噴灌和溝灌方式對農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的影響

楊 潔,焦 燕,楊文柱,谷 鵬,白曙光,劉立家,于俊霞

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噴灌和溝灌方式對農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的影響

楊 潔,焦 燕*,楊文柱,谷 鵬,白曙光,劉立家,于俊霞

(內(nèi)蒙古師范大學化學與環(huán)境科學學院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

研究了2016和2017年傳統(tǒng)灌溉(溝灌)和節(jié)水灌溉(噴灌)方式氨(NH3)揮發(fā)的季節(jié)年際動態(tài)變化特征及其影響因素.采用通氣法進行原位監(jiān)測,分析了土壤溫度、體積含水量、銨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)以及氣溫降水等因素對NH3揮發(fā)的影響.結(jié)果表明,NH3揮發(fā)速率的峰值出現(xiàn)在施用氮肥后1~2周,噴灌有效降低NH3揮發(fā)峰值,噴灌和溝灌的NH3揮發(fā)速率峰值在2016年分別為2.67kg/(hm2?d)和11.11kg/(hm2?d),2017年分別為2.42kg/(hm2?d)和11.73kg/(hm2?d);馬鈴薯生長季NH3揮發(fā)存在明顯的季節(jié)變化,揮發(fā)高峰主要發(fā)生在7~8月,追肥期高于基肥期.2016~2017年農(nóng)田土壤NH3累積揮發(fā)量均表現(xiàn)為噴灌＜溝灌,與溝灌相比,噴灌分別減少58.15%和43.55%.NH3揮發(fā)速率與土壤溫度呈顯著正相關(guān)(<0.05),與體積含水量、NH4+-N、NO3--N濃度呈極顯著正相關(guān)(<0.01).

灌溉方式；NH3揮發(fā)；土壤溫度；水分；NH4+-N；NO3--N

氨(NH3)是大氣中最重要的反應(yīng)性污染物氣體,在對流層中和硫酸、硝酸,形成二次無機氣溶膠的主要成分硫酸銨和硝酸銨[1],是造成霧霾的元兇[2].在確定降水和大氣顆粒物的總酸度方面起著重要作用[3],同時它也成為N2O和NO的第二來源[4].NH3作為大氣中的污染物,會造成級聯(lián)效應(yīng),包括土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和生物多樣性下降[5-6].NH3的排放也會對公眾健康產(chǎn)生不利影響,同時NH3對于全球氣候變化具有間接貢獻.研究表明,NH3的排放量在全球范圍內(nèi)一直在增加且中國是最大的NH3排放國[7].農(nóng)業(yè)源(畜禽養(yǎng)殖、氮肥施用)NH3排放是大氣中NH3排放的主體.2011年歐洲環(huán)保署33個成員國NH3排放總量為4.28′109kg,其中農(nóng)業(yè)源占NH3排放總量的93.7%[8],而氮肥施用NH3排放約占40%[9],是全球NH3排放量的20%左右,在亞洲高達45%[10].旱地土壤NH3揮發(fā)是氮肥施入土壤后,土壤膠體吸附的NH4+轉(zhuǎn)化為土壤溶液中游離的NH4+,進而轉(zhuǎn)化為NH3,通過土壤表面揮發(fā)進入大氣[11].因此,如何減少農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)是研究的熱點.國內(nèi)外學者關(guān)于農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的研究主要集中在農(nóng)業(yè)管理措施、氣候條件、土壤理化性質(zhì)等對NH3揮發(fā)的影響[12].例如肥料處理(添加肥料增效劑[13-14]、施肥方法[15]、施肥率[16])、耕作方式[17]、氣候條件(溫度、降水、風速)[18]、土壤類型[19]等方面.

灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中補充作物水分的一種重要手段[20],合理的灌溉方式有利于提高肥料利用率.因此,也有學者從灌溉的角度研究農(nóng)田土壤NH3揮發(fā).而目前相關(guān)研究多數(shù)集中在灌溉水平[21],比較灌溉與非灌溉[22],傳統(tǒng)漫灌與滴灌、膜下滴灌[23],淹水與非淹水控制灌溉[24]等.但對機制方面的認知十分有限,區(qū)分不同灌溉方式作用效應(yīng)差異的試驗結(jié)果也鮮有報道.不同灌溉條件下,土壤水分含量不同,土壤狀態(tài)發(fā)生變化,灌水量多少,土壤中水分與肥料的運移情況以及土壤特性等可能影響著NH3揮發(fā)的速率及進程.

傳統(tǒng)灌溉模式溝灌具有耗水量大、水肥利用效率低、作物產(chǎn)量與品質(zhì)低等缺點[25],而噴灌實現(xiàn)了水肥一體化,通過管道將肥水溶液輸送給作物,具有節(jié)水、節(jié)肥、提高產(chǎn)量的特點[26].因此節(jié)水灌溉已成為農(nóng)業(yè)節(jié)約水資源并提高利用率的最佳選擇.本研究對比了節(jié)水灌溉方式(噴灌)和傳統(tǒng)灌溉方式(溝灌)下的NH3揮發(fā),探究2種灌溉方式下農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的季節(jié)年際變化特征,分析其影響因素及作用機制.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

田間原位觀測試驗于2016年6~9月和2017年5~9月在內(nèi)蒙古呼和浩特市郊區(qū)農(nóng)場(40°45￠342N, 111°41￠562E,海拔1045.4m)進行,供試作物馬鈴薯品種為“克新一號”脫毒原種馬鈴薯.該地區(qū)屬中溫帶大陸性季風氣候,多年平均降水量335.2~534.6mm且主要集中在6~9月,約占全年降水的70%以上,年蒸發(fā)量2000mm左右,太陽輻射強,晝夜溫差大,多年平均氣溫6.7℃,平均日照時數(shù)多于2629.8h,無霜期134d.灌溉水源為地下水,水質(zhì)符合灌溉水質(zhì)標準.土壤類型為栗鈣土,pH值7.79.土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量普遍較低,樣地0~20cm耕層有機質(zhì)含量0.93g/kg,堿解氮含量14.0g/kg,有效磷6.1mg/kg,速效鉀15.5mg/kg.

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,灌溉方式為噴灌(S)、溝灌(F)2個處理,每個處理重復(fù)3次,施肥與當?shù)氐湫头柿瞎芾泶胧┫嘁恢?每個試驗小區(qū)種植馬鈴薯8壟,每壟株距為20cm,壟長11.2m,壟高30cm,壟間距90cm,小區(qū)間設(shè)置1m寬的隔離帶.馬鈴薯播種時間為每年5月15日,于當年9月15日收獲.播種前施基肥:馬鈴薯硫酸鉀型專用肥(N-P-K:12:19:16) 347kg/hm2,7月開始分次追施尿素555kg/hm2.

整個生長季噴灌、溝灌的灌溉總量分別設(shè)置為2007,6167m3/hm2.噴灌處理下,采用灌施水肥的方式,于馬鈴薯播種后灌溉1次,灌水量自動控制為397.0m3/hm2,苗期根據(jù)土壤20cm深度處真空表負壓計顯示的土壤水基質(zhì)勢為-29.5kPa時灌溉,單次噴灌99.3m3/hm2,并于收獲前10d停止灌溉,追肥期具體灌溉施肥時間見圖3;溝灌處理下,將肥料撒施于壟上,灌溉與當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)典型灌溉管理措施相一致,以水到壟頂為準,于播種后和7月中旬各灌溉一次.

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤NH3揮發(fā)監(jiān)測 土壤NH3揮發(fā)采用通氣法進行監(jiān)測.NH3捕獲裝置(圖1)[27]置于壟上,由帶有兩層固定支撐架的有機玻璃管(內(nèi)徑15cm,高15cm),2層海綿(直徑15cm,厚2cm)和1塊圓形(直徑17cm)可拆卸遮雨板組成.取均勻浸以30mL 0.005mol/L硫酸溶液的海綿兩塊置于固定支撐架上(確保溶液的體積足以使海綿均勻飽和的吸收且不會從海綿中滴下),上層海綿上表面與管頂端相平,用于防止外界空氣中的NH3氣和灰塵進入,影響下層海綿的吸收;下層海綿距有機玻璃管底端8cm,距地面5cm,用于捕獲土壤揮發(fā)的NH3.遮雨板置于距管口約5cm處,由3根間隔均布的支架支撐,保證空氣的流通,避免陰雨天無法采樣的問題.

圖1 NH3揮發(fā)原位捕獲裝置示意 Fig.1 In situ capture device for ammonia volatilization1.防雨蓋;2.支架;3.海綿;4.固定支撐架;5.桶體;6.土壤

取樣頻率為施肥后第1周每d取樣1次,之后視測到的揮發(fā)速率大小,每3~4d取樣1次,后期取樣可延長到一周1次.取樣時,迅速將下層海綿放入直徑為15cm且裝有300mL 1mol/L KCl溶液的采樣盒中,用手擠壓海綿使其完全浸入KCl中,然后立即蓋上蓋子進行密封,減少海綿在運送回實驗室過程中的NH3揮發(fā)損失,同時換上另一塊剛浸過硫酸溶液的海綿.上層海綿視其干濕情況,每隔2~3d更換1次.將下層的海綿帶回實驗室后,進行室內(nèi)分析.同時測定土壤溫度與水分,記錄天氣情況.海綿帶回實驗室后,振蕩1h,提取,用靛酚藍分光光度法進行NH3含量的測定.

土壤的NH3揮發(fā)速率公式:

式中:為NH3揮發(fā)速率,kg/(hm2?d);為通氣法單個裝置每次測得的NH3量,mg;為捕獲裝置的截面積,m2;為每次連續(xù)收集的時間,d.

土壤NH3揮發(fā)累積揮發(fā)量的計算公式:

式中:為土壤NH3揮發(fā)累積揮發(fā)量,kg/hm2;表示施肥后測定的次數(shù);T表示第次測定施肥后的時間,d;V為第次測定時NH3揮發(fā)速率,kg/(hm2?d).

1.3.2 土壤樣品采集與分析 土壤樣品每月采集1次,采用五點法在每個小區(qū)內(nèi)選取根區(qū)耕層0~30cm的表層土壤,去除石礫、植物殘體和土壤動物,分裝入自封采樣袋中.帶回實驗室避光風干后,磨碎過2mm篩,用于土壤理化特性的測定,整個生長季共進行4~5次土壤樣品采集.基本理化性質(zhì)見表1.

表1 土壤基本理化性質(zhì) Table 1 Basic physical and chemical properties of soil

注:不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05);下同.

土壤pH值通過pH計測定,水土比為2.5:1;土壤容重采用環(huán)刀法測定;土壤相對密度采用比重瓶法測定;土壤有機碳(SOC)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定;土壤銨態(tài)氮(NH4+-N)采用氯化鉀浸提-靛酚藍比色法測定;土壤硝態(tài)氮(NO3--N)采用紫外分光光度法測定;土壤總氮(TN)采用凱氏定氮儀測定;有效磷采用碳酸氫鈉法測定;速效鉀采用火焰光度法測定.

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013進行數(shù)據(jù)處理,SPSS 22.0軟件進行2個獨立樣本非參數(shù)檢驗和相關(guān)性分析,Origin Pro 2017軟件進行制圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 氣溫和降水

圖2 2016和2017年日平均氣溫和降水量變化 Fig.2 Changes of daily average temperature and precipitation in 2016 and 2017

2016~2017年試驗期間的日平均氣溫和降水量見圖2.2016和2017年的日平均氣溫變化范圍分別為16.5~26.5℃和12.5~29.5℃;降水量的變化范圍分別為0.2~34.4mm和0.2~35.0mm,總降水量分別為196.7和198.8mm.試驗期間氣溫和降水的高峰值主要集中在7、8月份.

2.2 噴灌和溝灌方式下農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)速率季節(jié)年際動態(tài)變化

由圖3所示,噴灌和溝灌的NH3揮發(fā)主要是在施用氮肥后1~2周.NH3揮發(fā)存在明顯的排放峰值且噴灌的峰值顯著小于溝灌.圖3a表明,2016年7月20日追施尿素并灌水后,噴灌的NH3揮發(fā)速率在第2d達到峰值2.67kg/(hm2?d),溝灌的NH3揮發(fā)速率在第7d達到峰值11.11kg/(hm2?d).由圖3b可知,與2016年的變化趨勢相似,2017年7月2日追施尿素并灌水后,噴灌與溝灌的NH3揮發(fā)速率的峰值均出現(xiàn)在第9d,值分別為2.42,11.73kg/(hm2?d).同一年噴灌方式NH3揮發(fā)速率峰值顯著小于溝灌(<0.01),說明節(jié)水灌溉可以有效減小NH3揮發(fā)速率.研究表明,施用氮肥后氮素發(fā)生NH3揮發(fā)損失主要是在前2周[28-29],這與本研究的結(jié)果相符.圖3a,b表明,2016~2017年追肥期的NH3揮發(fā)速率明顯高于基肥期.楊曉云等[30]研究得出,施基肥后各處理NH3揮發(fā)速率的變化范圍是0.05~0.95kg/(hm2?d),而追肥期的變化范圍是0.15~2.21kg/(hm2?d),追肥期高于基肥期.

噴灌和溝灌方式下土壤NH3揮發(fā)主要發(fā)生在夏季(7、8月),NH3揮發(fā)速率變化趨勢與日平均氣溫和降水變化趨勢相似(圖2).本研究試驗期間氣溫和降水的高峰值主要集中在7、8月份馬鈴薯生長季,施用尿素后脲酶活性增加,高溫和頻繁的降雨會使其迅速水解為NH4+-N并發(fā)生NH3揮發(fā)[31].Sharpe等[32]研究表明,溫度升高可以增加水中的NH3/NH4+的比率,降低NH3在水中的溶解度,從而促進土壤中NH3向大氣擴散.說明氣溫和降水對NH3揮發(fā)具有顯著影響,即高溫和降雨有利于NH3揮發(fā).

2.3 噴灌和溝灌方式下農(nóng)田土壤NH3累積揮發(fā)量

圖4 2016和2017年噴灌和溝灌方式下土壤NH3累積揮發(fā)量 Fig.4 Accumulative NH3 volatilization from soil under sprinkler and furrow irrigation in 2016 and 2017

土壤NH3累積揮發(fā)量是由馬鈴薯生長期NH3揮發(fā)速率決定的,從噴灌和溝灌方式下土壤NH3累積揮發(fā)量(圖4)可以看出,2016和2017年兩種灌溉方式下土壤NH3累積揮發(fā)量具有顯著性差異(<0.01). 2016年噴灌和溝灌的NH3累積揮發(fā)量分別為58.06, 138.74kg/hm2;2017年噴灌和溝灌的土壤NH3累積揮發(fā)量分別為53.08,94.04kg/hm2.在2016和2017年,噴灌的累積揮發(fā)量比溝灌分別降低58.15%和43.55%,噴灌方式NH3揮發(fā)顯著小于溝灌方式.雷楊莉等[31]對夏玉米土壤NH3揮發(fā)研究發(fā)現(xiàn),節(jié)水灌溉條件下土壤NH3揮發(fā)量顯著低于常規(guī)灌溉處理的NH3揮發(fā)量.王肖娟等[33]研究表明在相同施肥處理下,滴灌、淹灌兩種灌溉方式下淹灌方式土壤NH3揮發(fā)量顯著高于滴灌.由此可以看出,節(jié)水灌溉不僅可以節(jié)約水資源,還可以減少NH3揮發(fā),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力.

2.4 噴灌和溝灌方式下農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的影響因素

2.4.1 土壤溫度和體積含水量 2016和2017年的土壤溫度均有明顯的季節(jié)性變化特征,表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(圖5).2016年,兩種灌溉方式下的土壤溫度在8月出現(xiàn)峰值,分別為噴灌23.85℃,溝灌24.85℃,而2017年土壤溫度的最高峰出現(xiàn)在7月,噴灌和溝灌的值分別為26.85和31.70℃.因此,根據(jù)2016和2017年的試驗數(shù)據(jù)可以看出兩種灌溉方式下的土壤溫度最大值出現(xiàn)在7、8月份.同一年,噴灌處理的土壤溫度比溝灌略低,但沒有顯著差異(<0.05).這主要是由不同的灌溉方式下水層深淺以及土壤水分多少的差異引起的.

由表2可知,土壤溫度與NH3揮發(fā)速率在2016年呈顯著正相關(guān)(=0.493*,<0.05),在2017年呈極顯著正相關(guān)(=0.654**,<0.01),即NH3揮發(fā)速率隨著土壤溫度的升高而升高,與Pfluke等[34]的研究結(jié)果基本一致.龔巍巍等[35]通過研究菜地NH3揮發(fā),發(fā)現(xiàn)NH3揮發(fā)通量與土壤溫度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系.Xu等[36]研究表明,土壤溫度升高會促進NH3揮發(fā).原因是溫度升高可以增強土壤脲酶和微生物活性,容易促進土壤中肥料的溶解或水解,同時土壤深層的NH3易隨土壤水分運動上升到表層土壤,導(dǎo)致NH4+-N濃度迅速升高,增加NH3的排放[37].

噴灌和溝灌方式下的土壤體積含水量變化趨勢與土壤溫度一致(圖5).2016年,噴灌土壤體積含水量的峰值為44.4%,出現(xiàn)在7月27日;溝灌的峰值為49.1%,出現(xiàn)在7月13日.2017年,噴灌和溝灌體積含水量的峰值均出現(xiàn)在7月23日,分別為47.1%和53.1%.2016和2017年的土壤體積含水量在不同灌溉方式處理下存在極顯著差異(<0.01),均表現(xiàn)為噴灌<溝灌.

2016和2017年的土壤體積含水量與NH3揮發(fā)速率有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(2016:=0.771, 2017:=0.696,<0.01)(表2).土壤水分含量的變異是影響NH3揮發(fā)最不穩(wěn)定的因素之一,關(guān)于水分條件對于NH3揮發(fā)影響的報道不太一致,紀銳琳等[38]研究得出,當土壤含水量從20%上升到30%和40%時,尿素的NH3揮發(fā)量分別增加20.5%和113.0%.賀發(fā)云等[39]研究指出,少量的降雨和灌水可以讓土壤含水量增加從而來增加NH3揮發(fā),當灌水量變得比較大時,可能會造成尿素隨水向土壤深層淋洗,減小NH3揮發(fā)并且起到氮肥深施的效果.Akiyama等[40]研究結(jié)果表明,雖然施用尿素使NH3揮發(fā)量增加,但土壤濕度(WFPS)對NH3揮發(fā)無顯著影響.所以不同灌水條件對于NH3揮發(fā)的影響還存在爭議,仍有待進行進一步研究.本研究得出,隨著土壤體積含水量的增加,NH3揮發(fā)速率增加.它主要是通過直接影響NH4+-N在土壤中的物理運移和化學轉(zhuǎn)化而對NH3揮發(fā)過程發(fā)生作用[41].當土壤中水分含量高時,加速了尿素水解,且微生物的代謝旺盛,從而使土壤中的NH4+-N含量增加,NH3揮發(fā)的量也增加.

表2 NH3揮發(fā)速率與影響因素相關(guān)性分析 Table 2 Correlation Analysis of NH3 volatilization rate and influencing factors

注:*表示呈顯著相關(guān)關(guān)系,<0.05;**表示呈極顯著相關(guān)關(guān)系,<0.01.

2.4.2 土壤NH4+-N、NO3--N濃度 氮肥施入土壤后,除部分被作物吸收,還有一部分氮素會以有機態(tài)氮、NH4+-N和NO3--N等形式殘留在土壤中[42].圖6表示2016,2017年試驗期間土壤NH4+-N和NO3--N濃度變化.2016年噴灌和溝灌的NH4+-N濃度最大值分別為7.62和9.24mg/kg;NO3--N濃度最大值分別為33.45和54.28mg/kg;2017年噴灌和溝灌的NH4+-N濃度最大值分別為7.29和8.83mg/kg, NO3--N濃度分別為30.93和61.78mg/kg.2016和2017年NH4+-N、NO3--N濃度均在7月達到峰值,意味著這一時期尿素的水解速率較快,噴灌處理下的NH4+-N、NO3--N濃度顯著低于溝灌(<0.05).主要是因為不同灌溉方式對氮素在土壤中的分布狀況產(chǎn)生重要影響.土壤施肥后,在灌溉的作用下氮素隨水分向植物根系活動層以下遷移,造成氮損失.同時,積累在土壤深層的氮素也有可能隨水分向上移動重新回到植物根系活動層,被植物利用[43].節(jié)水灌溉是降低NH4+-N的有效措施[44].原因可能在于噴灌處理是以水帶肥,使得尿素水解后產(chǎn)生大量的NH4+-N并隨水滲入進土壤深層,降低土壤表層的NH4+-N濃度.節(jié)水灌溉處理下土壤大部分時間保持濕潤狀態(tài),土壤中的NO3--N主要以離子形式存在,因此更容易隨水分下滲[45],而溝灌處理下由于灌溉頻率低,所以落干期間極易出現(xiàn)土壤NO3--N隨水分蒸發(fā)而向地表遷移并累積的現(xiàn)象[46],導(dǎo)致溝灌處理下表層土壤NO3--N濃度大于噴灌處理.王肖娟等[42]的研究表明土壤NO3--N濃度受灌溉方式和施氮量的影響且達到顯著水平,在相同施氮量下,漫灌土壤NO3--N濃度顯著高于節(jié)水灌溉滴灌.

相關(guān)性分析表明(表2),2016和2017年,NH3揮發(fā)速率與NH4+-N、NO3--N濃度均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.01),噴灌和溝灌方式下土壤NH3揮發(fā)速率與NH4+-N、NO3--N濃度變化趨勢基本一致,這一結(jié)論可以支持其他研究結(jié)果.土壤中NH4+-N的含量直接影響土壤的NH3揮發(fā)[47],Sun等[48]的研究發(fā)現(xiàn),小麥輪作田土壤中的NH4+-N濃度與NH3揮發(fā)呈顯著正相關(guān),隨NH3揮發(fā)速率的升高而增加.周廣威[49]的研究表明,隨著施氮量的增加,NH4+-N和NO3--N都顯著增加,而NH3揮發(fā)速率隨著施氮量的增加而增加.說明NH4+-N、NO3--N濃度增加,NH3揮發(fā)速率加快.

3 結(jié)論

3.1 2016和2017年,噴灌和溝灌方式下NH3揮發(fā)速率的峰值均出現(xiàn)在施用氮肥后1~2周之內(nèi),噴灌有效降低NH3揮發(fā)速率的峰值;兩種灌溉方式下的NH3揮發(fā)主要發(fā)生在7~8月,追肥期高于基肥期;氣溫高、降雨頻繁加速農(nóng)田土壤NH3揮發(fā).

3.2 與溝灌相比,噴灌顯著降低農(nóng)田土壤NH3累積揮發(fā)量.土壤溫度高、體積含水量大、NH4+-N、NO3--N濃度增加,NH3累積揮發(fā)量增加.

[1] Magnus R, Ramesh R, Sadiya R. Transformation of atmospheric ammonia and acid gases into components of PM2.5: An environmental chamber study [J]. Environmental Science & Pollution Research, 2012,19(4):1187-1197.

[2] 王 艷,段學軍.氨污染:被忽視的霧霾元兇[J].生態(tài)經(jīng)濟(中文版), 2017,33(6):6-9.Wang Y, Duan X J. Ammonia pollution: Neglected haze culprit [J]. Ecological Economy(Chinese version), 2017,33(6):6-9.

[3] Sailesh N B, Mukesh S, Pranati N, et al. An approach for evaluation of proposed air pollution control strategy to reduce levels of nitrogen oxides in an urban environment [J]. Journal of Environmental Planning & Management, 2014,57(4):467-494.

[4] Fernández F G, Terry R E, Coronel E G. Nitrous oxide emissions from anhydrous ammonia, urea, and polymer-coated urea in illinois cornfields [J]. Journal of Environmental Quality, 2015,44(2):415.

[5] Scudlark J R, Jennings J A, Roadman M J, et al. Atmospheric nitrogen inputs to the Delaware Inland Bays: the role of ammonia [J]. Environmental Pollution, 2005,135(3):433-443.

[6] 蘇 芳,丁新泉,高志嶺,等.華北平原冬小麥-夏玉米輪作體系氮肥的氨揮發(fā)[J]. 中國環(huán)境科學, 2007,27(3):409-413.Su F, Ding X Q, Gao Z L, et al. Ammonia volatilization from nitrogen fertilization of winter wheat-summer maize rotation system in the North China Plain [J]. China Environmental Science, 2007,27(3):409- 413.

[7] Behera S N, Sharma M, Aneja V P, et al. Ammonia in the atmosphere: a review on emission sources, atmospheric chemistry and deposition on terrestrial bodies [J]. Environmental Science & Pollution Research, 2013,20(11):8092-8131.

[8] 張增杰,張 雙,韓玉花,等.農(nóng)業(yè)源氨排放控制對策初步研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2016,44(1):439-442.Zhang Z J, Zhang S, Han Y H, et al. Preliminary study on control measures of ammonia emission from agricultural sources [J]. Agricultural sciences of Jiangsu, 2016,44(1):439-442.

[9] Cohen O, Mukamel D. Vertical and horizontal distribution of soil parameters in intensive agricultural zone and effect on diffuse nitrogen pollution [J]. Soil & Tillage Research, 2014,144(4):32-40.

[10] Huo Q, Cai X, Kang L, et al. Estimating ammonia emissions from a winter wheat cropland in North China Plain with field experiments and inverse dispersion modeling [J]. Atmospheric Environment, 2015, 104(104):1-10.

[11] 周麗平.不同氮肥緩釋化處理及施肥方式對夏玉米田間氨揮發(fā)和氮素利用的影響[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學院, 2016.Zhou L P. Effects of slow-released nitrogen fertilizers and urea placement on soil ammonia volatilization and nitrogen utilization of summer maize [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2016.

[12] Sommer S G, Schjoerring J K, Denmead O T. Ammonia emission from mineral fertilizers and fertilized crops [J]. Advances in Agronomy, 2004,82(3):557-622.

[13] Taghizadehtoosi A, Clough T J, Sherlock R R, et al. Biochar adsorbed ammonia is bioavailable [J]. Plant & Soil, 2012,350(1/2):57-69.

[14] Afshar R K, Lin R, Mohammed Y A, et al. Agronomic effects of urease and nitrification inhibitors on ammonia volatilization and nitrogen utilization in a dryland farming system: Field and laboratory investigation [J]. Journal of Cleaner Production, 2018,172:4130- 4139.

[15] 楊淑莉,朱安寧,張佳寶,等.不同施氮量和施氮方式下田間氨揮發(fā)損失及其影響因素[J].干旱區(qū)研究, 2010,27(3):415-421.Yang S L, Zhu A N, Zhang J B, et al. Ammonia volatilization loss and its affecting factors under different amounts and ways of N application in field [J]. Arid Zone Research, 2010,27(3):415-421.

[16] Dattamudi S, Wang J J, Dodla S K, et al. Effect of nitrogen fertilization and residue management practices on ammonia emissions from subtropical sugarcane production [J]. Atmospheric Environment, 2016,139:122-130.

[17] Rochette P, Angers D A, Chantigny M H, et al. Ammonia volatilization following surface application of urea to tilled and no-till soils: A laboratory comparison [J]. Soil and Tillage Research, 2009,103(2): 310-315.

[18] Louro A, Sawamoto T, Chadwick D, et al. Effect of slurry and ammonium nitrate application on greenhouse gas fluxes of a grassland soil under atypical South West England weather conditions [J]. Agriculture Ecosystems & Environment, 2013,181:1-11.

[19] 李雨繁,王成志,馮國忠,等.高氮復(fù)混(合)肥在不同類型土壤上的氨揮發(fā)特性和氮素轉(zhuǎn)化[J]. 水土保持學報, 2014,28(5):215-220.Li Y F, Wang C Z, Feng G Z, et al. Ammonia volatilization characteristics and nitrogen transformation of different kinds of high-nitrogen compound fertilizers on different soils [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2014,28(5):215-220.

[20] 孫天合,趙 凱.農(nóng)業(yè)灌溉用水效率評價國內(nèi)外研究綜述[J].節(jié)水灌溉, 2012(6):67-71.Sun T H, Zhao K. Review on efficiency of agricultural irrigation water of foreign and domestic [J]. Water Saving Irrigation, 2012(6):67-71.

[21] Gu L, Liu T, Wang J, et al. Lysimeter study of nitrogen losses and nitrogen use efficiency of Northern Chinese wheat [J]. Field Crops Research, 2016,188:82-95.

[22] 翟學旭,王振林,戴忠民,等.灌溉與非灌溉條件下黃淮冬麥區(qū)不同追氮時期農(nóng)田土壤氨揮發(fā)損失研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學報, 2013, 19(1):54-64. Zhai X X, Wang Z L, Dai Z M, et al. Ammonia volatilization loss in Huang Huai winter wheat cultivation areas under irrigated and rainfed conditions [J].Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013,19(1): 54-64.

[23] 陳 林,郭慶人.膜下滴灌水稻栽培技術(shù)的形成與發(fā)展[J]. 作物研究, 2012,26(5):587-588.Chen L, Guo Q R. Formation and development of rice cultivation under mulch drip irrigation [J]. Crop Research, 2012,26(5):587-588.

[24] Xu J Z, Peng S Z, Hou H J, et al. Gaseous losses of nitrogen by ammonia volatilization and nitrous oxide emissions from rice paddies with different irrigation management [J]. Irrigation Science, 2013, 31(5):983-994.

[25] 邢英英,張富倉,張 燕,等.滴灌施肥水肥耦合對溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水氮利用的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學, 2015,48(4):713-726.Xing Y Y, Zhang F C, Zhang Y, et al. Effect of irrigation and fertilizer coupling on greenhouse tomato yield, quality, water and nitrogen utilization under fertigation [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(4):713-726.

[26] 謝海寬,李貴春,徐 馳,等.不同灌溉方式對設(shè)施菜地N2O排放的影響及其年際差異[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2018,37(4):825-832.Xie H K, Li G C, Xu C, et al. Effect of irrigation pattern on soil N2O emissions and interannual variability in greenhouse vegetable fields [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2018,37(4):825-832.

[27] 楊 潔,谷 鵬,焦 燕,等.一種土壤氨揮發(fā)的原位捕獲裝置:中國, CN207456865U [P]. 2018-06-05.Yang J, Gu P, Jiao Y, et al.A kind of soil in situ capture device for ammonia volatilization: China, CN207456865U [P]. 2018-06-05.

[28] 山 楠,杜連鳳,畢曉慶,等.用15N肥料標記法研究潮土中玉米氮肥的利用率與去向[J].植物營養(yǎng)與肥料學報, 2016,22(4):930- 936.Shan N, Du L F, Bi X Q, et al. Nitrogen use efficiency and behavior studied with15N labeled fertilizer in maize in fluvo-aquic soils [J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2016,22(4):930-936.

[29] 羅付香,林超文,劉海濤,等.不同施氮量對紫色土大白菜季產(chǎn)量和氨揮發(fā)的影響 [J].植物營養(yǎng)與肥料學報, 2018,24(3):685-692.Luo F X, Lin W C, Liu H T, et al. Effect of nitrogen rates on cabbage yield and ammonia volatilization in purple soil [J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2018,24(3):685-692.

[30] 楊曉云,楊虎德.不同施肥條件下北方夏玉米農(nóng)田土壤氨揮發(fā)研究 [J].干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2016(11):137-142.Yang X Y, Yang D H. Soil ammonia volatilization under the different fertilization in summer corn farmland in North China [J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2016(11):137-142.

[31] 雷楊莉,王林權(quán),薛 亮,等.交替灌溉施肥對夏玉米土壤氨揮發(fā)的影響 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2009,25(4):41-46.Lei Y L, Wang L Q, Xue L, et al. Effect of alternative irrigation and fertilization on soil ammonia volatilization of summer maize [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 2009,25(4):41-46.

[32] Sharpe R R, Harper L A. Soil, plant and atmospheric conditions as they relate to ammonia volatilization [J]. Fertilizer Research, 1995, 42(1-3):149-158.

[33] 王肖娟,陳 林,王永強,等.滴灌條件下不同氮素水平對稻田氨揮發(fā)的影響 [J].新疆農(nóng)墾科技, 2017,40(4):3-5.Wang X J, Chen L, Wang Y Q, et al. Effects of different nitrogen levels on ammonia volatilization in paddy field under drip irrigation [J]. Xinjiang Farm Research of Science and Technology, 2017,40(4):3-5.

[34] Pfluke P D, Jokela W E, Bosworth S C. Ammonia volatilization from surface-banded and broadcast application of liquid dairy manure on grassforage [J]. Journal of Environmental Quality, 2011,40(2):374- 382.

[35] 龔巍巍,張宜升,何凌燕,等.菜地氨揮發(fā)損失及影響因素原位研究 [J].環(huán)境科學, 2011,32(2):345-351.Gong W W, Zhang Y S, He L Y, et al. In-situ measurement on volatilization loss of ammonia in the vegetable field and its influencing factors [J]. Environmental Science, 2011,32(2):345–351.

[36] Xu J G, Heeraman D A, Wang Y. Fertilizer and temperature effects on urea hydrolysis in undisturbed soil [J]. Biology & Fertility of Soils, 1993,16(1):63-65.

[37] 程小娜.楊農(nóng)間作系統(tǒng)土壤氨揮發(fā)過程與影響因素研究 [D].南京:南京林業(yè)大學, 2012.Cheng X N. Study on the ammonia volatilization process and influencing factors in Poplar-crop interplanting systems [D]. Nanjing: Nanjing Forestry University, 2012.

[38] 紀銳琳,朱義年,佟小薇,等.竹炭包膜尿素在土壤中的氨揮發(fā)損失及其影響因素 [J].桂林理工大學學報, 2008,28(1):113-118.Ji R L, Zhu Y N, Tong X W, et al. Ammonia volatilization of bamboo-charcoal coated urea in soil and affecting factors [J]. Journal of GuiLin University of Technology, 2008,28(1):113-118.

[39] 賀發(fā)云,尹 斌,金雪霞,等.南京兩種菜地土壤氨揮發(fā)的研究[J].土壤學報, 2005,42(2):253-259.He F Y, Yin B, Jin X X, et al. Ammonia volatilization from urea applied to two vegetable fields in NanJing suburbs [J]. Acta Pedologica Sinica, 2005,42(2):253-259.

[40] Akiyama H, Mctaggart I P, Ball B C, et al. N2O, NO, and NH3, Emissions from soil after the application of organic fertilizers, urea and water [J]. Water Air & Soil Pollution, 2004,156(1):113-129.

[41] Nastri A, Toderi G, Bernati E, et al. Ammonia volatilization and yield response from urea applied to wheat with urease (NBPT) and nitrification (DCD) inhibitors [J]. Agrochimica, 2000,44(5/6):231- 239.

[42] 王肖娟,危常州,張 君,等.灌溉方式和施氮量對棉田氮肥利用率及損失的影響 [J].應(yīng)用生態(tài)學報, 2012,23(10):2751-2758.Wang X J, Wei C Z, Zhang J, et al. Effects of irrigation mode and N application rate on cotton field fertilizer N use efficiency and N losses [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012,23(10):2751-2758.

[43] 串麗敏,趙同科,安志裝,等.土壤硝態(tài)氮淋溶及氮素利用研究進展[J].中國農(nóng)學通報, 2010,26(11):200-205.Chuan L M, Zhao T K, An Z Z, et al. Research advancement in nitrate leaching and nitrogen use in soils [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010,26(11):200-205.

[44] 薛 琰.氮肥類型、秸稈還田和灌溉方式對水稻氨揮發(fā)和溫室氣體排放的影響 [D].揚州:揚州大學, 2017.Xue Y. Effects of nitrogen fertilizer type, straw residue and irrigation on paddy ammonia volatilization and greenhouse gas emissions [D]. Yangzhou: Yangzhou University, 2017.

[45] 王曉英,賀明榮,劉永環(huán),等.水氮耦合對冬小麥氮肥吸收及土壤硝態(tài)氮殘留淋溶的影響 [J].生態(tài)學報, 2008,28(2):685-694.Wang X Y, He M R, Liu Y H, et al. Interactive effects of irrigation and nitrogen fertilizer on nitrogen fertilizer recovery and nitrate-N movement across soil profile in a winter wheat field [J]. Acta Ecologica Sinica, 2008,28(2):685-694.

[46] 梁銀麗,翟 勝,陳志杰,等.黃土高原設(shè)施農(nóng)業(yè)與土壤環(huán)境效應(yīng)[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報, 2004,35(5):580-582.Liang Y L, Zhai S, Chen Z J, et al. Facility agriculture and its effects on soil environments in loess plateau [J]. Journal of Shenyang Agricultural University. 2004,35(5):580-582.

[47] Chen C R, Phillips I R, Condron L M, et al. Impacts of greenwaste biochar on NH3volatilization from bauxite processing residue sand [J]. Plant and Soil, 2013,367(1/2),301-312.

[48] Sun L, Wu Z, Ma Y, et al. Ammonia volatilization and atmospheric N deposition following straw and urea application from a rice-wheat rotation in southeastern China [J]. Atmospheric Environment, 2018, 181:97-105.

[49] 周廣威.咸水滴灌對棉田土壤氨揮發(fā)及氮肥利用率的影響[D].石河子:石河子大學, 2016.Zhou G W. Effects of saline water irrigation on NH3volatilization and N useefficiency in a drip-irrigated cotton field [D]. Shihezi: Shihezi University, 2016.

Effects of ammonia volatilization from farmland under sprinkler and furrow irrigation.

YANG Jie, JIAO Yan*, YANG Wen-zhu, GU Peng, BAI Shu-guang, LIU Li-jia, YU Jun-xia

(Chemistry and Environmental Science College, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China)., 2019,39(3)：960~968

Seasonal characteristics and influencing factors of ammonia (NH3) volatilization from farmland under traditional irrigation (furrow irrigation) and water-saving irrigation (sprinkler irrigation) in 2016 and 2017 were studied.Effects of soil temperature, volumetric water content, ammonium nitrogen (NH4+-N), nitrate nitrogen(NO3--N), temperature and precipitation on ammonia volatilization were analyzed by in-situ ventilation measurements. The results showed that NH3volatilization rate increased up to 1~2 weeks after nitrogen application, with the maximum values of 2.67kg/(hm2?d), 11.11kg/(hm2?d) in 2016 and 2.42kg/(hm2?d), 11.73kg/(hm2?d) in 2017, under furrow irrigation and sprinkler irrigation, respectively. The ammoniavolatilization showed obvious seasonal pattern in potato growing season, higher in July-August and higher in top-dressing stage than base fertilizer stage. Accumulative volatilization showed sprinkler irrigation produced less NH3than furrow irrigation, compared with furrow irrigation, sprinkler irrigation with a decrease of 58.15% and 43.55% in 2016 and 2017, respectively. There was a significant positive correlation between NH3volatilization rate and soil temperature (<0.05), and significant positive correlations with volumetric water content, NH4+-N and NO3--N concentration (<0.01).

irrigation methods；ammonia volatilization；soil temperature；soil moisture；NH4+-N；NO3--N

X511

A

1000-6923(2019)03-0960-09

楊 潔(1994-),女,內(nèi)蒙古烏蘭察布人,內(nèi)蒙古師范大學碩士研究生,主要從事土壤氨揮發(fā)研究.

2018-08-16

國家自然科學基金資助項目(41565009,41765010,41675140); 2016內(nèi)蒙古青年創(chuàng)新人才計劃和內(nèi)蒙古師范大學科學研究基金項目(2017ZRYB007)

* 責任作者, 教授, jiaoyan@imnu.edu.cn