缓控释氮肥对水稻田苗期CH4排放的影响

张明鑫孙振涛刘兴远杨 皓孙秀英

(1.辽宁省农业科学院植物保护研究所，辽宁 沈阳 110161； 2.沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁 沈阳110161； 3.辽宁农业博物馆，辽宁 沈阳 110161)

大气中温室气体含量增加而引起的全球气温升高，严重影响了生态环境。这一结果引起了世界各国的关注。在温室气体引起的温室效应中，CH4的贡献较为显著[1]。植物体的腐烂、动物的粪便等有机肥能增加稻田甲烷的排放[2]，但施用化肥能够降低土壤中CH4的排放[3]。因此，合理的将有机肥料与化肥混合使用对稻田间CH4的排放起到控制作用。水稻的生长需要充足的养分，在水稻生长过程中使用缓控/释肥，能够缓解重施氮肥、肥料浪费和施肥不平衡等问题[4]，但施用化肥的同时会使土壤呼吸量增加[5]。CH4是稻田温室气体排放源的构成之一，而氮肥是稻田温室气体排放的主要影响因素[6]。新型缓释化肥在提高化肥利用效率方面发挥着重要作用[7]，研究其在减少温室气体的排放方面有着重要意义。温室气体的排放带来的环境问题日益突出，其中化肥的施用是农业温室气体排放的重要来源之一[8]。新型缓控释肥在提高化肥利用效率方面发挥重要作用[9]，研究其对温室气体的排放的影响有着重要意义[10]。因此，2018年在瓦房店地区开展了缓释氮肥对水稻土壤中的温室气体CH4排放影响的初步研究。

1 材料与方法

1.1 供试材料及试验地概况

供试水稻品种为港优3，由东港市示范繁殖农场提供。试验地设置于辽宁省瓦房店市三台子村。

2018 年试验插秧前测定了供试水稻田的基本肥力情况，结果为全氮0.11%，全磷0.108 g/kg，全钾191 g/kg，碱解氮98 mg/kg，速效磷12 mg/kg，速效钾506 mg/kg，有机质1.02%，pH 6.91。

1.2 试验设计

试验共设置4个处理，3次重复。分别为：全生育期不施氮肥(CK)；氮肥用常规的尿素(N1)；氮肥采用缓控释肥：聚醚聚氨酯包膜尿素(N2)；氮肥采用缓控释肥60%和普通尿素40%的混合(N6)。所有处理采用等量的氮磷钾肥(CK处理无氮肥)，都在插秧时一次性施入。

1.3 田间取样与测定方法

本试验采用静态暗箱—气相色谱法测定CH4排放。采样箱和底座由不锈钢板制成，采样箱长×宽×高为50 cm×50 cm×50 cm(生育中期水稻株高增加之后使用2个采样箱)，箱体表面依次用2～3 cm厚的海绵和铝箔玻纤布粘好，以保持采样期间箱内温度稳定，减少因阳光照射而引起的箱内温度变化。在箱体侧面打孔，放置温度计和采气用的硅胶管。硅胶管一端插入采样箱内部，另一端置于箱外与三通阀相连，三通阀的另一头连接注射器，用于采集气体样品。采样箱内部安装风扇，保证箱内空气流分布均匀。底座规格为50 cm×50 cm×20 cm，底座下端埋入土壤中，只留U型凹槽在地表。水稻移栽前将采样底座插入土层，每个小区埋一个底座。底座埋好并稳定7 d后，选择晴朗天气(上午9：00到11：00)进行取样，施肥后的1、3、5、7 d连续采样，之后每7 d采集两次气体样品，再采集14 d，共计采样8次。采样时向底座凹槽注水以密封土壤与采样箱的连接，然后扣上采样箱，密封后用50 ml注射器每隔7 min采集气体样品，分别于扣箱后0、7、14、21、28 min采集气体，同时记录箱体内温度。使用气相色谱仪测定气体样品中的CH4含量。

1.4 数据处理

CH4排放通量采用直线回归法计算，并采用线性插值法估算累积排放量。气体排放通量的计算公式为：

式中，F为CH4排放通量，单位为mg/(m2·h)；ρ为标准状态下CH4-C的密度，为0.54 mg/L；V为采样箱内有效体积(m3)；A为采样箱所覆盖的土壤表面积(m2)；dC/dt为CH4的排放速率，单位为μl/(L·h)；T为采样过程中静态箱内的平均温度(℃)。

2 结果与分析

2.1 不同处理对CH4排放通量的影响

本试验共采集气体8次，在水稻生育的苗期，分别是在水稻施肥后1 d，3 d，5 d，7 d，10 d，14 d，17 d，21 d。 在不同采样时期的不同处理上得到的CH4排放通量结果如图1。从图1中我们可以看出，在施肥后7 d，各处理的CH4排放通量降到了最低点，而处理N6的CH4排放通量最高值在施肥后14 d，也就是施肥后14 d左右，在施肥后17 d又明显下降，而在施肥后7 d左右，各处理的CH4排放通量降到了最低值。7 d后因水稻生育苗期生长发育的需要，呼吸比较旺盛，CH4的排放通量又升高。在水稻施肥后的苗期，各处理CH4排放通量的大小为：N6＞N2＞N1＞CK。

2.2 不同处理对CH4累积排放量的影响

在水稻的整个苗期，对于CH4的累积排放量，得出的结果如图2。由图2可以认为，在水稻生育苗期，CH4的累积排放量处理N6最高，而处理N1最低。处理CK略高于处理N1，而N2的CH4累积排放量高于CK处理，低于处理N6。处理N6的苗期生长发育好于其他处理。

3 结论与讨论

本试验研究结果表明，在水稻田的生育苗期，由于不同处理施肥和种类不同，CH4的排放通量和CH4的累积排放量不同。在土壤淹水条件下，会加快土壤中的氧气消耗，同时其分解有机物使土壤中的还原性物质增多，最终导致了CH4的产生速率加快。在水稻生长发育的初期，因为水稻生长发育较慢，有机物分解的较少，因此，CH4的排放通量比较低，随着氮肥的释放，分解有机物的能力加强，作物生长发育加快，呼吸的能力更旺盛，CH4的排放通量也达到了最大值。而施用缓控释肥的处理N2和N6由于前期氮肥释放的较少，而有益于其它微生物菌群的生长，使有机物质分解的较多，水稻苗期的生长发育更好，CH4的排放通量高于其它处理。随着温度的升高，水稻的生长发育加快，在厌氧条件下，施用缓控释氮肥处理的CH4排放通量一直高于普通施肥处理和对照。

在水稻的整个苗期，施用缓控释氮肥处理的CH4累计排放量高于不施用缓控释氮肥的处理，而缓控释氮肥和尿素混合施用的处理(N6)最高，这表明缓控释氮肥和尿素混合施用能够增强水稻苗期的生长发育，有利于水稻苗期的分蘖，和水稻后期产量的提高。缓控释氮肥是根据水稻生长发育的需求释放氮肥，这样不仅能够满足作物整个生育期对于氮肥的需求，增加有机质分解的速率，而且增加了水稻苗期CH4的农田排放量，有益于作物整个苗期的生长育期，为后期产量的提高储备了充足的养分。