辽河平原玉米田不同施肥下的土壤氨挥发特征

【目的】通过不同施肥措施对氨气排放贡献的研究,获得辽河平原化肥施用本地化的氨排放因子,为大气环境和生态等领域的相关研究提供参考借鉴。【方法】于2018年5—10月在沈阳农业大学试验基地开展不同施肥措施下的氨气排放的大田试验,以基肥施树脂包衣缓释化肥、拔节期追施尿素为常规施肥方式,设置无氮处理（T0）、常规施肥减半（T1）、常规施肥+生物炭（T2）、常规施肥一次性施入（T3）、常规施肥（T4）5个处理。采用通气法在玉米全生育期内定时收集氨气,利用流动分析仪检测计算氨排放通量,同时测定土壤铵态氮含量。【结果】施基肥后氨挥发速率呈现双峰趋势,各处理分别于施基肥后第1—2天或第5—7天达到氨挥发速率最大值,施基肥后各处理氨挥发速率最大值表现为：常规施肥减半（T1）>常规施肥+生物炭（T2）>常规施肥一次性施入（T3）>常规施肥（T4）>无氮处理（T0）;施追肥后各处理均于第1—2天达到氨挥发速率最大值,追肥后各处理氨挥发速率最大值表现为：常规施肥（T4）>常规施肥+生物炭（T2）>常规施肥减半（T1）>常规施肥一次性施入（T3）>无氮处理（T0）。氨挥发损失累积量表现为常规施肥+生物炭（T2)>常规施肥（T4）>常规施肥一次性施入（T3）>常规施肥减半（T1）>无氮处理（T0）。各时期各处理间的土壤铵态氮含量差异并不显著,但土壤铵态氮含量和同时期土壤氨挥发速率呈现出相似的变化趋势,施追肥后两者的变化趋势比施基肥后更加相似。由于T1、T2、T4追肥期施尿素,尿素释放铵态氮比缓释化肥更加迅速,同时氨挥发也相对较快。整体来看,减少50%施氮量,氨挥发损失累积量只减少20%。各处理间生长季内氨挥发损失累积量差异显著,常规施肥+生物炭（T2）的氨挥发损失累积量最多,在施氮量相同的情况下,加施生物炭氨挥发损失累积量增加22%。全生长季施氮量相同的情况下,一次性施入缓释化肥而不采取尿素追肥的措施比以尿素作为追肥的措施的氨挥发累积量减少12%。【结论】氨挥发随着施氮量增加呈现边际递减效应。生物炭促进了农田氨挥发,玉米秸秆生物炭呈碱性,导致了氨挥发累积量的增加,但其具有孔隙度和比表面积大、吸附效果强的特点,可改良土壤和减少其他温室气体。一次性施入缓释化肥而不采取尿素追肥显著降低了氨挥发。     

生物炭对棕壤玉米田CO_2与N_2O排放的影响

在棕壤区玉米田开展对比试验,以当地常规施肥量为基础,以不施生物炭为对照CK,设3个生物炭施量处理,分别为C1(3000kg·hm~(-2))、C2(5000kg·hm~(-2))、C3(7000kg·hm~(-2)),均以基肥形式一次性施入,玉米播种-成熟收获期内定期测定土壤CO_2与N_2O排放量,以探讨不同生物炭施量对棕壤区玉米田CO_2和N_2O排放的影响。结果表明:C1、C2处理的CO_2排放量小于对照CK,分别比CK减少9.9%和8.0%,但差异不显著。在玉米不同生育时期,土壤CO_2累积排放量表现为拔节-开花阶段最高,达到800~1200mg·m~(-2)·h-1,苗期和成熟阶段排放最低。玉米全生育期内不同处理的CO_2排放量均与土壤5cm处温度呈显著正相关关系;施用生物炭对土壤N_2O排放有抑制作用,且随着生物炭添加量的增加,抑制作用加强。N_2O排放与玉米氮肥施用关系密切,两个排放高峰分别出现在施入底肥和追肥之后。C1、C2、C3处理土壤N_2O累积排放量分别比CK减少24.7%、35.2%、37.0%。研究表明,生物炭抑制了棕壤区土壤呼吸,从而抑制土壤CO_2与N_2O的排放,并与氮肥用量关系密切。随着生物炭施用量的增加,土壤对CO_2排放的抑制作用减弱,而对N_2O排放的抑制作用增加。总体而言,土壤中施加生物炭对抑制农田温室气体排放和固碳减排有积极作用,而生物炭的施用量需要综合考虑土壤条件和施肥量等多种因素。     

不同施肥处理对华北露天菜地氮素淋溶的影响

氮肥的不合理施用是造成氮素淋失和地下水污染的主要原因之一，蔬菜生产地由于水肥投入不合理而引起的土壤氮素淋溶问题日趋严重。试验以保定地区露地蔬菜(黄瓜 -茄子)为研究对象，应用渗漏池法研究氮淋失与水肥响应的关系以及控水、控肥、增效剂对氮素淋溶的影响，揭示不同水肥管理措施下的氮素淋溶特征及阻控效果。结果表明:1)在农民常规施氮水平(全年施用氮肥 N 890 kg/hm²)下氮素在蔬菜生育期总氮淋溶量为 N 307.5 kg/hm²，占施氮量的 24.9%，总氮淋失量和施氮量呈显著线性关系。2)相比常规施氮量，减氮 20%和减氮 50%，全年总氮淋溶量可分别减少 12.8%和 36.3%。3)在减氮 20%基础上添加氮肥增效剂或改良剂(有机肥、联合抑制剂、生物炭、秸秆还田)能够减少总氮淋溶量 3.7%～ 10.4%，而不影响产量。4)在减氮 20%基础上减少灌溉量 20%，能够减少总氮淋溶量 33.4%。5)由于基肥施肥方式为种植行上小高畦开沟施用并覆土，有机肥和无机肥配施对减少氮淋溶量无显著影响。在大水大肥管理条件下，氮淋溶是华北典型露地菜地氮损失的主要途径之一，减氮 20%配合联合抑制剂和减氮 20%配施生物炭均可在一定程度上减少氮淋溶，且施肥的环境负荷小。     

不同水肥措施下华北露地菜地氮淋溶特征

华北地区典型一年两季露地蔬菜种植系统,蔬菜生长季水热同季、种植管理中水氮供应充足且往往过量,造成大量氮素淋溶到深层土壤,不仅造成水肥资源利用率低,对地下水质也造成威胁。本文以华北潮褐土黄瓜-白菜一年两季典型露地蔬菜为研究对象,利用田间试验研究不同氮肥用量及优化措施(包括抑制剂、生物炭、秸秆还田)以及控制灌溉量对蔬菜产量、土壤氮淋溶及氮平衡的影响。研究结果表明:1)华北典型露地菜地氮肥主要损失去向为深层土壤中积累及氮淋溶。2)农民常规施肥处理[黄瓜季和白菜季各施550 kg(N)·hm~(-2)]淋洗出80cm土壤剖面的总氮占当季氮肥施用量的10.0%,减氮20%和50%分别使总氮淋溶量降低23.8%和45.6%;减氮20%对蔬菜产量没有显著影响,减氮50%对水肥需求量较高的黄瓜产量有显著影响(减产19.6%)。3)减氮20%配合脲酶抑制剂和硝化抑制剂、施用生物炭和添加秸秆还田分别使全年总氮淋溶量比常规水肥处理降低40.7%、43.0%和34.3%,而对蔬菜产量没有显著影响。4)减少灌溉量15%和30%分别使总氮淋溶比常规水肥处理降低43.1%和50.5%,水氮协同调控对降低氮淋溶效果显著;对需水量较高的黄瓜季,灌溉量降低30%黄瓜产量显著降低13.9%。5)高量水肥投入条件下连续种植蔬菜3年6季后,0～80cm土壤剖面硝态氮积累量占0～200 cm土壤剖面积累量的38.2%～50.7%,土壤剖面积累了大量硝态氮而且向深层土壤中移动。因此,合理控制水肥管理,特别是减氮结合脲酶抑制剂和硝化抑制剂配合水分管理,是经济可行的有效阻控土壤氮淋溶的措施。     

华北露地茄田氮肥减施综合方案的增效减排成效分析

2018年6-11月在华北露地茄田设置不施肥处理（CK）、常规施氮处理（N1）、减氮20%处理（N2）、减氮50%处理（N3）、减氮20%并施用抑制剂包膜尿素处理（N2I）及减氮20%并增施生物炭（N2B）6个处理。测定并分析不同氮肥减施综合方案对作物氮肥利用率、土壤氨挥发及N2O排放的影响。结果表明：（1）与常规施氮处理（N1）相比,减氮20%（N2）对茄子产量无显著影响,减氮50%处理（N3）茄子显著减产。施用抑制剂包膜尿素（N2I）或添加生物炭（N2B）可提高作物氮肥利用率。（2）土壤氨挥发、N2O排放与施肥关系密切,各施肥处理的氨挥发、N2O排放量均高于不施肥处理（CK）,两种气体的排放系数分别为9.6%～14.8% （氨）和0.9%～1.1%（ N2O）,排放通量峰值均出现于施肥之后。（3）与常规施氮（N1）相比,N2、N3、N2I和N2B的土壤氨挥发累积量分别降低20.3%、48.6%、41.7%和30.7%。在不影响产量的前提下,减氮20%并施用抑制剂包膜尿素处理（N2I）减排效果最好。（4）与常规施氮（N1）相比,N2、N3、N2I和N2B的N2O累积排放量分别降低21.5%、41.7%、44.2%和31.6%。N2I处理的累积排放量远低于常规施氮（N1）处理,与减氮50%处理（N3）的N2O累积水平相当。综上,减氮20%并施用抑制剂包膜尿素处理对蔬菜产量无显著影响,氮肥利用率有一定程度提高,且对环境风险小,主要体现为氨挥发和N2O减排效果显著,成本适中,是华北地区露地茄田增效减排的优选推荐方案。