有機(jī)無機(jī)肥配施對夏玉米氮素氣態(tài)損失及籽粒產(chǎn)量的影響

楊清龍，劉鵬，董樹亭，張吉旺，趙斌，李榮發(fā)，任昊，任寒，韓祥飛

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有機(jī)無機(jī)肥配施對夏玉米氮素氣態(tài)損失及籽粒產(chǎn)量的影響

楊清龍，劉鵬，董樹亭，張吉旺，趙斌，李榮發(fā)，任昊，任寒，韓祥飛

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東泰安 271018）

【目的】本研究在定位試驗平臺上監(jiān)測了不同施肥處理夏玉米田NH3和N2O的排放規(guī)律及其損失量，以探討減少黃淮海區(qū)域夏玉米田氮素氣態(tài)損失的有效途徑，為提高夏玉米籽粒產(chǎn)量及肥料利用效率提供理論依據(jù)?！痉椒ā?016—2017年利用水肥滲漏研究池進(jìn)行試驗，以鄭單958（ZD958）為材料，以不施氮肥（CK）為對照處理，在同等施氮量下設(shè)置單施尿素（U1）、單施牛糞（M1）和尿素牛糞1﹕1配施（U2M2）3種氮肥處理。采用通氣法和靜態(tài)箱-氣相色譜法研究了不同施肥處理對玉米田NH3和N2O排放規(guī)律和損失量、籽粒產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響?！窘Y(jié)果】玉米田氮素氣態(tài)損失以NH3揮發(fā)為主，占氮素氣態(tài)損失量的88.55%—96.42%，N2O排放量較少。不同施肥處理顯著影響NH3和N2O排放量及氮素利用效率。U1處理NH3揮發(fā)量最高，兩年平均為38.19 kg·hm-2；以M1處理最低，為19.10 kg·hm-2，U2M2處理介于兩者之間，施用有機(jī)肥的M1或U2M2處理可以顯著降低NH3揮發(fā)損失量。N2O排放氮素?fù)p失以M1處理最高，平均達(dá)到1.65 kg·hm-2，較U1和U2M2處理分別提高了77.42%和34.15%。2016—2017年不同施肥處理間籽粒產(chǎn)量差異顯著，表現(xiàn)為U2M2＞U1＞M1＞CK，2016年U2M2處理籽粒產(chǎn)量較U1和M1處理分別提高了3.45%和5.25%，U1和M1處理之間籽粒產(chǎn)量無明顯差異；2017年U2M2處理籽粒產(chǎn)量較U1和M1處理分別提高了5.83%和12.53%，U1顯著高于M1處理，提高了6.33%。氮素利用效率以U2M2處理最高，平均為58.20%，較M1和U1處理分別提高了32.15%和15.13%。【結(jié)論】有機(jī)無機(jī)肥配施增加了夏玉米干物質(zhì)和氮素積累量，提高了籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率，較單施尿素氨揮發(fā)減少，較單施有機(jī)肥N2O排放降低，是實現(xiàn)增產(chǎn)增效的合理施肥方式。

夏玉米；有機(jī)無機(jī)肥配施；氮素氣態(tài)損失；籽粒產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】玉米是重要的糧食作物和飼料作物，近年來種植面積和單產(chǎn)不斷提高[1],增施氮肥是玉米高產(chǎn)的主要措施之一[2]。作物增產(chǎn)過分依賴肥料投入，尤其是化學(xué)氮肥，使得氮肥過量施用已相當(dāng)嚴(yán)重[3]。2016年中國化肥用量已經(jīng)達(dá)到5 984×104t[4]，氮肥的增產(chǎn)效率和利用率則逐年降低。目前，我國氮肥利用率僅為30%—35%，較發(fā)達(dá)國家低10%—15%[5]。每年有約1 500×104t氮素通過淋洗、氨揮發(fā)損失、N2O排放損失進(jìn)入大氣和水體，造成了肥料和能源浪費，同時嚴(yán)重污染了環(huán)境[6]。全世界施入土壤中的氮肥，大約10%—40%經(jīng)土壤淋溶進(jìn)入地下水，1%—47%通過氨揮發(fā)和N2O排放進(jìn)入大氣[7-8]。氨揮發(fā)是氮素氣態(tài)損失的主要途徑[6]，可達(dá)到施氮量的9%—40%[9-10]。N2O作為氮素?fù)p失的潛在途徑，1980年至2007年排放量年均增長7.6%，2007年N2O-N排放量達(dá)到28.84×104t，肥料氮是大氣中N2O的主要來源[11]?；实拇罅渴┯迷斐赏寥腊褰Y(jié)、肥力降低，可耕性嚴(yán)重下降等問題，嚴(yán)重危害了農(nóng)田土壤的自我修復(fù)能力與生產(chǎn)能力，威脅到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[12]。如何在提升玉米可持續(xù)增產(chǎn)的同時，通過合理施肥，提高肥料利用率，實現(xiàn)土壤的可持續(xù)利用，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大課題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料以化肥為主，有機(jī)肥因傳統(tǒng)的堆肥復(fù)雜、施肥勞動強(qiáng)度大被大量閑置。農(nóng)民不重視土壤培肥和盲目追求產(chǎn)量的短期行為使得大量有機(jī)肥源無法高效利用[13]，造成了一定的環(huán)境污染[14]。有機(jī)肥能夠持續(xù)供給作物生長發(fā)育所需的各種養(yǎng)分[15]，改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)[16]。它依靠日變幅較小的土壤水熱動態(tài)周期性變化，為微生物活動創(chuàng)造了一個良好的生活環(huán)境，使其能夠順利通過腐殖化階段，形成保水保肥功能強(qiáng)的腐殖質(zhì)，從而提高土壤的肥力[17]。但是有機(jī)肥相對于化學(xué)肥料而言存在肥效緩慢、養(yǎng)分含量低等問題。有機(jī)無機(jī)肥配施是合理利用資源、提高土壤肥力和保持作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效的施肥方式[17]。一方面有機(jī)無機(jī)肥配施結(jié)合了化肥速效性和有機(jī)肥持久性的特點，對改善土壤理化性狀、提高土地生產(chǎn)力具有重要作用；另一方面有機(jī)肥還田，既可解決有機(jī)肥堆放問題，又可減少對環(huán)境的污染[18]。近年來，有機(jī)無機(jī)肥配施是肥料應(yīng)用研究中相對活躍的領(lǐng)域之一，也是研究進(jìn)展最迅速的領(lǐng)域。小麥季單施有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)肥配施可顯著抑制氨揮發(fā)損失[18]。35%和50%有機(jī)氮替代無機(jī)氮較單施無機(jī)氮處理的小麥氮肥利用率（38.60%）分別提高了24.09%和37.31%[19]。有機(jī)無機(jī)肥配施處理的早晚稻平均產(chǎn)量比不施肥增產(chǎn)65.4%—71.5%，比施化肥增產(chǎn)3.9%—7.8%[20]?！颈狙芯壳腥朦c】前人針對玉米保護(hù)性耕作、施用緩控釋肥、秸稈還田配施化肥條件下的氨揮發(fā)損失進(jìn)行了大量研究。免耕玉米田追肥后氨揮發(fā)損失量顯著高于翻耕和旋耕處理[21]。與常規(guī)尿素相比，緩控釋肥明顯減少夏玉米田間氨揮發(fā)損失[22]。與單施化肥相比，秸稈還田配施化肥可顯著減少夏玉米田間氨揮發(fā)損失，氨揮發(fā)損失率降低0.37%—1.17%[23]。但是，針對長期不同施肥處理田塊的氮素氣態(tài)（氨揮發(fā)、N2O）損失的研究相對較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究基于滲漏研究池定位試驗平臺，研究不同施肥處理條件下夏玉米田土壤NH3和N2O的排放規(guī)律及其損失量，為提高玉米產(chǎn)量和氮素利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2016—2017年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海玉米科技創(chuàng)新中心（36°09′N，117°09′E）水肥滲漏研究池（長×寬×深=2.5 m×2.5 m×2 m）中進(jìn)行。2016年和2017年玉米生育期間氣象數(shù)據(jù)見圖1，兩個玉米生長季（2016年6月12日至10月6日；2017年6月12日至9月26日）總降水量分別為443.4 mm和357.5 mm，日均溫度為25.88℃和26.60℃，有效積溫為1 857.92℃和1 858.73℃。試驗所用水肥滲漏研究池互相獨立，底部設(shè)有高8 cm、斜度為4%的斜坡便于排水。池子中由下往上依次填15 cm粗砂、5 cm細(xì)砂和180 cm土壤。水肥滲漏研究池的土壤取自附近農(nóng)田，各層次土壤混勻后填入池中。2006—2009年，采用冬小麥-夏玉米輪作，高灌溉不施肥以降低土壤肥力，保證土壤理化性質(zhì)一致。2009年后繼續(xù)采用冬小麥-夏玉米輪作，前茬小麥（施氮量均為純N 180 kg·hm-2）和玉米（施氮量均為純N 200 kg·hm-2）做相同處理的定位試驗。2016—2017年播種前滲漏池0—20 cm土層土壤養(yǎng)分含量見表1。

1.2 試驗設(shè)計

供試品種為鄭單958，種植密度為52 500株/hm2，行距55 cm，株距35 cm，每個小區(qū)共5行。試驗以不施氮肥為對照（CK），設(shè)置單施尿素（U1）、單施牛糞（M1）和牛糞尿素1﹕1配施（U2M2），共4個處理，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。除CK外各施氮處理的施氮量均為純N 200 kg·hm-2，氮肥選用腐熟牛糞和普通尿素。施肥前對濕基有機(jī)肥含水量及養(yǎng)分含量進(jìn)行測定，具體見表2。牛糞施入量根據(jù)牛糞的含氮量和含水量計算得出；然后根據(jù)牛糞中P2O5和K2O的量，分別計算出P2O5和K2O的施用量。各處理的磷鉀肥施用量保持相同，均為P2O5245.71 kg·hm-2和K2O 202.45 kg·hm-2，牛糞處理中P2O5和K2O不足245.71 kg·hm-2和202.45 kg·hm-2的，則用過磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)齊。試驗用尿素含氮量為46.0%，過磷酸鈣肥P2O5含量11.2%，硫酸鉀肥K2O含量為51.1%。各處理磷、鉀肥均做底肥，于播種前一次性深施。有機(jī)肥做基肥，播種前一次性深施，尿素50%做基肥，50%于大喇叭口期（V12）追施。

圖1 玉米生長期間氣象數(shù)據(jù)

表1 播種前滲漏池 0—20 cm土層土壤化學(xué)性質(zhì)

同列數(shù)據(jù)中年內(nèi)處理間不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。下同

Values followed by different small letters in the same column are significantly different at 0.05 probability level among the treatments for the same year. The same as below

表2 不同生長季有機(jī)肥水分、養(yǎng)分含量

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤樣品測定 用直徑5 cm的土鉆，每個栽培池中多點采集0—20 cm耕層土壤，形成混合土樣。用烘干法測定土壤含水量。pH采用pH計測定；土壤有機(jī)質(zhì)用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定；土壤全氮用凱氏定氮法測定；土壤速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法；土壤速效鉀采用1 mol·L-1醋酸銨溶液浸提后用FP6410型火焰光度計測定[24]。

1.3.2 土壤氨揮發(fā)測定 氨揮發(fā)測定采用通氣法。測定裝置由內(nèi)徑15 cm、高12 cm的聚氯乙烯硬質(zhì)塑料管制成。分別將兩塊厚度為2 cm、直徑16 cm的海綿均勻浸入20 mL的磷酸甘油溶液（40 mL丙三醇+50 mL磷酸，定容至1 000 mL），將兩層海綿按照下層海綿距地面5 cm、上層海綿與管頂部相平的方式置于硬質(zhì)塑料管中。于施肥播種當(dāng)天開始捕獲土壤氨揮發(fā)，每個小區(qū)放置3個取氣裝置。取樣時，將通氣裝置下層的海綿取出，裝入800 mL塑料瓶中，加1 mol·L-1的KCl溶液500 mL，振蕩1 h，測定浸提液中的銨態(tài)氮含量。同時放入新海綿，隨機(jī)放回小區(qū)。播種后一周內(nèi)，1 d取樣1次；第2—3周內(nèi)改為2—3 d取樣1次，以后取樣間隔延長到7 d，直至監(jiān)測不到氨揮發(fā)為止。

氨揮發(fā)速率計算公式：

NH3-N(kg·hm-2·d-1)=[M/(A×D)]×10-2

式中，M為通氣法單個裝置平均每次測的氨量（NH3-N，mg）；A為捕獲裝置的截面積（m2）；D為每次連續(xù)捕獲的時間（d）。

氨揮發(fā)累積量=∑（氨揮發(fā)速率×每次連續(xù)收集的時間）。

1.3.3 N2O排放的測定 氣體樣品采集與分析使用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法[25]。施入氮肥第2天后取第一次樣，之后第4天取第二次樣，以后取樣間隔延長到7 d，直到玉米生育后期監(jiān)測不到為止。

田間土壤N2O排放速率計算公式：

F=ρ×V/A×(dc/dt)×273/(273+T)

式中，F(xiàn)為N2O排放通量（μg·m-2·h-1）；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下N2O密度（1.25 kg·m-3）；V為采氣箱內(nèi)有效空間體積（m3）；A為采氣箱覆蓋的土壤面積（m2）；dc為氣體濃度差（×10-9L·L-1）；dt為時間間隔（h）；T為采樣時箱溫（℃）。N2O排放通量用每次觀測3個重復(fù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

1.3.4 植株干物質(zhì)積累量 于抽雄期（VT）和成熟期（R6）取樣，將植株分為莖稈（包括葉鞘）、葉片（包括苞葉）、雄穗、穗軸和籽粒5部分，樣品105℃殺青30 min后80℃烘至恒重，測各部分干物質(zhì)重，粉碎后過篩用于植株養(yǎng)分分析。

1.3.5 植株氮素含量測定 玉米植株樣品H2SO4- H2O2聯(lián)合消煮，用BRAN+LUEBBE Ⅲ型連續(xù)流動分析儀測定樣品中氮素含量。

氮肥利用效率指標(biāo)根據(jù)韓寶文等[26]的計算方法：

氮肥利用效率（NUE）=（施氮區(qū)地上部吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量）/施氮量×100%；

氮肥偏生產(chǎn)力（NPFP）=籽粒產(chǎn)量/施純氮量。

1.3.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素 各處理于完熟期收獲測產(chǎn)，每個小區(qū)收獲中間3行，考種并曬干，用于測定產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010和DPS15.10軟件進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)分析，利用Sigma plot 10.0軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同施肥處理對土壤氨揮發(fā)速率和累積氨揮發(fā)量的影響

由圖2可知，2016—2017年氨揮發(fā)速率變化趨勢相同。施用基肥后，各施肥處理氨揮發(fā)明顯增加，之后隨施肥后天數(shù)增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。施肥后14 d內(nèi)各處理氨揮發(fā)差異顯著，表現(xiàn)為U1＞U2M2＞M1＞CK，14 d后氨揮發(fā)速率降低顯著。M1和U2M2處理氨揮發(fā)峰值出現(xiàn)在施肥后第1天，U1處理出現(xiàn)在第2天。U1處理氨揮發(fā)速率最高，2016和2017年分別為4.93 kg N·hm-2·d-1和3.94 kg N·hm-2·d-1。追肥后氨揮發(fā)速率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，施肥后第2天氨揮發(fā)速率出現(xiàn)峰值，其中U1處理最高，為2.95 kg N·hm-2·d-1和4.39 kg N·hm-2·d-1，追肥15 d后氨揮發(fā)速率降至極低。

由圖3可知，2016—2017年累積氨揮發(fā)量變化趨勢基本一致，施用基肥后0—10 d累積氨揮發(fā)量迅速升高，之后累積氨揮發(fā)增長趨勢變緩直至15 d后基本停止增長，不同處理間氨揮發(fā)總量表現(xiàn)為U1＞U2M2＞M1＞CK。追肥后0—7 d累積氨揮發(fā)量迅速增長，隨后變緩，10 d后基本停止增長，氨揮發(fā)總量表現(xiàn)為U1＞U2M2。由圖4可知，2016—2017年不同施肥處理整個玉米生育期內(nèi)氨揮發(fā)損失總量趨勢基本一致。2016和2017年不同施肥處理氨揮發(fā)損失分別為22.13—39.96 kg·hm-2和16.07—36.43 kg·hm-2，各處理間累積氨揮發(fā)損失量差異顯著，都表現(xiàn)為U1＞U2M2＞M1＞CK。U1、M1和U2M2處理較CK累積氨揮發(fā)量兩年分別增加了260.32%、99.55%、191.79%和385.73%、114.26%、314.13%。兩年均以U1處理累積氨揮發(fā)損失量最高，分別為39.96 kg N·hm-2和36.43 kg N·hm-2，占總施氮量的19.98%和18.21%。M1和U2M2處理較U1處理顯著降低氨揮發(fā)損失量，兩年分別降低44.62%、19.02%和55.89%、14.74%。

2.2 不同施肥處理對土壤N2O排放速率和累積排放量的影響

由圖5可知，不同施肥處理的N2O排放通量差異顯著，整體趨勢表現(xiàn)為M1＞U2M2＞U1＞CK。施肥1 d后M1處理出現(xiàn)N2O排放峰值，2016和2017年分別為4.64 mg N·m-2·d-1、3.76 mg N·m-2·d-1。在第15—20天因降雨N2O排放逐漸升高，在46 d時U1達(dá)到峰值，2016和2017年分別為6.11 mg N·m-2·d-1、12.56 mg N·m-2·d-1，此時主要是由于追肥使得N2O排放增加。之后，各施肥處理N2O排放量逐漸下降，直至接近對照處理。

由圖4可知，2016和2017年不同施肥處理的N2O損失總量分別為1.96—4.25 kg·hm-2和1.87—2.35 kg·hm-2，各處理間差異顯著，均表現(xiàn)為M1＞U2M2＞U1＞CK。2016和2017年M1處理N2O損失量最高分別為4.25 kg N·hm-2和2.35 kg N·hm-2，占總施氮量的2.12%和1.17%。

2.3 不同施肥處理對植株干物質(zhì)積累量的影響

由圖6可知，U2M2處理顯著影響夏玉米花前、花后干物質(zhì)積累量。2016年各處理成熟期干物質(zhì)總量趨勢為U2M2＞U1＞M1＞CK，U2M2處理成熟期干物質(zhì)積累量較M1和CK處理分別提高了10.99%和45.24%。2016年U1處理花前干物質(zhì)積累量高于其他處理，U2M2較U1處理提高了花后干物質(zhì)積累量。2017年U1、M1、U2M2處理成熟期干物質(zhì)積累量顯著高于CK，但U1、M1、U2M2處理之間差異不顯著。U2M2和M1處理花后干物質(zhì)積累高于U1處理。

圖2 施肥后土壤氨揮發(fā)速率

2.4 不同施肥處理對玉米籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可知，兩年不同施肥處理對夏玉米籽粒產(chǎn)量的影響趨勢基本一致，都表現(xiàn)為U2M2＞U1＞M1＞CK。2016年U2M2處理籽粒產(chǎn)量較U1和M1處理高3.45%和5.25%，U1和M1處理之間產(chǎn)量無明顯差異，2017年U2M2處理產(chǎn)量較U1和M1處理高5.83%和12.53%，U1處理顯著高于M1處理，提高了6.33%。在產(chǎn)量構(gòu)成要素上，2016年U2M2、U1和M1處理實際收獲穗數(shù)和穗粒數(shù)均顯著高于CK，千粒重?zé)o顯著差異。2017年U2M2、U1和M1處理實際收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重顯著高于CK。

2.5 不同施肥處理對氮素利用效率的影響

由表4可知，2016—2017年各施肥處理氮素積累量、氮素利用效率和偏生產(chǎn)力存在顯著差異。U2M2處理兩年氮素積累量較CK、M1和U1處理分別提高了74.99%、14.64%、7.99%和89.31%、10.11%、4.61%。U2M2處理氮素利用效率較M1和U1處理分別提高了42.43%、23.91%和20.85%、10.29%。2016年施肥處理偏生產(chǎn)力較對照處理差異明顯，但施肥處理之間差異不顯著；2017年偏生產(chǎn)力差異顯著，U2M2處理偏生產(chǎn)力最高，較CK、M1和U1處理分別提高了91.04%、12.54%和5.83%。

圖3 施肥后土壤氨揮發(fā)積累量

表3 不同處理對夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

圖4 不同施肥處理下氮素氣態(tài)損失量

圖5 施肥后土壤N2O排放通量

圖6 夏玉米開花期前后干物質(zhì)積累量

表4 不同施肥處理下夏玉米氮素利用效率

3 討論

氨揮發(fā)是氮素?fù)p失的主要途徑，損失速率受施肥方式[22]、施氮量[27]和環(huán)境條件[23]影響。在本試驗中，施肥量和環(huán)境條件是一致的，因而氨揮發(fā)主要受施肥方式的影響。施用基肥后，單施有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)肥配施處理氨揮發(fā)峰值出現(xiàn)在施肥后第1天，單施尿素處理出現(xiàn)在第2天，主要因為有機(jī)肥中的NH4+在施肥后很快得到釋放，施用尿素后需要2—4 d才能水解為NH4+，因此氨揮發(fā)峰值要比有機(jī)肥處理滯后。基肥和追肥后玉米田土壤氨揮發(fā)峰值多出現(xiàn)在施肥后1—3 d，之后迅速下降逐漸接近于0，主要原因是施肥后3 d左右肥料便會完全水解，導(dǎo)致土壤中NH4+濃度迅速升高，氨揮發(fā)速率顯著增大。肥料中氮的釋放速率影響氨揮發(fā)速率，有機(jī)肥能顯著降低土壤無機(jī)氮含量，其氨揮發(fā)損失與等量氮的尿素相比也顯著降低[28]。本試驗兩年結(jié)果顯示，各處理的氨揮發(fā)累積損失量平均表現(xiàn)為單施尿素＞有機(jī)無機(jī)肥配施＞單施有機(jī)肥＞對照。單施有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)肥配施處理的有機(jī)肥分解過程中產(chǎn)生有機(jī)酸降低pH，增加對NH4+的吸附能力，限制了氨揮發(fā)所需的堿性環(huán)境[29]，同時有機(jī)肥還能增加土壤的持水量，導(dǎo)致液相中NH4+濃度降低[30]，從而降低了氨揮發(fā)速率。所以單施有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)肥配施處理較單施尿素處理顯著降低了氨揮發(fā)損失。

硝化和反硝化作用是土壤氮素轉(zhuǎn)化的主要過程，是農(nóng)田N2O產(chǎn)生的主要途徑[31]。硝化作用是硝化細(xì)菌在好氧條件下將土壤中的NH4+轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3-的過程，具體過程為NH4+-N→NO2--N→NO3--N，反硝化作用是反硝化細(xì)菌在厭氧的條件下將NO3-轉(zhuǎn)變?yōu)镹2的過程，具體過程為NO3--N→NO2--N→NO→N2O→N2[32]，并受到生物和非生物因素的調(diào)節(jié)和控制[33]。降雨會直接影響微生物的生理活性，同時也會通過改變土壤空隙排氣和供氧狀況而間接影響土壤微生物[34]。本試驗中，施肥后0—20 d，N2O排放速率低于20—70 d排放速率，主要原因為前期主要是NH4+-N轉(zhuǎn)換成NO3--N的過程，硝化作用占主導(dǎo)地位，產(chǎn)生N2O比較少，中期降雨較多土壤形成厭氧環(huán)境，反硝化作用占據(jù)主導(dǎo)地位，促進(jìn)了N2O的排放。氮肥的大量使用是造成農(nóng)田土壤N2O排放增加的直接原因[35]，然而不同施肥處理對N2O排放損失的影響不一致。李燕青等[36]研究表明整個玉米季化肥處理所產(chǎn)生的N2O總量是有機(jī)肥處理的2.01—2.81倍。陳哲等[37]研究發(fā)現(xiàn)在油菜整個生育期間，有機(jī)無機(jī)肥配施處理N2O總累積排放量顯著高于單施化肥。但也有研究報道稱，施用有機(jī)肥N2O的排放高于施用化肥處理[38]。本研究結(jié)果表明，各處理的N2O排放累積量平均表現(xiàn)為單施有機(jī)肥＞有機(jī)無機(jī)肥配施＞單施尿素＞對照。單施有機(jī)肥可增加土壤有機(jī)碳含量，為微生物提供碳源和氮源，促進(jìn)土壤微生物活動[39]，能夠促進(jìn)N2O的排放。有機(jī)肥具有肥效緩長的特點，盡管前期氮素供應(yīng)能力不及單施化肥，但后期能為微生物脫氮提供充足氮素。而有機(jī)無機(jī)肥配施較單施尿素高，較單施有機(jī)肥低是因為大量施用化學(xué)氮肥將使土壤NH4+（或NO3-）含量迅速增加，為微生物硝化、反硝化作用提供充足原料，進(jìn)而導(dǎo)致土壤N2O排放激增，有機(jī)肥后期能為微生物脫氮提供充足氮素。所以，前期化肥無機(jī)氮的過量供應(yīng)及后期有機(jī)肥的不斷礦化，兩者共同作用導(dǎo)致有機(jī)無機(jī)肥配施處理下土壤N2O排放速率高于單施尿素，而后期有機(jī)無機(jī)肥配施的有機(jī)物含量低于單施有機(jī)肥，N2O排放量低于單施有機(jī)肥。

前人研究表明有機(jī)無機(jī)肥配施可調(diào)節(jié)玉米氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，提高氮素利用效率[40]。郎曉峰等[41]研究表明，等量施氮條件下，有機(jī)無機(jī)肥配施較單施尿素處理玉米氮素利用率提高了7.9%—23.5%。鄭鳳霞等[18]研究表明與單施化肥相比，有機(jī)無機(jī)肥配施處理減少了氮肥的氨揮發(fā)損失，氮肥利用效率提高了18.2%。本研究中，2016—2017年有機(jī)無機(jī)肥配施較單施有機(jī)肥和單施尿素平均氮素利用效率分別提高了33.17%和15.57%，增加了玉米干物質(zhì)積累量（2017年施肥處理之間差異不顯著，可能是因為極端高溫天氣引起的，2017年黃淮海地區(qū)夏玉米季的最高溫度達(dá)到37.84℃，而且高溫持續(xù)時間長，造成玉米結(jié)實受到影響，2017年平均穗粒數(shù)為525.52，相對于2016年平均穗粒數(shù)543.53降低了3.31%）。有機(jī)無機(jī)肥配施較對照、單施尿素和單施有機(jī)肥處理增產(chǎn)分別為75.78%、4.64%和8.89%。主要因為有機(jī)無機(jī)肥配施既可保證土壤長期的氮素供應(yīng)，又可保證作物短期內(nèi)的營養(yǎng)需求，減少氨揮發(fā)和N2O排放氮素?fù)p失，較好地滿足了玉米生長發(fā)育期間對氮素的養(yǎng)分需求，提高了氮素利用效率，增加了實際穗數(shù)（施肥增加了土壤肥力和小區(qū)通風(fēng)透光條件良好提高了玉米雙穗率）和穗粒數(shù)，提高了玉米籽粒產(chǎn)量。

4 結(jié)論

玉米氮素氣態(tài)損失以NH3揮發(fā)損失為主，N2O排放損失較少?；屎妥贩屎笥衩滋锿寥腊睋]發(fā)峰值多出現(xiàn)在施肥后1—3 d，之后迅速下降進(jìn)入低揮發(fā)階段，整體表現(xiàn)為單施尿素＞有機(jī)無機(jī)肥配施＞單施有機(jī)肥＞對照。施肥后中后期N2O排放速率高于前期排放速率，整體表現(xiàn)為單施有機(jī)肥＞有機(jī)無機(jī)肥配施＞單施尿素＞對照。有機(jī)無機(jī)肥配施較單施尿素減少了氨揮發(fā)損失，較單施有機(jī)肥降低了N2O排放，增加了干物質(zhì)積累、獲得了高產(chǎn)，提高了氮素利用效率，是實現(xiàn)夏玉米高產(chǎn)高效可持續(xù)生產(chǎn)的一種有效施肥方式。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Combined Application of Manure and Chemical Fertilizers on Loss of Gaseous Nitrogen and Yield of Summer Maize

YANG QingLong, LIU Peng, DONG ShuTing, ZHANG JiWang, ZHAO Bin, LI RongFa, REN Hao, REN Han, HAN XiangFei

(College of Agronomy, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong)

【Objective】This study monitored emission regularity and loss of NH3and N2O under different treatments in the summer maize fields on the long-term experiment platform, to explore effective ways to reduce gaseous nitrogen losses in summer maize field in the Huanghuaihai region, in order to provide a theoretical basis for improving the yield of summer maize and fertilizer use efficiency. 【Method】The experiment was conducted with lysimeters in 2016-2017. The maize cultivar of Zhengdan 958 (ZD958) was used as experimented material. The venting method was used to monitor NH3volatilization, and the static box-gas chromatography method was used to monitor losses of N2O under four fertilization modes, including organic manure (M1), organic manure plus chemical N fertilizer (1/2 N from organic manure, 1/2 from urea; U2M2), Urea (U1) and no N fertilizer (CK). The content of nitrogen in M1, U1and U2M2treatment were equal. 【Result】 Loss of gaseous nitrogen in maize field was dominated by NH3volatilization, accounting for 88.55%-96.42% of the total nitrogen gaseous loss and N2O emissions was less. NH3volatilizationwas the highest under U1treatment, with an average of 38.19 kg·hm-2of 2016 and 2017; the lowest treatment with M1was 19.10 kg·hm-2, indicating that single application of organic fertilizer or organic-inorganic combination application could significantly reduce NH3volatilization. N2O emission was highest under M1treatment, which reached an average of 1.65 kg·hm-2, and then 77.42% and 34.15% higher than those of U1and U2M2treatment, respectively. Nitrogen use efficiency of U2M2treatment was the highest, with an average of 58.20%; compared with M1and U1treatment, which increased 32.15% and 15.13%, respectively. The results showed that there was significant difference in yield among different fertilization treatments from 2016 to 2017, which showed U2M2＞U1＞M1＞CK. Compared with the U1and M1treatment in 2016, the yield of U2M2treatment was increased by 3.45% and 5.25%, respectively, and there was no significant difference in yield between U1and M1treatment. Compared with the U1and M1treatment in 2017, the yield of U2M2treatment was increased by 5.83% and 12.53%, respectively, and the yield under U1treatment was significantly higher than that of M1treatment, increased of 6.33%. 【Conclusion】 Compared with single application of urea, organic-inorganic combination application could effectively reduce gaseous loss of nitrogen. Organic-inorganic combination application increased nitrogen use efficiency, dry matter and nitrogen accumulation, and maize grain yield, therefore, it was a reasonable way to increase yield and nitrogen utilization efficiency.

summer maize; organic manure and chemical fertilizers; loss of gaseous nitrogen; grain yield

2017-11-28；

：2018-02-06

國家自然科學(xué)基金（31771713，31371576）、山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（SDAIT-02-08）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目（CARS-02-20）

楊清龍，Tel：0538-8241485；E-mail：yangqinglongsdau@126.com。

劉鵬，Tel：0538-8241485；E-mail：liupengsdau@126.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.13.004