春小麦青贮玉米周年氮素挥发特征的研究

张换换 段燕燕 王 强 孙礼仁 陈 杰 文 雯 王江丽

（石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832000）

前言

研究人员早就发现各种肥料对小麦产量的影响不一样次序依次为氮肥≥磷肥＞钾肥，对玉米产量的影响次序为氮肥＞磷肥＞钾肥[1]。氮肥对于玉米籽粒产量的提高的贡献大于磷肥，说明如仅从养分角度考虑，氮素很可能是主要要素[2]。施肥量对青贮的影响主要表现在，随着复播青贮玉米施肥量的增加，茎粗变粗、绿叶数增多、果穗长度增加、秃尖长增大、空秆率增高，施肥量的变化对于青贮玉米的株高、穗位、总叶片数影响较小，不同肥料处理对于复播青贮玉米叶面积指数的影响较小[3]。

冬小麦-夏玉米种植体系在夏玉米季，在上季减半施氮肥的基础上停止施N后作物产量和吸N量均比原固定施N处理显著下降[4]；N平衡计算结果表明，减量施N条件下0～1m土壤N残留和表观损失的数量均显著低于原有施N量处理，作物N利用率显著提高[5]。在前茬高施N量下减少氮肥用量有利于提高作物的氮肥利用率、减少N残留与表观损失。增加氮肥投入是发展农业生产的主要途径之一，但是氮肥施入土壤-作物体系后，其基本归宿主要有 3 个方面：被作物吸收；在土壤剖面中以无机氮形态或有机结合形态残留；以各种形式损失，其中氨气和N2O氮肥气态损失的重要途径[6-8]。本试验研究不同的施肥时期不同施氮量的氮素损失。

1 材料与方法

1.1 实验设计

小麦设3个施氮量处理（0kg/667m2，24kg/667m2，32kg/667m2），其中20%基施，80%追施，具体施用时期和比例见表1。复播青贮玉米不施氮。每个处理3个重复，小区面积15m2。小麦选用新春6号，按基本苗550万株/hm2播种，15cm等行距，滴灌带按1管4行配置；青贮玉米选用的新饲玉13号，60cm等行距种植，株距为18.5cm，滴灌带采用1管1行配置。滴水时间和量见表2和表3。其它肥水管理同大田。

表1 前茬滴灌小麦不同施氮量水平设计(单位：kg/667 m2 ）

表2 春小麦各生育时期灌溉量(单位：m3 /667 m2 ）

表3 复播青贮玉米各生育时期灌溉量(单位：m3 /667 m2

1.2 取样时期和方式

1.2.1 取样时期

分别于前茬春小麦和复播青贮玉米不同生育时期采用密闭室法和静态箱法收集氨气和氧化亚氮。

1.2.2 取样方式

氨挥发监测：农田土壤氨挥发的监测采用密闭室法[9-10]。

N2O气体的采集：采用静态箱法[11]进行 N2O气体的采集。

1.3 氮素气态损失测定指标及方法

氨挥发的测定：用1.0mol/L的KCl溶液浸提，采用靛酚蓝比色法测定。

N2O排放量的测定：气相色谱法。

1.4 数据处理

氨气浓度根据配制的铵态氮2.5μg/ml的标准溶液用分光光度计测定后制标准曲线：y = 0.0328x + 0.0485（R²= 0.9966），求对应浓度。

N2O 排放通量 F 的计算公式如下：

式中：F 为 N2O 排放通量（ug m-2h-1），M 为 N2O的摩尔质量（44 g mol-1），R 为普适气体常数（8.314 Pa m3mol-1K-1），T 为采样时箱内平均气温（℃），P 为采样点大气压力，通常视为标准大气压，即 P=1.013×105Pa，dC/dt 为 N2O 排放速率，H 为采样箱高度（m）。

N2O 累积排放量（T）是将 3 个重复的排放通量按时间间隔加权，计算公式如下。

式中：T 为 N2O 累积排放量，单位为 kg hm-2；Fi和Fi+1分别为第 i 和 i+1 次采样时的N2O 平均排放通量，ug m-2h-1；Di和 Di+1分别为第 i 和 i+1 次采样时间，单位为d；24 为 1 d 的小时数；105为单位转换系数。

其他数据处理采用Excel、SPSS等统计软件进行，对数据进行分析得出结论。

2结果与分析

2.1 不同施氮处理滴灌春小麦产量比较

表1 不同施氮处理滴灌春小麦小区产量构成

从表1可知，小区千粒重N1处理最大，其次为N2处理，N0处理为空白对照；从测产结果来看，不同施氮量处理小麦产量由大到小依次为N1＞ N2＞N0，其中N1处理产量最高。施肥量在一定的范围内与产量成正比，这与前人的研究结果一致。N1的产量比N2高17.3%，不施氮处理N0的产量过低，说明施氮量过高或过低都会将带来减产。

2.1.1 春小麦开花-成熟期氨气挥发规律

图1 春小麦开花-成熟期各处理氨气挥发变化图

由图1可知，Nw1的氨气挥发从施肥后的第3天迅速增长至最大值，之后先迅速下降，后缓慢降低；Nw2的氨气挥发从施肥后的第2天即达到最大值，之后氨气挥发的速率先是迅速下降，后缓慢减少。第1～2天，升高速度 NW1＜NW2第 3～6 天，降低速度 NW1＜NW2。因此NW2与NW1相比，NW2的氨气挥发的浓度在这六天里是一直高于NW1的氨气挥发浓度，这也就表明随着施氮量的增加氨气挥发量增加。

2.1.2 玉米各生育时期氨气挥发规律

由图2可知，在图示玉米3个生育时期氨气挥发规律先降低，后升高，再降低。第1～2天，降低速度拔节-抽雄期＜抽雄-开花期＜开花-吐丝期， 第2～3天，升高速度拔节-抽雄期＜开花-吐丝期＜抽雄-开花期，氨气挥发速率第4～5天， 氨气挥发速率降低速率相近。表明在不施氮的情况下，挥发速率随着天数的增加而降低，还是有少量氮素损失-氨气挥发的存在，玉米的氨气挥发量在开花-吐丝期较多。

2.2 春小麦氧化亚氮挥发速率比较

图3 春小麦开花期-灌浆期氧化亚氮挥发速率比较

由图3可知，整个观测期间NW2处理氧化亚氮的挥发速率一直高于NW1处理。Nw2处理中氧化亚氮挥发速率从施肥后的第10～30min迅速增长为最大值，之后先迅速降低，后缓慢减少；Nw1的氧化亚氮挥发速率从施肥后的第10～20min增长至最大值，之后挥发的速率缓慢减少。由此可见，刚施入氮肥后，随着氮肥的分解，气态损失的氧化亚氮浓度先增加后减小，且随着施氮量的增加氧化亚氮挥发量增加。

3 讨论与结论

氮素的投入显著影响土壤氮素挥发，邓美华研究发现优化施肥显著减少氮素挥发损[12]。巨晓棠等[13]研究表明，氮素累计损失量与施氮量的大小成正比，施氮量越大氮素损失量越大，这与本试验结果一致。由此可见，合理的施氮量是提高氮肥利用率的有效途径。

本试验通过设置不同施氮量处理对“滴灌春小麦-青贮玉米”种植模式周年氮素（主要是氨气和氧化二氮）的变化规律进行了探索，得出对于前茬小麦和后茬玉米，表现为随着施氮量增加，氮素挥发增加[13]。小麦施用氮素肥料后，短时间内产生了大量的NH4+-N，致使NH4+-N浓度相对较高，此后，氨的挥发浓度逐渐降低；随着氮肥的分解，氧化二氮浓度先增加后减小，随着施氮量的增加氧化二氮挥发量增加。后茬玉米在不施氮的情况下还是有氮素损失，随着天数的变化，玉米氨气和氧化二氮气体的挥发速率在减小。

2 个施氮量 NW1（24kg/667m2）与 NW2（32kg/667m2）相比，NW2的氨气和氧化二氮的挥发速率都大于NW1的，又由Nw1和Nw2的产量比较可以看出北疆地区“春小麦-青贮玉米”复种体系在NW1的施肥量下小麦产量较高为546.68 kg/667m2，所以可以得出结论施氮量为24 kg/667m2时保证了作物的产量并且氮肥的利用率较高。

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