控释氮肥减量施用对春玉米土壤N2O排放和氨挥发的影响

圆园16，35:596-603（3）谢

农业环境科学学报允燥怎则灶葬造燥枣粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼杂糟蚤藻灶糟藻2016年3月XIEYong,RONGXiang-min,ZHANGYu-ping,etal.EffectsofreducedCRNFapplicationsonN2Oemissionsandammoniavolatilizationinspringmaizesoil[J].允燥怎则灶葬造燥枣粤早则燥-耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼杂糟蚤藻灶糟藻,2016,35:596-603.（3）

596-603.勇，荣湘民，张玉平，等.控释氮肥减量施用对春玉米土壤N2O排放和氨挥发的影响[J].农业环境科学学报,2016,35（3）：

控释氮肥减量施用对春玉米土壤N2O排放和氨挥发的影响谢勇，荣湘民*，张玉平，何欣，石敦杰，刘强（湖南农业大学资源环境学院，农田污染控制与农业资源利用湖南省重点实验室，植物营养湖南省普通高等学校重点实验室，土壤肥料资源高效利用国家工程实验室，长沙410128）

摘

T3hm-2）T4hm-2）T5hm-2）T6hm-2）与T2处理相比，看，（240kgN·、（216kgN·、（192kgN·、（168kgN·处理N2O排放量分别减少27.80%、（P>0.05）（P<0.01）而各控释差异均不显著，与施肥量呈极显著的指数函数关系。T2处理氨挥发速率在施肥后的2~4d内出现峰值，33.66%、45.85%、55.12%，T4处理之间差异不显著T6处理之间差异显著但T2与T3、（P>0.05）与T5、（P<0.05），；各控释氮肥处理间

N2O排放通量变化趋势平稳，与T2控释氮肥处理（T3~T6）从累积排放量上的影响。结果表明：（普通尿素）处理相比，无明显的峰值；

要：在大田条件下采用密闭室间歇通气法和密闭式静态箱法研究了控释氮肥不同施氮水平对春玉米土壤N2O排放和氨挥发

0.97%，T5、T6处理氨挥发量分别减少了8.86%但差异均不显著（P>0.05），（P>0.05）和16.65%（P<0.05）；各控释氮肥处理间，与T3量和N2O排放、氨挥发考虑，控释氮肥的合理减氮施用能够发挥更大的环境效益。S143.1中图分类号：

A文献标志码：

6、1耀2d出现峰值；T3、T4处理氨挥发量反而分别增加了8.02%和氮肥处理在基肥、苗肥、穗肥施用后，分别在第9、与T2处理相比，

T4、T5、T6处理氨挥发量分别减少了6.53.62%和22.84%相比，（P>0.05）、（P<0.05）（P<0.01），且氨挥发量与施氮量呈极显著线（P<0.01）但各施氮肥处理间差异不显著（P>0.05）性关系。从产量上看，各施氮肥处理玉米产量均显著高于不施氮肥处理，。综合产

N2O排放；施氮量；产量关键词：控释肥；氨挥发；

1672-204303-0596-08文章编号：（2016）doi:10.11654/jaes.2016.03.025

EffectsofreducedCRNFapplicationsonN2Oemissionsandammoniavolatilizationinspringmaizesoil

（HunanProvincialKeyLaboratoryofFarmlandPollutionControlandAgriculturalResourcesUse,HunanProvincialKeyLaboratoryofNutri原tionincommonUniversity,NationalEngineeringLaboratoryonSoilandFertilizerResourcesEfficientUtilization,CollegeofResourcesandEnvironment,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）

Abstract：Effectsofcontrolled-releasenitrogenfertilizer（CRNF）appliedatdifferentratesonN2OemissionsandammoniavolatilizationXIEYong,RONGXiang-min*,ZHANGYu-ping,HEXin,SHIDun-jie,LIUQiang

fromspringmaizesoilwerestudiedusingbothclosedchamberwithintermittentaerationandclosedstaticchamber.Thetreatmentswereno-

T3）;controlled-nitrogencontrol,commonureaatnormalratehm-2,T2）;controlled-releaseureaatnormalratehm-2，（T1）（240kg·（240kg·T4）;controlled-releaseureaat20%lesshm-2，T5）;andcontrolled-releaseureaat30%releaseureaat10%lesshm-2，（192kg·（216kg·lesshm-2，T6）.ResultsshowedthatthedynamicsofN2OemissionsfromthetreatmentsT3耀T6wererelativelystable,withnoobvi原（168kg·andT6thaninT2,respectively.TheN2OemissionsinT3andT4werenotsignificantlydifferentfromthatinT2,whereasthereweresignifi原cantdifferencesinN2OemissionsbetweenT2andT5andT6.However,nosignificantdifferenceswerefoundamongCRNFtreatments（T3耀T6）.TheN2OemissionhadanexponentialrelationshipwithNapplicationrate.ThepeakofammoniavolatilizationinT2emerged（P<0.01）

圆园15原05原23收稿日期：

（2012BAD15B04）（15K056）基金项目：国家科技支撑计划课题；省教育厅平台项目

2497000692@qq.com作者简介：谢勇（1990—），男，湖南攸县人，博士研究生，主要从事农业面源污染及防控研究。E-mail：

*通信作者：rongxm2005@126.com荣湘民E-mail：

ouspeaks,comparedwiththetreatmentT2.CumulativeN2Oemissionswere27.80%,33.66%,45.85%,and55.12%lowerinT3,T4,T5,

onthe2nd~4thdayoffertilization,butonthe9th,6th,and1st耀2nddayofbasefertilization,seedlingfertilizationandpaniclefertilization,re原spectively,intreatmentsT3耀T6.TheammoniavolatilizationinT3andT4was8.02%and0.97%higherthanthatinT2,respectively,withnotionsweresignificantlyhigherthaninthecontrol,butnosignificantdifferenceswerefoundamongnitrogen-appliedtreatments.ThepresentresultssuggestthatappropriatereductionofCRNFwouldalleviateN2Oemissionsandammoniavolatilizationwhilemaintainingmaizeyields.Keywords：CRNF;nitrogenapplicationrate;N2Oemission;ammoniavolatilization;yield

earrelationshipbetweenammoniavolatilizationandNapplicationwasfound.TheyieldsofmaizeinalltreatmentswithNapplica原（P<0.01）significantdifferencesbetweenthem.However,theammoniavolatilizationinT5andT6were8.86%and16.65%lowerthanthatinT2.Alin原

32卷第第2016期年31月谢勇，等：控释氮肥减量施用对春玉米土壤N2O排放和氨挥发的影响597农业生产过程中，农田土壤N2其向大气环境释放是土壤氮素气态损O和失的NH3产生及

两个引人

关注的肥料资源流失去向。N2确O是《京都议定中明CH规定要减少的6种温室气体之一[1]，是除书CO》

2和

1kg4以N外的第三大温室气体，具有很大的增温潜能，2O的增温率效约应为相5%当[2-3]于。296~310土壤向大kg气CO2的，对温室效应的贡献排放的N2占80%~90%生物圈释O是全球重要的放的N到大气中N22NO2O排O总量的90%[4]，且其中

排放放来自于农源[6]田土壤[5]，故农田土壤NH。NH3的挥发是土壤养分+4环境的问题气态，损如失大，气既沉浪降费、了NH养3和分资NH源+

4，

又带来了许多富营养化，同时在大气中转化为氮氧累化积导致物等的水温室体

气体，造成空气质量恶化[7]。

我国农业生产高氮肥投入的现象很突出，在占全

球9%的耕地上消耗了世界上35%的肥料[8]，而且氮肥利用率仅为30%~35%，损失率平均高达45%[9]。氮肥施入土壤后，部分被作物吸收，剩余的随降水和灌溉水淋失进入土壤深层或地下水、地表水，或经过氨

挥发、硝化反硝化作用以NH3、

NOx等气态形式进入大气，其中氨挥发是氮肥气态损失的重要途径。研究表明，我国北方潮土上种植的水稻、玉米和小麦施肥

后20%氨挥发损失率分别为30%~39%、

11%~48%和1%~[10]。据全球范围内估计，农业土壤因施用化肥而直接导致N2大部分N2O-NO排排放放量系达数变化36%，于田间0.1%~2.0%监测数之据间表[11-12]明绝

。水量等N2）O，排气放候和条氨件（挥温发度受、

土壤理化降水、光照性）状，（农业质地措、pH施（、氮含

肥品种、施肥量、施肥及灌溉方式）等的影响。而运用科学合理的农业管理措施（施肥量、

施肥时间或施肥方式等）是表明，

而增加的[13-14]排降低放。不同量气和态氨氮施肥挥素发损方损失的重式失对是要土壤随着途径。大量研究

N2ON2施发损失的研究也较多。如曹兵等[15]研究O氮表排量明放的增加，

和基氨肥挥

尿素表施方式下氨挥发损失率最高达46.1%，而深施和

表6.2%施土能有和结合效抑3.8%灌溉制；李处理氨鑫挥发等方式下的氨挥发损失率分别为

[16]认为，撒施后翻耕和条施后覆和N2用也是降低损失的关键，近年来O排放选择损失控。释肥肥料已经品种的选

成为热点。已有研究表明，施用控释肥可明显在研究氮循环的过程中对南方丘陵损地区失降低因氮肥施用而产生的土壤N2O排放和氨挥发[17-18]。本试验春施用造成N2种类和施肥O量排的放变化和氨对挥环境污染的程发进行了研究，

度，以玉为了米解氮合施肥肥

理施肥、减少氮肥的气态损失、提高肥料利用率、保护农业环境提供研究依据和方法。

员1.1供材料试材料

与方法供试玉米：品种掖单13号，由山东省莱州市明星

种业公司提供。

供试肥料：普通尿素（N：46%），湖南省湘农农业

生42%产态工程，资养料集团有限公司股份分释有放限期公有司1、生2生、产3产；个；钙镁月树三脂磷种）包膜控释尿素（N：肥（，山P2北祥云化工股份有限公司生产；氯化钾（O东K5：金12%正）大生2俄O：60%，）湖

，1.2罗试验地斯生产试验于基。

2014本情年况

在湖南省浏阳市原种场（沿溪镇

花园村）长期定位试验基地进行。该地区属亚热带季1552风性湿mm润，气年候平，均全气年温的17.3降水益集。中在供试6土壤—9为月河，降潮水土量为

部分理化性质为：pH值5.75，有机质14.57g·

kg-1，，其全氮3.51g·

kg-1，碱解氮49.30mg·kg-1，全磷0.47g·kg-1，速157.10效磷kg-1，全钾14.51g·kg-1，速效钾1.3试验设计

mg11.80·kgmg·-1。T1T2））；本；处理试验处理2共设6个处理：处理1，不施氮肥

（3，，常量常量施肥控释（尿普素通（尿树素脂纯尿素N量纯240N量kg240·hmCK，-2kg·

，hm598-2，T3）；处理4，控释尿素减氮10%（树脂尿素纯N量216kg·hm-2，T4）；处理5，控释尿素减氮20%（树脂

尿30%素hm-2，T5）施磷（纯量树N和脂量192kg·；施尿钾素量纯均N为量150168kgkg··hm处理6，控释尿素减氮-2，T6）。所有处理的

hm-2。为保证普通尿素和控释氮肥施肥方式一致，

控释氮肥也根据肥料释放期的长短分3次施入土壤，

按施氮量的40%作基肥（3个月释放期的控释氮肥）

，30%作苗肥（2个月释放期的控释氮肥），30%作穗肥（大喇叭口期施，1个月释放期的控释氮肥）；磷肥全作基肥施用；

钾肥施用量各小区按处理的50%作基肥，50%作穗肥（大喇叭口期施）。各处理小区以水泥砂浆筑埂分隔而成，

水泥埂高为110cm，筑埂后填土80cm，使田埂上表面距土面高30cm，小区面积为4m伊5m，每个处理设3次重

复，共18个小区，随机排列，

种植112株玉米，种植密度为56000株·hm-2。玉米施肥方式为撒施后覆土混匀，每次施肥后都浇水灌溉，

其他栽培管理都按照常规方法进行。

玉米于2014年3月25日施基肥、播种（播种后的第1~27d记为基肥期），4月22日施苗肥（播种后

的第28~74d记为苗肥期），6月7日施穗肥（播种后的第75~106d记为穗肥期），7月9日收获，全生育期为1.4106采样d。

N2O与采测定

构成，即用密闭式静态箱法测定。采样箱由两部分

cm伊50cm箱伊50体和cm底），座外。表箱面体为被绝不热材锈料包钢材裹料

（，

侧规面格上：60固定位置设一气密性气体取样口和箱温监测接口，

底部部开口可以罩在底座上。底座上表面为四周有水槽的

正方形设计（边长50cm），测定前将底座插入20cm土中。测定时，水槽内注满水，然后将箱体罩上，形成一个密闭性气体空间，再从取样口用注射器取气体样

品。施肥后第1、2、3、5、7d采样，以后每周采样1次。

采样时间是每天的9：00—11：00，采样时每隔10min采集1次，共采集3次，每次取样40mL，同时测定气

温、箱内温度和5cm土温。采集好的样品带回实验室，立即用Clarus580气相色谱仪分析测定，

气体排放通量由3个气样浓度经线性回归分析得出。N2通量计算公式为：

O排放F=[273/（273+T）]伊（28/22.4）伊H伊60伊（dc/dt）

式中：F为N2为箱内温度，

O排28放通量为每，摩以尔N2NO-N2数，g·

mol-1；22.4为温度在273K时O的分子计，mgN2中·O摩Nm-2尔的·

h-1；T益；体质积量，农业环境科学学报第35卷第3期LL·-1mol-1；H为采样箱高度，m；c为N/dt2；t为关箱时间，min；dc为采样O箱气内体浓度N2，滋L·度的变化均值NO累率积，滋排L·放L-1·

min-1。O气体浓2量以每次采样时N2O排放通量平

放N与相邻两次采样间隔时间相乘后的再N相加而得；2O-N2量差值损占失该率施是氮施处理氮处理施氮与量CK的百处理分比。

O累积排

氨挥发的田间原位测定采用密闭室间歇式通气

法照无差d采，其样原，异之理时后和为每示意止周图。每采参日集见测1文定次献的，直[16]时至。间测每是定次上午的施肥氨10挥后：

00发连—量续11与10：00对

和下午4：

00—5：00，该时间段为土壤全天产生气态氨的平均水平[19]。当遇到降雨时，氨挥发的测定加密。测定时，将罩子扣入土壤表面10cm深，位置在小区内任选。氨挥发通量计算公式如下：

F=（c伊V伊14伊10-2式中：F为氨挥发通量/S，）以伊（NH24/t3）

标准稀盐酸的滴定浓度，·-NL-1；计V，为kg·hm-2·

d-1；c为mol滴定消耗稀盐酸mol的体积，

mL；14为每摩尔NH-13中N的质量数，g·；S为捕获装置的截面积，m2；t为氨挥发收集时间，

h。NH累积氨挥发量量施是各氮处理测定与时CK期的处理氨挥的发累通量积氨之和；3-N损失率是挥发1.5差产量值占该施氮处理施氮量的百分比。1.6数据按小区分析

收获分别计产。

试验数据采用Excel2007和DPSv14.10软件进

行统计分析，用单因素方差分析（One-wayANOVA）和新复极差法（SSR）比较不同数据组间的差异。

2.12结果与分析2.1.1控由N释2图O肥1排施可放用对知通量春，各动玉处理态米变化

生长期土壤N2O排放的影响

N2处理的不同而不同。

玉米生长期O排放内通量，T2处理动态的变化N2随着

放O排0.13通量mg·出m现了3次排放高峰，分别达到0.14、

0.15、-2·h-1，且都是在施肥后的2耀3d发生。这是因为普通尿素施肥前后土温保持在20耀30益之间，

并伴有30耀70mm的降水，使得尿素在2~3d内发生完

全水解，大量氮素养分进入土壤，

为土壤氮素的硝化和反硝化作用提供了充足的反应底物。

控释肥T3~T6处理N2O排放通量动态变化相对

32卷第第2016期年31月谢0.180.150.120.090.060.03-0.03

0

勇，等：控释氮肥减量施用对春玉米土壤N2O排放和氨挥发的影响T1

T2T3

T4T5T6

5990101928

Figure1DynamicchangesofN2Oemissionfluxesindifferenttreatments

图1N2O排放通量动态变化

37465564播种后天数Daysaftersowing/d

738291100

0.049、平稳，趋势大体一致，平均值分别为0.061、

0.045、0.040mgm-2h-1，··玉米生长周期内N2O平稳排基本放主要是由于控释尿素养分缓慢释放于土壤中，

在持续给土壤供给氮素和保持与作物养分需求同步，

T1，N2O排放量相应减少。施表明随着施氮量的减少，用普通尿素的T2处理造成旱地N2O累积排放量高

hm-2，损失率为0.70%，施用控释肥的达2.05kgN·T3、T4分别减少了在0.30%~0.50%之间。与T2比较，

27.80%、33.66%，T5、T6分别（P>0.05）但差异不显著，T3~T6分别为1.48、1.36、1.11、0.92kgNhm-2，·损失率

0.044、处理N2O排放通量的平均值分别为0.045、

0.038、0.044mg·m-2·h-1，基肥期的分别为0.069、0.051、0.048、0.043mg·m-2·h-1，穗肥期的分别为0.069、0.053、0.050、0.034mgm-2h-1。苗肥期略低可··氮素养分吸收能力能是因为这个时期玉米生长旺盛，

同时该期间降激增，吸收量大，土壤有效氮含量降低；

极水总量高达427mm，占全生育期降水的57.70%，

作物吸收的情况下，保持了土壤氮素含量的相对稳

控释肥处理苗肥期的N2O定。另外，试验分析发现，

排放通量略低于基肥期和穗肥期，即苗肥期T3~T6

与T2比较，放量呈现一定的差异，控释肥处理T3~T6

（P>的N2O排放量在基肥期和穗肥期差异不显著

55.12%，（P<0.05）控减少了45.85%、差异显著。可知，

N2O减排效果明显。释肥减氮20%~30%时，

多重比较结果表明，各个时期不同处理间N2O排

0.05）（P<0.05），苗肥期达显著差异水平。这可能是不同施肥期影响N2O排放的主导因子不同而导致的差

尿素氮形态转化慢；异。基肥期温度较低，降水较少，穗肥期土壤氮素含量偏低和强降水导致氮素流失大，

（25降低了N2O排放的差异；苗肥期的土壤温度适宜

N2O排放通量相应也会有所提高。越多，

2.1.2N2O累积排放量变化

易产生土壤氮素养分地表径流和渗漏的迁移损失。T3~T6处理N2O排放通量动态变化趋势显示施肥量

2014年春玉米种植期间，不同施肥如表1所示，

处理的土壤N2O累积排放情况是T2>T3>T4>T5>T6>

hm-2）表1不同施肥处理下N2O的排放量（kgN·

Table1CumulativeN2Oemissionsunderdifferentfertilization

treatmentshm-2）（kgN·苗肥期累积排放量

处理基肥期穗肥期损失率

SeedlingCumulative

TreatmentBasalstagePaniclestageLossrate/%

stageemissionsT1T2T3T4T5T60.08b0.64a

0.21b0.51b0.47b0.43b0.42b0.94a

0.09b0.47a0.50a

0.38c2.05a

0.700.460.450.380.32—的比重随着施氮量的减少而增大。苗肥期排放通量

施用尿素导致N2O排放量接近累积排放总量的一半，

此时期施用控释肥处理N2O排放量占累积排放总量

45.85%、整个玉米生长周期的比例分别达55.26%、

34.46%、34.56%、38.74%、45.65%。由此可知，苗肥期

利于土壤硝化反硝化作用给土壤提供了较多的氮源，

的同时进行，苗肥期T1~T6处理N2O累积排放量占

益左右）（395mm以上），降水充沛，肥料释放量增多，

0.47ab0.54ab0.31ab0.29ab0.34ab0.37ab0.20ab1.36ab

1.48ab

的结论与其截然相反，可能表明本试验苗期周期长

是个关键因子。综上可（约占玉米生长的半个周期）

春玉米苗肥期是N2O排放的关知，本实验条件下，键时期，适当减量施肥是控制减少N2O排放的有效

措施。

2.2控释肥施用对春玉米生长期土壤氨挥发的影响2.2.1土壤氨挥发速率变化

春玉米由图2可知，控释尿素不同施氮水平下，

1.11bc0.92bc（P<0.05）。注：不同小写字母表示处理间差异显著

Note：Differentsmalllettersmeansignificantdifferenceat0.05level.