不同有机物料还田对稻田氨挥发和水稻产量的影响

俞巧钢，叶 静，符建荣，马军伟，邹 平，丁炳红，顾国平，范浩定

(1.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021;2.绍兴市农业科学研究院，浙江 绍兴 312003)

大量的研究表明，我国农田化肥氮素的利用效率只有20%～40%，大部分氮素以各种形式进入到大气或水环境，不仅造成肥料和能源的浪费，而且对生态环境产生污染［1］。氨挥发是农田土壤氮素损失的重要途径之一，水田施用尿素、碳酸氢铵等化肥，氨挥发损失量通常占其施用量的9%～40%，氨挥发不仅导致氮肥损失，而且挥发氨的干湿沉降也是造成水体富营养化的重要原因之一［2-3］。减轻或免除大量施用肥料造成的污染，发展持续高效农业是世界各国共同关注的问题。利用各种技术调控氮素在土壤中的迁移转化，进而减少氮素损失和提高利用率，是十分有效的策略之一。近年来，为了土壤肥力的可持续利用，促进作物的优质高产，各地纷纷开展了有机物料还田培肥土壤，提高土壤生产力的研究［4-5］。但有机物料的施用，改变了土壤氮素的来源结构，导致土壤理化性状发生变化，势必对土壤氨挥发损失有所影响。为此，探究不同有机物料还田耕作方式对氨挥发损失的影响，筛选出生态友好的土壤耕作培肥模式，对指导合理施肥、提高稻田氮素利用率和保护生态环境具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在浙江省宁绍平原绍兴野外综合试验站进行，地处亚热带区域，年降雨量1 250～1 450 mm，年平均气温17.3℃。供试稻田土壤肥力中等，耕层土壤容重 1.27 g·cm-3，有机质含量 31.5 g·kg-1，全氮1.51 g·kg-1，pH值6.85。通过种植单季水稻，采用不同的有机物料还田培肥土壤模式，研究水稻生长过程中稻田土壤氨挥发损失的影响，同时考查水稻产量的变化情况。水稻试验的种植管理与当地常规管理方式相同。

1.2 处理

试验共设6个处理:化肥:有机物料0 t·hm-2，化肥氮(N)225 kg·hm-2，化肥磷(P2O5)75 kg·hm-2，化肥钾(K2O)150 kg·hm-2;紫云英:紫云英 52.5 t·hm-2，化肥氮 147 kg·hm-2，化肥磷49.5 kg·hm-2，化肥钾 72 kg·hm-2;有机肥:商品有机肥 6 t·hm-2，化肥氮 165 kg·hm-2，化肥磷 18 kg·hm-2，化肥钾111 kg·hm-2;秸秆:水稻秸秆9 t·hm-2，化肥氮 211.5 kg·hm-2，化肥磷 70.5 kg·hm-2，化肥钾 118.5 kg·hm-2;紫云英 +有机肥:紫云英 26.25 t·hm-2，秸秆 3 t·hm-2，化肥氮156 kg·hm-2，化肥磷0kg· hm-2，化 肥 钾 66 kg·hm-2;紫云英 +秸秆:紫云英 26.25 t·hm-2，秸秆 4.5 t·hm-2，化肥氮 178.5 kg·hm-2，化肥磷60 kg·hm-2，化肥钾94.5 kg·hm-2。小区面积20 m2，重复3次。各处理氮肥用量为折纯氮225 kg·hm-2，其中有机物料中的氮素按当季50%矿化计算，磷(P2O5)钾(K2O)肥用量分别为75 kg·hm-2和150 kg·hm-2。还田的有机物料在水稻移栽前施入，化学氮肥分3次施用，基肥占60%，水稻移栽后10 d和20 d均施用20%，磷、钾肥全部在移栽前作为基肥一次性施入。

1.3 测定项目及方法

氨挥发的测定方法为一种适用于小区试验及多因素对比研究的通气法［6］。测定装置由一个高30 cm的PVC管和2片浸过磷酸甘油溶液的海绵组成，每片海绵厚2 cm(图1)。试验开始前每块海绵用15 mL的磷酸甘油溶液 (50 mL磷酸+40 mL丙三醇，稀释至1 000 mL)浸润，相当于海绵通气体积的3.8%，用以保证试验过程中装置内的土壤表面经海绵与外界环境空气的流通;上层海绵用于吸收空气中的氨，防止其进入装置内而被下层海绵吸收，下层海绵用于吸收土壤挥发的氨气。在水稻进行再次施氮前更换海绵，更换位置进行再次收集。同时将采回的海绵用1 mol·L-1的KCl溶液浸提，测定海绵中氮素含量并计算氨挥发损失量。

图1 测定田间土壤氨挥发的装置

2 结果与分析

2.1 不同施肥时期氨挥发损失

不同有机物料施入土壤后，稻田土壤氨挥发损失有着明显的不同。水稻进行3次施肥后的氨挥发损失的纯氮量见图2。

从图2中可知，紫云英还田作为基肥处理，由于减少了化肥速效性无机氮的施用量，在施用基肥和追肥后的氨挥发损失量均较低。腐熟有机肥作为基肥还田，由于其含有部分铵态氮，所以在作为基肥施用后的早期氨挥发损失较大，而在追肥阶段，由于基肥中有机氮的缓慢释放和速效性氮肥使用量减少，氨挥发损失量减少。秸秆还田作为基肥处理，由于秸秆养分含量低，仍需施入较多的化学氮肥作基肥，氨挥发损失较大。紫云英与有机肥、紫云英与秸秆混施作为基肥施用，其氨挥发损失在基肥以及2次追肥时期均表现为低于有机肥还田和秸秆还田处理。施用纯化肥处理，基肥时期氨挥发相对较低，这可能是由于其他施用有机物料的处理高碳氮比的特性，使土壤还原性较强，不利于土壤中硝化反应发生，增加土壤铵态氮浓度，使氨挥发损失在基肥施用后的短期有所增加。在第2次追肥时，施化肥处理氨挥发损失较大，这主要是此时气温相对较高，氨气较容易从稻田土壤逸出。

图2 不同施肥时期各处理氨挥发损失纯氮数量

2.2 氨挥发损失总量

图3表明，采用有机物料中缓释性的有机氮还田，代替部分速效性无机氮，减少化学氮肥的施用量，可明显减轻氨挥发损失。紫云英还田、有机肥还田、秸秆还田、紫云英与有机肥复合还田、紫云英与秸秆复合还田均明显降低氨挥发损失。水稻田3次施肥后，紫云英还田、有机肥还田、秸秆还田、紫云英与有机肥复合还田、紫云英与秸秆复合还田处理氨挥发损失纯氮总量分别为17.03，29.23，29.83，26.33和 18.15 kg·hm-2，与施用化肥处理的3 7.5 8 kg·hm-2相比，可分别减少氨挥发损失 54.7%，22.2%，20.6%，29.9%和51.7%，以紫云英还田以及紫云英与秸秆复合还田降低氨挥发损失最为明显。这表明，有机物料与化肥的配合施用，减少了稻田系统的氨挥发损失，对保护生态环境具有重要作用。

图3 各处理氨挥发损失总纯氮数量

2.3 水稻产量

不同有机物料的施用对水稻的产量有一定的影响。小区产量化肥处理16.25 kg，紫云英处理16.28 kg，有机肥处理16.26 kg，秸秆处理16.08 kg，紫云英+有机肥处理16.27 kg，紫云英+秸秆处理16.25 kg。以施用商品有机肥的处理水稻产量最高，可比施化肥的增产7.8%，而采用秸秆还田处理的产量最低，减产1.05%，而采用紫云英还田、紫云英+商品有机肥还田、紫云英 +秸秆还田，其产量与施用化肥处理基本相同。表明采用有机物料还田培肥土壤，减少化学氮磷钾肥用量，并没有使水稻产量下降，反而可使水稻产量基本不变或略有增加。

3 小结与讨论

采用紫云英、秸秆和有机肥等有机物还田培肥土壤，以缓释性的有机态氮代替无机氮，从而降低化肥的施用量，可明显降低稻田氨挥发损失，同时可使水稻产量基本不变或略有增加。紫云英中所含的有机氮在前期矿化分解慢，土壤氨挥发损失低，试验中降低氨挥发损失最佳的是紫云英还田以及紫云英与秸秆复合还田，与化肥相比可减少50%以上的氨挥发损失量，环境效益与节省化肥投入的经济效益十分明显。有机物料还田不仅能显著减少稻田氮素损失，而且能有效提高土壤肥力，保证水稻的稳产和粮食安全，具有显著的生态效益。

［1］ 朱兆良，文启孝.中国土壤氮素 ［M］.南京:江苏科技出版社，1992:32-58.

［2］ 宋勇生，范晓晖.稻田氨挥发研究进展 ［J］.生态环境，2003，12(2):240-244.

［3］ Cai G X，Chen D L，Ding H，et al.Nitrogen losses from fertilizers applied to maize，wheat and rice in the North China Plain［J］.Nutrient Cycling in Agroecosystem，2002，63(2/3):187-195.

［4］ 倪康，丁维新，蔡祖聪.有机无机肥长期定位试验土壤小麦季氨挥发损失及其影响因素研究 ［J］.农业环境科学学报，2009，28(12):2614-2622.

［5］ 夏文建，周卫，梁国庆，等.优化施氮下稻-麦轮作体系氮肥氨挥发损失研究 ［J］.植物营养与肥料学报，2010，16(1):6-13.

［6］ 王朝辉，刘学军，巨晓棠，等.田间土壤氨挥发的原位测定-通气法 ［J］.植物营养与肥料学报，2002，8(2):205-209.