不同材料包膜氮肥氮素揮發(fā)特征及對油菜產(chǎn)量的影響

蔣一飛，張硯銘，楊明，虞娜，張玉玲，鄒洪濤，張玉龍

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不同材料包膜氮肥氮素揮發(fā)特征及對油菜產(chǎn)量的影響

蔣一飛，張硯銘，楊明，虞娜，張玉玲，鄒洪濤，張玉龍

（沈陽農(nóng)業(yè)大學土地與環(huán)境學院/土肥資源高效利用國家工程實驗室，沈陽 110866）

【目的】施用包膜緩/控釋肥料是減少氮素損失，提高氮肥利用率的重要途徑之一。新型有機-無機復(fù)合包膜氮肥具有緩釋性能好、環(huán)境友好等優(yōu)點。研究不同有機-無機復(fù)合包膜氮肥的氣態(tài)氮損失特征，可為新型包膜緩/控釋肥料的研發(fā)與應(yīng)用提供科學依據(jù)?！痉椒ā勘狙芯恳愿男跃垡蚁┐挤謩e與無機材料硅藻土、沸石粉、生物質(zhì)炭、磷礦粉、硫磺進行混合作為包膜材料制備包膜尿素（分別記作Ag、Af、Ac、Ap、As肥料），采用室內(nèi)培養(yǎng)方法，以普通尿素為對照（CK），通過測定60 d內(nèi)土壤的氨揮發(fā)速率和氮氧化物排放速率，揭示不同膜材料包膜氮肥施入土壤后的氨揮發(fā)和氮氧化物排放特征。并設(shè)計盆栽試驗，研究施用不同包膜氮肥對油菜生長和產(chǎn)量影響?！窘Y(jié)果】施肥后土壤氨揮發(fā)從培養(yǎng)的第1天開始出現(xiàn)，且不同包膜氮肥的氨揮發(fā)速率均在培養(yǎng)的第3—10天達到最大值，CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的最大氨揮發(fā)速率分別為1.132、0.373、0.508、0.696、0.347和 0.304 mg·L-1·d-1，各包膜肥料氨揮發(fā)峰值的出現(xiàn)時間遲于普通尿素，說明包膜肥料的包裹層可以有效地阻礙外界水分同其內(nèi)部的尿素核心相接觸，使尿素溶解時間延長，減緩尿素溶出速率。氨揮發(fā)速率呈現(xiàn)先快后趨于平穩(wěn)的趨勢。CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的氨揮發(fā)總量分別為104.0、88.2、93.4、95.6、81.9和79.4 mg，Ag、Af、Ac、Ap和As肥料氨揮發(fā)總量較普通尿素CK分別降低了15%、10%、8%、21%和23%。包膜肥料的氮氧化物排放特征與氨揮發(fā)相似，氮氧化物排放速率峰值與氨揮發(fā)相比明顯后移。排放高峰期出現(xiàn)在第6—23天，CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的氮氧化物排放速率峰值分別為 0.092、0.033、0.039、0.051、0.027和0.022 mg·L-1·d-1，其氮氧化物排放總量分別為15.8、11.1、12.4、13.2、10.3和8.5 mg，包膜肥處理氮氧化物排放總量均低于普通尿素處理。各處理氨揮發(fā)占氮素氣態(tài)損失總量的80%—90%。施用包膜肥料的油菜產(chǎn)量與普通尿素（CK）相比均有提高，提高量分別為 47%（Ag）、37%（Af）、31%（Ac）、52 %（Ap）、63%（As）。【結(jié)論】氨揮發(fā)是肥料氮素氣態(tài)損失的主要形式，發(fā)生在施肥后的前兩周。硅藻土、沸石粉、生物質(zhì)炭、磷礦粉和硫磺與改性聚乙烯醇制備的包膜肥料對氨氣和氮氧化物的排放具有抑制作用，能夠提高油菜產(chǎn)量。

包膜肥；氨揮發(fā)；氮氧化物排放；油菜產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】中國農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，化肥的增產(chǎn)效益與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益直接相關(guān)[1]。據(jù)相關(guān)報道，中國氮肥的施用量占世界施用總量的1/3，但是氮肥的當季表觀利用率卻只有30%—35%，損失的氮肥有相當大一部分以氣體的形式排到大氣中[2]。因此引發(fā)一系列的生態(tài)環(huán)境問題，如造成大氣污染、農(nóng)田土壤pH下降等[3-4]。許多研究表明，包膜緩釋肥料可有效提高氮肥利用率，減少氮素氣態(tài)損失[5-8]。【前人研究進展】傳統(tǒng)包膜肥料按包膜材料主要分為有機高分子聚合物包裹肥料和無機（礦）物包裹肥料兩大類，有機高分子聚合物包裹肥料緩釋性能好但降解率低，易造成環(huán)境二次污染[9]。無機（礦）物包裹肥料環(huán)境危害小但緩釋效果往往較差。采用可降解可溶性高分子聚合物作為黏結(jié)劑，無機物作為包裹層，進行組合制成包膜緩釋肥料具有更好的提高肥用率、減少環(huán)境污染的潛力[10]。MAO等[11]和WANG等[12]的研究表明，肥料的氮素氣態(tài)損失主要以氨的形式揮發(fā)，約占氮素總揮發(fā)量的87%，包膜肥料可以顯著減少氮素揮發(fā)。蘇芳等[13]的研究表明，肥料氮素的氨揮發(fā)損失主要發(fā)生在施肥后的1周內(nèi)。土壤氨揮發(fā)速率、氨揮發(fā)累積量及其占施氮量的比率均隨施氮量的增大而增大。趙斌等[14]認為，控釋氮肥可顯著降低氨揮發(fā)速率，提高作物產(chǎn)量。侯俊等[15]的研究結(jié)果表明，緩釋肥料能夠保持氮素養(yǎng)分長時間以銨態(tài)氮形式存在，減少氮素因轉(zhuǎn)化為氮氧化物而造成的養(yǎng)分淋溶損失?！颈狙芯壳腥朦c】目前關(guān)于肥料氮素氣態(tài)損失的研究多集中在施肥量與施肥方式對其的影響[16]。氣體損失的觀測集中在單一氣體[17]，或是在田間受其他因素影響的情況下的研究[18-19]。不同材料包膜氮肥的氮素氣態(tài)損失特征缺少相關(guān)研究。新型有機-無機復(fù)合包膜氮肥的氨揮發(fā)和氮氧化物排放特征研究尚不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究開展室內(nèi)培養(yǎng)試驗，監(jiān)測施肥后土壤的氨揮發(fā)和氮氧化物的排放，研究不同種包膜肥料在其他環(huán)境因素相對一致的情況下氮素的氣態(tài)損失特征，為新型包膜肥料的發(fā)展和氮素高效利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試土壤 供試土壤為典型棕壤，取自遼寧省沈陽農(nóng)業(yè)大學后山試驗田0—20 cm表層土，其基本理化性質(zhì)見表1，過2 mm篩備用。培養(yǎng)試驗在實驗室內(nèi)進行，盆栽試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學后山試驗大棚內(nèi)進行。

1.1.2 供試肥料

（1）普通大顆粒尿素（直徑2.5—4.0 mm），含氮量為46.2%，購于中石油西北銷售公司寧夏分公司。

（2）環(huán)氧樹脂改性聚乙烯醇作為有機黏結(jié)劑，與無機材料復(fù)合包膜尿素制備緩釋肥料。無機材料有硅藻土、沸石粉、生物質(zhì)炭、磷礦粉、硫磺，其制備的包膜肥分別記作Ag、Af、Ac、Ap、As。

（3）其他養(yǎng)分為常規(guī)肥料，磷肥為磷酸二銨（N≥14%、P2O5≥39%），鉀肥為硫酸鉀。

1.1.3 供試作物 油菜，品種為蘇州青。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 培養(yǎng)試驗 培養(yǎng)試驗在室內(nèi)進行，開展于2016年4月。準備塑料桶（內(nèi)徑20 cm，高30 cm）27個，按2 kg/桶的用量裝入風干土，使氣體有足夠的揮發(fā)空間。肥料用量按每千克風干土施氮0.6 g標準添加。并設(shè)置對照CK和空白（不施用化肥）共7個處理，每一處理重復(fù)3次。具體作法是，先稱好0.5 kg風干土放入桶中，壓實后，將一半肥料均勻鋪在土層表面，將另一半肥料與剩下的1.5 kg風干土均勻混合裝入桶中。裝土完畢后向各桶內(nèi)均勻倒入350 mL的去離子水，使土壤充分潤濕。桶口用保鮮膜和凡士林進行密封，確保不漏氣。密封后的塑料桶放在20℃恒溫培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)，試驗期間不再澆水。于試驗開始后的第5、10、15、20、25、30、35、40、50、60 天用大氣采樣器采集桶內(nèi)密閉空間內(nèi)的氣體，共采集10次，氣體收集采用吸收法進行。每次采樣20 min，采樣時氣體流量0.5 L·min-1。采樣結(jié)束后，立即測定氣體中NOx和NH3含量。每次采樣后，將塑料桶敞口一段時間后，再用保鮮膜和凡士林進行密封，放入恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.2.2 盆栽試驗 盆栽試驗與培養(yǎng)試驗同時進行，采用高40 cm，直徑為25 cm的花盆進行油菜盆栽試驗，共設(shè)施用普通尿素（CK）、和包膜肥料Ag、Af、Ac、Ap、As共6個處理，每個處理重復(fù)3次。每個花盆裝風干土2.5 kg。肥料用量按照每千克風干土含N 0.52 g、P2O50.62 g、K2O 0.26 g標準施用，試驗所用的氮肥為普通尿素和自制包膜肥料，所有肥料均一次性施入，生長過程中不再追肥。試驗開始后第4天出苗，第12天間苗，每盆定苗5株，各處理每次澆水量相同為500 mL，按照當?shù)爻Ｒ?guī)油菜栽培管理模式進行盆栽管理。

1.3 取樣及測定

揮發(fā)出的NOx采用鹽酸萘乙二胺比色法測定、NH3采用納氏試劑比色法測定[20]。各施肥處理的NOx、NH3測定結(jié)果減去不施肥處理的NOx、NH3測定結(jié)果，即為肥料氣態(tài)氮損失的測定結(jié)果。油菜成熟后用游標卡尺和直尺測量各處理的株高和莖粗。收集各處理成熟后的油菜，稱重并計算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

土壤NH3和NOx累積揮發(fā)量隨時間變化過程均可用方程（1）進行擬合：

=e/t(>0,<0) （1）

式中，為土壤NH3或NOx的累積揮發(fā)量，為肥料氣態(tài)氮最大累積揮發(fā)量；為培養(yǎng)時間，為揮發(fā)速度常數(shù)，可以看出，值越大，NH3和NOx的累積揮發(fā)量隨時間變化越迅速。

文中所有圖和數(shù)據(jù)分別采用SPSS22.0和Origin9.0軟件進行分析繪制，不同處理間差異的顯著性采用Duncan 法檢驗。

2 結(jié)果

2.1 肥料的氨氣（NH3）揮發(fā)特征

圖1是普通尿素CK和5種包膜緩釋肥料 Ag、Af、Ac、Ap、As的氨氣累積揮發(fā)量隨著時間變化的曲線。從圖1中可以看出，第一次采樣時，6種肥料中雖然都有氨氣揮發(fā)，但是氨揮發(fā)量已經(jīng)開始出現(xiàn)了差異，未包膜的普通尿素CK明顯高于其他5種包膜緩釋肥料。隨著培養(yǎng)時間的增加，各肥料氨氣揮發(fā)量也隨之增加，在培養(yǎng)的40 d以后，增加趨勢偏于平緩，說明肥料揮發(fā)逐漸地接近尾聲。直到最后一次采樣，普通尿素CK的氨氣累積揮發(fā)量一直保持高于其他5種包膜緩釋肥料，說明包膜處理后的肥料可以在一定程度上抑制氮素以氨形態(tài)揮發(fā)，并且5種包膜肥料本身的揮發(fā)量之間也存在著一定的差異。

6種肥料（Ag、Af、Ac、Ap、As、CK）的氨氣揮發(fā)總量可以通過各肥料的累積揮發(fā)量和采樣體積來計算，結(jié)合氮氧化物揮發(fā)量計算出各肥料中以氨氣形式損失的氮素占總氮素量的比值。應(yīng)用上述的方法，計算出至培養(yǎng)結(jié)束時，CK和5種包膜緩釋肥料的氨氣揮發(fā)總量分別是：Ag為88.2 mg、Af為93.4 mg、Ac為95.6 mg、Ap為81.9 mg、As為79.4 mg、 CK為104.0 mg，5種包膜肥料較CK分別降低了15.8、10.6、8.4、22.1和24.6 mg。這說明了包膜緩釋肥料與普通尿素相比，可以顯著地抑制氨氣的揮發(fā)量。

圖1 包膜緩釋尿素及CK的氨氣累積揮發(fā)量曲線

從圖1中可以看出，肥料在模擬條件下，氨氣累積揮發(fā)量隨時間的延長而逐漸增加，最后增加趨勢變得平緩，并接近某一常數(shù)。使用方程（1）進行擬合，相關(guān)擬合參數(shù)見表2。

從表2中可以看出，該方程能很好的擬合5種肥料的氨氣累積揮發(fā)量的動態(tài)過程，決定系數(shù)2值均達到了顯著相關(guān)。肥料的值由小到大順序為As＜Ap＜Ag＜Af＜Ac＜CK，說明肥料在模擬條件下5種包膜緩釋肥料的氨氣揮發(fā)速度均小于普通肥料CK，其中As肥料的氨氣揮發(fā)速度常數(shù)最小，其對氨氣揮發(fā)的抑制效果好于其他處理。

表2 包膜緩釋尿素和CK的氨氣累積揮發(fā)量方程擬合參數(shù)

=9,20.01=0.636 ;20.05=0.444 **,* 分別代表1%和5%顯著水平Indicate significantly different of 1% and 5% levels

將圖1中氨氣累積揮發(fā)量曲線函數(shù)進行求導(dǎo)數(shù)，就能夠得到氨氣揮發(fā)量速率曲線，見圖2。

從圖2中可以看出，未經(jīng)包膜的普通尿素CK在培養(yǎng)開始時，氨氣揮發(fā)速率就很高。CK肥料的揮發(fā)速率峰值在第3天出現(xiàn)，最高揮發(fā)速率高達1.132 mg·L-1·d-1，峰值過后，揮發(fā)速率迅速下降。包膜緩釋肥料抑制氨氣揮發(fā)效果明顯，其揮發(fā)速率峰值滯后于普通肥料CK，峰值出現(xiàn)在第4—10天，Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的氨氣揮發(fā)速率最大值分別為0.373、0.508、0.696、0.347和0.304 mg·L-1·d-1，分別比普通尿素降低了67%（Ag）、55%（Af）、39%（Ac）、69%（Ap）和73%（As）。從圖2中還可以看出，在試驗培養(yǎng)期間，CK肥料的氨氣揮發(fā)速率變化最為劇烈，說明CK肥料氨揮發(fā)過程發(fā)生的最快，硫磺包膜抑制氨氣揮發(fā)的效果最明顯。

圖2 包膜緩釋尿素及CK的氨氣揮發(fā)速率曲線

2.2 肥料的氮氧化物（NOx）揮發(fā)特征

測定氨氣揮發(fā)量的同時也進行氮氧化物揮發(fā)量的測定，氮氧化物揮發(fā)量的變化趨勢除了在時間上稍微滯后之外，與氨氣揮發(fā)量變化規(guī)律基本一致，因此按照計算氨氣揮發(fā)量的方法計算氮氧化物的揮發(fā)量，結(jié)果見圖3。

從圖中可以看出，5種包膜緩釋肥料（Ag、Af、Ac、Ap、As）的氮氧化物累積揮發(fā)量曲線要比普通尿素（CK）曲線平緩一些，至培養(yǎng)結(jié)束時，普通尿素的氮氧化物的累積揮發(fā)量一直高于5種包膜緩釋肥料。6種肥料的氮氧化物揮發(fā)總量分別為：15.8 mg（CK）、11.08 mg（Ag）、12.4 mg（Af）、13.2 mg（Ac）、10.3 mg（Ap）、8.5 mg（As），5種包膜緩釋肥Ag、Af、Ac、Ap和As比普通尿素分別降低了4.72、3.4、2.6、5.5和7.3 mg，說明了包膜緩釋肥料，可以顯著地減少氮氧化物的揮發(fā)總量。

圖3 氮氧化物累積揮發(fā)量曲線

使用方程（1）對6種肥料的氮氧化物的累積揮發(fā)量進行擬合，結(jié)果見表2。

表2 包膜緩釋尿素和CK的NOx累積揮發(fā)量方程擬合參數(shù)

=9,20.01=0.5846,20.05=0.3993 . **,*分別代表1%和5%顯著水平 **,*Indicate significantly different of 1% and 5% levels

可以看出，方程（1）也能很好的擬合出5種緩釋肥料（Ag、Af、Ac、Ap、As）和普通肥料（CK）氮氧化物累積揮發(fā)量的動態(tài)過程，其決定系數(shù)2均達到了顯著水平。肥料的值由小到大的順序為：As＜Ap＜Ag＜Af＜Ac＜CK；這與NH3累積揮發(fā)量擬合結(jié)果一致。

將圖3氮氧化物累積揮發(fā)量曲線求導(dǎo)，即得氮氧化物揮發(fā)速率曲線，見圖4。

從圖4中可以看出，普通尿素氮氧化物揮發(fā)速率的峰值出現(xiàn)在第6天，峰值為0.092 mg·L-1·d-1，而包膜緩釋尿素氮氧化物揮發(fā)速率峰值與普通尿素相比明顯后移，高峰期出現(xiàn)在第11—23天，Ag、Af、Ac、Ap、As的氮氧化物最大揮發(fā)速率分別為0.033、0.039、0.051、0.027和0.022 mg·L-1·d-1，分別比CK降低了64%（Ag）、57%（Af）、45%（Ac）、71%（Ap）、76%（As）。從圖中還可以看出氮氧化物的揮發(fā)滯后于氨氣的揮發(fā)。

2.3 肥料氮素的揮發(fā)總量

將包膜緩釋肥料（Ag、Af、Ac、Ap、As）和普通尿素（CK）的氨氣揮發(fā)總量和氮氧化物揮發(fā)總量相加，即可得各肥料的氮素揮發(fā)總量，結(jié)果如圖5。

圖4 包膜緩釋尿素及CK的NOx揮發(fā)速率曲線

圖5 包膜緩釋尿素及CK氮素揮發(fā)總量

從圖5中可見，5種包膜緩釋肥料的氮素揮發(fā)均以氨氣形式為主，占80%—90%，氮氧化物揮發(fā)相對較少。說明氨氣揮發(fā)是氮肥損失的一個主要方面。5種包膜緩釋肥料Ag、Af、Ac、Ap、As氮素揮發(fā)總量分別為99.28、105.8、108.8、92.2和87.9 mg，普通尿素CK氮素揮發(fā)總量為119.8 mg。Ag、Af、Ac、Ap、As緩釋肥比普通尿素揮發(fā)總量分別降低了17%、12%、9%、23%、27%。其中包膜緩釋肥料硫磺、磷礦粉、硅藻土的抑制效果要好于沸石粉和生物質(zhì)炭。

2.4 不同施肥處理對油菜株高、徑粗和產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，各緩釋肥施肥處理株高較CK有所提高，除Ac外差異均顯著，Ap提高的幅度最大，提高1.48 cm，其次為As，Ac最差。各施肥處理的徑粗Ap、As顯著高于CK，且As較CK增幅最高，增幅為28%。油菜產(chǎn)量各處理差異顯著，As產(chǎn)量最高，為130.8 g，其次為Ap、Ag、Af，Ac的效果最差，為105.23 g。從表中可以看出，5種包膜緩釋肥料均能夠不同程度地提高油菜的產(chǎn)量。各緩釋肥處理油菜的產(chǎn)量比普通尿素CK分別增產(chǎn)了47%（Ag）、37%（Af）、31%（Ac）、52%（Ap）、63%（As），其中As和Ap的增產(chǎn)效果最為明顯，Ac增產(chǎn)效果最差。施用包膜緩釋肥料處理的油菜比普通尿素平均增產(chǎn)了46%。

表3 不同處理下對油菜株高、莖粗和產(chǎn)量的影響

3 討論

3.1 氨揮發(fā)和氮氧化物排放特征

本研究結(jié)果表明，各包膜材料對氨累積揮發(fā)量的抑制作用由大到小為As＞Ap＞Ag＞Af＞Ac，普通尿素（CK）的氨揮發(fā)量最大。原因是酰胺態(tài)肥料氮施入土壤后會迅速水解為銨態(tài)氮，銨態(tài)氮濃度越高，氨氣揮發(fā)速率越大[21]。普通大顆粒尿素施入土壤后，產(chǎn)生大量銨態(tài)氮致使氮素大量地以氨氣形式揮發(fā)損失[22]。包膜肥料的養(yǎng)分釋放較為緩慢，主要是由于包裹層可以有效得阻止外界水分同其內(nèi)部的尿素核心相接觸，使尿素溶解時間推后并延長，減緩肥料溶出[23]，進而減少土壤中的氮源，阻礙了土壤中的銨態(tài)氮向氨氣的轉(zhuǎn)化[24]，最終降低了氨氣的揮發(fā)速率。加之包膜材料本身就是很好的吸附劑，具有很強的吸附性和離子交換性，可吸附大量銨態(tài)氮，從而減少氨氣的揮發(fā)。氨氣在大氣中會形成氮氧化物等溫室氣體，污染大氣環(huán)境，普通尿素氨揮發(fā)量大，在一定程上降低了氮肥的利用率，不利于農(nóng)業(yè)和環(huán)境。而包膜緩釋肥料因包裹嚴密，揮發(fā)的尿素量較少[25]，不但可以提高利用率，還能減少因施肥引發(fā)的大氣環(huán)境污染[26]。

本研究中，氮氧化物的排放特征與氨揮發(fā)特征一致，但存在滯后效應(yīng)。因為氮氧化物的產(chǎn)生與多個微生物過程相關(guān)，在本研究的整個培養(yǎng)期間，肥料氮素大量的以氨氣的形式損失掉，反硝化作用可能因氮源問題而并不強烈，說明氮氧化物的排放與土壤中的肥料氮素釋放有關(guān)[27]。氮氧化物的排放量約占氮素氣態(tài)損失總量的10%—20%，說明肥料氮的主要以氨揮發(fā)的形式損失，這不僅是肥料氮素利用率低下的一個主要原因，也是大氣中氨氣的一個主要來源[28]。

3.2 不同包膜氮肥的施用效果

施用包膜氮肥對油菜均有明顯的增產(chǎn)作用，增產(chǎn)約30%—60%。大量研究表明，施用包膜控釋氮肥相對于普通尿素對作物確實有顯著的增產(chǎn)效果[29-30]，這與本試驗的研究結(jié)果相一致。其原因是緩釋氮肥在油菜生育期內(nèi)氮素釋放緩慢而平穩(wěn)，整個生育期保持著較高的氮素供應(yīng)水平，相比普通尿素，包膜緩釋氮肥更能夠保證作物后期的氮素供應(yīng)[31]。

4 結(jié)論

4.1 硅藻土、沸石粉、生物質(zhì)炭、磷礦粉和硫磺與有機黏結(jié)劑混合制備的包膜尿素肥料的氨氣和氮氧化物揮發(fā)量較普通尿素明顯降低。其中硫磺包膜材料抑制氮素揮發(fā)的效果最好，磷礦粉次之，生物質(zhì)炭最差。

4.2 肥料氮素的揮發(fā)主要發(fā)生在施肥后的前15 d，揮發(fā)以氨氣為主體，氨氣的揮發(fā)占氮素氣態(tài)損失總量的80%—90%。

4.3 本研究制備的包膜緩釋肥料養(yǎng)分緩慢釋放的特性可以滿足油菜的生長需要。硫磺包膜緩釋肥料較普通尿素增產(chǎn)63%，增產(chǎn)效/果最好。

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（責任編輯 李云霞）

Nitrogen Volatilization Characteristics of Different Materials Coated Nitrogen Fertilizer and Its Effect on Rape Yield

JIANG Yifei, ZHANG YanMing, YANG Ming,YU Na, ZHANG YuLing, ZOU HongTao, ZHANG YuLong

(College of Land and Environment，Shenyang Agricultural University/Soil Resources Use Efficiency of National Engineering Laboratory，Shenyang 110866)

【Objective】The application of coated slow/controlled release fertilizer is an important method for reducing nitrogen loss and increasing nitrogen use efficiency. A new type of organic-inorganic materials coated fertilizer has advantages of excellent release performance and environmentally friendly, etc. Studies on nitrogen volatilization characteristics of organic-inorganic materials coated fertilizer could provide scientific basis for the development and application of coated slow/controlled release fertilizers. 【Method】In our study , the coated fertilizers were prepared by encapsulating urea granules with blend films of modified polyvinyl alcohol (PVA) and inorganic material including diatomaceous earth (Ag)，zeolite powder (Af), biochar (Ac), phosphate rock (Ap) and sulfur (As). A laboratory culture experiment was conducted to demonstrate the characteristics of ammonia volatilization and nitrogen oxide emissions from soil treated with various coated fertilizers through determining soil ammonia volatilization rate and nitrogen oxides emission rate in 60 days. A pot culture experiment was also carried out to study the effects of different coated fertilizer applications on growth and yield of rape.【Result】Ammonia volatilization began at the first day of incubation after fertilizer incorporating into soil. Moreover, Ammonia volatilization rate for different treatments reached maximum values within 10 days after incubation. The peak values for CK, Ag, Af, Ac, Ap and As were 1.132 mg·L-1·d-1, 0.373 mg·L-1·d-1, 0.508 mg·L-1·d-1, 0.696 mg·L-1·d-1, 0.347 mg·L-1·d-1, 0.304 mg·L-1·d-1, respectively. The peak values of soil ammonia volatilization treated with coated fertilizers appeared later than urea treatment, indicated that the blend film encapsulated urea granules could prolong urea dissolved time and subsequently slow urea dissolution rate through effectively preventing the external which could effectively prevent the external water from contacting urea. Generally, ammonia volatilization rate exhibited a steady trend after dramatic variation. The total ammonia volatilization for treatments of CK, Ag, Af, Ac, Ap and As were 104.0 mg, 88.2 mg, 93.4 mg, 95.6 mg, 81.9 mg, 79.4 mg respectively. The total ammonia volatilization from these five coated fertilizer treatments were 15 % (Ag), 10 % (Af), 8 % (Ac), 21 % (Ap) and 23 % (As) lower than that of urea treatment (CK). The emission characteristics of nitrogen oxide for different coated fertilizers were similar with ammonia volatilization. Compared with ammonia volatilization, the peaks of NOx emission obviously shifted rearward, which were observed between 6 and 23 days. The peak values of NOx emission for CK, Ag, Af, Ac, Ap and As were 0.092 mg·L-1·d-1, 0.033 mg·L-1·d-1, 0.039 mg·L-1·d-1, 0.051 mg·L-1·d-1, 0.027 mg·L-1·d-1, 0.022 mg·L-1·d-1, respectively. NOx emission accumulation for CK, Ag, Af, Ac, Ap and As were 15.8 mg, 11.1 mg, 12.4 mg, 13.2 mg, 10.3 mg, 8.5 mg, respectively. The overall nitrogen oxides emission from coated fertilizer treatment was lower than that of uncoated urea treatment. Ammonia volatilization from different treatments accounted for 80-90 % of nitrogen gaseous loss. The rape yield of coated fertilizer treatment was higher than that of CK. The yield increase for treatments were diatomaceous earth (Ag) 47%, zeolite powder (Af) 37%, biochar (Ac) 31%, phosphate rock (Ap) 52%, sulfur (As) 63%, respectively.【Conclusion】In our study, ammonia volatilization was the main form of nitrogen gaseous loss from soil treated with coated fertilizers, which mainly occurred in the first two weeks after fertilization. The organic-inorganic materials coated fertilizers could inhibit ammonia volatilization and nitrogen oxides emission from soil. Ultimately, these coated fertilizers increased rape yield.

coated fertilizer; ammonia volatilization; nitrogen oxides emission; rape yield

2017-06-30；

2017-11-02

國家自然科學基金（31572206）、國家科技支撐項目（2015BAD23B0203）、遼寧省“百千萬人才工程”

蔣一飛，E-mail：j15037780361@163.com。

鄒洪濤，E-mail：zouhongtao2001@163.com