH3volatilization and N2O emission, and increased crop yield by 11.1% compared to CK, which indicate it is the more reasonable fertilization.

Fertilization measures; NH3; N2O; Hetao Irrigation Area

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.016

S152.6；X511

A

內(nèi)蒙古“青年科技英才支持計(jì)劃”項(xiàng)目(NJYT-15-A11)和烏梁素海生態(tài)過(guò)渡帶面源污染控制示范推廣項(xiàng)目資助。

(nmhm1970@sina.com)

武巖(1991—)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，主要從事土壤資源利用方面研究。E-mail：