楊子榮，鄒志科，羅文兵*，肖新，黃紹哲，潘紅忠，李亞龍

南方平原灌區(qū)稻田氨揮發(fā)排放規(guī)律及影響因素研究

楊子榮1，鄒志科2，羅文兵2*，肖新1，黃紹哲1，潘紅忠1，李亞龍2

（1.長(zhǎng)江大學(xué)，武漢 430100；2.長(zhǎng)江科學(xué)院，武漢 430100）

【目的】探究水、氮在中稻各生育階段對(duì)氨揮發(fā)損失量及氣象因子對(duì)中稻氨揮發(fā)速率的影響?！痉椒ā恳缘咎餅檠芯繉?duì)象，在江西省灌溉試驗(yàn)中心站開(kāi)展氨揮發(fā)田間試驗(yàn)，設(shè)置間歇灌溉（W1）和傳統(tǒng)淹灌（W0）2種灌溉模式，不施氮（N0，0 kg/hm2）、減量施氮（N1，135 kg/hm2）和常規(guī)施氮（N2，180 kg/hm2）3種施氮水平，分析不同灌溉模式和施氮量對(duì)中稻各生育階段氨揮發(fā)損失量的影響，建立氨揮發(fā)速率和氣象因子之間的回歸方程?！窘Y(jié)果】同一灌溉模式下，在一定范圍內(nèi)增施氮肥會(huì)增加氨揮發(fā)損失量；同等施氮水平下，間歇灌溉相比傳統(tǒng)淹灌會(huì)增加氨揮發(fā)損失量；氨揮發(fā)損失主要發(fā)生在分蘗、拔節(jié)、抽穗3個(gè)時(shí)期，其氨揮發(fā)損失量之和占整個(gè)生育期氨揮發(fā)損失總量的50%以上；氣象因子中，日照時(shí)間對(duì)氨揮發(fā)的影響最大，呈正相關(guān)，其次為風(fēng)速，呈負(fù)相關(guān)，最后是蒸發(fā)量，呈負(fù)相關(guān)?！窘Y(jié)論】間歇灌溉相比傳統(tǒng)淹灌會(huì)增加氨揮發(fā)損失量，從中稻整個(gè)生育階段來(lái)看，氨揮發(fā)損失主要發(fā)生在生育中前期，氨揮發(fā)與日照時(shí)間呈正相關(guān)，與風(fēng)速和蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)。

氨揮發(fā)；水肥管理；氣象因子；平原灌區(qū)；顯著性

0 引 言

【研究意義】隨著人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)對(duì)糧食的需求日益增加。水稻作為我國(guó)主要的糧食作物之一，其產(chǎn)量約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的42%[1]。水稻的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)主要依賴于灌溉和施氮，在我國(guó)南方豐水區(qū)，水稻種植普遍存在大灌大排現(xiàn)象，我國(guó)北方地區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)顯著高于南方地區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)是世界第一大氮肥消耗國(guó)，氮肥用量占全球氮肥用量的30%，其中稻田氮肥用量占我國(guó)氮肥總消耗量的24%左右[3]。我國(guó)地域遼闊，氣候和土壤條件具有明顯的區(qū)域異質(zhì)性，不同區(qū)域的農(nóng)田管理措施各異，造成氮肥損失存在較大的時(shí)空差異[4]。南方平原灌區(qū)地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨水豐沛，土壤資源豐富[5]，已成為國(guó)家水稻生產(chǎn)的重點(diǎn)區(qū)域。在水稻種植過(guò)程中，大排大灌、過(guò)量施氮以及降水與施肥期的重合，都會(huì)引發(fā)大量的農(nóng)田氮素流失。其中，氨揮發(fā)作為氮素?fù)p失的主要途徑之一，造成的氮素?fù)p失高達(dá)40%～60%[6-7]，因此，有必要針對(duì)稻田氨揮發(fā)排放規(guī)律及影響因素開(kāi)展試驗(yàn)研究，為減少南方平原灌區(qū)氮素?fù)p失提供理論依據(jù)。

【研究進(jìn)展】許多學(xué)者針對(duì)氨揮發(fā)的影響因素進(jìn)行了大量研究，得出農(nóng)田氨揮發(fā)的時(shí)空差異是由氣象條件、土壤條件以及農(nóng)田管理措施的差異所引起的，是這些因子綜合作用的結(jié)果[8]。在氣象因子方面，吳萍萍等[9]研究表明，低溫、強(qiáng)降水會(huì)抑制氨氣的產(chǎn)生和傳輸，其中低溫不利于田間NH4+轉(zhuǎn)化為NH3，降水則會(huì)將已產(chǎn)生的NH4+再帶回到農(nóng)田土壤中。風(fēng)速對(duì)氨揮發(fā)的影響存在臨界值，在風(fēng)速較小時(shí)，氨揮發(fā)隨風(fēng)速增大而增大，但在風(fēng)速達(dá)到臨界值后，其對(duì)氨揮發(fā)速率幾乎沒(méi)有影響[10]。在土壤因子方面，朱堅(jiān)等[11]研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值的升高促進(jìn)了NH4+向NH3的轉(zhuǎn)化，從而加速了氨揮發(fā)。陽(yáng)離子交換量和土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)氨揮發(fā)存在抑制作用，土壤有機(jī)質(zhì)不僅能夠吸附NH4+，且有機(jī)質(zhì)被分解成腐殖質(zhì)后會(huì)降低土壤pH值，從而抑制氨揮發(fā)[12]。田間土壤含水率過(guò)高或過(guò)低都會(huì)減少氨揮發(fā)[10]，土壤含水率過(guò)低時(shí)，肥料的水解作用被削弱，進(jìn)而抑制了氨揮發(fā)[13]；土壤含水率過(guò)高時(shí)，土壤水中會(huì)溶解較多的氨，使得土－氣界面氨濃度減小，從而削弱氨氣的擴(kuò)散作用[14]。在田間管理措施方面，施氮會(huì)在不同程度上加大氨揮發(fā)速率和氨揮發(fā)損失量[15-16]，不同類(lèi)型氮肥對(duì)氨揮發(fā)的影響也存在差異[17]。葉世超等[18]研究發(fā)現(xiàn)，NH4+-N濃度和氨揮發(fā)損失量都會(huì)隨著施氮量的增加而增加。李詩(shī)豪等[17]研究表明，耕作方式顯著影響氨揮發(fā)，但不影響氮肥利用率和水稻產(chǎn)量。不同施氮方式對(duì)氨揮發(fā)的影響也不一致，具體表現(xiàn)為表施>混施>深施>粒肥深施[19]。針對(duì)灌溉模式對(duì)氨揮發(fā)的影響，相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)論有所不同。崔遠(yuǎn)來(lái)等[20]研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)水灌溉條件下氨揮發(fā)損失量高于淹灌；而彭世彰等[21]研究表明，與淹水灌溉相比，控制灌溉減少了稻田氨揮發(fā)損失?！厩腥朦c(diǎn)】以往研究多集中在水、肥、氣象等單一因素對(duì)水稻生育期內(nèi)氨揮發(fā)的影響，而缺少水、肥、氣象綜合因子對(duì)水稻不同生育階段氨揮發(fā)損失的影響研究。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】鑒于此，本研究以鄱陽(yáng)湖流域贛撫平原灌區(qū)的稻田為研究對(duì)象，在江西省灌溉試驗(yàn)中心站開(kāi)展水氮調(diào)控下的氨揮發(fā)田間試驗(yàn)，分析水、氮對(duì)中稻各生育階段氨揮發(fā)損失量及氣象因子對(duì)氨揮發(fā)速率的影響，為南方平原灌區(qū)田間水肥高效安全管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在江西省鄱陽(yáng)湖流域贛撫平原灌區(qū)內(nèi)的江西省灌溉試驗(yàn)中心站（東經(jīng)115°58?，北緯28°26?，海拔22.6 m）開(kāi)展。試驗(yàn)區(qū)為典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候區(qū)，光照充足，多年平均日照時(shí)間為1 720 h，多年平均氣溫為18.1 ℃，多年平均降水量為1 634 mm，降水量年內(nèi)分布不均，主要集中在4—6月，占全年降水量的46.1%左右。試驗(yàn)區(qū)稻田土壤為水稻土，耕作層土壤質(zhì)地為粉壤土，其中砂粒占比8.13%、粉粒占比70.01%、黏粒占比21.86%。稻田土壤耕作層厚度大約在15～20 cm之間，耕作層土壤體積質(zhì)量為1.36 g/cm3，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.74%，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.82%，全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%，全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.18%。農(nóng)田地勢(shì)整體北高南低，農(nóng)田東側(cè)有主排水溝，灌溉水源取自試驗(yàn)站周?chē)膿岷佣汕瑓^(qū)域內(nèi)田塊按水稻不同處理進(jìn)行管理。試驗(yàn)站的水稻種植制度和自然條件在鄱陽(yáng)湖流域具有一定代表性。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019—2021年中稻試驗(yàn)在田間小區(qū)內(nèi)進(jìn)行，各小區(qū)長(zhǎng)度為8 m，寬度為3.5 m。為防止各小區(qū)之間發(fā)生串水串肥，用塑料膜將小區(qū)田埂與排灌水溝田埂包裹分隔開(kāi)。試驗(yàn)設(shè)置3種施氮水平（以純氮計(jì)），分別為不施氮（N0，0 kg/hm2）處理、減量施氮（N1，135 kg/hm2）處理和常規(guī)施氮（N2，180 kg/hm2）處理，以及傳統(tǒng)淹灌（W0）和間歇灌溉（W1）2種灌溉模式，共計(jì)6個(gè)處理。不同灌溉模式的田間水層深度控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，不同水氮處理組合見(jiàn)表2。由于場(chǎng)地限制，2019年和2021年的W1N0處理和W0N0處理不設(shè)重復(fù)小區(qū)（但在小區(qū)內(nèi)重復(fù)取樣），其余處理均設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共14個(gè)小區(qū)。2020年未設(shè)置W1N0處理及W0N0處理，其余每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，各小區(qū)通過(guò)隨機(jī)區(qū)組的方式排列。供試水稻品種為黃華占，按株距×行距為13 cm×27 cm的密度進(jìn)行種植。氮肥按照基肥∶蘗肥∶拔節(jié)肥=5∶3∶2的比例施用，氮肥品種為45%的復(fù)合肥（N-P2O5-K2O：15-15-15）；磷肥（以P2O5計(jì)）：67.5 kg/hm2，類(lèi)型為鈣鎂磷肥，全部作為基肥施用；鉀肥（以K2O計(jì)）：150 kg/hm2，類(lèi)型為氯化鉀，按基肥∶拔節(jié)肥=4.5∶5.5施用。生育階段劃分及田間管理措施見(jiàn)表3。

表1 不同灌溉模式田間水層深度控制標(biāo)準(zhǔn)

注 表中W1處理0-20-30均為田間水層深度，其中0 mm為田間水層灌前下限深度、20 mm為田間水層灌后上限深度、30 mm為田間水層雨后蓄水上限深度，干4 d為W1處理在水層下降為0 mm后田面連續(xù)落干4 d再灌水，后期曬田為分蘗后期距拔節(jié)孕穗期7 d曬田，后期落干為黃熟期最后10 d田面自然落干。

表2 不同水氮處理組合

注 表中標(biāo)注*的W0N0、W1N0表示2020年未設(shè)置該處理。

表3 中稻生育階段劃分及田間管理措施

1.3 樣品采集

稻田氨揮發(fā)速率采用通氣法[22]觀測(cè)。氨氣采集裝置為上下無(wú)底的透明玻璃圓柱筒（內(nèi)徑10 cm，高20 cm），以及2個(gè)涂有15 mL磷酸甘油溶液的厚2 cm、直徑為10.5 cm的海綿塊。2塊海綿分別置于玻璃圓筒的上層和下層，上層海綿與圓筒頂部齊平，可排除外部空氣中氨的干擾，下層海綿與上層海綿間隔1 cm，用于吸收田面揮發(fā)出的氨氣。2019年和2021年隨機(jī)選擇W0N0、W0N1、W0N2、W1N0、W1N1、W1N2處理的6個(gè)小區(qū)進(jìn)行氨揮發(fā)觀測(cè)，2020年對(duì)12個(gè)小區(qū)均進(jìn)行氨揮發(fā)觀測(cè)。施肥7 d內(nèi)每天取1次樣，然后根據(jù)觀測(cè)到的氨揮發(fā)速率，每隔1～3 d取樣1次，抜節(jié)孕穗期后取樣時(shí)間間隔延長(zhǎng)至4～6 d為1次，直至水稻收割。取樣后，將采集裝置下層的海綿塊用200 mL的1.0 mol/L的KCl溶液浸取，并用納氏試劑比色法測(cè)定海綿塊中的氨量。氨揮發(fā)速率計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪圖，利用SPSS中的單因素方差分析進(jìn)行組間比較，多重比較采用LSD法（＜0.05）計(jì)算各因素的斜統(tǒng)計(jì)量，并得到對(duì)應(yīng)的值，采用逐步線性回歸法（＜0.05）得到回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮調(diào)控下中稻生育期氨揮發(fā)速率變化規(guī)律

2021年中稻氨揮發(fā)速率變化規(guī)律如圖1所示。中稻在分蘗前期和分蘗后期先后于7月14日和8月2日出現(xiàn)了氨揮發(fā)速率峰值。追施拔節(jié)肥（8月4日）7 d內(nèi)，中稻氨揮發(fā)速率并未迅速增大，反而呈逐漸下降趨勢(shì)，在8月10日，中稻氨揮發(fā)速率降至最低點(diǎn)后，其揮發(fā)速率才緩慢增加。2019年和2020年，中稻氨揮發(fā)速率的變化規(guī)律詳見(jiàn)文獻(xiàn)[24]，從整個(gè)生育期來(lái)看，3 a中稻氨揮發(fā)速率變化規(guī)律在分蘗期略有差異，在其余生育階段的變化則大體相似，表現(xiàn)出“拔節(jié)孕穗期和抽穗開(kāi)花期減小，乳熟期增加，黃熟期減小”的規(guī)律。與2019年和2020年不同的是，2021年中稻分蘗期氨揮發(fā)速率呈“增-減-增”的波動(dòng)變化趨勢(shì)。

圖1 2021年中稻氨揮發(fā)速率

2.2 水氮調(diào)控下中稻各生育階段氨揮發(fā)損失量變化規(guī)律

2021年中稻各生育階段氨揮發(fā)損失量及整個(gè)生育期內(nèi)氨揮發(fā)損失總量如表4所示。2021年中稻在分蘗、拔節(jié)孕穗、抽穗開(kāi)花3個(gè)時(shí)期的氨揮發(fā)損失量占整個(gè)生育期氨揮發(fā)損失總量的比例較大，6個(gè)處理3個(gè)生育階段氨揮發(fā)損失量之和占比高達(dá)81.77%，而乳熟期和黃熟期氨揮發(fā)損失量占比僅為18.23%。由此可見(jiàn)，分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開(kāi)花期為中稻氨揮發(fā)損失的關(guān)鍵時(shí)期。2019年和2020年各生育階段氨揮發(fā)損失量變化規(guī)律詳見(jiàn)文獻(xiàn)[24]，與2019年和2020年中稻氨揮發(fā)損失主要發(fā)生在拔節(jié)孕穗和抽穗開(kāi)花期不同，2021年中稻除拔節(jié)孕穗期和抽穗開(kāi)花期外，分蘗期的氨揮發(fā)損失也較大，占比為20.36%。

表4 2021年中稻各生育階段氨揮發(fā)損失量及占比

灌溉模式、施氮水平以及水氮交互作用對(duì)不同生育階段氨揮發(fā)損失量的影響見(jiàn)表5。水、氮及其耦合作用對(duì)3 a中稻氨揮發(fā)損失總量及各生育階段氨揮發(fā)損失量的影響均不顯著。逐年對(duì)中稻氨揮發(fā)損失量進(jìn)行檢驗(yàn)可知，2019年和2020年，灌溉模式對(duì)中稻氨揮發(fā)損失總量均有顯著影響，且2019年灌溉模式對(duì)拔節(jié)孕穗期氨揮發(fā)損失量的影響達(dá)到了極顯著水平，2020年灌溉模式對(duì)抽穗開(kāi)花期氨揮發(fā)損失量的影響達(dá)到了顯著水平。然而，2021年施氮水平以及灌溉模式對(duì)氨揮發(fā)損失總量和不同生育階段氨揮發(fā)損失量的影響均不顯著。原因可能是氨揮發(fā)除受灌溉、施肥等農(nóng)田管理措施影響外，還受氣象要素影響，2021年水稻各生育階段的日照時(shí)間、風(fēng)速、蒸發(fā)量等氣象條件與2019年和2020年有較大差異，導(dǎo)致氨揮發(fā)損失規(guī)律不一致。

表5 2019—2021年中稻各生育階段氨揮發(fā)損失量顯著性分析

2.3 不同水氮調(diào)控下氨揮發(fā)損失量的差異

2019—2021年中稻全生育期各處理氨揮發(fā)損失總量見(jiàn)圖2。由于2020年未設(shè)置W0N0處理和W1N0處理，因此，圖2未給出2020年相應(yīng)處理的數(shù)值。W0N1、W0N2、W1N1處理和W1N2處理的氨揮發(fā)損失量存在一定差異。總體來(lái)看，W0模式下，N2（180 kg/hm2）施氮水平稻田氨揮發(fā)損失總量比N1（135 kg/hm2）施氮水平稻田氨揮發(fā)損失總量高出8.98%～16.01%；W1模式下，N2（180 kg/hm2）施氮水平稻田氨揮發(fā)損失總量比N1（135 kg/hm2）施氮水平稻田氨揮發(fā)損失總量高出4.49%～37.16%。這表明在同一灌溉模式下，在一定范圍內(nèi)增施氮肥會(huì)增加氨揮發(fā)損失量。N1（135 kg/hm2）施氮水平下，W1模式稻田氨揮發(fā)損失總量比W0模式稻田氨揮發(fā)損失總量高10.70%～10.86%；在N2（180 kg/hm2）施氮水平下，W1模式稻田氨揮發(fā)損失總量比W0模式稻田氨揮發(fā)總量高13.29%～35.28%。這表明在同等施氮水平下，間歇灌溉較傳統(tǒng)淹灌會(huì)增加氨揮發(fā)損失。

圖2 2019—2021年中稻全生育期氨揮發(fā)損失總量

對(duì)3 a內(nèi)W0N1、W0N2、W1N1處理和W1N2處理之間的氨揮發(fā)損失總量差異進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果見(jiàn)表6。同一灌溉模式不同施氮水平下的氨揮發(fā)損失總量之間差異不顯著，同種施氮水平不同灌溉模式下的氨揮發(fā)損失總量之間差異也不顯著。不同處理下氨揮發(fā)損失量的標(biāo)準(zhǔn)偏差均在14～20 kg/km2之間，表明不同水氮耦合下的氨揮發(fā)損失量波動(dòng)較大。

表6 2019—2021年中稻不同水氮調(diào)控下氨揮發(fā)損失量差異顯著性分析

2.4 氣象因子對(duì)氨揮發(fā)速率的影響

對(duì)3 a氨揮發(fā)速率與平均氣溫、相對(duì)濕度、降水量、日照時(shí)間、風(fēng)速、蒸發(fā)量6個(gè)氣象因子進(jìn)行線性逐步回歸分析，通過(guò)逐步回歸將變量引入，并對(duì)已選入的變量進(jìn)行逐個(gè)檢驗(yàn)，最終引入了日照時(shí)間、風(fēng)速和蒸發(fā)量，剔除了平均氣溫、相對(duì)濕度和降水量，得到氨揮發(fā)速率與日照時(shí)間、風(fēng)速和蒸發(fā)量之間的回歸方程如下：

式中：為氨揮發(fā)速率（kg/（hm2·d））；1為日照時(shí)間（h）；2為風(fēng)速（m/s）；3為蒸發(fā)量（mm）。

日照時(shí)間對(duì)氨揮發(fā)速率的影響最大，呈正相關(guān)，其次是風(fēng)速，呈負(fù)相關(guān)，最后是蒸發(fā)量，呈負(fù)相關(guān)。

3 討 論

3.1 水氮調(diào)控對(duì)中稻全生育期氨揮發(fā)速率的影響

2021年與2019—2020年中稻分蘗期的氨揮發(fā)速率變化規(guī)律略有差異。2021年中稻在施入分蘗肥7 d后至分蘗期結(jié)束，日照時(shí)間相比2019—2020年同時(shí)期明顯下降，2019年和2020年同期平均日照時(shí)間分別為4.0 h和7.5 h，而2021年同期日照時(shí)間平均僅為1.4 h。劉伯順等[8]研究表明，光照會(huì)加速NH4+向NH3轉(zhuǎn)化，日照時(shí)間越長(zhǎng)這種過(guò)程則越持久，這也使得2021年中稻分蘗期的氨揮發(fā)速率出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。而其速率在下降之后又緩慢上升，這是因?yàn)樵诜痔Y后期到拔節(jié)孕穗期曬田期間，2021年相比2019—2020年同期的降水總量明顯減少，其中2020年該期間降水總量達(dá)到35.7 mm，而2021年同期的降水總量?jī)H為2.9 mm。盧麗麗等[10]研究表明，降水會(huì)抑制氨揮發(fā)，這也導(dǎo)致2021年中稻氨揮發(fā)速率在下降后又緩慢上升，使得2021年與2019—2020年中稻氨揮發(fā)速率不同，表現(xiàn)出“增-減-增”的波動(dòng)趨勢(shì)。追施拔節(jié)肥后氨揮發(fā)速率沒(méi)有增大，反而在施肥5～7 d內(nèi)逐漸下降。原因在于8月4日追施拔節(jié)肥的前1天及后1天均有降水，并且在8月3—10日的7 d內(nèi)有3次降水，集中的降水抑制了氨揮發(fā)，使得其揮發(fā)速率不斷減小，并在8月10日降至最低。雨水下滲將肥料帶入深層土壤，增加NH4+被土壤顆粒吸附或植株吸收的概率和氨氣上升到土壤表層的阻力，從而間接減少氨揮發(fā)損失[24-25]。

3.2 水氮調(diào)控對(duì)中稻各生育階段氨揮發(fā)損失量的影響

2019—2021年，中稻各生育階段的氨揮發(fā)損失量有所差異?？傮w來(lái)看，3 a中稻的氨揮發(fā)損失基本發(fā)生在分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗開(kāi)花期，表現(xiàn)出生育中前期氨揮發(fā)損失量大于生育中后期。李然等[26]研究表明，不同生育階段田間土壤銨態(tài)氮濃度表現(xiàn)出分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開(kāi)花期>成熟期的規(guī)律，而稻田氨揮發(fā)排放通量與表層土壤銨態(tài)氮濃度又呈極顯著正相關(guān)[27]，表明田間氨揮發(fā)損失主要發(fā)生在分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗開(kāi)花期，與本文結(jié)論一致。肖新等[28]研究發(fā)現(xiàn)，不同生育階段的氨揮發(fā)損失量表現(xiàn)為返青期>拔節(jié)孕穗期>分蘗期>抽穗開(kāi)花期>乳熟期，與本文的結(jié)論不同。返青期氨揮發(fā)損失量較大的原因可能是水稻處于生長(zhǎng)初期，生物量小、根系不發(fā)達(dá)、覆蓋度較低、植株對(duì)氮素吸收速度較慢且吸收量也較少，使得在水稻移栽初期大部分的氮素從田間流失，增加了田間氮素濃度，促進(jìn)稻田氨揮發(fā)[29]。

3.3 水、肥因子對(duì)中稻氨揮發(fā)損失量的影響

針對(duì)3 a的W0N1、W0N2、W1N1、W1N2處理，在同等施氮水平下，間歇灌溉相比傳統(tǒng)淹灌會(huì)增加氨揮發(fā)損失，這與余雙等[30]的研究結(jié)論一致。一方面，節(jié)水灌溉稻田水分相對(duì)較少，基質(zhì)濃度較高，導(dǎo)致間歇灌溉氨揮發(fā)損失高于淹灌[20]。另一方面，由于間歇灌溉條件下田間干濕交替，田間裂隙發(fā)育較強(qiáng)，土壤結(jié)構(gòu)性較好，土壤孔隙度得到改善，進(jìn)而提高土壤透氣能力，促進(jìn)氨揮發(fā)[31-32]。彭世彰等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與淹水灌溉相比，控制灌溉減少了稻田氨揮發(fā)損失，與本文結(jié)論不一致。原因在于二者試驗(yàn)在分蘗期前氮肥投入比例不同，本試驗(yàn)在分蘗期前氮肥投入比例為80%，而彭世彰的試驗(yàn)分蘗期前氮肥投入比例為57%，此外，二者施肥次數(shù)也不一致，這種施肥制度的差異導(dǎo)致2種節(jié)水灌溉模式下氨揮發(fā)現(xiàn)象與淹灌相比具有不同的結(jié)果[30]。針對(duì)3 a內(nèi)W0N1、W0N2、W1N1、W1N2處理，在同一灌溉條件下，在一定范圍內(nèi)增施氮肥會(huì)增加氨揮發(fā)損失量，這與區(qū)惠平等[33]研究結(jié)論一致。

3.4 氣象因子對(duì)中稻氨揮發(fā)速率的影響

氣象因子對(duì)氨揮發(fā)速率的影響表現(xiàn)為日照時(shí)間>風(fēng)速>蒸發(fā)量，且日照時(shí)間表現(xiàn)出正相關(guān)，風(fēng)速和蒸發(fā)量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。日照時(shí)間對(duì)氨揮發(fā)速率影響最大，會(huì)促進(jìn)氨揮發(fā)，這是因?yàn)槿照諘r(shí)間越大，凈輻射量就越多，從而加速氨揮發(fā)進(jìn)程，這與劉伯順等[8]的研究結(jié)論一致。朱兆良等[34]研究發(fā)現(xiàn)，田間氨揮發(fā)速率隨著風(fēng)速增大而增大，風(fēng)速較大時(shí)會(huì)帶走揮發(fā)出的氨氣，從而促進(jìn)氨的擴(kuò)散，與本文的研究結(jié)論不一致，這可能與施氮時(shí)間、地面的粗糙度、植被覆蓋以及氨揮發(fā)取樣時(shí)的天氣狀況有關(guān)[35]。周靜等[36]研究表明，在230 kg/km2施氮水平下，蒸發(fā)量對(duì)氨揮發(fā)速率表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，與本文的研究結(jié)論較為一致。這是由于稻田蒸發(fā)量越大時(shí)，其上方的空氣濕度就會(huì)因蒸發(fā)產(chǎn)生的水汽而逐漸增大，而空氣濕度會(huì)影響水氣或土氣界面氣壓差，空氣濕度增大會(huì)減小水氣或土氣界面氣壓差，從而減小氨揮發(fā)速率[21]。

4 結(jié) 論

1）3 a中稻氨揮發(fā)速率除分蘗期外變化規(guī)律大致相似，表現(xiàn)為“拔節(jié)孕穗期和抽穗開(kāi)花期減小，乳熟期增加，黃熟期減小”的波動(dòng)變化趨勢(shì)。

2）氨揮發(fā)損失基本發(fā)生在分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗開(kāi)花期，3個(gè)時(shí)期的氨揮發(fā)損失量占整個(gè)生育期氨揮發(fā)損失總量的50%以上，總體上表現(xiàn)出生育中前期氨揮發(fā)損失大于生育中后期。

3）同一灌溉模式下，一定范圍內(nèi)增施氮肥會(huì)增加氨揮發(fā)損失量；同等施氮水平下，間歇灌溉相比傳統(tǒng)淹灌會(huì)增大氨揮發(fā)損失，不同水肥調(diào)控下氨揮發(fā)損失量存在差異，但這種差異均不顯著。

4）各氣象因子對(duì)氨揮發(fā)速率的影響為日照時(shí)間>風(fēng)速>蒸發(fā)量，氨揮發(fā)速率與日照時(shí)間呈正相關(guān)，與風(fēng)速和蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)。

[1] 程勇翔, 王秀珍, 郭建平, 等. 中國(guó)水稻生產(chǎn)的時(shí)空動(dòng)態(tài)分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45(17): 3 473- 3485.

CHENG Yongxiang, WANG Xiuzhen, GUO Jianping, et al. The temporal-spatial dynamic analysis of china rice production[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(17): 3 473-3 485.

[2] LI Xinru, JIANG Wenlai, DUAN Dingding. Spatio-temporal analysis of irrigation water use coefficients in China[J]. Journal of Environmental Management, 2020, 262: 110 242.

[3] 彭少兵, 黃見(jiàn)良, 鐘旭華, 等. 提高中國(guó)稻田氮肥利用率的研究策略[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002(9): 1 095-1 103.

PENG Shaobing, HUANG Jianliang, ZHONG Xuhua, et al. Research Strategy in Improving Fertilizer-nitrogen Use Efficiency of Irrigated Rice in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2002(9): 1 095-1 103.

[4] HUANG Xin, SONG Yu, LI Mengmeng, et al. A high-resolution ammonia emission inventory in China[J]. Global Biogeochemical Cycles, 2012, 26(1): 14-27.

[5] 王少華. 江西省贛撫平原灌區(qū)降雨分布及干旱等級(jí)劃分[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2017(4): 32-35.

WANG Shaohua. Rainfall distribution and drought grade division in the Ganfu Plain of Jiangxi Province[J]. China Rural Water and Hydropower, 2017(4): 32-35.

[6] PAN Baobao, LAM Shukee, MOSIER Arvin, et al. Ammonia volatilization from synthetic fertilizers and its mitigation strategies: A global synthesis[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2016, 232: 283-289.

[7] WANG Cong, SUN Huifeng, ZHANG Jining, et al. Effects of different fertilization methods on ammonia volatilization from rice paddies[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 295: 126 299.

[8] 劉伯順, 黃立華, 黃金鑫, 等. 我國(guó)農(nóng)田氨揮發(fā)研究進(jìn)展與減排對(duì)策[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2022, 30(6): 875-888.

LIU Boshun, HUANG Lihua, HUANG Jinxin, et al. Research progress and emission reduction countermeasures of ammonia volatilization from farmland in my country[J]. Chinese Journal of Ecological Agriculture (Chinese and English), 2022, 30(6): 875-888.

[9] 吳萍萍, 劉金劍, 楊秀霞, 等. 不同施肥制度對(duì)紅壤地區(qū)雙季稻田氨揮發(fā)的影響[J]. 中國(guó)水稻科學(xué), 2009, 23(1): 85-93.

WU Pingping, LIU Jinjian, YANG Xiuxia, et al. Effects of different fertilization systems on ammonia volatilization from double-rice cropping field in red soil region[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2009, 23(1): 85-93.

[10] 盧麗麗, 吳根義. 農(nóng)田氨排放影響因素研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 24(1): 149-162.

LU Lili, WU Genyi. Advances in affecting factors of ammonia emission in farmland[J]. Journal of China Agricultural University, 2019, 24(1): 149-162.

[11] 朱堅(jiān), 石麗紅, 田發(fā)祥, 等. 湖南典型雙季稻田氨揮發(fā)對(duì)施氮量的響應(yīng)研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19(5): 1 129-1 138.

ZHU Jian, SHI Lihong, TIAN Faxiang, et al. Responses of ammonia volatilization to nitrogen application amount in typical double cropping paddy fields in Hunan Province[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(5): 1 129-1 138.

[12] 楊國(guó)英, 郭智, 劉紅江, 等. 稻田氨揮發(fā)影響因素及其減排措施研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2020, 29(9): 1 912-1 919.

YANG Guoying, GUO Zhi, LIU Hongjiang, et al. Research progress on factors affecting ammonia volatilization and its mitigation measures in paddy fields[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2020, 29(9): 1 912-1 919.

[13] 王文林, 劉波, 韓睿明, 等. 農(nóng)業(yè)源氨排放影響因素研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2016, 32(6): 870-878.

WANG Wenlin, LIU Bo, HAN Ruiming, et al. Review of researches on factors affecting emission of ammonia from agriculture[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2016, 32(6): 870-878.

[14] 高鵬程, 張一平. 氨揮發(fā)與土壤水分散失關(guān)系的研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001, 29(6): 22-26.

GAO Pengcheng, ZHANG Yiping. Research on relationship between volatilization of ammonia and evaporation of soil water[J]. Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry, 2001, 29(6): 22-26.

[15] 董文旭, 吳電明, 胡春勝, 等. 華北山前平原農(nóng)田氨揮發(fā)速率與調(diào)控研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 19(5): 1 115-1 121.

DONG Wenxu, WU Dianming, HU Chunsheng, et al. Ammonia volatilization and control mechanisms in the piedmont of North China Plain[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(5): 1 115-1 121.

[16] CHEN Gui, ZHAO Guohua, CHENG Wangda, et al. Rice nitrogen use efficiency does not link to ammonia volatilization in paddy fields[J]. Science of the Total Environment, 2020, 741: 140 433.

[17] 李詩(shī)豪, 劉天奇, 馬玉華, 等. 耕作方式與氮肥類(lèi)型對(duì)稻田氨揮發(fā)?氮肥利用率和水稻產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2018, 35(5): 447-454.

LI Shihao, LIU Tianqi, MA Yuhua, et al. Effects of tillage methods and nitrogen fertilizer types on ammonia volatilization, nitrogen fertilizer use efficiency and rice yield in paddy fields[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2018, 35(5): 447-454.

[18] 葉世超, 林忠成, 戴其根, 等. 施氮量對(duì)稻季氨揮發(fā)特點(diǎn)與氮素利用的影響[J]. 中國(guó)水稻科學(xué), 2011, 25(1): 71-78.

YE Shichao, LIN Zhongcheng, DAI Qigen, et al. Effects of nitrogen application rate on the characteristics of ammonia volatilization and nitrogen utilization in rice season[J]. China Rice Science, 2011, 25(1): 71-78.

[19] LI Maona, WANG Yunling, ADELI Ardeshir, et al. Effects of application methods and urea rates on ammonia volatilization, yields and fine root biomass of alfalfa[J]. Field Crops Research, 2018, 218: 115-125.

[20] 崔遠(yuǎn)來(lái), 李遠(yuǎn)華, 呂國(guó)安, 等. 不同水肥條件下水稻氮素運(yùn)移與轉(zhuǎn)化規(guī)律研究[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2004(3): 280-285.

CUI Yuanlai, LI Yuanhua, LYU Guoan, et al. Nitrogen movement and transformation with different water supply for paddy rice[J]. Advances In Water Science, 2004(3): 280-285.

[21] 彭世彰, 楊士紅, 徐俊增. 節(jié)水灌溉稻田氨揮發(fā)損失及影響因素[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009, 25(8): 35-39.

PENG Shizhang, YANG Shihong, XU Junzeng. Ammonia volatilization and its influence factors of paddy field under water-saving irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2009, 25(8): 35-39.

[22] 王朝輝, 劉學(xué)軍, 巨曉棠, 等. 田間土壤氨揮發(fā)的原位測(cè)定——通氣法[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2002(2): 205-209.

WANG Zhaohui, LIU Xuejun, JU Xiaotang, et al. Field in situ determination of ammonia volatilization from soil: Venting method[J]. Plant Natrition and Fertilizen Science, 2002(2): 205-209.

[23] 楊士紅, 彭世彰, 徐俊增, 等. 不同水氮管理下稻田氨揮發(fā)損失特征及模擬[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(11): 99-104.

YANG Shihong, PENG Shizhang, XU Junzeng, et al. Characteristics and simulation of ammonia volatilization from paddy fields under different water and nitrogen management[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(11): 99-104.

[24] 羅文兵, 劉鳳麗, 肖新, 等. 鄱陽(yáng)湖流域水肥管理對(duì)稻田氨揮發(fā)的影響[C]//中國(guó)水利學(xué)會(huì)2021學(xué)術(shù)年會(huì)論文集第二分冊(cè). 北京: 黃河水利出版社, 2021: 123-128.

LUO Wenbing, LIU Fengli, XIAO Xin, et al. Effects of water and fertilizer management on the volatilization of ammonia in paddy fields in the Poyang Lake Basin[C]//Proceedings of the 2021 Annual Conference of the Chinese Society for Hydraulic Conservancy. Beijing: The Yellow River Water Conservancy Press, 2021: 123- 128.

[25] NASTRI A, TODERI G, BERNATI E, et al. Ammonia volatilization and yield response from urea applied to wheat with urease (NBPT) and nitrification (DCD) inhibitors[J]. Agrochimica, 2000, 44(5): 231-239.

[26] 李然, 蔡威威, 艾天成, 等. 稻田氨揮發(fā)損失和水稻產(chǎn)量對(duì)不同水氮處理的響應(yīng)[J]. 中國(guó)土壤與肥料, 2020(3): 47-54.

LI Ran, CAI Weiwei, AI Tiancheng, et al. Responses of ammonia volatilization and grain yield under different water and fertilizer practices in a rice paddy[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2020(3): 47-54.

[27] 鄔剛, 袁嫚嫚, 曹哲偉, 等. 不同水氮管理?xiàng)l件下稻田氨揮發(fā)損失特征[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2019, 35(5): 651-658.

WU Gang, YUAN Manman; CAO Zhewei, et al. Ammonia volatilization under different water management and nitrogen schemes in a paddy field[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2019, 35(5): 651-658.

[28] 肖新, 楊露露, 鄧艷萍, 等. 水氮耦合對(duì)水稻田間氨揮發(fā)規(guī)律的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 31(10): 2 066-2 071 .

XIAO Xin, YANG Lulu, DENG Yanping, et al. Effects of water-nitrogen coupling on the regularity of ammonia volatilization in rice fields[J]. Journal of Agricultural Environmental Science, 2012, 31(10): 2 066-2 071.

[29] 王礦, 袁先江, 曹秀清, 等. 深蓄控排條件下稻田土壤水氮變化規(guī)律[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(4): 40-48.

WANG Kuang, YUAN Xianjiang, CAO Xiuqing, et al. Variation of soil water and nitrogen in paddy fields under the condition of deep storage and drainage[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(4): 40-48.

[30] 余雙, 崔遠(yuǎn)來(lái), 韓煥豪, 等. 不同水肥制度下稻田氨揮發(fā)變化規(guī)律[J].灌溉排水學(xué)報(bào), 2015, 34(3): 1-5.

YU Shuang, CUI Yuanlai, HAN Huanhao, et al. Changes of ammonia volatilization in paddy fields under different water and fertilizer regimes[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2015, 34(3): 1-5.

[31] 陳禎, 崔遠(yuǎn)來(lái), 劉方平, 等. 不同灌溉施肥模式對(duì)水稻土物理性質(zhì)的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2013, 32(5): 38-41.

CHEN Zhen, CUI Yuanlai, LIU Fangping, et al. Effects of different irrigation and fertilization modes on physical properties of paddy soil[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2013, 32(5): 38-41.

[32] LARSEN S, GUNARY D. Ammonia loss from ammoniacal fertilisers applied to calcareous soils[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1962, 13: 566-572.

[33] 區(qū)惠平, 周柳強(qiáng), 黃金生, 等. 不同施氮量對(duì)稻田氨揮發(fā)損失的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 44(11): 1 851-1 855.

OU Huiping, ZHOU Liuqiang, HUANG Jinsheng, et al. Nitrogen application impact on ammonia volatilization in paddy field[J]. Southern Agricultural Journal, 2013, 44 (11): 1 851-1 855.

[34] 朱兆良, 文啟孝. 中國(guó)土壤氮素[M]. 南京: 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社, 1992.

ZHU Zhaoliang, WEN Qixiao. Soil nitrogen in China[M]. Nanjing: Jiangsu Science and Technology Press, 1990.

[35] 宋勇生, 范曉暉. 稻田氨揮發(fā)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境, 2003(2): 240-244 .

SONG Yongsheng, FAN Xiaohui. Research progress of ammonia volatilization in rice fields[J]. Ecological Environment, 2003(2): 240-244.

[36] 周靜, 崔鍵, 王國(guó)強(qiáng), 等. 春秋季紅壤旱地氨揮發(fā)對(duì)氮施用量、氣象因子的響應(yīng)[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2007(3): 499-507.

ZHOU Jing, CUI Jian, WANG Guoqiang, et al. Responses of ammonia volatilization in red soil dryland to nitrogen application rate and meteorological factors in spring and autumn[J]. Soil Journal, 2007(3): 499-507.

Ammonia Volatilization from Irrigated Paddy Fields in Southern China Plains and Its Determinants

YANG Zirong1, ZOU Zhike2, LUO Wenbing2*, XIAO Xin1, HUANG Shaozhe1, PAN Hongzhong1, LI Yalong2

(1. Yangtze University, Wuhan 430100, China; 2. Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430100, China)

【Objective】Ammonia volatilization is a pathway of nitrogen cycling in soil. It is mediated by various biotic and abiotic processes. The objective of this paper is to study its variation and determinants in irrigated midseason rice fields in southern China plains.【Method】The field experiment was conducted in an irrigation experimental station in Jiangxi province. It consisted of two irrigation methods: intermittent irrigation (W1) and traditional flooding irrigation (W0), and three nitrogen fertilizations: 0 (N0), 135 kg/hm2(N1), 180 kg/hm2(N2). We measured the ammonia volatilization from each treatment and analyzed its correlation with different meteorological factors.【Result】When irrigation was the same, increasing nitrogen fertilization increased ammonia volatilization, while when nitrogen fertilization was the same, ammonia volatilization was less in flooded irrigation than in intermittent irrigation. Ammonia volatilization occurred mainly in the tillering, jointing and heading stages, the total ammonia volatilization during which accounted for more than half of the total ammonia volatilization in the whole growth season. Among the meteorological factors, sunshine duration positively impacted ammonia volatilization the most, followed by wind speed and evaporation but their influence was negative.【Conclusion】Compared with traditional flooding irrigation, intermittent irrigation increased ammonia volatilization, especially in early and middle stages of the growth season. Ammonia volatilization was positively correlated with sunshine duration and negatively with wind speed and evaporation.

ammonia volatilization; water and fertilizer management; meteorological factor; plain irrigation area; significance

1672 - 3317（2023）02 - 0079 - 08

S143.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022370

楊子榮, 鄒志科, 羅文兵, 等. 南方平原灌區(qū)稻田氨揮發(fā)排放規(guī)律及影響因素研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(2): 79-86.

YANG Zirong, ZOU Zhike, LUO Wenbing, et al. Ammonia Volatilization from Irrigated Paddy Fields in Southern China Plains and Its Determinants[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(2): 79-86.

2022-07-02

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)-中華人民共和國(guó)水利部-中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司長(zhǎng)江水科學(xué)研究聯(lián)合基金項(xiàng)目（U2040213）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（CKSF2019251/NY，CKSF2021299/NY）

楊子榮（1998-），男。碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水資源管理研究。E-mail: 1944183037@qq.com

羅文兵（1986-），男。博士，主要從事農(nóng)田排水及水管理研究。E-mail: luowenbing20050@126.com.

責(zé)任編輯：韓 洋