不同灌施方式下土壤氨揮發(fā)特性研究

劉秋麗

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

氮是作物生長(zhǎng)過(guò)程中不可缺少的元素，在“高投入、高產(chǎn)出”的思維模式下，為提高作物產(chǎn)出量，給農(nóng)田過(guò)量施氮，我國(guó)農(nóng)田施肥量已遠(yuǎn)超西方發(fā)達(dá)國(guó)家施肥上限的2倍，2014年我國(guó)化肥使用量約6000萬(wàn)t[1]。目前我國(guó)大部分地區(qū)的灌溉方式主要以大水漫灌為主。不合理的灌施方式，造成氮素?fù)p失率約50%～70%。氨揮發(fā)是指，土壤中的氮在轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的氨氣，逸散到大氣中的過(guò)程。在濕度及溫度作用下，施入土壤中的尿素迅速水解并易產(chǎn)生氨揮發(fā)。氨揮發(fā)是氮素?fù)p失的主要途徑之一。研究表明，我國(guó)農(nóng)田土壤的氨揮發(fā)量占農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中氨揮發(fā)量的10%。傳統(tǒng)的地面灌溉，灌施技術(shù)落后，對(duì)減少氨揮發(fā)還沒(méi)有行之有效的先進(jìn)措施。施肥深度也對(duì)氨揮發(fā)產(chǎn)生很大影響[2]。有研究表明，尿素表施下的土壤，氨揮發(fā)損失量占施入氮素總量的46%左右。尿素深施可使土壤氮肥的氨揮發(fā)損失降低至10%以下。因此通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行土壤氨揮發(fā)規(guī)律研究，為制定合理的大田灌施制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)肥料采用尿素。試驗(yàn)所用土為風(fēng)干的均質(zhì)壤土，其初始體積含水率2.6%、硝態(tài)氮含量39 mg/kg、銨態(tài)氮含量23 mg/kg。通過(guò)稱重夯實(shí)法實(shí)現(xiàn)土壤容重為1.4 g/cm3。試驗(yàn)設(shè)備有：土柱、馬氏筒、流動(dòng)分析儀、烘箱等。試驗(yàn)以馬氏筒作為恒定供水裝置，入滲水頭為5cm。土壤表面距離土柱玻璃器皿頂部有10 cm距離。

1.2 試驗(yàn)方法

水肥灌施量是基于高收益下的大田漫灌施肥量確定的。設(shè)計(jì)三個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)：一是不同氮肥濃度（300 mg/L﹑700 mg/L﹑900 mg/L），不同氮肥濃度條件下灌入的肥液量均為3.4 L；二是不同降水量（灌后一天模擬一次降水）（0.3 L﹑0.6 L﹑0.9 L），模擬降水前土柱的初始灌水量均為1.8 L，施入尿素1.26 g。把灌施后無(wú)降水的土柱作為參照；三是不同水肥灌施先后順序（1/2W+1/2N﹑1/2N+1/2W﹑1/4W+1/2N+1/4W﹑1/4N+1/2W+1/4N），不同水肥灌施順序中的W指灌溉清水，N指濃度為1400 mg/L的肥液。例如，總灌水量為2.6 L，1/2W+1/2N表示灌1.3 L清水后再灌1.3 L肥液；1/4N+1/2W+1/4N表示先用馬氏筒灌入0.65 L的肥液，肥液入滲完之后緊接著用另一馬氏筒灌入1.3 L清水，清水入滲完之后立即灌入0.65 L的肥液。以灌施2.6 L，氮肥濃度為700 mg/L的土柱作為參照。每個(gè)處理均作3次重復(fù)試驗(yàn)。

灌施肥液后采用簡(jiǎn)易雙層海綿法收集氨揮發(fā)量。灌施后，下層海綿在距土面5 cm處放置，上層海綿與管頂部齊平。上下層海綿均需用15 ml磷酸甘油泡制，直徑14 cm，厚度均為2 cm。上層海綿的作用是用來(lái)防止外部氨氣和雜質(zhì)進(jìn)入，下層海綿則用來(lái)吸收土壤揮發(fā)出的氨氣。

1.3 測(cè)試指標(biāo)

用流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤氨揮發(fā)值。

2 結(jié)果分析

2.1 肥液濃度對(duì)土壤氨揮發(fā)的影響分析

不同肥液濃度下的土壤氨揮發(fā)速率、累積量如圖1、圖2所示。

圖1 氨揮發(fā)速率圖

圖2 土壤氨揮發(fā)累積量圖

由圖1、圖2可以看出灌施的肥液量相同，肥液濃度對(duì)土壤氨揮發(fā)的影響顯著，氨揮發(fā)速率基本隨著肥液濃度的增加而增加。這些差異也可能是由于施入氮量的不同而造成的，或者是由水、氮兩者共同造成的。土壤氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)在5 d以后，這是因?yàn)橛绊懩蛩剞D(zhuǎn)化的因子較多，尿素轉(zhuǎn)化是逐步進(jìn)行的，一般3—5 d才能轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮。肥液N濃度為900 mg/L、700 mg/L的土壤氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)在灌后第5—6 d，而氮濃度為300 mg/L的土壤氨揮發(fā)峰值出現(xiàn)在第7 d。灌施濃度越大氨揮發(fā)累積量越高。因?yàn)楣嗍┓室毫肯嗤?，肥液濃度越大，則土壤中尿素含量越高，轉(zhuǎn)化生成的銨態(tài)氮含量就越高。

2.2 降水量對(duì)土壤氨揮發(fā)影響分析

不同降水量下的土壤氨揮發(fā)比較如圖3、圖4所示。

圖3 氨揮發(fā)速率圖

圖4 土壤氨揮發(fā)累積量圖

由圖3、圖4可以看出，以降水后連續(xù)采樣8 d的氨揮發(fā)進(jìn)行比較分析。參照（灌施后無(wú)降水）土柱的氨揮發(fā)速率較大，氨揮發(fā)累積量最大。與參照土壤相比降水能有效降低氨揮發(fā)，降水后的平均氨揮發(fā)損失量是參照土柱氨揮發(fā)損失量的47%，因?yàn)榻邓渴逛@態(tài)隨水下滲到土壤下層，阻止氨氣揮發(fā)到土壤表層。氮降水量為0.3 L、0.6 L以及參照的，氨揮發(fā)趨勢(shì)基本相同，降水量0.9 L的土柱氨揮發(fā)速率相對(duì)均勻。不同降水量下的氨揮發(fā)速率均是降水后第一天的最大。三種降水條件下的氨揮發(fā)量比較，其中模擬降水0.6 L的土柱的氨揮發(fā)量相對(duì)較高，其次是降水為0.3 L的土柱。而降水量為0.9 L的土柱氨揮發(fā)累積量最小，因?yàn)榻邓枯^大，造成了氮素的深層淋失。灌后一天降水能使土壤表層氮素隨水遷移到土壤下層，有效降低土壤氨揮發(fā)，能夠提高氮肥利用率，但灌后降水量過(guò)大易造成氮素的深層滲漏。

2.3 不同灌施順序?qū)ν寥腊睋]發(fā)影響分析

不同灌施順序下的土壤氨揮發(fā)比較如圖5、圖6所示。

圖5 氨揮發(fā)速率圖

圖6 土壤氨揮發(fā)累積量比較圖

由圖5、圖6中可以看出，以施肥后連續(xù)采樣10d的氨揮發(fā)累積量進(jìn)行比較分析。參照土柱和灌施方案為1/2W+1/2N的土壤氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)在第4d，方案為1/4N+1/2W+1/4N、1/2N+1/2W下的土壤氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)在第7d，1/4W+1/2N+1/4W方案下的氨揮發(fā)速率的峰值也在第4d出現(xiàn)但波動(dòng)不大。1/2W+1/2N、1/4N+1/2W+1/4N方案下的土壤氨揮發(fā)量都大于參照土柱的土壤氨揮發(fā)量，這2種方案下的銨態(tài)氮基本都在土壤上層，增加了氨揮發(fā)損失量；1/2N+1/2W、1/4W+1/2N+1/4W方案下的氨揮發(fā)量均低于參照土柱，這2種灌施方案使銨態(tài)氮隨水運(yùn)移至土壤下層，更多的銨態(tài)氮被土壤顆粒吸附，阻礙了氨氣擴(kuò)散到土壤表層，降低了氮肥的氨揮發(fā)損失量。1/2W+1/2N、1/4N+1/2W+1/4N下的氨揮發(fā)量隨時(shí)間呈增加趨勢(shì)。灌后11天，1/4W+1/2N+1/4W方案的土壤氨揮發(fā)累積量最少，1/4N+1/2W+1/4N方案下的氨揮發(fā)累積量最高。不同灌施順序下的氨揮發(fā)累積量大小為：1/4W+1/2N+1/4W＜1/2N+1/2W＜1/2W+1/2N＜1/4N+1/2W+1/4N。表明，方案1/4W+1/2N+1/4W、1/2N+1/2W能有效降低土壤氨揮發(fā)，有效提高了氮肥利用率。

3 結(jié)論

尿素施入土壤后水解為銨態(tài)氮，且較易產(chǎn)生氨揮發(fā)損失。土壤氨揮發(fā)量受尿素轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響。氨揮發(fā)量與土壤中銨態(tài)氮含量呈正相關(guān)。氨揮發(fā)量隨著土壤中的銨態(tài)氮濃度的增加而增加。土壤含水率對(duì)氮肥氨揮發(fā)也有一定影響。灌后若遇降雨，降雨量對(duì)氨揮發(fā)也有影響。模擬一次降雨可以使氮肥隨水遷移至土壤深處，更多的銨態(tài)氮被土壤吸附，增加了氨氣擴(kuò)散到空氣中的阻力，減小了上層土壤的氨態(tài)氮含量，能夠更好地抑制土壤氮肥的氨揮發(fā)。灌施順序1/4W+1/2N+1/4W、1/2N+1/2W的方案就能有效降低土壤氨揮發(fā)。

［1］于汐雯.我國(guó)化肥施用量系發(fā)達(dá)國(guó)家安全施用上限2倍［N］.法制日?qǐng)?bào)，2011-5-27.

［2］楊淑莉，朱安寧，張佳寶等.不同施氮量和施氮方式下田間氨揮發(fā)損失及其影響因素［J］.干旱區(qū)研究，2010，27（3）：415-421.