張 靖,朱 瀟,沈健林,李 勇,王 娟**,吳金水,3

(1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所/中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室 長沙 410125; 2.中國科學(xué)院長沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀測研究站 長沙 410125; 3.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

水稻()是我國重要的糧食作物,我國稻谷播種面積占糧食作物播種面積的25.8%。由于氮是作物生長的必需元素,在一定范圍內(nèi)增氮肥可以提高水稻產(chǎn)量,因此農(nóng)戶為了追求水稻產(chǎn)量而施入過量的氮肥,導(dǎo)致出現(xiàn)氮肥利用效率不高及氮損失嚴重等問題。我國稻田氮肥的利用率僅為30%～35% ,損失量可達40%～50%。除被吸收利用的氮以外,剩余的氮素通過氨揮發(fā)、徑流、淋洗等多種途徑進入環(huán)境中,造成農(nóng)業(yè)面源污染以及大氣污染等。

稻田氨揮發(fā)受施肥劑量、施肥方式等多種因素的影響。有研究表明施氮量減少22%～44%可降低氨揮發(fā)損失20.2%～35.3%。氮肥深施能減少氮肥損失、提高氮肥利用率,減少氨揮發(fā)。Liu等在免耕水稻土和Yao等在太湖地區(qū)稻田的研究表明,深施氮肥與常規(guī)表施化肥相比,能顯著減少氨揮發(fā)損失,同時增加氮吸收、提高氮肥利用率和產(chǎn)量。楊明達研究表明相同控釋氮肥處理下,側(cè)條施肥處理比撒施處理顯著降低氨揮發(fā)速率和氨揮發(fā)總量。在南方雙季稻田中采用機械側(cè)條施肥可減少18.6%～26.9%氨揮發(fā)累積損失,并提高土壤速效氮含量和水稻氮素利用效率。水稻田面水的銨態(tài)氮濃度是影響水稻季氨揮發(fā)的主要因素,隨溫度上升,對氨揮發(fā)速率的影響逐漸增大。

有機肥部分替代化肥能降低農(nóng)田氨揮發(fā)且提高作物產(chǎn)量。邢月等研究表明化肥處理能夠顯著增加氨揮發(fā)損失量,可達56.0 kg·hm,比80%尿素和20%有機肥混施處理和有機肥處理分別增加11.3 kg·hm和28.7 kg·hm。單施化肥氨揮發(fā)損失率為11.9%,而單施有機肥和化肥有機肥混施處理氨揮發(fā)損失率分別為2.3%和8.1%。華北平原旱地農(nóng)田采用干豬糞為有機替代能有效降低氨揮發(fā)損失且提高作物產(chǎn)量。

依據(jù)中華人民共和國行業(yè)標準NY 884—2012《生物有機肥》,生物有機肥(microbial organic fertilizers)指特定功能微生物與主要以動植物殘體(如畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等)為來源并經(jīng)無害化處理、腐熟的有機物料復(fù)合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥效應(yīng)的肥料。微生物肥料是一種對環(huán)境友好的新型生物肥料,可以促進植物生長,提高果實品質(zhì),改善土壤質(zhì)量等。在河套地區(qū)堿性土上采用微生物菌肥處理,氨揮發(fā)減少,但作物產(chǎn)量相對于農(nóng)民習(xí)慣施肥顯著減少。且采用生物有機肥和生物質(zhì)炭混施,氨揮發(fā)較單施生物有機肥顯著減少。綠色木霉菌生物有機肥料(biofertilizer)在減少堿性土壤氨揮發(fā)和提高甜高粱()氮肥利用率方面具有巨大的潛力。與化肥相比,配施50%枯草桿菌生物有機肥(biofertilizer)農(nóng)田氮素損失減少54%。利用植物生長促進菌(plant growth-promoting bacteria,PGPB)與降解有機物等制成的生物有機肥有效提高了氮肥和磷肥的利用效率,可減少約30%的氮肥。鑒于生物有機肥在南方稻田中對于氨揮發(fā)的影響及其主要機制尚未明確,本研究基于中亞熱帶典型雙季稻田兩年試驗,采用密閉室間歇抽氣法研究生物有機肥配施化肥等對稻田氨揮發(fā)的影響及其主要作用機制,旨在為稻田氨揮發(fā)減排提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在位于湖南省長沙縣金井鎮(zhèn)湘豐村(113°19′52″E,28°33′04″N)的中國科學(xué)院長沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀測研究站進行,海拔80 m。中亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫17.5 ℃,年平均降雨量為1330 mm,降雨主要集中在3—8月,無霜期約300 d。試驗時間為2019—2020年水稻生長期,試驗期間日平均氣溫與降水量由長沙環(huán)境觀測研究站氣象站記錄,如圖1所示。試驗田為典型雙季稻稻田,母質(zhì)為花崗巖風(fēng)化物。耕層(0～20 cm)土壤基本理化性質(zhì)為: 全氮含量1.81 g·kg,全磷含量0.50 g·kg,全鉀含量37.8 g·kg,有機質(zhì)含量40.9 g·kg,容重1.09 g·cm,pH為5.06。土壤機械組成中砂礫、粉粒和黏粒的質(zhì)量分數(shù)分別為52%、45%和3%。

圖1 試驗期（2019—2020年）研究區(qū)平均氣溫與降雨量Fig.1 Monthly average temperature and precipitation from 2019 to 2020 in the stuey area

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,共4個處理: 不施氮肥處理(CK); 常規(guī)化學(xué)氮肥表施處理(CON),氮肥基追比為3∶1; 生物有機肥替代40%化學(xué)氮肥+化學(xué)氮肥表施(CB),剩余氮肥基追比為1∶1; 氮肥減量30%+生物有機肥替代40%減量化學(xué)氮肥+化學(xué)氮肥深施(RBD),化肥全部作為基肥,深施方式為穴施,深度為7 cm,位于每兩列水稻之間。每個處理3次重復(fù),小區(qū)面積27 m(3 m×9 m)。每季磷鉀肥分別為PO75 kg·hm、KO 100 kg·hm,作基肥一次性施入。CON處理早/晚稻季氮肥(尿素,46%)分別為150/180 kg(N)·hm。施生物有機肥處理根據(jù)N含量確定用量,作基肥一次性表施。并計算生物有機肥攜入的磷鉀量,剩余養(yǎng)分用尿素、過磷酸鈣和氯化鉀補齊。生物有機菌肥由河北豐和綠光農(nóng)業(yè)科技有限公司提供,為粉狀。其中養(yǎng)分含量氮磷鉀≥6%、有機質(zhì)≥60%、有效活菌數(shù)≥2億·g,該有機肥包括螯合氨基酸、抗重茬劑、生根劑、保水劑、土壤激活素,內(nèi)含枯草、放線菌、木霉、芽孢桿菌等多種有益菌。具體施肥措施見表1。試驗地田間管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理方式一致。供試作物品種: 早稻為‘潭兩優(yōu)45’,晚稻為‘玉針香’。種植密度為20 cm×20 cm,每穴2～3株秧苗。2019年早稻季,移栽和施基肥時間為4月30日,施追肥時間為5月20日,收獲時間為7月16日; 2019年晚稻季,移栽和施基肥時間為7月20日,施追肥時間為8月2日,收獲時間為10月28日。2020年早稻季,移栽和施基肥時間為4月24日,施追肥時間為5月10日,收獲時間為7月13日; 2020年晚稻季,移栽和施基肥時間為7月18日,施追肥時間為7月30日,收獲時間為11月6日。

表1 各處理的生物有機肥和化肥氮肥的施用情況Table 1 Application rates and methods of microbial organic fertilizer and chemical fertilier of each treatment kg(N)·hm—2

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 氨揮發(fā)收集與通量估算

氨揮發(fā)采用密閉室間歇抽氣法,氣室直徑為20 cm,氣室內(nèi)的換氣速率為15～20 次·min,通過調(diào)節(jié)閥和流量計控制換氣速率。密閉室內(nèi)揮發(fā)的氨由抽氣泵帶動進入吸收瓶中,被瓶中0.05 mol·L的稀酸(100 mL)吸收,從而估算土壤表面揮發(fā)氨量及累積量。每次施肥后連續(xù)采樣7～14 d,采樣時間為每天的9:00—11:00和15:00—17:00。抽氣結(jié)束后通過流動注射分析儀AA3 (Auto Analyzer 3,SEAL Analytical,德國)測定氨濃度,氨揮發(fā)通量計算:

式中:為氨揮發(fā)通量[kg(N)·hm·d];為吸收液銨態(tài)氮的濃度(mg·L);為稀硫酸吸收液的體積(mL);10為體積轉(zhuǎn)換系數(shù); 10為質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù); 10為面積轉(zhuǎn)換系數(shù);為氣室的半徑(m); 6為時間轉(zhuǎn)換系數(shù),24 h與日氨揮發(fā)收集時間4 h的比值。

氨揮發(fā)累積通量估算公式如下:

式中:為當(dāng)季累積通量[kg(N)·hm];和分別為第1次和最后1次采樣時的排放通量[kg(N)·hm·d];F和為第和+1次采樣時的排放通量[kg(N)·hm·d];為當(dāng)季觀測次數(shù);和為第+1和第次采樣的時間間隔(d)。

氨揮發(fā)損失率計算:

式中: E F為氨揮發(fā)損失率(%);F為施氮處理氨揮發(fā)通量[kg(N)·hm],為不施氮處理(CK)氨揮發(fā)通量[kg(N)·hm];為施氮量[kg(N)·hm]。

1.3.2 田面水收集與測定

水稻田面水采集與氨揮發(fā)采集時間一致,小區(qū)內(nèi)采用五點取樣法,裝入聚乙烯塑料瓶中,并混合均勻,過濾后,通過流動注射分析儀測定水樣中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度。

1.3.3 植株樣品收集與測定

水稻成熟后,記錄各小區(qū)水稻稻谷、秸稈鮮重,再根據(jù)各小區(qū)稻谷、秸稈的含水率折算稻谷標準產(chǎn)量(13.5%)及秸稈產(chǎn)量。

氮肥偏生產(chǎn)力計算:

式中: P FP為 氮肥偏生產(chǎn)力[kg·kg(N)],為施氮處理水稻產(chǎn)量(kg·hm),為施氮量[kg(N)·hm]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與作圖

運用Origin進行數(shù)據(jù)處理及制圖。采用SPSS進行單因素方差分析(one-way ANOVA),多重比較選用Duncan檢驗,進行Person相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機肥與化肥配施下稻田氨揮發(fā)動態(tài)

早稻季期間,基肥施用后,施氮處理每日氨揮發(fā)通量在1～3 d達到峰值,之后逐日降低,約2周后趨于平緩。CON峰值最高,早稻季兩年平均為3.98 kg(N)·hm·d,兩個生物有機肥處理的峰值為1.82～2.55 kg(N)·hm·d。氨揮發(fā)排放通量隨著施氮量增加而增加。追肥施用后,氨揮發(fā)通量于第2 天達到峰值,隨后逐漸下降至與不施氮處理無顯著差異。CB處理峰值最高,為3.25 kg(N)·hm·d,而CON峰值低于CB,為2.47 kg(N)·hm·d,主要是因為CON和CB處理基追肥比例不同,CB處理追肥的施氮量高于CON。晚稻季的基追肥氨揮發(fā)動態(tài)與早稻季的趨勢相似。施肥后的第2天達到峰值,基追肥各施氮處理峰值分別為1.38～8.58 kg(N)·hm·d和4.20～5.27 kg(N)·hm·d(圖2)。晚稻季氨揮發(fā)通量明顯高于早稻季,原因主要是晚稻季的施氮量、氣溫和光照等明顯高于早稻季,利于尿素的水解,促進了氨揮發(fā)。

圖2 2019年和2020年不同施肥處理下雙季稻稻田氨揮發(fā)的動態(tài)變化Fig.2 Dynamics of NH3 fluxes under different fertilizer treatments from the double rice paddy field in 2019 and 2020

2.2 生物有機肥與化肥配施對氨揮發(fā)累積量的影響

從圖3A可以看出,不同處理氨揮發(fā)累積排放量有顯著差異(＜0.05)。施氮量影響氨揮發(fā)累積量,不同施肥處理氨揮發(fā)累積量表現(xiàn)為CON＞CB＞RBD＞CK。兩年平均,氨揮發(fā)累積排放量CON早稻季為33.1 kg(N)·hm,晚稻季為50.4 kg(N)·hm。施氮量相同的CB比CON氨揮發(fā)累積排放量小,CB處理早稻季氨揮發(fā)累積排放量為24.8 kg(N)·hm,晚稻季為32.4 kg(N)·hm; 與CON相比,早稻季和晚稻季氨揮發(fā)累積排放量分別降低了25.2%和35.6%。兩個處理的氨揮發(fā)累積排放量有顯著差異(＜0.05),說明生物有機肥與氮肥配施有利于減少氨揮發(fā)。RBD氨揮發(fā)累積排放量最小,早稻季氨揮發(fā)累積量兩年平均為12.2 kg(N)·hm,晚稻季兩年平均為14.7 kg(N)·hm。相較與CON,早稻季和晚稻季分別降低63.2%和70.9%。RBD與CON差異顯著(＜0.05),說明深施減氮,同時用生物有機肥替代40%化肥可有效降低氨揮發(fā)排放量。晚稻季的氨揮發(fā)累積量普遍高于早稻季,這與試驗設(shè)定中的施氮量有關(guān),晚稻季施氮量比早稻季施氮量增加30 kg·hm,同時晚稻季氣溫和光照等條件也明顯高于早稻,促進尿素的水解,氨揮發(fā)增加。

如圖3B所示,2019年和2020年早、晚稻季的各處理氨揮發(fā)量占施氮量的比例差異顯著(＜0.05)。不同施肥處理下的氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例為6.2%～25.5%。CON氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例為17.5%～25.5%,CB氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例為12.5%～15.1%。相對于CON,早稻季CB的氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例平均下降了29.5%,晚稻季平均下降了40.0%。RBD的氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例為6.2%～8.2%,與CON相比,早稻季和晚稻季分別下降了63.0%和71.1%。

圖3 2019年和2020年不同施肥處理下雙季稻稻田氨揮發(fā)累積排放量（A）及其占施氮量的比例（B）Fig.3 Cumulative ammonia volatilization (A) and percentage of applied nitrogen (B) under different fertilizer treatments in the double rice paddy fields in 2019 and 2020

2.3 生物有機肥與化肥配施對田面水銨態(tài)氮濃度的影響

銨態(tài)氮是田面水中氮的主體形態(tài)。圖4是田面水銨態(tài)氮濃度在施肥后隨時間的動態(tài)變化。從圖中可以看出,田面水銨態(tài)氮濃度變化趨勢與氨揮發(fā)變化趨勢相似。早稻季期間,基肥施用后,田面水銨態(tài)氮濃度第1～2 天達到峰值,之后逐日下降,約兩周后趨于平緩。兩年早稻季平均CON峰值為27.1 mg·L,CB峰值為14.5 mg·L,RBD峰值為12.0 mg·L。與CON的峰值相比,CB峰值降低46.5%,RBD峰值降低55.8%。追肥施加后,田面水銨態(tài)氮濃度于第1～2天達到峰值,然后逐漸下降至與不施肥處理無顯著差距。CB峰值最高,兩年平均為15.7 mg·L,CON處理為13.7 mg·L,這是因為基追肥比例不同,CB追肥量大于CON。晚稻的田面水銨態(tài)氮濃度變化與早稻相似,施肥后第1天達到峰值,后逐漸降低到不施肥處理水平?；?、追肥各施氮處理峰值為10.5～29.8 mg·L和15.8～18.1 mg·L。

圖4 2019年和2020年不同施肥處理雙季稻稻田田面水銨態(tài)氮濃度的動態(tài)變化Fig.4 Dynamics of NH4+-N concentration in surface water under different fertilizer treatments of the double rice paddy fields in 2019 and 2020

2.4 不同施肥處理下稻田田面水銨態(tài)氮濃度與氨揮發(fā)通量的相關(guān)性分析

田面水銨態(tài)氮濃度對氨揮發(fā)有顯著影響。當(dāng)尿素施加在淹水稻田時,會迅速被水解為NH+和HCO

。大量銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨氣揮發(fā)。通過對田面水銨態(tài)氮濃度與氨揮發(fā)通量進行Pearson相關(guān)分析(表2),發(fā)現(xiàn)各施氮處理氨揮發(fā)與田面水銨態(tài)氮濃度呈極顯著正相關(guān)(＜0.01)。水稻田面水銨態(tài)氮濃度越高,稻田氨揮發(fā)量越大。田面水銨態(tài)氮是稻田氨揮發(fā)的關(guān)鍵影響因素,可以通過降低田面水中NH-N的濃度來降低氨揮發(fā)量。

表2 不同施肥處理的雙季稻稻田氨揮發(fā)通量與田面水銨態(tài)氮濃度的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients between NH3 flux and NH4+-N concentration in surface water of double rice paddy fields under different fertilizer treatments in 2019 and 2020 (n=35)

2.5 生物有機肥與化肥配施對產(chǎn)量及氮素偏生產(chǎn)力的影響

由圖5A可知,2019年、2020年早、晚稻季的產(chǎn)量在不同施肥處理與CK間存在顯著差異(＜0.05)。早稻季,CK平均產(chǎn)量為3.3 t·hm,CON平均產(chǎn)量為5.2 t·hm,CB平均產(chǎn)量為5.1 t·hm,RBD平均產(chǎn)量為5.0 t·hm,CB、CON、RBD處理間均表現(xiàn)為無顯著差異。2019年晚稻季,CON產(chǎn)量為8.4 t·hm,RBD產(chǎn)量為7.6 t·hm,CON與RBD產(chǎn)量差異顯著(＜0.05)。相較于2019年晚稻季,2020年晚稻整體產(chǎn)量低,CON、CB、RBD產(chǎn)量差異不顯著。

由圖5B可知不同施肥處理的氮肥偏生產(chǎn)力。產(chǎn)量和施氮量決定氮肥偏生產(chǎn)力,兩年各早、晚稻季CON與CB處理間氮肥偏生產(chǎn)力差異不顯著,CON與RBD之間差異顯著(＜0.05)。早稻季CON平均氮肥偏生產(chǎn)力為34.6 kg·kg,CB為34.1 kg·kg,RBD為47.2 kg·kg。相較于CON,早稻季RBD的氮肥偏生產(chǎn)力增加36.3%。2019年晚稻季,各處理氮肥偏生產(chǎn)力均大于早稻季,RBD較CON氮肥偏生產(chǎn)力增加29.6%。2020年晚稻季,因遭遇連續(xù)低溫陰雨、寒露風(fēng)天氣,晚稻產(chǎn)量有所下降,CON、CB和RBD處理的氮肥偏生產(chǎn)力與2019年相比分別下降29.6%、26.1%和27.9%。

圖5 2019年和2020年不同施肥處理水稻籽粒產(chǎn)量（A）及氮肥偏生產(chǎn)力（B）Fig.5 Grain yields (A) and partial factor productivities from applied nitrogen (B) under different fertilizer treatments in 2019 and 2020

3 討論

3.1 生物有機肥化肥配施、減氮深施對于氨揮發(fā)的影響

本試驗中CB處理與CON處理相比,在早稻季和晚稻季,氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例分別減少29.5%和40.0%,氨揮發(fā)累積損失量分別減少25.2%和35.7%,說明生物有機肥與化肥配施處理能有效降低雙季稻田氨揮發(fā)損失,這與白雪原研究結(jié)果一致,生物有機肥在河套地區(qū)堿化土與南方稻田中都能降低氨揮發(fā)損失。有機肥在土壤中礦化為植物可以吸收的無機氮需要一定時間,并且礦化過程是一個持續(xù)穩(wěn)定的過程,因此有機肥中的氮不易轉(zhuǎn)化為氨氣揮發(fā)到大氣中。本試驗中施用的生物有機肥包含枯草、木霉、芽孢桿菌等多種有益菌。在堿性土壤中,采用枯草芽孢桿菌生物有機肥配施與由秸稈和畜禽糞便堆肥而成的有機肥相比氨揮發(fā)減少44%?？莶菅挎邨U菌生物有機肥能增強硝化過程,促進NH-N向NO-N轉(zhuǎn)化。由功能基因ureC編碼的脲酶可以快速水解氮肥產(chǎn)生NH-N,是土壤中NH-N的主要來源。Sun等發(fā)現(xiàn)配施枯草芽孢桿菌生物肥能降低土壤中ureC的數(shù)量,進而減緩?fù)寥乐蠳H-N的生成速率,降低了氨揮發(fā),同時生物有機肥也改變了土壤氮循環(huán)微生物群落,影響氮循環(huán)中硝化、反硝化、DNRA過程。楊亞紅等研究表

2019E、2019L、2020E、2020L分別為2019年早稻季、2019年晚稻季、2020年早稻季和2020年晚稻季; 箭頭代表氮肥施用; 各處理說明詳見表1。2019E,2019L,2020E,2020L at the upper left corner mean the early-season rice of 2019,the late-season rice of 2019,the early-season rice of 2020,and the late-season rice of 2020,respectively.The arrows denote the N fertilizer application.The description of each treatment is shown in the table 1.明,相同施氮量下,在堿性土壤上,與化肥相比,配施或全施解淀粉芽孢桿菌(.)生物有機肥,能夠降低70%以上農(nóng)田土壤氨揮發(fā)量,解淀粉芽孢桿菌生物有機肥的施用,提高了土壤細菌群落的多樣性及豐富度,特別是芽孢桿菌、硝化螺旋菌屬()相對豐度明顯提升,促進了土壤硝化過程,從而減少了氨揮發(fā)。汪霞通過盆栽試驗研究3種不同微生物菌劑和傳統(tǒng)化肥的配施對堿性土壤氨揮發(fā)減排效果的差異,發(fā)現(xiàn)真菌類微生物菌劑綠色木霉菌氨揮發(fā)量比尿素處理降低42.2%,微生物菌劑解淀粉芽孢桿菌和多粘類芽孢桿菌()氨揮發(fā)量分別降低20.3%和13.8%,其主要作用機制有降低氨揮發(fā)速率峰值期間的土壤pH,提高硝化菌群的豐度,增強土壤硝化作用。與綠色木霉菌生物有機肥相比,解淀粉芽孢桿菌負載于有機肥上施入農(nóng)田土壤中有較好的定殖和存活能力,解淀粉芽孢桿菌生物有機肥與化肥配施是降低農(nóng)業(yè)氨排放的更優(yōu)方式。

本試驗中RBD處理與CB處理相比,在早稻季和晚稻季,氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例分別減少47.5%和51.7%,氨揮發(fā)累積量分別減少50.7%和54.7%。本研究結(jié)果表明,減少30%氮肥施入結(jié)合深施氮肥是降低氨揮發(fā)的重要手段。施肥劑量主要通過影響田面水銨態(tài)氮的總濃度來影響土壤氨揮發(fā),銨態(tài)氮濃度會對氨揮發(fā)產(chǎn)生直接影響。相較于表施,氮肥深施可以降低54%～90%的氨揮發(fā),且有利于提高氮肥利用率、作物產(chǎn)量和根系活力。這是因為氮肥深施可以減少氮肥與空氣的接觸面積,增加土壤與尿素水解的NH的接觸,使土壤膠體吸附更多NH,增加對銨的固定,降低土壤脲酶活性,減緩尿素的水解。周麗平將等量尿素施于土表以下25 cm深度,能夠明顯減少氨揮發(fā)速率峰值和氨揮發(fā)累積量。YAO等研究發(fā)現(xiàn),深施氮肥,NH-N幾乎沒有擴散進入田面水中,可以在作物早期生長階段,為土壤提供更多的NH-N,并延長2個月氮供應(yīng)時間。深施減氮25%時,植物對N的吸收提高62%,N的損失降低38%。周平遙等減量深施氨揮發(fā)損失率較減量撒施處理降低23.9%～53.1%。施肥次數(shù)的減少,可以減少追肥期間的氨揮發(fā)損失。胡瞞瞞等研究發(fā)現(xiàn),一次性深施處理能避開土壤氨高揮發(fā)期。Wang等研究了深層施肥和地面撒施在不同基肥施用比例下對稻田氨揮發(fā)的影響,發(fā)現(xiàn)高比例基肥深施時,可以有效地減少稻田氨揮發(fā)損失,而追肥時與化肥表施處理無明顯差異。劉兆輝等研究結(jié)果表明,與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥方式相比,一次性基施緩控釋肥可以顯著減少農(nóng)田氨揮發(fā)達18.1%～81.3%。本研究RBD處理因為化學(xué)氮肥深施、且肥料一次性施用,氨揮發(fā)損失較常規(guī)處理降幅最大。

3.2 生物有機肥配施化肥、減氮深施對于產(chǎn)量的影響

適當(dāng)?shù)挠袡C肥施用可使土壤中的碳氮比較適宜,有利于氮礦化和轉(zhuǎn)化微生物的生長,保證了養(yǎng)分的充足供應(yīng),實現(xiàn)了產(chǎn)量的最大化。與綠色木霉菌生物有機肥相比,解淀粉芽孢桿菌負載于有機肥上施入農(nóng)田土壤中有較好的定殖和存活能力,解淀粉芽孢桿菌生物有機肥與化肥配施是提高作物產(chǎn)量的更優(yōu)方式。本試驗中CON、CB與RBD處理產(chǎn)量差異不顯著,但氮肥偏生產(chǎn)力RBD高于CON、CB處理。Sun等研究發(fā)現(xiàn),與單施尿素相比,采用枯草芽孢桿菌生物有機肥替代尿素處理氮肥利用率提高了11.2%,產(chǎn)量提高5.0%。本試驗采用40%生物有機肥配施,而Sun等的研究采用50%生物有機肥配施,配施比例增加可能有利于產(chǎn)量的增加。周麗平研究表明與尿素表施處理相比,尿素深施可明顯提高夏玉米()的產(chǎn)量和氮素利用率,兩年平均增產(chǎn)5.4%,氮肥表觀回收率兩年平均提高了27.9%,尿素深施有助于保蓄養(yǎng)分,促進植物生長發(fā)育。Min等將施氮量從270 kg·hm減到200 kg·hm,采用表面撒施時,產(chǎn)量顯著下降13.1%,但是機械側(cè)條深施處理,產(chǎn)量沒有下降。而相同施氮量下,不同肥料采用機械側(cè)條深施處理,其產(chǎn)量沒有顯著差異。

為了提高作物產(chǎn)量,傳統(tǒng)常規(guī)施肥中通常將氮肥分次施入稻田,Pan等研究認為通過側(cè)面深施的方式一次性施用氮肥可能足以滿足整個生長周期對氮肥的需求,并提高產(chǎn)量。本研究中,RBD采用一次性穴施,施肥次數(shù)較CON、CB少,早稻季RBD與CON施氮量差距為45 kg(N)·hm。施氮量影響產(chǎn)量,但由于采用深施和生物有機肥配施氨揮發(fā)損失較低,氮素利用率高,早稻季RBD與CON、CB產(chǎn)量差異不顯著; 2019年晚稻,RBD與CON施氮量相差54 kg·hm,產(chǎn)量差異顯著(＜0.05),施氮量減少,產(chǎn)量可能下降。但在2020年的早晚稻季中,RBD與CON處理相比,產(chǎn)量并未下降,可能與兩年有機肥施用下土壤有機質(zhì)含量增加,土壤保肥能力增加,從而能夠在氮肥減施條件下保證水稻氮素供應(yīng)。

4 結(jié)論

兩年四季田間定位試驗研究表明,40%生物有機肥替代與化肥配施較常規(guī)化肥處理,氮肥的氨揮發(fā)損失率早稻季平均下降29.5%,晚稻季平均下降40.0%。早稻季和晚稻季氨揮發(fā)累積量分別降低25.2%和35.7%,且兩處理間產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力沒有顯著差異。

深施減氮結(jié)合生物有機肥替代40%化肥處理相較于常規(guī)化肥處理,早稻季和晚稻季氮肥的氨揮發(fā)損失率平均下降63.0%和71.1%,氨揮發(fā)累積量早稻季和晚稻季分別降低63.2%和70.9%。綜合兩年的試驗結(jié)果,水稻產(chǎn)量并未較常規(guī)化肥處理顯著下降。化肥生物有機肥配施以及化肥生物有機肥配施結(jié)合深施減氮處理均有效減少了田面水銨態(tài)氮濃度,且稻田氨揮發(fā)量與田面水銨態(tài)氮濃度呈極顯著正相關(guān),表明配施生物有機肥以及深施均是減少稻田田面水銨態(tài)氮濃度的有效措施,從而有利于實現(xiàn)氨減排。綜合兩年的試驗,生物有機肥替代化肥結(jié)合深施減氮可減少稻田氨揮發(fā)達60%,且不降低水稻產(chǎn)量,可有效實現(xiàn)稻田氮肥減量、氨揮發(fā)減排。