有機無機肥配施對太湖流域麥田氨揮發損失的影響

張 敏 蔡丹丹

0 引言

太湖地區是我國人口最為密集、農業種植最為集中的地區之一，夏水稻—冬小麥是該區主要的糧食種植制度。但是當地農民對小麥田管理粗放，并且為了提高小麥作物的產量，農戶們在小麥的生產過程中過量施用化肥的現象嚴重。該地區單季小麥季的平均施氮量為210 kg N ha-1，部分農田用量超過250 kg N ha-1，遠遠超過作物的氮需求[1]。過量氮投入以及不合理的施肥方式會造成氮素利用率的下降，并且導致大量的活性氮（NH3，NO3-，NOx、N2O 等）進入環境中，給環境帶來破壞，諸如水體富營養化、地下水污染以及大氣污染等[2]。

氨揮發是土壤氮素損失的重要途徑，其排放對當地農業生態系統甚至全球氮環境都可能存在重要影響。大氣中幾乎一半左右的活性氮都是NH3帶來的，NH3通過干濕沉降直接或間接地導致土壤酸化、水體富營養化以及生態多樣性的減少[3]。此外，NH3還能與空氣中的硝酸鹽以及硫酸鹽發生反應，形成硝酸銨鹽、硫酸銨鹽的混合物，進一步降低空氣能見度，形成霧霾，威脅人類健康[4]。因此，采取有效措施來減少農田氨排放是非常必要的。

相比單施無機肥，配施有機肥可以提高土壤肥力和營養供應，有助于提高作物的氮肥利用率并減少土壤氮損失[5]。前人已經對有機無機肥配施下的土壤氨揮發損失進行了大量有效的研究[6-7]。然而在太湖流域中，配施有機肥對麥田土壤氨揮發損失的影響還不是很清晰。因此本試驗以太湖流域麥田為試驗材料，研究有機無機肥配施下小麥不同生育期的氨揮發損失，旨在闡明不同施肥方式對太湖地區麥田氨揮發損失的影響，以期為減少氮肥損失和提高氮肥利用率提供一定的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗在中國科學院常熟農業生態試驗站（31°32′45″N，120°41′53″ E）進行。該站位于太湖流域，屬于亞熱帶濕潤氣候，年平均氣溫15.5℃，年降雨量1 038 mm，無霜期224d。土壤類型為湖積物發育而成的潛育型水稻土（烏柵土），表層土（0-20 cm）基本性質：pH，7.35；有機質，35 g/kg；全氮，2.09 g/kg；全磷，0.93 g/kg；陽離子交換量，17.7 cmol/kg。

1.2 試驗設計

冬小麥采用當地流行品種—揚麥16 號，小麥種子于翻耕前人工播撒，播種密度為180 kg N ha-1。小麥生長期間不進行人工灌溉，雜草和病蟲害管理遵循當地常規。試驗共設置4 個處理為：空白處理（CK）不施氮肥，單施有機肥處理（M），常規無機肥處理（CT），施氮210 kg N ha-1，以及等氮量條件下有機肥取代部分無機肥處理（CM），各處理4 次重復，處理間隨機排列，田塊面積為6 m×7 m=42m2。所有田塊磷肥（過磷酸鈣，P2O513.5%）和鉀肥（氯化鉀，K2O 60%）作為基肥一次施用，施肥量分別為54 和72 kg N ha-1。有機肥為腐熟后的菜籽餅肥，也是作為基肥一次性施入。各個處理的氮肥（尿素，N 46%）平均分為3 次施用，基肥、分蘗肥和返青肥的施肥比例為4∶3∶3?；示鶆蛉鍪┖螅M行人工耙地；追肥則直接將肥料均勻撒施在土壤表層。

1.3 土壤氨揮發的測定

土壤NH3揮發測定采樣密閉室通氣法[8]。采集時間為每天的8:00～10:00 和14:00～16:00，用這4 h 的氨揮發日通量平均值去估算日氨揮發總量。每次施肥后，均從第一天開始采集，一直到氨揮發通量與CK 沒有顯著差異，停止采集。

1.4 數據統計分析

所有試驗數據通過SPSS 20.0 進行統計分析，Origin 9.1 制圖，用LSD 法進行多重比較分析確定差異的顯著性。

2 結果與分析

2.1 土壤氨揮發日通量變化

不同施肥期土壤氨揮發通量結果見圖1、圖2 和圖3?；适┯煤?，氨揮發通量值在0.01～0.85 kg N ha-1d-1之間波動。M、CT 和CM 處理的氨揮發通量在施肥后4～5 天達到峰值，分別為0.25、0.62 和0.85 k N ha-1d-1，第16 天后均與空白處理無差異。M、CT 和CM 處理的氨揮發日通量平均值分別為0.89、4.02 和5.26 kg N ha-1d-1；較CK 處理分別增加了0.16、3.29 和4.53 kg N ha-1d-1。

與小麥基肥有所不同，第一次追肥后氨揮發通量值在0.01～0.31kgNha-1d-1之間波動。M、CT 和CM 處理的氨揮發通量均在第4 天即達到最大值，分別為0.06、0.31 和0.14 kg N ha-1d-1，第8 天后均與空白處理無差異。M、CT 和CM 處理的氨揮發日通量平均值分別為0.20、1.28 和0.76 kg N ha-1d-1；較CK 處理分別增加了0.01、1.09 和0.51 kg N ha-1d-1。

第二次追肥后氨揮發通量值在0.04～1.06 kg N ha-1d-1之間波動。M、CT 和CM 處理的氨揮發通量均在第4 天即達到最大值，分別為0.05、1.06 和0.46 kg N ha-1d-1，第11 天后均與空白處理無差異。M、CT 和CM 處理的氨揮發日通量平均值分別為0.64、4.25 和1.86 kg N ha-1d-1；較CK 處理分別增加了0.13、3.74 和1.35 kg N ha-1d-1。

圖1 基肥施用后不同處理的氨揮發日通量變化

2.2 土壤氨揮發損失總量變化

不同處理的氨揮發損失總量見表1。結果表明，冬小麥生育期內田間氨揮發損失量變化較大，最大變幅可達0.19～5.26 kg N ha-1，這可能與施肥方式和不同生育期溫度等影響因素有關。施用基肥后，與空白處理相比，CM 和CT 處理顯著提高了氨揮發損失，不過二者之間沒有顯著差異。 第一次追肥后，各個處理之間的氨揮發損失量均無顯著性差異。第二次追肥后，CT 的氨揮發損失量最大，為4.25 kg N ha-1，顯著高于CM 處理（p＜0.05）。對比三次施肥的氨揮發損失結果，可知麥田氨揮發主要發生在基肥和第二次追肥期，這主要是因為第一次追肥時期溫度較低，不利于氨揮發的產生。

圖2 第一次追肥施用后不同處理的氨揮發日通量變化

圖3 第二次追肥施用后不同處理的氨揮發日通量變化

表1 不同施肥處理的土壤氨揮發損失總量

不同施肥處理的氨揮發總損失量在1.42～9.55 kg N ha-1之間波動，是太湖地區冬小麥重要的氮素損失途徑。不同施肥處理的氨揮發損失總量表現趨勢為：CT＞CM＞M＞CK。CT 處理總損失量為9.55 kg N ha-1，較CM 處理提高17%，不過二者之間無顯著差異。不同施肥處理的氨揮發肥料損失率表現趨勢為：CT＞CT+M＞M。CT 處理的氨揮發肥料損失率為3.87%；而CM 處理的氨揮發肥料損失率為3.07%。與CT 處理相比，CM 在一定程度上降低了氨揮發肥料損失率。

3 討論

先前大量研究表明有機無機肥配施能夠降低土壤氨揮發損失[6-9]。鄭鳳霞等[7]研究表明，與常規無機肥處理相比，有機無機肥配施有效減少了氨揮發損失，氮肥利用率提高18.2%。劉紅梅等人[9]進行的大田試驗，同樣證明了不同施氮水平下，有機無機肥配施氨揮發損失較低。與前人研究類似，本試驗中有機無機肥配施的氨揮發損失總量較常規無機肥處理降低了1.67 kg N ha-1，但是二者之間無顯著差異，不過配施有機肥顯著降低了第二次追肥期的氨揮發損失（p＜0.05）。有機肥施入土壤后，在一定的礦化作用下，不同形態的有機氮轉化為NH4+-N。NH4+-N 或被作物小麥重新吸收利用，或吸附在土壤上，其余部分則通過氨的形式揮發。有機肥的施入能夠提高土壤有機質含量，增強土壤的保肥保水能力，提高作物的氮肥利用率，進而降低氨揮發損失[10]。也有研究表明，有機無機肥配施有效減少土壤氨揮發損失，其實質主要是降低了尿素水解過程中土壤的pH 值[11]。