不同有機物料還田對稻田氨揮發(fā)和水稻產(chǎn)量的影響

俞巧鋼，葉 靜，符建榮，馬軍偉，鄒 平，丁炳紅，顧國平，范浩定

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021;2.紹興市農(nóng)業(yè)科學研究院，浙江 紹興 312003)

大量的研究表明，我國農(nóng)田化肥氮素的利用效率只有20%～40%，大部分氮素以各種形式進入到大氣或水環(huán)境，不僅造成肥料和能源的浪費，而且對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染［1］。氨揮發(fā)是農(nóng)田土壤氮素損失的重要途徑之一，水田施用尿素、碳酸氫銨等化肥，氨揮發(fā)損失量通常占其施用量的9%～40%，氨揮發(fā)不僅導致氮肥損失，而且揮發(fā)氨的干濕沉降也是造成水體富營養(yǎng)化的重要原因之一［2-3］。減輕或免除大量施用肥料造成的污染，發(fā)展持續(xù)高效農(nóng)業(yè)是世界各國共同關注的問題。利用各種技術調(diào)控氮素在土壤中的遷移轉化，進而減少氮素損失和提高利用率，是十分有效的策略之一。近年來，為了土壤肥力的可持續(xù)利用，促進作物的優(yōu)質高產(chǎn)，各地紛紛開展了有機物料還田培肥土壤，提高土壤生產(chǎn)力的研究［4-5］。但有機物料的施用，改變了土壤氮素的來源結構，導致土壤理化性狀發(fā)生變化，勢必對土壤氨揮發(fā)損失有所影響。為此，探究不同有機物料還田耕作方式對氨揮發(fā)損失的影響，篩選出生態(tài)友好的土壤耕作培肥模式，對指導合理施肥、提高稻田氮素利用率和保護生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在浙江省寧紹平原紹興野外綜合試驗站進行，地處亞熱帶區(qū)域，年降雨量1 250～1 450 mm，年平均氣溫17.3℃。供試稻田土壤肥力中等，耕層土壤容重 1.27 g·cm-3，有機質含量 31.5 g·kg-1，全氮1.51 g·kg-1，pH值6.85。通過種植單季水稻，采用不同的有機物料還田培肥土壤模式，研究水稻生長過程中稻田土壤氨揮發(fā)損失的影響，同時考查水稻產(chǎn)量的變化情況。水稻試驗的種植管理與當?shù)爻Ｒ?guī)管理方式相同。

1.2 處理

試驗共設6個處理:化肥:有機物料0 t·hm-2，化肥氮(N)225 kg·hm-2，化肥磷(P2O5)75 kg·hm-2，化肥鉀(K2O)150 kg·hm-2;紫云英:紫云英 52.5 t·hm-2，化肥氮 147 kg·hm-2，化肥磷49.5 kg·hm-2，化肥鉀 72 kg·hm-2;有機肥:商品有機肥 6 t·hm-2，化肥氮 165 kg·hm-2，化肥磷 18 kg·hm-2，化肥鉀111 kg·hm-2;秸稈:水稻秸稈9 t·hm-2，化肥氮 211.5 kg·hm-2，化肥磷 70.5 kg·hm-2，化肥鉀 118.5 kg·hm-2;紫云英 +有機肥:紫云英 26.25 t·hm-2，秸稈 3 t·hm-2，化肥氮156 kg·hm-2，化肥磷0kg· hm-2，化 肥 鉀 66 kg·hm-2;紫云英 +秸稈:紫云英 26.25 t·hm-2，秸稈 4.5 t·hm-2，化肥氮 178.5 kg·hm-2，化肥磷60 kg·hm-2，化肥鉀94.5 kg·hm-2。小區(qū)面積20 m2，重復3次。各處理氮肥用量為折純氮225 kg·hm-2，其中有機物料中的氮素按當季50%礦化計算，磷(P2O5)鉀(K2O)肥用量分別為75 kg·hm-2和150 kg·hm-2。還田的有機物料在水稻移栽前施入，化學氮肥分3次施用，基肥占60%，水稻移栽后10 d和20 d均施用20%，磷、鉀肥全部在移栽前作為基肥一次性施入。

1.3 測定項目及方法

氨揮發(fā)的測定方法為一種適用于小區(qū)試驗及多因素對比研究的通氣法［6］。測定裝置由一個高30 cm的PVC管和2片浸過磷酸甘油溶液的海綿組成，每片海綿厚2 cm(圖1)。試驗開始前每塊海綿用15 mL的磷酸甘油溶液 (50 mL磷酸+40 mL丙三醇，稀釋至1 000 mL)浸潤，相當于海綿通氣體積的3.8%，用以保證試驗過程中裝置內(nèi)的土壤表面經(jīng)海綿與外界環(huán)境空氣的流通;上層海綿用于吸收空氣中的氨，防止其進入裝置內(nèi)而被下層海綿吸收，下層海綿用于吸收土壤揮發(fā)的氨氣。在水稻進行再次施氮前更換海綿，更換位置進行再次收集。同時將采回的海綿用1 mol·L-1的KCl溶液浸提，測定海綿中氮素含量并計算氨揮發(fā)損失量。

圖1 測定田間土壤氨揮發(fā)的裝置

2 結果與分析

2.1 不同施肥時期氨揮發(fā)損失

不同有機物料施入土壤后，稻田土壤氨揮發(fā)損失有著明顯的不同。水稻進行3次施肥后的氨揮發(fā)損失的純氮量見圖2。

從圖2中可知，紫云英還田作為基肥處理，由于減少了化肥速效性無機氮的施用量，在施用基肥和追肥后的氨揮發(fā)損失量均較低。腐熟有機肥作為基肥還田，由于其含有部分銨態(tài)氮，所以在作為基肥施用后的早期氨揮發(fā)損失較大，而在追肥階段，由于基肥中有機氮的緩慢釋放和速效性氮肥使用量減少，氨揮發(fā)損失量減少。秸稈還田作為基肥處理，由于秸稈養(yǎng)分含量低，仍需施入較多的化學氮肥作基肥，氨揮發(fā)損失較大。紫云英與有機肥、紫云英與秸稈混施作為基肥施用，其氨揮發(fā)損失在基肥以及2次追肥時期均表現(xiàn)為低于有機肥還田和秸稈還田處理。施用純化肥處理，基肥時期氨揮發(fā)相對較低，這可能是由于其他施用有機物料的處理高碳氮比的特性，使土壤還原性較強，不利于土壤中硝化反應發(fā)生，增加土壤銨態(tài)氮濃度，使氨揮發(fā)損失在基肥施用后的短期有所增加。在第2次追肥時，施化肥處理氨揮發(fā)損失較大，這主要是此時氣溫相對較高，氨氣較容易從稻田土壤逸出。

圖2 不同施肥時期各處理氨揮發(fā)損失純氮數(shù)量

2.2 氨揮發(fā)損失總量

圖3表明，采用有機物料中緩釋性的有機氮還田，代替部分速效性無機氮，減少化學氮肥的施用量，可明顯減輕氨揮發(fā)損失。紫云英還田、有機肥還田、秸稈還田、紫云英與有機肥復合還田、紫云英與秸稈復合還田均明顯降低氨揮發(fā)損失。水稻田3次施肥后，紫云英還田、有機肥還田、秸稈還田、紫云英與有機肥復合還田、紫云英與秸稈復合還田處理氨揮發(fā)損失純氮總量分別為17.03，29.23，29.83，26.33和 18.15 kg·hm-2，與施用化肥處理的3 7.5 8 kg·hm-2相比，可分別減少氨揮發(fā)損失 54.7%，22.2%，20.6%，29.9%和51.7%，以紫云英還田以及紫云英與秸稈復合還田降低氨揮發(fā)損失最為明顯。這表明，有機物料與化肥的配合施用，減少了稻田系統(tǒng)的氨揮發(fā)損失，對保護生態(tài)環(huán)境具有重要作用。

圖3 各處理氨揮發(fā)損失總純氮數(shù)量

2.3 水稻產(chǎn)量

不同有機物料的施用對水稻的產(chǎn)量有一定的影響。小區(qū)產(chǎn)量化肥處理16.25 kg，紫云英處理16.28 kg，有機肥處理16.26 kg，秸稈處理16.08 kg，紫云英+有機肥處理16.27 kg，紫云英+秸稈處理16.25 kg。以施用商品有機肥的處理水稻產(chǎn)量最高，可比施化肥的增產(chǎn)7.8%，而采用秸稈還田處理的產(chǎn)量最低，減產(chǎn)1.05%，而采用紫云英還田、紫云英+商品有機肥還田、紫云英 +秸稈還田，其產(chǎn)量與施用化肥處理基本相同。表明采用有機物料還田培肥土壤，減少化學氮磷鉀肥用量，并沒有使水稻產(chǎn)量下降，反而可使水稻產(chǎn)量基本不變或略有增加。

3 小結與討論

采用紫云英、秸稈和有機肥等有機物還田培肥土壤，以緩釋性的有機態(tài)氮代替無機氮，從而降低化肥的施用量，可明顯降低稻田氨揮發(fā)損失，同時可使水稻產(chǎn)量基本不變或略有增加。紫云英中所含的有機氮在前期礦化分解慢，土壤氨揮發(fā)損失低，試驗中降低氨揮發(fā)損失最佳的是紫云英還田以及紫云英與秸稈復合還田，與化肥相比可減少50%以上的氨揮發(fā)損失量，環(huán)境效益與節(jié)省化肥投入的經(jīng)濟效益十分明顯。有機物料還田不僅能顯著減少稻田氮素損失，而且能有效提高土壤肥力，保證水稻的穩(wěn)產(chǎn)和糧食安全，具有顯著的生態(tài)效益。

［1］ 朱兆良，文啟孝.中國土壤氮素 ［M］.南京:江蘇科技出版社，1992:32-58.

［2］ 宋勇生，范曉暉.稻田氨揮發(fā)研究進展 ［J］.生態(tài)環(huán)境，2003，12(2):240-244.

［3］ 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 Agroecosystem，2002，63(2/3):187-195.

［4］ 倪康，丁維新，蔡祖聰.有機無機肥長期定位試驗土壤小麥季氨揮發(fā)損失及其影響因素研究 ［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2009，28(12):2614-2622.

［5］ 夏文建，周衛(wèi)，梁國慶，等.優(yōu)化施氮下稻-麥輪作體系氮肥氨揮發(fā)損失研究 ［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2010，16(1):6-13.

［6］ 王朝輝，劉學軍，巨曉棠，等.田間土壤氨揮發(fā)的原位測定-通氣法 ［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2002，8(2):205-209.