有机无机肥配施对太湖流域麦田氨挥发损失的影响

张 敏 蔡丹丹

0 引言

太湖地区是我国人口最为密集、农业种植最为集中的地区之一，夏水稻—冬小麦是该区主要的粮食种植制度。但是当地农民对小麦田管理粗放，并且为了提高小麦作物的产量，农户们在小麦的生产过程中过量施用化肥的现象严重。该地区单季小麦季的平均施氮量为210 kg N ha-1，部分农田用量超过250 kg N ha-1，远远超过作物的氮需求[1]。过量氮投入以及不合理的施肥方式会造成氮素利用率的下降，并且导致大量的活性氮（NH3，NO3-，NOx、N2O 等）进入环境中，给环境带来破坏，诸如水体富营养化、地下水污染以及大气污染等[2]。

氨挥发是土壤氮素损失的重要途径，其排放对当地农业生态系统甚至全球氮环境都可能存在重要影响。大气中几乎一半左右的活性氮都是NH3带来的，NH3通过干湿沉降直接或间接地导致土壤酸化、水体富营养化以及生态多样性的减少[3]。此外，NH3还能与空气中的硝酸盐以及硫酸盐发生反应，形成硝酸铵盐、硫酸铵盐的混合物，进一步降低空气能见度，形成雾霾，威胁人类健康[4]。因此，采取有效措施来减少农田氨排放是非常必要的。

相比单施无机肥，配施有机肥可以提高土壤肥力和营养供应，有助于提高作物的氮肥利用率并减少土壤氮损失[5]。前人已经对有机无机肥配施下的土壤氨挥发损失进行了大量有效的研究[6-7]。然而在太湖流域中，配施有机肥对麦田土壤氨挥发损失的影响还不是很清晰。因此本试验以太湖流域麦田为试验材料，研究有机无机肥配施下小麦不同生育期的氨挥发损失，旨在阐明不同施肥方式对太湖地区麦田氨挥发损失的影响，以期为减少氮肥损失和提高氮肥利用率提供一定的理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验在中国科学院常熟农业生态试验站（31°32′45″N，120°41′53″ E）进行。该站位于太湖流域，属于亚热带湿润气候，年平均气温15.5℃，年降雨量1 038 mm，无霜期224d。土壤类型为湖积物发育而成的潜育型水稻土（乌栅土），表层土（0-20 cm）基本性质：pH，7.35；有机质，35 g/kg；全氮，2.09 g/kg；全磷，0.93 g/kg；阳离子交换量，17.7 cmol/kg。

1.2 试验设计

冬小麦采用当地流行品种—扬麦16 号，小麦种子于翻耕前人工播撒，播种密度为180 kg N ha-1。小麦生长期间不进行人工灌溉，杂草和病虫害管理遵循当地常规。试验共设置4 个处理为：空白处理（CK）不施氮肥，单施有机肥处理（M），常规无机肥处理（CT），施氮210 kg N ha-1，以及等氮量条件下有机肥取代部分无机肥处理（CM），各处理4 次重复，处理间随机排列，田块面积为6 m×7 m=42m2。所有田块磷肥（过磷酸钙，P2O513.5%）和钾肥（氯化钾，K2O 60%）作为基肥一次施用，施肥量分别为54 和72 kg N ha-1。有机肥为腐熟后的菜籽饼肥，也是作为基肥一次性施入。各个处理的氮肥（尿素，N 46%）平均分为3 次施用，基肥、分蘖肥和返青肥的施肥比例为4∶3∶3。基肥均匀撒施后，进行人工耙地；追肥则直接将肥料均匀撒施在土壤表层。

1.3 土壤氨挥发的测定

土壤NH3挥发测定采样密闭室通气法[8]。采集时间为每天的8:00～10:00 和14:00～16:00，用这4 h 的氨挥发日通量平均值去估算日氨挥发总量。每次施肥后，均从第一天开始采集，一直到氨挥发通量与CK 没有显著差异，停止采集。

1.4 数据统计分析

所有试验数据通过SPSS 20.0 进行统计分析，Origin 9.1 制图，用LSD 法进行多重比较分析确定差异的显著性。

2 结果与分析

2.1 土壤氨挥发日通量变化

不同施肥期土壤氨挥发通量结果见图1、图2 和图3。基肥施用后，氨挥发通量值在0.01～0.85 kg N ha-1d-1之间波动。M、CT 和CM 处理的氨挥发通量在施肥后4～5 天达到峰值，分别为0.25、0.62 和0.85 k N ha-1d-1，第16 天后均与空白处理无差异。M、CT 和CM 处理的氨挥发日通量平均值分别为0.89、4.02 和5.26 kg N ha-1d-1；较CK 处理分别增加了0.16、3.29 和4.53 kg N ha-1d-1。

与小麦基肥有所不同，第一次追肥后氨挥发通量值在0.01～0.31kgNha-1d-1之间波动。M、CT 和CM 处理的氨挥发通量均在第4 天即达到最大值，分别为0.06、0.31 和0.14 kg N ha-1d-1，第8 天后均与空白处理无差异。M、CT 和CM 处理的氨挥发日通量平均值分别为0.20、1.28 和0.76 kg N ha-1d-1；较CK 处理分别增加了0.01、1.09 和0.51 kg N ha-1d-1。

第二次追肥后氨挥发通量值在0.04～1.06 kg N ha-1d-1之间波动。M、CT 和CM 处理的氨挥发通量均在第4 天即达到最大值，分别为0.05、1.06 和0.46 kg N ha-1d-1，第11 天后均与空白处理无差异。M、CT 和CM 处理的氨挥发日通量平均值分别为0.64、4.25 和1.86 kg N ha-1d-1；较CK 处理分别增加了0.13、3.74 和1.35 kg N ha-1d-1。

图1 基肥施用后不同处理的氨挥发日通量变化

2.2 土壤氨挥发损失总量变化

不同处理的氨挥发损失总量见表1。结果表明，冬小麦生育期内田间氨挥发损失量变化较大，最大变幅可达0.19～5.26 kg N ha-1，这可能与施肥方式和不同生育期温度等影响因素有关。施用基肥后，与空白处理相比，CM 和CT 处理显著提高了氨挥发损失，不过二者之间没有显著差异。 第一次追肥后，各个处理之间的氨挥发损失量均无显著性差异。第二次追肥后，CT 的氨挥发损失量最大，为4.25 kg N ha-1，显著高于CM 处理（p＜0.05）。对比三次施肥的氨挥发损失结果，可知麦田氨挥发主要发生在基肥和第二次追肥期，这主要是因为第一次追肥时期温度较低，不利于氨挥发的产生。

图2 第一次追肥施用后不同处理的氨挥发日通量变化

图3 第二次追肥施用后不同处理的氨挥发日通量变化

表1 不同施肥处理的土壤氨挥发损失总量

不同施肥处理的氨挥发总损失量在1.42～9.55 kg N ha-1之间波动，是太湖地区冬小麦重要的氮素损失途径。不同施肥处理的氨挥发损失总量表现趋势为：CT＞CM＞M＞CK。CT 处理总损失量为9.55 kg N ha-1，较CM 处理提高17%，不过二者之间无显著差异。不同施肥处理的氨挥发肥料损失率表现趋势为：CT＞CT+M＞M。CT 处理的氨挥发肥料损失率为3.87%；而CM 处理的氨挥发肥料损失率为3.07%。与CT 处理相比，CM 在一定程度上降低了氨挥发肥料损失率。

3 讨论

先前大量研究表明有机无机肥配施能够降低土壤氨挥发损失[6-9]。郑凤霞等[7]研究表明，与常规无机肥处理相比，有机无机肥配施有效减少了氨挥发损失，氮肥利用率提高18.2%。刘红梅等人[9]进行的大田试验，同样证明了不同施氮水平下，有机无机肥配施氨挥发损失较低。与前人研究类似，本试验中有机无机肥配施的氨挥发损失总量较常规无机肥处理降低了1.67 kg N ha-1，但是二者之间无显著差异，不过配施有机肥显著降低了第二次追肥期的氨挥发损失（p＜0.05）。有机肥施入土壤后，在一定的矿化作用下，不同形态的有机氮转化为NH4+-N。NH4+-N 或被作物小麦重新吸收利用，或吸附在土壤上，其余部分则通过氨的形式挥发。有机肥的施入能够提高土壤有机质含量，增强土壤的保肥保水能力，提高作物的氮肥利用率，进而降低氨挥发损失[10]。也有研究表明，有机无机肥配施有效减少土壤氨挥发损失，其实质主要是降低了尿素水解过程中土壤的pH 值[11]。