翻壓綠肥減施化肥對(duì)土壤氨氣排放的影響

李明娟，李正鵬，嚴(yán)清彪，毛小紅，萬 里，李爭(zhēng)光，韓 梅*

(1.青海大學(xué)，青海 西寧 810016; 2.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)設(shè)在青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)基地，海拔為2 300 m，氣候冷涼，屬高原大陸性半干旱氣候。年平均氣溫5.9 ℃，全年平均氣溫日較差為13.5 ℃；年平均降水量367.5 mm，其中5—10月的降水量為334.2 mm，占年降水量的90.9%；年均蒸發(fā)量為1 729.8 mm，是降水量的4.77倍；作物生長(zhǎng)期為220 d。試驗(yàn)區(qū)水源及灌溉條件非常方便，主要水源為北川渠。土壤類型為栗鈣土。取樣時(shí)的日平均風(fēng)速為0.69 m/s，日平均氣溫及降雨量見圖1。

圖1 取樣時(shí)的日平均氣溫及降雨量Fig.1 Daily mean temperature and rainfall at the time of sampling

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

供試小麥為青春38號(hào)早熟品種，毛葉苕子為土庫(kù)曼毛苕。

氨氣收集采用微區(qū)試驗(yàn)，于2020年6月至10月進(jìn)行，共設(shè)10個(gè)處理：毛葉苕子+100%化肥(F100+G)、毛葉苕子+85%化肥(F85+G)、毛葉苕子+70%化肥(F70+G)、毛葉苕子+55%化肥(F55+G)、毛葉苕子+0化肥(F0+G)、100%化肥(F100)、85%化肥(F85)、70%化肥(F70)、55%化肥(F55)、0化肥(F0)。100%化肥施用量為N 225 kg/hm2、P2O5112 kg/hm2，氮肥分2次施用，在6月29日翻壓毛葉苕子時(shí)進(jìn)行基施，7月29日進(jìn)行追施。基施與追施比為7∶3，毛葉苕子鮮草翻壓量30 000 kg/hm2(所含全氮含量為201 kg/hm2，全磷含量為15 kg/hm2，全鉀含量為141 kg/hm2)左右。微區(qū)面積為 4 m2，田間隨機(jī)排列，每處理設(shè)3次重復(fù)。供試土壤全氮含量為1.04 g/kg，堿解氮含量為83.33 mg/kg，pH為7.83。小麥播種期為6月29日，收獲期為10月9日。

1.3 研究方法

采用磷酸甘油-通氣法捕獲氨氣[13]。收集裝置由內(nèi)徑為15 cm，高為12 cm的PVC管制成。采集過程中分別將2塊厚度為2 cm，直徑為16 cm的海綿浸入15 mL磷酸甘油溶液(50 mL磷酸+40 mL丙三醇，定容至1 000 mL)后，置于PVC管中。下層海綿為氨氣吸收層，距管底5 cm；上層海綿為外部隔離層，與管頂部相平(圖2)。取樣時(shí)，將下層海綿取出，裝入寫好標(biāo)簽的500 mL塑料瓶中密封，同時(shí)換上另一塊剛浸過磷酸甘油的海綿，上層海綿根據(jù)干濕情況3～5 d更換1次。在放有海綿的塑料瓶中加入300 mL 2 mol/L的KCl溶液，使海綿完全浸入其中，振蕩1 h，留取浸提液，通過流動(dòng)分析儀測(cè)定浸提液中的銨態(tài)氮含量。6月29日采用分層施肥方法施用小麥基肥，并立即在各小區(qū)放置3個(gè)氨氣收集裝置，將其固定于小麥植株的間隙中，然后在施肥后的第1、2、3、4、5、6、7、10、13、20、28天取樣。7月29日采用灌溉施肥方法進(jìn)行小麥追肥，在施肥后的第1、2、3、4、5、6、7、10、13、20、28天取樣，之后隔16 d取一次樣，再隔12 d(小麥?zhǔn)斋@期)取最后一次樣。每次取樣在當(dāng)天8：00開始進(jìn)行，8：30結(jié)束。

圖2 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of test device

1.4 測(cè)定指標(biāo)

氨揮發(fā)速率：NH3-N=[M/(A×D)]/100

式中：NH3-N為土壤氨揮發(fā)速率[kg/(hm2·d)]，M為單個(gè)裝置測(cè)得的氨量(mg)，A為收集裝置的橫截面積(m2)，D為每次連續(xù)收集的時(shí)間(d)。

氨揮發(fā)系數(shù)：Ap(%)=[∑(NH3)F-∑(NH3)C]/NF×100

式中：Ap為外源氮的氨揮發(fā)系數(shù)(%)，∑(NH3)F為單位面積添加外源氮處理的氨累積排放量(kg/hm2)，∑(NH3)C為單位面積未添加外源氮處理的氨累積排放量(kg/hm2)，NF為單位面積添加的外源氮施用量(kg/hm2)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，再用SAS8.2軟件的One-way ANOVA程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan法，結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 基肥時(shí)期氨揮發(fā)速率的變化

由圖3可以看出，各處理的氨揮發(fā)速率動(dòng)態(tài)變化基本一致，在施肥后的前4 d，各處理的氨揮發(fā)速率逐漸下降后上升，在第4天出現(xiàn)峰值，第6天(7月5日)后隨著天數(shù)的增加氨揮發(fā)速率逐漸降低，至7月9日(施肥后第10天)各處理氨揮發(fā)速率基本保持一致。施肥后第4天出現(xiàn)峰值主要是因?yàn)楫?dāng)日的降雨量較高，而其余小高峰的出現(xiàn)與溫度和降雨量有關(guān)。

圖3 施用基肥后各處理土壤的氨揮發(fā)速率Fig.3 Ammonia volatilization rate of soil afterapplying base fertilizer

在施用基肥的取樣周期里，氨排放主要發(fā)生在施肥后的21 d內(nèi)。同一施氮水平下，翻壓毛葉苕子和不翻壓毛葉苕子處理間無顯著差異(P=0.116>0.05)，可見翻壓毛葉苕子對(duì)氨揮發(fā)速率沒有顯著影響；不同施氮水平下，處理中無論是否翻壓毛葉苕子，氨揮發(fā)速率均存在顯著差異(P=0.040<0.05)。

2.2 追肥時(shí)期氨揮發(fā)速率的變化

由圖4可以看出，追肥后的第1天，除F0+G、F100、F0處理外，其他處理氨揮發(fā)速率最大，隨后氨揮發(fā)速率迅速下降再逐漸降低，8月8日(施肥后第10天)氨揮發(fā)速率降低至相對(duì)較低的水平。第1天氨揮發(fā)速率最大，可能與采用灌溉施肥后尿素迅速水解釋放氨氣有關(guān)。在8月26日(施肥后第28天)氨氣的排放量已經(jīng)接近于0，最高的為F100處理，速率僅為0.009 kg/(hm2·d)，之后繼續(xù)降低，在小麥?zhǔn)斋@期(10月9日)各處理的氨揮發(fā)速率僅為0.001 3～0.003 2 kg/(hm2·d)。

圖4 追肥后各處理土壤的氨揮發(fā)速率Fig.4 Ammonia volatilization rate of soil after topdressing

同一施氮水平下，翻壓毛葉苕子和不翻壓毛葉苕子處理間無顯著差異(P=0.124>0.05)，可知翻壓毛葉苕子對(duì)氨揮發(fā)速率沒有影響；不同施氮水平下，處理中無論是否翻壓毛葉苕子，氨揮發(fā)速率均存在顯著差異(P=0.035<0.05)，可見施肥量是影響氨揮發(fā)速率的主要因子，隨著施肥量的增大，氨揮發(fā)速率明顯變大。

2.3 氨揮發(fā)總量的變化

兩次施肥后，氨揮發(fā)總量的變化如表1、表2所示。可以看出，同一施氮水平下，在基肥期間，翻壓毛葉苕子減施化肥處理的氨揮發(fā)累積量?jī)H與單施化肥相差0.032～0.140 kg/hm2，氨揮發(fā)系數(shù)相差0.038%～0.105%；而在追肥期間，單施化肥與翻壓毛葉苕子減施化肥的氨揮發(fā)累積量相差0.151～0.445 kg/hm2，氨揮發(fā)系數(shù)相差0.355%～0.198%。由此可見，是否翻壓毛葉苕子對(duì)氨揮發(fā)累積量影響不大，且差異不顯著(P>0.05)。在不同的施氮量下，不管是基肥時(shí)期還是追肥時(shí)期，氨揮發(fā)累積量均表現(xiàn)為隨著施氮量的增大，氨揮發(fā)累積量隨之變大，且各處理間的氨揮發(fā)累積量存在顯著差異(P<0.05)?；势陂g的氨揮發(fā)累積量為1.871～2.683 kg/hm2，追肥期間氨揮發(fā)累積量達(dá)到1.704～6.704 kg/hm2?；屎蟮陌睋]發(fā)累積量占小麥季氨揮發(fā)總量的28.395%～36.008%，而追肥后的氨揮發(fā)累積量占小麥季氨揮發(fā)總量的大部分，為63.992%～71.771%，追肥較基肥后的氨揮發(fā)累積量占小麥生長(zhǎng)季氨揮發(fā)總量的百分比高出35.597%～35.763%。這可能是因?yàn)榛什捎梅謱邮┓实姆椒?，追肥采用灌溉施肥的方法，灌溉施肥較分層施肥有利于氨揮發(fā)。

表1 施用基肥后各處理土壤氨揮發(fā)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)

表2 施用追肥后各處理土壤氨揮發(fā)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)

2.4 翻壓毛葉苕子配施不同比例化肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

從表3可看出，翻壓毛葉苕子配施不同比例化肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為F100>F70+G>F55+G>F85>F55>F85+G>F70>F100+G>F0+G>F0。其中,F100處理的產(chǎn)量最高，達(dá)3 800 kg/hm2，但其與F70+G處理的產(chǎn)量相比，并無顯著差異，這說明在翻壓毛葉苕子的情況下施用70%的化肥便可達(dá)到單施100%化肥的增產(chǎn)效果?？梢娫诒ＷC產(chǎn)量的前提下，通過翻壓綠肥的方式，減少肥料使用量，可達(dá)到增產(chǎn)的目的。在100%與85%施肥的條件下，翻壓毛葉苕子處理的小麥產(chǎn)量低于單施化肥，在70%、55%及0%的施肥條件下，翻壓毛葉苕子處理的小麥產(chǎn)量高于單施化肥。這表明在翻壓綠肥條件下，在一定范圍內(nèi)小麥產(chǎn)量隨著施肥量的增加而升高，但當(dāng)肥料施用量超過一定水平后，小麥產(chǎn)量隨著施肥量的增加而降低。

表3 不同處理的小麥產(chǎn)量

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不論基肥期間還是追肥期間，翻壓綠肥不會(huì)顯著影響氨排放，在相同的施氮水平下，翻壓毛葉苕子與不翻壓毛葉苕子的氨揮發(fā)累積量無顯著差異；在不同的施氮水平下，氨揮發(fā)累積量隨施氮量的增加而增加，各處理間存在顯著差異。在翻壓毛葉苕子的情況下，施用70%的化肥便可達(dá)到單施100%化肥的增產(chǎn)效果，且該處理下氨揮發(fā)累積量較單施70%化肥并未提高。