不同灌施方式下土壤氨挥发特性研究

刘秋丽

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

氮是作物生长过程中不可缺少的元素，在“高投入、高产出”的思维模式下，为提高作物产出量，给农田过量施氮，我国农田施肥量已远超西方发达国家施肥上限的2倍，2014年我国化肥使用量约6000万t[1]。目前我国大部分地区的灌溉方式主要以大水漫灌为主。不合理的灌施方式，造成氮素损失率约50%～70%。氨挥发是指，土壤中的氮在转化过程中产生的氨气，逸散到大气中的过程。在湿度及温度作用下，施入土壤中的尿素迅速水解并易产生氨挥发。氨挥发是氮素损失的主要途径之一。研究表明，我国农田土壤的氨挥发量占农业生态系统中氨挥发量的10%。传统的地面灌溉，灌施技术落后，对减少氨挥发还没有行之有效的先进措施。施肥深度也对氨挥发产生很大影响[2]。有研究表明，尿素表施下的土壤，氨挥发损失量占施入氮素总量的46%左右。尿素深施可使土壤氮肥的氨挥发损失降低至10%以下。因此通过室内试验进行土壤氨挥发规律研究，为制定合理的大田灌施制度提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验肥料采用尿素。试验所用土为风干的均质壤土，其初始体积含水率2.6%、硝态氮含量39 mg/kg、铵态氮含量23 mg/kg。通过称重夯实法实现土壤容重为1.4 g/cm3。试验设备有：土柱、马氏筒、流动分析仪、烘箱等。试验以马氏筒作为恒定供水装置，入渗水头为5cm。土壤表面距离土柱玻璃器皿顶部有10 cm距离。

1.2 试验方法

水肥灌施量是基于高收益下的大田漫灌施肥量确定的。设计三个独立试验：一是不同氮肥浓度（300 mg/L﹑700 mg/L﹑900 mg/L），不同氮肥浓度条件下灌入的肥液量均为3.4 L；二是不同降水量（灌后一天模拟一次降水）（0.3 L﹑0.6 L﹑0.9 L），模拟降水前土柱的初始灌水量均为1.8 L，施入尿素1.26 g。把灌施后无降水的土柱作为参照；三是不同水肥灌施先后顺序（1/2W+1/2N﹑1/2N+1/2W﹑1/4W+1/2N+1/4W﹑1/4N+1/2W+1/4N），不同水肥灌施顺序中的W指灌溉清水，N指浓度为1400 mg/L的肥液。例如，总灌水量为2.6 L，1/2W+1/2N表示灌1.3 L清水后再灌1.3 L肥液；1/4N+1/2W+1/4N表示先用马氏筒灌入0.65 L的肥液，肥液入渗完之后紧接着用另一马氏筒灌入1.3 L清水，清水入渗完之后立即灌入0.65 L的肥液。以灌施2.6 L，氮肥浓度为700 mg/L的土柱作为参照。每个处理均作3次重复试验。

灌施肥液后采用简易双层海绵法收集氨挥发量。灌施后，下层海绵在距土面5 cm处放置，上层海绵与管顶部齐平。上下层海绵均需用15 ml磷酸甘油泡制，直径14 cm，厚度均为2 cm。上层海绵的作用是用来防止外部氨气和杂质进入，下层海绵则用来吸收土壤挥发出的氨气。

1.3 测试指标

用流动分析仪测定土壤氨挥发值。

2 结果分析

2.1 肥液浓度对土壤氨挥发的影响分析

不同肥液浓度下的土壤氨挥发速率、累积量如图1、图2所示。

图1 氨挥发速率图

图2 土壤氨挥发累积量图

由图1、图2可以看出灌施的肥液量相同，肥液浓度对土壤氨挥发的影响显著，氨挥发速率基本随着肥液浓度的增加而增加。这些差异也可能是由于施入氮量的不同而造成的，或者是由水、氮两者共同造成的。土壤氨挥发速率峰值出现在5 d以后，这是因为影响尿素转化的因子较多，尿素转化是逐步进行的，一般3—5 d才能转化成铵态氮。肥液N浓度为900 mg/L、700 mg/L的土壤氨挥发速率峰值出现在灌后第5—6 d，而氮浓度为300 mg/L的土壤氨挥发峰值出现在第7 d。灌施浓度越大氨挥发累积量越高。因为灌施肥液量相同，肥液浓度越大，则土壤中尿素含量越高，转化生成的铵态氮含量就越高。

2.2 降水量对土壤氨挥发影响分析

不同降水量下的土壤氨挥发比较如图3、图4所示。

图3 氨挥发速率图

图4 土壤氨挥发累积量图

由图3、图4可以看出，以降水后连续采样8 d的氨挥发进行比较分析。参照（灌施后无降水）土柱的氨挥发速率较大，氨挥发累积量最大。与参照土壤相比降水能有效降低氨挥发，降水后的平均氨挥发损失量是参照土柱氨挥发损失量的47%，因为降水量使铵态随水下渗到土壤下层，阻止氨气挥发到土壤表层。氮降水量为0.3 L、0.6 L以及参照的，氨挥发趋势基本相同，降水量0.9 L的土柱氨挥发速率相对均匀。不同降水量下的氨挥发速率均是降水后第一天的最大。三种降水条件下的氨挥发量比较，其中模拟降水0.6 L的土柱的氨挥发量相对较高，其次是降水为0.3 L的土柱。而降水量为0.9 L的土柱氨挥发累积量最小，因为降水量较大，造成了氮素的深层淋失。灌后一天降水能使土壤表层氮素随水迁移到土壤下层，有效降低土壤氨挥发，能够提高氮肥利用率，但灌后降水量过大易造成氮素的深层渗漏。

2.3 不同灌施顺序对土壤氨挥发影响分析

不同灌施顺序下的土壤氨挥发比较如图5、图6所示。

图5 氨挥发速率图

图6 土壤氨挥发累积量比较图

由图5、图6中可以看出，以施肥后连续采样10d的氨挥发累积量进行比较分析。参照土柱和灌施方案为1/2W+1/2N的土壤氨挥发速率峰值出现在第4d，方案为1/4N+1/2W+1/4N、1/2N+1/2W下的土壤氨挥发速率峰值出现在第7d，1/4W+1/2N+1/4W方案下的氨挥发速率的峰值也在第4d出现但波动不大。1/2W+1/2N、1/4N+1/2W+1/4N方案下的土壤氨挥发量都大于参照土柱的土壤氨挥发量，这2种方案下的铵态氮基本都在土壤上层，增加了氨挥发损失量；1/2N+1/2W、1/4W+1/2N+1/4W方案下的氨挥发量均低于参照土柱，这2种灌施方案使铵态氮随水运移至土壤下层，更多的铵态氮被土壤颗粒吸附，阻碍了氨气扩散到土壤表层，降低了氮肥的氨挥发损失量。1/2W+1/2N、1/4N+1/2W+1/4N下的氨挥发量随时间呈增加趋势。灌后11天，1/4W+1/2N+1/4W方案的土壤氨挥发累积量最少，1/4N+1/2W+1/4N方案下的氨挥发累积量最高。不同灌施顺序下的氨挥发累积量大小为：1/4W+1/2N+1/4W＜1/2N+1/2W＜1/2W+1/2N＜1/4N+1/2W+1/4N。表明，方案1/4W+1/2N+1/4W、1/2N+1/2W能有效降低土壤氨挥发，有效提高了氮肥利用率。

3 结论

尿素施入土壤后水解为铵态氮，且较易产生氨挥发损失。土壤氨挥发量受尿素转化过程的影响。氨挥发量与土壤中铵态氮含量呈正相关。氨挥发量随着土壤中的铵态氮浓度的增加而增加。土壤含水率对氮肥氨挥发也有一定影响。灌后若遇降雨，降雨量对氨挥发也有影响。模拟一次降雨可以使氮肥随水迁移至土壤深处，更多的铵态氮被土壤吸附，增加了氨气扩散到空气中的阻力，减小了上层土壤的氨态氮含量，能够更好地抑制土壤氮肥的氨挥发。灌施顺序1/4W+1/2N+1/4W、1/2N+1/2W的方案就能有效降低土壤氨挥发。

［1］于汐雯.我国化肥施用量系发达国家安全施用上限2倍［N］.法制日报，2011-5-27.

［2］杨淑莉，朱安宁，张佳宝等.不同施氮量和施氮方式下田间氨挥发损失及其影响因素［J］.干旱区研究，2010，27（3）：415-421.