不同氮肥减施对菜田氨挥发影响的初步研究

黄璐璐,徐春花,王站付,金海洋,杨晓磊,严 瑾,陈 旭,朱 恩

(上海市农业技术推广服务中心,上海 201103)

氮素在农业生产中起着重要作用,是提升作物产量的关键[1],但过量施用氮肥会导致土壤退化、环境污染等问题[2]。 氨挥发是肥料施用过程中氮素气态损失的一条重要途径,作为大气中最主要的碱性气态污染物,氨气对酸沉阵、富营养化、土壤酸化、温室效应、能见度等有直接或间接的影响[3-4]。

一直以来,由于农业集约化生产,养分投入高且损失多,导致氮素利用率低,氨的挥发量逐年上升[5-6]。 研究表明,氮肥施加后土壤中NH+4 含量增加,减氮20%降低了土壤氨排放通量,因此,合理减少化肥施氮量是设施蔬菜氨减排有效途径之一[7]。

蔬菜的纯氮施用量往往比大田作物要高且利用率较低[8],已有的氨挥发研究主要集中在大田作物。本研究通过监测不同化肥减量处理的菜田氨排放情况,旨在为减少菜田氨排放提供一定的理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试肥料:尿素(含N46%)、复混肥(N、P2O5、K2O 百分含量15-15-15)、缓释肥(N、P2O5、K2O 百分含量15-15-15)、复合微生物肥(两个品牌全氮含量均为2%)、有机无机肥(N、P2O5、K2O 百分含量15-6-9)、水溶肥(N、P2O5、K2O 百分含量20-20-20)、有机肥(N、P2O5、K2O 总含量5%)、水溶肥(N、P2O5、K2O 百分含量20-20-20)。

供试蔬菜:上海市郊主栽青菜品种‘五月慢’。

供试土壤:土壤类型为干沟泥,地力水平中等偏上,具体见表1。

表1 试验地基础土壤分析Table 1 Foundation soil analysis of test site

1.2 试验处理

试验于2020 年1—4 月上海市闵行航育种子基地进行,随机区组设计,每小区50 m2。 各小区统一称量青菜种子3 g,与细土混合均匀后,均匀洒播,播种密度为250 000 株∕hm2。 设8 个处理,T1:常规施肥(对照);T2:有机肥替代化肥;T3:缓释肥;T4:有机无机复混肥;T5:温兴(上海温兴生物工程有限公司)复合微生物;T6:绿乐(上海绿乐生物工程有限公司)复合微生物;T7:水肥一体化;T8:蚯蚓养殖(在曾经养殖过蚯蚓的土壤栽培叶菜)。 T2、T3、T4、T5、T6、T8 氮肥用量一致,均比常规施肥(对照)减氮21.4%,T7相比常规减氮25.9%(表2)。 其他田间栽培管理措施同常规。 重复3 次。

表2 不同处理肥料运筹Table 2 Design scheme of different fertilizers application rates

1.3 样品采集与检测方法

1.3.1 土壤基础理化性质采样与测定方法

试验前采集0—20 cm 基础土样,测定基本理化性状。 在施肥之前采集苗床和试验大田土壤样品,以“S”型的布点方式,用不锈钢取土器采集耕作层深度0—20 cm 的土壤20 个点,均匀混合后去除小石块、植物残根残枝等杂物。 自然风干后,四分法留取1.5 kg 土样待测。

土壤基础理化性质指标测定参照《土壤农化分析》[9]:用油浴加热-重铬酸钾容量法测定有机质含量,凯氏定氮法测定全氮含量,钼锑抗比色法测定有效磷含量,乙酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾含量,碱解扩散法测定碱解氮含量,紫外分光光度法测定亚硝酸盐含量。

1.3.2 植株性状指标及测产

株高(露出土壤根部至顶端的距离):用钢卷尺测量。 叶绿素含量:采用SPAD-502 叶绿素仪测定植数第三片叶片的叶尖、中部和基部的叶绿素值,取其平均数。 生物量:每处理随机取5 株测定植株的鲜重,全小区收获称重计产。

1.3.3 氨挥发样品采集与分析

采用双层海绵通气法[10]测定,在各小区放置1 个pvc 圆筒采样箱,圆筒的直径为15 cm,高30 cm,将圆筒上下层各放置涂有磷酸甘油吸收液的海绵,按照设计的采样日期更换涂有磷酸甘油吸收液的上层海绵以及将收集的下层海绵分别浸润在KCl 溶液瓶里。

采样时间:2020 年1 月6 日—3 月23 日,施肥后连续监测,监测时间为施肥后的0 d(基肥或追肥前1 d)至7 d;非施肥期监测周期为10 d。

NH3分析:采用通气酸吸收法测定[10],吸收NH3的海绵浸泡在KCl 溶液中振荡1 h,抽取浸出液,并测出浸出液的体积V,用流动注射分析仪测定NH3浓度。

式中,F 为NH3挥发通量,mg∕(m2·h),c1和c2分别为浸提液中铵态氮和硝态氮的质量浓度(mg∕L);V 为浸提液的体积(mL);A 为吸收NH3的海绵有效面积(m2),t 为采样时间(h)。

氨的累计排放量计算公式[11]:M=∑(FN+1+FN) ×0.5 ×(tN+1) ×24 ×10-2

式中,M 为整个种植周期内的氨气累积排放量,kg∕hm2;F 为气体排放通量,mg∕(m2·h);N 为采样次数;t 为距初次采样的天数,用内插法计算相邻两次监测之间未观测日期的排放通量,然后将观测值和未观测日计算值逐日累加得到氨排放总量。

1.4 试验统计

采用Excel 2007 软件统计数据,采用DPS 7.05 统计软件进行方差分析,多重比较采用LSD 法进行。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对青菜植株生长的影响

由表3 可知,T2、T4 处理株高显著低于T1、T7 和T8 处理;T1 处理叶绿素SPAD 值显著高于T3—T8处理,T2—T8 处理间无显著性差异;T1 处理鲜重显著高于T2、T4、T7、T8 处理。 表明减氮21.4%情况下,有机肥、有机无机复混肥、水肥一体化、蚯蚓养殖四个处理对植株生长有一定的影响,而缓释肥和复合微生物肥料处理对其无显著性影响。

表3 不同施肥处理对青菜生长的影响Table 3 Effects of different fertilizers application rates on the growth of pakchoi

2.2 不同施肥处理对青菜产量的影响

由图1 可知,T4、T7 产量显著低于T1、T5 处理,但各处理间青菜产量无极显著性差异,表明减氮处理总体上达到了减肥不减产的效果。

2.3 不同施肥处理对青菜总氨挥发通量的影响

各处理中,总氨挥发通量大小依次为T1 >T2 >T5 >T6 >T8 >T4 >T7 >T3,其中,T2—T8 处理的氨挥发通量与氨挥发损失率均极显著低于常规处理(T1),缓释肥处理(T3)的总氨挥发损失率显著低于其他减肥处理,相比常规减排27.69%;有机肥替代化肥处理(T2)的总氨挥发通量与总氨挥发损失率均高于其他减肥技术处理,相比常规处理减排21.57%。 表明缓释肥的氨减排效果较好,而有机肥替代化肥处理相对较差。 总氨挥发损失率T5 >T6 >T7 >T8 >T4,其中,T4、T5 间差异显著,其余处理间无显著性差异,表明减肥技术处理(T4—T8)间对减少菜地氨挥发的作用效果相差不大。 建议实施氨减排技术时,首先考虑施用缓释肥,其次为水肥一体化、有机无机复混肥、蚯蚓养殖和复合微生物肥料。

图1 不同施肥处理对青菜产量的影响Fig.1 Effects of different fertilizers application rates on pak choi yield

表4 不同施肥处理对青菜总氨挥发通量的影响Table 4 Effects of different fertilizers application rates on total ammonia volatilization flux of pakchoi

3 结论与讨论

在常规施肥减氮21.4%的条件下,各减肥技术均对小青菜的植株性状产生一定的影响,其中使用缓释肥不会明显减少植株重量,这与曹兵等研究结论一致[12]。 说明在缓释氮肥减氮的情况下,控缓释肥能有助于提高小青菜植株产量,相对降低了化肥减量带来的减产损失。 有机肥无机复混肥与水肥一体化技术相对其他减肥技术处理对产量影响较大。

氮肥是影响植株生长和产量的主要因素,减施氮肥会带来一定量的减产[13],本研究中常规施肥的产量均在一定程度上高于减肥技术处理。 水肥一体化减肥技术处理与有机无机复混肥减肥技术的产量相较常规处理差异显著,分别降低了27.02%、23.44%。

农田系统中的氨排放通量与施氮量呈显著性正相关,随着氮肥的施入,氨排放通量逐渐增加,因此合理的减少氮肥的施入能有效降低由施氮而引起的土壤中氨的排放[14]。 本研究中各减肥技术处理的氨挥发通量与损失率均极显著低于常规处理,其中缓释肥减肥技术的总氨挥发损失率最低,与其他减肥处理差异显著,相比常规减排27.69%(P<0.01)。 巴闯等[15]研究指出,缓释肥可以调控尿素溶出,有效减少大田和菜田的氮素损失,减少氨挥发,这与本研究结果一致。 李建睿等[16]研究表明,大量施用有机肥不仅会造成土壤硝态氮的积累,也会影响氨挥发,本研究中使用有机肥减肥技术虽然在一定程度上能减少氨挥发,但减排效果相比其他减肥技术较差。

综上,缓释肥减肥技术能维持与常规施肥相当的产量的同时显著减少农田氮肥气态损失,为较适宜的菜地氨减排技术,建议实施氨减排技术时,优先考虑施用缓释肥,其次为水肥一体化、有机无机复混肥、蚯蚓养殖和复合微生物肥料。