施氮量對(duì)庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的影響

王 成，陳波浪,2，玉素甫江·玉素音,2，王前登，柴仲平,2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆土壤與植物生態(tài)過(guò)程實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830052)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)氮肥施用量已達(dá)到2.31×107t，是世界上主要的氮肥消費(fèi)國(guó)[1]。在現(xiàn)階段農(nóng)戶的管理水平下，我國(guó)氮肥損失率高達(dá)40%～50%，減少氮肥損失、提高氮肥有效率,仍然是我國(guó)今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要解決的問(wèn)題[2]。施入農(nóng)田土壤中的氮素一部分會(huì)被作物吸收利用，而其余部分則會(huì)隨水下滲至土層深處或以氨、氧化亞氮、一氧化氮等氣態(tài)形式進(jìn)入大氣，造成氮肥資源浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題[3-4]。其中，氨揮發(fā)是土壤氮素以氣態(tài)形式損失的重要途徑之一[5]，通過(guò)這一途徑損失的氮肥量已達(dá)到全球氮肥施入量的1%～47%[6]。揮發(fā)的氨會(huì)與大氣中的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成銨鹽，經(jīng)干沉降、降雨等方式回歸自然生態(tài)系統(tǒng)，從而引起土壤酸化和地表水污染等環(huán)境問(wèn)題[7-8]。氧化亞氮的排放雖不是氮肥損失的主要途徑,但過(guò)量施用氮肥，將會(huì)造成氧化亞氮排放量的增加并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響[9]。氧化亞氮會(huì)破壞大氣臭氧層，引起臭氧空洞，其單分子增溫潛勢(shì)是二氧化碳的265倍，甲烷的23倍，在大氣中的存留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)150 a左右，屬于痕量氣體[10-11]。據(jù)估計(jì)，在農(nóng)田土壤中由于大量施用氮肥而直接產(chǎn)生的氧化亞氮排放量達(dá)到了全球氧化亞氮排放總量的36%左右[12]。

氮素氣態(tài)損失所產(chǎn)生的大量氨和氧化亞氮等氣體已對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境造成了諸多負(fù)面影響，因此近年來(lái)許多學(xué)者對(duì)氨揮發(fā)和氧化亞氮的排放展開(kāi)了研究。李鑫等[8]研究發(fā)現(xiàn)，肥料在撒施后翻耕和條施后覆土能有效減少土壤氨揮發(fā)和氧化亞氮排放。馬銀麗等[13]研究結(jié)果表明，冬小麥-夏玉米輪作體系中的氨揮發(fā)和氧化亞氮排放凈損失量達(dá)到了施氮量的3.17%～5.80%和0.04%～0.23%。王建等[14]研究發(fā)現(xiàn)，使用袋控肥能使土壤氨揮發(fā)和氧化亞氮累積排放量減少52.17%～59.70%和48.57%～49.50%，土壤氮素?fù)p失減少56.04%。當(dāng)前我國(guó)對(duì)農(nóng)田氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的研究多集中于水稻、小麥和玉米等糧食作物，但對(duì)梨尤其是庫(kù)爾勒香梨等果樹(shù)的研究較少。庫(kù)爾勒香梨在新疆已具有相當(dāng)大的種植面積和產(chǎn)量，是新疆暢銷國(guó)內(nèi)外重要的農(nóng)產(chǎn)品之一[15]。因此本試驗(yàn)以6 a生庫(kù)爾勒香梨為研究對(duì)象，在不同氮肥用量基礎(chǔ)上，在庫(kù)爾勒香梨整個(gè)年生育期內(nèi)，對(duì)庫(kù)爾勒香梨園土壤氨揮發(fā)和氧化亞氮排放展開(kāi)原位研究，以期為減少庫(kù)爾勒香梨園氮素氣態(tài)損失、確定適宜施氮量、提高氮素利用率和保護(hù)庫(kù)爾勒香梨園生態(tài)環(huán)境提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在新疆維吾爾自治區(qū)庫(kù)爾勒市境內(nèi)恰爾巴格鄉(xiāng)和什巴格村5隊(duì)(41°48′21″N、86°04′22″E)進(jìn)行，該區(qū)屬暖溫帶大陸性干旱氣候，海拔918.7 m,年平均氣溫10.5～11.8℃，≥10℃的年平均積溫4 278℃，年無(wú)霜期175～225 d，年均日照時(shí)數(shù)2 762.1～3 168 h，多年平均降雨50～55 mm，干燥度39.6～63.3。供試土壤為黃潮土，pH 7.9，有機(jī)質(zhì)含量21.56 g·kg-1，堿解氮含量46.22 mg·kg-1，有效磷含量14.41 mg·kg-1，速效鉀含量169 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用嫁接砧木為杜梨(PyrusbetulifoliaBge.)的6 a生庫(kù)爾勒香梨樹(shù)為試材，對(duì)樹(shù)形相近、生長(zhǎng)健壯的庫(kù)爾勒香梨樹(shù)掛牌標(biāo)記。設(shè)置不施肥(N0P0K0)、不施氮(N0PK)、低氮量(N1PK)、中氮量(N2PK)和高氮量(N3PK)5個(gè)氮肥用量處理。氮肥選用尿素(含N 46%)，磷肥選用重過(guò)磷酸鈣(含P2O546%)，鉀肥選用硫酸鉀(含K2O 51%)，具體氮肥施用量詳見(jiàn)表1。每個(gè)處理選取6棵香梨樹(shù)，3次重復(fù)，植株行距5 m×6 m，田間小區(qū)進(jìn)行隨機(jī)排列，試驗(yàn)區(qū)面積為2 400 m3。在庫(kù)爾勒香梨整個(gè)年生育期(4-9月)內(nèi)施肥2次，灌水5次。第1次在香梨樹(shù)萌芽前期(4月1日)基施氮肥用量的60%(N0P0K0和N0PK除外)和磷、鉀肥(N0P0K0除外)的全部，第2次在果實(shí)膨大前期(6月1日)追施氮肥用量的40%，施肥方式采用溝施。灌水在4—8月的每月10日進(jìn)行，共計(jì)5次，灌水用量每次3 000 m3·hm-2，灌溉采用漫灌。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)匾恢隆?/p>

表1 不同氮肥施用量的試驗(yàn)方案

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 氨氣的采集與測(cè)定 氨氣的田間原位采集采用密閉式集氣法。采集裝置用聚氯乙烯硬質(zhì)塑料制成，呈圓柱狀，內(nèi)徑16 cm，高40 cm。內(nèi)部放有容積為50 mL的蒸發(fā)皿，用鐵絲支架架起，離地高15 cm。蒸發(fā)皿中加入2%的硼酸溶液20 mL，吸收一段時(shí)間內(nèi)土壤揮發(fā)的氨氣。頂部罩一硬質(zhì)料管蓋，蓋緊密封。在距離單株樹(shù)體施肥位置的10～20 cm處，放置3個(gè)采集裝置，于4-9月每月5、15、25日的早上(8∶00-12∶00)、中午(12∶00-16∶00)、下午(16∶00-20∶00)和夜間(20∶00-8∶00)對(duì)樣品進(jìn)行采集。采集時(shí)將蒸發(fā)皿中的硼酸全部倒入125 mL塑料瓶中，用蒸餾水將蒸發(fā)皿潤(rùn)洗3遍并將潤(rùn)洗液也一并倒入塑料瓶。密封塑料瓶，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。測(cè)定時(shí)用[H+]濃度為 0. 005 mol·L-1的硫酸溶液進(jìn)行滴定。

(1)計(jì)算土壤中氨揮發(fā)速率公式為：

氨揮發(fā)速率(kg·hm-2·d-1)NH3-N=[M/(A·D)]

式中，M為密閉法單個(gè)裝置平均每次測(cè)的氨量(NH3-N，kg)；A為捕獲裝置的截面積(hm2)；D為每次連續(xù)捕獲的時(shí)間(h)[16]。

(2)氨揮發(fā)累積量 = ∑(氨揮發(fā)速率 × 每次連續(xù)采集的時(shí)間)

(3)氨揮發(fā)凈損失率=(施氮處理氨揮發(fā)累積量-不施氮處理氨揮發(fā)累積量)/施肥量×100%[17]

1.3.2 氧化亞氮的采集與測(cè)定 氧化亞氮的田間原位收集采用密閉式靜態(tài)箱法。采集裝置呈圓柱狀，內(nèi)徑26 cm，高40 cm，材料為聚氯乙烯硬質(zhì)塑料。裝置內(nèi)裝有1個(gè)空氣攪拌風(fēng)扇用以混均箱內(nèi)氣體，裝置頂部設(shè)有1個(gè)氣體采集口。在4-9月每月5、15、25日的早上(8∶00-12∶00)、中午(12∶00-16∶00)、下午(16∶00-20∶00)和夜間(20∶00-8∶00)采集氧化亞氮。每個(gè)樣點(diǎn)設(shè)置3個(gè)采集裝置。采集氣體時(shí)將采集裝置放在底座邊緣的凹槽中，加水密封。每隔15、30、45、60 min使用帶有氣體鏈接閥的50 mL針筒抽取氣體，置于真空鋁箔采氣袋中，并用水銀溫度計(jì)記錄此時(shí)桶內(nèi)空氣溫度。氣袋帶回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜儀(Agilent7890A，Agilent，PaloAlto，USA)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定條件為檢測(cè)器(ECD)溫度為300 ℃，分離柱溫度為55 ℃，高純氮?dú)鉃檩d氣，流量為30 mL·min-1。

(4)氧化亞氮排放通量計(jì)算公式如下：

式中,F為氧化亞氮排放通量(g·hm-2·h-1)；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧化亞氮的密度(1.98 kg·m-3)；V為密閉箱內(nèi)有效空間體積(m3)；A為密閉箱覆蓋的地面面積(m2)；Δc/Δt為在特定時(shí)間內(nèi)的氧化亞氮濃度變化速率；T為采樣時(shí)密閉箱的溫度(℃)[18]。

(5)氧化亞氮凈損失率=(施氮處理氧化亞氮累積量-不施氮處理氧化亞氮累積量)/施氮量×100%

1.3.3 土樣的采集與測(cè)定 每次收集氣體后，用土鉆采集0～40 cm處的土壤樣品。每20 cm土層采集2份土壤樣品，分別用于測(cè)定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量。土壤樣品采集后立即裝入帶有冰水的冷凍箱，帶回實(shí)驗(yàn)室用2 mol·L-1的KCl 溶液浸提(水土比10∶1)，并同時(shí)測(cè)定其土壤含水量，將浸提液冷凍保存?zhèn)溆谩＝鈨龊笤偈褂眠B續(xù)流動(dòng)分析儀(CFA,TRAACS2000)測(cè)定浸提液中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 17.0進(jìn)行方差分析和單因素多重比較(LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥用量下土壤氨揮發(fā)和氧化亞氮排放變化

圖1 不同處理氨揮發(fā)速率動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic change of ammonia volatilization rate in different treatments

2.1.1 氨揮發(fā)速率 庫(kù)爾勒香梨園年生育期氨揮發(fā)速率變化如圖1所示，各處理氨揮發(fā)速率整體趨勢(shì)變化相似，均隨著時(shí)間的推進(jìn)而逐漸減小。施氮處理(N1PK、N2PK、N3PK)氨揮發(fā)速率波動(dòng)式降低，在0.004～0.020 kg·hm-2·h-1之間變化，不施氮處理(N0P0K0、N0PK)則緩慢平穩(wěn)降低，在0.004～0.009 kg·hm-2·h-1之間變化。施氮處理氨揮發(fā)速率明顯大于不施氮處理，N3PK處理氨揮發(fā)速率明顯大于其他各處理，N0P0K0和N0PK處理間、N1PK和N2PK處理間氨揮發(fā)速率變化不明顯。N1PK、N2PK、N3PK均在施基肥后的第4天(4月5日)達(dá)到峰值，分別為0.016、0.017、0.020 kg·hm-2·h-1，在施追肥后第4天(6月5日)達(dá)到次峰值，分別為0.012、0.013、0.017 kg·hm-2·h-1。說(shuō)明向土壤中施入氮肥在較短時(shí)間(4 d)內(nèi)能增大氨揮發(fā)速率。灌水后(5、7、8月的15日)各處理的氨揮發(fā)速率相比于灌水前(5、7、8月的5日)有所增大，說(shuō)明灌水能促進(jìn)土壤中氨的揮發(fā)，增大氨揮發(fā)速率。

圖2 不同處理氧化亞氮排放通量動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic change of nitrous oxide emission flux in different treatments

2.1.2 氧化亞氮排放通量 從圖2可以看出，在庫(kù)爾勒香梨園年生育期內(nèi)，各處理氧化亞氮排放通量隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。施氮處理氧化亞氮排放通量由于受施肥和灌水的影響在香梨年生育期間呈波動(dòng)式逐漸降低，幅度范圍為0.068～0.207 g·hm-2·h-1。不施氮處理氧化亞氮排放通量緩慢平穩(wěn)降低，幅度范圍為0.065～0.098 g·hm-2·h-1。在施基肥后的第4天(4月5日)，N1PK、N2PK、N3PK處理氧化亞氮出現(xiàn)排放高峰，其排放通量達(dá)到最大值，分別為0.157、0.173、0.207 g·hm-2·h-1，在追施肥后的第4天(6月5日)再次出現(xiàn)排放高峰，其排放通量達(dá)到較高值，分別為0.148、0.160、0.183 g·hm-2·h-1。施氮處理的氧化亞氮排放通量均顯著大于不施氮處理。表明向庫(kù)爾勒香梨園土壤中施入氮肥能明顯增加氧化亞氮的排放，增大氧化亞氮排放通量。在5、7、8月的15日，各處理的氧化亞氮排放通量較5、7、8月的5日略有增加，表明灌水利于氧化亞氮的排放，使氧化亞氮排放通量增大。

2.2 不同氮肥用量下庫(kù)爾勒香梨園土壤氮素氣態(tài)損失及產(chǎn)量變化

2.2.1 氮素氣態(tài)損失 假設(shè)施氮處理土壤內(nèi)殘留氮素的氣態(tài)損失和不施氮處理相等，那么施氮處理中來(lái)自肥料氮素的氣態(tài)損失可與不施氮處理氮素氣態(tài)損失的差值來(lái)估算[13]。從表2可知，在庫(kù)爾勒香梨年生育期內(nèi)，各處理氨揮發(fā)累積量達(dá)到27.886～44.416 kg·hm-2·a-1；施氮處理氨揮發(fā)凈損失量為6.726～16.197 kg·hm-2·a-1，凈損失率為2.720%～4.480%；各處理氧化亞氮排放累積量達(dá)到341.616～531.960 g·hm-2·a-1；施氮處理氧化亞氮凈損失量為90.452～185.412 g·hm-2·a-1，凈損失率為0.038%～0.060%。各處理氨揮發(fā)累積量明顯大于氧化亞氮排放累積量，施氮處理氨揮發(fā)凈損失量和凈損失率均明顯大于氧化亞氮凈損失量和凈損失率。N3PK處理的氨揮發(fā)和氧化亞氮排放累積量均顯著大于其他各處理，N1PK、N2PK處理間氨揮發(fā)和氧化亞氮排放累積量均無(wú)顯著差異。各處理氨揮發(fā)和氧化亞氮排放累積量隨著施氮量的增加而增加，均表現(xiàn)為N0P0K0

2.2.2 庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量 由表3可知，各處理庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量為692.4～6 213.5 kg·hm-2。施氮處理的庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量顯著大于不施氮處理，N2PK、N3PK處理間庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量無(wú)顯著差異。各處理庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量高低表現(xiàn)為N0P0K0

表2不同氮肥用量下庫(kù)爾勒香梨園土壤氮素氣態(tài)損失

Table2NitrogenlossofsoilNinKorlafragrantpearorchardunderdifferentNfertilizer

處理TreatmentNH3累積量Accumulation/(kg·hm-2·a-1)凈損失量Net loss/(kg·hm-2·a-1)凈損失率Net lossrate/%N2O累積量Accumulation/(g·hm-2·a-1)凈損失量Net loss/(g·hm-2·a-1)凈損失率Net lossrate/%N0P0K027.886±0.84c--341.616±3.27c--N0PK28.219±0.78c--346.548±3.15c--N1PK34.944±1.06b6.7264.480437.000±4.02b90.4520.060N2PK36.376±0.92b8.1572.720459.748±3.76b113.2000.038N3PK44.416±1.09a16.1973.600531.960±4.08a185.4120.041

注: 同列不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note：Different letters in the same column indicate the significant difference among treatments(P<0.05). The same below.

2.3 不同氮肥用量下庫(kù)爾勒香梨園土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量變化

由表4可知，在施用基肥和追肥后，在0～20 cm和20～40 cm土層中，施氮處理的銨態(tài)氮含量均顯著高于不施氮處理，N3PK處理的銨態(tài)氮含量顯著高于其他各處理，N0P0K0和N0PK處理、N1PK和N2PK處理間的銨態(tài)氮含量無(wú)顯著差異。在收獲后，N3PK處理的銨態(tài)氮含量顯著高于其他處理，N0P0K0、N0PK、N1PK、N2PK處理間的銨態(tài)氮含量無(wú)顯著差異。

表3 不同氮肥用量下庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量變化

施用基肥、追肥后及收獲后，在0～20 cm和20～40 cm土層中，施氮處理的硝態(tài)氮含量顯著高于不施氮處理，N3PK的硝態(tài)氮含量顯著高于其他各處理，N0P0K0和N0PK處理、N1PK和N2PK處理間的硝態(tài)氮含量無(wú)顯著差異。

隨著生育期的推進(jìn)，在施用基肥至收獲后，0～20 cm和20～40 cm土層中的各處理銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均逐漸降低，其0～20 cm土層中，各處理銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量均明顯大于20～40 cm土層中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量。施用基肥、追肥及收獲后，在0～20 cm和20～40 cm土層中，各處理銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量高低依次表現(xiàn)為N0P0K0

2.4 施氮量、土壤溫度及含水量對(duì)庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的影響

由表5可知，庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)速率和氧化亞氮排放通量與施氮量、土壤溫度及含水量有直接關(guān)系。各處理的氨揮發(fā)速率均與施氮量和土壤溫度呈極顯著正相關(guān)，與含水量呈顯著正相關(guān)(N3PK除外)。各處理的氧化亞氮排放通量均與施氮量和土壤溫度呈極顯著正相關(guān)，與含水量呈正相關(guān)，表明施用氮肥和升高溫度能明顯增加氨揮發(fā)速率和增大氧化亞氮排放通量。

表4不同氮肥用量下土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量變化/(mg·kg-1)

Table4ChangesofammoniumandnitrateNcontentsinsoilunderdifferentNfertilizers

土層深度Soil depth處理Treatment基肥后 After the base fertilizerNH+4-NNO-3-N追肥后 After the top fertilizerNH+4-NNO-3-N收獲后 After harvestNH+4-NNO-3-N0～20 cmN0P0K014.36±0.59c17.83±1.19c11.43±0.27c11.13±0.29c7.96±0.41b7.76±0.56cN0PK14.75±0.82c18.16±0.46c11.71±0.46c11.25±0.13c8.02±0.84b7.84±0.91cN1PK23.82±1.96b24.38±1.72b20.98±1.03b21.46±0.83b9.84±1.67ab11.72±0.98bN2PK25.56±1.53b26.71±0.81b22.05±0.54b22.92±1.25b9.88±0.93ab11.96±0.66bN3PK29.14±1.02a30.28±1.29a25.86±1.14a26.18±0.70a11.29±1.02a14.68±0.82a20～40 cmN0P0K013.15±0.34c16.02±0.44c10.06±1.18c10.66±0.92c7.82±1.03b7.59±0.52cN0PK13.59±0.61c16.55±0.57c10.08±1.35c10.74±1.24c7.86±1.29b7.63±0.45cN1PK20.35±0.87b22.79±1.32b19.22±1.71b19.77±1.28b9.05±0.91ab10.80±1.01bN2PK21.05±1.11b24.25±0.76b21.56±0.84b21.24±1.40b9.32±1.17ab10.86±0.75bN3PK27.36±1.22a28.01±0.88a24.15±0.95a24.73±1.10a10.44±0.78a14.35±1.31a

表5 施氮量、土壤溫度及含水量與氨揮發(fā)速率和氧化亞氮排放通量的相關(guān)性

注: * 代表顯著相關(guān)(P<0.05)，** 代表極顯著相關(guān)(P<0.01)。

Note：* means significant correlation(P<0.05), ** means highly significant correlation(P<0.01).

3 討 論

3.1 施氮量對(duì)庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)速率和氧化亞氮排放通量的影響

3.2 施氮量對(duì)庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)和氧化亞氮累積量、凈損失率及產(chǎn)量的影響

施氮量對(duì)庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的累積有顯著影響。邱煒紅等[26]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量與土壤氧化亞氮排放總量有顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，施氮能顯著提高土壤氧化亞氮排放總量。本試驗(yàn)各處理氨揮發(fā)累積量達(dá)到27.886～44.416 kg·hm-2·a-1，氧化亞氮累積量達(dá)到341.616～531.960 g·hm-2·a-1，施氮處理的氨揮發(fā)和氧化亞氮累積量均顯著大于不施氮處理，且均隨著施氮量的增加而增加，與前人研究結(jié)果一致。同時(shí)氨揮發(fā)和氧化亞氮排放凈損失量與氨揮發(fā)和氧化亞氮累積量的變化規(guī)律一致，會(huì)隨著施氮水平的提高而增大，這與一些學(xué)者[24,27]研究結(jié)果趨勢(shì)相同。N0P0K0、N0PK、N1PK、N2PK和N3PK處理的氨揮發(fā)累積量分別是氧化亞氮排放累積量的81.63、81.43、79.96、79.12和83.49倍。N1PK、N2PK和N3PK處理的氨揮發(fā)凈損失量分別是氧化亞氮排放凈損失量的74.36、72.06和87.36倍，氨揮發(fā)累積量和凈損失量均明顯大于氧化亞氮排放累積量和凈損失量。N1PK、N2PK和N3PK處理的氨揮發(fā)凈損失量占肥料氮素氣態(tài)(NH3和N2O)損失量的98.67%、98.63%和98.87%，可見(jiàn)庫(kù)爾勒香梨園土壤中的肥料氮素氣態(tài)損失主要以氨揮發(fā)為主，與許多學(xué)者[13,28]研究結(jié)果基本一致。

王玨等[29]在冬小麥生長(zhǎng)季中發(fā)現(xiàn)，施氮量在75～300 kg·hm-2時(shí)，來(lái)自氮肥的氨揮發(fā)損失量為0.72～7.61 kg·hm-2，占施氮總量的1.0%～4.2%。本試驗(yàn)氨揮發(fā)凈損失量為6.726～16.197 kg·hm-2·a-1，凈損失率為2.720%～4.480%，與前人相比測(cè)定結(jié)果偏高，主要原因是施肥量較高和測(cè)定周期較長(zhǎng)。有研究發(fā)現(xiàn)菜地土壤氧化亞氮排放量占施氮量的0.33%～1.13%[26]。本試驗(yàn)氧化亞氮排放凈損失率為0.038%～0.060%，低于前人研究結(jié)果，主要是由于香梨園較菜地翻耕和灌水次數(shù)少，菜地較多的翻耕有利于土壤礦化作用發(fā)生，產(chǎn)生更多的無(wú)機(jī)氮，且多次灌水會(huì)引發(fā)土壤頻繁的干濕交替過(guò)程，這些因素均會(huì)促進(jìn)氧化亞氮的排放，使氧化亞氮損失較多[30]。本試驗(yàn)隨著施氮量的增加，氨揮發(fā)和氧化亞氮凈損失率呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，在施氮量為300 kg·hm-2時(shí)，氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的凈損失率均達(dá)到最小(2.720%和0.038%)，這與許可等[31]研究結(jié)果類似。氨揮發(fā)和氧化亞氮凈損失率會(huì)隨著施氮量的變化而變化，在施氮量較高的情況下，土壤中的氮素可能會(huì)在其它途徑損失更多[28]，因此對(duì)今后庫(kù)爾勒香梨園土壤氮素的氣態(tài)損失，還需進(jìn)一步研究。

林治安等[32]對(duì)冬小麥-夏玉米連續(xù)22 a長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，作物產(chǎn)量達(dá)到一定水平后，繼續(xù)高量施肥無(wú)助于作物產(chǎn)量提高。本試驗(yàn)在施氮量150～450 kg·hm-2范圍內(nèi)，庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量先增加后降低。在施氮量為300 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最大(6 213.5 kg·hm-2)，施氮量達(dá)到450 kg·hm-2時(shí)的庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量與施氮量在300 kg·hm-2時(shí)相比降低了5.66%，這與山楠等[33]發(fā)現(xiàn)氮肥施用過(guò)量作物產(chǎn)量反而降低的研究結(jié)果相同。

3.3 施氮量對(duì)庫(kù)爾勒香梨園土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的影響

施入土壤的氮肥在土壤微生物作用下轉(zhuǎn)化形成無(wú)機(jī)氮，而無(wú)機(jī)氮在一定條件下通過(guò)氨揮發(fā)、硝化及反硝化等過(guò)程會(huì)以氨和氧化亞氮等氣態(tài)形式從土壤中揮發(fā)損失[8,34]。張燕等[35]研究發(fā)現(xiàn)，0～20 cm、20～40 cm土層中，未施氮處理的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量顯著低于施氮處理。本試驗(yàn)在施基肥和施追肥后，0～20 cm和20～40 cm土層中施氮處理的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均顯著大于不施氮處理，說(shuō)明施用氮肥能顯著增加0～20 cm和20～40 cm土層內(nèi)的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，與前人研究結(jié)果一致。本研究0～20 cm和20～40 cm土層中，施氮處理銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為N1PK

3.4 環(huán)境因子對(duì)庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的影響

本試驗(yàn)各處理的氨揮發(fā)速率與土壤含水量呈顯著正相關(guān)。各處理的氧化亞氮排放通量與土壤含水量呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著且相關(guān)系數(shù)較小，這與肖嬌等[44]和王立剛等[45]研究結(jié)果類似。主要是因?yàn)槔鎴@灌水后，土壤含水量增加，脲酶活性增強(qiáng)，使得尿素顆粒能與土壤充分接觸，利于其轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮，從而增加液相中銨態(tài)氮含量，促進(jìn)了氨的揮發(fā)[46];庫(kù)爾勒香梨園屬于旱地果園，土壤水分一般不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，氧化亞氮主要由硝化作用產(chǎn)生，且主要來(lái)源于微生物參與下的硝化過(guò)程，所以使得土壤含水量對(duì)氧化亞氮排放影響較小。

4 結(jié) 論

1)庫(kù)爾勒香梨園土壤來(lái)自肥料氮素的氣態(tài)損失主要以氨揮發(fā)為主。施用氮肥(尿素)能明顯促進(jìn)庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)和氧化亞氮排放。氨揮發(fā)速率、累積量以及凈損失量和氧化亞氮排放通量、累積量以及凈損失量均會(huì)隨著尿素施用量的增加而增大。施用氮肥能顯著增加0～20 cm和20～40 cm土層中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。

2)庫(kù)爾勒香梨園氨揮發(fā)和氧化亞氮排放與施氮量和土壤溫度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

3)在氮肥施用量為300 kg·hm-2(純N)時(shí)，庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)量最高(6 213.5 kg·hm-2)，且氨揮發(fā)和氧化亞氮凈損失率均最小(2.720%和0.038%)。