湖南典型双季稻田氨挥发对施氮量的响应研究

2013-10-16石丽红田发祥1霍莲杰纪雄辉

植物营养与肥料学报 2013年5期

关键词：双季稻晚稻早稻

朱坚，石丽红，田发祥1,，霍莲杰，纪雄辉*

(1湖南省土壤肥料研究所, 湖南长沙 410125； 2 中南大学隆平分院，湖南长沙 410125；3 农业部长江中游平原农业环境重点实验室，湖南长沙 410125)

湖南典型双季稻田氨挥发对施氮量的响应研究

朱坚1,3，石丽红2,3，田发祥1,2,3，霍莲杰1,3，纪雄辉2,3*

(1湖南省土壤肥料研究所, 湖南长沙 410125； 2 中南大学隆平分院，湖南长沙 410125；3 农业部长江中游平原农业环境重点实验室，湖南长沙 410125)

双季稻田；施氮量；氨挥发

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

试验地点为湖南省长沙县干杉乡干杉社区下大屋组的双季稻田。区内年平均降水量为1400 mm，主要集中在春季和夏季。年平均温度为16.8℃，最高和最低月平均温度分别为28.9℃(7月)和4.7℃(1月)。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥。

1.2 测定项目和方法

试验选择湖南典型双季稻田作为供试土壤，其20 cm土层土壤基本化学性状为有机质37.70 g/kg、全氮1.92 g/kg、铵态氮17.10 mg/kg、硝态氮0.33 mg/kg、全磷0.64 g/kg、有效磷12.60 mg/kg、速效钾154.70 mg/kg， pH 5.77。土壤有机质用重铬酸钾容量法测定，pH用电位法测定，全氮用凯氏定氮法测定，铵态氮和硝态氮用2.0 mol/L氯化钾浸提流动注射仪分析，全磷、有效磷用钼锑抗显色—紫外分光光度法分析，速效钾用火焰光度计分析。

1.3 试验设计

试验设6个处理(表1), 三次重复，共计18个小区，随机区组排列，小区面积6.0 m×5.0 m = 30.0 m2，四周设保护行，小区间起垄隔开。插秧密度为13.3 cm × 20.0 cm (294666 蔸/hm2，26×34=884 蔸/小区)，每蔸2株。早稻于3月26日播种，4月27日移栽，7月9日收获；晚稻于6月20日播种，7月18日移栽，10月19日收获。水分管理为分蘖和乳熟期两次晒田，收获前期稻田自然落干，其余时间保持田间覆水，病虫害防治等管理措施与当地一致。各处理早、晚稻基肥和追肥的施用量及施用方法见表1，其中碳铵、过磷酸钙和氯化钾做基肥一次施入，尿素做追肥施入。

表1 各处理早、晚稻施肥量和施肥方法Table 1 Fertilizer application rate and method in the early and late cropping seasons

注(Note): 碳铵N含量17%、尿素N含量46%、过磷酸钙P2O5含量12%、氯化钾K2O含量60%，表中施肥量数字代表肥料养分量N contents of ammonium bicarbonate and urea are 17% and 46% respectively, P2O5content of calcium superphosphate is 12%, and K2O content of potassium chloride is 60%. Data in the table are nutrient amounts of the fertilizers.

1.4 小区管理

早、晚稻品种为当地大面积推广的湘早24号和岳优360。各小区均设有单独的排水口和进水口，灌溉用水为附近河流水，灌溉时间一般为傍晚。生长期内保证长期淹水，分蘖盛期轻微晒田(土壤略开裂)，成熟期晒田。

1.5 监测方法

图1 氨挥发测定装置示意图Fig.1 The sketch map of ammonia volatilization measuring equipment

1.6 数据处理

数据采用Excel 2003和DPS 3.1.0.1软件进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 双季稻田氨挥发动态

2.2 双季稻田氨挥发损失量分析

图2 不同施氮量处理的氨挥发动态Fig.2 The dynamic change of ammonia volatilization in different fertilizer treatments

稻季Riceseason处理Treatment总施氮量N⁃fertilizers氨挥发量与损失率AmountandrateofNH3volatilization基肥Basaldressing追肥Topdressing总量Total早稻EarlyriceN002．30±0．03f3．60±0．19f5．90±0．22fN1112．523．11±0．79(26．4)e15．19±0．64(34．3)e38．31±1．43(28．8)eN215045．42±0．63(41．1)d20．25±0．92(37．0)d65．67±1．56(39．8)dN3187．555．26±2．73(40．4)c29．95±0．20(46．8)c85．20±2．92(42．3)cN422563．47±1．66(38．8)b41．18±3．86(55．7)b104．64±5．52(43．9)bN530086．48±0．74(40．1)a51．49±1．57(53．2)a137．97±2．31(44．0)a晚稻LatericeN005．57±0．15f4．50±0．09f10．07±0．24fN113554．23±2．04(51．5)e20．62±2．26(39．8)e74．85±5．93(48．0)eN218070．77±2．23(51．7)d23．64±0．09(35．5)d94．42±2．32(46．9)dN3225103．99±3．66(62．5)c36．52±1．38(47．4)c140．51±5．05(58．0)cN4270130．67±0．73(66．2)b51．35±1．71(57．8)b182．02±2．44(63．7)bN5360169．13±7．19(64．9)a70．21±3．46(60．8)a239．34±10．65(63．7)a

注(Note): 括号中的数值代表氨挥发损失占该时期施肥量的百分数 The values in parentheses indicated the percentage of the NH3volatilization to N fertilizer applying amount；小写字母表示处理间LSD多重比较差异性显著(P<0.05) Values followed by different letters in the same column are significant among the treatments at the 0.05 level according LSD MRT.

3)双季稻从2012年双季稻来分析，以农民习惯施氮量(早稻150.00 kg/hm2、晚稻180.00 kg/hm2)为例，早、晚稻通过氨挥发损失的总氮量为161.09 kg/hm2，损失率达43.7%。结合表2的分析，湖南双季稻田氨挥发总量随施氮量的增加显著增加，早稻季当施氮量超过112.50 kg/hm2时，氨挥发率明显增高；晚稻季当施氮量超过180.00 kg/hm2时，氨挥发率明显增高。进一步对施氮量与氨挥发量的关系进行关联分析(图3)，发现氨挥发总量与施氮量之间存在显著的指数线性关系(早稻r=0.9838**，n=18；晚稻r=0.9692**，n=18)，当早、晚稻施氮量分别超过112.50 kg/hm2与180.00 kg/hm2时，随施氮量的增加，氨挥发量呈指数增加，氨挥发总量将跃增。这与叶世超在砂土和壤土上的研究结论相似[13]。

图3 氨挥发损失总量与施氮量的关系Fig.3 Relationship of total NH3 volatilization and nitrogen application rate

2.3 氨挥发的影响因素

图4 不同施氮量处理的田面水浓度动态Fig.4 The dynamic change of N-N contents in surface water in different fertilizer treatments

图5 不同施氮量处理的田面水pH动态Fig.5 The dynamic change of pH in surface water in different fertilizer treatments

2.3.2 田面水pH对氨挥发的影响

2.3.3 气候条件对氨挥发的影响气温、降雨等气候因素对氨挥发有很大的影响。低温、强降雨会抑制氨的挥发和转移。本试验中早稻基肥后发生5次降雨事件(图6-A)，特别是第4天的强降雨，导致田面水迅速升高、气温迅速降低，这是导致早稻基肥后第4天氨挥发速率降低的主要原因。随着降雨转停及气温回升，氨挥发速率又逐渐回升(图2)。追肥后前2天的气温较高，超过了30 ℃，促进了尿素的分解和氨挥发的发生。追肥第3天后出现2次较大的降水，导致田面水升高，温度迅速降低至20 ℃左右，导致了后期氨挥发速率迅速降低。

图6 2012年氨挥发期间的气温和降雨量Fig.6 Air temperature and rainfall during ammonia volatilization period in 2012

3 讨论

氨挥发强度与土壤水溶液中铵离子浓度和pH有关，本试验中，基肥施氮后短期内引起田面水的铵离子浓度指数增长，pH也与施氮量呈显著线性相关，导致了氨挥发量随施氮量呈指数升高。这可能是由于土壤对铵离子的吸附存在一个阈值，在等同的土壤耕作条件下，过多施氮超过土壤吸附能力后将导致氨挥发急剧增加。本研究表明，早稻施氮量超过112.5 kg/hm2，晚稻施氮量超过180.0 kg/hm2时，稻田氨挥发率明显增高，因此，该施肥水平可作为控制稻田氨挥发的施氮阈值。不同施肥方式上，在水稻的生长过程中，由于不同时期的气温以及作物的长势影响，导致不同时期施用氮素的氨挥发结果不同[17]。有研究[18]表明，水稻生长前期，由于根系尚不发达，同时植株在田间的分布较稀疏，有利于氨挥发损失。黄进宝[19]、叶世超等[13]在太湖黄泥土稻田上的研究结果表明，追肥氨挥发率要大于基肥。邓美华[20]报道称基肥氨挥发率大于追肥。本试验中，除N2处理外，早稻追肥氨挥发率要大于基肥氨挥发率，而晚稻基肥氨挥发率大于追肥。综合分析认为，早稻追肥期间温度逐步上升，加之肥料表面撒施，未能与土壤充分接触，导致了早稻追肥的氨挥发率要高于基肥[21]；晚稻季温度较高，极大地促进了基肥碳铵的氨挥发损失，而对追肥尿素的氨挥发影响较小(表3)，故晚稻基肥氨挥发率大于追肥。

湖南双季稻田氮素损失途径主要有径流、淋溶、反硝化和氨挥发等。前人研究表明，常规施肥条件下氮素径流、淋溶和反硝化损失的氮分别占施氮量的2.7%、2.3%和0.5%[25-27]。而本试验得出双季稻田氨挥发率为43.7%。可见，氨挥发是导致该地区氮素损失量大、氮素利用率低的主要途径。因此，控制氨挥发损失是提高氮素利用率的关键，前人探索了改进施肥技术[28](如粒肥深施)减少氮肥损失、提高氮肥增产效果；当前缓控释肥料研发也是一个重要途径[29]。孙凯宁[30]等人研究表明，增值尿素对减少氨挥发损失和抑制脲酶活性效果良好，俞巧钢[31]等人发现含硝化抑制剂的尿素(DMPP)配施高C/N比的生物秸秆，可抑制78.2%的氨挥发损失；使用分子膜技术(如16-或18-烷醇溶液)对抑制氨挥发损失有很好的效果[32-33]。因此，通过控制一次性施氮量，并结合脲酶抑制剂等技术，将有效降低稻田氨挥发，提高氮素利用率，具有较好的经济和生态效益。

4 结论

1)氨挥发量随施氮量增加而显著增加。早稻季除N2处理外，追肥氨挥发率大于基肥，晚稻季基肥氨挥发率大于追肥。湖南双季稻区，在当地农民习惯施氮(早稻150 kg/hm2、晚稻180 kg/hm2)处理下，早稻的氨挥发氮素损失占施氮量的39.8%，晚稻达46.9%，双季平均氨挥发率达43.7%。是该区域氮素损失的最主要途径之一。

3)当早、晚稻施氮量分别超过112.5 kg/hm2与180.0 kg/hm2时，随施氮量的增加，氨挥发量呈指数增加，氨挥发总量将跃增。该施肥水平可作为控制稻田氨挥发的施氮阈值。

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ResponsesofammoniavolatilizationtonitrogenapplicationamountintypicaldoublecroppingpaddyfieldsinHunanProvince

ZHU Jian1,2, SHI Li-hong2,3, TIAN Fa-xiang1,2,3, HUO Lian-jie1,2, JI Xiong-hui2,3*

(1SoilandFertilizerInstituteofHunanProvince,Changsha410125,China; 2LongpingBranchofGraduateSchoolofCSU,Changsha410125,China; 3KeyLabofAgri-EnvironmentintheMiddleReachPlainofYangtzeRiver,MinistryofAgriculture,Changsha410125,China)