不同施肥处理枸杞园氨挥发损失及其影响因素研究

张 莹，卢九斤 ，华明秀，魏娇娇，聂易丰，谢守忠，盛海彦*

(1.青海大学，青海 西宁 810016；2.青海省诺木洪农场，青海 都兰 816100)

枸杞是茄科枸杞属多分枝灌木植物，果实称枸杞子[1]。柴达木盆地是中国枸杞种植的中心分布区之一，因其独特的高海拔、强光照的地理特点及土壤和气候条件，特别适合枸杞的生长[2]。截至2018年底,青海枸杞种植规模由2014年不足2.03×104hm2发展到3.37×104hm2，年增长率达到66.01%[1]。柴达木地区枸杞种植中农户为追求高产而大量施肥[3]。研究表明，氮肥在土壤中约有35%会被作物吸收利用，13% 残留于土壤中，52%会以各种途径损失[4-5]。氨挥发是土壤氮素损失及氮肥利用率低的重要原因[6-7]。旱地以氨挥发形式的气态损失达1.0%～9.6%[8-11]。影响农田氨挥发和氧化亚氮排放的主要因素是氮肥施用量，其次，土壤因素、气候因素和农业措施与氮肥气态损失也有直接关系[12]。 因此，降低氨挥发损失，提高氮肥利用率是柴达木地区枸杞栽培亟待解决的问题。

适宜施肥量和添加硝化抑制剂(Nitrapyrin)是调控氮素在土壤中的迁移转化及提高氮肥利用率的有效方法[13]。硝化抑制剂可减缓铵态氮氧化成亚硝态氮，进而抑制硝态氮硝态氮形成和反硝化过程[14]，且有增加NH3挥发的潜在趋势[15]。张文学等[16]研究表明，与单施尿素相比，添加Nitrapyrin提高了19.4%的氮素回收率。阿力木·阿布来提等[17]研究发现，单独施用Nitrapyrin DCD 能显著降低反硝化速率，增加氨挥发损失。国内关于农田氨挥发的研究多集中于南方水稻和北方玉米、小麦[18-20]，鲜有枸杞园土壤氨挥发的研究报道。本研究通过监测柴达木枸杞园不同氮肥用量及Nitrapyrin的土壤氨挥发速率及累积损失量，为合理施氮及科学评价氮肥的环境效应提供理论基础，为柴达木枸杞高效栽培与减少环境污染提供科学依据。

1 材料与方法

图1 枸杞园氨挥发测定期间气温及降水量Fig.1 Temperature and precipitation during the determination of ammonia volatilization in wolfberry orchard

1.1 试验区概况

田间试验于2019年4月至2019年10月在青海省海西蒙古族藏族自治州都兰县诺木洪农场(96°20′E，36°25′N)进行。该地区属高原大陆性气候，海拔2 760 m，年日照时数3 600 h。降雨量58 mm，蒸发量2 800～3 000 mm。土壤类型为灰棕漠土，质地为砂壤土。

0～20 cm土层土壤理化性质：有机质19.51 g/kg，全氮1.43 g/kg，全磷3.05 g/kg，全钾23.13 g/kg，碱解氮69 mg/kg，pH 8.49。试验期间气温和降水见图1。

1.2 试验材料

田间试验供试枸杞为树龄10 a 的宁杞1号；氮肥为尿素(含氮46%，云天化国际化肥公司生产)；磷肥为重过磷酸钙(含 P2O546%，云天化国际化肥公司生产)；商品有机肥 (N+P2O5+K2O≥5%，有机质≥45%，青海恩泽农业技术有限公司生产)；供试硝化抑制剂为Nitrapyrin DCD(含量70.00%，可湿性粉剂，浙江奥复托化工有限公司和浙江沃土农业科技有限公司联合出品)。

1.3 试验设计

田间施肥方案共设10个处理，详见表1。各处理小区面积为39 m2，枸杞株行距为 1.5 m×2 m，试验采用随机区组设计，每个处理设置3个重复，共计30个小区。除CK处理不施用任何肥料外，其余处理均施用商品有机肥1 667 kg/hm2，P2O5333 kg/hm2。N0～ N667处理分别施用纯氮0、133、267、400、534、667 kg/hm2，且N400NI2.00～ N133NI0.67处理在N400～ N133处理施肥量的基础上，分别增施纯氮 0.5% 的Nitrapyrin 2.00、1.34、0.67 kg/hm2。

有机肥及重过磷酸钙作为基肥于5月19 日一次施入。尿素及Nitrapyrin 分为基肥和追肥两次施用 (基肥与追肥的比例为1∶1 )；施肥方式为挖穴深施，即在每株枸杞树的树冠下距离树干30 cm的东西方向各挖长50 cm、宽25 cm、深度20 cm的施肥坑，施入基肥；6月30日在枸杞树冠南北方向进行追肥。枸杞园年灌水6次，灌溉定额为6 000 m3/hm2。

表1不同处理施肥方案Tab.1 Different fertilization schemes

1.4 样品采集与测定

1.4.1 氨气的采集及测定 试验采用土壤NH3挥发的原位测定法[21](通气法)测定NH3挥发。土壤NH3挥发的捕获于施肥后的当天开始，在每小区选取的3棵树施肥处放置捕获装置，放置24 h取样，将装置下层海绵取出并迅速装入塑封袋中，密封编号，同时换上另一块浸蘸过磷酸甘油的海绵。上层的海绵视其干湿情况3～7 d更换1次。施肥后第1周，每天取样1次，第2～3周，根据测到的氨挥发量，每1～3 d取样1次，此后取样时间间隔可延长到7 d直到监测不到NH3挥发时停止。将装袋密封的下层海绵按编号装入500 mL的塑料震荡瓶中，加入300 mL 1.0 mol/L的KCl溶液，使海绵完全浸润其中，振荡1 h后，浸取液中的铵态氮用AA3连续流动分析仪测定。

1.4.2 土样的采集与测定 在施基肥后的30 d和 80 d (以下简称A1期和A2期)，分别采集各处理0～40 cm土层的土壤样品，每20 cm为一个层次，共2层。使用直径为4 cm的土钻在各试验小区随机选取 3 点后取相应层次土壤，剔除枸杞根系后均匀混合为一个样品后密封保存。用 1 mol/L KCl 浸提土壤(液土比为 10∶1)，用连续流动分析仪(AA3)测定土壤中硝态氮与铵态氮含量，并用环刀法测定土壤容重。土壤硝态氮及铵态氮累积量计算公式参考栗丽等[22]的方法。

1.4.3 氨挥发量的计算 土壤NH3挥发损失速率计算[21]公式：

氨挥发速率=[M/(A×D)]×10-2

式中：M为通气法平均每次每个装置测得的氨量(mg)；A为捕获装置的截面积(m2)；D为每次连续捕获的时间(d)。

氨挥发累积量是枸杞一个生长季每天挥发量的累加值；氨挥发气态损失量是由施氮处理与不施氮处理的差值，用差减法进行估算；氨挥发的损失率是累计损失量占施肥量的比值。

1.4.4 枸杞鲜果产量测定 分别于2019年7月29日、8月20日、9 月14日，每个小区全部采收单独称量，晒干后合计为总产量。

1.5 数据处理

采用Excel 2010进行数据整理，Origin 8.0 进行图表制作；采用SPSS 25.0进行单因素方差分析，显著水平为P<0.05。表中数据为处理平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对氨挥发速率的影响

试验期间各处理的氨挥发速率变化趋势基本一致(图2)。两次施肥后氨挥发速率均有所升高，随后下降并趋于平缓。施基肥后第9天，N667处理的氨挥发速率最高，为0.48 kg/hm2/d，较N0及N400处理分别增加84.62%、23.08%。施追肥后第3天，N667处理的氨挥发速率再次达到峰值，与N0及N400处理相比分别增加21.62%、9.76%。CK处理氨挥发速率在试验期间均处于较低水平。施基肥后第9天和施追肥后第3天，N400NI2.00处理的氨挥发速率分别为0.40 kg/hm2/d和0.43 kg/hm2/d，较N667处理氨挥发速率分别降低16.67%、4.44%；N267NI1.34处理的氨挥发速率分别为0.38 kg/hm2/d、0.40 kg/hm2/d，较N667处理分别降低20.83%、11.11%。

图中实心箭头表示追施氮肥的日期;虚线箭头表示灌水日期;误差棒表示平均值±标准差图2 枸杞园氨挥发速率Fig.2 Ammonia volatilization rate of wolfberry orchard

2.2 不同施肥处理对氨挥发累积量的影响

氨挥发累积量随施氮量的增加而升高 (表2)。N667处理氨挥发累积量最高，较N400和N267处理分别增加15.30%、19.94%。N400NI2.00与N400、N267NI1.34与N267、N133NI0.67与N133处理氨挥发累积量无显著差异。N667处理氨挥发累积量较N400NI2.00和N267NI1.34分别增加15.01%、19.88%。N667处理净损失量与N400、N267相比分别增加89.44%、144.72%，与N400NI2.00、N267NI1.34处理相比分别增加86.67%及143.89%。枸杞一个生长季氨挥发净损失量为2.03～9.70 kg/hm2，占氮肥施用量的1.28%～1.98%。

表2枸杞园氨挥发累积量Tab.2 Accumulation of ammonia volatilization in wolfberry orchard

2.3 不同施肥处理土壤铵态氮累积量的变化

由表3可知，A1期和A2期0～20 cm及20～40 cm土层中施氮处理铵态氮累积量均高于不施氮处理，且施用Nitrapyrin的N400NI2.00～N133NI0.67处理铵态氮累积量显著高于不施用Nitrapyrin的N400～N133处理。A1期0～20 cm土层中，N400NI2.00处理的土壤铵态氮累积量最高，为139.75 kg/hm2，与N667、N400处理相比分别增加988.40%和1 317.34%。A1期20～40 cm土层，N400NI2.00处理土壤铵态氮累积量为最高，较N667、N400处理分别增加102.45%及122.48%。A2期N267NI1.34处理20～40 cm土层的土壤铵态氮累积量最高，为7.84 kg/hm2，较N667和N267处理提高27.69%及333.15%。

表3不同氮肥用量的土壤铵态氮累积量Tab.3 Accumulation of ammonium nitrogen under the different nitrogen application rates

2.4 不同施肥处理对枸杞产量的影响

枸杞累积干果产量见图3。N400NI2.00处理枸杞产量最高，为7 867 kg/hm2，较N667、N400处理分别增加9.26%、5.78%，与N534、N267NI1.34处理枸杞产量无显著差异，与其他7个处理均有显著差异。N400NI2.00、N534、N267NI1.34处理较传统施肥N667处理产量分别增加9.26%、7.57%、6.95%。N667～N133处理枸杞产量较N0处理增加10.99%～21.63%。配施Nitrapyrin，对枸杞产量的影响随施氮量不同而不同，施氮量为400 kg/hm2，配施Nitrapyrin与不配施相比，枸杞产量显著增加；而施氮量为267、133 kg/hm2，配施Nitrapyrin与不配施相比，枸杞产量无显著差异。

图3 不同氮肥用量的枸杞产量Fig.3 Yield of wolfberry with different nitrogen application rates

3 讨论与结论

在枸杞园施入氮肥后，氨挥发速率先升高后降低，随后趋于平缓。氨挥发速率的峰值分别出现在施基肥后第9天和施追肥后第3天，氨挥发累积损失率为1.28%～1.98%。王峰等[23]在旱地茶园中研究发现，肥料撒施在土壤表面(表施)其氨挥发损失率为10.6%～12.42%。本研究与王峰等的研究相比氨挥发损失率较低，其原因可能是本试验采用挖穴深施(20 cm)的施肥方式，土壤氨挥发对施肥深度的响应也较为敏感。有研究表明施肥深施5 cm及10 cm时比表施时氨挥发分别减少80.3%和92.7%[24]，施肥深度越深，氨挥发越少。其次柴达木地区枸杞采用大水漫灌的方式，且在施肥当天灌溉，施肥后立即灌水加速了氮肥向下迁移，从而减少了氨挥发；本试验氨挥发累积量随着施氮量的增加而增加，与万伟帆等[25]研究结果一致。试验中随着施氮量的增加，氨挥发净损失率呈现先减小后增大的趋势，在施氮400 kg/hm2时，氨挥发净损失率达到最小(1.28%)，与王成等[26]研究结果一致。

有研究报道，添加Nitrapyrin会促进肥料施入后氨的挥发[27]；也有报道指出，Nitrapyrin对氨挥发无显著影响[28]。张文学等[16]研究表明，Nitrapyrin对氨挥发速率有一定的促进作用，但对累计损失量无明显影响。本研究证明Nitrapyrin对氨挥发速率没有显著影响，可能与土壤质地、抑制剂浓度、气候、pH等有关，确切的影响因素有待进一步研究。

综上所述，枸杞园氨挥发累积量随着氮肥用量的增加而升高，且施基肥后升高更明显。添加Nitrapyrin处理与不配施处理相比，氨挥发损失量较小(无显著差异)。枸杞一个生长季传统施肥处理氨挥发累积量显著高于其他优化施氮处理。因此，在柴达木枸杞园适宜枸杞施肥方案为267～400 kg/hm2施氮量，且配施1.34～2.00 kg/hm2Nitrapyrin可兼顾经济和生态效益。