翻压绿肥减施化肥对土壤氨气排放的影响

李明娟，李正鹏，严清彪，毛小红，万 里，李争光，韩 梅*

(1.青海大学，青海 西宁 810016; 2.青海大学农林科学院，青海 西宁 810016)

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验设在青海大学农林科学院试验基地，海拔为2 300 m，气候冷凉，属高原大陆性半干旱气候。年平均气温5.9 ℃，全年平均气温日较差为13.5 ℃；年平均降水量367.5 mm，其中5—10月的降水量为334.2 mm，占年降水量的90.9%；年均蒸发量为1 729.8 mm，是降水量的4.77倍；作物生长期为220 d。试验区水源及灌溉条件非常方便，主要水源为北川渠。土壤类型为栗钙土。取样时的日平均风速为0.69 m/s，日平均气温及降雨量见图1。

图1 取样时的日平均气温及降雨量Fig.1 Daily mean temperature and rainfall at the time of sampling

1.2 试验材料与设计

供试小麦为青春38号早熟品种，毛叶苕子为土库曼毛苕。

氨气收集采用微区试验，于2020年6月至10月进行，共设10个处理：毛叶苕子+100%化肥(F100+G)、毛叶苕子+85%化肥(F85+G)、毛叶苕子+70%化肥(F70+G)、毛叶苕子+55%化肥(F55+G)、毛叶苕子+0化肥(F0+G)、100%化肥(F100)、85%化肥(F85)、70%化肥(F70)、55%化肥(F55)、0化肥(F0)。100%化肥施用量为N 225 kg/hm2、P2O5112 kg/hm2，氮肥分2次施用，在6月29日翻压毛叶苕子时进行基施，7月29日进行追施。基施与追施比为7∶3，毛叶苕子鲜草翻压量30 000 kg/hm2(所含全氮含量为201 kg/hm2，全磷含量为15 kg/hm2，全钾含量为141 kg/hm2)左右。微区面积为 4 m2，田间随机排列，每处理设3次重复。供试土壤全氮含量为1.04 g/kg，碱解氮含量为83.33 mg/kg，pH为7.83。小麦播种期为6月29日，收获期为10月9日。

1.3 研究方法

采用磷酸甘油-通气法捕获氨气[13]。收集装置由内径为15 cm，高为12 cm的PVC管制成。采集过程中分别将2块厚度为2 cm，直径为16 cm的海绵浸入15 mL磷酸甘油溶液(50 mL磷酸+40 mL丙三醇，定容至1 000 mL)后，置于PVC管中。下层海绵为氨气吸收层，距管底5 cm；上层海绵为外部隔离层，与管顶部相平(图2)。取样时，将下层海绵取出，装入写好标签的500 mL塑料瓶中密封，同时换上另一块刚浸过磷酸甘油的海绵，上层海绵根据干湿情况3～5 d更换1次。在放有海绵的塑料瓶中加入300 mL 2 mol/L的KCl溶液，使海绵完全浸入其中，振荡1 h，留取浸提液，通过流动分析仪测定浸提液中的铵态氮含量。6月29日采用分层施肥方法施用小麦基肥，并立即在各小区放置3个氨气收集装置，将其固定于小麦植株的间隙中，然后在施肥后的第1、2、3、4、5、6、7、10、13、20、28天取样。7月29日采用灌溉施肥方法进行小麦追肥，在施肥后的第1、2、3、4、5、6、7、10、13、20、28天取样，之后隔16 d取一次样，再隔12 d(小麦收获期)取最后一次样。每次取样在当天8：00开始进行，8：30结束。

图2 试验装置示意图Fig.2 Schematic diagram of test device

1.4 测定指标

氨挥发速率：NH3-N=[M/(A×D)]/100

式中：NH3-N为土壤氨挥发速率[kg/(hm2·d)]，M为单个装置测得的氨量(mg)，A为收集装置的横截面积(m2)，D为每次连续收集的时间(d)。

氨挥发系数：Ap(%)=[∑(NH3)F-∑(NH3)C]/NF×100

式中：Ap为外源氮的氨挥发系数(%)，∑(NH3)F为单位面积添加外源氮处理的氨累积排放量(kg/hm2)，∑(NH3)C为单位面积未添加外源氮处理的氨累积排放量(kg/hm2)，NF为单位面积添加的外源氮施用量(kg/hm2)。

1.5 数据统计与分析

使用Excel 2010对数据进行初步整理，再用SAS8.2软件的One-way ANOVA程序对数据进行方差分析，多重比较采用Duncan法，结果用平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 基肥时期氨挥发速率的变化

由图3可以看出，各处理的氨挥发速率动态变化基本一致，在施肥后的前4 d，各处理的氨挥发速率逐渐下降后上升，在第4天出现峰值，第6天(7月5日)后随着天数的增加氨挥发速率逐渐降低，至7月9日(施肥后第10天)各处理氨挥发速率基本保持一致。施肥后第4天出现峰值主要是因为当日的降雨量较高，而其余小高峰的出现与温度和降雨量有关。

图3 施用基肥后各处理土壤的氨挥发速率Fig.3 Ammonia volatilization rate of soil afterapplying base fertilizer

在施用基肥的取样周期里，氨排放主要发生在施肥后的21 d内。同一施氮水平下，翻压毛叶苕子和不翻压毛叶苕子处理间无显著差异(P=0.116>0.05)，可见翻压毛叶苕子对氨挥发速率没有显著影响；不同施氮水平下，处理中无论是否翻压毛叶苕子，氨挥发速率均存在显著差异(P=0.040<0.05)。

2.2 追肥时期氨挥发速率的变化

由图4可以看出，追肥后的第1天，除F0+G、F100、F0处理外，其他处理氨挥发速率最大，随后氨挥发速率迅速下降再逐渐降低，8月8日(施肥后第10天)氨挥发速率降低至相对较低的水平。第1天氨挥发速率最大，可能与采用灌溉施肥后尿素迅速水解释放氨气有关。在8月26日(施肥后第28天)氨气的排放量已经接近于0，最高的为F100处理，速率仅为0.009 kg/(hm2·d)，之后继续降低，在小麦收获期(10月9日)各处理的氨挥发速率仅为0.001 3～0.003 2 kg/(hm2·d)。

图4 追肥后各处理土壤的氨挥发速率Fig.4 Ammonia volatilization rate of soil after topdressing

同一施氮水平下，翻压毛叶苕子和不翻压毛叶苕子处理间无显著差异(P=0.124>0.05)，可知翻压毛叶苕子对氨挥发速率没有影响；不同施氮水平下，处理中无论是否翻压毛叶苕子，氨挥发速率均存在显著差异(P=0.035<0.05)，可见施肥量是影响氨挥发速率的主要因子，随着施肥量的增大，氨挥发速率明显变大。

2.3 氨挥发总量的变化

两次施肥后，氨挥发总量的变化如表1、表2所示。可以看出，同一施氮水平下，在基肥期间，翻压毛叶苕子减施化肥处理的氨挥发累积量仅与单施化肥相差0.032～0.140 kg/hm2，氨挥发系数相差0.038%～0.105%；而在追肥期间，单施化肥与翻压毛叶苕子减施化肥的氨挥发累积量相差0.151～0.445 kg/hm2，氨挥发系数相差0.355%～0.198%。由此可见，是否翻压毛叶苕子对氨挥发累积量影响不大，且差异不显著(P>0.05)。在不同的施氮量下，不管是基肥时期还是追肥时期，氨挥发累积量均表现为随着施氮量的增大，氨挥发累积量随之变大，且各处理间的氨挥发累积量存在显著差异(P<0.05)。基肥期间的氨挥发累积量为1.871～2.683 kg/hm2，追肥期间氨挥发累积量达到1.704～6.704 kg/hm2。基肥后的氨挥发累积量占小麦季氨挥发总量的28.395%～36.008%，而追肥后的氨挥发累积量占小麦季氨挥发总量的大部分，为63.992%～71.771%，追肥较基肥后的氨挥发累积量占小麦生长季氨挥发总量的百分比高出35.597%～35.763%。这可能是因为基肥采用分层施肥的方法，追肥采用灌溉施肥的方法，灌溉施肥较分层施肥有利于氨挥发。

表1 施用基肥后各处理土壤氨挥发的各项数据

表2 施用追肥后各处理土壤氨挥发的各项数据

2.4 翻压毛叶苕子配施不同比例化肥对小麦产量的影响

从表3可看出，翻压毛叶苕子配施不同比例化肥对小麦产量的影响表现为F100>F70+G>F55+G>F85>F55>F85+G>F70>F100+G>F0+G>F0。其中,F100处理的产量最高，达3 800 kg/hm2，但其与F70+G处理的产量相比，并无显著差异，这说明在翻压毛叶苕子的情况下施用70%的化肥便可达到单施100%化肥的增产效果。可见在保证产量的前提下，通过翻压绿肥的方式，减少肥料使用量，可达到增产的目的。在100%与85%施肥的条件下，翻压毛叶苕子处理的小麦产量低于单施化肥，在70%、55%及0%的施肥条件下，翻压毛叶苕子处理的小麦产量高于单施化肥。这表明在翻压绿肥条件下，在一定范围内小麦产量随着施肥量的增加而升高，但当肥料施用量超过一定水平后，小麦产量随着施肥量的增加而降低。

表3 不同处理的小麦产量

3 讨论与结论

本研究结果表明，不论基肥期间还是追肥期间，翻压绿肥不会显著影响氨排放，在相同的施氮水平下，翻压毛叶苕子与不翻压毛叶苕子的氨挥发累积量无显著差异；在不同的施氮水平下，氨挥发累积量随施氮量的增加而增加，各处理间存在显著差异。在翻压毛叶苕子的情况下，施用70%的化肥便可达到单施100%化肥的增产效果，且该处理下氨挥发累积量较单施70%化肥并未提高。