含氯氮肥对太湖稻麦轮作体系氨挥发及作物产量的影响

张博文，赵淼，敖玉琴，张维，田玉华，李晓，葛仁山，尹斌*，朱兆良

含氯氮肥对太湖稻麦轮作体系氨挥发及作物产量的影响

张博文1,2，赵淼3，敖玉琴1，张维1，田玉华1，李晓4，葛仁山4，尹斌1*，朱兆良1

（1 土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所，南京 210008；2 中国科学院大学，北京100049；3 成都信息工程大学资源环境学院，四川成都 610225；4 江苏华昌化工股份有限公司，江苏张家港 215600）

【目的】通过研究尿素、氯化铵以及二者混合高塔造粒而成的含氯脲铵氮肥对太湖地区稻麦轮作体系作物产量、氮肥利用率、氨挥发损失、土壤氯残留和耕层土壤 pH 的影响，为新型含氯氮肥的推广，降低环境风险提供理论依据。【方法】通过两年稻麦轮作季的田间小区试验，在当地适宜施氮量条件下，以 CK (不施氮)和施用普通尿素为对照，研究了两种含氯氮肥的施用对稻麦轮作体系作物产量和氮肥利用率的影响。采集作物收获后 0—20 cm、20—40 cm 土壤样品，采用硫氰酸汞比色法测定土壤氯残留；施肥后采用密闭室间歇通气－稀硫酸吸收法测定氨挥发通量。【结果】尿素、氯化铵和含氯脲铵处理对稻麦产量无显著影响，但与尿素相比含氯脲铵对稻麦有增产的趋势，而氯化铵对小麦有减产趋势。与尿素相比施用含氯脲铵显著提高氮肥利用率7.0% (P < 0.05)。氨挥发主要发生在稻季，与施用尿素相比单施氯化铵使麦季氨挥发降低 26.3% (1.39 kg/hm2)，而使稻季氨挥发增加 10.4% (2.67 kg/hm2)；含氯脲铵使麦季和稻季的氨挥发分别降低 5.2% (0.55 kg/hm2) 和12.9% (6.16 kg/hm2)。施用含氯氮肥土壤氯残留表现为稻季显著增加，而麦季则显著降低的趋势，收获期耕层土壤 (0—20 cm) 氯离子含量最高不超过 160 mg/kg，低于水稻和小麦的耐氯临界值。经过两个稻麦轮作循环后，施用氯化铵土壤 pH 比尿素下降 0.88 个单位，而施含氯脲铵土壤 pH 与尿素没有显著差异。【结论】在太湖地区稻麦轮作体系中，综合考虑产量和环境效益，含氯脲铵氮肥与两种单质肥料相比有一定优势，为氨挥发减排和氯化铵施用难题的解决提供了依据。

含氯氮肥；稻麦轮作；氨挥发；氮素转化；氮肥利用率

随着我国联碱工业的发展，其副产物氯化铵的产量在不断增加，2015 年达 1221 万吨[1]，是世界上生产和施用氯化铵最多的国家。氯化铵大部分被用作农用肥料，而其物理性状 (粉末，吸湿性强) 导致其难以储存运输，易结块，不便于农业机械操作，施用困难。

氯是植物需求量最多的微量元素，植物以 Cl–形态吸收氯元素，由于土壤、水和空气中氯的广泛存在，一般大田作物很少出现缺氯症状[2]。有研究表明施氯量超过植物耐氯临界值时，将对植物产生毒害[3]，且长期施用氯化铵有造成作物减产、土壤酸化和土壤生物活性下降等一系列风险[4–5]。杨林生等[5]，邹长明等[6]在红壤和紫色土 20 年以上的长期试验结果表明，含氯氮肥对水稻和小麦均有减产趋势。

Hahn 等[7]，刘康等[8]，周丕东等[9]等研究发现含氯氮肥中 Cl–对硝化作用有抑制作用，能够降低土壤中 NH4+-N 硝化速率，Cl–抑制了亚硝化细菌的活性，进而可降低硝酸盐的反硝化、淋溶和径流等损失风险，能够延长 NH4+-N 在土壤中的存留时间[10–11]，增强保氮能力。氯化铵作为酸性肥料，可降低土壤或田面水 pH 值，其中的氯离子可显著降低脲酶活性[5]，有利于降低农田 NH3挥发损失风险。吴金桂等[12]，崔玉珍等[13]分别在潴育性水稻土和壤质草甸土研究发现含氯氮肥对作物有增产效果；Freeman等[14]及黄启为等[15]研究发现合理施用氯化铵或者将氯化铵与尿素配合施用能够提高作物产量，降低农产品硝酸盐含量，提高作物品质，增加土壤微团聚体数量，减少Cl–在土壤中的积累。

本研究中氯脲铵氮肥是由江苏华昌化工股份有限公司利用高塔喷浆造粒技术将尿素和氯化铵按一定比例混合造粒而成的新型脲铵氮肥，为有效解决氯化铵施用难题并减少过量 Cl–对土壤和作物造成的危害进行了探索。目前国内已有一些关于含氯氮肥在西南地区紫色土和南方红壤丘陵地区的长期施用效果研究[5, 16–18]。本试验是在太湖地区优化施氮量(240 kg/hm2) 的基础上[19–20]，研究含氯氮肥对稻麦轮作体系下氨挥发损失、产量和土壤氯残留的影响，为尿素、氯化铵两种单质肥料的施用以及将二者混合造粒而成的含氯脲铵的施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于 2013 年 11 月～2015 年 6 月 在中国科学院常熟农业生态试验站 (31°32′45″N，120°41′57″E)进行。属北亚热带湿润气候，年平均气温 15.5℃，年降雨量 1038 mm，无霜期 224 d (图 1)。稻–麦轮作为该地区的主要耕作制度，供试土壤为太湖流域有代表性的乌栅土，基本理化性质及测定方法：pH 7.35 (水土比 2.5∶1)；阳离子交换量 (CEC) 17.7 cmol/kg，NH4OAc 法测定；有机质含量 35 g/kg，K2Cr2O7氧化法测定；有效磷含量 5 mg/kg，Olsen 法测定；速效氮含量 12.4 mg/kg，碱解扩散法测定；全氮含量 2.01 g/kg，半微量开氏法测定。

1.2 试验设计

试验设 4 个处理：空白不施氮 (CK)、尿素(U)、氯化铵 (NH4Cl) 和含氯脲铵 (尿素氮∶氯化铵氮 = 15∶15，总含 N 30%，由江苏华昌化工提供，UAMF)，各处理 4 次重复，随机区组排列，每个小区面积为 42 m2(6 m × 7 m)。稻季氮肥按基肥∶分蘖肥∶穗肥 = 4∶2∶4 的比例施入，施氮处理施氮量均为 240 kg/hm2，小麦季氮肥按基肥∶返青肥∶拔节肥 = 4∶3∶3 比例施入，施氮量为稻季的 70%。磷肥 (过磷酸钙) 和钾肥 (氯化钾) 均以基肥一次性施入，4 个处理的磷钾肥用量保持一致。

试验小区以水泥筑埂，水泥埂下埋 80 cm，高出地面 30 cm，水稻生长期间，除分蘖期烤田及成熟前1 周不灌水，其他时间保持 3～5 cm 深的水层。供试水稻品种为常优 5 号，水稻秧苗 4～5 叶龄移栽，行间距 20 cm × 20 cm；小麦品种为扬麦 16 号，播种量为 180 kg/hm2。杂草和病虫害管理与当地常规一致。2014 年小麦于 2013/11/14 播种，2014/6/2 收获，水稻于 2014/6/24 插秧，2014/11/3 收获；2015 年小麦于 2014/11/13 播种，2015/6/4 收获，水稻于2015/6/23 插秧，2015/11/5 收获。

1.3 样品采集与测定方法

氨挥发采用密闭室间歇通气法，稀硫酸吸收—靛酚蓝比色法测定[21–22]，密闭室为直径 20 cm、高 15cm 底部开放的有机玻璃罩，顶部留有直径 2.5 cm 的通气孔与高 2.5 m 通气杆连通，密闭室内的换气频率为 15～20 次/min。下午 5 点左右施肥，第二天上午开始进行氨挥发采集，采集时间为每天 7:00～9:00和 15:00～17:00，以这 4 h 的氨挥发通量值作为每天平均通量计算全天的氨挥总量，以空白处理的氨挥发量作为背景值, 直至施氮处理与空白处理的氨挥发日通量无差异时停止本次氨挥发的采集。氨挥发通量计算公式为：

图1 2014～2015 稻/麦季日平均气温与降雨量Fig. 1 Daily air temperature and precipitation during 2014 and 2015 wheat and rice seasons in Changshu[注（Note）：a、b、c、d 分别代表 2014 麦季、2014 稻季、2015 麦季和 2015 稻季的施肥事件a, b, c and drepresent fertilization events for 2014 wheat season, 2014 rice season, 2015 wheat season and 2015 rice season, respectively.]

表1 2013～2015 年稻麦季各处理施肥量 (N∶P2O5∶K2O∶Cl) (kg/hm2)Table1 Fertilizer application rates of rice-wheat rotation system in 2013–2015

式中：FNH3排放通量 kg/(d·m2)；n 为施肥后采集天数；c 为靛酚蓝比色法求得吸收液中 NH4+-N 浓度(mg/L)；v 为稀硫酸吸收液体积 (mL)；6 为换算为一天排放通量；s 为收集氨挥发的密闭室面积 (cm2)；10–9为换算系数。

稻季田面水采集：氨挥发采集期间每天上午8:00 采集田面水样品，带回实验室过滤，测定田面水 pH 和其中的 NH4+-N 浓度。

土壤样品采集：在水稻和小麦施入基肥和追肥后定期采集 0—20 cm 的土壤样品，收获期采集0—20 cm 和 20—40 cm 的土壤样品，风干磨细过 2 mm 筛测定氯含量 (SmartChem200 全自动化学分析仪水浸提-硫氰酸汞比色法测定[23]) 和耕层土壤 0—20 cm 土壤 pH (水∶土 = 2.5∶1)。

作物收获时，对每个小区进行单独收割—脱粒—风干—测产，并采集考种样品分为秸秆和籽粒，70℃ 烘干至恒重，分别称取干物重后粉碎，后采用凯氏定氮法测定植株中的全氮含量，用以下公式计算氮肥利用率：

氮肥利用率 = (施氮处理水稻吸氮量 – 空白区水稻吸氮量)/施氮量

1.4 数据计算及分析

试验数据用 SPSS 20.0 软件进行统计分析，Origin9.1 制图。

2 结果与分析

2.1 稻麦季氨挥发的动态变化

麦季氨挥发主要发生在施肥后的 15 d 内，各处理氨挥发的峰值出现在施肥后的 2～6 d (图 2)，其中尿素处理氨挥发峰值最高，为 0.7 kg/(hm2·d)，随后氨挥发速率逐渐降低，到第 15 d 氨挥发日通量降至与空白无明显差异。2014 年麦季氨挥发主要发生时期在基肥期，而 2015 年麦季氨挥发主要发生于后期两次追肥期间。由表 2 可知，2014 和 2015 年麦季空白、尿素、氯化铵和含氯脲铵处理氨挥发通量平均值分别为 1.59、5.28、3.89 和 5.0 kg/hm2，均显著低于稻季，与之前研究结果一致[24–25]。2014 年麦季氨挥发通量不同肥料品种间没有显著性差异，2015 年麦季氨挥发通量氯化铵比尿素和含氯脲铵低 2.39 和2.17 kg/hm2，达到显著水平 (P < 0.05)。两年麦季氨挥发总量，与尿素处理相比，氯化铵和含氯脲铵处理氨挥发量分别降低了 26.33% 和 5.21%，其中氯化铵达显著水平。2014 年麦季尿素和含氯脲铵处理氨挥发通量均小于 2015 年，而氯化铵和空白处理相反，原因可能是 2015 年三次氨挥发监测期间气温和降雨量分别比 2014 年高 1.6℃ 和 86.8 mm，较高的温度和较多的雨水促进了麦季土壤尿素态氮的水解和 NH4+-N 浓度的升高，进而促进了氨挥发的产生，雨水对氯化铵和空白处理产生的径流作用可能是产生年际间结果相反的原因。

由图 2 稻季氨挥发通量图可知，氨挥发通量受氮肥品种影响显著。稻季氨挥发峰值出现在施肥后1～3 d，氯化铵处理氨挥发峰值最高，为 5.86 kg/(hm2·d)，氨挥发过程持续 5～7 d，之后与空白处理无显著差异。不同施肥处理稻季氨挥发累积排放通量在 2014 年为 2.96～26.21 kg/hm2，平均为 17.87 kg/hm2；2015 为 4.41～30.54 kg/hm2，平均为 22.21 kg/hm2。两年稻季氨挥发总排放量，与尿素处理相比，氯化铵处理氨挥发量增加了 10.41%，而含氯脲铵处理则降低了 12.86%，均达到显著水平 (P < 0.05)。与 2015 年相比，2014 年基肥期氨挥发通量较低，因为施肥后连续的降雨事件降低了田面水中NH4+-N 浓度，导致基肥期氨挥发量较低。

2.2 含氯氮肥对稻季田面水铵态氮浓度和 pH 的影响

通过对田面水的监测发现 (图 3)，施肥后田面水NH4+-N 浓度迅速升高，氯化铵处理第 1 天便达到峰值，而尿素和含氯脲铵在第 2～3 天达到峰值，随后开始下降，施肥一周后降至与空白无异。2014 年氨挥发监测期间尿素、氯化铵和含氯脲铵田面水NH4+-N 浓度范围为 0.01～52.4 mg/L，平均浓度分别为 9.41、16.15 和 9.01 mg/L，而 pH 范围为 7.48～8.65，平均值分别为 8.06、7.85 和 7.98；2015 年氨挥发监测期间田面水 NH4+-N 浓度范围为 0.051～66.85 mg/L，平均浓度分别为 11.86、19.03 和 11.78 mg/L，而 pH 范围为 7.26～8.24，平均分别为 8.03、7.62 和 7.82。两年处理间 pH 规律大致表现为氯化铵 <含氯脲铵 < 空白 < 尿素，田面水铵氮浓度表现为空白 < 含氯脲铵 < 尿素 < 氯化铵。

表2 2014～2015 两个稻麦季不同氮肥品种氨挥发损失量 (kg/hm2) 和损失率 (%)Table2 Ammonia volatilization loss (kg/hm2) and loss rate (%) of different kinds of nitrogen fertilizers in different seasons

图3 2014～2015 年稻田田面水中 NH4+-N 浓度和 pH 值的动态变化Fig. 3 Seasonal variations of NH4+-N concentration and pH in surface water after the N fertilizer application during the 2014 and 2015 rice growing periods

2.3 含氯氮肥对作物产量和氮肥利用率的影响

与稻季相比，麦季施氮比不施氮增产效果更为显著，麦季平均增产率达 186.5%～334.8%，小麦季产量变化范围为 1014～4409 kg/hm2，不同施肥处理间产量无显著差异。产量表现为含氯脲铵 > 尿素 >氯化铵 > 空白 (表 3)，麦季施用含氯脲铵有增产趋势，而氯化铵有减产的趋势。2014 年小麦季处理间氮肥利用率无显著差异，2015 年麦季，含氯脲铵显著比尿素和氯化铵高出 9.2 和 6.3 个百分点 (P < 0.05)。

表3 含氯氮肥对稻麦产量、吸氮量和氮肥利用率的影响Table3 Effects of the chlorine-containing N fertilizer on crop yields, N uptake and nitrogen use efficiency (NUE)

由表 3 可知，在稻麦轮作制度下，两年水稻产量变化范围为 5413～9043 kg/hm2，与不施氮肥相比，施用氮肥均能显著提高作物产量，2014 和 2015年稻季增产率分别为 19.7%～26.2% 和 58.5%～67.1%，不同氮肥品种间产量无显著差异。施用含氯脲铵水稻产量最高，两年平均 8761.5 kg/hm2，相比尿素有增产趋势，且含氯脲铵氮肥可显著增加水稻植株地上部吸氮量，氮肥利用率两年平均比尿素高 9.1 个百分点，达显著水平 (P < 0.05)；氯化铵与尿素在产量和氮肥利用率方面没有显著差异。

小麦籽粒氮含量各处理两年平均为 17.94 (空白)、19.08 (尿素)、20.27 (氯化铵) 和 20.65 (含氯脲铵) g/kg；水稻季籽粒氮含量各处理两年平均为 10.61 (空白)、13.08 (尿素)、13.72 (氯化铵) 和 14.35 (含氯脲铵) g/kg。含氯氮肥对籽粒氮含量的提高有一定促进作用，氯化铵处理小麦和水稻籽粒氮含量比尿素高出 6.2% 和 4.9%；含氯脲铵处理小麦和水稻籽粒氮含量比尿素高出 8.2% 和 9.7%，达显著水平 (P < 0.05)。

2.4 含氯氮肥对土壤氯残留和 pH 的影响

每年空白、尿素、氯化铵和含氯脲铵处理带入农田氯含量 (包括含氯氮肥和氯化钾) 分别为，218、218、1252 和 735 kg/hm2，耕层土壤 0—20 cm土层 Cl–残留量范围，麦季为 40.8～88.9 mg/kg，稻季为 99.5～151.9 mg/kg，表现为麦季显著降低，稻季显著升高的规律 (图 4)，其中氯化铵处理氯残留量显著高于其他处理。20—40 cm 土层 Cl–含量为67.37～101.7 mg/kg，施含氯肥料处理比空白高出4.95～26.66 mg/kg，各收获季节不同处理间均无显著差异。

图5 反映了不同施肥处理对耕层土壤 pH 的影响，pH 呈现麦季升高，而稻季下降的规律，从 2014麦季到 2015 稻季 pH 范围分别为 7.81～7.96、7.58～7.69、8.0～8.45 和 6.83～7.71。经过两个稻麦轮作季节后，施用氯化铵土壤 pH 平均较施用尿素处理下降0.88 个单位 (P < 0.05)，而施含氯脲铵土壤 pH 与尿素没有差异。在太湖流域稻麦轮作体系下长期施用氯化铵对土壤pH有降低的风险，故不推荐将氯化铵作为单一氮肥长期施用。

图4 2014～2015 年稻麦季收获后 0—20 cm 和 20—40 cm 土壤中 Cl–含量Fig. 4 Cl–contents in 0–20 cm and 20–40 cm soil after the harvest during the 2014–2015 rice-wheat rotation seasons[注（Note）：柱上不同字母表示施氮处理间差异达 5% 显著水平Different letters above the bars mean significant among the fertilizers at the 5% levels.]

图5 收获季耕层土壤 0—20 cm 土壤 pH 值Fig. 5 Soil pH in 0–20 cm after the harvest

3 讨论

3.1 含氯氮肥的氨挥发特征

温度和降雨等气象条件对农田氨挥发均产生重要影响[26–27]，这些因素直接或间接的影响氮肥在土壤中的迁移转化。2014 年麦季氨挥发主要发生在基肥时期，而 2015 年主要发生在后两次追肥。这主要与施肥后的降雨事件和当时的温度有关。在太湖流域水旱轮作制度下，麦季氨挥发通量显著低于稻季，原因是麦季施肥量仅为稻季 70%，且麦季低温以及麦季土壤在非淹水条件下硝化速率较高，降低了土壤中 NH4+-N 浓度，而多以 NO3–-N 形式存在于土体[28]。麦季氯化铵氨挥发通量低于尿素，与刘康[11]等研究结果一致，原因可能是氯化铵作为一种酸性肥料降低了表层土壤 pH。

氨挥发通量与田面水 NH4+-N 浓度以及 pH 显著相关[21, 29]。与麦季不同，稻季水田处于淹水条件下，肥料氮素水解后主要以 NH4+-N 形式存在。氯化铵施入后迅速溶解，增加了田面水 NH4+-N 浓度，在氨挥发监测期间，氯化铵田面水 NH4+-N 浓度两年平均值比尿素高出 65.4%，虽然其 pH 值较尿素低 0.31 个单位，但是氯化铵的氨挥发通量仍然最高。相比氯化铵，在氨挥发监测期间，含氯脲铵田面水 NH4+-N 浓度两年平均值比尿素低 2.3%，且 pH 值比尿素低0.145 个单位，故含氯脲铵氨挥发通量最小。含氯脲铵作为尿素和氯化铵的混合造粒产物，使得田面水NH4+-N 浓度和 pH 均低于尿素处理，可能因为含氯脲铵处理中 Cl–1抑制了脲酶活性[30]并且在一定层度上降低了田面水 pH 所致。

3.2 含氯氮肥的产量效应

有研究报道，Cl–能抑制土壤氮素的硝化作用[31]，并促进对氮素的吸收[32]，但也有研究报道称 Cl–能够抑制作物对 P、Ca、Mn 和 Si 等元素吸收[6]。关于氯化铵的施用，周丕东[9]通过玉米盆栽实验以及沈阳农学院土化系[33]在辽宁省主要土壤类型上的氯化铵试验已经验证了氯化铵的硝化抑制作用和增产效果。但是氯化铵在太湖流域稻麦轮作制度下对小麦却有减产趋势，可能与该地土壤条件有关，水旱轮作的土壤在小麦播种前翻耕土地，土地表层分布着诸多土块易导致施肥不均匀，高浓度的 Cl–易对小麦幼苗产生毒害作用；也可能是因为与稻季相比，麦季氮素多以 NO3–-N 形式存在于土体，Cl–与 NO3–-N 之间的拮抗作用抑制了小麦对氮素的吸收，以上两点原因掩盖了 Cl–对硝化抑制进而增产的效果。

氨挥发是农田氮素主要的损失途径之一，减少氨挥发损失对于提高作物产量和氮肥利用率至关重要。本研究结果表明含氯脲铵氮肥氨挥发量平均比尿素和氯化铵降低 14.79% 和 26.68%，进而减少了氮素损失，有助于提高氮素利用率。另外，含氯氮肥对籽粒氮含量的提高方面有一定促进作用，含氯氮肥处理的水稻和小麦籽粒氮含量较尿素高出 4.9%～9.7%，这可能与肥料中 Cl–促进了作物对氮素的吸收有关[32]，与吴金桂[12]等研究结果一致。

3.3 含氯氮肥氯残留和 pH 分析

有研究表明施氯量超过植物耐氯临界值时，将对植物产生毒害[2–3]，长期施用氯化铵会有造成作物减产、土壤酸化和土壤生物活性下降等一系列风险[4–5]。氯是植物必需的微量营养元素，但是含氯氮肥中 Cl–含量和盐指数都较高，关于含氯氮肥施用对土壤氯残留的影响，毛知耘等[2]根据氯水平对作物产量和品质的影响总结出水稻耐氯临界值为 750～850 mg/kg，为强耐氯作物，小麦耐氯临界值为 500～600 mg/kg，属于中等耐氯作物。本研究结果表明，在太湖地区稻麦轮作体系下，空白、尿素、氯化铵和含氯脲铵四个处理年施氯量分别为 218、218、1252 和735 kg/hm2的情况下，收获季土壤氯残留量最高不超过 160 mg/kg，远低于该临界值，因而不会对稻麦产量和品质造成负面影响。本研究中施用含氯肥料土壤氯残留量表现为在稻季显著增加，而麦季显著降低的趋势，主要原因为麦季施氯量小于稻季，且麦季降雨对 Cl–有淋洗作用。连续施用含氯氮肥对耕层土壤 pH 有降低的趋势，单施氯化铵酸化最为严重，与吴金桂等[12]在苏南地区研究结果一致。在太湖流域稻麦轮作体系下应避免连续施用单质氮肥氯化铵，而与氯化铵相比，含氯脲铵在减缓土壤酸化方面具有优势。

4 结论

氨挥发主要发生在稻季，受田面水 NH4+-N 浓度和 pH 影响较大。含氯脲铵在稻麦季氨挥发量均低于两种单质肥料，氯化铵在稻季氨挥发量最高，而麦季相反。在适宜施氮量下，施用含氯脲铵能显著提高氮肥利用率且对稻麦均有增产的趋势，而氯化铵对小麦有减产趋势。施用含氯氮肥土壤氯残留量表现为在稻季显著增加，而麦季显著降低的趋势。经过两个稻麦轮作循环后，连续两年施用氯化铵对土壤 pH 有降低的作用，而施含氯脲铵土壤 pH 与尿素没有差异。综合考虑产量和环境效益，与单施尿素或氯化铵两种单质氮肥相比，两种肥料混合造粒而成的含氯脲铵具有明显优势，为氨挥发减排和联碱工业副产物氯化铵的施用提供了依据。

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Effects of chlorine-containing nitrogen fertilizer on ammonia volatilization and yields under rice–wheat rotation system in Taihu Lake region

ZHANG Bo-wen1,2, ZHAO Miao3, AO Yu-qin1, ZHANG Wei1, TIAN Yu-hua1, LI Xiao4, GE Ren-shan4, YIN Bin1*, ZHU Zhao-liang1
( 1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 College of Resources and Environment, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China; 4 Jiangsu Huachang Chemical Co., LTD, Zhangjiagang, Jiangsu 215600, China )

【Objectives】With the aim of marketing anew technological chlorine-containing fertilizer with decreasing environmental risk, we gained insight into crop yield, nitrogen use efficiency (NUE), ammonia volatilization, soil residual chlorine and pH in soil from rice–wheat rotation system with addition of urea, ammonium chloride and urea-ammonium mixed nitrogen fertilizer (urea∶ammonium chloride = 1∶1, manufactured with tower spray granulation technology, UAMF) in Taihu Lake region.【Methods】Taking the no fertilizer application (CK) and conventional urea application (U) as two controls, effect of the chlorine-containing Nfertilizer was studied through atwo-rotation filed plot experiment in Taihu Lake region. The chlorine residual at the depths of 0–20 cm and 20–40 cm soil after the harvest was determined with the mercury thiocyanate spectrophotometry. The NH3volatilization was measured by adynamic chamber method.【Results】There were no significant differences in statistics among grain yields for the applied urea, ammonium chloride and UAMF. But compared with the urea fertilizer, the UAMF had ahigher trend for the rice and wheat yields and the ammonium chloride had alower trend for the wheat yield. In addition, the UAMF significantly increased the NUE by 7.0% compared to the urea application (P < 0.05). The NH3volatilization occurred primarily during the rice season rather than during the wheat season. Compared to the NH3volatilization from the urea, the NH3volatilization amounts of the ammonium chloride were decreased by 26.3% (1.39 kg/hm2) in wheat season but increased by 10.4% (2.67 kg/hm2) in rice season. In contrast, the UAMF presented 5.2% (0.55 kg/hm2) and 12.9% (6.16 kg/hm2) decreases in wheat and rice season, respectively. The two chlorine-containing fertilizers both increased significantly the load of the chlorine residual in soil during the rice season but had areduced trend during the wheat season. Above all, the chlorine residual in soil after the harvest was less than 160 mg/kg, which was under the reported threshold of the chlorine resistance for the rice and wheat. The pH in soil of the UAMF was also not changed significantly, but that of the ammonium chloride decreased by 0.88 units compared with the urea.【Conclusions】Taking into consideration both the yield and environmental benefit in the rice–wheat rotation system, the UAMF should be apromising Nfertilizer for replacing urea or ammonium chloride in Taihu Lake region.

chlorine-containing nitrogen fertilizer; rice–wheat rotation; ammonia volatilization; N transformation; nitrogen use efficiency

2016–11–29 接受日期：2017–02–18

国家重点基础研究发展计划（973 计划）项目（2013CB127401）；国家重点研发计划项目（2016YFC0207906）资助。

张博文（1990—），男，河南周口人，硕士研究生，主要从事土壤氮素循环与环境污染控制技术研究。

E-mail：bwzhang@issas.ac.cn。 *通信作者 E-mail：byin@issas.ac.cn