不同氮肥運(yùn)籌對潮土區(qū)冬小麥產(chǎn)量及土壤氨揮發(fā)的影響

李洪杰 趙同凱 孫明 李子雙 仲子文 張英鵬

摘要：針對潮土區(qū)冬小麥種植季氨揮發(fā)損失嚴(yán)重的問題，通過設(shè)置田間試驗(yàn)，研究不同氮肥運(yùn)籌對潮土區(qū)冬小麥產(chǎn)量及土壤氨揮發(fā)的影響。結(jié)果表明，在減氮14.3%的條件下，各處理并未明顯降低小麥產(chǎn)量，且CRFA和CRFC處理與FP處理相比略有增產(chǎn);CRFA處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高，PFPN值為23.75 kg/kg，其次是CRFC和CRFD處理;冬小麥基肥期不同處理的土壤氨揮發(fā)通量均在施肥12 d后達(dá)到高峰，其值由高至低的順序?yàn)镸F>FP>NIP>CRFC>CRFB>CRFD>CRFA，氨揮發(fā)累積量的高低順序?yàn)镃RFC>FP>CRFB>MF>CRFA = NIF>CRFD;冬小麥追肥期氨揮發(fā)累積量高低順序?yàn)镕P>CRFA>CRFC>CRFB> MF>CRFD>NIF。氮肥運(yùn)籌處理的追肥期氨揮發(fā)量明顯高于基肥期氨揮發(fā)量。FP處理的氨揮發(fā)總量最大，CRFD處理的氨揮發(fā)總量最低。綜上所述，在減氮14.3%的條件下，控釋肥D處理的產(chǎn)量與農(nóng)民習(xí)慣處理持平，氨的揮發(fā)通量和累積量均較低，氨揮發(fā)的減排效果最好，因此是一種值得選擇的環(huán)境友好型肥料。

關(guān)鍵詞：冬小麥;氨揮發(fā);氮肥偏生產(chǎn)力;控釋肥;硝化抑制劑;微生物肥

中圖分類號：S143.1：S512.1+10.62? 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A? 文章編號：1001-4942（2020）11-0051-05

Effects of Different Nitrogen Fertilizer Application on Winter

Wheat Yield and Soil Ammonia Volatilization

in Fluvio-Aquic Soil Region

Li Hongjie1，2， Zhao Tongkai1，2， Sun Ming2，3， Li Zishuang1，2，

Zhong Ziwen2，3， Zhang Yingpeng2，3

（1. Dezhou Academy of Agricultural Sciences， Dezhou 253015， China;

2. Key Laboratory of Agro-Environment in Huanghe-Huaihe-Haihe Plain，

Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China;

3.Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract Aiming at the serious problem of ammonia volatilization in winter wheat planting season in fluvo-aquic soil region， field experiment was conducted to study the effects of different nitrogen application strategies on winter wheat yield and soil ammonia volatilization. The results showed that under the condition of 14.3% of nitrogen reduction， the wheat yield of all treatments did not significantly reduce， and the yield of CRFA and CRFC treatments were slightly higher than that of FP treatment. The partial productivity of nitrogen fertilizer under CRFA treatment was the highest with PFPN value as 23.75 kg/kg， followed by CRFC and CRFD treatments. The soil ammonia volatilization flux of different treatments at base fertilization stage of winter wheat had an obvious peak after 12 days of fertilization. The order of peak value from high to low was MF>FP>NIP>CRFC>CRFB>CRFD>CRFA， and the order of ammonia volatilization accumulation was CRFC>FP>CRFB>MF>CRFA=NIF>CRFD. The order of ammonia volatilization accumulation at topdressing stage of winter wheat was FP>CRFA>CRFC>CRFB>MF>CRFD>NIF. The amount of ammonia volatilization at topdressing stage was significantly higher than that at base fertilization stage. The total amount of ammonia volatilization was the highest under FP treatment and the lowest under CRFD treatment. In conclusion， under the condition of 14.3% of nitrogen reduction， the wheat yield under the controlled-release fertilizer D treatment was the same as that under the farmers practice， and the ammonia volatilization flux and accumulation were lower， and the emission reduction effect of ammonia volatilization was the best， so it was a kind of environmental friendly fertilizer worthy of selection.

Keywords Winter wheat; Ammonia volatilization; Partial productivity of nitrogen fertilizer;Controlled-release fertilizer;Nitrification inhibitor;Microbial fertilizer

冬小麥?zhǔn)俏覈狈街饕r(nóng)作物之一，在我國糧食生產(chǎn)中占有重要地位。施用氮肥是冬小麥增產(chǎn)的重要措施之一[1]，但長期大量施用氮肥帶來了氨揮發(fā)、氧化亞氮排放造成全球氣候變暖、氮的流失和淋失造成水體富營養(yǎng)化等一系列問題[2]。氨揮發(fā)是氮肥氣態(tài)損失的重要途徑[3]。除肥料品種外，土壤酸堿特性是決定氨揮發(fā)數(shù)量高低的重要因素，pH值高于7.0的石灰性土壤更有利于氨揮發(fā)[4]。

山東省德州市位于山東省西北部、黃河下游沖積平原，主要土壤類型為潮土，是山東省三大土類之一。潮土屬于石灰性土壤，pH值明顯高于7.0，因此，氨揮發(fā)是潮土區(qū)最主要的氮損失途徑。通過田間試驗(yàn)研究不同種類肥料對潮土區(qū)土壤氨揮發(fā)的報(bào)道并不多見，因此本試驗(yàn)采用通氣法研究不同包膜控釋肥、微生物肥、常規(guī)肥配施硝化抑制劑等氮肥運(yùn)籌對德州市小麥玉米輪作農(nóng)田土壤氨揮發(fā)的影響，為選擇環(huán)境友好型肥料及推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2017年11月—2018年10月于德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院科技園區(qū)進(jìn)行。該地區(qū)屬華北平原，典型的冬小麥-夏玉米輪作區(qū)。地勢平坦，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12.9℃，年均日照2 592 h，年均降水量547.5 mm，無霜期平均達(dá)208 d。供試土壤類型為潮土，砂質(zhì)壤土。耕層土壤基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)7個處理，分別為T1：習(xí)慣施肥（FP）、T2：控釋肥A處理（CRFA）、T3：控釋肥B處理（CRFB）、T4：控釋肥C處理（CRFC）、T5：控釋肥D處理（CRFD）、T6：微生物肥處理（MF，常規(guī)肥料配施生物制劑類土壤調(diào)理劑，用量600 kg/hm2）、T7：添加硝化抑制劑處理（NIF，常規(guī)肥料配施硝化抑制劑雙氰胺，用量為尿素用量的8%），各處理的田間管理均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣，每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積90 m2。2017年11 月13日整地施肥旋耕播種，小麥播種量為187.5 kg/hm2。FP、MF和NIF處理的追肥時間為2018年 4 月 18 日，2018年6月15日收獲。

施肥量如表2所示，磷肥為重過磷酸鈣（P2O5 43%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%），均與控釋肥作基肥耕種前一次性施入;氮肥為尿素，基施追施各占一半。小麥?zhǔn)┓史绞骄鶠槿鍪？蒯尫蔄為金正大生產(chǎn)的樹脂包膜控釋肥;控釋肥B、C和D均為山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所新型肥料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研制的水性樹脂包膜控釋肥，其中控釋肥D是控釋肥B和控釋肥C按1∶3比例的摻混型包膜控釋肥;土壤調(diào)理劑為‘中農(nóng)綠康，主要成分為微生物功能性菌株;雙氰胺為市場購買。小麥品種為山農(nóng)21號，玉米品種為魯寧184。一年兩熟，秸稈還田。

1.3 樣品采集

每小區(qū)收獲3行5 m的小麥樣方（合計(jì)2.625 m2），將收獲的小麥從根部貼地處割下，每個樣方的小麥單獨(dú)扎好，單獨(dú)脫粒計(jì)算各處理的小麥產(chǎn)量;另外貼地割取1 m雙行的小麥，單獨(dú)脫粒后稱量籽粒重量;在小麥?zhǔn)斋@后種植玉米。

取1 m雙行的小麥籽粒和秸稈樣品進(jìn)行烘干，磨細(xì)過篩，分別測定其氮含量[5]。氨揮發(fā)采用通氣法[6]采集，并用凱氏定氮法測定。在施肥當(dāng)天開始進(jìn)行土壤氨揮發(fā)氣體的收集，施肥后第2天9∶00 取樣，試驗(yàn)開始第1周，每天取樣1次;而后適當(dāng)減少取樣頻次，待結(jié)冰后停止監(jiān)測;來年氣溫回升后繼續(xù)監(jiān)測，追肥后第1周每天取樣1次，后期適當(dāng)減少取樣頻次，直至收獲為止。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

除了肥料利用率外，國際上常用氮肥偏生產(chǎn)力表征農(nóng)田氮肥的利用效率[7]，氮肥偏生產(chǎn)力是指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量，即PFPN=Y/F，Y為施肥后所獲得的作物籽粒產(chǎn)量;F代表化肥的投入量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用DPS 2000軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[8]，利用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，檢驗(yàn)不同處理間在0.05水平的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥運(yùn)籌對冬小麥產(chǎn)量的影響

由圖1可知，與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理相比，CRFA和CRFC處理略有增產(chǎn)，但增產(chǎn)不顯著，CRFD產(chǎn)量基本與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理的持平，而CRFB、MF和NIF處理的產(chǎn)量略有下降，但差異不顯著。說明在減氮14.3%的水平下，各處理并未明顯降低小麥產(chǎn)量。

2.2 氮肥運(yùn)籌對氮肥偏生產(chǎn)力的影響

不同氮肥運(yùn)籌對小麥氮肥利用效率的影響差異比較明顯（圖2）。在各處理中，CRFA處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高，PFPN值為23.75 kg/kg，其次是CRFC和CRFD處理，MF和NIF處理的PFPN值略低于FP處理。

2.3 氮肥運(yùn)籌對冬小麥基肥期土壤氨揮發(fā)損失的影響

由圖3可知，冬小麥基肥期不同處理的土壤氨揮發(fā)通量均在施肥12 d時有明顯高峰，峰值由高至低為MF>FP>NIP>CRFC>CRFB>CRFD>CRFA。另外，MF處理在施肥3 d時有明顯的高峰，CRFC處理在施肥后3 d和5 d有明顯的高峰，NIF處理在施肥4 d時出現(xiàn)明顯高峰。

小麥基肥期各處理的氨揮發(fā)量均比較低，在施肥6 d后，氨揮發(fā)量急劇上升，43 d后氨揮發(fā)量保持穩(wěn)定。各處理中，氨揮發(fā)累積量的高低順序?yàn)镃RFC> FP>CRFB> MF>CRFA= NIF>CRFD（圖4）。

2.4 氮肥運(yùn)籌對冬小麥追肥期土壤氨揮發(fā)損失的影響

追肥期后，各氮肥運(yùn)籌處理的氨揮發(fā)通量急劇下降，CRFA和CRFB處理的氨揮發(fā)通量在追肥2 d時降至最低，而后在4、20 d出現(xiàn)兩個小高峰;FP、CRFC和NIF處理在追肥4 d時降至最低，而后FP處理在追肥12 d時出現(xiàn)峰值，CRFC處理在7 d時出現(xiàn)一個小高峰，NIF在7、20 d出現(xiàn)兩個小高峰;CRFD和MF處理在7 d時降至最低，在12 d出現(xiàn)一個明顯峰值（圖5）。

由圖6可知，進(jìn)入追肥期后，各處理的氨揮發(fā)累積量隨著追肥時間呈上升趨勢，各氮肥運(yùn)籌處理的氨揮發(fā)累積量高低順序?yàn)镕P>CRFA>CRFC>CRFB>MF>CRFD>NIF。

2.5 不同氮肥運(yùn)籌對氨揮發(fā)量的影響

由表3可知，各氮肥運(yùn)籌處理的追肥期氨揮發(fā)量明顯高于基肥期氨揮發(fā)量。FP處理的氨揮發(fā)總量最大，占到施氮量的13.16%;其次是CRFA處理和CRFC處理，各占施氮量的13.53%和13.20%;CRFD、MF和NIF處理的氨揮發(fā)總量相對較低，CRFD處理的氨揮發(fā)總量最低，僅占施氮量的8.31%。各氮肥運(yùn)籌處理的氨揮發(fā)總量比FP處理減少11.9%～45.9%。CRFD處理的減排效果最好，其次是NIF處理。

3 討論與結(jié)論

不同種類肥料對冬小麥產(chǎn)量的影響不同。鄭文魁等[9]研究表明，與速效氮肥相比，在等量施氮條件下，3種控釋氮肥均顯著提高了小麥產(chǎn)量;李子雙等[10]研究表明，等量施氮條件下，3種不同包膜材料的控釋肥與OPT處理的差異不顯著，可以達(dá)到當(dāng)?shù)貎?yōu)化施肥的效果。本試驗(yàn)條件下，與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比減氮14.3%的CRFA和CRFC處理略有增產(chǎn)，CRFD處理產(chǎn)量基本與農(nóng)民習(xí)慣施肥的持平，可能由于包膜尿素在土壤中的釋放增加了冬小麥中后期土壤中硝態(tài)氮含量，滿足了冬小麥生育后期對氮素的需求[11]。普通尿素配施硝化抑制劑可以有效降低溫室氣體排放并提高冬小麥產(chǎn)量[12]，可能是因?yàn)殡迕富钚暂^強(qiáng)有助于尿素水解從而有利于小麥吸收利用，進(jìn)而有效提高氮肥利用率，增加產(chǎn)量。而在本試驗(yàn)條件下由于減氮的緣故，NIF處理的小麥產(chǎn)量與FP處理相比略有下降。

基肥期氨揮發(fā)速率與氣溫密切相關(guān)，追肥期土壤含水量和NH+4-N 濃度是影響氨揮發(fā)的主控因子[13]。基肥期溫度低，脲酶活性弱，使得氨揮發(fā)的底物維持在較低水平，極大降低了氨揮發(fā)強(qiáng)度。與基肥期相比，追肥期溫度大幅度上升，氨揮發(fā)底物供應(yīng)充足，氨揮發(fā)速率增加，這也是本研究中追肥期氨揮發(fā)量明顯高于基肥期的原因。康飛等[14]研究表明，冬小麥生產(chǎn)中，基追比為1∶1 的情況下，基肥期氨揮發(fā)量顯著高于追肥期（P<0.05），分別占整個生育期氨揮發(fā)量的58.7%和41.3%，與本研究結(jié)論相反。

控釋肥處理的氨揮發(fā)量高峰值明顯低于農(nóng)民習(xí)慣施肥，這是由于普通尿素施入土壤后水解成銨態(tài)氮揮發(fā)迅速，因此普通尿素處理土壤氨揮發(fā)主要集中于施肥后一周內(nèi);包膜控釋尿素對養(yǎng)分的控釋是通過膜上的微孔和裂隙實(shí)現(xiàn)的，包膜材料阻隔了尿素與部分土壤脲酶的直接接觸，減少了參與土壤氨揮發(fā)的底物氮素，從而降低了氨揮發(fā)量，同時也延長了土壤氨揮發(fā)的時間。基肥期MF處理的氨揮發(fā)峰值最高，可能是由于微生物肥料中干物質(zhì)含量高，粘度較高，導(dǎo)致無機(jī)氮不易下滲，提高了氨揮發(fā)強(qiáng)度[15]。

Cai等[16]報(bào)道麥季肥料氮的氨揮發(fā)損失率變化在1%～20%之間，本研究中的氨揮發(fā)總量占施氮量的比例在8.31%～13.53%。倪康等[17]測定小麥季氨揮發(fā)量（N）為13.31～17.89 kg/hm2，肥料氮的損失率為7.54%～11.93%;吉艷芝等[18]在河北保定輕壤質(zhì)潮土上測定的冬小麥氮肥的氨揮發(fā)損失率為9.5%;而本研究小麥季總氨揮發(fā)量變化范圍在22.45～41.46 kg/hm2，遠(yuǎn)高于前人的研究結(jié)論，可能因?yàn)樵囼?yàn)地土壤性質(zhì)以及水分、溫度等因素的不同共同引起的。基肥期氨揮發(fā)量在7.08～11.63 kg/hm2，與山楠等[19]報(bào)道的在50～400 kg/hm2不同施肥水平下土壤的氨揮發(fā)總量（N）為1.83～14.29 kg/hm2的結(jié)論相吻合。

綜上，在減氮14.3%的條件下，CRFD處理的產(chǎn)量與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理持平，氨揮發(fā)通量和累積量均較低，氨揮發(fā)的減排效果最好，因此是一種值得選擇的環(huán)境友好型肥料。

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