徐祥玉，周劍雄，喻大昭，向禮波，袁家富，鄭 磊，張 強(qiáng)

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，武漢 430064；2.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東 臨沂 276700）

目前中國是世界上最大的化肥生產(chǎn)國和氮肥消費(fèi)國，氮肥年消費(fèi)量平均約占世界的30%［1］，但中國三大糧食作物的氮肥當(dāng)季利用率分別比國際平均水平低15%～50%［2］，意味著中國農(nóng)田存在更多的氮肥損失，其中氨揮發(fā)是農(nóng)田氮肥損失的主要途徑之一，也是大氣中氨濃度不斷增加的重要來源［3］。據(jù)估計(jì)，全球平均有18%的氮肥因氨揮發(fā)而損失［4］。2014年中國氨揮發(fā)達(dá)4.20 Tg（N）∕年，占全球的34.09%，遠(yuǎn)高于其他國家［5］。氨揮發(fā)不僅造成氮素?fù)p失，也是大氣中最重要的反應(yīng)性污染物，對生態(tài)系統(tǒng)、氣候和人類健康均會(huì)產(chǎn)生不利影響［6］。在對流層中，氨和硫酸、硝酸形成二次無機(jī)氣溶膠的主要成分硫酸銨和硝酸銨是造成霧霾的元兇［7］?？梢娊档娃r(nóng)田氨揮發(fā)對提高氮素利用效率和降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

農(nóng)田管理措施可明顯減緩氨揮發(fā)，如用硫酸銨、磷酸二銨等氮源替代尿素可降低22%～55%的氨揮發(fā)［8］；尿素在土壤亞表層條帶化或深層施用可明顯減少氨揮發(fā)［9，10］；調(diào)整灌溉量可減少47%～90%的氨揮發(fā)［11，12］。除了管理措施外，增效肥料減緩氨揮發(fā)的研究也較多，如尿素酶抑制劑N-（N-丁基）硫代磷酸三酰胺等被廣泛使用［13，14］；控釋肥料可以提高氮的利用效率、子粒產(chǎn)量和牧草品質(zhì)［15］，但卻提高了氨揮發(fā)［16］；也有研究表明，控釋肥可顯著降低鮮食玉米［17］和紅壤稻田［18，19］氨揮發(fā)?？梢?，農(nóng)田氨揮發(fā)是綜合因素作用的結(jié)果，與施肥、氣候、土壤以及作物生長期等因素均有關(guān)［20，21］。

長江中游地區(qū)光、溫、水資源豐富，是典型的多熟制生態(tài)區(qū)和中國重要的糧食生產(chǎn)基地。研究表明，長江中游雙季玉米使光能生產(chǎn)效率、積溫生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益比雙季水稻分別提高了8.1%、11.4%和37.8%［22］?；诒Ｕ蠂壹Z食和飼料安全的需求，長江中下游地區(qū)稻田種植玉米或發(fā)展雙季玉米的面積逐步增加［23］。在這種模式下，常規(guī)施肥的氨揮發(fā)以及控釋肥施用對氨揮發(fā)的影響并不清楚，因此，摸清長江中游地區(qū)春季子粒玉米+秋季青貯玉米雙季模式下氨揮發(fā)特征，為合理評價(jià)氮利用效率和氮損失、制定高效施肥措施具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖北省潛江市周磯鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，地處江漢平原腹地，氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候。四季分明，夏熱冬寒，熱量、雨量比較充足，年平均氣溫16.1℃，無霜期約250 d。試驗(yàn)田土壤耕層含有機(jī)質(zhì)19.08 g∕kg、堿解氮56.29 mg∕kg、速效磷18.40 mg∕kg、速效鉀174.60 mg∕kg，pH 7.10。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理：處理1，不施肥（CK）；處理2，常規(guī)施肥1（CG1），N、P2O5、K2O施用量分別為210、105、150 kg∕hm2，肥源分別為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀；處理3，常規(guī)施肥2（CG2），N、P2O5、K2O施用量分別為210、105、150 kg∕hm2，肥源為高濃度復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量均為15%），其中不足的氮肥和鉀肥以尿素和氯化鉀補(bǔ)齊；處理4：控釋摻混肥1（CF1），N、P2O5、K2O施用量分別為168、105、150 kg∕hm2，肥源分別為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀，其中50%為氮肥控釋，釋放期為60 d；處理5：控釋摻混肥2（CF2），N、P2O5、K2O施用量分別為168、105、150 kg∕hm2，肥源分別為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀，其中70%的氮肥控釋，釋放期為60 d；處理6，控釋摻混肥3（CF3），N、P2O5、K2O施用量分別為168、105、150 kg∕hm2，肥源分別為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀，其中100%的氮肥控釋，釋放期為60 d。

其中，CG1、CG2處理氮肥分兩次施用（春季子粒玉米3月17日施基肥、4月5日施追肥；秋青貯玉米7月20日施基肥8月6日施追肥；基肥∶追肥=7∶3），磷、鉀肥一次性基施，其他處理肥料均以基肥一次性施用，施肥深度8～10 cm。采用寬窄行栽培，開廂帶廂溝200 cm，其中溝寬40 cm、溝深25～30 cm，廂面寬160 cm。廂上施肥兩行，肥料間距寬80 cm，肥料帶距廂邊40 cm，肥料帶兩邊種植玉米各一行，玉米播種距肥料帶5～8 cm。

春季子粒玉米品種為鄭單958，種植密度為6.0萬株∕hm2，2018年3月17日播種，7月18日收獲；秋季青貯玉米品種為澳玉5102，種植密度為5.7萬株∕hm2，2018年7月20日播種，11月10日收獲。

1.3 測定指標(biāo)與方法

氨揮發(fā)采用通氣法測定［24］；硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用1 mol∕L的KCl浸提，流動(dòng)分析儀測定；植株全氮含量采用濃硫酸-雙氧水消煮，半微量凱氏定氮法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

1）作物地上部養(yǎng)分?jǐn)y出量按照式（1）計(jì)算。

式中，Nop為作物養(yǎng)分?jǐn)y出量，單位為kg∕hm2；Sy為作物秸稈產(chǎn)量，單位為kg∕hm2；Sc為作物秸稈養(yǎng)分濃度，單位為g∕kg；Gy為作物子粒產(chǎn)量，單位為kg∕hm2；Gc為作物子粒養(yǎng)分濃度，單位為g∕kg；1 000為換算系數(shù)。

2）地上部養(yǎng)分回收率按照式（2）計(jì)算。

式中，Nr為養(yǎng)分回收率，單位為%；Nt為施肥處理作物地上部累積養(yǎng)分?jǐn)y出量，單位為kg∕hm2；Nc為對照處理作物地上部累積養(yǎng)分?jǐn)y出量，單位為kg∕hm2；Ni為養(yǎng)分投入量，單位為kg∕hm2。

3）所有數(shù)據(jù)用Excel軟件整理，通過R語言分析，數(shù)據(jù)分析中涉及到tidyverse、ggpubr、gglmannotate、ggplot2等包。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋摻混肥對玉米產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，春季子粒玉米和秋季青貯玉米產(chǎn)量表現(xiàn)基本一致，即不施肥處理（CK）產(chǎn)量顯著低于施肥處理。在施肥處理中，春季子粒玉米和秋季青貯玉米產(chǎn)量在處理間無顯著差異，由此可見在使用控釋摻混肥情況下至少可以將氮素用量降低20%而不減產(chǎn)。從3個(gè)摻混肥處理結(jié)果可以看出，在施肥量相同情況下，控釋氮素占總氮素投入比達(dá)到50%即可滿足需求。

圖1 控釋摻混肥對雙季玉米產(chǎn)量的影響

2.2 控釋摻混肥對氨揮發(fā)的影響

從圖2可以看出，江漢平原春季子粒玉米-秋季青貯玉米模式下，春季氨揮發(fā)主要發(fā)生在施肥后30 d內(nèi)，30 d后揮發(fā)量很低；秋季青貯玉米主要發(fā)生在施肥后15 d內(nèi)，其中秋季青貯玉米季氨揮發(fā)量明顯高于春子粒玉米季。從氨揮發(fā)累積量（表1）看，在氮、磷、鉀均為單質(zhì)肥情況下（CG1），周年氨揮發(fā)損失氮量可達(dá)施氮量的9.34%，當(dāng)?shù)⒘?、鉀主要以?fù)合肥提供時(shí)（CG2），氨揮發(fā)損失氮比例降低至6.51%，當(dāng)50%以上的氮肥為控釋肥時(shí)（CF1、CF2、CF3），氨揮發(fā)損失氮比例降低至2.03%～3.56%。由此可見，單質(zhì)肥料氨揮發(fā)損失最嚴(yán)重，復(fù)合肥次之，控釋摻混肥最低。

圖2 控釋摻混肥對雙季玉米周年氨揮發(fā)的影響

表1 控釋摻混肥對氨揮發(fā)總量的影響

2.3 控釋摻混肥對硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響

對江漢平原春季子粒玉米-秋季青貯玉米大田硝態(tài)氮、銨態(tài)氮分析結(jié)果表明，二者0～10 cm土層含量高于10～20 cm土層，且硝態(tài)氮含量高于銨態(tài)氮含量；處理間二者含量無顯著差異（圖3）。

圖3 控釋摻混肥對周年無機(jī)氮變化的影響

2.4 控釋摻混肥對養(yǎng)分利用效率的影響

從表2可以看出，如果秸稈不還田，則不施肥處理（CK）地上生物量攜帶大量養(yǎng)分離開農(nóng)田，其中K2O攜出量為138.36 kg∕hm2。在施肥處理中地上生物量攜帶氮素量均超過100 kg∕hm2，從大到小依次為CF1、CF3、CF2、CG2、CG1；攜帶P2O5量從大到小依次為CF1、CF2、CF3、CG2、CG1；攜帶K2O量從大到小依次為CF2、CF1、CF3、CG2、CG1。結(jié)合施肥量可見，在單質(zhì)肥施用情況下（CG1），地上部生物量對氮、磷、鉀肥料養(yǎng)分回收效率分別為31.50%、27.71%和49.82%，當(dāng)肥料為復(fù)合肥時(shí)養(yǎng)分回收率大幅度提高，當(dāng)50%以上的氮以控釋肥代替時(shí)，氮肥地上部養(yǎng)分回收率可達(dá)50%以上，磷肥地上部養(yǎng)分回收率達(dá)45%以上，而鉀肥地上部養(yǎng)分回收率甚至能達(dá)到70%以上。由此可見，肥料造粒、控釋摻混肥等措施可以提高肥料利用效率，控釋氮肥摻混比例達(dá)到50%即可滿足要求。

表2 控釋摻混肥對春子粒玉米肥料利用效率的影響

3 小結(jié)與討論

本研究表明摻混控釋尿素可在保持產(chǎn)量穩(wěn)定的同時(shí)降低20%的氮素投入。這與已有報(bào)道基本相當(dāng)，如在不減產(chǎn)的情況下，可減少東北春玉米20%的氮素投入［25］、減少小麥-玉米輪作體系中小麥季15%的氮素投入［26］、減少冬麥區(qū)14.3%的氮肥用量［27］、減少鮮食玉米25%的氮素投入［17］。這些研究均證實(shí)了控釋肥可以在保證不減產(chǎn)的情況下有效地減少氮素投入。這主要是由于緩控釋肥具有養(yǎng)分釋放緩慢、肥效時(shí)間長的特點(diǎn)，可以滿足作物生長的需求，有效降低施肥次數(shù)、節(jié)省肥料。本研究中控釋肥不同用量之間玉米產(chǎn)量差異不顯著，控釋氮素用量達(dá)總用量的50%即可滿足減肥需要。這與已有研究基本類似，如李偉［28］研究表明總氮中控釋氮占30%、50%和100%對小麥產(chǎn)量無顯著差異。

控釋肥可以極大提高養(yǎng)分利用效率，這在各類作物上均有報(bào)道，如：控釋肥使水稻氮素利用效率達(dá)60%～70%［29］；優(yōu)化控釋使小麥-玉米體系中養(yǎng)分表觀利用效率從常規(guī)施肥的42.4%提高到57.9%［30］；控釋肥使東北春玉米氮素利用效率提高27.1%［31］。以上說明控釋肥可以大幅度提高養(yǎng)分利用效率。本研究中摻混控釋肥可以大幅度提高肥料中氮、磷和鉀素的回收率，說明肥料帶入的養(yǎng)分被作物吸收利用程度較高，即養(yǎng)分利用效率較高。

氨揮發(fā)是氮素?fù)p失的主要途徑之一，降低氨揮發(fā)可以提高養(yǎng)分在土壤中的保留時(shí)間和養(yǎng)分利用效率，減緩環(huán)境壓力?？蒯尫士梢越档褪┓蕩淼陌睋]發(fā)，從而降低氮損失。本研究中施用控釋肥可以使雙季玉米田氨揮發(fā)占施肥總量的比例控制在2.03%～3.56%，而常規(guī)施肥為9.34%，說明控釋肥能明顯降低氨揮發(fā)，與已有報(bào)道相似，如控釋肥可使夏玉米田間氨揮發(fā)降低51.34%～91.34%［32］、鮮食甜玉米田氨揮發(fā)降低78%～81%［17］、冬麥田氨揮發(fā)從13.53%降低到8.46%［27］、稻田氨揮發(fā)降低20.2%［33］～40.9%［34］?？梢姡蒯尫适墙档桶睋]發(fā)的有效途徑。

由此可知，在江漢平原春季子粒+秋季青貯雙季玉米模式下，N、P2O5、K2O施用量分別控制在168、105、150 kg∕hm2時(shí)，其中50%的氮肥控釋即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量維持和養(yǎng)分利用效率提高的雙重目的。由于氨揮發(fā)受到土壤水分的明顯影響［35］，因此在不同的降雨或水分管理?xiàng)l件下是否存在更合理的施肥量和摻混比例則有待于進(jìn)一步研究。