不同施氮量对春小麦-青贮玉米土壤氨挥发的影响

来源:用户上传      作者:段燕燕 张换换 王强

　　关键词：施氮量;氨挥发;春小麦;青贮玉米;复播体系
　　新疆地区光热资源丰富，非常适宜作物生长，然而在新疆北部地区，小麦收获后，有大约90～105 d 的生育期没有利用，浪费了相应的光热资源[1]，属于典型的一熟有余，两熟不足。在小麦收获后，免耕复播青贮玉米，利用剩余时间，既可以充分利用土地和光热资源，也可以增加产量和收益，具有较好的发展前景。在植物生长发育过程中，氮素是非常重要的必需营养元素[2]，对于植物生命活动和促进现代农业生产的发展和技术进步，氮肥应用具有重要的作用。但近十几年来，随着我国农田对氮肥的投入加大，土壤氮素开始出现盈余，并出现持续增长趋势。发展农业获得高产的主要途径之一是增加氮肥的投入，但是氮肥施入后，会以各种形式损失，氮肥气态损失的重要途径是氨挥发[3-4]。尿素是最普遍的氮肥，它进入土壤后迅速转化为NH+4-N和NO-3-N，除了被作物吸收外，还会以其他形式进入大气和水体。
　　氨挥發是氮肥损失的主要途径之一，由于氨挥发损失，造成了经济损失和环境污染等问题，我国因农田施用氮肥造成的氨挥发可占整个氨排放总量的33%[5]，这与我国氮肥高投入及高损失有关[6-8]。为此，研究在春小麦-青贮玉米复种体系中土壤氨的挥发规律，提高氮肥利用率，减少氨挥发损失，充分发挥氮肥生产的效益已成为亟待解决的问题。本试验设置不同的施氮量，采用密闭式法研究春小麦-青贮玉米的土壤氨气挥发规律，以期为合理施氮提供科学依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　本试验于2017年3—10月在新疆天业集团试验地进行（85.94°E，44.27°N），该试验地平均海拔412 m，年平均日照时数为2 865 h，≥10 ℃积温为 3 463.5 ℃，该地区年平均降水量为207 mm，昼夜温差大，无霜期为170 d，属于典型的大陆性干旱气候。该地区地下水位≥8 m，土质属中壤土，0～100 cm 土层平均容重为1.52 g/cm3。速效氮含量为4235 mg/kg、速效磷含量为4.87 mg/kg，速效钾含量为216.10 mg/kg，有机质含量为32 g/kg。
　　1.2 试验设计
　　前茬春小麦设3个施氮量处理（0、360、480 kg/hm2，分别记作Nw0、Nw1、Nw2），后茬青贮玉米在前茬Nw1基础上设3个施氮量处理（0、150、225 kg/hm2，分别记作Nc0、Nc1、Nc2），其中20%基施，80%追施，氮肥用尿素（含氮量46%），不同施肥水平见表1。每个处理设3个重复，小区面积为 15 m2。前茬春小麦选用新春6号，根据基本苗 550万株/hm2、15 cm等行距播种，滴灌带是按照1管4行配置;后茬青贮玉米选用的品种是新饲玉13号，在小麦收获后免耕复播，按照18.5 cm株距、60 cm 等行距种植，沿用前茬的滴灌带，采用1管1行配置。滴灌时间和滴灌量分别见表2、表3。其他肥水管理同大田。
　　1.3 取样时期和方法
　　1.3.1 取样时期 分别在前茬春小麦开花期至成熟期，后茬青贮玉米开花期至吐丝期取样。
　　1.3.2 氨挥发取样 监测田间土壤的氨挥发采用密闭室法[9]。密闭室采用聚氯乙烯（PVC）材料制成圆筒状，内径13 cm，高28 cm，随机置于自滴灌带始第2行和第3行之间，在圆筒内用铁架台架起蒸发皿，顶部密封，使用稀硫酸吸收挥发的氨，稀硫酸溶液浓度为0.01 mol/L，加入20 mL到蒸发皿中。在每个小区随机布置3个氨挥发监测装置，氨挥发的动态监测时间为6 d，在每天08：00—09：00加入稀硫酸溶液，第2天相同时间将蒸发皿中的稀硫酸倒出，装入新的稀硫酸，转入到带塞的三角瓶中并带回实验室待测。
　　1.3.3 土壤取样 用土钻法采集密闭室附近 20 cm 土层的土样，并重复3次。
　　1.4 氮挥发测定指标及方法
　　（1）氨挥发的测定采用1.0 mol/L KCl溶液浸提，用靛酚蓝比色法测定[10]。（2）土壤含水量采用烘干法测定。（3）土壤NH+4-N采用 2 mol/L KCl（水土比 5 mL ∶ 1 g）浸提，用分光光度计测定。
　　1.5 计算公式
　　1.5.1 氨挥发质量浓度的计算 用分光光度计测定配制的2.5 μg/mL NH+4-N标准溶液，绘制标准曲线：y=0.032 8x+0.048 5（r2=0.996 6），根据标准曲线求氨挥发质量浓度。
　　1.5.2 土壤NH+4-N含量的计算 计算公式：土壤NH+4-N含量（mg/kg）=[p（N）×V×D]/m。
　　式中：p（N）为查标准曲线而得测定液中NH+4-N质量浓度（mg/L）;V为浸提液体积（mL）;D为浸出液稀释倍数，不稀释则D=1;m为土壤质量（g）[10]。
　　1.6 数据处理
　　使用Excel、SigmaPlot 12.5等统计软件进行其他数据处理，并对数据进行分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 前茬春小麦土壤中氨气的挥发规律
　　从图1可以看出，施入氮肥后，不同处理土壤氨气挥发量（以NH+4-N质量浓度计，下同）变化趋势一致，表现为先增加后降低，Nw2处理的氨气挥发量增幅明显高于Nw1。Nw1处理的氨气挥发量在施肥后1 d至3 d持续增长到最大值 6.14 mg/L，然后降低并趋于平稳。Nw2处理的氨气挥发量从施肥后1 d至2 d迅速增加，达到最大值15.07 mg/L，比同一时间的Nw1处理高145.24 %，然后降低到平稳状态。4 d后Nw1和 Nw2处理的氨气挥发量没有太大差异，不同施肥量对其影响较小。
　　从图2可以看出，不同处理的土壤含水量随时间的变化规律趋于一致，刚施氮后土壤含水量达到最大值（约18 %），3个处理随时间的增加，其降低速率一致，施肥5 d后土壤含水量Nw1>Nw0>Nw2，但差别不大。从图3可以看出，施肥后 1 d 3个处理土壤NH+4-N含量达到最大值，按由大到小排序依次为Nw2、Nw1、Nw0;施肥3 d后，不同处理土壤中NH+4-N含量明显下降，后趋于平缓。 　　2.2 后茬青贮玉米土壤中氨气的挥发规律
　　青贮玉米开花期至吐丝期不同处理土壤中氨气挥发的动态变化见图4，不同处理的土壤中氨挥发在施肥后1 d达到最大值，大小顺序为Nc1>Nc0>Nc2，在施肥后 2 d 明显下降，施肥后3 d Nc2又上升之后缓慢下降，在3～5 d，氨挥发质量浓度大小顺序是Nc2>Nc1>Nc0，Nc1与Nc0相差不大。Nc2处理的氨气挥发量总体较高，施肥后1 d与2 d各处理之间差距不大，在3 d之后，与Nc0、Nc1相比，Nc2处理氨挥发量高98%左右，可见较高的施氮量对氨气挥发产生明显影响。
　　青贮玉米开花至吐丝期不同处理土壤含水量和土壤NH4+-N含量的动态变化见图5、图6，从图5可以看出，不同施氮量处理的土壤含水量随时间的变化规律趋于一致，刚灌水施肥后土壤含水量达到最大值，从施肥后1 d至7 d，呈线性降低，降低速率趋于一致。从图6可以看出，不同处理的土壤NH4+-N含量随时间的变化规律趋于一致，在施肥后1 d达到较大值，其中Nc2最高，为25.97 mg/kg，施肥后1 d至3 d的土壤NH+4-N含量处于较高水平，之后迅速下降，5 d后，土壤NH+4-N含量处于平稳状态，说明青贮玉米氮肥尿素的水解在5 d内基本完成。
　　2.3 土壤氨挥发与土壤含水量、土壤NH4+-N含量的相关关系
　　从表4可以看出，在春小麦季氨挥发量与土壤含水量之间相关性较低，与土壤NH+4-N含量之间相关性较高，并且与Nw1处理的相关性高于Nw2。在青贮玉米季，氨挥发量与土壤含水量呈强相关性，
　　与土壤NH+4-N含量的相关性次之，不同处理的相关性由大到小依次为Nc2、Nc0、Nc1。
　　3 讨论与结论
　　3.1 不同施氮量对土壤氨挥发的影响
　　施肥量的大小对土壤氨挥发有显著影响[11-12]，朱兆良等研究发现，在我国农田氮肥的氨挥发损失率约为11%，只是氮肥损失的一个方面[13]。相关研究发现，我国农田氮肥损失率为33.3%～736%，主要粮食作物氮肥利用率为30%～35%，农田氨挥发损失占施氮总量的1%～47%[11，14]。本试验中，在一定范围内，随着施加的氮量增加，氨气挥发量增加，春小麦Nw1处理在开花期至成熟期氨挥发量在施肥后3 d达到最大值，为6.143 3 mg/L，Nw2处理在施肥后2 d达到最大值，为15.066 1 mg/L，比Nw1处理高145.24%，并且挥发最大量时间提前，Nw2处理的挥发速率高。在青贮玉米开花期至吐丝期氨挥发在 3 d 后，与Nc0、Nc1处理相比，Nc2处理氨挥发量较高，高98%，表明较高的施氮量对氨气挥发产生明显影响，并且影响发生在施肥3 d后，Nc2处理3 d后氨挥发量又升高的原因有待进一步研究。
　　3.2 不同作物对氮肥尿素水解速率的影响
　　不同作物对氮肥尿素水解速率有明显影响。土壤NH4+-N含量在施肥后1 d达到最大值，3 d 后处于平稳状态，春小麦施入氮肥尿素的水解在 3 d 内基本完成，其间尿素转化成NH+4-N，NH+4-N 轉化成氨气还需要一段时间，一般推迟 1～2 d。土壤NH+4-N含量在施肥后5 d后趋于平稳状态，说明青贮玉米尿素水解在5 d内基本完成。
　　3.3 土壤氨挥发量与土壤含水量、土壤NH4+-N含量相关性
　　氨挥发速率与当天的温度和土壤中的 NH4+-N含量具有良好的正相关关系[14-17]。本试验中春小麦氨挥发量与土壤含水量相关性较低，与土壤NH+4-N 含量相关性较高，青贮玉米氨挥发量与土壤含水量呈强相关性，与土壤NH+4-N含量呈中相关性，在作物生长过程中注意水肥管理，适当减少灌水量可以降低土壤氨挥发量。本试验中在施肥后第6天的测量数据仍然维持在较高水平，肖娇等测量时间大于10 d的变化趋势较明显[18]，可能由于测量时间不足，相关变化规律还有待进一步研究阐明。
　　在春小麦季施氮量的大小对土壤氨挥发有明显影响，在一定范围内，随着施加的氮量增加，氨气挥发量增加，Nw2>Nw1。青贮玉米季土壤氨气挥发量表现为Nc2>Nc1>Nc0。总体来说，在前茬施氮量为360 kg/hm2、后茬施氮量为150 kg/hm2的条件下，氨挥发量较少。
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