湖南典型雙季稻田氨揮發(fā)對施氮量的響應(yīng)研究

朱 堅， 石麗紅， 田發(fā)祥1,， 霍蓮杰， 紀(jì)雄輝*

(1湖南省土壤肥料研究所, 湖南長沙 410125； 2 中南大學(xué)隆平分院， 湖南長沙 410125；3 農(nóng)業(yè)部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室， 湖南長沙 410125)

湖南典型雙季稻田氨揮發(fā)對施氮量的響應(yīng)研究

朱 堅1,3， 石麗紅2,3， 田發(fā)祥1,2,3， 霍蓮杰1,3， 紀(jì)雄輝2,3*

(1湖南省土壤肥料研究所, 湖南長沙 410125； 2 中南大學(xué)隆平分院， 湖南長沙 410125；3 農(nóng)業(yè)部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室， 湖南長沙 410125)

雙季稻田； 施氮量； 氨揮發(fā)

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗地點為湖南省長沙縣干杉鄉(xiāng)干杉社區(qū)下大屋組的雙季稻田。區(qū)內(nèi)年平均降水量為1400 mm，主要集中在春季和夏季。年平均溫度為16.8℃，最高和最低月平均溫度分別為28.9℃(7月)和4.7℃(1月)。供試土壤為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅黃泥。

1.2 測定項目和方法

試驗選擇湖南典型雙季稻田作為供試土壤，其20 cm土層土壤基本化學(xué)性狀為有機(jī)質(zhì)37.70 g/kg、 全氮1.92 g/kg、 銨態(tài)氮17.10 mg/kg、 硝態(tài)氮0.33 mg/kg、 全磷0.64 g/kg、 有效磷12.60 mg/kg、 速效鉀154.70 mg/kg， pH 5.77。土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測定，pH用電位法測定，全氮用凱氏定氮法測定，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用2.0 mol/L氯化鉀浸提流動注射儀分析，全磷、有效磷用鉬銻抗顯色—紫外分光光度法分析，速效鉀用火焰光度計分析。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)6個處理(表1), 三次重復(fù)，共計18個小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積6.0 m×5.0 m = 30.0 m2，四周設(shè)保護(hù)行，小區(qū)間起壟隔開。插秧密度為13.3 cm × 20.0 cm (294666 蔸/hm2，26×34=884 蔸/小區(qū))，每蔸2株。早稻于3月26日播種，4月27日移栽，7月9日收獲；晚稻于6月20日播種，7月18日移栽，10月19日收獲。水分管理為分蘗和乳熟期兩次曬田，收獲前期稻田自然落干，其余時間保持田間覆水，病蟲害防治等管理措施與當(dāng)?shù)匾恢?。各處理早、晚稻基肥和追肥的施用量及施用方法見?，其中碳銨、過磷酸鈣和氯化鉀做基肥一次施入，尿素做追肥施入。

表1 各處理早、晚稻施肥量和施肥方法Table 1 Fertilizer application rate and method in the early and late cropping seasons

注(Note): 碳銨N含量17%、 尿素N含量46%、 過磷酸鈣P2O5含量12%、 氯化鉀K2O含量60%，表中施肥量數(shù)字代表肥料養(yǎng)分量N contents of ammonium bicarbonate and urea are 17% and 46% respectively, P2O5content of calcium superphosphate is 12%, and K2O content of potassium chloride is 60%. Data in the table are nutrient amounts of the fertilizers.

1.4 小區(qū)管理

早、晚稻品種為當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣的湘早24號和岳優(yōu)360。各小區(qū)均設(shè)有單獨的排水口和進(jìn)水口，灌溉用水為附近河流水，灌溉時間一般為傍晚。生長期內(nèi)保證長期淹水，分蘗盛期輕微曬田(土壤略開裂)，成熟期曬田。

1.5 監(jiān)測方法

圖1 氨揮發(fā)測定裝置示意圖Fig.1 The sketch map of ammonia volatilization measuring equipment

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS 3.1.0.1軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙季稻田氨揮發(fā)動態(tài)

2.2 雙季稻田氨揮發(fā)損失量分析

圖2 不同施氮量處理的氨揮發(fā)動態(tài)Fig.2 The dynamic change of ammonia volatilization in different fertilizer treatments

稻季Riceseason處理Treatment總施氮量N?fertilizers氨揮發(fā)量與損失率AmountandrateofNH3volatilization基肥Basaldressing追肥Topdressing總量Total早稻EarlyriceN002．30±0．03f3．60±0．19f5．90±0．22fN1112．523．11±0．79(26．4)e15．19±0．64(34．3)e38．31±1．43(28．8)eN215045．42±0．63(41．1)d20．25±0．92(37．0)d65．67±1．56(39．8)dN3187．555．26±2．73(40．4)c29．95±0．20(46．8)c85．20±2．92(42．3)cN422563．47±1．66(38．8)b41．18±3．86(55．7)b104．64±5．52(43．9)bN530086．48±0．74(40．1)a51．49±1．57(53．2)a137．97±2．31(44．0)a晚稻LatericeN005．57±0．15f4．50±0．09f10．07±0．24fN113554．23±2．04(51．5)e20．62±2．26(39．8)e74．85±5．93(48．0)eN218070．77±2．23(51．7)d23．64±0．09(35．5)d94．42±2．32(46．9)dN3225103．99±3．66(62．5)c36．52±1．38(47．4)c140．51±5．05(58．0)cN4270130．67±0．73(66．2)b51．35±1．71(57．8)b182．02±2．44(63．7)bN5360169．13±7．19(64．9)a70．21±3．46(60．8)a239．34±10．65(63．7)a

注(Note): 括號中的數(shù)值代表氨揮發(fā)損失占該時期施肥量的百分?jǐn)?shù) The values in parentheses indicated the percentage of the NH3volatilization to N fertilizer applying amount； 小寫字母表示處理間LSD多重比較差異性顯著(P<0.05) Values followed by different letters in the same column are significant among the treatments at the 0.05 level according LSD MRT.

3)雙季稻 從2012年雙季稻來分析，以農(nóng)民習(xí)慣施氮量(早稻150.00 kg/hm2、 晚稻180.00 kg/hm2)為例，早、晚稻通過氨揮發(fā)損失的總氮量為161.09 kg/hm2，損失率達(dá)43.7%。結(jié)合表2的分析，湖南雙季稻田氨揮發(fā)總量隨施氮量的增加顯著增加，早稻季當(dāng)施氮量超過112.50 kg/hm2時，氨揮發(fā)率明顯增高；晚稻季當(dāng)施氮量超過180.00 kg/hm2時，氨揮發(fā)率明顯增高。進(jìn)一步對施氮量與氨揮發(fā)量的關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析(圖3)，發(fā)現(xiàn)氨揮發(fā)總量與施氮量之間存在顯著的指數(shù)線性關(guān)系(早稻r=0.9838**，n=18；晚稻r=0.9692**，n=18)，當(dāng)早、晚稻施氮量分別超過112.50 kg/hm2與180.00 kg/hm2時，隨施氮量的增加，氨揮發(fā)量呈指數(shù)增加，氨揮發(fā)總量將躍增。這與葉世超在砂土和壤土上的研究結(jié)論相似[13]。

圖3 氨揮發(fā)損失總量與施氮量的關(guān)系Fig.3 Relationship of total NH3 volatilization and nitrogen application rate

2.3 氨揮發(fā)的影響因素

圖4 不同施氮量處理的田面水濃度動態(tài)Fig.4 The dynamic change of N-N contents in surface water in different fertilizer treatments

圖5 不同施氮量處理的田面水pH動態(tài)Fig.5 The dynamic change of pH in surface water in different fertilizer treatments

2.3.2 田面水pH對氨揮發(fā)的影響

2.3.3 氣候條件對氨揮發(fā)的影響 氣溫、降雨等氣候因素對氨揮發(fā)有很大的影響。低溫、強(qiáng)降雨會抑制氨的揮發(fā)和轉(zhuǎn)移。本試驗中早稻基肥后發(fā)生5次降雨事件(圖6-A)，特別是第4天的強(qiáng)降雨，導(dǎo)致田面水迅速升高、氣溫迅速降低，這是導(dǎo)致早稻基肥后第4天氨揮發(fā)速率降低的主要原因。隨著降雨轉(zhuǎn)停及氣溫回升，氨揮發(fā)速率又逐漸回升(圖2)。追肥后前2天的氣溫較高，超過了30 ℃，促進(jìn)了尿素的分解和氨揮發(fā)的發(fā)生。追肥第3天后出現(xiàn)2次較大的降水，導(dǎo)致田面水升高，溫度迅速降低至20 ℃左右，導(dǎo)致了后期氨揮發(fā)速率迅速降低。

圖6 2012年氨揮發(fā)期間的氣溫和降雨量Fig.6 Air temperature and rainfall during ammonia volatilization period in 2012

3 討論

氨揮發(fā)強(qiáng)度與土壤水溶液中銨離子濃度和pH有關(guān)，本試驗中，基肥施氮后短期內(nèi)引起田面水的銨離子濃度指數(shù)增長，pH也與施氮量呈顯著線性相關(guān)，導(dǎo)致了氨揮發(fā)量隨施氮量呈指數(shù)升高。這可能是由于土壤對銨離子的吸附存在一個閾值，在等同的土壤耕作條件下，過多施氮超過土壤吸附能力后將導(dǎo)致氨揮發(fā)急劇增加。本研究表明，早稻施氮量超過112.5 kg/hm2， 晚稻施氮量超過180.0 kg/hm2時，稻田氨揮發(fā)率明顯增高，因此，該施肥水平可作為控制稻田氨揮發(fā)的施氮閾值。不同施肥方式上，在水稻的生長過程中，由于不同時期的氣溫以及作物的長勢影響，導(dǎo)致不同時期施用氮素的氨揮發(fā)結(jié)果不同[17]。有研究[18]表明，水稻生長前期，由于根系尚不發(fā)達(dá)，同時植株在田間的分布較稀疏，有利于氨揮發(fā)損失。黃進(jìn)寶[19]、葉世超等[13]在太湖黃泥土稻田上的研究結(jié)果表明，追肥氨揮發(fā)率要大于基肥。鄧美華[20]報道稱基肥氨揮發(fā)率大于追肥。本試驗中，除N2處理外，早稻追肥氨揮發(fā)率要大于基肥氨揮發(fā)率，而晚稻基肥氨揮發(fā)率大于追肥。綜合分析認(rèn)為，早稻追肥期間溫度逐步上升，加之肥料表面撒施，未能與土壤充分接觸，導(dǎo)致了早稻追肥的氨揮發(fā)率要高于基肥[21]；晚稻季溫度較高，極大地促進(jìn)了基肥碳銨的氨揮發(fā)損失，而對追肥尿素的氨揮發(fā)影響較小(表3)，故晚稻基肥氨揮發(fā)率大于追肥。

湖南雙季稻田氮素?fù)p失途徑主要有徑流、淋溶、反硝化和氨揮發(fā)等。前人研究表明，常規(guī)施肥條件下氮素徑流、淋溶和反硝化損失的氮分別占施氮量的2.7%、2.3%和0.5%[25-27]。而本試驗得出雙季稻田氨揮發(fā)率為43.7%。可見，氨揮發(fā)是導(dǎo)致該地區(qū)氮素?fù)p失量大、氮素利用率低的主要途徑。因此，控制氨揮發(fā)損失是提高氮素利用率的關(guān)鍵，前人探索了改進(jìn)施肥技術(shù)[28](如粒肥深施)減少氮肥損失、提高氮肥增產(chǎn)效果；當(dāng)前緩控釋肥料研發(fā)也是一個重要途徑[29]。孫凱寧[30]等人研究表明，增值尿素對減少氨揮發(fā)損失和抑制脲酶活性效果良好，俞巧鋼[31]等人發(fā)現(xiàn)含硝化抑制劑的尿素(DMPP)配施高C/N比的生物秸稈，可抑制78.2%的氨揮發(fā)損失；使用分子膜技術(shù)(如16-或18-烷醇溶液)對抑制氨揮發(fā)損失有很好的效果[32-33]。因此，通過控制一次性施氮量，并結(jié)合脲酶抑制劑等技術(shù)，將有效降低稻田氨揮發(fā)，提高氮素利用率，具有較好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

4 結(jié)論

1)氨揮發(fā)量隨施氮量增加而顯著增加。早稻季除N2處理外，追肥氨揮發(fā)率大于基肥，晚稻季基肥氨揮發(fā)率大于追肥。湖南雙季稻區(qū)，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施氮(早稻150 kg/hm2、 晚稻180 kg/hm2)處理下，早稻的氨揮發(fā)氮素?fù)p失占施氮量的39.8%，晚稻達(dá)46.9%，雙季平均氨揮發(fā)率達(dá)43.7%。是該區(qū)域氮素?fù)p失的最主要途徑之一。

3)當(dāng)早、晚稻施氮量分別超過112.5 kg/hm2與180.0 kg/hm2時，隨施氮量的增加，氨揮發(fā)量呈指數(shù)增加，氨揮發(fā)總量將躍增。該施肥水平可作為控制稻田氨揮發(fā)的施氮閾值。

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ResponsesofammoniavolatilizationtonitrogenapplicationamountintypicaldoublecroppingpaddyfieldsinHunanProvince

ZHU Jian1,2, SHI Li-hong2,3, TIAN Fa-xiang1,2,3, HUO Lian-jie1,2, JI Xiong-hui2,3*

(1SoilandFertilizerInstituteofHunanProvince,Changsha410125,China; 2LongpingBranchofGraduateSchoolofCSU,Changsha410125,China; 3KeyLabofAgri-EnvironmentintheMiddleReachPlainofYangtzeRiver,MinistryofAgriculture,Changsha410125,China)

double cropping paddy field; nitrogen application amount; ammonia volatilization

2012-11-12接受日期2013-3-20

國家科技支撐計劃(2013BAD15B04);公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201003014-02-06)資助。

朱堅(1986—)，男，湖南省湘鄉(xiāng)市人，碩士研究生，研究方向為植物營養(yǎng)。E-mail： zhujian313@sina.com * 通信作者 Tel： 0731-84693977, E-mail： jixionghui@sohu.com

S153.6+1

A

1008-505X(2013)05-1129-10