不同施肥處理枸杞園氨揮發(fā)損失及其影響因素研究

張 瑩，盧九斤 ，華明秀，魏嬌嬌，聶易豐，謝守忠，盛海彥*

(1.青海大學(xué)，青海 西寧 810016；2.青海省諾木洪農(nóng)場，青海 都蘭 816100)

枸杞是茄科枸杞屬多分枝灌木植物，果實(shí)稱枸杞子[1]。柴達(dá)木盆地是中國枸杞種植的中心分布區(qū)之一，因其獨(dú)特的高海拔、強(qiáng)光照的地理特點(diǎn)及土壤和氣候條件，特別適合枸杞的生長[2]。截至2018年底,青海枸杞種植規(guī)模由2014年不足2.03×104hm2發(fā)展到3.37×104hm2，年增長率達(dá)到66.01%[1]。柴達(dá)木地區(qū)枸杞種植中農(nóng)戶為追求高產(chǎn)而大量施肥[3]。研究表明，氮肥在土壤中約有35%會(huì)被作物吸收利用，13% 殘留于土壤中，52%會(huì)以各種途徑損失[4-5]。氨揮發(fā)是土壤氮素?fù)p失及氮肥利用率低的重要原因[6-7]。旱地以氨揮發(fā)形式的氣態(tài)損失達(dá)1.0%～9.6%[8-11]。影響農(nóng)田氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的主要因素是氮肥施用量，其次，土壤因素、氣候因素和農(nóng)業(yè)措施與氮肥氣態(tài)損失也有直接關(guān)系[12]。 因此，降低氨揮發(fā)損失，提高氮肥利用率是柴達(dá)木地區(qū)枸杞栽培亟待解決的問題。

適宜施肥量和添加硝化抑制劑(Nitrapyrin)是調(diào)控氮素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化及提高氮肥利用率的有效方法[13]。硝化抑制劑可減緩銨態(tài)氮氧化成亞硝態(tài)氮，進(jìn)而抑制硝態(tài)氮硝態(tài)氮形成和反硝化過程[14]，且有增加NH3揮發(fā)的潛在趨勢[15]。張文學(xué)等[16]研究表明，與單施尿素相比，添加Nitrapyrin提高了19.4%的氮素回收率。阿力木·阿布來提等[17]研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)施用Nitrapyrin DCD 能顯著降低反硝化速率，增加氨揮發(fā)損失。國內(nèi)關(guān)于農(nóng)田氨揮發(fā)的研究多集中于南方水稻和北方玉米、小麥[18-20]，鮮有枸杞園土壤氨揮發(fā)的研究報(bào)道。本研究通過監(jiān)測柴達(dá)木枸杞園不同氮肥用量及Nitrapyrin的土壤氨揮發(fā)速率及累積損失量，為合理施氮及科學(xué)評價(jià)氮肥的環(huán)境效應(yīng)提供理論基礎(chǔ)，為柴達(dá)木枸杞高效栽培與減少環(huán)境污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

圖1 枸杞園氨揮發(fā)測定期間氣溫及降水量Fig.1 Temperature and precipitation during the determination of ammonia volatilization in wolfberry orchard

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2019年4月至2019年10月在青海省海西蒙古族藏族自治州都蘭縣諾木洪農(nóng)場(96°20′E，36°25′N)進(jìn)行。該地區(qū)屬高原大陸性氣候，海拔2 760 m，年日照時(shí)數(shù)3 600 h。降雨量58 mm，蒸發(fā)量2 800～3 000 mm。土壤類型為灰棕漠土，質(zhì)地為砂壤土。

0～20 cm土層土壤理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)19.51 g/kg，全氮1.43 g/kg，全磷3.05 g/kg，全鉀23.13 g/kg，堿解氮69 mg/kg，pH 8.49。試驗(yàn)期間氣溫和降水見圖1。

1.2 試驗(yàn)材料

田間試驗(yàn)供試枸杞為樹齡10 a 的寧杞1號；氮肥為尿素(含氮46%，云天化國際化肥公司生產(chǎn))；磷肥為重過磷酸鈣(含 P2O546%，云天化國際化肥公司生產(chǎn))；商品有機(jī)肥 (N+P2O5+K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%，青海恩澤農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司生產(chǎn))；供試硝化抑制劑為Nitrapyrin DCD(含量70.00%，可濕性粉劑，浙江奧復(fù)托化工有限公司和浙江沃土農(nóng)業(yè)科技有限公司聯(lián)合出品)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間施肥方案共設(shè)10個(gè)處理，詳見表1。各處理小區(qū)面積為39 m2，枸杞株行距為 1.5 m×2 m，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共計(jì)30個(gè)小區(qū)。除CK處理不施用任何肥料外，其余處理均施用商品有機(jī)肥1 667 kg/hm2，P2O5333 kg/hm2。N0～ N667處理分別施用純氮0、133、267、400、534、667 kg/hm2，且N400NI2.00～ N133NI0.67處理在N400～ N133處理施肥量的基礎(chǔ)上，分別增施純氮 0.5% 的Nitrapyrin 2.00、1.34、0.67 kg/hm2。

有機(jī)肥及重過磷酸鈣作為基肥于5月19 日一次施入。尿素及Nitrapyrin 分為基肥和追肥兩次施用 (基肥與追肥的比例為1∶1 )；施肥方式為挖穴深施，即在每株枸杞樹的樹冠下距離樹干30 cm的東西方向各挖長50 cm、寬25 cm、深度20 cm的施肥坑，施入基肥；6月30日在枸杞樹冠南北方向進(jìn)行追肥。枸杞園年灌水6次，灌溉定額為6 000 m3/hm2。

表1不同處理施肥方案Tab.1 Different fertilization schemes

1.4 樣品采集與測定

1.4.1 氨氣的采集及測定 試驗(yàn)采用土壤NH3揮發(fā)的原位測定法[21](通氣法)測定NH3揮發(fā)。土壤NH3揮發(fā)的捕獲于施肥后的當(dāng)天開始，在每小區(qū)選取的3棵樹施肥處放置捕獲裝置，放置24 h取樣，將裝置下層海綿取出并迅速裝入塑封袋中，密封編號，同時(shí)換上另一塊浸蘸過磷酸甘油的海綿。上層的海綿視其干濕情況3～7 d更換1次。施肥后第1周，每天取樣1次，第2～3周，根據(jù)測到的氨揮發(fā)量，每1～3 d取樣1次，此后取樣時(shí)間間隔可延長到7 d直到監(jiān)測不到NH3揮發(fā)時(shí)停止。將裝袋密封的下層海綿按編號裝入500 mL的塑料震蕩瓶中，加入300 mL 1.0 mol/L的KCl溶液，使海綿完全浸潤其中，振蕩1 h后，浸取液中的銨態(tài)氮用AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測定。

1.4.2 土樣的采集與測定 在施基肥后的30 d和 80 d (以下簡稱A1期和A2期)，分別采集各處理0～40 cm土層的土壤樣品，每20 cm為一個(gè)層次，共2層。使用直徑為4 cm的土鉆在各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取 3 點(diǎn)后取相應(yīng)層次土壤，剔除枸杞根系后均勻混合為一個(gè)樣品后密封保存。用 1 mol/L KCl 浸提土壤(液土比為 10∶1)，用連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3)測定土壤中硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量，并用環(huán)刀法測定土壤容重。土壤硝態(tài)氮及銨態(tài)氮累積量計(jì)算公式參考栗麗等[22]的方法。

1.4.3 氨揮發(fā)量的計(jì)算 土壤NH3揮發(fā)損失速率計(jì)算[21]公式：

氨揮發(fā)速率=[M/(A×D)]×10-2

式中：M為通氣法平均每次每個(gè)裝置測得的氨量(mg)；A為捕獲裝置的截面積(m2)；D為每次連續(xù)捕獲的時(shí)間(d)。

氨揮發(fā)累積量是枸杞一個(gè)生長季每天揮發(fā)量的累加值；氨揮發(fā)氣態(tài)損失量是由施氮處理與不施氮處理的差值，用差減法進(jìn)行估算；氨揮發(fā)的損失率是累計(jì)損失量占施肥量的比值。

1.4.4 枸杞鮮果產(chǎn)量測定 分別于2019年7月29日、8月20日、9 月14日，每個(gè)小區(qū)全部采收單獨(dú)稱量，曬干后合計(jì)為總產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，Origin 8.0 進(jìn)行圖表制作；采用SPSS 25.0進(jìn)行單因素方差分析，顯著水平為P<0.05。表中數(shù)據(jù)為處理平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對氨揮發(fā)速率的影響

試驗(yàn)期間各處理的氨揮發(fā)速率變化趨勢基本一致(圖2)。兩次施肥后氨揮發(fā)速率均有所升高，隨后下降并趨于平緩。施基肥后第9天，N667處理的氨揮發(fā)速率最高，為0.48 kg/hm2/d，較N0及N400處理分別增加84.62%、23.08%。施追肥后第3天，N667處理的氨揮發(fā)速率再次達(dá)到峰值，與N0及N400處理相比分別增加21.62%、9.76%。CK處理氨揮發(fā)速率在試驗(yàn)期間均處于較低水平。施基肥后第9天和施追肥后第3天，N400NI2.00處理的氨揮發(fā)速率分別為0.40 kg/hm2/d和0.43 kg/hm2/d，較N667處理氨揮發(fā)速率分別降低16.67%、4.44%；N267NI1.34處理的氨揮發(fā)速率分別為0.38 kg/hm2/d、0.40 kg/hm2/d，較N667處理分別降低20.83%、11.11%。

圖中實(shí)心箭頭表示追施氮肥的日期;虛線箭頭表示灌水日期;誤差棒表示平均值±標(biāo)準(zhǔn)差圖2 枸杞園氨揮發(fā)速率Fig.2 Ammonia volatilization rate of wolfberry orchard

2.2 不同施肥處理對氨揮發(fā)累積量的影響

氨揮發(fā)累積量隨施氮量的增加而升高 (表2)。N667處理氨揮發(fā)累積量最高，較N400和N267處理分別增加15.30%、19.94%。N400NI2.00與N400、N267NI1.34與N267、N133NI0.67與N133處理氨揮發(fā)累積量無顯著差異。N667處理氨揮發(fā)累積量較N400NI2.00和N267NI1.34分別增加15.01%、19.88%。N667處理凈損失量與N400、N267相比分別增加89.44%、144.72%，與N400NI2.00、N267NI1.34處理相比分別增加86.67%及143.89%。枸杞一個(gè)生長季氨揮發(fā)凈損失量為2.03～9.70 kg/hm2，占氮肥施用量的1.28%～1.98%。

表2枸杞園氨揮發(fā)累積量Tab.2 Accumulation of ammonia volatilization in wolfberry orchard

2.3 不同施肥處理土壤銨態(tài)氮累積量的變化

由表3可知，A1期和A2期0～20 cm及20～40 cm土層中施氮處理銨態(tài)氮累積量均高于不施氮處理，且施用Nitrapyrin的N400NI2.00～N133NI0.67處理銨態(tài)氮累積量顯著高于不施用Nitrapyrin的N400～N133處理。A1期0～20 cm土層中，N400NI2.00處理的土壤銨態(tài)氮累積量最高，為139.75 kg/hm2，與N667、N400處理相比分別增加988.40%和1 317.34%。A1期20～40 cm土層，N400NI2.00處理土壤銨態(tài)氮累積量為最高，較N667、N400處理分別增加102.45%及122.48%。A2期N267NI1.34處理20～40 cm土層的土壤銨態(tài)氮累積量最高，為7.84 kg/hm2，較N667和N267處理提高27.69%及333.15%。

表3不同氮肥用量的土壤銨態(tài)氮累積量Tab.3 Accumulation of ammonium nitrogen under the different nitrogen application rates

2.4 不同施肥處理對枸杞產(chǎn)量的影響

枸杞累積干果產(chǎn)量見圖3。N400NI2.00處理枸杞產(chǎn)量最高，為7 867 kg/hm2，較N667、N400處理分別增加9.26%、5.78%，與N534、N267NI1.34處理枸杞產(chǎn)量無顯著差異，與其他7個(gè)處理均有顯著差異。N400NI2.00、N534、N267NI1.34處理較傳統(tǒng)施肥N667處理產(chǎn)量分別增加9.26%、7.57%、6.95%。N667～N133處理枸杞產(chǎn)量較N0處理增加10.99%～21.63%。配施Nitrapyrin，對枸杞產(chǎn)量的影響隨施氮量不同而不同，施氮量為400 kg/hm2，配施Nitrapyrin與不配施相比，枸杞產(chǎn)量顯著增加；而施氮量為267、133 kg/hm2，配施Nitrapyrin與不配施相比，枸杞產(chǎn)量無顯著差異。

圖3 不同氮肥用量的枸杞產(chǎn)量Fig.3 Yield of wolfberry with different nitrogen application rates

3 討論與結(jié)論

在枸杞園施入氮肥后，氨揮發(fā)速率先升高后降低，隨后趨于平緩。氨揮發(fā)速率的峰值分別出現(xiàn)在施基肥后第9天和施追肥后第3天，氨揮發(fā)累積損失率為1.28%～1.98%。王峰等[23]在旱地茶園中研究發(fā)現(xiàn)，肥料撒施在土壤表面(表施)其氨揮發(fā)損失率為10.6%～12.42%。本研究與王峰等的研究相比氨揮發(fā)損失率較低，其原因可能是本試驗(yàn)采用挖穴深施(20 cm)的施肥方式，土壤氨揮發(fā)對施肥深度的響應(yīng)也較為敏感。有研究表明施肥深施5 cm及10 cm時(shí)比表施時(shí)氨揮發(fā)分別減少80.3%和92.7%[24]，施肥深度越深，氨揮發(fā)越少。其次柴達(dá)木地區(qū)枸杞采用大水漫灌的方式，且在施肥當(dāng)天灌溉，施肥后立即灌水加速了氮肥向下遷移，從而減少了氨揮發(fā)；本試驗(yàn)氨揮發(fā)累積量隨著施氮量的增加而增加，與萬偉帆等[25]研究結(jié)果一致。試驗(yàn)中隨著施氮量的增加，氨揮發(fā)凈損失率呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在施氮400 kg/hm2時(shí)，氨揮發(fā)凈損失率達(dá)到最小(1.28%)，與王成等[26]研究結(jié)果一致。

有研究報(bào)道，添加Nitrapyrin會(huì)促進(jìn)肥料施入后氨的揮發(fā)[27]；也有報(bào)道指出，Nitrapyrin對氨揮發(fā)無顯著影響[28]。張文學(xué)等[16]研究表明，Nitrapyrin對氨揮發(fā)速率有一定的促進(jìn)作用，但對累計(jì)損失量無明顯影響。本研究證明Nitrapyrin對氨揮發(fā)速率沒有顯著影響，可能與土壤質(zhì)地、抑制劑濃度、氣候、pH等有關(guān)，確切的影響因素有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，枸杞園氨揮發(fā)累積量隨著氮肥用量的增加而升高，且施基肥后升高更明顯。添加Nitrapyrin處理與不配施處理相比，氨揮發(fā)損失量較小(無顯著差異)。枸杞一個(gè)生長季傳統(tǒng)施肥處理氨揮發(fā)累積量顯著高于其他優(yōu)化施氮處理。因此，在柴達(dá)木枸杞園適宜枸杞施肥方案為267～400 kg/hm2施氮量，且配施1.34～2.00 kg/hm2Nitrapyrin可兼顧經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。