有機(jī)無機(jī)肥配施對太湖流域麥田氨揮發(fā)損失的影響

張 敏 蔡丹丹

0 引言

太湖地區(qū)是我國人口最為密集、農(nóng)業(yè)種植最為集中的地區(qū)之一，夏水稻—冬小麥?zhǔn)窃搮^(qū)主要的糧食種植制度。但是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民對小麥田管理粗放，并且為了提高小麥作物的產(chǎn)量，農(nóng)戶們在小麥的生產(chǎn)過程中過量施用化肥的現(xiàn)象嚴(yán)重。該地區(qū)單季小麥季的平均施氮量為210 kg N ha-1，部分農(nóng)田用量超過250 kg N ha-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過作物的氮需求[1]。過量氮投入以及不合理的施肥方式會造成氮素利用率的下降，并且導(dǎo)致大量的活性氮（NH3，NO3-，NOx、N2O 等）進(jìn)入環(huán)境中，給環(huán)境帶來破壞，諸如水體富營養(yǎng)化、地下水污染以及大氣污染等[2]。

氨揮發(fā)是土壤氮素?fù)p失的重要途徑，其排放對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)甚至全球氮環(huán)境都可能存在重要影響。大氣中幾乎一半左右的活性氮都是NH3帶來的，NH3通過干濕沉降直接或間接地導(dǎo)致土壤酸化、水體富營養(yǎng)化以及生態(tài)多樣性的減少[3]。此外，NH3還能與空氣中的硝酸鹽以及硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)，形成硝酸銨鹽、硫酸銨鹽的混合物，進(jìn)一步降低空氣能見度，形成霧霾，威脅人類健康[4]。因此，采取有效措施來減少農(nóng)田氨排放是非常必要的。

相比單施無機(jī)肥，配施有機(jī)肥可以提高土壤肥力和營養(yǎng)供應(yīng)，有助于提高作物的氮肥利用率并減少土壤氮損失[5]。前人已經(jīng)對有機(jī)無機(jī)肥配施下的土壤氨揮發(fā)損失進(jìn)行了大量有效的研究[6-7]。然而在太湖流域中，配施有機(jī)肥對麥田土壤氨揮發(fā)損失的影響還不是很清晰。因此本試驗以太湖流域麥田為試驗材料，研究有機(jī)無機(jī)肥配施下小麥不同生育期的氨揮發(fā)損失，旨在闡明不同施肥方式對太湖地區(qū)麥田氨揮發(fā)損失的影響，以期為減少氮肥損失和提高氮肥利用率提供一定的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗在中國科學(xué)院常熟農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站（31°32′45″N，120°41′53″ E）進(jìn)行。該站位于太湖流域，屬于亞熱帶濕潤氣候，年平均氣溫15.5℃，年降雨量1 038 mm，無霜期224d。土壤類型為湖積物發(fā)育而成的潛育型水稻土（烏柵土），表層土（0-20 cm）基本性質(zhì)：pH，7.35；有機(jī)質(zhì)，35 g/kg；全氮，2.09 g/kg；全磷，0.93 g/kg；陽離子交換量，17.7 cmol/kg。

1.2 試驗設(shè)計

冬小麥采用當(dāng)?shù)亓餍衅贩N—揚(yáng)麥16 號，小麥種子于翻耕前人工播撒，播種密度為180 kg N ha-1。小麥生長期間不進(jìn)行人工灌溉，雜草和病蟲害管理遵循當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)。試驗共設(shè)置4 個處理為：空白處理（CK）不施氮肥，單施有機(jī)肥處理（M），常規(guī)無機(jī)肥處理（CT），施氮210 kg N ha-1，以及等氮量條件下有機(jī)肥取代部分無機(jī)肥處理（CM），各處理4 次重復(fù)，處理間隨機(jī)排列，田塊面積為6 m×7 m=42m2。所有田塊磷肥（過磷酸鈣，P2O513.5%）和鉀肥（氯化鉀，K2O 60%）作為基肥一次施用，施肥量分別為54 和72 kg N ha-1。有機(jī)肥為腐熟后的菜籽餅肥，也是作為基肥一次性施入。各個處理的氮肥（尿素，N 46%）平均分為3 次施用，基肥、分蘗肥和返青肥的施肥比例為4∶3∶3?；示鶆蛉鍪┖?，進(jìn)行人工耙地；追肥則直接將肥料均勻撒施在土壤表層。

1.3 土壤氨揮發(fā)的測定

土壤NH3揮發(fā)測定采樣密閉室通氣法[8]。采集時間為每天的8:00～10:00 和14:00～16:00，用這4 h 的氨揮發(fā)日通量平均值去估算日氨揮發(fā)總量。每次施肥后，均從第一天開始采集，一直到氨揮發(fā)通量與CK 沒有顯著差異，停止采集。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有試驗數(shù)據(jù)通過SPSS 20.0 進(jìn)行統(tǒng)計分析，Origin 9.1 制圖，用LSD 法進(jìn)行多重比較分析確定差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤氨揮發(fā)日通量變化

不同施肥期土壤氨揮發(fā)通量結(jié)果見圖1、圖2 和圖3?；适┯煤螅睋]發(fā)通量值在0.01～0.85 kg N ha-1d-1之間波動。M、CT 和CM 處理的氨揮發(fā)通量在施肥后4～5 天達(dá)到峰值，分別為0.25、0.62 和0.85 k N ha-1d-1，第16 天后均與空白處理無差異。M、CT 和CM 處理的氨揮發(fā)日通量平均值分別為0.89、4.02 和5.26 kg N ha-1d-1；較CK 處理分別增加了0.16、3.29 和4.53 kg N ha-1d-1。

與小麥基肥有所不同，第一次追肥后氨揮發(fā)通量值在0.01～0.31kgNha-1d-1之間波動。M、CT 和CM 處理的氨揮發(fā)通量均在第4 天即達(dá)到最大值，分別為0.06、0.31 和0.14 kg N ha-1d-1，第8 天后均與空白處理無差異。M、CT 和CM 處理的氨揮發(fā)日通量平均值分別為0.20、1.28 和0.76 kg N ha-1d-1；較CK 處理分別增加了0.01、1.09 和0.51 kg N ha-1d-1。

第二次追肥后氨揮發(fā)通量值在0.04～1.06 kg N ha-1d-1之間波動。M、CT 和CM 處理的氨揮發(fā)通量均在第4 天即達(dá)到最大值，分別為0.05、1.06 和0.46 kg N ha-1d-1，第11 天后均與空白處理無差異。M、CT 和CM 處理的氨揮發(fā)日通量平均值分別為0.64、4.25 和1.86 kg N ha-1d-1；較CK 處理分別增加了0.13、3.74 和1.35 kg N ha-1d-1。

圖1 基肥施用后不同處理的氨揮發(fā)日通量變化

2.2 土壤氨揮發(fā)損失總量變化

不同處理的氨揮發(fā)損失總量見表1。結(jié)果表明，冬小麥生育期內(nèi)田間氨揮發(fā)損失量變化較大，最大變幅可達(dá)0.19～5.26 kg N ha-1，這可能與施肥方式和不同生育期溫度等影響因素有關(guān)。施用基肥后，與空白處理相比，CM 和CT 處理顯著提高了氨揮發(fā)損失，不過二者之間沒有顯著差異。 第一次追肥后，各個處理之間的氨揮發(fā)損失量均無顯著性差異。第二次追肥后，CT 的氨揮發(fā)損失量最大，為4.25 kg N ha-1，顯著高于CM 處理（p＜0.05）。對比三次施肥的氨揮發(fā)損失結(jié)果，可知麥田氨揮發(fā)主要發(fā)生在基肥和第二次追肥期，這主要是因為第一次追肥時期溫度較低，不利于氨揮發(fā)的產(chǎn)生。

圖2 第一次追肥施用后不同處理的氨揮發(fā)日通量變化

圖3 第二次追肥施用后不同處理的氨揮發(fā)日通量變化

表1 不同施肥處理的土壤氨揮發(fā)損失總量

不同施肥處理的氨揮發(fā)總損失量在1.42～9.55 kg N ha-1之間波動，是太湖地區(qū)冬小麥重要的氮素?fù)p失途徑。不同施肥處理的氨揮發(fā)損失總量表現(xiàn)趨勢為：CT＞CM＞M＞CK。CT 處理總損失量為9.55 kg N ha-1，較CM 處理提高17%，不過二者之間無顯著差異。不同施肥處理的氨揮發(fā)肥料損失率表現(xiàn)趨勢為：CT＞CT+M＞M。CT 處理的氨揮發(fā)肥料損失率為3.87%；而CM 處理的氨揮發(fā)肥料損失率為3.07%。與CT 處理相比，CM 在一定程度上降低了氨揮發(fā)肥料損失率。

3 討論

先前大量研究表明有機(jī)無機(jī)肥配施能夠降低土壤氨揮發(fā)損失[6-9]。鄭鳳霞等[7]研究表明，與常規(guī)無機(jī)肥處理相比，有機(jī)無機(jī)肥配施有效減少了氨揮發(fā)損失，氮肥利用率提高18.2%。劉紅梅等人[9]進(jìn)行的大田試驗，同樣證明了不同施氮水平下，有機(jī)無機(jī)肥配施氨揮發(fā)損失較低。與前人研究類似，本試驗中有機(jī)無機(jī)肥配施的氨揮發(fā)損失總量較常規(guī)無機(jī)肥處理降低了1.67 kg N ha-1，但是二者之間無顯著差異，不過配施有機(jī)肥顯著降低了第二次追肥期的氨揮發(fā)損失（p＜0.05）。有機(jī)肥施入土壤后，在一定的礦化作用下，不同形態(tài)的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH4+-N。NH4+-N 或被作物小麥重新吸收利用，或吸附在土壤上，其余部分則通過氨的形式揮發(fā)。有機(jī)肥的施入能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤的保肥保水能力，提高作物的氮肥利用率，進(jìn)而降低氨揮發(fā)損失[10]。也有研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施有效減少土壤氨揮發(fā)損失，其實質(zhì)主要是降低了尿素水解過程中土壤的pH 值[11]。