氮肥減量配施鐵粉對稻麥輪作農(nóng)田活性氮損失的影響

龍亞歐,邱子健,胡明成,趙李佳,李天玲,高 南,妹尾啓史,申衛(wèi)收① (.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院/ 江蘇省大氣環(huán)境監(jiān)測與污染控制高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 0044;.南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院/ 國家生化工程技術(shù)研究中心,江蘇 南京 86:.日本東京大學(xué)大學(xué)院農(nóng)學(xué)生命科學(xué)研究科應(yīng)用生命化學(xué)專攻,日本 東京 -8657)

稻麥輪作是長江流域的主要種植方式,種植面積約為1.5×108hm2,占全球的10%左右[1]。我國農(nóng)田氮肥施用量大,在2019年達(dá)5.4×107t[2]。氮肥的大量施用造成土壤質(zhì)量退化,如土壤酸化、土壤肥力下降[3],進(jìn)一步降低了氮肥利用率,同時(shí)造成了嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)效應(yīng),例如氨揮發(fā)、N2O排放和礦物氮淋溶,加劇了空氣污染、全球變暖和面源污染,危害人體健康。

在氮肥施入農(nóng)田之后,氮逐漸水解為銨態(tài)氮,隨后以氨氣的形式從田面水層揮發(fā)到大氣中,這個(gè)過程在全球氨揮發(fā)中有著不可忽視的影響。農(nóng)業(yè)源氨氣的年揮發(fā)量約900萬t,農(nóng)田氮肥施用是主要來源之一[4],由施肥等農(nóng)業(yè)活動導(dǎo)致的氨揮發(fā)在農(nóng)業(yè)源氨揮發(fā)中占了接近40%的比例[5]。氨氣是大氣中唯一的堿性氣體,與二氧化硫和氮氧化物反應(yīng)生成二次顆粒物,是灰霾形成的催化劑和加速劑;氨氣的大量排放會加速灰霾形成、加劇空氣污染。

全球變暖一直是氣候變化的核心話題,自2021年在英國格拉斯哥召開《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第26次締約方大會(COP26)以來,尤為受到各國的廣泛關(guān)注。溫室氣體的輻射強(qiáng)迫在其中發(fā)揮重要作用[6],溫室氣體N2O在百年尺度上的增溫潛勢為相同濃度CO2的273倍,高強(qiáng)度的增溫潛勢使得它在全球變暖中尤為受到重視[7]。農(nóng)業(yè)土壤是全球人為活動排放的N2O最為重要的來源[8-9],農(nóng)田的每年N2O排放量占農(nóng)業(yè)活動N2O排放總量的42%左右[10]。我國氮肥用量大、種植強(qiáng)度高、農(nóng)田土壤N2O排放量大,面臨的減排壓力和挑戰(zhàn)十分巨大,關(guān)乎我國碳中和目標(biāo)的如期實(shí)現(xiàn)。

銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是土壤礦物態(tài)氮的主要形式,但是由于土壤膠體通常帶負(fù)電荷,銨態(tài)氮被土壤膠體所吸附;硝態(tài)氮由于帶負(fù)電荷不容易被土壤膠體所吸附,因而移動性較強(qiáng),在有大量水分的驅(qū)動下迅速向下淋溶,因此硝態(tài)氮是稻麥輪作農(nóng)田氮素?fù)p失的主要形式[11-12]。有研究表明,硝態(tài)氮淋溶會隨著施氮量的增加而升高[12-13]。硝態(tài)氮淋溶存在巨大的地下水污染風(fēng)險(xiǎn),直接危害人體健康。此外,礦物態(tài)氮進(jìn)入地表徑流也會造成水體富營養(yǎng)化,加劇面源污染。

氮素是作物生長發(fā)育所需的大量營養(yǎng)元素。農(nóng)田氮肥施用雖然增加了作物產(chǎn)量,但是長期不合理的施肥為生態(tài)環(huán)境帶來諸多負(fù)面影響[14-15]。盡管減少氮肥施用量可以削減其環(huán)境負(fù)效應(yīng),還可能帶來作物減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。因此,需要在作物產(chǎn)量與環(huán)境效益兩者之間尋求新的平衡,在保證作物產(chǎn)量的同時(shí)減少氮環(huán)境負(fù)效應(yīng)。生物固氮無疑是其中最為有效的途徑之一。生物固氮幾乎不消耗能源,也不會造成環(huán)境污染,因而開發(fā)利用微生物資源、強(qiáng)化生物固氮以減少化學(xué)氮肥的投入,一直是國際研究的焦點(diǎn)、熱點(diǎn)和難點(diǎn)。生物固氮是維持水稻田氮肥力水平的重要基礎(chǔ),在我國有幾千年利用生物固氮維持土壤肥力和水稻生產(chǎn)的歷史,例如水稻田光合細(xì)菌、浮萍等生物固氮和肥田。

長期以來,光合細(xì)菌和浮萍等水稻田生物固氮受到了廣泛關(guān)注。最近筆者發(fā)現(xiàn)水稻田δ變形菌綱鐵還原細(xì)菌可以固氮,添加鐵粉能明顯提高這類細(xì)菌的固氮水平[16-17]。水稻田土壤固氮基因(nifD)表達(dá)量的 70%以上均來源于這類具有固氮功能的鐵還原細(xì)菌。該研究以長江流域典型稻麥輪作農(nóng)田為研究對象,通過田間原位試驗(yàn)研究氮肥減量配施鐵粉(鐵還原菌的呼吸基質(zhì))對作物產(chǎn)量、氨揮發(fā)、N2O排放及硝態(tài)氮淋溶的影響,嘗試構(gòu)建基于新型生物固氮的綠色低氮稻作農(nóng)業(yè)技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

所選試驗(yàn)地位于江蘇省南京市六合區(qū)竹鎮(zhèn)鎮(zhèn)光華社區(qū)(32.58° N,118.69° E),屬于滁河流域境內(nèi),為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥,年降水量為941.6 mm,平均氣溫15.6 ℃,無霜期254 d。該地區(qū)是典型的稻麥輪作區(qū),試驗(yàn)地所選用的小麥種植品種為“鎮(zhèn)麥168”,水稻種植品種為“寧梗8號”,為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民普遍種植的小麥與水稻品種。該試驗(yàn)地土壤種類為馬肝土,質(zhì)地適中,通透性好。2019年布置田間原位試驗(yàn)時(shí)土壤基本理化性質(zhì)如下:土壤pH值為5.9,全氮含量為1.68 g·kg-1,速效鉀含量為108 mg·kg-1,有效磷含量為32 mg·kg-1,有機(jī)質(zhì)含量為25.4 g·kg-1[11]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理,分別為傳統(tǒng)施氮量100%N、傳統(tǒng)施氮量80%N、傳統(tǒng)施氮量80%N +Fe、傳統(tǒng)施氮量60%N、傳統(tǒng)施氮量60%N +Fe、不施氮0%N、不施氮0%N+Fe。2021年麥季傳統(tǒng)施氮量為247.5 kg·hm-2(以純N計(jì)),氮肥分2次施入田間,基肥、追肥分配比例為6∶4,磷肥和鉀肥用量分別為67.5 kg·hm-2(以P2O5計(jì))和76.5 kg·hm-2(以K2O計(jì)),磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入。2021年稻季傳統(tǒng)施氮量為315 kg·hm-2(以純N計(jì)),氮肥分3次施入田間,分別為基肥、第1次追肥和第2次追肥,比例為6∶3∶1,磷肥和鉀肥用量分別為60 kg·hm-2(以P2O5計(jì))和105 kg·hm-2(以K2O計(jì)),磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入。80%N處理在傳統(tǒng)施氮量基礎(chǔ)上減氮20%,60%N處理減氮40%,0%N處理不施氮肥。施用基肥時(shí),除了0%N與0%N+Fe處理外,每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)基肥的氮肥用量中包括1 000 kg·hm-2有機(jī)肥(7%N),剩余氮素由尿素補(bǔ)充;第1次和第2次追肥只施用尿素。施加鐵粉處理僅在2019年布置田間原位試驗(yàn)時(shí)一次性施入鐵粉(河北石家莊,純度w>99%)5 000 kg·hm-2。試驗(yàn)小區(qū)施氮量見表1。

表1 試驗(yàn)小區(qū)施氮量Table 1 Amount of N fertilizer applied in each experimental plot kg·hm-2

1.3 田間試驗(yàn)小區(qū)管理

田間試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理,每個(gè)處理4個(gè)重復(fù),共28個(gè)試驗(yàn)小區(qū),完全隨機(jī)區(qū)組排列。每個(gè)小區(qū)面積為20 m2,小區(qū)由田埂隔開防止水肥流失。在試驗(yàn)田挖鑿3條水渠,并設(shè)置專門進(jìn)出水口,試驗(yàn)田外圍設(shè)置保護(hù)行。試驗(yàn)小區(qū)在種植、灌溉和田間管理上和當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)管理方式保持一致。田間試驗(yàn)從2019年稻季開始,按照稻麥輪作的種植制度進(jìn)行。

1.4 氨氣的采集與測定

2020年12月11日播種小麥種子并施基肥,2021年2月25日追肥;2021年6月22日插秧并施基肥,7月19日第1次追肥,8月15日第2次追肥。在施基肥與追肥后通過密閉室間歇抽氣法采集氨氣,利用燃油抽氣泵驅(qū)動裝置類的氣體流動,安裝在土壤上方采集罩中的氨氣被置換掉,由換氣桿上方進(jìn)入的空氣接續(xù)填充,采集到的氨氣沿著抽氣方向流入洗瓶中,為硼酸吸收液所吸收,采集結(jié)束后將洗瓶帶回田間實(shí)驗(yàn)室,用確定濃度的稀硫酸進(jìn)行滴定。在每天07:00—09:00和14:00—16:00進(jìn)行田間氨氣采集,當(dāng)氨揮發(fā)基本停止時(shí)結(jié)束采集。

1.5 N2O的采集與測定

通過靜態(tài)暗箱法對溫室氣體進(jìn)行采集,暗箱材質(zhì)為PVC,箱體尺寸為50 cm50 cm60 cm,在頂部有開放小孔用于放置采樣溫度計(jì),側(cè)面有密閉式采樣口,在箱體下部有分離式底座,規(guī)格為60 cm×60 cm×30 cm。采樣時(shí)先將底座插入土壤中保持密閉,在底座上方槽內(nèi)注滿水液封密閉,再將箱體完整扣入凹槽內(nèi),在此后的0、15、30 min用帶針頭的針筒采樣器抽取氣樣注入到真空氣瓶內(nèi),同時(shí)記錄箱內(nèi)溫度。溫室氣體采集完成后,將樣品送回實(shí)驗(yàn)室,用氣相色譜儀(GC Agilent-7890B,Wilmington, Delaware, USA)測定,N2O濃度用電子捕獲探測器(ECD)定量,CH4濃度用火焰離子化檢測器(FID)定量。在施肥后1個(gè)月內(nèi)每3～5 d采樣1次,1個(gè)月后7～10 d采樣1次,每次的采樣時(shí)間為08:00—12:00,N2O排放達(dá)到本底值時(shí)結(jié)束采樣。

1.6 硝態(tài)氮的采集與測定

土壤滲濾液中硝態(tài)氮濃度通過埋管法測定。在各小區(qū)不同深度埋設(shè)滲漏管收集土壤滲濾液。滲漏管中填充石英砂,一般為硬質(zhì)塑料,厚度為1 cm,管壁有孔,孔徑約為 0.6 cm,外包尼龍網(wǎng)后埋于30、60、90 cm土層深度。稻田淹水條件下每隔1周采集1次,非淹水條件下每隔2～3周采集1次。滲漏管連接軟質(zhì)塑膠采樣管至地表10 cm以上,通過真空泵抽空殘余水后靜置,待滲漏管再充滿水后采集新水供無機(jī)氮濃度分析。采樣時(shí)軟質(zhì)塑膠采樣管插入底部,打開手提抽水泵抽取不同深度的滲濾液,并記錄滲濾液的體積,帶回實(shí)驗(yàn)室用分光光度法測定NO3--N濃度。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用IBM SPSS Statistics 21.0軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),采用方差分析(ANOVA)對結(jié)果進(jìn)行多重比較(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,n=4),采用最小顯著性差異法(LSD)對處理之間的統(tǒng)計(jì)差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn),并用Origin 2018軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥減量配施鐵粉對作物產(chǎn)量的影響

2021年施氮處理的麥季小麥產(chǎn)量比未施氮肥處理均有不同程度增加(P<0.05),80%N配施鐵粉處理的小麥產(chǎn)量較80%N處理提高了9.70%,100%N處理的小麥產(chǎn)量略低于80%N處理,但差異不顯著(圖1)。2021年施氮處理的水稻產(chǎn)量比未施氮肥處理均有不同程度的增加,水稻產(chǎn)量與施氮水平呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,減產(chǎn)幅度隨著減氮量的增加而增加,7個(gè)處理呈階梯狀排列。減氮20%后水稻產(chǎn)量比傳統(tǒng)施氮量降低14.44%(P<0.05),減氮20%配施鐵粉處理的水稻產(chǎn)量與100%N處理水稻產(chǎn)量相當(dāng)(P>0.05);減氮40%后水稻產(chǎn)量則降低32.46%(P<0.05)。減氮20%和40%配施鐵粉比相同水平氮肥用量處理水稻產(chǎn)量分別增加5.78%和13.94%。

同一幅圖中直方柱上方英文小寫字母不同表示處理間產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)。

2.2 氮肥減量配施鐵粉對農(nóng)田氨揮發(fā)的影響

由于麥季氨揮發(fā)較低,所以研究主要關(guān)注稻季氨揮發(fā)。稻季施基肥后,氨揮發(fā)峰值出現(xiàn)在前3 d內(nèi),其中傳統(tǒng)施氮量處理達(dá)到最大氨揮發(fā)峰值,為3.30 kg·hm-2·d-1(以N計(jì),下同)(圖2);減氮20%和40%后,峰值分別降低了26.67%和55.15%,氨揮發(fā)在施肥2周后低于檢測限。第1次追肥后氨揮發(fā)峰值同樣在前3 d出現(xiàn),傳統(tǒng)施氮量處理氨揮發(fā)達(dá)到最大峰值,為4.14 kg·hm-2·d-1,減氮20%和40%后峰值分別降低了19.81%和72.46%,氨揮發(fā)在1周后基本停止。

圖2 氮肥減量配施鐵粉對水稻田氨揮發(fā)通量的影響Fig.2 Effect of reduction in nitrogen fertilizer in combination with iron powder on ammonia volatilization flux from flooded paddy field plots

第2次追肥后,由于氮肥施用量明顯低于前2次,整體上未出現(xiàn)明顯的氨揮發(fā),僅傳統(tǒng)施氮量處理與減氮20%處理有微弱氨揮發(fā)峰值,分別為0.90和0.67 kg·hm-2·d-1。配施鐵粉對水稻田氨揮發(fā)峰值沒有明顯影響。氨累積揮發(fā)量隨施氮量降低而下降,兩者呈正相關(guān)關(guān)系(表2)。傳統(tǒng)施氮量處理氨累積揮發(fā)量最高,達(dá)26.67 kg·hm-2,減氮20%和40%后,氨揮發(fā)量分別減少40.12%和72.25%(P<0.05)。減氮20%和40%配施鐵粉相對于同水平氮肥處理沒有顯著影響累積揮發(fā)量。與傳統(tǒng)施氮量相比,減氮20%配施鐵粉顯著降低了氨累積揮發(fā)量與氨揮發(fā)強(qiáng)度(P<0.05),降低幅度分別為50.99%和47.41%。

表2 氮肥減量配施鐵粉對水稻田氨累積揮發(fā)量與氨揮發(fā)強(qiáng)度的影響Table 2 Effect of reduction in nitrogen fertilizer in combination with iron powder on cumulative ammonia volatilization and ammonia volatilization intensity from flooded paddy field plots

2.3 氮肥減量配施鐵粉對農(nóng)田N2O排放的影響

2021年麥季N2O排放峰值出現(xiàn)在溫度回升的3月中旬,氮肥減量配施鐵粉有降低N2O排放峰值的趨勢(圖3)。2021年稻季N2O脈沖式排放峰主要出現(xiàn)在烤田期內(nèi);減氮20%和40%配施鐵粉比同水平氮肥處理增加了N2O排放峰值,例如80%N和60%N配施鐵粉處理分別增加40.75%和91.95%;不施氮處理沒有出現(xiàn)明顯的N2O排放峰。

圖3 氮肥減量配施鐵粉對麥季和稻季N2O排放通量的影響Fig.3 Effect of reduction in nitrogen fertilizer in combination with iron powder on N2O flux from wheat and rice seasons

80%N配施鐵粉處理的麥季N2O累積排放量相較80%N處理顯著降低了78.16%(P<0.05),傳統(tǒng)施氮量處理的N2O累積排放量低于80%N處理(表3)。稻季N2O累積排放量隨施氮水平的降低而下降,呈正相關(guān)關(guān)系。其中以傳統(tǒng)施氮量處理的N2O累積排放量為最高,達(dá)312.44 g·hm-2;減氮20%和40%后,N2O累積排放量分別下降了41.06%(P>0.05)和62.71%(P<0.05)。減氮20%和40%配施鐵粉相對于同水平氮肥處理增加了N2O累積排放量(P>0.05),分別增加38.96%和15.75%。與傳統(tǒng)施氮量相比,減氮20%配施鐵粉處理降低了N2O累積排放量,降低幅度為18.27%,但無顯著差異。

表3 氮肥減量配施鐵粉對麥季與稻季N2O累積排放量的影響Table 3 Effect of reduction in nitrogen fertilizer in combination with iron powder on cumulative N2O emissions from wheat and rice seasons

2.4 氮肥減量配施鐵粉對水稻田硝態(tài)氮和銨態(tài)氮淋溶的影響

銨態(tài)氮淋溶量遠(yuǎn)低于硝態(tài)氮,礦物態(tài)氮淋溶以硝態(tài)氮為主(表4)。在60%N處理下,配施鐵粉增加了硝態(tài)氮淋溶,但其增長幅度隨著土壤深度的增加而降低;在80%N處理下,配施鐵粉處理土壤30 cm深度處硝態(tài)氮淋溶增加了12.88%,60 和90 cm深度處則分別降低了20.20%和19.26%。盡管統(tǒng)計(jì)差異不顯著,配施鐵粉還有增加土壤淺層滲濾液硝態(tài)氮淋溶量、降低深層滲濾液的硝態(tài)氮淋溶的趨勢。

表4 氮肥減量配施鐵粉對稻季硝態(tài)氮和銨態(tài)氮淋溶量的影響Table 4 Effect of reduction in nitrogen fertilizer in combination with iron powder on the leaching amounts of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen in flooded paddy field plots

2.5 氮肥減量配施鐵粉對水稻田氮損失的影響

氮損失主要包括氨揮發(fā)、N2O排放和硝態(tài)氮淋溶。無論配施鐵粉與否,氮損失量隨著氮肥用量的降低明顯下降,其中100%N處理氮損失量最大,其次為80%N和60%N處理,0%N處理最小(圖4)。硝態(tài)氮淋溶是稻季最主要的氮損失途徑,占總氮損失的72.4%～99.7%。盡管硝態(tài)氮淋溶損失隨著氮肥用量的增加而增加,但其在氮損失中的占比有所下降。氨揮發(fā)在氮損失中排第2位,隨著氮肥用量的增加,無論是氨揮發(fā)量還是損失占比均呈上升趨勢。N2O排放對水稻田氮損失幾乎沒有貢獻(xiàn)。80%N和60%N處理的N2O累積排放量比100%N處理分別顯著下降35.43%和61.42%(P<0.05)。配施鐵粉對氮損失沒有明顯影響。

直方柱上方英文小寫字母不同表示處理間氮損失差異顯著(P<0.05)。

3 討論

鐵是作物生長過程中必需的微量元素[18],也是土壤中普遍存在的氧化還原活性金屬元素[19]。鐵循環(huán)在農(nóng)田土壤中作為一種重要的生物地球化學(xué)過程發(fā)揮著不可忽視的作用。施用鐵肥也利于提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[20]。減少氮肥施用量之后會在很大程度上影響作物產(chǎn)量[21],有引起作物減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。李慶[22]進(jìn)行了堆肥與富鐵水稻栽培試驗(yàn),其中的2個(gè)作物品種有增產(chǎn)效果,增加幅度分別達(dá)26.4%與63.9%,表明外源FeCl3鐵的加入促進(jìn)了水稻生長。研究發(fā)現(xiàn)氮肥減量配施鐵粉可保證作物產(chǎn)量維持在和傳統(tǒng)施氮量處理同一水平上,這可能是因?yàn)橥庠磋F粉施入土壤后刺激了鐵還原細(xì)菌的生長、加強(qiáng)了生物固氮效應(yīng)[12,17]。即使在氮肥減量的情形下,也可保證作物氮素養(yǎng)分需求,在一定程度防控了氮肥減量帶來的作物減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn),在作物穩(wěn)產(chǎn)上具有積極影響。總體上看,減氮20%配施鐵粉在經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效應(yīng)的綜合統(tǒng)籌上更具可行性與競爭力。配施鐵粉刺激鐵還原細(xì)菌生長、增強(qiáng)其固氮活性的微生物生態(tài)機(jī)理值得進(jìn)一步探索。

硝化過程與反硝化過程在農(nóng)田土壤N2O產(chǎn)生、排放過程中具有至關(guān)重要的作用[27]。通常情況下,硝化過程在好氧環(huán)境下更易發(fā)生、進(jìn)行,反硝化過程在厭氧環(huán)境下更易進(jìn)行,當(dāng)這2個(gè)過程進(jìn)行程度不完全,N2O便會生成。農(nóng)田土壤N2O產(chǎn)生與排放受到很多因素的影響,例如土壤有機(jī)碳含量、pH值、銅濃度、溫度、水分含量、氧氣含量等。施加鐵肥后存在著N2O排放增加的趨勢[12,28]。研究發(fā)現(xiàn),相對同等氮肥水平處理,配施鐵粉增加了N2O排放量,這可能是加入鐵粉后影響了氮-鐵耦合過程的緣故。一方面,鐵循環(huán)與厭氧氨氧化的耦合間接促進(jìn)了反硝化過程,厭氧氨氧化與Fe3+還原耦合有利于反硝化過程[29];另一方面,Fe2+氧化細(xì)菌驅(qū)動硝酸鹽依賴的Fe2+氧化(NDFO過程)直接促進(jìn)了反硝化過程[30],產(chǎn)生N2O這種含氮形態(tài)的氣體[31-32]。

水稻田土壤硝態(tài)氮淋溶受多種因素的影響,包括肥料類型、用量和施用方式,降水、灌溉量或灌溉方式以及土壤理化性質(zhì)等?；瘜W(xué)氮肥的大量施入會加劇土壤硝態(tài)氮淋溶,并且隨著氮肥用量的增加而增加。隨著土壤深度的增加,硝態(tài)氮淋溶整體上呈現(xiàn)下降趨勢,一方面可能是由于排水、烤田活動使得水鹽向上運(yùn)移,另一方面可能由于根系吸收和土壤反硝化作用。減氮配施鐵粉也相應(yīng)減少了深層滲濾液硝態(tài)氮淋溶,氮肥減量可能是主要原因;還有可能是鐵還原細(xì)菌固氮促進(jìn)了水稻生長、進(jìn)而增加了氮的吸收利用。

在該研究中,硝態(tài)氮淋溶是最為主要的氮損失途徑,其次為氨揮發(fā);而銨態(tài)氮淋溶和N2O排放貢獻(xiàn)極小。當(dāng)然,通過反硝化損失特別是以氮?dú)庑问綋p失的氮沒有考慮在內(nèi),因?yàn)橐缘獨(dú)鉃榻K產(chǎn)物的反硝化損失可能對長江流域水稻田氮損失具有較大的貢獻(xiàn)?？傊?在傳統(tǒng)施氮量基礎(chǔ)上減氮20%配施鐵粉既能保證作物穩(wěn)產(chǎn),又能減少包括氨揮發(fā)、N2O排放與硝態(tài)氮淋溶等氮損失。配施鐵粉可能刺激了鐵還原細(xì)菌生長,進(jìn)而增強(qiáng)了其生物固氮活性,將為基于鐵還原細(xì)菌固氮構(gòu)建綠色低氮稻作農(nóng)業(yè)技術(shù)體系提供依據(jù)。

4 結(jié)論

減氮20%配施鐵粉具有穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的效果,可能是因?yàn)榕涫╄F粉刺激了鐵還原細(xì)菌的生長、增強(qiáng)了其固氮活性。氮肥減量明顯降低了氨揮發(fā)、N2O排放和硝酸鹽淋溶。減氮20%配施鐵粉顯著降低氨揮發(fā)量與氨揮發(fā)強(qiáng)度(P<0.05)。減氮20%配施鐵粉與相同氮水平處理相比,麥季N2O累積排放量顯著降低(P<0.05);與傳統(tǒng)施氮量相比,減氮20%配施鐵粉降低了稻季N2O累積排放量。減氮20%配施鐵粉也降低了土壤深層滲濾液硝態(tài)氮淋溶。因此,減氮20%配施鐵粉不僅可以起到作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的作用,還可以減少包括氨揮發(fā)、N2O排放和硝態(tài)氮淋溶的氮素?fù)p失,具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。