不同水氮管理對(duì)梨園土壤氨揮發(fā)的影響*

邢寒冰, 董文旭, 龐桂斌, 胡春勝

(1.中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國(guó)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省土壤生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石家莊 050022; 2.濟(jì)南大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 濟(jì)南 250000)

目前對(duì)梨樹(shù)(Pyrus sorotina)施肥與管理方式存在著盲目與粗放性, 引起了肥料浪費(fèi)與生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題[1]。氮素是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一, 也是主要的養(yǎng)分限制因子, 施肥后的氨揮發(fā)被認(rèn)為是全球土壤-植物系統(tǒng)氮素流失的主要機(jī)制之一[2]。研究表明, 氨揮發(fā)損失量占農(nóng)田施入氮肥的1%～47%[3]。氨揮發(fā)產(chǎn)生的氨氣會(huì)促進(jìn)PM2.5的形成, 污染大氣環(huán)境[4-5]。而大氣中的氨主要來(lái)源于人類(lèi)活動(dòng)排放,農(nóng)業(yè)是其中最大的排放源, 占全球人類(lèi)活動(dòng)氨排放總量的 90%[6-7]。因此, 許多學(xué)者對(duì)農(nóng)業(yè)氨減排做了廣泛研究, 如農(nóng)田上采用的脲酶抑制劑[8]、包膜緩控肥[9]、地膜覆蓋[10]、減量氮肥[11]、肥料深施[12]等措施都能有效降低氨的排放。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明, 我國(guó)現(xiàn)有的果樹(shù)生產(chǎn)種植面積已經(jīng)達(dá)到320萬(wàn)hm2[13],果樹(shù)種植業(yè)氨揮發(fā)損失量為36.52～115.9 kg?hm?2, 損失率高達(dá)12%[14], 而相關(guān)的氨減排技術(shù)研究相對(duì)較少。目前，根際注射施肥氨減排技術(shù)[15]在果樹(shù)種植業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用, 該技術(shù)利用機(jī)械設(shè)備將可溶性肥料注入土壤當(dāng)中, 相對(duì)于挖溝施肥, 可以避免損傷根系, 并能夠促進(jìn)肥料滲入從而大大降低勞動(dòng)力強(qiáng)度。吳小賓等[16]用15N尿素進(jìn)行注射深施, 發(fā)現(xiàn)注射施肥能夠顯著提高土壤有效態(tài)養(yǎng)分含量和桃樹(shù)果品(Prunus persica)產(chǎn)量。呂麗霞等[17]在蘋(píng)果(Malus pumila)園進(jìn)行注射施肥研究發(fā)現(xiàn), 注射液濃度以10%為最佳, 可以提高土壤酶活性和水肥利用效率。張林森等[18]將傳統(tǒng)施肥方式與注射施肥作比較, 發(fā)現(xiàn)此方法可以有效擴(kuò)大根系對(duì)水肥的吸收面積, 提高樹(shù)體對(duì)氮素的利用, 降低了土壤中氮素的殘留。根際注射施肥技術(shù)在提高果樹(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的應(yīng)用已頗見(jiàn)成效, 但相關(guān)氨揮發(fā)減排效果少見(jiàn)報(bào)道,且果樹(shù)種植業(yè)中氨減排技術(shù)研究相比農(nóng)田試驗(yàn)較為缺乏。因此, 本研究通過(guò)動(dòng)態(tài)箱法[19], 探討根際注射施肥技術(shù)和水肥管理對(duì)梨園土壤氨揮發(fā)特征與氨揮發(fā)損失量的影響, 明確氮肥深施減少土壤氨排放的效果, 為華北平原種植業(yè)的氨減排措施以及發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)果園提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于石家莊市晉州市南小吾村梨園進(jìn)行(37°47′30″N、114°58′20″E)。試驗(yàn)區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。多年平均降水量455.8 mm, 多年平均氣溫13.3 ℃。年無(wú)霜期236 d。試驗(yàn)區(qū)土壤類(lèi)型為潮壤土, 其基本物理性質(zhì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of soil in test area

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試?yán)鏄?shù)的品種為‘皇冠’, 樹(shù)齡20年, 行距4 m×4 m,600 株?hm?2。試驗(yàn)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的皇冠梨樹(shù)分區(qū)標(biāo)記, 小區(qū)隨機(jī)排列重復(fù)3次。試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境一致。肥料選用復(fù)合肥N∶P∶K=22∶11∶10, 液體肥按1∶10稀釋。試驗(yàn)分為開(kāi)花期、前膨果期、后膨果期3個(gè)時(shí)期進(jìn)行施肥。

設(shè)置兩個(gè)因素: 灌水量和施肥方式。灌溉方案參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)管理制度, 設(shè)為兩個(gè)水平: 一為常規(guī)灌溉(W1), 每個(gè)生育期灌水量均為800 m3?hm?2; 二為節(jié)水灌溉(W2, 灌水量為常規(guī)灌溉的70%), 每個(gè)生育期灌水量為560 m3?hm?2。施肥方式分為撒施(B)和注射深施(I, 離樹(shù)1 m處圍樹(shù)繞圈每間隔20 cm注射一次, 注射深度為20 cm)。施肥量依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)施肥標(biāo)準(zhǔn)制定。各處理的追肥時(shí)間、追肥量及灌水方案見(jiàn)表2。

表2 不同處理追肥時(shí)期的施肥和灌水方案Table 2 Schemes of irrigation and fertilization during topdressing periods of different treatments

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1)氨揮發(fā)測(cè)定。采用密閉室間歇式通氣法[19], 所用密閉室裝置由有機(jī)玻璃罩(直徑20 cm, 高15 cm)、PVC管、白色乳膠管、250 mL容量洗氣瓶和1300 W真空泵組成, 洗氣吸收溶液為2%硼酸, 吸收后銨濃度測(cè)定采用0.02 mol?L?1的硫酸滴定。施肥后第1天開(kāi)始測(cè)定, 每天9:00?11:00測(cè)定2 h, 持續(xù)測(cè)定直至施氮處理與不施肥處理的氨揮發(fā)通量無(wú)差異時(shí)為止(7～10 d)[20]。

氨揮發(fā)通量(F, kg?hm?2?d?1)計(jì)算公式為:

氨揮發(fā)累積揮發(fā)量(Ei, kg?hm?2)計(jì)算公式為:

式中:Fi為第i天的氨揮發(fā)通量(kg?hm?2?d?1)。

2)土樣的采集: 采用多點(diǎn)混合法采集0～5 cm土壤樣品, 采集頻率與氨揮發(fā)時(shí)間一致。土壤樣品采集后集中放于4 ℃冰箱保存, 經(jīng)0.01 mol?L?1KCl溶液浸提, 用于銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的測(cè)定。

土壤pH測(cè)定: 稱(chēng)取10 g風(fēng)干土加入去離子水(水土比2.5∶1), 攪拌2 min, 靜置30 min后使用pH計(jì)(FE 20)進(jìn)行測(cè)定。

土壤NO3?-N、NH4+-N的測(cè)定: 樣品采用紫外分光光度計(jì)(UV-2450)測(cè)定NO3?-N含量; 全自動(dòng)化學(xué)分析儀(SMART CHEM 140)測(cè)定 NH4+-N 含量。3)氣象數(shù)據(jù): 采用距試驗(yàn)地50 m的氣象站自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

4)大田中埋設(shè)了EM50土壤多參數(shù)檢測(cè)儀, 用于體積含水率與土壤溫度的測(cè)量。

1.3 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2010和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì),不同處理間方差分析采用Duncan法進(jìn)行差異顯著性分析,P<0.05為顯著水平,P<0.01為極顯著水平。利用Excel 2010進(jìn)行繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨揮發(fā)速率變化特征

3次施肥期間, 不施肥對(duì)照處理(CK)沒(méi)有明顯揮發(fā)速率變化, 基本保持在0.01～0.02 kg?hm?2?d?1本底水平。除CK處理外, 開(kāi)花期(6月)氨揮發(fā)通量隨時(shí)間有著明顯的變化(圖1)。氨揮發(fā)在前4 d變化最為明顯, 其中兩種撒施處理(BW1、BW2)速率較大,與CK處理相比氨揮發(fā)速率均達(dá)顯著或極顯著差異水平。BW1和BW2處理在第1天氨揮發(fā)速率最大,分 別 為1.24 kg?hm?2?d?1和1.28 kg?hm?2?d?1; 而兩種注射處理(IW1、IW2)氨揮發(fā)速率隨時(shí)間變化比較平穩(wěn), 在0～0.1 kg?hm?2?d?1區(qū)間波動(dòng), 其趨勢(shì)與兩種撒施處理基本一致, 但在施肥后的第3天才出現(xiàn)最大峰值, 分 別為0.04 kg?hm?2?d?1和0.1 kg?hm?2?d?1, 隨后緩慢降低直至與空白處理基本一致。

圖1 不同施肥處理下梨園土壤不同施肥時(shí)期氨揮發(fā)通量變化(6、8、9月分別為開(kāi)花期、前膨果期、后膨果期氨揮發(fā)通量變化情況; CK、BW1、IW1、BW2、IW2含義見(jiàn)表2)Fig.1 Variations of ammonia volatilization fluxes in pear orchard soil under different fertilization treatments (June, August and September show the changes of ammonia volatilization fluxes in flowering period, pre- and post-expansion period.The meanings of CK, BW1, IW1, BW2 and IW2 are shown in the table 2)

前膨果期(8月)各處理土壤氨揮發(fā)速率變化規(guī)律基本與開(kāi)花期一致, 但前膨果期的土壤氨揮發(fā)速率總體高于開(kāi)花期。各處理氨揮發(fā)峰值發(fā)生在施肥后第1天, BW1、IW1、IW2和BW2處理的峰值分別為2.2 kg?hm?2?d?1、0.73 kg?hm?2?d?1、0.49 kg?hm?2?d?1和2.15 kg?hm?2?d?1, 此后揮發(fā)速率迅速下降。在施肥后的第4天, 兩種注射處理(IW1、IW2)揮發(fā)基本結(jié)束, 而兩種撒施處理(BW1、BW2)仍持續(xù)揮發(fā)。直至施肥后第7天, 不同處理的土壤氨揮發(fā)速率無(wú)明顯差異。

與其他時(shí)期相比, 后膨果期(9月)土壤氨揮發(fā)速率最高。除BW2處理, 其余處理施肥后土壤氨揮發(fā)速率第1天均達(dá)最大值, 分別為BW1 4.46 kg?hm?2?d?1、IW1 3.47 kg?hm?2?d?1、IW2 4.71 kg?hm?2?d?1。BW2處理在第2天達(dá)峰值, 也是本時(shí)期土壤氨揮發(fā)速率的最大值(7.5 kg?hm?2?d?1), 相當(dāng)于開(kāi)花期土壤揮發(fā)高峰期速率的6倍, 前膨果期的3倍左右。該期BW2處理在施肥后的第4天仍持續(xù)揮發(fā)。施肥后第9天, 各處理氨揮發(fā)通量保持在0.01～0.05 kg?hm?2?d?1, 到施肥后第12天揮發(fā)基本結(jié)束。

2.2 氨揮發(fā)累積量特征

不同處理下的土壤氨揮發(fā)累積量變化特征曲線(xiàn)形狀相似(圖2), 土壤氨揮發(fā)過(guò)程可分為兩個(gè)階段:前期(1～3 d)累積揮發(fā)迅速增加, 后期(3～9 d)揮發(fā)累積量增加緩慢。隨著灌水量的降低, 在同一施肥方式下, 土壤氨揮發(fā)最大累積量呈增加的趨勢(shì), 如BW2>BW1, IW2>IW1。當(dāng)灌水量相同時(shí), 不同施肥方式下的土壤氨揮發(fā)累積曲線(xiàn)差異表現(xiàn)為撒施處理氨揮發(fā)累積量均大于注射深施處理, 二者之間差異達(dá)顯著水平(P<0.05), 即: BW2>IW2, BW1>IW1。各時(shí)期氨揮發(fā)累積量變化趨勢(shì)基本相同, 均為BW2>BW1>IW2>IW1>CK。

圖2 不同施肥處理下梨園土壤不同施肥時(shí)期氨揮發(fā)累積量變化(6、8、9月分別為開(kāi)花期、前膨果期、后膨果期; CK、BW1、IW1、BW2、IW2含義見(jiàn)表2)Fig.2 Variations of volatile accumulation of ammonia in pear orchard soil under different fertilization treatments (June, August and September show the changes of ammonia volatilization fluxes in flowering period, pre- and post-expansion period.The meanings of CK, BW1, IW1, BW2 and IW2 are shown in the table 2)

表3為不同處理下的氨揮發(fā)累積量及損失率。從各個(gè)施肥時(shí)期來(lái)看, 氨揮發(fā)累積量順序?yàn)? 后膨果期>前膨果期>開(kāi)花期。CK處理作為土壤揮發(fā)本底，各時(shí)期施肥處理氨揮發(fā)損失率為0.06%～10.85% (平均3.5%)。

表3 不同時(shí)期不同施肥處理下梨園土壤氨揮發(fā)總累積量及損失率Table 3 Total ammonia volatile accumulations and loss rates of pear orchard soil under different fertilization treatments at different periods

開(kāi)花期常規(guī)處理BW1累積揮發(fā)量為2.42 kg?hm?2,占施氮量的1.44%; 而B(niǎo)W2 處理的累積揮發(fā)量最高,為3.81 kg?hm?2, 占施氮量的2.77%, 比BW1處理增加1.39 kg?hm?2的損失量; IW1、IW2處理顯著降低揮發(fā)排放, 與常規(guī)處理BW1相比，減排率分別為95.83%、90.97%。前膨果期BW2處理累積量同樣最高, 為6.03 kg?hm?2, 占施氮量的6.28% 。而注射處理IW1、IW2與常規(guī)處理BW1相比累積揮發(fā)量分別減少65.22%和74.70%, 差異均達(dá)顯著水平(P<0.05);而兩種注射處理之間減排效果沒(méi)有顯著差異。后膨果期揮發(fā)累積量為所有時(shí)期中最高, 其中BW2處理的累積揮發(fā)量最高, 為29.3 kg?hm?2, 占這一時(shí)期施氮量的10.85%; 其次為BW1處理, 揮發(fā)累積量為16.77 kg?hm?2; 注射處理IW1減排效果顯著, 減排率為60.39%, 而IW2處理減排效果較低, 為24.80%。

BW2 處理的總揮發(fā)損失量最高, 為39.14 kg?hm?2,BW1次 之, 為24.05 kg?hm?2, IW2為14.06 kg?hm?2,IW1最低, 為8.43 kg?hm?2, 注射施肥處理比撒施處理的損失量更低。注射施肥處理減排效果顯著, 減排率分別為64.95%和41.54%。而節(jié)水處理反而會(huì)增加氨排放。

2.3 不同處理下表層土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量和pH變化

試驗(yàn)結(jié)果表明(圖3a), CK處理的土壤銨態(tài)氮含量無(wú)明顯變化。常規(guī)灌溉的土壤表層銨態(tài)氮大于節(jié)水灌溉處理。注射深施IW1和IW2處理一直維持和CK處理相同的波動(dòng)趨勢(shì), 范圍為0～10 mg?kg?1, 這和深施處理下氨揮發(fā)速率一致, 均是在CK處理附近變化。撒施處理BW1和BW2土壤銨態(tài)氮含量的變化趨勢(shì)與氨揮發(fā)速率一致, 如開(kāi)花期(6月) BW1、BW2氨揮發(fā)在第1天達(dá)峰值, 其土壤銨態(tài)氮也在第1天達(dá)峰值, 分別為16.19 mg?kg?1和19.36 mg?kg?1。后膨果期撒施處理顯著提高土壤銨態(tài)氮含量, 其中BW1和BW2處理分別在施肥后第3 d和2 d出現(xiàn)累積峰值, 隨后逐漸降低, 在施肥后第7 d與CK處理沒(méi)有顯著差異。

研究表明, CK處理的表層土壤硝態(tài)氮含量不論哪個(gè)時(shí)期都是最低值, 且無(wú)明顯變化, 其他處理因?yàn)槭┓实木壒示S時(shí)間有明顯的變化。前膨果時(shí)期(圖3b), 撒施處理BW1、BW2表層土壤硝態(tài)氮含量隨著施肥后天數(shù)的增加逐漸增大, 注射施肥的變化幅度較小。開(kāi)花期和后膨果期表層土壤硝態(tài)氮含量均隨著時(shí)間延長(zhǎng)有增加的趨勢(shì), 且撒施處理大于注射處理。

試驗(yàn)區(qū)土壤為堿性土壤, CK 處理的土壤pH基本在8.0～8.5波動(dòng), 為本試驗(yàn)pH最大的處理。當(dāng)肥料施入土壤發(fā)生水解時(shí), 會(huì)消耗土壤中的H+, 使土壤pH升高。在大田試驗(yàn)中, 這一過(guò)程比較短暫, 較難捕捉, 如圖3c, 在施肥后的前3 d有一個(gè)短暫上升的過(guò)程。在土壤氨揮發(fā)后期, 3個(gè)時(shí)期的土壤pH均有下降的趨勢(shì)。

圖3 不同施肥處理下梨園表層土壤不同施肥時(shí)期施肥后 NH4+-N和NO3--N含量及pH的變化(6、8、9月分別為開(kāi)花期、前膨果期、后膨果期; CK、BW1、IW1、BW2和IW2含義見(jiàn)表2)Fig.3 Changes in NH4+-N and NO3?-N contents and pH of surface soil under different fertilization treatments at different periods(June, August and September show flowering period, pre- and post-expansion periods.The meanings of CK, BW1, IW1,BW2 and IW2 are shown in the table 2)

2.4 氨揮發(fā)期間土壤溫度、水分及空氣濕度變化

開(kāi)花期施肥后氣溫變化明顯, 施肥后的3 d降到本研究期的最低溫度20.1 ℃, 隨后溫度上升到21.3 ℃。兩個(gè)膨果期均保持在較高的溫度, 其中前膨果期在23.4～24.2 ℃間波動(dòng)變化, 后膨果期在22～23.5 ℃間波動(dòng), 且從施肥后的第5天開(kāi)始逐漸降低到22 ℃(圖4a)。

土壤水分隨時(shí)間先升高后逐漸降低, 在0.25%～0.45%間波動(dòng)。其中開(kāi)花期與后膨果期的兩種灌溉水平W1、W2的土壤水分差別不大, 而前膨果期的土壤水分表現(xiàn)為W1>W2 (圖4b)。

空氣濕度與土壤溫度變化趨勢(shì)相反, 開(kāi)花期隨時(shí)間變化明顯, 施肥后第4天濕度迅速上升, 達(dá)90%;前膨果期空氣濕度隨時(shí)間在60%～80%之間波動(dòng)變化; 后膨果期空氣濕度在施肥后前4 d緩慢下降到60%, 而后迅速上升到90%之后又緩慢下降到70%(圖4c)。

圖4 氨揮發(fā)期間土壤溫度、土壤水分及空氣濕度變化(圖a、b、c分別為土壤溫度、土壤水分及空氣濕度;6、8、9月分別為開(kāi)花期、前膨果期、后膨果期; W1為常規(guī)灌溉, W2灌水量為常規(guī)灌溉的70%。)Fig.4 Changes of soil temperature, soil moisture and air humidity during ammonia volatilization (figure a, b, c show soil temperature, soil moisture and air humidity; June, August and September show flowering period, pre- and post-expansion period.W1 means conventional irrigation; W2 means 70% conventional irrigation.)

相關(guān)性分析表明(表4), 土壤NH4+-N含量、pH、土壤溫度和土壤水分均與氨揮發(fā)呈正相關(guān)關(guān)系,NO3?-N含量和空氣濕度與氨揮發(fā)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。NH4+和NO3?(除IW2外)均達(dá)到極顯著水平(P<0.01);BW2處理與土壤水分達(dá)顯著水平(P<0.05)。

表4 不同施肥處理下梨園土壤氨揮發(fā)與各個(gè)因素的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of ammonia volatility under different fertilization treatments and factors

3 討論

3.1 不同水肥處理對(duì)氨揮發(fā)的影響

本研究梨園撒施肥處理(BW1、BW2)氨揮發(fā)速率峰值均出現(xiàn)在施肥后1～2 d, 注射處理(IW1、IW2)氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)在施肥后的第1～3 d, 較撒施處理略有延遲且峰值有明顯的降低。因?yàn)榉柿鲜┤胪寥篮笱杆偎鉃殇@態(tài)氮, 致使氨揮發(fā)大量產(chǎn)生[21], 而注射施肥可以延遲土壤表面銨態(tài)氮濃度的升高, 因此注射施肥能延遲氨揮發(fā)的產(chǎn)生, 并能明顯降低氨揮發(fā)的峰值, 與前人[18]研究一致。后膨果期土壤氨揮發(fā)速率的最大值(7.5 kg?hm?2?d?1), 是開(kāi)花期土壤揮發(fā)高峰期速率的6倍，這是由于后膨果期(270 kg?hm?2)的施氮量是開(kāi)花期(168 kg?hm?2)的2倍?？梢?jiàn)施肥量與施肥時(shí)期是影響土壤氨揮發(fā)的重要因素[22]。

當(dāng)施肥方式一致時(shí), 節(jié)水灌溉處理(BW2、IW2)土壤氨揮發(fā)速率均比常規(guī)灌溉處理(BW1、IW1)的土壤氨揮發(fā)速率大。造成這種現(xiàn)象的原因是灌水量的減少導(dǎo)致肥料在表層土壤累積, 未能隨著水分運(yùn)移到深層土體并被根系吸收, 尿素在土壤表面快速水解, 從而造成土壤氨揮發(fā)速率增大; 另一個(gè)原因是,灌水量的減少, 土壤濕度、含水量相比常規(guī)灌溉會(huì)更快地降低, 土壤溶液中NH4+濃度增大, 有利于氨氣向空氣中擴(kuò)散, 進(jìn)而造成土壤氨揮發(fā)速率增大。這與董文旭等[23]的研究結(jié)果一致, 即在土壤含水量較高時(shí), 銨態(tài)氮含量不是氨揮發(fā)的主導(dǎo)因素, 而水分是主要控制因素。

本研究結(jié)果表明, 根際注射施肥可顯著降低氨揮發(fā)損失累積量, 其減排率為60%以上。各處理氨揮發(fā)損失量分別為BW1 24.05 kg?hm?2、IW1 8.43 kg?hm?2、BW2 39.14 kg?hm?2和IW2 14.06 kg?hm?2,分別占肥料的3.03%、1.06%、4.94%和0.17%。果園傳統(tǒng)管理方式(BW1)氨揮發(fā)損失率為1.44%～6.21%(平均4.23%), 這與孫瑞峰等[22]和朱志軍[24]在對(duì)蘋(píng)果氮肥氨揮發(fā)損失率的研究結(jié)果基本一致。Yao等[25]在水稻(Oryza sativa)田的研究表明, 尿素深施處理的氨揮發(fā)通量和氨揮發(fā)損失率分別比表施處理下降91%和92%。本研究沒(méi)有達(dá)到90%的減排率, 因?yàn)槟媳狈酵寥浪釅A度等土壤理化性質(zhì)的不同, 氨揮發(fā)量一般是稻田高于旱地, 減排效果稻田要比旱地效果較優(yōu)[26]。Abascal等[27]在橄欖(Canarium album)果園使用與深埋機(jī)相結(jié)合的堆肥試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 只有少量的氮(7%的施氮量)流失到大氣中, 深埋施肥以限制氨揮發(fā)是提高肥料效率的有效方法。本研究中注射施肥處理氮損失量占施氮量的2%～5%, 相比深埋堆肥試驗(yàn)減排效果較優(yōu)。Sanz-Cobena等[28]研究了兩種不同的豬糞施用技術(shù)(即地面撒施和淺層注射)對(duì)西班牙中部土壤氨揮發(fā)的影響, 結(jié)果表明與地面施用相比, 淺層注入豬糞水的總氨排放量減少了46%～81%。而本研究注射施肥的最高減排率為64.95%, 相比Sanz-Cobena等[28]減排效果略有降低,可能是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)分解大量有機(jī)酸形成腐殖質(zhì), 抑制pH升高, 從而顯著抑制了土壤氨揮發(fā)[29]。水分是淋失的主要驅(qū)動(dòng)因子, 由于土壤膠體對(duì)NO3–-N吸附能力比較弱, 液體肥施用后緊接著的灌溉會(huì)導(dǎo)致氮淋溶到更深的土層[30]。本研究中的節(jié)水灌溉與注射施肥相結(jié)合的IW2處理可以解決由于果樹(shù)需水量大而引起的氮淋失的矛盾。有研究表明, 大田內(nèi)非飽和土和飽和土的氨損失不同[28,31], 所以應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐奶鞖夂屯寥罈l件, 以最大限度地發(fā)揮其減排潛力, 同時(shí)也盡量減少溫室氣體排放或淋溶的潛在負(fù)面影響。

3.2 土壤理化性質(zhì)與氣象因素對(duì)梨園氨揮發(fā)的影響

土壤氨揮發(fā)受多種因素的綜合影響, 而土壤表層中銨態(tài)氮含量是影響氨揮發(fā)速率的主要因素[32]。本試驗(yàn)證明注射施肥能顯著降低土壤表層銨態(tài)氮的含量。肥料施入土壤在酶的作用下迅速水解為銨態(tài)氮, 使土壤表面銨態(tài)氮含量迅速升高, 注射施肥使肥料在深層次土壤中水解, 使IW1和IW2處理表層銨態(tài)氮含量較低。本試驗(yàn)相關(guān)性分析表明, 氨揮發(fā)與銨態(tài)氮含量呈正相關(guān), 除IW2處理外均達(dá)極顯著水平(P<0.01)。丁闊[14]在新疆庫(kù)爾勒梨園的研究表明,土壤表層銨態(tài)氮含量與氨揮發(fā)呈極顯著正相關(guān), 與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn), 氨揮發(fā)速率峰值變化與土壤表層銨態(tài)氮含量峰值變化并不完全一致, 吳萍萍等[33]研究發(fā)現(xiàn), 銨態(tài)氮含量與氨揮發(fā)速率并不完全對(duì)應(yīng), 日氨揮發(fā)量還受其他因素影響。研究表明, 土壤表面硝態(tài)氮含量變化與氨揮發(fā)速率和銨態(tài)氮含量變化相反。注射處理較撒施處理土壤表層硝態(tài)氮含量變化峰值低, 說(shuō)明注射處理能有效降低土壤表層硝態(tài)氮含量。相關(guān)分析表明, 氨揮發(fā)速率與硝態(tài)氮含量呈負(fù)相關(guān), 除IW2處理外, 其余均呈極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。本研究各處理中只有IW2處理氨揮發(fā)速率與土壤表層硝態(tài)氮銨態(tài)氮含量相關(guān)性不顯著, 原因可能一是注射施肥通過(guò)施肥深度來(lái)降低土壤表層氮的含量, 阻隔了氨氣釋放到大氣中; 二是灌溉量的減少導(dǎo)致離子向上運(yùn)動(dòng)缺乏水分驅(qū)動(dòng), 使?fàn)I養(yǎng)元素更好地保留在根部土壤中[31]。

氨揮發(fā)期間, pH變化與氨揮發(fā)速率變化不一致且變化復(fù)雜。當(dāng)肥料施入土壤發(fā)生水解時(shí), 會(huì)消耗土壤中的H+, 使土壤pH升高[34]。在土壤氨揮發(fā)后期, 3個(gè)施肥時(shí)期的土壤pH均有下降的趨勢(shì), 這是由于土壤銨態(tài)氮在形成氨氣和發(fā)生硝化反應(yīng)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生H+, 使得土壤pH下降, 也因此后期氨揮發(fā)速率降低。注射施肥土壤pH值較撒施處理變化幅度較小,說(shuō)明注射施肥可以有效降低土壤表層pH變化。土壤表面pH與氨揮發(fā)進(jìn)行相關(guān)分析, 結(jié)果表明, 氨揮發(fā)與pH呈正相關(guān)。前人[35]研究表明, 氨揮發(fā)速率與pH 存在正相關(guān)關(guān)系, 與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

田間降雨、溫度、光照和風(fēng)速都會(huì)影響土壤氨揮發(fā)[36]。在華北平原7?8月是多雨季, 大田試驗(yàn)氨揮發(fā)受降雨的影響較大, 主要影響土壤溫度與水分的變化。BW1和BW2處理在第1天達(dá)到本追肥時(shí)期氨揮發(fā)速率最大值, 而第2天氨揮發(fā)速率出現(xiàn)明顯下降, 這是由于在試驗(yàn)區(qū)的第2天出現(xiàn)了降雨, 影響了土壤銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨氣的速率。施肥后的第3天氣溫回升, 太陽(yáng)輻射也隨之增大, 濕度降低(圖4),這些因素促進(jìn)肥料水解為銨態(tài)氮, 土壤中銨態(tài)氮的比例增加, 所以施肥后的第3天BW1和BW2處理氨揮發(fā)出現(xiàn)二次峰值[37]。相關(guān)性分析表明, 氨揮發(fā)與土壤溫度和土壤水分均呈正相關(guān)關(guān)系, 與空氣濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[38]。本研究中氨揮發(fā)與土壤溫度和空氣濕度相關(guān)性不顯著, 說(shuō)明二者對(duì)氨揮發(fā)有影響, 但并非主導(dǎo)因子。

4 結(jié)論

在河北晉州市果園, 采用根際注射與節(jié)水灌溉相結(jié)合的管理方法, 能夠有效地降低氨揮發(fā)的排放。與當(dāng)?shù)爻Ｓ玫墓芾矸椒ㄏ啾? 根際注射施肥減排率分別達(dá)64.95% (IW1)和41.54% (IW2), 且注射處理氨揮發(fā)受灌溉量影響比撒施處理受灌溉量影響較小。綜上所述, 在果園種植業(yè)中, 注射施肥+節(jié)水灌溉是減少氨素?fù)p失的有效措施之一。