不同氮肥运筹对潮土区冬小麦产量及土壤氨挥发的影响

来源:用户上传      作者:李洪杰 赵同凯 孙明 李子双 仲子文 张英鹏

　　 摘要：針对潮土区冬小麦种植季氨挥发损失严重的问题，通过设置田间试验，研究不同氮肥运筹对潮土区冬小麦产量及土壤氨挥发的影响。结果表明，在减氮14.3%的条件下，各处理并未明显降低小麦产量，且CRFA和CRFC处理与FP处理相比略有增产;CRFA处理的氮肥偏生产力最高，PFPN值为23.75 kg/kg，其次是CRFC和CRFD处理;冬小麦基肥期不同处理的土壤氨挥发通量均在施肥12 d后达到高峰，其值由高至低的顺序为MF>FP>NIP>CRFC>CRFB>CRFD>CRFA，氨挥发累积量的高低顺序为CRFC>FP>CRFB>MF>CRFA = NIF>CRFD;冬小麦追肥期氨挥发累积量高低顺序为FP>CRFA>CRFC>CRFB> MF>CRFD>NIF。氮肥运筹处理的追肥期氨挥发量明显高于基肥期氨挥发量。FP处理的氨挥发总量最大，CRFD处理的氨挥发总量最低。综上所述，在减氮14.3%的条件下，控释肥D处理的产量与农民习惯处理持平，氨的挥发通量和累积量均较低，氨挥发的减排效果最好，因此是一种值得选择的环境友好型肥料。
　　关键词：冬小麦;氨挥发;氮肥偏生产力;控释肥;硝化抑制剂;微生物肥
　　中图分类号：S143.1：S512.1+10.62  文献标识号：A  文章编号：1001-4942（2020）11-0051-05
　　Effects of Different Nitrogen Fertilizer Application on Winter
　　Wheat Yield and Soil Ammonia Volatilization
　　in Fluvio-Aquic Soil Region
　　Li Hongjie1，2， Zhao Tongkai1，2， Sun Ming2，3， Li Zishuang1，2，
　　Zhong Ziwen2，3， Zhang Yingpeng2，3
　　（1. Dezhou Academy of Agricultural Sciences， Dezhou 253015， China;
　　2. Key Laboratory of Agro-Environment in Huanghe-Huaihe-Haihe Plain，
　　Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China;
　　3.Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）
　　Abstract Aiming at the serious problem of ammonia volatilization in winter wheat planting season in fluvo-aquic soil region， field experiment was conducted to study the effects of different nitrogen application strategies on winter wheat yield and soil ammonia volatilization. The results showed that under the condition of 14.3% of nitrogen reduction， the wheat yield of all treatments did not significantly reduce， and the yield of CRFA and CRFC treatments were slightly higher than that of FP treatment. The partial productivity of nitrogen fertilizer under CRFA treatment was the highest with PFPN value as 23.75 kg/kg， followed by CRFC and CRFD treatments. The soil ammonia volatilization flux of different treatments at base fertilization stage of winter wheat had an obvious peak after 12 days of fertilization. The order of peak value from high to low was MF>FP>NIP>CRFC>CRFB>CRFD>CRFA， and the order of ammonia volatilization accumulation was CRFC>FP>CRFB>MF>CRFA=NIF>CRFD. The order of ammonia volatilization accumulation at topdressing stage of winter wheat was FP>CRFA>CRFC>CRFB>MF>CRFD>NIF. The amount of ammonia volatilization at topdressing stage was significantly higher than that at base fertilization stage. The total amount of ammonia volatilization was the highest under FP treatment and the lowest under CRFD treatment. In conclusion， under the condition of 14.3% of nitrogen reduction， the wheat yield under the controlled-release fertilizer D treatment was the same as that under the farmer’s practice， and the ammonia volatilization flux and accumulation were lower， and the emission reduction effect of ammonia volatilization was the best， so it was a kind of environmental friendly fertilizer worthy of selection. 　　Keywords Winter wheat; Ammonia volatilization; Partial productivity of nitrogen fertilizer;Controlled-release fertilizer;Nitrification inhibitor;Microbial fertilizer
　　冬小麦是我国北方主要农作物之一，在我国粮食生产中占有重要地位。施用氮肥是冬小麦增产的重要措施之一[1]，但长期大量施用氮肥带来了氨挥发、氧化亚氮排放造成全球气候变暖、氮的流失和淋失造成水体富营养化等一系列问题[2]。氨挥发是氮肥气态损失的重要途径[3]。除肥料品种外，土壤酸碱特性是决定氨挥发数量高低的重要因素，pH值高于7.0的石灰性土壤更有利于氨挥发[4]。
　　山东省德州市位于山东省西北部、黄河下游冲积平原，主要土壤类型为潮土，是山东省三大土类之一。潮土属于石灰性土壤，pH值明显高于7.0，因此，氨挥发是潮土区最主要的氮损失途径。通过田间试验研究不同种类肥料对潮土区土壤氨挥发的报道并不多见，因此本试验采用通气法研究不同包膜控释肥、微生物肥、常规肥配施硝化抑制剂等氮肥运筹对德州市小麦玉米轮作农田土壤氨挥发的影响，为选择环境友好型肥料及推广应用提供科学依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　田间试验于2017年11月—2018年10月于德州市农业科学研究院科技园区进行。该地区属华北平原，典型的冬小麦-夏玉米轮作区。地势平坦，属温带大陆性季风气候，年均气温12.9℃，年均日照2 592 h，年均降水量547.5 mm，无霜期平均达208 d。供试土壤类型为潮土，砂质壤土。耕层土壤基本理化性状见表1。
　　1.2 试验设计
　　试验共设7个处理，分别为T1：习惯施肥（FP）、T2：控释肥A处理（CRFA）、T3：控释肥B处理（CRFB）、T4：控释肥C处理（CRFC）、T5：控释肥D处理（CRFD）、T6：微生物肥处理（MF，常规肥料配施生物制剂类土壤调理剂，用量600 kg/hm2）、T7：添加硝化抑制剂处理（NIF，常规肥料配施硝化抑制剂双氰胺，用量为尿素用量的8%），各处理的田间管理均按照当地农民习惯，每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积90 m2。2017年11 月13日整地施肥旋耕播种，小麦播种量为187.5 kg/hm2。FP、MF和NIF处理的追肥时间为2018年 4 月 18 日，2018年6月15日收获。
　　施肥量如表2所示，磷肥为重过磷酸钙（P2O5 43%），钾肥为硫酸钾（K2O 50%），均与控释肥作基肥耕种前一次性施入;氮肥为尿素，基施追施各占一半。小麦施肥方式均为撒施。控释肥A为金正大生产的树脂包膜控释肥;控释肥B、C和D均为山东省农业科学院农业资源与环境研究所新型肥料创新团队研制的水性树脂包膜控释肥，其中控释肥D是控释肥B和控释肥C按1∶3比例的掺混型包膜控释肥;土壤调理剂为‘中农绿康’，主要成分为微生物功能性菌株;双氰胺为市场购买。小麦品种为山农21号，玉米品种为鲁宁184。一年两熟，秸秆还田。
　　1.3 样品采集
　　每小区收获3行5 m的小麦样方（合计2.625 m2），将收获的小麦从根部贴地处割下，每个样方的小麦单独扎好，单独脱粒计算各处理的小麦产量;另外贴地割取1 m双行的小麦，单独脱粒后称量籽粒重量;在小麦收获后种植玉米。
　　取1 m双行的小麦籽粒和秸秆样品进行烘干，磨细过筛，分别测定其氮含量[5]。氨挥发采用通气法[6]采集，并用凯氏定氮法测定。在施肥当天开始进行土壤氨挥发气体的收集，施肥后第2天9∶00 取样，試验开始第1周，每天取样1次;而后适当减少取样频次，待结冰后停止监测;来年气温回升后继续监测，追肥后第1周每天取样1次，后期适当减少取样频次，直至收获为止。
　　1.4 数据处理与分析
　　除了肥料利用率外，国际上常用氮肥偏生产力表征农田氮肥的利用效率[7]，氮肥偏生产力是指单位投入的肥料氮所能生产的作物籽粒产量，即PFPN=Y/F，Y为施肥后所获得的作物籽粒产量;F代表化肥的投入量。
　　试验数据用DPS 2000软件进行统计分析[8]，利用Duncan’s新复极差法进行多重比较，检验不同处理间在0.05水平的差异显著性。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同氮肥运筹对冬小麦产量的影响
　　由图1可知，与农民习惯施肥处理相比，CRFA和CRFC处理略有增产，但增产不显著，CRFD产量基本与农民习惯施肥处理的持平，而CRFB、MF和NIF处理的产量略有下降，但差异不显著。说明在减氮14.3%的水平下，各处理并未明显降低小麦产量。
　　2.2 氮肥运筹对氮肥偏生产力的影响
　　不同氮肥运筹对小麦氮肥利用效率的影响差异比较明显（图2）。在各处理中，CRFA处理的氮肥偏生产力最高，PFPN值为23.75 kg/kg，其次是CRFC和CRFD处理，MF和NIF处理的PFPN值略低于FP处理。
　　2.3 氮肥运筹对冬小麦基肥期土壤氨挥发损失的影响
　　由图3可知，冬小麦基肥期不同处理的土壤氨挥发通量均在施肥12 d时有明显高峰，峰值由高至低为MF>FP>NIP>CRFC>CRFB>CRFD>CRFA。另外，MF处理在施肥3 d时有明显的高峰，CRFC处理在施肥后3 d和5 d有明显的高峰，NIF处理在施肥4 d时出现明显高峰。
　　小麦基肥期各处理的氨挥发量均比较低，在施肥6 d后，氨挥发量急剧上升，43 d后氨挥发量保持稳定。各处理中，氨挥发累积量的高低顺序为CRFC> FP>CRFB> MF>CRFA= NIF>CRFD（图4）。 　　2.4 氮肥运筹对冬小麦追肥期土壤氨挥发损失的影响
　　追肥期后，各氮肥运筹处理的氨挥发通量急剧下降，CRFA和CRFB处理的氨挥发通量在追肥2 d时降至最低，而后在4、20 d出现两个小高峰;FP、CRFC和NIF处理在追肥4 d时降至最低，而后FP处理在追肥12 d时出现峰值，CRFC处理在7 d时出现一个小高峰，NIF在7、20 d出现两个小高峰;CRFD和MF处理在7 d时降至最低，在12 d出现一个明显峰值（图5）。
　　由图6可知，进入追肥期后，各处理的氨挥发累积量随着追肥时间呈上升趋势，各氮肥运筹处理的氨挥发累积量高低顺序为FP>CRFA>CRFC>CRFB>MF>CRFD>NIF。
　　2.5 不同氮肥运筹对氨挥发量的影响
　　由表3可知，各氮肥运筹处理的追肥期氨挥发量明显高于基肥期氨挥发量。FP处理的氨挥发总量最大，占到施氮量的13.16%;其次是CRFA处理和CRFC处理，各占施氮量的13.53%和13.20%;CRFD、MF和NIF处理的氨挥发总量相对较低，CRFD处理的氨挥发总量最低，仅占施氮量的8.31%。各氮肥运筹处理的氨挥发总量比FP处理减少11.9%～45.9%。CRFD处理的减排效果最好，其次是NIF处理。
　　3 讨论与结论
　　不同种类肥料对冬小麦产量的影响不同。郑文魁等[9]研究表明，与速效氮肥相比，在等量施氮条件下，3种控释氮肥均显著提高了小麦产量;李子双等[10]研究表明，等量施氮条件下，3种不同包膜材料的控释肥与OPT處理的差异不显著，可以达到当地优化施肥的效果。本试验条件下，与农民习惯施肥相比减氮14.3%的CRFA和CRFC处理略有增产，CRFD处理产量基本与农民习惯施肥的持平，可能由于包膜尿素在土壤中的释放增加了冬小麦中后期土壤中硝态氮含量，满足了冬小麦生育后期对氮素的需求[11]。普通尿素配施硝化抑制剂可以有效降低温室气体排放并提高冬小麦产量[12]，可能是因为脲酶活性较强有助于尿素水解从而有利于小麦吸收利用，进而有效提高氮肥利用率，增加产量。而在本试验条件下由于减氮的缘故，NIF处理的小麦产量与FP处理相比略有下降。
　　基肥期氨挥发速率与气温密切相关，追肥期土壤含水量和NH+4-N 浓度是影响氨挥发的主控因子[13]。基肥期温度低，脲酶活性弱，使得氨挥发的底物维持在较低水平，极大降低了氨挥发强度。与基肥期相比，追肥期温度大幅度上升，氨挥发底物供应充足，氨挥发速率增加，这也是本研究中追肥期氨挥发量明显高于基肥期的原因。康飞等[14]研究表明，冬小麦生产中，基追比为1∶1 的情况下，基肥期氨挥发量显著高于追肥期（P<0.05），分别占整个生育期氨挥发量的58.7%和41.3%，与本研究结论相反。
　　控释肥处理的氨挥发量高峰值明显低于农民习惯施肥，这是由于普通尿素施入土壤后水解成铵态氮挥发迅速，因此普通尿素处理土壤氨挥发主要集中于施肥后一周内;包膜控释尿素对养分的控释是通过膜上的微孔和裂隙实现的，包膜材料阻隔了尿素与部分土壤脲酶的直接接触，减少了参与土壤氨挥发的底物氮素，从而降低了氨挥发量，同时也延长了土壤氨挥发的时间。基肥期MF处理的氨挥发峰值最高，可能是由于微生物肥料中干物质含量高，粘度较高，导致无机氮不易下渗，提高了氨挥发强度[15]。
　　Cai等[16]报道麦季肥料氮的氨挥发损失率变化在1%～20%之间，本研究中的氨挥发总量占施氮量的比例在8.31%～13.53%。倪康等[17]测定小麦季氨挥发量（N）为13.31～17.89 kg/hm2，肥料氮的损失率为7.54%～11.93%;吉艳芝等[18]在河北保定轻壤质潮土上测定的冬小麦氮肥的氨挥发损失率为9.5%;而本研究小麦季总氨挥发量变化范围在22.45～41.46 kg/hm2，远高于前人的研究结论，可能因为试验地土壤性质以及水分、温度等因素的不同共同引起的。基肥期氨挥发量在7.08～11.63 kg/hm2，与山楠等[19]报道的在50～400 kg/hm2不同施肥水平下土壤的氨挥发总量（N）为1.83～14.29 kg/hm2的结论相吻合。
　　综上，在减氮14.3%的条件下，CRFD处理的产量与农民习惯施肥处理持平，氨挥发通量和累积量均较低，氨挥发的减排效果最好，因此是一种值得选择的环境友好型肥料。
　　参 考 文 献：
　　[1] 苏德纯， 汪洪， 曾一平. 田间追施氮肥对冬小麦生长发育及养分吸收特性的影响[J]. 北京农业科学， 1993， 11（1）： 29-33.
　　[2] Chen X P， Cui Z L， Fan M S，et al. Producing more grain with lower environmental costs[J]. Nature， 2014， 514（7523）： 486-489.
　　[3] 朱兆良， 文启孝. 中国土壤氮素[M]. 南京： 江苏科学技术出版社， 1992： 171-249.
　　[4] 王朝辉， 刘学军， 巨晓棠， 等. 北方冬小麦/夏玉米轮作体系土壤氨挥发的原位测定[J]. 生态学报， 2002，22（3）：359-365.
　　[5] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京： 中国农业科技出版社， 2000.
　　[6] 王朝辉， 刘学军， 巨晓棠， 等. 田间土壤氨挥发的原位测定-通气法[J]. 植物营养与肥料学报， 2002，8（2）：205-209.
　　[7] 张福锁， 王激清， 张卫峰， 等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]]. 土壤学报， 2008， 45（5）： 915-924.
　　[8] 唐启义， 冯明光. DPS数据处理系统[M]. 北京： 科学出版社， 2007： 104-107. 　　[9] 郑文魁， 李成亮， 窦兴霞， 等. 不同包膜类型控释氮肥对小麦产量及土壤生化性质的影响[J]. 水土保持学报， 2016， 30（2）： 162-167， 174.
　　[10]李子双， 谭德水， 李洪杰， 等. 不同控释肥对冬小麦产量及氮素利用的影响[J]. 山东农业科学， 2017， 49（8）： 73-77.
　　[11]朱龙飞， 徐越， 张志勇， 等. 不同施氮措施对冬小麦农田土壤温室气体通量的影响[J]. 生态环境学报， 2019， 28（1）： 143-151.
　　[12]范震， 田晓飞， 翟胜， 等. 包膜尿素与普通尿素配施对冬小麦产量及土壤氮素的影响[J]. 聊城大学学报（自然科学版）， 2020， 33（2）： 105-111.
　　[13]肖娇， 樊建凌， 叶桂萍， 等. 不同施肥处理下小麦季潮土氨挥发损失及其影响因素研究[J]. 农业环境科学学报， 2016， 35（10）： 2011-2018.
　　[14]康飛， 孟凡乔. 基于文献分析的北方冬麦田氨挥发特性[J]. 农业工程学报， 2020， 36（1）： 228-234.
　　[15]卢艳艳， 宋付朋. 不同包膜控释尿素对农田土壤氨挥发的影响[J]. 生态学报， 2011， 31（23）：148-155.
　　[16]Cai G X， Chen D L， Ding H，et al. Nitrogen losses from fertilizers applied to maize， wheat and rice in the North China Plain[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems， 2002， 63（2/3）： 187-195.
　　[17]倪康， 丁维新， 蔡祖聪. 有机无机肥长期定位试验土壤小麦季氨挥发损失及其影响因素研究[J]. 农业环境科学学报， 2009， 28（12）： 2614-2622.
　　[18]吉艳芝， 巨晓棠， 刘新宇， 等. 不同施氮量对冬小麦田氮去向和气态损失的影响[J]. 水土保持学报， 2010， 24（3）： 113-118.
　　[19]山楠， 毕晓庆， 杜连凤， 等. 基施氮肥对麦田冬前氨挥发损失的影响[J]. 中国土壤与肥料， 2013（6）： 47-51.
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