紫云英不同時期還田部分替代化肥對氨揮發及水稻 產量 的影響

胡中澤 衣政偉 王安 楊大柳 張岳芳 陳留根 王顯

摘要：? 氨揮發是稻田氮肥損失的主要途徑，研究紫云英還田對稻田氨揮發和水稻產量的綜合影響對于合理利用綠肥以及稻田化肥減量有重要意義。本研究以稻麥輪作常規施氮（M）為對照，在紫云英旺長期（F1）、始花期（F2）、盛花期（F3）和初莢期（F4）翻壓還田并減少稻季20%的化學氮肥用量，研究了紫云英不同時期還田部分替代化肥對氨揮發及水稻產量的影響。結果表明，水稻生長期間氨揮發損失總量隨紫云英翻壓還田時期的推遲呈先增加后減少的趨勢，處理間無顯著差異，但均較對照顯著減少。F3、F4、F2處理的水稻產量較高，顯著高于F1處理，但與對照的差異均未達到顯著水平。F1、F2、F3、F4處理間氨揮發排放強度無顯著差異，但均顯著低于對照。不同翻壓還田時期造成了紫云英干物質質量和氮素養分還田量的差異，最終影響了稻田氨揮發和水稻產量;減少化學氮肥的投入可以有效降低稻田氨揮發。說明，紫云英還田應選擇在盛花期至初莢期進行，并減少稻季20%的化學氮肥用量，可在確保水稻高產前提下降低氨揮發排放強度。

關鍵詞：? 紫云英; 還田時期; 稻田; 氨揮發

中圖分類號：? S551 +.9??? 文獻標識碼： A??? 文章編號：? 1000-4440（2021）05-1160-07

Effects of different incorporation stages of Chinese milk vetch residue on ammonia volatilization loss and yield of rice

HU Zhong-ze? 1 ， YI Zheng-wei? 1 ， WANG An? 1 ， YANG Da-liu? 1 ， ZHANG Yue-fang? 2 ， CHEN Liu-gen? 2 ， WANG Xian? 1

（1.Institute of Taizhou Agricultural Science， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Taizhou 225300， China; 2.Key Lab of Agro-environment in Downstream of Yangtze Plain， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China）

Abstract：? Ammonia volatilization is the main way of nitrogen loss in rice field. It is significant to study the comprehensive effects of incorporation of Chinese milk vetch residue on ammonia volatilization and rice yield for rational utilization of green manure and reduction of chemical fertilizer in the rice field. In this study， the effects of nitrogen fertilizer reduction on ammonia volatilization and rice yield were studied under the condition of nitrogen fertilizer reduction by setting four different incorporation stages of Chinese milk vetch residue at rapid growth stage （F1）， initial flowering stage （F2）， full bloom stage （F3） and initial pod stage （F4） combining a 20% reduction of nitrogen application rate. The conventional nitrogen application under rice-wheat rotation （M） was set as control. The results showed that the total amount of ammonia volatilization loss increased first and then decreased with the delay of incorporation stages of Chinese milk vetch residue during rice season. There was no significant difference in the total amount of ammonia volatilization loss among different treatments， but it was significantly reduced compared with the control. The rice yield of F3， F4 and F2 treatments was higher than that of F1 treatment， but there was no significant difference with the control. The ammonia volatilization intensity of F1， F2， F3 and F4 treatments was significantly lower than that of M treatment. The difference of dry matter and nitrogen accumulation of Chinese milk vetch was caused by different stages of residue incorporation， which ultimately affected the ammonia volatilization and rice yield. Reducing the application rate of chemical nitrogen fertilizer can effectively reduce the ammonia volatilization. It is suggested that Chinese milk vetch residue should be incorporated from the full bloom stage to the initial pod stage combining a 20% reduction of nitrogen application rate， which can reduce the intensity of ammonia volatilization under the premise of ensuring high yield of rice.

Key words：? Chinese milk vetch; stages of residue incorporation; rice field; aAmmonia volatilization

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，大量施用化學肥料尤其氮肥是獲得水稻高產穩產的重要措施? [1-4] 。氨揮發是稻田氮肥損失的主要途徑，約占氮肥施用量的 13.2%～ 47.0%，不僅降低了肥料的利用效率，也造成了環境污染? [5-7] 。研究結果表明，氣候條件、土壤特性等均對氮肥施用后稻田氨揮發產生影響，農業措施（如水分管理、綠肥還田等）也是重要影響因素? [8] 。胡安永等? [9] 研究發現，紫云英還田后水稻生長季氨揮發總量為 9.9～ 21.2 ?kg/hm 2 ，占氮肥施用量的 7.1%～ 8.3%;謝志堅等? [10] 的研究結果顯示，紫云英還田后稻季氨揮發總量為 79.8～ 93.4 ?kg/hm 2 ，占氮肥施用量的 21.9%～ 25.7%;俞巧鋼等? [11] 的研究結果表明，紫云英還田后稻季氨揮發總量為 17.0～ 26.3 ?kg/hm 2 ，比純施化肥減少 29.9%～ 54.7%。紫云英是中國南方稻區的主要綠肥作物，翻壓還田能有效改善土壤理化性狀，有利于后茬作物水稻高產穩產? [12-13] 。最近的研究結果表明，在氮肥減施20%甚至40%的條件下，紫云英還田處理的水稻產量不減或略有增加? [14-17] 。翻壓還田時期顯著影響紫云英干物質積累和氮素養分還田量? [18] ，但其對水稻生長季氨揮發和水稻產量的影響鮮有報道? [19] 。因此，本研究以稻麥輪作常規施氮為對照，在紫云英旺長期、始花期、盛花期和初莢期翻壓還田并減少稻季20%的化學氮肥用量，綜合評價紫云英不同時期還田部分替代化肥對稻田氨揮發及水稻產量的影響，旨在為稻田綠色生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于 2019- 2020年在江蘇省農業科學院泰州農業科學研究所試驗地（119°59′38″E，32°32′23″N）進行。土壤類型為重壤質黑黏土，試驗前土壤pH為6.4，有機質含量為32.8 ?g/kg ，全氮含量為1.9 ?g/kg ，速效氮含量為110.7 ?mg/kg ，速效磷含量為6.9 ?mg/kg ，速效鉀含量為100.3 ?mg/kg 。

1.2 試驗設計

于2019年10月20日水稻收獲后撒播紫云英，紫云英播種量45 ?kg/hm 2 ，種植紫云英期間不施肥。設置4個翻壓還田時期處理，分別為旺長期（F1，4月5日）、始花期（F2，4月17日）、盛花期（F3，4月29日）和初莢期（F4，5月5日），以稻麥輪作常規施氮（M）為對照，麥季施純氮270 ?kg/hm 2 、P? 2 O? 5 ?75 ?kg/hm 2 、K? 2 O? 75 ?kg/hm 2 ，小區面積為12 m? 2 ，每個處理重復3次。供試水稻品種為南粳9108，于5月7日浸種，5月10日育秧，6月1日移栽，行株距為30.0 cm和11.1 cm，每穴3苗。M處理施純氮270 ?kg/hm 2 ，F1、F2、F3和F4處理氮肥減量20%（即施純氮216 ?kg/hm 2 ）。氮肥按基 肥∶ 分蘗 肥∶ 穗 肥=? 3∶? 3∶ 4施用。所有處理均施P? 2 O? 5 ?75 ?kg/hm 2 ，K? 2 O? 75 ?kg/hm 2 ，磷肥全部基施，鉀肥按基 肥∶ 穗 肥=? 5∶ 5施用。不同處理稻季氮素養分投入量見表1。試驗采用的氮肥種類為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。

1.3 測定項目和計算方法

1.3.1 氨揮發測定方法? 氨揮發收集采用Zhao等? [20] 的密閉室抽氣法。收集裝置由真空泵、密閉室、洗氣瓶、節流閥等組成。密閉室為底部開放的圓柱形有機玻璃，內徑14 cm，高15 cm。將密閉室嵌入移栽的2 行水稻中間表層土壤中，內部留有 8～ 10 cm 高的空間。罩子頂部開有2個孔，其中1個是直徑為25 mm進氣孔，連接進氣管口到2.5 m高處，以減少田面交換空氣對稻田氨揮發測定的影響;另一個為采氣孔，與盛有2%硼酸的吸收瓶相連，吸收瓶再與真空泵相連。通過流量計將室內換氣次數設置為1 min ?15～ 20 次。抽氣時段為上午 （8∶00-? 10∶00 ）和下午 （14∶00-? 16∶00 ），抽氣結束后將氨吸收液帶回實驗室測定 NH +? 4 -N 濃度。以這4 h 的通量值作為每天氨揮發的平均通量計算全天的氨揮發量。

1.3.2 氨揮發相關計算? 氨揮發通量計算公式：

F =（ C × V ×6×10? -6 ）/（π× r?? 2 ×10? -4 ） （1）

式中， F ?表示氨揮發速率， kg/（hm? 2 ·d） ; C ?表示吸收液中硼酸質量濃度， g/L ; V ?表示稀硫酸吸收液體積;6 表示換算為 1 d 排放通量;10? -6 ?表示將g轉換為 kg和ml轉換為L; r ?表示收集氨揮發的密閉室半徑;10? -4 表示將m? 2 ?轉換為 hm? 2 。

氨揮發損失率計算公式：

R = F?? W / f? （2）

式中， R 表示氨揮發損失率，%; ?F?? W 表示氨揮發排放總量， kg/hm 2 ; f ?表示化學氮肥施氮量， kg/hm 2 。

氨揮發排放強度計算公式：

Q?? NH 3 = E / Y? （3）

式中， Q?? NH 3 ?為氨揮發 （以氮計） 排放強度， kg/t ; E ?為單位面積氨揮發 （以氮計） 排放總量， kg/hm 2 ; Y 為單位面積水稻產量，? t/hm 2? 。

1.3.3 紫云英質量和水稻產量的測定? 于旺長期、始花期、盛花期和初莢期在每個小區選定長勢均勻的1 m? 2 樣方，測定紫云英干物質質量，半微量蒸餾法測定全氮含量。于水稻成熟期在每個小區選定長勢均勻的2 m? 2 樣方，調查單位面積穗數、每穗粒數、結實率和千粒質量，計算水稻產量（14%含水量）。

1.4 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2019進行整理和作圖，采用SPSS 18.0軟件進行單因素方差分析，采用LSD法 （ P < 0.05）進行處理間多重比較。

2 結果與分析

2.1 紫云英干物質質量和氮素養分還田量

隨著紫云英翻壓還田時期的推遲，其干物質質量和氮素養分還田量呈先增加后減少的趨勢（表1），處理間的差異均達顯著水平，以F3處理紫云英氮素養分還田量（163.79 ?kg/hm 2 ）為最高。從表1還可以看出，紫云英翻壓還田處理（F1、F2、F3和F4）的氮素養分還田量比M處理小麥秸稈氮素養分還田量（23.40 ?kg/hm 2 ）增加 18.37～ 140.39 ?kg/hm 2 。說明紫云英還田能顯著增加秸稈氮素養分還田量，以盛花期為最佳。

2.2 施肥后稻田氨揮發動態變化

由圖1可以看出，不同處理施用基肥后土壤氨揮發排放速率動態變化基本一致，均呈先上升后降低的趨勢，排放峰值出現在施肥后第2 d，F1、F2、F3、F4、M處理施用基肥后的排放峰值依次為2.34 ?kg/（hm 2·d） 、2.60 ?kg/（hm 2·d） 、3.06 ?kg/（hm 2·d） 、2.54 ?kg/（hm 2·d） 、3.25 ?kg/（hm 2·d） ，M處理和F3處理的差異不顯著，但均顯著高于其他處理，排放峰值過后氨揮發速率逐步下降。不同處理施用基肥后氨揮發平均排放速率差異明顯，表現為M>F3>F2>F4>F1。

不同處理施分蘗肥后氨揮發排放速率動態變化較為一致（圖2），均在分蘗肥施用后第1 d達到排放峰值 [3.82～ 4.59 ?kg/（hm 2·d） ]，以M處理的排放峰值為最大，峰值過后各處理排放速率迅速下降，15 d后排放速率較小且處理間基本無差異。施分蘗肥后，不同紫云英翻壓時期處理間氨揮發平均排放速率差異不顯著，但均顯著低于M處理。

由圖3可知，施用穗肥后，不同處理土壤氨揮發排放速率在施肥當天較低，隨后快速上升，在施肥后第2 d排放速率達到峰值，處理間差異不顯著。F1、F2、F3、F4、M處理排放速率峰值依次為2.79 ?kg/（hm 2·d） 、2.86 ?kg/（hm 2·d） 、2.87 ?kg/（hm 2·d） 、2.77 ?kg/（hm 2·d） 、3.02 ?kg/（hm 2·d） ，排放峰值過后各處理氨揮發排放速率快速下降，12 d后排放量較少且處理間基本無差異。

2.3 氨揮發排放量和排放損失率

由表2可知，稻季氨揮發排放總量表現為 M>? F3>? F2>? F4> F1，4個紫云英還田處理的氨揮發排放總量較M處理顯著減少，減排 14.85%～ 27.77%，F3處理氨揮發排放總量顯著大于F1處理，F3處理與F4處理差異不顯著。氨揮發排放損失率以F1處理為最低，除與F4處理差異不顯著外，顯著低于其他處理，F2、F3、F4、M處理間氨揮發排放損失率的差異不顯著。

從不同施肥階段氨揮發累積排放量占全生育期的比例來看，以施用分蘗肥后為最高，達 37.18%～ 41.68%。F1、F2、F3、F4、M處理施分蘗肥后氨揮發累積排放量分別為12.24 ?kg/hm 2 、13.22 ?kg/hm 2 、12.87 ?kg/hm 2 、12.70 ?kg/hm 2 和16.36 ?kg/hm 2 ，4個紫云英還田處理較M處理顯著減少氨揮發排放總量 3.14～ 4.12 ?kg/hm 2 。說明減少施用分蘗肥后氨揮發是降低水稻生長季氨揮發排放總量的有效途徑。

2.4 水稻產量與氨揮發排放強度

由表3可知，F1、F2、F3、F4、M處理的水稻產量分別為8.78 ?t/hm 2 、9.45 ?t/hm 2 、9.78 ?t/hm 2 、9.47 ?t/hm 2 和9.25 ?t/hm 2 ，F3處理與F2、F4處理的水稻產量差異不顯著，但顯著高于M處理，M處理的產量顯著高于F1處理。說明紫云英適期翻壓還田是維持水稻高產的關鍵。

氨揮發排放強度表示單位籽粒產量的氨揮發損失量，是評價環境效應的重要指標之一。由圖4可知，F1、F2、F3、F4、M處理氨揮發排放強度分別為3.35 ?kg/t 、3.51 ?kg/t 、3.54 ?kg/t 、3.34 ?kg/t 和4.40 ?kg/t ，以M處理氨揮發排放強度最大，顯著高于其他處理，紫云英翻壓還田處理間無顯著差異。與M處理相比，F1、F2、F3、F4處理氨揮發排放總量顯著降低，表明化學氮肥減施20%后紫云英翻壓還田可顯著降低氨揮發排放強度。

3 討 論

3.1 紫云英翻壓還田對稻季氨揮發的影響

本研究結果表明，紫云英翻壓還田并減少稻季化學氮肥用量20%，比稻麥輪作常規施氮處理減少氨揮發損失 14.85%～ 27.77%，這與俞巧鋼等? [11] 的研究結果基本一致。本研究中紫云英盛花期和初莢期還田處理的化學氮肥用量比稻麥輪作常規施氮處理化學氮肥用量少20%，而加上秸稈還田的養分含量，其總氮投入量比稻麥輪作常規施氮處理增加86.39 ?kg/hm 2 、61.03 ?kg/hm 2 ，氨揮發排放總量卻減少6.04 ?kg/hm 2 、9.06 ?kg/hm 2 ，進一步證實了氮素來源對稻田氨揮發有顯著影響? [8] ，但紫云英翻壓還田減少氨揮發的機理有待深入研究。本研究所有處理不同施肥階段氨揮發累積排放量占全生育期的比例均以施分蘗肥后為最高，說明降低施用分蘗肥來減少氨揮發對于水稻全生育減排的重要性。本研究中稻季紫云英還田處理的氨揮發排放總量為 29.37～ 34.62 ?kg/hm 2 ，占氮肥施用量的 13.60%～ 16.03%，結果高于胡安永等? [9] 定位試驗5年后的觀測值，即氨揮發排放總量 9.90～ 21.20 ?kg/hm 2 （占氮肥施用量的 7.10%～ 8.30%），但明顯低于謝志堅等? [10] 在盆栽條件下的試驗結果（氨揮發排放總量 79.80～ 93.40 ?kg/hm 2 ，占氮肥施用量的 21.90%～ 25.70%），說明試驗條件自身也是影響稻田氨揮發的重要因素。紫云英翻壓還田以旺長期翻壓處理稻田氨揮發排放總量為最低，始花期、盛花期和初莢期翻壓處理稻田間差異不顯著，處理間氨揮發的差異與秸稈氮素養分還田量密切相關，在紫云英始花期后翻壓還田，后茬水稻季氨揮發排放總量并沒有隨紫云英氮素養分積累的明顯提高而顯著增加。

3.2 紫云英還田對水稻產量及氨排放強度的影響

眾多研究結果表明，在化學氮肥減施 20%～ 40%的條件下，紫云英還田可以保證水稻不減產或增產? [14-17] ，甚至在氮肥減施60%條件下仍能顯著增產? [21] ，這可能與較高的紫云英鮮草還田量（45 ?t/hm? 2? ）有關，陳靜蕊等? [15] 的研究結果顯示，在氮肥減施20%或40%的條件下水稻產量隨紫云英還田量的增加而增加，這表明，紫云英還田量的多少可能決定了氮肥的減施效果。從本研究紫云英不同翻壓還田時期對水稻產量的影響來看，在氮肥減施20%的條件下，還田時期過早（旺長期）顯著降低水稻產量，始花期、盛花期和初莢期翻壓還田較對照稻麥輪作常規施氮處理均有不同程度增產潛力，其中盛花期翻壓還田處理的水稻產量與對照稻麥輪作常規施肥處理差異達到了顯著水平。本研究的結果和陳靜蕊等? [15] 的研究結果一致，即在化學氮肥減施20%的條件下，增加紫云英還田量有利于提高水稻產量。因此，生產實踐中往往選擇紫云英干物質質量和氮素養分含量最高的盛花期作為翻壓還田的最佳時期? [18] 。綜合水稻產量，本研究采用“氨揮發排放強度”這一指標來評價不同處理對氨揮發排放的影響。研究結果表明，紫云英翻壓還田時期處理間無顯著差異，較稻麥輪作常規施氮處理降低氨揮發排放強度 19.42%～ 24.03%，說明在化學氮肥減施20%后，紫云英翻壓還田可有效降低氨揮發排放強度。

4 結 論

本研究結果表明，紫云英不同時期翻壓還田造成了干物質質量和氮素養分還田量的差異，影響了稻季氨揮發和水稻產量。隨著紫云英翻壓還田時期的推遲，其氮素養分還田量、水稻產量、氨揮發量均呈先增加后減少的趨勢。與對照稻麥輪作常規施氮處理相比，紫云英還田處理顯著降低稻季氨揮發量和氨揮發排放強度，始花期至初莢期還田有利于提高水稻產量。綜合分析不同翻壓時期秸稈氮素養分積累量、水稻產量和氨揮發損失量，建議在本試驗條件下紫云英還田時期選擇在盛花期至初莢期，同時配施化學氮肥（純氮）216 ?kg/hm 2 ，能有效保證水稻高產，同時緩解水稻生產對環境的負面影響。本研究結果還表明紫云英還田對稻田氨揮發有明顯減排作用，但其減排機制有待深入研究。

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（責任編輯：陳海霞）