楊 潔,焦 燕,楊文柱,谷 鵬,白曙光,劉立家,于俊霞

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噴灌和溝灌方式對(duì)農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的影響

楊 潔,焦 燕*,楊文柱,谷 鵬,白曙光,劉立家,于俊霞

(內(nèi)蒙古師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

研究了2016和2017年傳統(tǒng)灌溉(溝灌)和節(jié)水灌溉(噴灌)方式氨(NH3)揮發(fā)的季節(jié)年際動(dòng)態(tài)變化特征及其影響因素.采用通氣法進(jìn)行原位監(jiān)測(cè),分析了土壤溫度、體積含水量、銨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)以及氣溫降水等因素對(duì)NH3揮發(fā)的影響.結(jié)果表明,NH3揮發(fā)速率的峰值出現(xiàn)在施用氮肥后1~2周,噴灌有效降低NH3揮發(fā)峰值,噴灌和溝灌的NH3揮發(fā)速率峰值在2016年分別為2.67kg/(hm2?d)和11.11kg/(hm2?d),2017年分別為2.42kg/(hm2?d)和11.73kg/(hm2?d);馬鈴薯生長(zhǎng)季NH3揮發(fā)存在明顯的季節(jié)變化,揮發(fā)高峰主要發(fā)生在7~8月,追肥期高于基肥期.2016~2017年農(nóng)田土壤NH3累積揮發(fā)量均表現(xiàn)為噴灌＜溝灌,與溝灌相比,噴灌分別減少58.15%和43.55%.NH3揮發(fā)速率與土壤溫度呈顯著正相關(guān)(<0.05),與體積含水量、NH4+-N、NO3--N濃度呈極顯著正相關(guān)(<0.01).

灌溉方式；NH3揮發(fā)；土壤溫度；水分；NH4+-N；NO3--N

氨(NH3)是大氣中最重要的反應(yīng)性污染物氣體,在對(duì)流層中和硫酸、硝酸,形成二次無(wú)機(jī)氣溶膠的主要成分硫酸銨和硝酸銨[1],是造成霧霾的元兇[2].在確定降水和大氣顆粒物的總酸度方面起著重要作用[3],同時(shí)它也成為N2O和NO的第二來(lái)源[4].NH3作為大氣中的污染物,會(huì)造成級(jí)聯(lián)效應(yīng),包括土壤酸化、水體富營(yíng)養(yǎng)化和生物多樣性下降[5-6].NH3的排放也會(huì)對(duì)公眾健康產(chǎn)生不利影響,同時(shí)NH3對(duì)于全球氣候變化具有間接貢獻(xiàn).研究表明,NH3的排放量在全球范圍內(nèi)一直在增加且中國(guó)是最大的NH3排放國(guó)[7].農(nóng)業(yè)源(畜禽養(yǎng)殖、氮肥施用)NH3排放是大氣中NH3排放的主體.2011年歐洲環(huán)保署33個(gè)成員國(guó)NH3排放總量為4.28′109kg,其中農(nóng)業(yè)源占NH3排放總量的93.7%[8],而氮肥施用NH3排放約占40%[9],是全球NH3排放量的20%左右,在亞洲高達(dá)45%[10].旱地土壤NH3揮發(fā)是氮肥施入土壤后,土壤膠體吸附的NH4+轉(zhuǎn)化為土壤溶液中游離的NH4+,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為NH3,通過(guò)土壤表面揮發(fā)進(jìn)入大氣[11].因此,如何減少農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)是研究的熱點(diǎn).國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的研究主要集中在農(nóng)業(yè)管理措施、氣候條件、土壤理化性質(zhì)等對(duì)NH3揮發(fā)的影響[12].例如肥料處理(添加肥料增效劑[13-14]、施肥方法[15]、施肥率[16])、耕作方式[17]、氣候條件(溫度、降水、風(fēng)速)[18]、土壤類(lèi)型[19]等方面.

灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中補(bǔ)充作物水分的一種重要手段[20],合理的灌溉方式有利于提高肥料利用率.因此,也有學(xué)者從灌溉的角度研究農(nóng)田土壤NH3揮發(fā).而目前相關(guān)研究多數(shù)集中在灌溉水平[21],比較灌溉與非灌溉[22],傳統(tǒng)漫灌與滴灌、膜下滴灌[23],淹水與非淹水控制灌溉[24]等.但對(duì)機(jī)制方面的認(rèn)知十分有限,區(qū)分不同灌溉方式作用效應(yīng)差異的試驗(yàn)結(jié)果也鮮有報(bào)道.不同灌溉條件下,土壤水分含量不同,土壤狀態(tài)發(fā)生變化,灌水量多少,土壤中水分與肥料的運(yùn)移情況以及土壤特性等可能影響著NH3揮發(fā)的速率及進(jìn)程.

傳統(tǒng)灌溉模式溝灌具有耗水量大、水肥利用效率低、作物產(chǎn)量與品質(zhì)低等缺點(diǎn)[25],而噴灌實(shí)現(xiàn)了水肥一體化,通過(guò)管道將肥水溶液輸送給作物,具有節(jié)水、節(jié)肥、提高產(chǎn)量的特點(diǎn)[26].因此節(jié)水灌溉已成為農(nóng)業(yè)節(jié)約水資源并提高利用率的最佳選擇.本研究對(duì)比了節(jié)水灌溉方式(噴灌)和傳統(tǒng)灌溉方式(溝灌)下的NH3揮發(fā),探究2種灌溉方式下農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的季節(jié)年際變化特征,分析其影響因素及作用機(jī)制.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

田間原位觀(guān)測(cè)試驗(yàn)于2016年6~9月和2017年5~9月在內(nèi)蒙古呼和浩特市郊區(qū)農(nóng)場(chǎng)(40°45￠342N, 111°41￠562E,海拔1045.4m)進(jìn)行,供試作物馬鈴薯品種為“克新一號(hào)”脫毒原種馬鈴薯.該地區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候,多年平均降水量335.2~534.6mm且主要集中在6~9月,約占全年降水的70%以上,年蒸發(fā)量2000mm左右,太陽(yáng)輻射強(qiáng),晝夜溫差大,多年平均氣溫6.7℃,平均日照時(shí)數(shù)多于2629.8h,無(wú)霜期134d.灌溉水源為地下水,水質(zhì)符合灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).土壤類(lèi)型為栗鈣土,pH值7.79.土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量普遍較低,樣地0~20cm耕層有機(jī)質(zhì)含量0.93g/kg,堿解氮含量14.0g/kg,有效磷6.1mg/kg,速效鉀15.5mg/kg.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),灌溉方式為噴灌(S)、溝灌(F)2個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3次,施肥與當(dāng)?shù)氐湫头柿瞎芾泶胧┫嘁恢?每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)種植馬鈴薯8壟,每壟株距為20cm,壟長(zhǎng)11.2m,壟高30cm,壟間距90cm,小區(qū)間設(shè)置1m寬的隔離帶.馬鈴薯播種時(shí)間為每年5月15日,于當(dāng)年9月15日收獲.播種前施基肥:馬鈴薯硫酸鉀型專(zhuān)用肥(N-P-K:12:19:16) 347kg/hm2,7月開(kāi)始分次追施尿素555kg/hm2.

整個(gè)生長(zhǎng)季噴灌、溝灌的灌溉總量分別設(shè)置為2007,6167m3/hm2.噴灌處理下,采用灌施水肥的方式,于馬鈴薯播種后灌溉1次,灌水量自動(dòng)控制為397.0m3/hm2,苗期根據(jù)土壤20cm深度處真空表負(fù)壓計(jì)顯示的土壤水基質(zhì)勢(shì)為-29.5kPa時(shí)灌溉,單次噴灌99.3m3/hm2,并于收獲前10d停止灌溉,追肥期具體灌溉施肥時(shí)間見(jiàn)圖3;溝灌處理下,將肥料撒施于壟上,灌溉與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)典型灌溉管理措施相一致,以水到壟頂為準(zhǔn),于播種后和7月中旬各灌溉一次.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤NH3揮發(fā)監(jiān)測(cè) 土壤NH3揮發(fā)采用通氣法進(jìn)行監(jiān)測(cè).NH3捕獲裝置(圖1)[27]置于壟上,由帶有兩層固定支撐架的有機(jī)玻璃管(內(nèi)徑15cm,高15cm),2層海綿(直徑15cm,厚2cm)和1塊圓形(直徑17cm)可拆卸遮雨板組成.取均勻浸以30mL 0.005mol/L硫酸溶液的海綿兩塊置于固定支撐架上(確保溶液的體積足以使海綿均勻飽和的吸收且不會(huì)從海綿中滴下),上層海綿上表面與管頂端相平,用于防止外界空氣中的NH3氣和灰塵進(jìn)入,影響下層海綿的吸收;下層海綿距有機(jī)玻璃管底端8cm,距地面5cm,用于捕獲土壤揮發(fā)的NH3.遮雨板置于距管口約5cm處,由3根間隔均布的支架支撐,保證空氣的流通,避免陰雨天無(wú)法采樣的問(wèn)題.

圖1 NH3揮發(fā)原位捕獲裝置示意 Fig.1 In situ capture device for ammonia volatilization1.防雨蓋;2.支架;3.海綿;4.固定支撐架;5.桶體;6.土壤

取樣頻率為施肥后第1周每d取樣1次,之后視測(cè)到的揮發(fā)速率大小,每3~4d取樣1次,后期取樣可延長(zhǎng)到一周1次.取樣時(shí),迅速將下層海綿放入直徑為15cm且裝有300mL 1mol/L KCl溶液的采樣盒中,用手?jǐn)D壓海綿使其完全浸入KCl中,然后立即蓋上蓋子進(jìn)行密封,減少海綿在運(yùn)送回實(shí)驗(yàn)室過(guò)程中的NH3揮發(fā)損失,同時(shí)換上另一塊剛浸過(guò)硫酸溶液的海綿.上層海綿視其干濕情況,每隔2~3d更換1次.將下層的海綿帶回實(shí)驗(yàn)室后,進(jìn)行室內(nèi)分析.同時(shí)測(cè)定土壤溫度與水分,記錄天氣情況.海綿帶回實(shí)驗(yàn)室后,振蕩1h,提取,用靛酚藍(lán)分光光度法進(jìn)行NH3含量的測(cè)定.

土壤的NH3揮發(fā)速率公式:

式中:為NH3揮發(fā)速率,kg/(hm2?d);為通氣法單個(gè)裝置每次測(cè)得的NH3量,mg;為捕獲裝置的截面積,m2;為每次連續(xù)收集的時(shí)間,d.

土壤NH3揮發(fā)累積揮發(fā)量的計(jì)算公式:

式中:為土壤NH3揮發(fā)累積揮發(fā)量,kg/hm2;表示施肥后測(cè)定的次數(shù);T表示第次測(cè)定施肥后的時(shí)間,d;V為第次測(cè)定時(shí)NH3揮發(fā)速率,kg/(hm2?d).

1.3.2 土壤樣品采集與分析 土壤樣品每月采集1次,采用五點(diǎn)法在每個(gè)小區(qū)內(nèi)選取根區(qū)耕層0~30cm的表層土壤,去除石礫、植物殘?bào)w和土壤動(dòng)物,分裝入自封采樣袋中.帶回實(shí)驗(yàn)室避光風(fēng)干后,磨碎過(guò)2mm篩,用于土壤理化特性的測(cè)定,整個(gè)生長(zhǎng)季共進(jìn)行4~5次土壤樣品采集.基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1.

表1 土壤基本理化性質(zhì) Table 1 Basic physical and chemical properties of soil

注:不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(<0.05);下同.

土壤pH值通過(guò)pH計(jì)測(cè)定,水土比為2.5:1;土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定;土壤相對(duì)密度采用比重瓶法測(cè)定;土壤有機(jī)碳(SOC)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定;土壤銨態(tài)氮(NH4+-N)采用氯化鉀浸提-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定;土壤硝態(tài)氮(NO3--N)采用紫外分光光度法測(cè)定;土壤總氮(TN)采用凱氏定氮儀測(cè)定;有效磷采用碳酸氫鈉法測(cè)定;速效鉀采用火焰光度法測(cè)定.

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,SPSS 22.0軟件進(jìn)行2個(gè)獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)和相關(guān)性分析,Origin Pro 2017軟件進(jìn)行制圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 氣溫和降水

圖2 2016和2017年日平均氣溫和降水量變化 Fig.2 Changes of daily average temperature and precipitation in 2016 and 2017

2016~2017年試驗(yàn)期間的日平均氣溫和降水量見(jiàn)圖2.2016和2017年的日平均氣溫變化范圍分別為16.5~26.5℃和12.5~29.5℃;降水量的變化范圍分別為0.2~34.4mm和0.2~35.0mm,總降水量分別為196.7和198.8mm.試驗(yàn)期間氣溫和降水的高峰值主要集中在7、8月份.

2.2 噴灌和溝灌方式下農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)速率季節(jié)年際動(dòng)態(tài)變化

由圖3所示,噴灌和溝灌的NH3揮發(fā)主要是在施用氮肥后1~2周.NH3揮發(fā)存在明顯的排放峰值且噴灌的峰值顯著小于溝灌.圖3a表明,2016年7月20日追施尿素并灌水后,噴灌的NH3揮發(fā)速率在第2d達(dá)到峰值2.67kg/(hm2?d),溝灌的NH3揮發(fā)速率在第7d達(dá)到峰值11.11kg/(hm2?d).由圖3b可知,與2016年的變化趨勢(shì)相似,2017年7月2日追施尿素并灌水后,噴灌與溝灌的NH3揮發(fā)速率的峰值均出現(xiàn)在第9d,值分別為2.42,11.73kg/(hm2?d).同一年噴灌方式NH3揮發(fā)速率峰值顯著小于溝灌(<0.01),說(shuō)明節(jié)水灌溉可以有效減小NH3揮發(fā)速率.研究表明,施用氮肥后氮素發(fā)生NH3揮發(fā)損失主要是在前2周[28-29],這與本研究的結(jié)果相符.圖3a,b表明,2016~2017年追肥期的NH3揮發(fā)速率明顯高于基肥期.楊曉云等[30]研究得出,施基肥后各處理NH3揮發(fā)速率的變化范圍是0.05~0.95kg/(hm2?d),而追肥期的變化范圍是0.15~2.21kg/(hm2?d),追肥期高于基肥期.

噴灌和溝灌方式下土壤NH3揮發(fā)主要發(fā)生在夏季(7、8月),NH3揮發(fā)速率變化趨勢(shì)與日平均氣溫和降水變化趨勢(shì)相似(圖2).本研究試驗(yàn)期間氣溫和降水的高峰值主要集中在7、8月份馬鈴薯生長(zhǎng)季,施用尿素后脲酶活性增加,高溫和頻繁的降雨會(huì)使其迅速水解為NH4+-N并發(fā)生NH3揮發(fā)[31].Sharpe等[32]研究表明,溫度升高可以增加水中的NH3/NH4+的比率,降低NH3在水中的溶解度,從而促進(jìn)土壤中NH3向大氣擴(kuò)散.說(shuō)明氣溫和降水對(duì)NH3揮發(fā)具有顯著影響,即高溫和降雨有利于NH3揮發(fā).

2.3 噴灌和溝灌方式下農(nóng)田土壤NH3累積揮發(fā)量

圖4 2016和2017年噴灌和溝灌方式下土壤NH3累積揮發(fā)量 Fig.4 Accumulative NH3 volatilization from soil under sprinkler and furrow irrigation in 2016 and 2017

土壤NH3累積揮發(fā)量是由馬鈴薯生長(zhǎng)期NH3揮發(fā)速率決定的,從噴灌和溝灌方式下土壤NH3累積揮發(fā)量(圖4)可以看出,2016和2017年兩種灌溉方式下土壤NH3累積揮發(fā)量具有顯著性差異(<0.01). 2016年噴灌和溝灌的NH3累積揮發(fā)量分別為58.06, 138.74kg/hm2;2017年噴灌和溝灌的土壤NH3累積揮發(fā)量分別為53.08,94.04kg/hm2.在2016和2017年,噴灌的累積揮發(fā)量比溝灌分別降低58.15%和43.55%,噴灌方式NH3揮發(fā)顯著小于溝灌方式.雷楊莉等[31]對(duì)夏玉米土壤NH3揮發(fā)研究發(fā)現(xiàn),節(jié)水灌溉條件下土壤NH3揮發(fā)量顯著低于常規(guī)灌溉處理的NH3揮發(fā)量.王肖娟等[33]研究表明在相同施肥處理下,滴灌、淹灌兩種灌溉方式下淹灌方式土壤NH3揮發(fā)量顯著高于滴灌.由此可以看出,節(jié)水灌溉不僅可以節(jié)約水資源,還可以減少NH3揮發(fā),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力.

2.4 噴灌和溝灌方式下農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)的影響因素

2.4.1 土壤溫度和體積含水量 2016和2017年的土壤溫度均有明顯的季節(jié)性變化特征,表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)(圖5).2016年,兩種灌溉方式下的土壤溫度在8月出現(xiàn)峰值,分別為噴灌23.85℃,溝灌24.85℃,而2017年土壤溫度的最高峰出現(xiàn)在7月,噴灌和溝灌的值分別為26.85和31.70℃.因此,根據(jù)2016和2017年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出兩種灌溉方式下的土壤溫度最大值出現(xiàn)在7、8月份.同一年,噴灌處理的土壤溫度比溝灌略低,但沒(méi)有顯著差異(<0.05).這主要是由不同的灌溉方式下水層深淺以及土壤水分多少的差異引起的.

由表2可知,土壤溫度與NH3揮發(fā)速率在2016年呈顯著正相關(guān)(=0.493*,<0.05),在2017年呈極顯著正相關(guān)(=0.654**,<0.01),即NH3揮發(fā)速率隨著土壤溫度的升高而升高,與Pfluke等[34]的研究結(jié)果基本一致.龔巍巍等[35]通過(guò)研究菜地NH3揮發(fā),發(fā)現(xiàn)NH3揮發(fā)通量與土壤溫度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系.Xu等[36]研究表明,土壤溫度升高會(huì)促進(jìn)NH3揮發(fā).原因是溫度升高可以增強(qiáng)土壤脲酶和微生物活性,容易促進(jìn)土壤中肥料的溶解或水解,同時(shí)土壤深層的NH3易隨土壤水分運(yùn)動(dòng)上升到表層土壤,導(dǎo)致NH4+-N濃度迅速升高,增加NH3的排放[37].

噴灌和溝灌方式下的土壤體積含水量變化趨勢(shì)與土壤溫度一致(圖5).2016年,噴灌土壤體積含水量的峰值為44.4%,出現(xiàn)在7月27日;溝灌的峰值為49.1%,出現(xiàn)在7月13日.2017年,噴灌和溝灌體積含水量的峰值均出現(xiàn)在7月23日,分別為47.1%和53.1%.2016和2017年的土壤體積含水量在不同灌溉方式處理下存在極顯著差異(<0.01),均表現(xiàn)為噴灌<溝灌.

2016和2017年的土壤體積含水量與NH3揮發(fā)速率有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(2016:=0.771, 2017:=0.696,<0.01)(表2).土壤水分含量的變異是影響NH3揮發(fā)最不穩(wěn)定的因素之一,關(guān)于水分條件對(duì)于NH3揮發(fā)影響的報(bào)道不太一致,紀(jì)銳琳等[38]研究得出,當(dāng)土壤含水量從20%上升到30%和40%時(shí),尿素的NH3揮發(fā)量分別增加20.5%和113.0%.賀發(fā)云等[39]研究指出,少量的降雨和灌水可以讓土壤含水量增加從而來(lái)增加NH3揮發(fā),當(dāng)灌水量變得比較大時(shí),可能會(huì)造成尿素隨水向土壤深層淋洗,減小NH3揮發(fā)并且起到氮肥深施的效果.Akiyama等[40]研究結(jié)果表明,雖然施用尿素使NH3揮發(fā)量增加,但土壤濕度(WFPS)對(duì)NH3揮發(fā)無(wú)顯著影響.所以不同灌水條件對(duì)于NH3揮發(fā)的影響還存在爭(zhēng)議,仍有待進(jìn)行進(jìn)一步研究.本研究得出,隨著土壤體積含水量的增加,NH3揮發(fā)速率增加.它主要是通過(guò)直接影響NH4+-N在土壤中的物理運(yùn)移和化學(xué)轉(zhuǎn)化而對(duì)NH3揮發(fā)過(guò)程發(fā)生作用[41].當(dāng)土壤中水分含量高時(shí),加速了尿素水解,且微生物的代謝旺盛,從而使土壤中的NH4+-N含量增加,NH3揮發(fā)的量也增加.

表2 NH3揮發(fā)速率與影響因素相關(guān)性分析 Table 2 Correlation Analysis of NH3 volatilization rate and influencing factors

注:*表示呈顯著相關(guān)關(guān)系,<0.05;**表示呈極顯著相關(guān)關(guān)系,<0.01.

2.4.2 土壤NH4+-N、NO3--N濃度 氮肥施入土壤后,除部分被作物吸收,還有一部分氮素會(huì)以有機(jī)態(tài)氮、NH4+-N和NO3--N等形式殘留在土壤中[42].圖6表示2016,2017年試驗(yàn)期間土壤NH4+-N和NO3--N濃度變化.2016年噴灌和溝灌的NH4+-N濃度最大值分別為7.62和9.24mg/kg;NO3--N濃度最大值分別為33.45和54.28mg/kg;2017年噴灌和溝灌的NH4+-N濃度最大值分別為7.29和8.83mg/kg, NO3--N濃度分別為30.93和61.78mg/kg.2016和2017年NH4+-N、NO3--N濃度均在7月達(dá)到峰值,意味著這一時(shí)期尿素的水解速率較快,噴灌處理下的NH4+-N、NO3--N濃度顯著低于溝灌(<0.05).主要是因?yàn)椴煌喔确绞綄?duì)氮素在土壤中的分布狀況產(chǎn)生重要影響.土壤施肥后,在灌溉的作用下氮素隨水分向植物根系活動(dòng)層以下遷移,造成氮損失.同時(shí),積累在土壤深層的氮素也有可能隨水分向上移動(dòng)重新回到植物根系活動(dòng)層,被植物利用[43].節(jié)水灌溉是降低NH4+-N的有效措施[44].原因可能在于噴灌處理是以水帶肥,使得尿素水解后產(chǎn)生大量的NH4+-N并隨水滲入進(jìn)土壤深層,降低土壤表層的NH4+-N濃度.節(jié)水灌溉處理下土壤大部分時(shí)間保持濕潤(rùn)狀態(tài),土壤中的NO3--N主要以離子形式存在,因此更容易隨水分下滲[45],而溝灌處理下由于灌溉頻率低,所以落干期間極易出現(xiàn)土壤NO3--N隨水分蒸發(fā)而向地表遷移并累積的現(xiàn)象[46],導(dǎo)致溝灌處理下表層土壤NO3--N濃度大于噴灌處理.王肖娟等[42]的研究表明土壤NO3--N濃度受灌溉方式和施氮量的影響且達(dá)到顯著水平,在相同施氮量下,漫灌土壤NO3--N濃度顯著高于節(jié)水灌溉滴灌.

相關(guān)性分析表明(表2),2016和2017年,NH3揮發(fā)速率與NH4+-N、NO3--N濃度均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.01),噴灌和溝灌方式下土壤NH3揮發(fā)速率與NH4+-N、NO3--N濃度變化趨勢(shì)基本一致,這一結(jié)論可以支持其他研究結(jié)果.土壤中NH4+-N的含量直接影響土壤的NH3揮發(fā)[47],Sun等[48]的研究發(fā)現(xiàn),小麥輪作田土壤中的NH4+-N濃度與NH3揮發(fā)呈顯著正相關(guān),隨NH3揮發(fā)速率的升高而增加.周廣威[49]的研究表明,隨著施氮量的增加,NH4+-N和NO3--N都顯著增加,而NH3揮發(fā)速率隨著施氮量的增加而增加.說(shuō)明NH4+-N、NO3--N濃度增加,NH3揮發(fā)速率加快.

3 結(jié)論

3.1 2016和2017年,噴灌和溝灌方式下NH3揮發(fā)速率的峰值均出現(xiàn)在施用氮肥后1~2周之內(nèi),噴灌有效降低NH3揮發(fā)速率的峰值;兩種灌溉方式下的NH3揮發(fā)主要發(fā)生在7~8月,追肥期高于基肥期;氣溫高、降雨頻繁加速農(nóng)田土壤NH3揮發(fā).

3.2 與溝灌相比,噴灌顯著降低農(nóng)田土壤NH3累積揮發(fā)量.土壤溫度高、體積含水量大、NH4+-N、NO3--N濃度增加,NH3累積揮發(fā)量增加.

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Effects of ammonia volatilization from farmland under sprinkler and furrow irrigation.

YANG Jie, JIAO Yan*, YANG Wen-zhu, GU Peng, BAI Shu-guang, LIU Li-jia, YU Jun-xia

(Chemistry and Environmental Science College, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China)., 2019,39(3)：960~968

Seasonal characteristics and influencing factors of ammonia (NH3) volatilization from farmland under traditional irrigation (furrow irrigation) and water-saving irrigation (sprinkler irrigation) in 2016 and 2017 were studied.Effects of soil temperature, volumetric water content, ammonium nitrogen (NH4+-N), nitrate nitrogen(NO3--N), temperature and precipitation on ammonia volatilization were analyzed by in-situ ventilation measurements. The results showed that NH3volatilization rate increased up to 1~2 weeks after nitrogen application, with the maximum values of 2.67kg/(hm2?d), 11.11kg/(hm2?d) in 2016 and 2.42kg/(hm2?d), 11.73kg/(hm2?d) in 2017, under furrow irrigation and sprinkler irrigation, respectively. The ammoniavolatilization showed obvious seasonal pattern in potato growing season, higher in July-August and higher in top-dressing stage than base fertilizer stage. Accumulative volatilization showed sprinkler irrigation produced less NH3than furrow irrigation, compared with furrow irrigation, sprinkler irrigation with a decrease of 58.15% and 43.55% in 2016 and 2017, respectively. There was a significant positive correlation between NH3volatilization rate and soil temperature (<0.05), and significant positive correlations with volumetric water content, NH4+-N and NO3--N concentration (<0.01).

irrigation methods；ammonia volatilization；soil temperature；soil moisture；NH4+-N；NO3--N

X511

A

1000-6923(2019)03-0960-09

楊 潔(1994-),女,內(nèi)蒙古烏蘭察布人,內(nèi)蒙古師范大學(xué)碩士研究生,主要從事土壤氨揮發(fā)研究.

2018-08-16

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41565009,41765010,41675140); 2016內(nèi)蒙古青年創(chuàng)新人才計(jì)劃和內(nèi)蒙古師范大學(xué)科學(xué)研究基金項(xiàng)目(2017ZRYB007)

* 責(zé)任作者, 教授, jiaoyan@imnu.edu.cn