春小麥青貯玉米周年氮素揮發特征的研究

張換換 段燕燕 王 強 孫禮仁 陳 杰 文 雯 王江麗

（石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆 石河子 832000）

前言

研究人員早就發現各種肥料對小麥產量的影響不一樣次序依次為氮肥≥磷肥＞鉀肥，對玉米產量的影響次序為氮肥＞磷肥＞鉀肥[1]。氮肥對于玉米籽粒產量的提高的貢獻大于磷肥，說明如僅從養分角度考慮，氮素很可能是主要要素[2]。施肥量對青貯的影響主要表現在，隨著復播青貯玉米施肥量的增加，莖粗變粗、綠葉數增多、果穗長度增加、禿尖長增大、空稈率增高，施肥量的變化對于青貯玉米的株高、穗位、總葉片數影響較小，不同肥料處理對于復播青貯玉米葉面積指數的影響較小[3]。

冬小麥-夏玉米種植體系在夏玉米季，在上季減半施氮肥的基礎上停止施N后作物產量和吸N量均比原固定施N處理顯著下降[4]；N平衡計算結果表明，減量施N條件下0～1m土壤N殘留和表觀損失的數量均顯著低于原有施N量處理，作物N利用率顯著提高[5]。在前茬高施N量下減少氮肥用量有利于提高作物的氮肥利用率、減少N殘留與表觀損失。增加氮肥投入是發展農業生產的主要途徑之一，但是氮肥施入土壤-作物體系后，其基本歸宿主要有 3 個方面：被作物吸收；在土壤剖面中以無機氮形態或有機結合形態殘留；以各種形式損失，其中氨氣和N2O氮肥氣態損失的重要途徑[6-8]。本試驗研究不同的施肥時期不同施氮量的氮素損失。

1 材料與方法

1.1 實驗設計

小麥設3個施氮量處理（0kg/667m2，24kg/667m2，32kg/667m2），其中20%基施，80%追施，具體施用時期和比例見表1。復播青貯玉米不施氮。每個處理3個重復，小區面積15m2。小麥選用新春6號，按基本苗550萬株/hm2播種，15cm等行距，滴灌帶按1管4行配置；青貯玉米選用的新飼玉13號，60cm等行距種植，株距為18.5cm，滴灌帶采用1管1行配置。滴水時間和量見表2和表3。其它肥水管理同大田。

表1 前茬滴灌小麥不同施氮量水平設計(單位：kg/667 m2 ）

表2 春小麥各生育時期灌溉量(單位：m3 /667 m2 ）

表3 復播青貯玉米各生育時期灌溉量(單位：m3 /667 m2

1.2 取樣時期和方式

1.2.1 取樣時期

分別于前茬春小麥和復播青貯玉米不同生育時期采用密閉室法和靜態箱法收集氨氣和氧化亞氮。

1.2.2 取樣方式

氨揮發監測：農田土壤氨揮發的監測采用密閉室法[9-10]。

N2O氣體的采集：采用靜態箱法[11]進行 N2O氣體的采集。

1.3 氮素氣態損失測定指標及方法

氨揮發的測定：用1.0mol/L的KCl溶液浸提，采用靛酚藍比色法測定。

N2O排放量的測定：氣相色譜法。

1.4 數據處理

氨氣濃度根據配制的銨態氮2.5μg/ml的標準溶液用分光光度計測定后制標準曲線：y = 0.0328x + 0.0485（R2= 0.9966），求對應濃度。

N2O 排放通量 F 的計算公式如下：

式中：F 為 N2O 排放通量（ug m-2h-1），M 為 N2O的摩爾質量（44 g mol-1），R 為普適氣體常數（8.314 Pa m3mol-1K-1），T 為采樣時箱內平均氣溫（℃），P 為采樣點大氣壓力，通常視為標準大氣壓，即 P=1.013×105Pa，dC/dt 為 N2O 排放速率，H 為采樣箱高度（m）。

N2O 累積排放量（T）是將 3 個重復的排放通量按時間間隔加權，計算公式如下。

式中：T 為 N2O 累積排放量，單位為 kg hm-2；Fi和Fi+1分別為第 i 和 i+1 次采樣時的N2O 平均排放通量，ug m-2h-1；Di和 Di+1分別為第 i 和 i+1 次采樣時間，單位為d；24 為 1 d 的小時數；105為單位轉換系數。

其他數據處理采用Excel、SPSS等統計軟件進行，對數據進行分析得出結論。

2結果與分析

2.1 不同施氮處理滴灌春小麥產量比較

表1 不同施氮處理滴灌春小麥小區產量構成

從表1可知，小區千粒重N1處理最大，其次為N2處理，N0處理為空白對照；從測產結果來看，不同施氮量處理小麥產量由大到小依次為N1＞ N2＞N0，其中N1處理產量最高。施肥量在一定的范圍內與產量成正比，這與前人的研究結果一致。N1的產量比N2高17.3%，不施氮處理N0的產量過低，說明施氮量過高或過低都會將帶來減產。

2.1.1 春小麥開花-成熟期氨氣揮發規律

圖1 春小麥開花-成熟期各處理氨氣揮發變化圖

由圖1可知，Nw1的氨氣揮發從施肥后的第3天迅速增長至最大值，之后先迅速下降，后緩慢降低；Nw2的氨氣揮發從施肥后的第2天即達到最大值，之后氨氣揮發的速率先是迅速下降，后緩慢減少。第1～2天，升高速度 NW1＜NW2第 3～6 天，降低速度 NW1＜NW2。因此NW2與NW1相比，NW2的氨氣揮發的濃度在這六天里是一直高于NW1的氨氣揮發濃度，這也就表明隨著施氮量的增加氨氣揮發量增加。

2.1.2 玉米各生育時期氨氣揮發規律

由圖2可知，在圖示玉米3個生育時期氨氣揮發規律先降低，后升高，再降低。第1～2天，降低速度拔節-抽雄期＜抽雄-開花期＜開花-吐絲期， 第2～3天，升高速度拔節-抽雄期＜開花-吐絲期＜抽雄-開花期，氨氣揮發速率第4～5天， 氨氣揮發速率降低速率相近。表明在不施氮的情況下，揮發速率隨著天數的增加而降低，還是有少量氮素損失-氨氣揮發的存在，玉米的氨氣揮發量在開花-吐絲期較多。

2.2 春小麥氧化亞氮揮發速率比較

圖3 春小麥開花期-灌漿期氧化亞氮揮發速率比較

由圖3可知，整個觀測期間NW2處理氧化亞氮的揮發速率一直高于NW1處理。Nw2處理中氧化亞氮揮發速率從施肥后的第10～30min迅速增長為最大值，之后先迅速降低，后緩慢減少；Nw1的氧化亞氮揮發速率從施肥后的第10～20min增長至最大值，之后揮發的速率緩慢減少。由此可見，剛施入氮肥后，隨著氮肥的分解，氣態損失的氧化亞氮濃度先增加后減小，且隨著施氮量的增加氧化亞氮揮發量增加。

3 討論與結論

氮素的投入顯著影響土壤氮素揮發，鄧美華研究發現優化施肥顯著減少氮素揮發損[12]。巨曉棠等[13]研究表明，氮素累計損失量與施氮量的大小成正比，施氮量越大氮素損失量越大，這與本試驗結果一致。由此可見，合理的施氮量是提高氮肥利用率的有效途徑。

本試驗通過設置不同施氮量處理對“滴灌春小麥-青貯玉米”種植模式周年氮素（主要是氨氣和氧化二氮）的變化規律進行了探索，得出對于前茬小麥和后茬玉米，表現為隨著施氮量增加，氮素揮發增加[13]。小麥施用氮素肥料后，短時間內產生了大量的NH4+-N，致使NH4+-N濃度相對較高，此后，氨的揮發濃度逐漸降低；隨著氮肥的分解，氧化二氮濃度先增加后減小，隨著施氮量的增加氧化二氮揮發量增加。后茬玉米在不施氮的情況下還是有氮素損失，隨著天數的變化，玉米氨氣和氧化二氮氣體的揮發速率在減小。

2 個施氮量 NW1（24kg/667m2）與 NW2（32kg/667m2）相比，NW2的氨氣和氧化二氮的揮發速率都大于NW1的，又由Nw1和Nw2的產量比較可以看出北疆地區“春小麥-青貯玉米”復種體系在NW1的施肥量下小麥產量較高為546.68 kg/667m2，所以可以得出結論施氮量為24 kg/667m2時保證了作物的產量并且氮肥的利用率較高。

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