不同氮肥減施對菜田氨揮發(fā)影響的初步研究

黃璐璐,徐春花,王站付,金海洋,楊曉磊,嚴(yán) 瑾,陳 旭,朱 恩

(上海市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心,上海 201103)

氮素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用,是提升作物產(chǎn)量的關(guān)鍵[1],但過量施用氮肥會導(dǎo)致土壤退化、環(huán)境污染等問題[2]。 氨揮發(fā)是肥料施用過程中氮素氣態(tài)損失的一條重要途徑,作為大氣中最主要的堿性氣態(tài)污染物,氨氣對酸沉陣、富營養(yǎng)化、土壤酸化、溫室效應(yīng)、能見度等有直接或間接的影響[3-4]。

一直以來,由于農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn),養(yǎng)分投入高且損失多,導(dǎo)致氮素利用率低,氨的揮發(fā)量逐年上升[5-6]。 研究表明,氮肥施加后土壤中NH+4 含量增加,減氮20%降低了土壤氨排放通量,因此,合理減少化肥施氮量是設(shè)施蔬菜氨減排有效途徑之一[7]。

蔬菜的純氮施用量往往比大田作物要高且利用率較低[8],已有的氨揮發(fā)研究主要集中在大田作物。本研究通過監(jiān)測不同化肥減量處理的菜田氨排放情況,旨在為減少菜田氨排放提供一定的理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試肥料:尿素(含N46%)、復(fù)混肥(N、P2O5、K2O 百分含量15-15-15)、緩釋肥(N、P2O5、K2O 百分含量15-15-15)、復(fù)合微生物肥(兩個品牌全氮含量均為2%)、有機無機肥(N、P2O5、K2O 百分含量15-6-9)、水溶肥(N、P2O5、K2O 百分含量20-20-20)、有機肥(N、P2O5、K2O 總含量5%)、水溶肥(N、P2O5、K2O 百分含量20-20-20)。

供試蔬菜:上海市郊主栽青菜品種‘五月慢’。

供試土壤:土壤類型為干溝泥,地力水平中等偏上,具體見表1。

表1 試驗地基礎(chǔ)土壤分析Table 1 Foundation soil analysis of test site

1.2 試驗處理

試驗于2020 年1—4 月上海市閔行航育種子基地進行,隨機區(qū)組設(shè)計,每小區(qū)50 m2。 各小區(qū)統(tǒng)一稱量青菜種子3 g,與細(xì)土混合均勻后,均勻灑播,播種密度為250 000 株∕hm2。 設(shè)8 個處理,T1:常規(guī)施肥(對照);T2:有機肥替代化肥;T3:緩釋肥;T4:有機無機復(fù)混肥;T5:溫興(上海溫興生物工程有限公司)復(fù)合微生物;T6:綠樂(上海綠樂生物工程有限公司)復(fù)合微生物;T7:水肥一體化;T8:蚯蚓養(yǎng)殖(在曾經(jīng)養(yǎng)殖過蚯蚓的土壤栽培葉菜)。 T2、T3、T4、T5、T6、T8 氮肥用量一致,均比常規(guī)施肥(對照)減氮21.4%,T7相比常規(guī)減氮25.9%(表2)。 其他田間栽培管理措施同常規(guī)。 重復(fù)3 次。

表2 不同處理肥料運籌Table 2 Design scheme of different fertilizers application rates

1.3 樣品采集與檢測方法

1.3.1 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)采樣與測定方法

試驗前采集0—20 cm 基礎(chǔ)土樣,測定基本理化性狀。 在施肥之前采集苗床和試驗大田土壤樣品,以“S”型的布點方式,用不銹鋼取土器采集耕作層深度0—20 cm 的土壤20 個點,均勻混合后去除小石塊、植物殘根殘枝等雜物。 自然風(fēng)干后,四分法留取1.5 kg 土樣待測。

土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)指標(biāo)測定參照《土壤農(nóng)化分析》[9]:用油浴加熱-重鉻酸鉀容量法測定有機質(zhì)含量,凱氏定氮法測定全氮含量,鉬銻抗比色法測定有效磷含量,乙酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀含量,堿解擴散法測定堿解氮含量,紫外分光光度法測定亞硝酸鹽含量。

1.3.2 植株性狀指標(biāo)及測產(chǎn)

株高(露出土壤根部至頂端的距離):用鋼卷尺測量。 葉綠素含量:采用SPAD-502 葉綠素儀測定植數(shù)第三片葉片的葉尖、中部和基部的葉綠素值,取其平均數(shù)。 生物量:每處理隨機取5 株測定植株的鮮重,全小區(qū)收獲稱重計產(chǎn)。

1.3.3 氨揮發(fā)樣品采集與分析

采用雙層海綿通氣法[10]測定,在各小區(qū)放置1 個pvc 圓筒采樣箱,圓筒的直徑為15 cm,高30 cm,將圓筒上下層各放置涂有磷酸甘油吸收液的海綿,按照設(shè)計的采樣日期更換涂有磷酸甘油吸收液的上層海綿以及將收集的下層海綿分別浸潤在KCl 溶液瓶里。

采樣時間:2020 年1 月6 日—3 月23 日,施肥后連續(xù)監(jiān)測,監(jiān)測時間為施肥后的0 d(基肥或追肥前1 d)至7 d;非施肥期監(jiān)測周期為10 d。

NH3分析:采用通氣酸吸收法測定[10],吸收NH3的海綿浸泡在KCl 溶液中振蕩1 h,抽取浸出液,并測出浸出液的體積V,用流動注射分析儀測定NH3濃度。

式中,F 為NH3揮發(fā)通量,mg∕(m2·h),c1和c2分別為浸提液中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度(mg∕L);V 為浸提液的體積(mL);A 為吸收NH3的海綿有效面積(m2),t 為采樣時間(h)。

氨的累計排放量計算公式[11]:M=∑(FN+1+FN) ×0.5 ×(tN+1) ×24 ×10-2

式中,M 為整個種植周期內(nèi)的氨氣累積排放量,kg∕hm2;F 為氣體排放通量,mg∕(m2·h);N 為采樣次數(shù);t 為距初次采樣的天數(shù),用內(nèi)插法計算相鄰兩次監(jiān)測之間未觀測日期的排放通量,然后將觀測值和未觀測日計算值逐日累加得到氨排放總量。

1.4 試驗統(tǒng)計

采用Excel 2007 軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù),采用DPS 7.05 統(tǒng)計軟件進行方差分析,多重比較采用LSD 法進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對青菜植株生長的影響

由表3 可知,T2、T4 處理株高顯著低于T1、T7 和T8 處理;T1 處理葉綠素SPAD 值顯著高于T3—T8處理,T2—T8 處理間無顯著性差異;T1 處理鮮重顯著高于T2、T4、T7、T8 處理。 表明減氮21.4%情況下,有機肥、有機無機復(fù)混肥、水肥一體化、蚯蚓養(yǎng)殖四個處理對植株生長有一定的影響,而緩釋肥和復(fù)合微生物肥料處理對其無顯著性影響。

表3 不同施肥處理對青菜生長的影響Table 3 Effects of different fertilizers application rates on the growth of pakchoi

2.2 不同施肥處理對青菜產(chǎn)量的影響

由圖1 可知,T4、T7 產(chǎn)量顯著低于T1、T5 處理,但各處理間青菜產(chǎn)量無極顯著性差異,表明減氮處理總體上達到了減肥不減產(chǎn)的效果。

2.3 不同施肥處理對青菜總氨揮發(fā)通量的影響

各處理中,總氨揮發(fā)通量大小依次為T1 >T2 >T5 >T6 >T8 >T4 >T7 >T3,其中,T2—T8 處理的氨揮發(fā)通量與氨揮發(fā)損失率均極顯著低于常規(guī)處理(T1),緩釋肥處理(T3)的總氨揮發(fā)損失率顯著低于其他減肥處理,相比常規(guī)減排27.69%;有機肥替代化肥處理(T2)的總氨揮發(fā)通量與總氨揮發(fā)損失率均高于其他減肥技術(shù)處理,相比常規(guī)處理減排21.57%。 表明緩釋肥的氨減排效果較好,而有機肥替代化肥處理相對較差。 總氨揮發(fā)損失率T5 >T6 >T7 >T8 >T4,其中,T4、T5 間差異顯著,其余處理間無顯著性差異,表明減肥技術(shù)處理(T4—T8)間對減少菜地氨揮發(fā)的作用效果相差不大。 建議實施氨減排技術(shù)時,首先考慮施用緩釋肥,其次為水肥一體化、有機無機復(fù)混肥、蚯蚓養(yǎng)殖和復(fù)合微生物肥料。

圖1 不同施肥處理對青菜產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different fertilizers application rates on pak choi yield

表4 不同施肥處理對青菜總氨揮發(fā)通量的影響Table 4 Effects of different fertilizers application rates on total ammonia volatilization flux of pakchoi

3 結(jié)論與討論

在常規(guī)施肥減氮21.4%的條件下,各減肥技術(shù)均對小青菜的植株性狀產(chǎn)生一定的影響,其中使用緩釋肥不會明顯減少植株重量,這與曹兵等研究結(jié)論一致[12]。 說明在緩釋氮肥減氮的情況下,控緩釋肥能有助于提高小青菜植株產(chǎn)量,相對降低了化肥減量帶來的減產(chǎn)損失。 有機肥無機復(fù)混肥與水肥一體化技術(shù)相對其他減肥技術(shù)處理對產(chǎn)量影響較大。

氮肥是影響植株生長和產(chǎn)量的主要因素,減施氮肥會帶來一定量的減產(chǎn)[13],本研究中常規(guī)施肥的產(chǎn)量均在一定程度上高于減肥技術(shù)處理。 水肥一體化減肥技術(shù)處理與有機無機復(fù)混肥減肥技術(shù)的產(chǎn)量相較常規(guī)處理差異顯著,分別降低了27.02%、23.44%。

農(nóng)田系統(tǒng)中的氨排放通量與施氮量呈顯著性正相關(guān),隨著氮肥的施入,氨排放通量逐漸增加,因此合理的減少氮肥的施入能有效降低由施氮而引起的土壤中氨的排放[14]。 本研究中各減肥技術(shù)處理的氨揮發(fā)通量與損失率均極顯著低于常規(guī)處理,其中緩釋肥減肥技術(shù)的總氨揮發(fā)損失率最低,與其他減肥處理差異顯著,相比常規(guī)減排27.69%(P<0.01)。 巴闖等[15]研究指出,緩釋肥可以調(diào)控尿素溶出,有效減少大田和菜田的氮素?fù)p失,減少氨揮發(fā),這與本研究結(jié)果一致。 李建睿等[16]研究表明,大量施用有機肥不僅會造成土壤硝態(tài)氮的積累,也會影響氨揮發(fā),本研究中使用有機肥減肥技術(shù)雖然在一定程度上能減少氨揮發(fā),但減排效果相比其他減肥技術(shù)較差。

綜上,緩釋肥減肥技術(shù)能維持與常規(guī)施肥相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量的同時顯著減少農(nóng)田氮肥氣態(tài)損失,為較適宜的菜地氨減排技術(shù),建議實施氨減排技術(shù)時,優(yōu)先考慮施用緩釋肥,其次為水肥一體化、有機無機復(fù)混肥、蚯蚓養(yǎng)殖和復(fù)合微生物肥料。