周廣威， 張 文， 閔 偉， 馬麗娟， 侯振安

(石河子大學農學院資源與環(huán)境科學系， 新疆石河子 832003)

灌溉水鹽度對滴灌棉田土壤氨揮發(fā)的影響

周廣威， 張 文， 閔 偉， 馬麗娟， 侯振安*

(石河子大學農學院資源與環(huán)境科學系， 新疆石河子 832003)

咸水； 滴灌施肥； 尿素； 棉田； 氨揮發(fā)

化學肥料，尤其是氮肥的施用，對促進現(xiàn)代農業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著不可替代的作用。我國的氮肥生產(chǎn)量和消費量均居世界首位[1-2]。但是，目前我國化學氮肥的當季利用率很低，僅為 30%左右[3]。尿素是當前農業(yè)生產(chǎn)中施用最為普遍的一種氮肥，尿素施入土壤后首先被脲酶水解為不穩(wěn)定態(tài)的氨基甲酸銨，然后迅速轉化為銨態(tài)氮，繼而轉變成硝態(tài)氮。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮除被作物吸收外，其余部分主要以氨、氮氧化物等形式進入大氣或水體。其中，氨揮發(fā)是氮肥損失的主要途徑之一。積累在大氣中的氨還會被氧化成NO和N2O等氣體，引起空氣質量惡化以及溫室效應[4]。

影響農田氨揮發(fā)損失的因素主要包括土壤性質(土壤質地、通氣狀況、pH、土壤含水量、CaCO3含量和土壤總鹽量等)、氣候條件(溫度、降水、光照)和農業(yè)管理措施(氮肥品種、施肥量、施肥及灌溉方式)等[5]。灌溉是提高農業(yè)生產(chǎn)率和產(chǎn)量的重要措施。據(jù)FAO統(tǒng)計，目前發(fā)展中國家灌溉農業(yè)占據(jù)了耕地總量中1/5 左右的土地，但是卻貢獻了近一半(47%)的作物產(chǎn)量和近60%的谷物產(chǎn)量[6]?，F(xiàn)代灌溉農業(yè)面臨的一個突出問題是可用于灌溉的淡水資源日益減少，尤其是干旱半干旱地區(qū)。在淡水資源不足和增加農業(yè)產(chǎn)出的雙重壓力下，干旱地區(qū)應用咸水微咸水進行農田灌溉已經(jīng)成為必然[7]。咸水灌溉必然引起土壤鹽漬化[8]，有研究表明鹽漬化土壤上氮肥的損失較非鹽漬化土壤更為嚴重，尤其是氨揮發(fā)損失[9-10]。也有研究認為一定鹽度范圍內土壤鹽漬化會加劇氨揮發(fā)損失，但高鹽度也可能抑制微生物生長，從而影響尿素水解，降低土壤氨揮發(fā)[11]。

咸水灌溉會導致根區(qū)土壤鹽分積累，直接影響氮素轉化和氨揮發(fā)，但目前對于咸水灌溉農田土壤氨揮發(fā)的報道還較少。本研究通過五年咸水灌溉田間試驗探討咸水滴灌對棉田土壤氨揮發(fā)的影響，為合理利用咸水資源，減少氨揮發(fā)損失，提高氮肥利用率提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

1.2 試驗設計

試驗設置淡水和咸水兩種灌溉水，電導率(EC)分別為0.35和8.04 dS/m(分別用CK和SW表示)。每個處理重復3次，小區(qū)面積27 m2。在第五年(2013年)試驗期間對農田氨揮發(fā)進行動態(tài)監(jiān)測，并測定土壤基本理化性質。

試驗中氮肥使用尿素，全部做追肥，氮肥(N)用量為240 kg/hm2，在棉花生育期間分5次等量隨水滴施。尿素追肥自第2次灌水開始至第6次灌水結束，灌溉施肥周期為7 d。磷肥和鉀肥作基肥在播種前一次性施入，施用量為P2O5105 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2。其他栽培管理措施參照當?shù)卮筇铩?/p>

1.3 氨揮發(fā)的監(jiān)測

農田土壤氨揮發(fā)的監(jiān)測采用密閉室法，用稀硫酸作為氨的吸收液[12]。監(jiān)測裝置用聚氯乙烯硬質塑料管制成，內徑15 cm、 高10 cm。將20 mL 0.01 mol/L的稀硫酸溶液加入50 mL 的蒸發(fā)皿中，用鐵絲支架架起，使蒸發(fā)皿的頂部與地面保持7 cm 左右的距離，再罩以頂部密封的硬質料管。每個試驗小區(qū)隨機布置三個氨揮發(fā)監(jiān)測裝置(棉花窄行間滴灌帶滴頭處)。

2013年試驗期間，土壤氨揮發(fā)的監(jiān)測自第2次追肥開始至第5次追肥前結束，連續(xù)監(jiān)測3個灌溉施肥周期。因每次灌溉需持續(xù)2天，所以灌溉施肥后氨揮發(fā)的動態(tài)監(jiān)測為6天。在每次灌水施肥當天加入稀硫酸溶液，24 h后直接將蒸發(fā)皿中的稀硫酸轉入帶塞的三角瓶中，帶回實驗室后用1.0 mol/L的KCl溶液浸提，采用靛酚藍比色法測定。

1.4 土壤樣品的采集與測定

2 結果與分析

2.1 土壤鹽度

圖1 灌溉施肥后土壤鹽度(EC1 ∶5)的動態(tài)變化Fig.1 Changes in soil salinity (EC1 ∶5) after fertigation

2.2 土壤pH

2.3 土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量

灌溉施肥后土壤銨態(tài)氮含量增加，第2天后開始降低(圖3)。SW處理土壤明顯高于CK處理，尤其是灌溉施肥后第2天，SW處理銨態(tài)氮含量比CK處理增加了66.1%。

圖2 灌溉施肥后土壤pH的動態(tài)變化Fig.2 Changes in soil pH after fertigation

圖3 灌溉施肥后土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的動態(tài)變化Fig.3 Changes in soil -N and -N contents after fertigation

2.4 脲酶活性

灌溉施肥后SW處理土壤脲酶活性迅速增加，第4天達到最大，隨后降低；而CK處理土壤脲酶活性呈逐漸增加趨勢(圖4)。SW處理脲酶活性較CK處理平均增加了20.6%，其中灌溉施肥后第2、4天，SW處理土壤脲酶活性均顯著高于CK處理。

2.5 氣象因素

圖4 灌溉施肥后土壤脲酶活性的動態(tài)變化Fig.4 Changes in soil urease activity after fertigation

表1表明，第1個灌溉施肥周期的最高日平均溫度出現(xiàn)在施肥當天和次日，第2個灌溉施肥周期為施肥后第4天，第3個灌溉施肥出現(xiàn)在施肥后第1、4天。3個灌溉施肥周期的平均溫度分別為24.6℃、 26.05℃和24.9℃。第1個灌溉施肥周期的總降水量最大，分別比第2和3個灌溉施肥周期高3.7 mm和10.2 mm。

表1 氨揮發(fā)監(jiān)測期間的氣象條件

2.6 土壤氨揮發(fā)動態(tài)

2.7 土壤氨揮發(fā)累積量

3個灌溉施肥周期的土壤氨揮發(fā)累積量見圖6。SW處理土壤氨揮發(fā)累積量明顯高于CK處理。在前兩個灌溉施肥周期，SW處理土壤氨揮發(fā)累積量均顯著高于CK(P<0.01)，分別增加了79.1%和58.2%。第三個灌溉施肥周期，SW處理土壤氨揮發(fā)累積量較CK增加了22.7%，但差異不顯著(P>0.05)。三個連續(xù)灌溉施肥周期的土壤氨揮發(fā)累積總量，咸水灌溉(SW)為10.98 kg/hm2，淡水灌溉(CK)為7.57 kg/hm2；SW處理較CK增加了45.1%。

圖5 灌溉施肥后土壤氨揮發(fā)的動態(tài)變化Fig.5 NH3 volatilization after fertigation

圖6 不同處理土壤氨揮發(fā)累積量Fig.6 Effect of irrigation water salinity on total NH3 volatilization

3 討論

脲酶在尿素轉化過程中起重要作用，脲酶能促進尿素分子的酰胺碳氮鍵水解，脲酶活性的高低與尿素轉化的速度成正相關[19]；蘇海英等[20]研究認為鹽漬化土壤中脲酶對尿素的水解作用影響不顯著，總鹽含量增加會顯著抑制脲酶活性，但卻促進了氨揮發(fā)。本研究中施氮肥后咸水灌溉土壤脲酶活性明顯高于淡水灌溉。閔偉等[21]研究也表明施氮肥(尿素)土壤，低鹽度對脲酶活性無影響，高鹽度反而促進了脲酶活性。

本研究在連續(xù)五年咸水灌溉試驗的基礎上，對滴灌棉田土壤氨揮發(fā)進行了動態(tài)觀測。由于本試驗在田間條件下進行，外部環(huán)境因子變化較大；同時，影響氨揮發(fā)的因素也是多方面的，所以關于咸水滴灌對農田土壤氨揮發(fā)的影響及其內在機理還需要進一步深入研究。

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Effects of the salinity of irrigation water on soil ammonia volatilization in drip-irrigated cotton fields

ZHOU Guang-wei, ZHANG Wen, MIN Wei, MA Li-juan, HOU Zhen-an*

(DepartmentofResourcesandEnvironmentalScience,ShiheziUniversity,Shihezi,Xinjiang832003,China)

saline water; fertigation; urea; cotton field; ammonia volatilization

2014-01-22 接受日期： 2014-06-22

國家自然科學基金(31360504)資助。

周廣威(1990—), 男, 河南平輿縣人, 碩士研究生, 主要從事水土資源利用研究。 E-mail: z393672068@163.com * 通信作者 E-mail: hzatyl@163.com

S151.9

A

1008-505X(2015)02-0413-08