不同施肥類型下堿性塿土和酸性赤紅壤清江白菜種植的氨揮發(fā)特征及排放系數(shù)

趙瑞，馮雁輝，姚玲愛*，馬千里，高加乾，趙學(xué)敏

（1.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣州 510655；2.廣東天禾農(nóng)資股份有限公司，廣州 510080）

當前，農(nóng)田施肥導(dǎo)致的氨排放是大氣氨或銨鹽的重要來源之一[1-2]，而氨是形成細顆粒物（PM2.5）的重要前體物，對霧霾的形成起關(guān)鍵作用[3-5]。因此，研究農(nóng)田氨排放規(guī)律和影響因素對霧霾的防治具有一定的科學(xué)意義，對于氨減排措施的制定和實施具有一定的現(xiàn)實意義。我國農(nóng)田氨排放占到氨氣排放總量的50%左右[6-9]，影響農(nóng)田氨排放的因素有以下幾個方面，一是如氮肥類型在內(nèi)的氮肥自身固有特性[10-11]，二是如氣候（氣溫、濕度、光照和風(fēng)速等）[12-14]和土壤性質(zhì)（土壤類型和理化特性等）等環(huán)境因素[13，15-16]，三是如氮肥施用量和施用方式等種植模式[17-21]。諸多因素中土壤因素對農(nóng)田氨揮發(fā)具有重要影響，土壤因素中的土壤類型、土壤pH及其他理化性質(zhì)對土壤氮素的遷移轉(zhuǎn)化等都有深刻影響，進而影響農(nóng)田土壤氨揮發(fā)，所以農(nóng)田土壤pH的不同會導(dǎo)致農(nóng)田土壤氨揮發(fā)量的差異[22-23]。因此，核算酸性和堿性農(nóng)田土壤不同施肥類型下的氨排放量并估算氨排放系數(shù)，為我國氨排放清單的準確估算和大氣環(huán)境質(zhì)量的進一步提升具有積極意義。

目前，已有學(xué)者針對單一土壤類型對農(nóng)田氨排放系數(shù)的影響開展研究[23-24]，而關(guān)于不同區(qū)域土壤pH對農(nóng)田種植氨排放影響的研究較少。通常情況下，土壤pH 是影響菜地氨揮發(fā)的重要因素之一[11，22]，很多關(guān)于氨揮發(fā)模型的研究也均發(fā)現(xiàn)土壤pH是影響氨揮發(fā)量的重要因素之一[25-26]。我國地域遼闊，秦嶺-淮河以北以堿性土壤為主，秦嶺-淮河以南以酸性土壤為主，然而鮮見關(guān)于南方酸性土壤和北方堿性土壤氨揮發(fā)量及氨排放系數(shù)的對比研究。目前，關(guān)于土壤pH 的研究多局限于北方或者南方部分區(qū)域的土壤[13，27]，并且多以室內(nèi)恒溫模擬培養(yǎng)的方式研究單種氮肥類型氨揮發(fā)特征規(guī)律[28-29]。然而，在沒有作物吸收氮素養(yǎng)分的前提下得到的結(jié)論，其實際效果是需要通過田間試驗進一步研究論證的。因此，本研究以北方堿性土壤塿土和南方酸性土壤赤紅壤為研究對象，以清江白菜為試材，采用室外模擬場的方法探究北方堿性土壤和南方酸性土壤在不同施肥類型下土壤氨揮發(fā)特征和氨排放系數(shù)差異，估算不同施肥類型的氨揮發(fā)量關(guān)系，以期為核算區(qū)域氨排放量和進一步準確制定區(qū)域大氣污染控制策略提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于廣州市黃埔區(qū)（23°09′N，113°30′E），屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，具有夏長冬短、終年溫暖、偶有奇寒、無霜期長、四季宜耕的特點。年均降雨量2 247 mm，主要集中在4—9 月，這6 個月降雨量占全年的82%。年平均溫度為21 ℃，最冷月1月份平均氣溫為13.3 ℃，最熱月7 月份平均氣溫為28.4 ℃，氣溫年際變化較小。試驗期間，降雨量為310.13 mm，平均氣溫為24.8 ℃（圖1）。

圖1 監(jiān)測期間的氣溫和降雨Figure 1 Air temperature and precipitation during the monitoring period

1.2 試驗材料

供試蔬菜為全國常見、成活率高、便于水肥管理的清江白菜，此類蔬菜在塿土和赤紅壤上均有大量種植。

供試土壤為赤紅壤和塿土，基本理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗地點耕層土壤理化性質(zhì)Table 1 Physiochemical properties of experimental soils

供試肥料：尿素、碳酸氫銨、復(fù)合肥、有機肥、磷肥和鉀肥。各類肥料的有效成分含量等信息詳見表2。

表2 供試肥料基本信息Table 2 Basic information of test fertilizers

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 試驗裝置

本試驗采用室外模擬場的方法，即使用PVC 板制作長×寬×高為1.2 m×0.4 m×0.4 m的土槽，為使模擬狀態(tài)接近現(xiàn)實，在土槽底部設(shè)置20 個直徑為0.5 cm的滲漏洞，用于滲水。收集的土壤樣品按照0~20 cm和20~30 cm 的順序依次填入土槽，靜置1~2 個月，使土層自然沉降到穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3.2 試驗處理

2018年2—5月選擇廣東省廣州市黃埔區(qū)為試驗區(qū)域，期間廣州市平均氣溫大于20 ℃。選擇廣東省黃埔區(qū)的赤紅壤和陜西省楊凌區(qū)的塿土分別作為酸性和堿性土壤的研究對象，供試蔬菜為清江白菜，設(shè)置5 種氮肥施用類型處理，分別為不施肥、尿素、碳酸氫銨、復(fù)合肥、有機肥與尿素混施。開展正交試驗，設(shè)置土壤pH 類型為A 組，塿土（堿性土壤）為A1，赤紅壤（酸性土壤）為A2；施肥類型為B 組，不施肥為B0，尿素為B1，碳酸氫銨為B2，有機肥和尿素混施為B3，復(fù)合肥為B4，試驗共設(shè)置10 個處理，分別為A1B0、A2B0、A1B1、A2B1、A1B2、A2B2、A1B3、A2B3、A1B4和A2B4，每個處理設(shè)置4 個重復(fù)。清江白菜種植期間施1 次基肥，2 次追肥，采用當?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施氮量，基肥、第一次追肥和第二次追肥的施氮量分別占氮肥總量的60%、20%和20%。氮肥施用總量為200 kg·hm-2，基肥施氮量為 120 kg·hm-2，兩次追肥施氮量均為40 kg·hm-2[30]。對于施用尿素、碳酸氫銨、有機肥與尿素混施的處理組，同時施用與復(fù)合肥處理組同量的磷肥和鉀肥。基肥中磷、鉀肥與氮肥一起覆土溝施，施肥深度為8 cm，施氮肥后蓋土；第一次追肥氮肥撒施到土壤表面，第二次追肥采用撒施后灌水的施肥方式。田間水分管理采用當?shù)剞r(nóng)民傳統(tǒng)的澆灌方法，通常在清江白菜苗移栽當日澆水一次，之后每隔3~4 d澆水1次，或視土壤干濕狀況而定。

清江白菜采用育苗移栽的方式：于2018 年2 月14 日播種，塿土是 3 月 16 日施基肥，3 月 25 日第 1 次追肥，4 月 13 日第 2 次追肥；赤紅壤是 2018 年 3 月 16日施基肥，3 月 21 日第 1 次追肥，4 月 7 日第 2 次追肥。種植規(guī)格為行株距12 cm×15 cm。整個生育期67 d。統(tǒng)一灌溉、除草和噴灑農(nóng)藥防治病蟲害等田間管理。

1.4 測定方法

本試驗采用通氣法監(jiān)測氨揮發(fā)，該方法收集結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，測定結(jié)果的準確度和精確度高，回收率可達99.5%[31]。用PVC（聚乙烯硬質(zhì)塑料管）制成內(nèi)徑15 cm、高15 cm 的氨氣捕獲裝置，將兩塊厚度為2 cm、直徑為16 cm 的海綿均勻浸以15 mL 的磷酸甘油溶液（50 mL 磷酸+40 mL 丙三醇，定容至1 000 mL），置于硬質(zhì)塑料管中，下層海綿置于管中部，用于吸收土壤中揮發(fā)出來的氨；上層海綿與管頂相平，用于防止外界氣體污染。施肥后前6 d每日早上固定時間更換下層海綿，之后每3 d更換一次下層海綿，上層海綿每日更換一次，直到當日監(jiān)測結(jié)果與不施肥處理組相比無明顯變化為止。堿性土壤氨揮發(fā)監(jiān)測過程持續(xù)了35 d，酸性土壤的氨揮發(fā)過程共持續(xù)了28 d。整個監(jiān)測過程氨揮發(fā)裝置保持固定位置，每日僅更換海綿。下層海綿樣品用密封袋封好帶回實驗室，然后浸泡在300 mL 的1 mol·L-1氯化鉀溶液中浸提，浸提液中的銨態(tài)氮用靛酚藍比色法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

每日氨（NH3-N）揮發(fā)速率（kg·hm-2·d-1）=通氣法單個裝置平均每日測得的氨量（mg）/[捕獲裝置的橫截面積（m2）×每次連續(xù)收集時間（d）]×10-2

氨揮發(fā)累積量（kg·hm-2）即測定時期內(nèi)每日氨揮發(fā)量總和。

氨排放系數(shù)（%）=[施肥區(qū)氨揮發(fā)量（kg·hm-2）-不施肥處理氨揮發(fā)量（kg·hm-2）]/總施氮量（kg·hm-2）×100%

采用Excel 2010 計算試驗數(shù)據(jù)，用SPSS16.0 軟件進行單因素方差分析，用Duncan 法比較同種土壤不同施肥類型處理間在P=0.05 水平上的差異顯著性，用T 檢驗法比較兩種土壤同種施肥類型處理間在P=0.05水平上的差異顯著性，采用OringePro9.1繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酸堿性土壤的氨揮發(fā)特征

2.1.1 堿性土壤氨揮發(fā)速率變化

清江白菜施基肥后各施肥類型氨揮發(fā)速率日變化不明顯，不施肥（A1B0）、尿素（A1B1）、碳酸氫銨（A1B2）、尿素與有機肥混施（A1B3）和復(fù)合肥（A1B4）氨揮發(fā)速率 10 d 平均值分別為 0.005、0.011、0.007、0.008 kg·hm-2·d-1和0.008 kg·hm-2·d-（1圖2），氨揮發(fā)平均速率呈現(xiàn)A1B1>A1B4=A1B3>A1B2>A1B0，尿素處理組是不施肥氨揮發(fā)平均速率的2 倍，其他氮肥處理類型均與不施肥氨揮發(fā)平均速率接近。

第一次追肥期間，尿素（A1B1）和尿素與有機肥混施處理（A1B3）均在施肥后第3 天達到氨揮發(fā)的峰值，A1B1 和A1B3 處理的氨揮發(fā)速率峰值分別為0.62 kg·hm-2·d-1和0.59 kg·hm-2·d-1，分別占 18 d 氨揮發(fā)量的12%和13%；碳酸氫銨處理（A1B2）施肥后第1 天就達到氨揮發(fā)的高峰，氨揮發(fā)速率峰值為3.40 kg·hm-2·d-1，占 18 d 氨 揮 發(fā) 量 的 36%；復(fù) 合 肥 處 理（A1B4）的氨揮發(fā)速率則在施肥后第4天達高峰，峰值為0.46 kg·hm-2·d-1，占18 d 氨揮發(fā)量的16%。不同施肥類型處理 A1B1、A1B2、A1B3 和 A1B4 氨揮發(fā)速率18 d 的平均值分別為 0.30、0.53、0.25 kg·hm-2·d-1和0.16 kg·hm-2·d-（1圖2）。對比不同施肥類型下追肥1的氨揮發(fā)速率平均值，表現(xiàn)為A1B2>A1B1>A1B3>A1B4的規(guī)律（圖2）。

第二次追肥期間，各施肥類型氨揮發(fā)速率與基肥類似，日變化不明顯。不施肥（A1B0）、尿素（A1B1）、碳酸氫銨（A1B2）、尿素與有機肥混施（A1B3）和復(fù)合肥（A1B4）氨揮發(fā)速率10 d 平均值分別為0.008、0.011、0.013、0.017 kg·hm-2·d-1和 0.008 kg·hm-2·d-1（圖2），氨揮發(fā)平均速率呈現(xiàn)A1B3>A1B2>A1B1>A1B4=A1B0 的規(guī)律，但各施肥類型處理組氨揮發(fā)速率平均值與不施肥處理差別較小，其中復(fù)合肥處理組與不施肥處理氨揮發(fā)速率相同。

圖2 堿性土壤不同氮肥類型氨揮發(fā)速率Figure 2 Rate of ammonia volatilization under different fertilization types in alkaline soil

2.1.2 酸性土壤氨揮發(fā)速率變化

對于酸性土壤，清江白菜施基肥后各施肥類型氨揮發(fā)速率日變化也不明顯，監(jiān)測6 d 后已經(jīng)與不施肥處理組的氨揮發(fā)速率無顯著差異，不施肥（A2B0）、尿素（A2B1）、碳酸氫銨（A2B2）、尿素與有機肥混施（A2B3）和復(fù)合肥（A2B4）氨揮發(fā)速率10 d 平均值分別為 0.001、0.011、0.006、0.013 kg·hm-2·d-1和 0.006 kg·hm-2·d-1（圖3），氨揮發(fā)平均速率呈現(xiàn)A2B3>A2B1>A2B2=A2B4>A2B0，其中A2B3和A2B1氨揮發(fā)平均速率是 A2B0 的 10 倍左右，A2B2 和 A2B4 的氨揮發(fā)平均速率則是A2B0處理的6倍左右。

第一次追肥期間，A2B1 處理在施肥后第4 天達到氨揮發(fā)的峰值，為 0.15 kg·hm-2·d-1，占 17 d 氨揮發(fā)量的15.5%；A2B2處理施肥后第1天就達到氨揮發(fā)的高峰，為 3.20 kg·hm-2·d-1，占 17 d 氨揮發(fā)量的 60%；A2B3處理施肥后第6天氨揮發(fā)速率達到高峰，為0.27 kg·hm-2·d-1，占17 d 氨揮發(fā)量的24.9%；A2B4 處理的氨揮發(fā)速率則是在施肥后第10 天達高峰，為0.29 kg·hm-2·d-1，占 17 天氨揮發(fā)量的 19.6%；A2B1、A2B2、A2B3 和A2B4 氨揮發(fā)速率17 d 的平均值分別為0.06、0.34、0.07 kg·hm-2·d-1和0.02 kg·hm-2·d-1（圖3）。對比不同施肥類型下追肥1 的氨揮發(fā)速率平均值，表現(xiàn)為A2B2>A2B3>A2B1>A2B4的規(guī)律（圖3）。

圖3 酸性土壤不同氮肥類型氨揮發(fā)速率Figure 3 Rate of ammonia volatilization under different fertilization types in acid soil

第二次追肥期間，各施肥類型氨揮發(fā)速率與基肥類似，日變化不明顯。不施肥（A2B0）、尿素（A2B1）、碳酸氫銨（A2B2）、尿素與有機肥混施（A2B3）和復(fù)合肥（A2B4）氨揮發(fā)速率10 d 平均值分別為0.008、0.011、0.013、0.017 kg·hm-2·d-1和 0.008 kg·hm-2·d-1（圖3），氨揮發(fā)平均速率呈現(xiàn)A2B3>A2B2>A2B1>A2B4=A2B0 的規(guī)律，但各施肥類型處理組氨揮發(fā)速率平均值與不施肥處理差別較小，其中A2B4 復(fù)合肥處理與不施肥處理氨揮發(fā)速率相同。

2.1.3 酸堿性土壤氨揮發(fā)平均速率的比較

采用T 檢驗的方法分析堿性和酸性土壤同種氮肥類型氨揮發(fā)平均速率的差異（圖4），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了不施肥處理兩種土壤氨揮發(fā)速率無顯著差異外，其他施肥處理堿性土壤的氨揮發(fā)平均速率顯著高于酸性土壤（P<0.05）。

圖4 酸堿性土壤氨揮發(fā)平均速率Figure 4 Average rate of ammonia volatilization in acid and alkaline soil

2.2 酸堿性土壤氨揮發(fā)累積量變化特征

2.2.1 堿性土壤不同施肥時期氨揮發(fā)累積量變化

對比不同施肥時期的氨揮發(fā)累積量，各施肥處理組均呈現(xiàn)第一次追肥的氨揮發(fā)累積量最高（圖5），占全生育期氨揮發(fā)累積量的92%~97%，其中A1B1、A1B2、A1B3 和A1B4 施肥處理分別占當次氮肥施用量的13%、25%、12%和6%；基肥和第二次追肥的氨揮發(fā)累積量相對較低，分別占全生育期的1.4%~5%和1.3%~4.6%，基肥和第二次追肥各施肥類型處理組的氨揮發(fā)累積量分別占當次氮肥施用量的0.1%~0.2%和0.2%~0.6%。

對比不同施肥時期各施肥類型的氨揮發(fā)累積量，基肥時期各個施氮處理的氨揮發(fā)累積量之間差異不顯著，但第二次追肥A1B2、A1B3 和A1B4 施肥處理之間存在顯著差異，呈現(xiàn)A1B3>A1B2>A1B4 的趨勢。第一次追肥各施肥處理間也存在顯著差異，呈現(xiàn)A1B2>A1B1>A1B3>A1B4的趨勢（圖5）。

對比不同施肥方式下的氨揮發(fā)累積量，第一次追肥（表面撒施）單次施肥的氨揮發(fā)累積量高于第二次追肥（撒施后灌水）的氨揮發(fā)累積量和基肥（溝施覆土）的氨揮發(fā)累積量（圖5）。

圖5 堿性土壤不同施肥時期氨揮發(fā)累積量Figure 5 Accumulative ammonia emission relative to different fertilization periods in alkaline soil

2.2.2 酸性土壤不同施肥時期氨揮發(fā)累積量變化

對比不同施肥時期的氨揮發(fā)累積量，各施肥處理組均呈現(xiàn)第一次追肥的氨揮發(fā)累積量最高（圖6），占全生育期氨揮發(fā)累積量的85%~98%，其中A2B1、A2B2、A2B3和A2B4分別占當次氮肥施用量的3.4%、14.7%、2.2%和0.8%；基肥和第二次追肥的氨揮發(fā)累積量相對較低，分別占全生育期的0.6%~7.5%和1.3%~13.9%，基肥和第二次追肥各施肥類型處理組的氨揮發(fā)累積量分別占當次氮肥施用量的0~0.1%和0.1%~0.2%。

對比不同施肥時期各施肥類型的氨揮發(fā)累積量，基肥時期A2B1、A2B2 和A2B3 施肥處理之間差異不顯著，而A2B1 和A2B3 的氨揮發(fā)累積量則顯著高于A2B4；第二次追肥則是A2B1 處理氨揮發(fā)累積量顯著高于A2B3和A2B4，其他施肥類型之間則不存在顯著差異。第一次追肥則是A2B2 處理顯著高于其他處理，而其他處理之間差異不顯著，但與堿性土壤類似，也呈現(xiàn)A2B2>A2B1>A2B3>A2B4的趨勢（圖6）。

對比不同施肥方式下的氨揮發(fā)累積量，也呈現(xiàn)第一次追肥（表面撒施）單次施肥的氨揮發(fā)系數(shù)高于第二次追肥（撒施后灌水）和基肥（溝施覆土）的氨揮發(fā)系數(shù)（圖6）。

圖6 酸性土壤不同施肥時期氨揮發(fā)累積量Figure 6 Accumulative ammonia emission relative to different fertilization periods in acid soil

2.3 酸堿性土壤氨揮發(fā)累積量及氨排放系數(shù)比較

從清江白菜全生育期氨揮發(fā)累積量看（表3），堿性土壤尿素（A1B1）、碳酸氫銨（A1B2）、有機肥與尿素混施（A1B3）和復(fù)合肥（A1B4）處理的氨揮發(fā)累積量之間差異顯著（P<0.05），呈現(xiàn)A1B2>A1B1>A1B3>A1B4的趨勢，不同氮肥處理間氨揮發(fā)系數(shù)也表現(xiàn)為同樣的變化趨勢。不同施肥類型氨揮發(fā)總量和氨排放系數(shù)之間的比值關(guān)系A(chǔ)1B1∶A1B2∶A1B3∶A1B4為3∶5∶2∶1。

酸性土壤尿素（A2B1）、碳酸氫銨（A2B2）、有機肥與尿素混施（A2B3）和復(fù)合肥（A2B4）處理的氨揮發(fā)總量之間也呈現(xiàn)A2B2>A2B1>A2B3>A2B4 的趨勢，不同氮肥類型間氨揮發(fā)系數(shù)也表現(xiàn)為同樣的變化趨勢，但酸性土壤的碳酸氫銨（A2B2）的氨揮發(fā)量顯著高于其他氮肥（P<0.05），其他氮肥類型間氨揮發(fā)總量間差異不顯著。不同施肥類型氨揮發(fā)總量和氨排放系數(shù)之間的比值關(guān)系A(chǔ)1B1∶A1B2∶A1B3∶A1B4 為 3∶15∶3∶1（表 3）。

表3 酸堿性土壤氨揮發(fā)累積量及氨排放系數(shù)Table 3 Accumulative ammonia volatilization and ammonia volatilization coefficient in acid and alkaline soil

采用T 檢驗的方法分析堿性和酸性土壤同種氮肥類型氨揮發(fā)累積量的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相同氮肥類型處理呈現(xiàn)堿性土壤氨揮發(fā)累積量顯著高于酸性土壤，具體表現(xiàn)為 A1B1>A2B1（T=40.55，P<0.05），A1B2>A2B2（T=114.44，P<0.01），A1B3>A2B3（T=22.87，P<0.05），A1B4>A2B4（T=23.83，P<0.05）。堿性土壤各施肥處理氨揮發(fā)總量顯著高于酸性土壤，具體表現(xiàn)為堿性土壤尿素（A1B1）、碳酸氫銨（A1B2）、有機肥與尿素混施（A1B3）和復(fù)合肥（A1B4）處理氨揮發(fā)總量分別是酸性土壤 A2B1、A2B2、A2B3 和 A2B4 處理氨揮發(fā)總量的4.83、1.76、5.05倍和5.75倍（圖7）。

圖7 酸堿性土壤氨揮發(fā)累積量Figure 7 Accumulative ammonia emission relative to acidity and alkalinity soil

3 討論

3.1 不同氮肥類型對氨揮發(fā)的影響

本研究發(fā)現(xiàn)無論是堿性土壤還是酸性土壤，在相同的施氮量和施肥方式下，尿素B1、碳酸氫銨B2、尿素與有機肥混施B3 和復(fù)合肥B4 施用后的全生育期氨揮發(fā)量和氨揮發(fā)系數(shù)均呈現(xiàn)B2>B1>B3>B4 的趨勢，尿素和碳酸氫銨的氨揮發(fā)損失率比其他氮肥類型高。研究表明，尿素和碳酸氫銨是我國使用的主要氮肥類型，也是揮發(fā)量最大的兩種氮肥類型，施用碳酸氫銨后的氨揮發(fā)速率大于尿素[22，32]。本研究也發(fā)現(xiàn)第1 次追肥時采用表面撒施的方式施用碳酸氫銨后第1 天就會達到氨揮發(fā)速率高峰，而尿素則是在施用后第3、4 天達到氨揮發(fā)速率的高峰，其他研究也有類似的結(jié)果[33-34]。這是因為碳酸氫銨在所有氮肥中最易揮發(fā)，撒施到土壤表層后不需經(jīng)過轉(zhuǎn)化直接以銨根離子的形態(tài)存在，氨揮發(fā)非常迅速。而尿素需要經(jīng)過2~3 d 脲酶水解轉(zhuǎn)化為碳酸銨才能揮發(fā)，因此揮發(fā)速率相對碳酸氫銨小[22，28]。本研究發(fā)現(xiàn)尿素與有機肥混施處理組（比例為1∶1）氨揮發(fā)量相對單施尿素處理分別降低了14%（堿性土壤）和17%（酸性土壤），前人研究也發(fā)現(xiàn)增加氮肥中有機肥比例可有效降低氨揮發(fā)。賈明飛等[35]研究發(fā)現(xiàn)日光溫室番茄生產(chǎn)過程中，增施有機肥和減少氮肥用量的施肥方案氨揮發(fā)累積量較常規(guī)施肥方案分別降低8%~26%和14%~34%。郝小雨等[12]的研究表明，與傳統(tǒng)施肥相比，有機與無機肥配施可有效降低47.9%~50.0%的氨揮發(fā)損失。這是因為有機質(zhì)在分解過程產(chǎn)生的有機酸使土壤pH降低，有效阻止由尿素水解引起的土壤pH升高，同時增加的腐殖質(zhì)增強了土壤的吸附能力，可以起到抑制氨揮發(fā)的作用[10，36-37]。此外，有機肥配施氮肥能夠向土壤供應(yīng)充足的碳源和氮源，促進土壤微生物分解有機質(zhì)，而分解過程會將無機氮固定轉(zhuǎn)化成有機氮，從而減少了產(chǎn)生氨的無機氮數(shù)量，最終降低氨揮發(fā)損失量[23]。此外，用有機肥替代部分化肥后，減少了無機氮的投入量，進而導(dǎo)致土壤銨態(tài)氮相對降低，能夠明顯降低氨揮發(fā)損失量。本研究發(fā)現(xiàn)堿性土壤復(fù)合肥施用后氨揮發(fā)量相比尿素和碳酸氫銨處理分別減少60%和78%，酸性土壤復(fù)合肥施用后氨揮發(fā)量相比尿素和碳酸氫銨處理分別減少66%和93%，相比添加有機肥，施用復(fù)合肥的減排效果更明顯。究其原因，可能在于復(fù)合肥不同于尿素和碳酸氫銨的氮素形態(tài)，以及施用后對土壤銨離子的濃度影響受制于水解或者酶解的速度[33]。從氨揮發(fā)損失率看，酸性塿土呈現(xiàn)碳酸氫銨>尿素>尿素與有機肥混施>復(fù)合肥的規(guī)律，堿性土壤也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律，表明復(fù)合肥是氨揮發(fā)風(fēng)險較低的氮肥類型。

3.2 基肥和追肥氨揮發(fā)的差異

從清江白菜不同施肥時期看，堿性土壤清江白菜種植全生育期的氨揮發(fā)量90%以上來自第一次追肥，剩余10%左右來自于基肥和第二次追肥的氨揮發(fā)量；酸性土壤清江白菜種植全生育期的氨揮發(fā)量85%以上來自于第一次追肥，15%左右由基肥和第二次追肥貢獻。對于酸性和堿性土壤，基肥的施肥量比第一次追肥多20%，然而不同施肥處理尿素、碳酸氫銨、尿素與有機肥混施和復(fù)合肥的氨揮發(fā)量卻比第一次追肥少95%~96%、98%~96%、91%~96%和98%~95%。第二次追肥的施氮量與第一次追肥相同，而不同施肥處理尿素、碳酸氫銨、尿素與有機肥混施和復(fù)合肥的氨揮發(fā)量卻比第一次追肥降低了93%~97%、94%~99%、95%~99%和88%~98%。這主要是施肥方式的差異，本次基肥是采用溝施覆土的施肥方式，施肥深度為8 cm 左右。有研究發(fā)現(xiàn)氨揮發(fā)量會隨著施肥深度的增加而降低[38]。與項目組前期研究結(jié)果（酸性土壤尿素溝施覆土氨揮發(fā)損失率7%）相比[21]，本次研究酸性土壤基肥階段氨揮發(fā)速率（尿素溝施覆土氨揮發(fā)損失率0.6%）非常低，可能與溝施覆土的深度有關(guān)，前期溝施覆土深度為2~3 cm，而本次深度則為8 cm。有學(xué)者在酸性土壤上的研究發(fā)現(xiàn)尿素表施的氨揮發(fā)損失率為50%，每深施1 cm 可減少7%的氨揮發(fā)損失率，當施肥深度大于7.5 cm 時，氨揮發(fā)損失可忽略不計[39-40]。ROCHETTE 等[39]和張翀等[41]研究均發(fā)現(xiàn)尿素深施比表面撒施可減少90%左右的氨揮發(fā)，具有很好的減排效果。另外，基肥施用前期的大量降雨（第4、5天兩天降雨量達到268 mm）也可能是造成其氨揮發(fā)速率低的關(guān)鍵因素。研究表明，當土壤較為干燥時，少量降雨或灌溉會加速尿素的水解，同時還會阻礙空氣進入土壤，抑制氨氧化過程的發(fā)生，增加液相中銨根離子所占氮素的形態(tài)比，進而促進氨揮發(fā)，增加氨揮發(fā)損失量。但當降雨量或者灌溉水量較大時，尿素在水解前會隨水下滲到深層土壤中，增加了土壤顆粒對銨態(tài)氮的吸附概率或者被作物吸收的概率，從而抑制土壤中的氨揮發(fā)[12-13，15，19]。本試驗中，第二次追肥期間采用撒施后灌溉的施肥方式，可能與灌溉水量大，有利于肥料隨水下滲到深層土壤導(dǎo)致氨揮發(fā)速率降低有關(guān)，這也與項目組前期研究結(jié)果一致。有學(xué)者綜合大量研究結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)氮肥深施或者表施后灌水均是減少氨揮發(fā)的有效措施，分別能降低55%和35%的氨揮發(fā)損失[42]。由此可見，氮肥深施和表施后灌水可以作為塿土和赤紅壤農(nóng)業(yè)種植氨減排的有效措施。

3.3 酸性和堿性土壤氨揮發(fā)的比較

土壤pH 是影響菜地氨揮發(fā)的重要因素之一[22，43]。研究表明，土壤 pH 和 H+的緩沖能力是影響氮肥氨揮發(fā)的一個主要因子。堿性條件有利于水溶態(tài)NH3的形成，進而促進氨揮發(fā)。酸性或中性條件下H+濃度較高，會降低水溶態(tài)NH3的產(chǎn)生，提高的濃度，進而抑制氨揮發(fā)[44]。在氣溫25 ℃、pH 值為6.0 時土壤液相的氨氮比例很低，僅占氨氮和銨根離子的0.06%，氨揮發(fā)潛力非常弱[15]；另外，酸性土壤由于土壤pH 較低，對氨具有較強的中和、吸附作用，其氨揮發(fā)損失一般較低。土壤高pH有利于銨根離子向氨氣的轉(zhuǎn)化，能夠促進氨揮發(fā)[45]。有研究發(fā)現(xiàn)pH 為7.3~8.5的土壤氨揮發(fā)量比pH 為5.5~7.3的土壤高39%[29]。還有研究發(fā)現(xiàn)，在土壤pH 介于6~8 時，每增加一個pH 單位，-N 含量占其總量的比例約增加10 倍，當土壤pH 介于8~9 時，又增加5~10 倍。土壤中氨的揮發(fā)速率也隨著表層土壤-N 濃度的增大而增加[22]。在相同的環(huán)境和施肥處理條件下，本研究發(fā)現(xiàn)施肥后堿性土壤（塿土）的氨揮發(fā)累積量和氨揮發(fā)系數(shù)都顯著高于酸性土壤（赤紅壤），堿性土壤A1B1、A1B2、A1B3 和A1B4 處理的氨揮發(fā)量和氨揮發(fā)系數(shù)分別是酸性土壤的 4.89、1.76、5.05 倍和 5.75 倍，充分說明酸性土壤氨揮發(fā)損失率小于堿性土壤。另外，相比環(huán)保部《大氣氨源排放清單編制技術(shù)指南》針對堿性土壤（20~30 ℃，尿素16.66%，碳酸氫銨7.84%）和酸性土壤（20~30 ℃，尿素4.50%，碳酸氫銨3.52%）氨排放系數(shù)，本研究結(jié)果堿性土壤（20~30 ℃，尿素2.73%~3.03%，碳酸氫銨5.27%~5.31%）整體偏低。一方面是施肥方式的影響，本研究基肥采取的是溝施覆土的施肥方式，基肥的施氮量占40%，但氨氣揮發(fā)量卻僅占全生育期氨揮發(fā)量的7.5%以下；第二次追肥采用的是表面撒施后灌水的施肥方式，施氮量與第一次追肥相同，但氨氣揮發(fā)量卻僅占到全生育期氨揮發(fā)累積量的14%以下，氮肥深施和表施后灌水都會減少氨揮發(fā)，從而降低了氨揮發(fā)系數(shù)。另一方面，通氣法可能由于收集裝置的空間狹小，限制了空氣正常流通，進而低估了氨氣的揮發(fā)[24，46]，所以后續(xù)采用多樣化的監(jiān)測方法，有助于對酸性和堿性土壤氨揮發(fā)系數(shù)的進一步優(yōu)化。另有研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH 相近但土壤質(zhì)地不同也會導(dǎo)致氨揮發(fā)系數(shù)的差異，例如砂姜黑土因其黏性較高與粉砂土壤相比氨揮發(fā)量低很多，后續(xù)研究也需關(guān)注土壤質(zhì)地對氨揮發(fā)影響的差異。此外，本研究所用的塿土主要分布于陜西省的關(guān)中平原，該區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶櫦撅L(fēng)氣候，年均溫12~14 ℃，年均降雨量530~750 mm[47]，與試驗地所在區(qū)域氣候差異較大，可能與塿土實際所在區(qū)域氨揮發(fā)情況存在差異，后續(xù)研究需要關(guān)注并根據(jù)氣候差異調(diào)整塿土的氨揮發(fā)系數(shù)。

4 結(jié)論

（1）清江白菜種植過程中的氨揮發(fā)幾乎全部來自追肥，追肥期間堿性土壤氨揮發(fā)累積量占全生育期氨揮發(fā)累積量的97%~98%，酸性土壤氨追肥期揮發(fā)累積量占全生育期氨揮發(fā)累積量的99%。

（2）堿性土壤（塿土）不同施肥處理氨揮發(fā)累積量之間差異顯著（P<0.05），碳酸氫銨和尿素是氨揮發(fā)量較大的兩種施肥類型，復(fù)合肥是氨揮發(fā)風(fēng)險較低的施肥類型；酸性土壤不同施肥處理中碳酸氫銨是氨揮發(fā)量最大的施肥類型，其他氮肥處理氨揮發(fā)差異不顯著。

（3）20~30 ℃氣溫條件下，堿性土壤各施肥處理的氨揮發(fā)累積量顯著（P<0.05）高于酸性土壤各施肥類型的氨揮發(fā)累積量。

（4）根據(jù)本研究結(jié)果，推薦塿土和赤紅壤農(nóng)業(yè)種植過程中采用氮肥深施和表施后灌水的施肥方式，同時采用氨揮發(fā)風(fēng)險較低的氮肥類型，可以有效降低氨揮發(fā)損失。