肖 强, 李鸿雁, 衣文平, 邹国元, 李丽霞**, 孙世友

改性尿素硝酸铵溶液调控氮素挥发和淋溶的研究*

肖 强1, 李鸿雁1, 衣文平1, 邹国元1, 李丽霞1**, 孙世友2**

(1. 北京市农林科学院植物营养与资源研究所/北京市缓控释肥料工程技术研究中心 北京 100097; 2. 河北省农林科学院农业资源环境研究所 石家庄 050051)

为了提高肥料的利用率, 以尿素硝酸铵溶液为原料、聚氨酸为保护剂, 复合抑制剂NBPT(N-丁基硫代磷酰三胺)和DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐)为材料, 开发出改性尿素硝酸铵溶液(YUL1和YUL2), 研究其对华北平原夏玉米追肥过程中的氨挥发和淋溶损失的调控效果。田间试验设置6个处理: 不施氮肥(CK)、农民习惯追施尿素(CN)、优化追施尿素(CNU)、优化追施尿素硝酸铵溶液(UAN)、优化追施改性尿素硝酸铵溶液(YUL1)和优化追施改性尿素硝酸铵溶液(YUL2)。采用扫描电镜和能谱仪分析相关指标变化, 在夏玉米喇叭口期追施氮肥后15 d内进行田间原位连续动态观测氨挥发和土壤铵态氮和硝态氮变化, 并在玉米成熟期测定产量, 计算经济效益。结果表明, 改性尿素硝酸铵溶液清澈无杂质, 流延后成膜表面光滑、致密, 抑制剂在膜表面分布均匀; 能谱测试膜层表面磷硫含量增高, 证明复合抑制剂与尿素硝酸铵溶液达到有效融合。在同等优化施氮量下: 与CNU相比, YUL1氨挥发总量显著降低19.3%, YUL2增加9.6%; 与UAN相比, YUL1、YUL2分别显著降低57.3%和42.0%。与其他施氮处理相比, YUL1和YUL2夏玉米季生长中后期0~20 cm土层依然保持相对较高的氮素含量水平, 夏玉米收获后土壤硝态氮含量分别比CNU高46.0%和43.4%, 比UAN高45.6%和44.7%; 180~200 cm土层硝态氮含量显著低于其他处理。在保证产量和净收益的同时, 改性尿素硝酸铵肥料显著降低了氮素的氨挥发和淋溶损失浓度, 尿酶抑制剂含量相对较高的YUL1抑制氨挥发的效果更好, 硝化抑制剂含量相对高的YUL2硝态氮向下淋失的风险更小。

复合抑制剂; 尿素硝酸铵溶液; 追施; 氨挥发; 淋溶

小麦()和玉米()是我国主要的粮食作物, 年产量3.36亿t, 占粮食总产量的55.3%。黄淮海地区是我国冬小麦和夏玉米的主产区, 播种面积分别占全国小麦玉米产区的62.6%和57.8%[1-2]。然而, 目前该区冬小麦-夏玉米轮作体系中氮肥过量施用相当严重。在山东地区, 夏玉米的传统施氮量为259 kg∙hm-2, 高于推荐施氮量的57%[3]; 河南超高产夏玉米施氮量多在450~600 kg∙hm-2, 也远高于最佳施氮量225 kg∙hm-2[4]。过量施肥不仅不会达到作物高产的目的, 还会降低氮肥的利用率[5-6]。该区目前氮肥损失量已高达20%~55%,玉米氮肥利用率仅为26.1%, 远低于国际水平[7-8]。再加上我国传统氮肥(如尿素)具有速溶、速散特性, 且玉米生长期正值高温多雨季节, 降水量大且较集中, 极易造成氮素淋失, 尤其是追肥撒施能引发严重的农业面源污染等环境问题[9-11]。因此, 提高肥料利用率、降低肥料施用量、开发高效环保类的新型肥料已成为现代农业科学发展的重大课题。在黄淮海地区冬小麦-夏玉米轮作体系中, 尤其在一些微喷灌设施较好的大型园区里, 目前已采用尿素硝酸铵溶液(UAN)进行追肥。有学者认为UAN具有产品中性、腐蚀性低、复配性好等优点, 可通过管道运输及液体储存罐保存, 不仅能降低造粒、包装、运输等环节的能耗和氮素损失, 而且较固体颗粒肥料更易施入耕层, 从而降低氮素损失, 提高其利用效率[12], 具有良好的应用前景。徐传银等[13]在水稻()上研究显示, 用UAN喷施代替相应追施分蘖肥、促花肥和保花肥, 较配方施肥有所增产, 有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重均有不同程度提高。孙克刚等[14]采用同等用量UAN处理比优化施肥技术普通尿素处理冬小麦增产5.0%, 比常规施氮肥(尿素)每公顷肥料减少45 kg, 增产8.3%, 说明施用UAN可以减量施肥且稳定冬小麦产量。侯峰[15]研究UAN对玉米各器官氮吸收和利用的影响, 茎、叶、苞叶、轴、籽粒氮吸收量均不同程度提高。姚海燕等[16]在玉米上施用UAN比施用尿素可以提高玉米的氮肥吸收量、株高、百粒重和穗粒数, 且籽粒和秸秆产量均明显提高, 增产效果明显。

UAN的优点是比普通尿素更能提高农作物的产量和品质, 但实际上UAN由于是液体氮肥, 主要成分是尿素和硝酸铵, 其特点决定了随水喷施后产生的氨挥发和淋溶损失很严重。然而, 国内外对其环境效应方面的研究尚少见, 还未形成一定的重视, 对其施用后的养分动态变化也不清楚。因此, 本文通过多年试验, 对UAN肥料进行了改性研究, 首先筛选出目前只有市场化的脲酶抑制剂和硝化抑制剂, 进行有机组配, 实现其优势互补, 增加抑制剂稳定性; 同时, 筛选出有机酸类的保护剂, 通过液肥生产工艺与两种抑制剂有机结合, 最终开发出综合性能较好的液体追肥用尿素硝酸铵肥料, 并进行了试验验证, 以期为同类研究提供新的思路, 为我国小麦、玉米的安全高效生产提供技术借鉴。

1 材料与方法

1.1 供试材料

肥料原料为尿素硝酸铵溶液(UAN, 含30%纯氮, 河北冀衡赛瑞化工有限公司生产)。生化抑制剂: 脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、硝化抑制剂为3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP), 两种抑制剂的含量均为97%(北京百灵威科技有限公司生产)。

1.2 改性尿素硝酸铵溶液肥料制备与检测

1.2.1 制备工艺和保护剂(聚氨酸类)

按照肖强等[17]的方法, 称取一定量的组合生化抑制剂(YUL1: NBPT和DMPP分别占UAN重量的0.12%和0.03%; YUL2: NBPT和DMPP分别占UAN重量的0.06%和0.06%), YUL1和YUL2各自按照比例组合后, 慢慢加入到保护剂(聚氨酸类, 占UAN重量的0.18%)中, 不断搅拌30 min, 同时保持材料温度30~40 ℃, 静止后常温下分别将上述溶液加入到定量的UAN里, 继续不断搅拌, 保持转数为240 转×min-1, 之后将上述溶液静置, 分别得到无杂质澄清溶液YUL1和YUL2, 即为改性尿素硝酸铵溶液肥料YUL1和YUL2。

1.2.2 包膜肥料的外观与剖面结构及能谱分析方法

将改性尿素硝酸铵溶液肥料采用流延法成膜, 利用S-450型扫描电镜(SEM)观察包膜肥料表面和断面膜结构、成膜特点等形态信息。采用X射线能谱分析仪(EDS)分析肥料及材料表面、内部的能谱特征。

1.3 田间效果评价

1.3.1 试验处理及布置

试验地点设置在河北省农林科学院大河实验站, 位于石家庄市鹿泉市大河镇大河村, 属于黄淮海半湿润平原区气候, 四季分明。供试土壤为壤质潮土, 土壤肥力水平中等, 0~20 cm土层有机质16.292 g·kg-1、全氮0.702 g·kg-1、全磷0.061 g·kg-1、全钾1.817 g·kg-1、有效磷5.4 mg·kg-1、速效钾62 mg·kg-1, pH 8.34。

供试夏玉米品种为‘郑丹958’。试验设置6个处理(表1), 3次重复。试验田分为微区和小区, 各18个。每个微区面积为2 m2, 长2 m, 宽1 m, 四周用PVC板隔开, PVC板埋深0.6 m; 每个小区面积为12 m2, 长4 m、宽3 m, 四周起垄, 小区间隔0.5 m。微区内部各处理、小区内部各处理随机排列。小区和微区的夏玉米植株都是行距50 cm、株距25 cm。每个微区内种植夏玉米棵数相同, 苗期定植12棵(3排4行); 每个小区内玉米播种采用机播。

微区夏玉米于2017年6月26日播种, 追肥于小喇叭口期进行, 目的为检测改性尿素硝酸铵溶液肥料的氮素释放机制以及氨挥发时间、挥放量。在此基础上, 小区夏玉米试验于2018年6月24日播种, 追肥于小喇叭口期进行, 供测产及计算氮素利用率。当地习惯施肥量为225 kg(N)·hm-2、75 kg(P2O5)·hm-2、90 kg(K2O)·hm-2。所有处理施磷钾量相同, 均为一次性底施。根据当地长期定位试验和测土配方施肥结果, 优化施氮量为157.5 kg(N)·hm-2。所有施肥处理的施氮量基施/追施为1∶1, 所有施氮处理基施肥料均为普通尿素, 追施肥料品种如表1所示。固体尿素采用条施的习惯方式, 液体肥料随水施入, 所有处理均采用微喷灌方式灌水(喇叭口期), 灌水量一致。

表1 各处理的追肥氮肥种类和施氮总量

基肥均为尿素。基肥∶追肥的施氮量比为1∶1。The base fertilizer is urea. The N ratio of base fertilizer to topdressing was 1∶1.

1.3.2 取样及数据处理

在微区内, 夏玉米施追肥后约15 d内测定氨挥发, 直到氨挥发速率痕量为止, 同时取0~40 cm土层土样测定硝态氮、铵态氮指标。土壤氨挥发的捕获方法采用通气法[18-20], 测定采用凯氏定氮法。在施肥当天开始进行土壤氨挥发气体的收集, 施肥后第2 d 8:00取样; 试验开始第1~2周, 每天取样1次; 第2周之后, 约间隔10 d取样1次, 直至监测不到氨挥发时为止。

田间土壤氨挥发通量的计算公式为:

土壤氨挥发通量(kg·hm-2·d-1)=所测氨量/(捕获面积×每次连续捕获时间) (1)

小区在收获期进行测产和取0~200 cm土层土壤分析氮素淋失情况。测产时每个小区取整3行玉米植株测产, 收获后用土钻取土样, 0~20 cm为一层, 采用连续流动分析仪(TRAACS 2000, Bran and Luebbe)法测定硝态氮和铵态氮, 采用烘干法测定土壤质量含水量[21]。

图表制作、数据计算与处理及相关分析等采用Microsoft Office Excel 2010软件进行; 方差分析和多重比较采用SPSS 17.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 改性UAN液体肥料的外观与能谱分析

改性UAN清澈, 无杂质, 保护剂起到了一定的作用, 产品配方易于多角度调节。采用流延法将其成膜后, 在扫描电镜下可看出, 产品表面光滑、致密, 说明抑制剂在UAN内分布均匀, 呈现较理想的液体肥料状态(图1)。能谱分析表明, 保护剂含C、N、O、Na (图2A), 加入组合抑制剂后发现, 磷的含量出现(图2B), 由于只有抑制剂中含有磷, 进一步说明复合抑制剂与尿素硝酸铵溶液已有机融合。

图1 改性尿素硝酸铵溶液的成膜表观分析

图2 尿素硝酸铵溶液(UAN)(A)与改性UAN(B)能谱分析

2.2 追施改性尿素硝酸铵溶液后土壤氨挥发特征

追肥后氨挥发速率如图3所示。施肥后10 d内, 是施氮处理氨挥发的集中阶段。CN处理由于无抑制剂和控释技术且施氮量最多, 氨挥发在施肥后的第2 d就达到峰值, 为13.22 kg(N)∙hm-2∙d-1, 显著高于其他处理, 到第8 d时CN处理氨挥发基本完成, 整个过程呈现迅速升高后又迅速下降趋势, 变化幅度、剧烈强度最大。优化施氮量中, UAN处理变化趋势与CN处理相似, 氨挥发峰值最大, 为5.06 kg(N)∙hm-2∙d-1, 高于其他优化施氮肥料处理但不显著, 不过在第3 d之后, UAN处理显著高于YUL1处理, 第5 d后显著高于其他优化施氮处理。CNU、YUL1和YUL2处理氨挥发变化趋势类似, 之间差异不显著, 但YUL1峰值出现在第3 d, 说明改性后延缓了尿素硝酸铵溶液的氨挥发速度。

图3 追肥施氮后不同肥料处理瞬时氨挥发率的变化

不同小写字母表示同一时间不同处理间差异显著(<0.05)。Different lowercase letters mean significant differences among treatments in the same time (<0.05).

从累积氨挥发量可看出(图4), CN处理显著高于其他处理, 施氮后累积氨挥发为21.47 kg(N)·hm-2, 其次为UAN处理, 为18.04 kg(N)·hm-2。CNU虽然与UAN处理施用的都是速效氮肥且施氮量相同, 但UAN为液体, 原料中本身就有铵态氮, 喷施后氨挥发速度快于CNU, 累积氨挥发量比CNU处理显著高88.9%; 而YUL1和YUL2分别比UAN显著降低57.3%和42.0%, 分别比CNU显著降低19.3%和增加9.6%, 二者作用不同, 说明改性的功能不同, 可能原因是YUL1比YUL2延缓尿素硝酸铵溶液向铵态氮转化的作用更强, 减弱了氨挥发速度。

图4 追肥施氮后不同肥料处理累积氨挥发的变化

2.3 追施改性尿素硝酸铵溶液对土壤铵态氮和硝态氮的影响

2.3.1 土壤铵态氮和硝态氮的动态变化

延缓氮素向下淋失速度、减少淋溶损失是评价肥料效果优劣的主要因素之一。本试验在追肥后, 0~20 cm土层CN、CNU和UAN处理的土壤铵态氮含量呈现由高到低的趋势, 峰值出现在第2 d, 分别为12.35 mg·kg-1、6.48 mg·kg-1和9.46 mg·kg-1(图5A)。CN处理下降的幅度最大, 说明损失或转化的最多; 处理CNU峰值低于UAN, 可能是因为处理UAN为普通的尿素硝酸铵溶液, 本身含有一部分铵离子的原因, 但随着时间延长, 二者铵态氮浓度差异不显著。YUL1和YUL2处理虽然峰值也出现在第2 d, 分别为6.04 mg·kg-1和7.66 mg·kg-1, 在所有施氮处理中前者最低, 后者仅比CNU高, 但二者在追肥之后的5~25 d铵态氮浓度逐渐呈现高于其他施氮处理的趋势, 尤其YUL2处理在后期与CNU和UAN处理达到显著差异, YUL1与CNU差异显著, 说明二者具有延缓铵态氮释放的作用。YUL1和YUL2相比, 硝化抑制剂含量相对高的YUL2, 其土壤铵态氮浓度相对高, 脲酶抑制剂高的YUL1相对阻碍了氮素向铵态氮的转化, 可能是因为脲酶抑制剂抑制了尿素的水解, 同时硝化抑制剂抑制了铵态氮硝化的结果。

由于硝态氮在土壤中更易淋失, 因此, 调控硝态氮对环境意义更大。从0~20 cm土层硝态氮的变化可看出(图5B), 所有施氮处理整体趋势呈现低-高-低的变化。CN处理在第6 d达到峰值(71.6 mg·kg-1), 之后含量迅速下降。CNU处理硝态氮的变化规律与CN处理的近似, 虽然施氮量少, 但峰值比CN高15.0 mg·kg-1(>0.05)。UAN处理追肥后前期土壤硝态氮的含量显著高于处理CNU, 硝态氮的峰值虽然与CN和CNU同期出现, 但峰值显著低于前两者(16.0~31.0 mg·kg-1), 在峰值前和峰值后两段时间内, 这3个处理硝态氮的含量差异不显著。YUL1和YUL2处理硝态氮的变化略有不同, 追肥后硝态氮含量前期缓慢上升, 在达到峰值前低于同期其他施氮处理, 峰值出现在第7 d, 分别为63.80 mg·kg-1和72.76 mg·kg-1,虽然低于CN和CNU峰值, 但显著高于同期相同施氮量的CNU和UAN处理, 且从7~26 d整体呈现高于后两者的趋势。在第26 d, YUL2显著高于CN、CNU和UAN处理, YUL1与这三者差异不显著, YUL2与YUL1差异不显著。

图5 追肥施氮后不同肥料处理土壤铵态氮(a)和硝态氮(b)含量(0~20 cm土层)

2.3.2 玉米收获期土壤铵态氮和硝态氮的剖面分布

夏玉米收获后, 不同追氮处理0~200 cm土层铵态氮分布情况如图6A所示, 铵态氮的变化分两个阶段: 0~120 cm和120~200 cm, 整体含量小于3.5 mg·kg-1, 淋溶较弱。从表层0~20 cm到100~120 cm铵态氮含量逐渐升高并达到最大值, 但是120~ 180 cm铵态氮含量急剧下降。0~80 cm土层内YUL1和YUL2处理铵态氮含量相对较高: 在60 cm土层上下, YUL2显著高于其他施氮处理; 在80 cm土层上下, YUL1和YUL2显著高于其他施氮处理; 在120 cm土层上下, YUL1和YUL2显著低于其他施氮处理; 从120~180 cm土层铵态氮含量在各个追肥肥料处理间差异不显著。说明YUL1和YUL2稳定铵态氮的能力更强。

图6 收获期不同施肥处理土壤剖面铵态氮(A)和硝态氮(B)分析

收获期CN处理土壤剖面硝态氮呈现明显地向下淋溶的趋势(图6B), 在0~20 cm和120~140 cm土层处含量较高, 140 cm处为16.8 mg·kg-1, 在180~ 200 cm土层处为各处理含量最高, 达13.6 mg·kg-1, 显著高于其他施氮处理。CNU和UAN处理相比, 各土层硝态氮含量差异不显著(120~140 cm土层除外), 两者峰值均出现在0~20 cm土层, 分别为20.43 mg·kg-1和16.21 mg·kg-1。YUL1和YUL2处理, 硝态氮含量峰值出现在0~20 cm土层, 分别为29.82 mg·kg-1和29.30 mg·kg-1, 二者之间差异不显著, 但均显著高于其他施氮处理, 比CNU高46.0%和43.4%, 比UAN高45.6%和44.7%, 可能是YUL1和YUL2处理延缓了硝态氮的释放时间, 保留了更多的硝态氮在耕层; 从耕层到120 cm处, YUL1和YUL2处理硝态氮的含量均高于其他肥料处理, 120 cm土层以下, 随土层加深逐渐低于其他施氮处理, 在180~200 cm土层达到显著差异。在同等施氮量条件下, YUL1和YUL2处理显著降低了硝态氮的淋失风险, YUL1和YUL2之间硝态氮含量差异不显著。

2.4 追施改性尿素硝酸铵溶液对玉米产量、氮肥利用率及经济效益的影响

YUL2处理夏玉米产量显著高于不施氮处理, 其他施氮处理与不施氮处理差异不显著(表2), 施氮处理间差异不显著, 优化施肥没有降低夏玉米产量。从趋势上看, YUL2比CN、CNU和UAN处理分别高出7.37%、7.98%和6.8%。在氮素利用率方面, CNU和UAN比CN分别高3.04和5.1个百分点, 但差异不显著; 而YUL1和YUL2比CN显著高8.17和9.72个百分点。从经济效益情况看, 由于减少氮的用量, 优化施氮处理比习惯施氮处理效益增加79~875元·hm-2; 优化施氮处理中, YUL1和YUL2分别比CNU增加123元·hm-2和783元·hm-2, 比UAN增加136元·hm-2和796元·hm-2, 说明YUL1和YUL2具有增收的趋势和调控氮素的效果。从减少氨挥发量和稳定铵态氮、硝态氮的效果看, YUL2比YUL1好, 可能也是导致净收入前者高于后者的原因。

表2 不同处理的氮素利用率及经济效益

表内数据以2018年市场价计。玉米是1 500元·t-1, 普通尿素是2 200元·t-1, UAN是2 000元·t-1, NBPT和DMPP均为90 000元·t-1。根据1.2.1中各种成分的比例, 计算出YUL1是2 207元·t-1(其中NBPT 108元, DMPP 27元, 聚氨酸72元, UAN 2 000元), YUL2是2 180元·t-1(其中NBPT 54元, DMPP 54元, 聚氨酸72元, UAN 2 000元)。不同小写字母表示处理间在<0.05水平差异显著。Data in the table are calculated based on average market price in 2018. The price of maize is 1 500 ¥·t-1, conventional urea is 2 200 ¥·t-1, UAN is 2 000 ¥·t-1, NBPT and DMPP all are 90 000 ¥·t-1. According to the proportions of various components of YUL1 and YUL2, price of YUL1 is 2 207 ¥·t-1(NBPT is 108 ¥, DMPP is 27 ¥, polyglutamic acid is 72 ¥, UAN is 2 000 ¥), and YUL2 is 2 180 ¥·t-1(NBPT is 54 ¥, DMPP is 54 ¥, polyglutamic acid is 72 ¥, UAN is 2 000 ¥). Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at<0.05 level.

3 讨论

相同施氮量下, 普通尿素硝酸铵溶液(UAN)氨挥发量显著高于普通尿素(CNU), 而改性后的尿素硝酸铵溶液YUL2与CNU差异不显著, YUL1氨挥发量显著降低, 说明改性起到了降低氨挥发的作用。但同是改性的尿素硝酸铵溶液, 对氨挥发的影响结果不同, 其可能原因是加入的抑制剂配方不同导致的, YUL1比YUL2脲酶抑制剂的含量高、硝化抑制剂的成分低, 调控氨挥发的效果好, 稳定硝态氮的效果相对弱。这从不同层次土壤硝态氮和铵态氮的含量变化及分布情况初步可以判断出, 深层土壤硝态氮YUL1比YUL2高, 表层土壤夏玉米生长后期也是如此。因此, YUL1调控铵态氮的转化能力更强一些, YUL2抑制硝态氮生成的能力更强一些。刘敏等[22]、Reza等[23]的研究结果也表明, 与常规追氮方式相比, 添加硝化抑制剂减少N2O排放的同时, 增加了NH3的挥发; 苏芳等[24]研究结果表明, 在相同施氮量条件下, 尿素的氨挥发损失为25.7%, 但添加DMPP后氨挥发损失为27.6%, 比尿素高出1.9个百分点; 硫硝酸铵的氨挥发损失为18.6%, 添加DMPP后为20.6%, 增加2.0个百分点; 都与本文的研究结果相类似。说明硝化抑制剂含量高, 氨挥发相应的高。有学者[24]建议在条施覆土基础上添加硝化抑制剂, 有可能同时降低N2O排放和NH3挥发损失, 但此推论值得进一步研究。

另外, 尿酶抑制剂浓度及用量不同, 抑制氨挥发的量也不同。本文中尿素硝酸铵溶液比普通尿素显著高出88.9%, 改性尿素硝酸铵溶液YUL1比普通尿素降低了19.3%, YUL2却增加了9.6%。Liu等[25]在尿素硝酸铵溶液中加入0.3%不同浓度的NBPT, 在玉米上的试验表明, 施氮后20 d内, 氨挥发损失分别减少29.1%~78.8%、35.4%~81.9%、77.3%~87.4%和59.1%~83.3%, 与YUL1结果相类似。YUL1比YUL2的NBPT用量高, 抑制氨挥发效果好, 但Liu等[25]表明, NBPT对氨挥发的抑制作用不随NBPT浓度的增加而增强, 含有脲酶抑制剂或脲酶与硝化复合抑制剂的尿素硝酸铵溶液表施时, 仅比未处理的尿素硝酸铵溶液玉米产量高16.5~16.6%。在免耕条件下, 在尿素氮损失明显的地区和年份, 表施含有脲酶抑制剂的尿素肥料, 可以提高玉米的利用效率和生产性能[25]。

本文的改性尿素硝酸铵溶液肥料, 成本有所增加, 但从总的经济效益来看, 并没有减少, 而且尚未考虑到产生的生态环境效益。说明改性尿素硝酸铵溶液肥料前景看好, 可以进一步的优化和完善。

4 结论

与施用普通尿素、普通尿素硝酸铵溶液相比, 改性的尿素硝酸铵溶液氨挥发量显著减少, 其中尿酶抑制剂含量相对较高的改性尿素硝酸铵溶液表现效果最好。在同等优化施氮量下, 与施用普通尿素相比, 施肥后26 d内, 改性尿素硝酸铵溶液处理夏玉米季生长中后期表层土壤依然保持相对较高的氮素水平, 至收获期硝态氮浓度均比普通尿素、普通尿素硝酸铵溶液处理含量高。两种改性的尿素硝酸铵溶液相比, 硝化抑制剂含量相对高的YUL2, 土壤铵态氮和硝态氮含量较高, 硝态氮向下淋失的风险更小。改性尿素硝酸铵肥料在降低氮素的氨挥发和淋溶损失浓度的同时, 既保证了产量又增加了净收益。

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Effects of modified urea ammonium nitrate solution topdressing on ammonia volatilization and leaching*

XIAO Qiang1, LI Hongyan1, YI Wenping1, ZOU Guoyuan1, LI Lixia1**, SUN Shiyou2**

(1. Institute of Plant Nutrition and Resources, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Beijing Engineering Technology Research Center for Slow/Controlled-release Fertilizer, Beijing 100097, China; 2. Institute of Agricultural Resources and Environment, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, China)

In this study, with urea ammonium nitrate solution as raw material, NBPT (n-butyl thiophosphoric triamide) and DMPP (3,4-dimethylpyrazole phosphate) were used as inhibitors, and polyurethane as a protective agent to develop two modified urea ammonium nitrate solutions (YUL1 and YUL2). And their effects on ammonia volatilization and leaching loss in summer maize in the North China Plain were studied. In the field experiment, six treatments were set up: 1) no urea application (CK), 2) farmers’ traditional urea application (CN), 3) optimized urea application (CNU), 4) application of optimized urea ammonium nitrate solution (UAN), 5) and 6) optimized modified urea ammonium nitrate solution 1 (YUL1) and 2 (YUL2) application. The effects of nitrogen regulation characteristics were systematically evaluated. The properties of the products were analyzed by scanning electron microscope (SEM) and energy disperse spectroscopy (EDS). The in-situ continuous dynamic observation of ammonia volatilization and nitrogen transformation was carried out within 15 days after nitrogen application (which occurred at bell mouth stage of summer maize); the yield and economic benefits were measured and calculated at the maturity stage of maize. The results showed that the modified urea ammonium nitrate solution was clear and free of impurities, the film surface was smooth and dense after casting, and the inhibitors were evenly distributed on the film surface. The content of phosphorus and sulfur on the film surface was increased by energy spectrum test, which proved that the composite inhibitors and urea ammonium nitrate solution achieved effective fusion. Under the same optimized nitrogen application rate, compared with CNU, the total amount of ammonia volatilization of YUL1 decreased significantly by 19.3% and YUL2 increased by 9.6%. Compared with UAN, YUL1 and YUL2 decreased the total amount of ammonia volatilization significantly by 57.3% and 42.0%, respectively. Compared with other nitrogen application treatments, the soil layer of 0-20 cm in the middle and late period of summer maize growth of YUL1 and YUL2 treatments still maintained relatively higher nitrogen contents. After harvest, the soil nitrate nitrogen contents of YUL1 and YUL2 were 46.0% and 43.4%, respectively, higher than that of CNU, and 45.6% and 44.7% higher than that of UAN in the 0-20 cm soil layer; in the soil layer of 180-200 cm, they were significantly lower than those of other treatments. With regard to ensuring the yield and net income of summer maize, the modified urea ammonium nitrate solution significantly reduced ammonia volatilization and leaching loss of nitrogen.

Compound inhibitors; Urea ammonium nitrate solution; Topdressing; Ammonia volatilization; Leaching

S145.6

10.13930/j.cnki.cjea.190811

肖强, 李鸿雁, 衣文平, 邹国元, 李丽霞, 孙世友. 改性尿素硝酸铵溶液调控氮素挥发和淋溶的研究[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(8): 1200-1209

XIAO Q, LI H Y, YI W P, ZOU G Y, LI L X, SUN S Y. Effects of modified urea ammonium nitrate solution topdressing on ammonia volatilization and leaching[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(8): 1200-1209

* 国家重点研发计划课题(2017YFD0800604)、北京市农林科学院科技创新能力建设专项(KJCX20200418)、河北省重点研发计划项目(20323601D)、河北省农林科学院创新工程项目(2019-1-03)和国家玉米产业技术体系项目(CARS-02)资助

李丽霞, 主要从事施肥与环境研究, E-mail: ashleyllx@163.com; 孙世友, 主要从事施肥与环境研究, E-mail: sunshiyou@126.com

肖强, 主要从事新型肥料研究。E-mail: xqiang1978@163.com

2019-11-18

2020-01-08

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2017YFD0800604), the Science and Technology Innovation Capacity Building Project of Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences (KJCX20200418),the Key Research and Development Project of Hebei Province (20323601D), the Innovation Project of Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences (2019-1-03) and China Agriculture Research System (CARS-02).

s: LI Lixia, E-mail: ashleyllx@163.com; SUN Shiyou, E-mail: sunshiyou@126.com

Nov. 18, 2019;

Jan. 8, 2020