不同施氮量對春小麥-青貯玉米土壤氨揮發(fā)的影響

段燕燕 張換換 王強

關(guān)鍵詞：施氮量;氨揮發(fā);春小麥;青貯玉米;復(fù)播體系

新疆地區(qū)光熱資源豐富，非常適宜作物生長，然而在新疆北部地區(qū)，小麥?zhǔn)斋@后，有大約90～105 d 的生育期沒有利用，浪費了相應(yīng)的光熱資源[1]，屬于典型的一熟有余，兩熟不足。在小麥?zhǔn)斋@后，免耕復(fù)播青貯玉米，利用剩余時間，既可以充分利用土地和光熱資源，也可以增加產(chǎn)量和收益，具有較好的發(fā)展前景。在植物生長發(fā)育過程中，氮素是非常重要的必需營養(yǎng)元素[2]，對于植物生命活動和促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進步，氮肥應(yīng)用具有重要的作用。但近十幾年來，隨著我國農(nóng)田對氮肥的投入加大，土壤氮素開始出現(xiàn)盈余，并出現(xiàn)持續(xù)增長趨勢。發(fā)展農(nóng)業(yè)獲得高產(chǎn)的主要途徑之一是增加氮肥的投入，但是氮肥施入后，會以各種形式損失，氮肥氣態(tài)損失的重要途徑是氨揮發(fā)[3-4]。尿素是最普遍的氮肥，它進入土壤后迅速轉(zhuǎn)化為NH+4-N和NO-3-N，除了被作物吸收外，還會以其他形式進入大氣和水體。

氨揮發(fā)是氮肥損失的主要途徑之一，由于氨揮發(fā)損失，造成了經(jīng)濟損失和環(huán)境污染等問題，我國因農(nóng)田施用氮肥造成的氨揮發(fā)可占整個氨排放總量的33%[5]，這與我國氮肥高投入及高損失有關(guān)[6-8]。為此，研究在春小麥-青貯玉米復(fù)種體系中土壤氨的揮發(fā)規(guī)律，提高氮肥利用率，減少氨揮發(fā)損失，充分發(fā)揮氮肥生產(chǎn)的效益已成為亟待解決的問題。本試驗設(shè)置不同的施氮量，采用密閉式法研究春小麥-青貯玉米的土壤氨氣揮發(fā)規(guī)律，以期為合理施氮提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2017年3—10月在新疆天業(yè)集團試驗地進行（85.94°E，44.27°N），該試驗地平均海拔412 m，年平均日照時數(shù)為2 865 h，≥10 ℃積溫為 3 463.5 ℃，該地區(qū)年平均降水量為207 mm，晝夜溫差大，無霜期為170 d，屬于典型的大陸性干旱氣候。該地區(qū)地下水位≥8 m，土質(zhì)屬中壤土，0～100 cm 土層平均容重為1.52 g/cm3。速效氮含量為4235 mg/kg、速效磷含量為4.87 mg/kg，速效鉀含量為216.10 mg/kg，有機質(zhì)含量為32 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

前茬春小麥設(shè)3個施氮量處理（0、360、480 kg/hm2，分別記作Nw0、Nw1、Nw2），后茬青貯玉米在前茬Nw1基礎(chǔ)上設(shè)3個施氮量處理（0、150、225 kg/hm2，分別記作Nc0、Nc1、Nc2），其中20%基施，80%追施，氮肥用尿素（含氮量46%），不同施肥水平見表1。每個處理設(shè)3個重復(fù)，小區(qū)面積為 15 m2。前茬春小麥選用新春6號，根據(jù)基本苗 550萬株/hm2、15 cm等行距播種，滴灌帶是按照1管4行配置;后茬青貯玉米選用的品種是新飼玉13號，在小麥?zhǔn)斋@后免耕復(fù)播，按照18.5 cm株距、60 cm 等行距種植，沿用前茬的滴灌帶，采用1管1行配置。滴灌時間和滴灌量分別見表2、表3。其他肥水管理同大田。

1.3 取樣時期和方法

1.3.1 取樣時期 分別在前茬春小麥開花期至成熟期，后茬青貯玉米開花期至吐絲期取樣。

1.3.2 氨揮發(fā)取樣 監(jiān)測田間土壤的氨揮發(fā)采用密閉室法[9]。密閉室采用聚氯乙烯（PVC）材料制成圓筒狀，內(nèi)徑13 cm，高28 cm，隨機置于自滴灌帶始第2行和第3行之間，在圓筒內(nèi)用鐵架臺架起蒸發(fā)皿，頂部密封，使用稀硫酸吸收揮發(fā)的氨，稀硫酸溶液濃度為0.01 mol/L，加入20 mL到蒸發(fā)皿中。在每個小區(qū)隨機布置3個氨揮發(fā)監(jiān)測裝置，氨揮發(fā)的動態(tài)監(jiān)測時間為6 d，在每天08：00—09：00加入稀硫酸溶液，第2天相同時間將蒸發(fā)皿中的稀硫酸倒出，裝入新的稀硫酸，轉(zhuǎn)入到帶塞的三角瓶中并帶回實驗室待測。

1.3.3 土壤取樣 用土鉆法采集密閉室附近 20 cm 土層的土樣，并重復(fù)3次。

1.4 氮揮發(fā)測定指標(biāo)及方法

（1）氨揮發(fā)的測定采用1.0 mol/L KCl溶液浸提，用靛酚藍比色法測定[10]。（2）土壤含水量采用烘干法測定。（3）土壤NH+4-N采用 2 mol/L KCl（水土比 5 mL ∶ 1 g）浸提，用分光光度計測定。

1.5 計算公式

1.5.1 氨揮發(fā)質(zhì)量濃度的計算 用分光光度計測定配制的2.5 μg/mL NH+4-N標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=0.032 8x+0.048 5（r2=0.996 6），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求氨揮發(fā)質(zhì)量濃度。

1.5.2 土壤NH+4-N含量的計算 計算公式：土壤NH+4-N含量（mg/kg）=[p（N）×V×D]/m。

式中：p（N）為查標(biāo)準(zhǔn)曲線而得測定液中NH+4-N質(zhì)量濃度（mg/L）;V為浸提液體積（mL）;D為浸出液稀釋倍數(shù)，不稀釋則D=1;m為土壤質(zhì)量（g）[10]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用Excel、SigmaPlot 12.5等統(tǒng)計軟件進行其他數(shù)據(jù)處理，并對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 前茬春小麥土壤中氨氣的揮發(fā)規(guī)律

從圖1可以看出，施入氮肥后，不同處理土壤氨氣揮發(fā)量（以NH+4-N質(zhì)量濃度計，下同）變化趨勢一致，表現(xiàn)為先增加后降低，Nw2處理的氨氣揮發(fā)量增幅明顯高于Nw1。Nw1處理的氨氣揮發(fā)量在施肥后1 d至3 d持續(xù)增長到最大值 6.14 mg/L，然后降低并趨于平穩(wěn)。Nw2處理的氨氣揮發(fā)量從施肥后1 d至2 d迅速增加，達到最大值15.07 mg/L，比同一時間的Nw1處理高145.24 %，然后降低到平穩(wěn)狀態(tài)。4 d后Nw1和 Nw2處理的氨氣揮發(fā)量沒有太大差異，不同施肥量對其影響較小。

從圖2可以看出，不同處理的土壤含水量隨時間的變化規(guī)律趨于一致，剛施氮后土壤含水量達到最大值（約18 %），3個處理隨時間的增加，其降低速率一致，施肥5 d后土壤含水量Nw1>Nw0>Nw2，但差別不大。從圖3可以看出，施肥后 1 d 3個處理土壤NH+4-N含量達到最大值，按由大到小排序依次為Nw2、Nw1、Nw0;施肥3 d后，不同處理土壤中NH+4-N含量明顯下降，后趨于平緩。

2.2 后茬青貯玉米土壤中氨氣的揮發(fā)規(guī)律

青貯玉米開花期至吐絲期不同處理土壤中氨氣揮發(fā)的動態(tài)變化見圖4，不同處理的土壤中氨揮發(fā)在施肥后1 d達到最大值，大小順序為Nc1>Nc0>Nc2，在施肥后 2 d 明顯下降，施肥后3 d Nc2又上升之后緩慢下降，在3～5 d，氨揮發(fā)質(zhì)量濃度大小順序是Nc2>Nc1>Nc0，Nc1與Nc0相差不大。Nc2處理的氨氣揮發(fā)量總體較高，施肥后1 d與2 d各處理之間差距不大，在3 d之后，與Nc0、Nc1相比，Nc2處理氨揮發(fā)量高98%左右，可見較高的施氮量對氨氣揮發(fā)產(chǎn)生明顯影響。

青貯玉米開花至吐絲期不同處理土壤含水量和土壤NH4+-N含量的動態(tài)變化見圖5、圖6，從圖5可以看出，不同施氮量處理的土壤含水量隨時間的變化規(guī)律趨于一致，剛灌水施肥后土壤含水量達到最大值，從施肥后1 d至7 d，呈線性降低，降低速率趨于一致。從圖6可以看出，不同處理的土壤NH4+-N含量隨時間的變化規(guī)律趨于一致，在施肥后1 d達到較大值，其中Nc2最高，為25.97 mg/kg，施肥后1 d至3 d的土壤NH+4-N含量處于較高水平，之后迅速下降，5 d后，土壤NH+4-N含量處于平穩(wěn)狀態(tài)，說明青貯玉米氮肥尿素的水解在5 d內(nèi)基本完成。

2.3 土壤氨揮發(fā)與土壤含水量、土壤NH4+-N含量的相關(guān)關(guān)系

從表4可以看出，在春小麥季氨揮發(fā)量與土壤含水量之間相關(guān)性較低，與土壤NH+4-N含量之間相關(guān)性較高，并且與Nw1處理的相關(guān)性高于Nw2。在青貯玉米季，氨揮發(fā)量與土壤含水量呈強相關(guān)性，

與土壤NH+4-N含量的相關(guān)性次之，不同處理的相關(guān)性由大到小依次為Nc2、Nc0、Nc1。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同施氮量對土壤氨揮發(fā)的影響

施肥量的大小對土壤氨揮發(fā)有顯著影響[11-12]，朱兆良等研究發(fā)現(xiàn)，在我國農(nóng)田氮肥的氨揮發(fā)損失率約為11%，只是氮肥損失的一個方面[13]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，我國農(nóng)田氮肥損失率為33.3%～736%，主要糧食作物氮肥利用率為30%～35%，農(nóng)田氨揮發(fā)損失占施氮總量的1%～47%[11，14]。本試驗中，在一定范圍內(nèi)，隨著施加的氮量增加，氨氣揮發(fā)量增加，春小麥Nw1處理在開花期至成熟期氨揮發(fā)量在施肥后3 d達到最大值，為6.143 3 mg/L，Nw2處理在施肥后2 d達到最大值，為15.066 1 mg/L，比Nw1處理高145.24%，并且揮發(fā)最大量時間提前，Nw2處理的揮發(fā)速率高。在青貯玉米開花期至吐絲期氨揮發(fā)在 3 d 后，與Nc0、Nc1處理相比，Nc2處理氨揮發(fā)量較高，高98%，表明較高的施氮量對氨氣揮發(fā)產(chǎn)生明顯影響，并且影響發(fā)生在施肥3 d后，Nc2處理3 d后氨揮發(fā)量又升高的原因有待進一步研究。

3.2 不同作物對氮肥尿素水解速率的影響

不同作物對氮肥尿素水解速率有明顯影響。土壤NH4+-N含量在施肥后1 d達到最大值，3 d 后處于平穩(wěn)狀態(tài)，春小麥?zhǔn)┤氲誓蛩氐乃庠?3 d 內(nèi)基本完成，其間尿素轉(zhuǎn)化成NH+4-N，NH+4-N 轉(zhuǎn)化成氨氣還需要一段時間，一般推遲 1～2 d。土壤NH+4-N含量在施肥后5 d后趨于平穩(wěn)狀態(tài)，說明青貯玉米尿素水解在5 d內(nèi)基本完成。

3.3 土壤氨揮發(fā)量與土壤含水量、土壤NH4+-N含量相關(guān)性

氨揮發(fā)速率與當(dāng)天的溫度和土壤中的 NH4+-N含量具有良好的正相關(guān)關(guān)系[14-17]。本試驗中春小麥氨揮發(fā)量與土壤含水量相關(guān)性較低，與土壤NH+4-N 含量相關(guān)性較高，青貯玉米氨揮發(fā)量與土壤含水量呈強相關(guān)性，與土壤NH+4-N含量呈中相關(guān)性，在作物生長過程中注意水肥管理，適當(dāng)減少灌水量可以降低土壤氨揮發(fā)量。本試驗中在施肥后第6天的測量數(shù)據(jù)仍然維持在較高水平，肖嬌等測量時間大于10 d的變化趨勢較明顯[18]，可能由于測量時間不足，相關(guān)變化規(guī)律還有待進一步研究闡明。

在春小麥季施氮量的大小對土壤氨揮發(fā)有明顯影響，在一定范圍內(nèi)，隨著施加的氮量增加，氨氣揮發(fā)量增加，Nw2>Nw1。青貯玉米季土壤氨氣揮發(fā)量表現(xiàn)為Nc2>Nc1>Nc0。總體來說，在前茬施氮量為360 kg/hm2、后茬施氮量為150 kg/hm2的條件下，氨揮發(fā)量較少。

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