肖其亮，朱堅(jiān)，彭華，簡(jiǎn)燕，紀(jì)雄輝，*

（1.湖南大學(xué)研究生院隆平分院，長(zhǎng)沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，長(zhǎng)沙 410125；3.農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125；4.農(nóng)田土壤重金屬污染防控與修復(fù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125；5.湖南省洞庭湖流域農(nóng)業(yè)面源污染防治工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 410125）

我國(guó)是主要的水稻生產(chǎn)國(guó)，其種植面積約占世界水稻總種植面積的19%，但水稻產(chǎn)量占比高達(dá)28%[1]。水稻是南方地區(qū)主要種植作物，為了追求高產(chǎn)，該地區(qū)耕地長(zhǎng)期處于高復(fù)種指數(shù)和高肥料施用量的生產(chǎn)狀態(tài)，氮素?fù)p失較為嚴(yán)重[2]。氨（NH3）揮發(fā)作為稻田氮素?fù)p失的主要途徑，約占稻田總反應(yīng)性氮素?fù)p失的70%[3]。研究指出，南方雙季稻種植模式下，NH3揮發(fā)損失可高達(dá)施肥量的40%[4?5]，這不僅導(dǎo)致了較低的氮肥利用率和作物產(chǎn)量，還給生態(tài)環(huán)境造成了巨大危害[3，6]。因此，優(yōu)化氮肥施用對(duì)于降低稻田氮素?fù)p失、提高糧食產(chǎn)量以及緩解環(huán)境壓力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

NH3揮發(fā)主要來(lái)源于氮肥施入土壤后所引發(fā)的一系列物理化學(xué)過(guò)程，這一過(guò)程受諸多因素的影響，因而通過(guò)調(diào)控這些因素以降低NH3揮發(fā)的各種措施被提出，例如氮肥減量深施與緩控釋肥的使用等[7-9]。氮肥減量深施是目前降低稻田NH3揮發(fā)損失的一種有效施肥方式，利用土壤膠體表面的負(fù)電荷特性，可使水解的銨根離子（）被周圍土壤顆粒迅速吸附[10-13]。相關(guān)研究指出，深施能實(shí)現(xiàn)氮素的緩慢釋放，為水稻生長(zhǎng)提供充足和均衡的養(yǎng)分，減氮20%～25%處理可在穩(wěn)定產(chǎn)量的同時(shí)，大幅減少NH3揮發(fā)的產(chǎn)生[10，14]。緩控釋肥作為一種調(diào)控氮素釋放的新型肥料，可協(xié)調(diào)土壤氮素養(yǎng)分供應(yīng)與水稻氮素需求，有效降低NH3揮發(fā)并提高氮素利用率和作物產(chǎn)量[8，15]。研究表明，不同類型緩控釋肥的釋放速率等特性差異較大，但大多密度較低，如果采取稻田表施則易漂浮于水面，進(jìn)而產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的威脅[16]。因此，采取緩控釋肥與氮肥減量深施結(jié)合的施肥模式，可有效解決以上問(wèn)題，充分減少稻田氮素養(yǎng)分流失和NH3揮發(fā)[7，16-18]。

秸稈還田作為一項(xiàng)合理利用生物質(zhì)資源的重要途徑，不僅能夠減少因秸稈焚燒帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，還可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、氮素庫(kù)容并改善土壤質(zhì)地結(jié)構(gòu)。目前，關(guān)于秸稈還田對(duì)稻田NH3揮發(fā)的影響研究仍存在較大差異。有研究指出，秸稈還田可促進(jìn)微生物活性、提高有機(jī)質(zhì)含量和陽(yáng)離子交換量，有利于土壤硝化反應(yīng)、有機(jī)氮固持和吸附等一系列降低田面水濃度的機(jī)制進(jìn)行[19-21]。也有研究認(rèn)為，微生物活性的提高會(huì)加快氮肥的水解，同時(shí)秸稈降解產(chǎn)生的有機(jī)基團(tuán)會(huì)中和酸根離子，最終提高田面水濃度和pH，促進(jìn)NH3的揮發(fā)[22-25]。研究結(jié)果的差異可能與氣候、施肥方法和秸稈類型及性質(zhì)有關(guān)[19，23，26]。因此，進(jìn)一步研究秸稈還田對(duì)南方雙季稻田NH3揮發(fā)的影響具有重要意義。

當(dāng)前，有關(guān)秸稈還田與緩控釋肥對(duì)稻田NH3揮發(fā)的影響多為單因素分析，而將兩者相結(jié)合的研究較少[27]。因此，本研究在南方典型雙季稻模式下，探討了緩控釋肥減量與秸稈配施對(duì)雙季稻田田面水氮素濃度和NH3揮發(fā)損失的影響，以期明確該地區(qū)不同緩控釋肥和秸稈配施與NH3揮發(fā)損失量的關(guān)系，為合理控制南方雙季稻田NH3揮發(fā)損失提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2019 年在湖南省汨羅市屈原管理區(qū)（28°55′45″N，112°56′39″E）進(jìn)行。研究區(qū)位于長(zhǎng)江中游地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，氣候溫和，四季分明，雨量充沛。春夏冷暖氣流交替頻繁，夏秋晴熱少雨，年平均氣溫為17 ℃，年降水量約1 300 mm，無(wú)霜期約270 d。試驗(yàn)區(qū)供試土壤為潛育型水稻土，雙季稻是其主要種植模式。試驗(yàn)前土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)39.54 g·kg?1，全氮2.63 g·kg?1，全磷0.54 g·kg?1，全鉀14.15 g·kg?1，堿解氮164.35 mg·kg?1，有效磷3.38 mg·kg?1，速效鉀171.28 mg·kg?1，pH 4.89。NH3揮發(fā)采集期間日最高、最低氣溫與降雨量從中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)獲得（圖1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間小區(qū)試驗(yàn)，以當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥尿素表施為對(duì)照（CF），在氮肥深施基礎(chǔ)上，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為秸稈利用方式，設(shè)秸稈還田（R1）、秸稈移除（R0）2種；次處理為不同施肥模式，設(shè)尿素深施（CU）、包膜尿素減量深施（PU）、控釋尿素減量深施（LU）3種。試驗(yàn)共7個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為32 m2（4 m×8 m），隨機(jī)區(qū)組排列。包膜尿素來(lái)自山東金正大生態(tài)工程股份有限公司，養(yǎng)分釋放期為3 個(gè)月，包膜材料為樹(shù)脂包膜，含氮量為42%；控釋尿素為單位自研產(chǎn)品，含氮量42%；磷鉀肥分別為鈣鎂磷肥（12%P2O5）和氯化鉀（60%K2O）。

早、晚稻施肥量保持一致，常規(guī)施氮量和減氮優(yōu)化施肥處理氮肥用量分別為180 kg·hm?2和150 kg·hm?2（折合成純氮計(jì)）；磷肥用量（P2O5）為120 kg·hm?2；鉀肥用量（K2O）為120 kg·hm?2；秸稈用量為3 t·hm?2，早、晚稻均采用上一季水稻秸稈。所有肥料在插秧前1 d 全部作基肥一次性施入，不再進(jìn)行追肥。秸稈剪碎成5～10 cm 還田。CF 處理采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥方式，在插秧前1 d全部作基肥一次性表面撒施；其余深施處理則在施氮肥后立即用鋤頭翻入約10 cm深的土層。早稻于2019 年4 月24 日插秧，晚稻于2019年7月31日插秧，每穴3～5株秧苗，插秧密度、灌水和病蟲害防治等田間管理均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣保持一致。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 水樣采集與測(cè)定

于早稻基肥施用后的第1、3、5、7、9、15、25 d，晚稻基肥施用后的第1、3、5、7、9、15 d，在不擾動(dòng)土層的情況下，用100 mL醫(yī)用注射器抽取5處田面水于潔凈的250 mL 聚乙烯塑料瓶中制成混合水樣，將水樣置于4 ℃冰箱保存，一周內(nèi)測(cè)樣完畢。原位測(cè)定田面水pH，田面水樣品過(guò)濾后用SKALAR 流動(dòng)分析儀測(cè)定水樣的總氮、銨態(tài)氮（）和硝態(tài)氮（）含量。

1.3.2 NH3揮發(fā)的田間原位測(cè)定

稻田NH3揮發(fā)采用封閉式酸吸收法測(cè)定[28]，裝置由內(nèi)徑18 cm、高28 cm 的硬質(zhì)PVC 管底座和管蓋制成（圖2）。在施肥后24 h 內(nèi)將裝置固定于水稻植株的間隙中，插入土壤8 cm 深處，并在整個(gè)生育期內(nèi)保持位置不變。測(cè)定時(shí)，在裝置內(nèi)放入20 cm 高的鐵支架，將裝有30 mL 2%硼酸（H3BO3）溶液的蒸發(fā)皿放在支架上，管口用保鮮膜密封并擰緊PVC 管蓋，形成一個(gè)完全密閉的環(huán)境，用以吸收揮發(fā)的氨（NH3）。收集24 h 后打開(kāi)管蓋，提取硼酸吸收液，利用標(biāo)準(zhǔn)液c（1/2H2SO4）=0.01 mol·L?1滴定。已有研究表明，無(wú)機(jī)氮肥施用具有集中釋放的特征，稻田NH3揮發(fā)的排放主要集中于施肥后一周內(nèi)，因此無(wú)機(jī)氮肥施用后9 d 內(nèi)每日采樣一次，之后在第15 d 采集一次，以后延長(zhǎng)至10 d采集一次，直至監(jiān)測(cè)不到NH3揮發(fā)，緩控釋肥NH3揮發(fā)采集時(shí)間與無(wú)機(jī)氮肥處理采集時(shí)間同步[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤NH3揮發(fā)速率計(jì)算公式為：式中：VNH3?N為NH3揮發(fā)速率，kg·hm?2·d?1；C為H+濃度，mol·L?1；V為滴定用去標(biāo)準(zhǔn)酸的體積，mL；14 為摩爾質(zhì)量，mol·g?1；S為捕獲裝置的橫切面積，m2。

土壤NH3揮發(fā)總量=測(cè)定時(shí)期內(nèi)每次收集的NH3揮發(fā)通量之和+未監(jiān)測(cè)天數(shù)的NH3揮發(fā)量之和（通過(guò)相鄰2次測(cè)定的NH3揮發(fā)量均值估算）

土壤NH3揮發(fā)損失率=NH3揮發(fā)累積損失量/施氮量×100%

采用Microsoft Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 26.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Origin 2021 作圖。采用SPSS 中Duncan 法在0.05 水平上比較不同處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 田面水氮素濃度及pH

2.1.1 總氮

由圖3a 可知，施肥后各處理田面水總氮濃度變化趨勢(shì)基本相似，早、晚稻田面水總氮峰值分別發(fā)生在施肥后第2～4 d 和第1 d，為48.26～131.75 mg·L?1和28.20～103.42 mg·L?1，均以CF處理最高。之后總氮濃度迅速下降，各處理早、晚稻平均濃度于第5 d分別降至平均峰值的32.70%和21.22%后趨于穩(wěn)定。施肥后一周，與CF 處理相比，CU、PU 和LU 3 種施肥模式早、晚稻總氮濃度峰值分別降低9.50%～12.29%、60.89%～67.29% 和30.59%～48.26%（P＜0.05）。這說(shuō)明3 種施肥模式均有利于降低田面水總氮濃度峰值，延緩施肥后田面水總氮濃度過(guò)快升高。不同緩控釋肥處理之間，PU 處理田面水總氮濃度明顯低于LU 處理。施肥后一周內(nèi)，PU 處理早、晚稻田面水總氮平均濃度比LU 處理分別顯著降低43.66%、36.77%（P＜0.05）。秸稈還田對(duì)控制田面水總氮濃度效果有限，R1處理較R0處理早、晚稻總氮濃度分別降低6.22%～16.23%、2.63%～11.05%，其中僅LU 處理之間達(dá)到顯著差異（P＜0.05）。

2.1.2 銨態(tài)氮

2.1.4 pH

由于早、晚稻施肥后各處理田面水pH 均無(wú)顯著差異，因此僅對(duì)每日各處理田面水平均pH 進(jìn)行動(dòng)態(tài)比較。從圖5 可以看出，各施肥處理之間田面水pH差異較小，均表現(xiàn)為施肥后田面水pH迅速升高，隨后早稻至施肥9 d（晚稻5 d）后pH 趨于穩(wěn)定。與田面水?N 濃度變化趨勢(shì)表現(xiàn)不同，監(jiān)測(cè)期內(nèi)早、晚稻田面水pH 并未出現(xiàn)回落，早稻至施肥后25 d（晚稻15 d）田面水仍處于較高的pH水平，而早、晚稻田面水中的?N 平均濃度已降至平均峰值的8.59%、10.67%。從整個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)，田面水pH變化幅度較小，早、晚稻田面水pH 分別介于6.50～7.63和6.19～7.00。其中早稻田面水pH較晚稻更高且變化幅度更大，早稻田面水平均最大pH 為7.60，晚稻為6.93，比施肥第1 d時(shí)分別提高了0.97和0.59。

2.2 稻田NH3揮發(fā)損失特征

2.2.1 NH3揮發(fā)速率

由圖6 可知，早、晚稻各處理NH3揮發(fā)速率動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)與田面水總氮及?N 濃度的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)總體一致。早、晚稻各處理NH3揮發(fā)速率均分別在施肥后第2 d 和第1 d 達(dá)到峰值，為1.27～7.82 kg·hm?2和1.09～7.94 kg·hm?2。早稻NH3揮發(fā)速率于第3 d 開(kāi)始迅速下降，各處理平均降至平均峰值的48.4%，之后緩慢下降，而晚稻下降一直較緩慢，第2 d平均NH3揮發(fā)速率仍有平均峰值的88.0%，于第7 d 才降至平均峰值的50.9%。最終早、晚稻各處理均于施肥后第15 d NH3揮發(fā)速率無(wú)明顯差異，為0～0.55 kg·hm?2。CF 處理NH3揮發(fā)速率峰值最高，早、晚稻分別為7.82 kg·hm?2和7.94 kg·hm?2，各施肥處理NH3揮發(fā)速率峰值順序早、晚稻一致，均為CF＞CUR0＞CUR1＞LUR0＞LUR1＞PUR0＞PUR1。不同施肥模式之間，CU、PU和LU處理較CF 處理早、晚稻NH3揮發(fā)速率峰值分別降低18.44%～24.56%、83.50%～83.99% 和63.35%～51.72%（P＜0.05）。而不同秸稈利用之間，R1處理較R0處理早、晚稻則分別降低7.00%和16.09%（P＜0.05），其中早、晚稻分別以LUR1和PUR1處理效果最佳，較LUR0和PUR0處理分別降低13.88%和25.00%。

2.2.2 NH3揮發(fā)損失總量

由表1可知，早、晚稻施肥后，CF處理NH3揮發(fā)損失總量（率）均最高，早稻為39.87 kg·hm?2（22.15%），晚稻為63.31 kg·hm?2（35.17%），遠(yuǎn)高于早稻。早、晚稻CUR0、CUR1、PUR0、PUR1、LUR0和LUR1處理NH3揮發(fā)量較CF 處理分別顯著降低13.16%～18.61%、18.53%～26.59%、76.50%～79.85%、78.95%～83.57%、47.99%～48.54%和52.58%～52.31%。秸稈利用方式與施肥模式顯著影響早、晚稻NH3揮發(fā)（表1）。與R0處理相比，早、晚稻R1處理NH3揮發(fā)量顯著降低了8.12%～9.57%（P＜0.05），其中早、晚稻CUR1、PUR1和LUR1處理較對(duì)應(yīng)R0處理分別降低6.18%～9.80%、10.41%～18.49%和8.82%～7.32%，早稻除PU 處理外均達(dá)到顯著差異水平，晚稻僅PU 處理達(dá)到顯著差異水平。與CU處理相比，早、晚稻PU和LU處理分別顯著降低71.22%～78.27%和35.77%～41.09%（P＜0.05），PU 處理減排效果遠(yuǎn)優(yōu)于LU 處理。秸稈利用方式與施肥模式的交互作用顯著影響早稻和早、晚稻總量NH3揮發(fā)，其中以PU和R1組合效果最優(yōu)。

表1 不同秸稈利用方式與施肥模式下稻田NH3揮發(fā)損失總量之間的比較（kg·hm?2）Table 1 Changes in cumulative NH3 volatilization from paddy fields under different straw utilization and fertilization methods（kg·hm?2）

早、晚稻各處理NH3揮發(fā)均集中于施肥前期，施肥后7 d內(nèi)NH3揮發(fā)累積量分別為5.35～26.80 kg·hm?2和5.42～40.62 kg·hm?2，占NH3揮發(fā)總量的60.08%～67.24%和52.08%～64.16%（圖7）。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)早、晚稻NH3揮發(fā)總量可知，與CF 處理的103.18 kg·hm?2相比，CUR0、CUR1、PUR0、PUR1、LUR0和LUR1處理NH3揮發(fā)量分別顯著降低了15.27%、21.64%、78.55%、81.78%、48.33%和52.41%（P＜0.05）。與R0處理相比，R1處理NH3揮發(fā)總量顯著降低8.67%（P＜0.05）。與CU 處理相比，PU 和LU 處理分別顯著降低了75.68%和39.14%，其中PU 處理減少NH3揮發(fā)排放效果顯著優(yōu)于LU 處理，較LU 處理顯著降低了60.04%（P＜0.05）。

2.2.3 田面水不同形態(tài)氮素及pH相關(guān)性

如圖9 所示，早、晚稻季施肥后15 d 內(nèi)的田面水pH 與對(duì)應(yīng)NH3揮發(fā)日通量均呈顯著負(fù)相關(guān)性。這是由于施肥后，早、晚稻田面水總氮和?N 濃度均迅速增加，達(dá)到峰值后又迅速降低，稻田NH3揮發(fā)通量呈現(xiàn)出同樣的動(dòng)態(tài)規(guī)律，而田面水pH 迅速上升后一直處于較高值并保持穩(wěn)定，且監(jiān)測(cè)期未產(chǎn)生回落。比較田面水中不同形態(tài)氮素之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，早、晚稻田面水中每日?N 與總氮濃度呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，說(shuō)明施肥后田面水中總氮的主要形態(tài)是?N。而田面水中?N 含量表現(xiàn)不一致，早稻田面水中?N 含量與總氮和?N 含量均為負(fù)相關(guān)，而晚稻均為極顯著正相關(guān)。田面水中?N 通過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)變?yōu)?N，?N 為硝化作用的主要氮素產(chǎn)物，因此與?N 呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，而晚稻呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，可能是由于晚稻前期的高溫改變了土壤中氮素向水體的運(yùn)輸和水體中?N 向NH3轉(zhuǎn)變的復(fù)雜過(guò)程，或者解釋為田面水?N 濃度越高，硝化作用越強(qiáng)烈，因此相應(yīng)轉(zhuǎn)化為?N的濃度也越高。

3 討論

3.1 稻田NH3揮發(fā)的季節(jié)性差異

NH3揮發(fā)受施氮方式、氮肥種類和土壤理化性狀等多種因素影 響[9，28?29]。ZHONG 等[30]、CAO 等[20]和 田昌等[7]的研究指出，氮肥深施、秸稈還田和緩控釋肥可降低NH3揮發(fā)速率，同時(shí)推遲NH3揮發(fā)速率峰值的出現(xiàn)，從而降低NH3排放。本研究發(fā)現(xiàn)，早、晚稻不同處理之間NH3揮發(fā)速率差異較大，深施、秸稈還田和緩控釋肥均可顯著降低NH3揮發(fā)的產(chǎn)生，但NH3揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)的時(shí)間與常規(guī)處理一致，與上述研究結(jié)果存在差異，可能是氣溫、風(fēng)速及降雨等因素的干擾，導(dǎo)致其推遲NH3揮發(fā)峰值作用受限[7，31]。從圖6 可以看出，早、晚稻分別于4月29日、5月1日和8月4日、8月8 日出現(xiàn)波動(dòng)，再次出現(xiàn)峰值，其中晚稻較早稻更為明顯。早稻峰值的出現(xiàn)主要是由于4 月28 日伴隨強(qiáng)降雨氣溫驟減，抑制了NH3揮發(fā)的產(chǎn)生，而5月1日溫度的迅速抬升，加劇了NH3揮發(fā)的產(chǎn)生。晚稻峰值的出現(xiàn)可能歸結(jié)于田間灌溉，晚稻溫度較高，蒸發(fā)量較大，試驗(yàn)期間8 月4 日和8 月8 日水層較淺，且均在NH3揮發(fā)監(jiān)測(cè)完畢后給每個(gè)小區(qū)進(jìn)行了灌水，較淺的水層可能提高了田面水NH4+的濃度，在高溫下其迅速以NH3的形式揮發(fā)。相關(guān)研究表明，降雨和灌溉可通過(guò)下滲作用將氮素帶入土壤深處，這不僅能加強(qiáng)土壤膠體對(duì)的吸附，還能增加田面水深度、土壤含水量，從而降低土壤溶液/田面水中NH+4濃度，同時(shí)較高的含水量造成土壤通透性和氣體擴(kuò)散性較差，阻礙土壤中NH3的擴(kuò)散，進(jìn)一步抑制了NH3的揮發(fā)[12，32-34]。

通過(guò)比較水稻不同種植季節(jié)的NH3揮發(fā)損失占比可以發(fā)現(xiàn)，晚稻各處理平均NH3揮發(fā)損失占雙季稻總量的63.54%，遠(yuǎn)高于早稻的36.46%（表1），這主要是由于晚稻施肥期溫度較高且降雨較少，有利于尿素水解，導(dǎo)致田面水濃度和pH 上升較快，同時(shí)高溫又進(jìn)一步加劇NH3揮發(fā)[35-37]。NH3揮發(fā)消耗和OH?，使pH 趨于下降，這也可以解釋晚稻田面水和pH 上升較快，回落也較快的原因。比較稻田NH3揮發(fā)產(chǎn)生的主要時(shí)期可以發(fā)現(xiàn)，早、晚稻各處理NH3揮發(fā)均集中于水稻生長(zhǎng)前期，施肥后7 d 內(nèi)NH3揮發(fā)量占總量的64.52%和61.79%（圖4）。這可能是由于施肥后一周水稻植株較小，吸收氮素能力有限[26?27]，同時(shí)稀疏的水稻冠層透光、透風(fēng)的環(huán)境有利于NH3揮發(fā)[28?29]。

3.2 影響稻田氮素?fù)]發(fā)損失的關(guān)鍵因子

NH3揮發(fā)是稻田氮素?fù)p失的主要途徑，約占施氮量的9%～40%[6，38]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同處理之間早、晚稻NH3揮發(fā)損失總量差異較大，氨揮發(fā)損失量占施肥量的6.26%～28.66%，其中常規(guī)施肥模式下早、晚稻NH3發(fā)量最大，分別為39.87 和63.31 kg·hm?2，損失率分別為22.15%和35.17%，與朱堅(jiān)等[35]和田昌等[7]的研究結(jié)果相近。較常規(guī)施肥，深施、秸稈還田和緩控釋肥均顯著降低了稻田NH3揮發(fā)（表1）。究其原因均是從某些方面實(shí)現(xiàn)了氮素的緩釋化，阻礙尿素水解、增強(qiáng)土壤對(duì)吸附或轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌螒B(tài)氮素，降低了土壤溶液/田面水中NH+4濃度，從而減少了NH3的揮發(fā)。本試驗(yàn)表明無(wú)論在何種施肥模式下，雙季稻田面水中平均總氮、以及濃度均與NH3揮發(fā)累積量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與前人的研究結(jié)果相似[38?39]。此外，相關(guān)研究表明，尿素水解導(dǎo)致初期田面水pH 迅速升高，NH3揮發(fā)和硝化作用使pH 逐漸下降[12，40]，氮肥深施和緩控釋肥雖降低了氮肥水解速率，有效緩解了田面水pH 的劇烈上升，但整體pH動(dòng)態(tài)規(guī)律與常規(guī)尿素保持一致，呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。與上述研究結(jié)果不同，本試驗(yàn)在監(jiān)測(cè)期內(nèi)，各施肥處理田面水pH 上升后趨于穩(wěn)定，并始終未出現(xiàn)回落，且各施肥管理措施與常規(guī)處理之間pH 無(wú)顯著差異。究其原因主要分為兩個(gè)方面：一方面，本試驗(yàn)各處理均采用一次性基施的施肥方式，pH 上升均較快，常規(guī)尿素處理雖水解較快，但NH3揮發(fā)劇烈消耗了大量OH?，因此各處理pH 差異不顯著，同時(shí)后期由于大量仍被土壤膠體所吸附，OH?保留在田面水中，因此使田面水pH 持續(xù)上升[41]；另一方面，本試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期內(nèi)觀察到水層漂浮著大量藻類生物，田面水豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有利于藻類光合作用的進(jìn)行，引起田面水pH持續(xù)上升，同時(shí)減少了各處理之間pH 的差異[42?43]?？傊锩嫠畃H受多種因素的綜合影響，溫度、降雨、灌溉以及土壤理化性狀均可以改變田面水pH[44?45]。

研究表明，氮肥深施增加氮肥顆粒與土壤的接觸，降低氮肥水解速率，使土壤吸附更多的，延長(zhǎng)氮素有效期實(shí)現(xiàn)氮肥的緩釋化，進(jìn)而降低田面水中濃度和pH。本研究指出，深施一定程度降低了田面水NH+4濃度，早、晚稻NH3揮發(fā)損失率分別降低了18.61%和15.30%，對(duì)田面水pH的降低無(wú)明顯作用，這與周平遙等[47]和ZHONG 等[30]的研究結(jié)果相似，但與YAO[10]和PAN 等[11]有減排效果的結(jié)果差異較大。其原因在于深施的方式及深度的不同，從而對(duì)土壤/田面水濃度及pH 影響不同，施肥深度越深，NH3揮發(fā)控制效果越好，大顆粒球肥深施較條施效果更好，而機(jī)械側(cè)深施可能又有所差異[46?47]。此外，深施還可以解決當(dāng)前緩控釋肥密度較低，表施易漂浮在水面產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題[16，48]。研究發(fā)現(xiàn)，緩控釋肥側(cè)深施可顯著降低稻田土壤NH3揮發(fā)，以樹(shù)脂包膜一次性基施效果最佳，較常規(guī)化肥分次施肥處理可減排84.77%[16]。周麗平等[49]的研究發(fā)現(xiàn)，4 種緩控釋肥一次性基施與常規(guī)尿素相比第1年和第2年可分別減少21.7%～64.6%和17.3%～57.2%的NH3揮發(fā)，其中樹(shù)脂包膜尿素與控釋尿素之間差異不顯著。本研究結(jié)果表明，早、晚稻整個(gè)生長(zhǎng)季樹(shù)脂包膜尿素減量和控釋尿素減量處理較尿素處理的氨揮發(fā)損失量降低75.68%和39.14%，降幅顯著，其中包膜尿素減排效果遠(yuǎn)優(yōu)于控釋尿素。通常NH3揮發(fā)損失量與施氮量呈顯著指數(shù)相關(guān)性[4，50]，但本試驗(yàn)緩控釋肥僅減氮20%卻使NH3揮發(fā)受到大幅抑制，顯然不僅是減肥措施造成的，其主要原因是兩種緩控釋肥的添加。包膜尿素表面的包膜材料可有效阻止土壤水分、脲酶與膜內(nèi)尿素直接接觸，延長(zhǎng)尿素的水解速率，進(jìn)而減少了參與NH3揮發(fā)的底物（尿素態(tài)氨）含量[39，51?52]；控釋尿素中的控釋材料為復(fù)雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可與土壤顆粒形成微團(tuán)聚體，產(chǎn)生豐富的吸附位點(diǎn)，減緩氮素向土壤溶液的釋放，從而抑制NH3的揮發(fā)[53-56]。本試驗(yàn)樹(shù)脂包膜尿素和控釋尿素田面水濃度差異較大，減排效果差異較大，與周麗平等[49]的研究結(jié)果不同。分析其原因可能與不同地區(qū)的氣候、降雨、施肥量及施肥方法不同有關(guān)，研究認(rèn)為緩控釋肥的緩釋效果極易受土壤水分和溫度的影響[16，57?58]。

當(dāng)前，秸稈施用對(duì)稻田NH3揮發(fā)的影響存在較大差異，有的結(jié)果甚至截然相反。有研究表明秸稈還田可以提高有機(jī)質(zhì)含量和陽(yáng)離子交換量，增加土壤膠體對(duì)的吸附[19?20]。同時(shí)，秸稈通過(guò)調(diào)節(jié)土壤碳氮比，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)和微生物活性，進(jìn)而有利于硝化作用和有機(jī)氮固持的發(fā)生[19-21]，減少土壤濃度，抑制NH3的揮發(fā)。但也有研究認(rèn)為，秸稈降解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)基團(tuán)會(huì)中和酸根離子，提高土壤/田面水pH[22?23]，同時(shí)微生物活性的提高可能會(huì)迅速加快氮肥水解，大幅提高田面水濃度和pH，從而促進(jìn)NH3的 揮發(fā)[24?25]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田在一定程度上降低田面水濃度，減少7.52%～15.07%的NH3揮發(fā)，對(duì)田面水pH 則無(wú)明顯影響，與前人研究結(jié)果相似[20]?？傊斩捑哂懈纳仆寥赖毓┙o和水稻養(yǎng)分需求關(guān)系的作用，是氮素緩釋化的一種體現(xiàn)，不同研究結(jié)果造成的差異可能與氣候、降雨、施肥方法和秸稈自身性質(zhì)及還田方式的不同有關(guān)，而其關(guān)鍵可能在于是否增加了田面水pH[19，23，26]。此外，本研究秸稈利用方式與施肥模式對(duì)早稻NH3揮發(fā)有顯著的互作效應(yīng)（表1），而對(duì)晚稻無(wú)顯著的互作效應(yīng)。研究認(rèn)為，微生物在秸稈腐解的過(guò)程中起主導(dǎo)作用[59]。早稻土壤溫度較為適宜，蒸發(fā)量較低，降水量較大，導(dǎo)致土壤含水量較高，有利于微生物對(duì)秸稈的腐解，從而促進(jìn)秸稈調(diào)節(jié)土壤氮素供給和水稻養(yǎng)分需求關(guān)系[60]。晚稻前期溫度較高，降雨較少，NH3揮發(fā)量大，水稻與微生物氮素競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，微生物的活力受到水分和氮素的限制，秸稈腐解較慢，減弱了秸稈還田對(duì)NH3揮發(fā)的控制效果，從而導(dǎo)致了晚稻秸稈還田與施肥模式互作效應(yīng)降低[59，61]?？傊?，本研究結(jié)果表明，秸稈利用方式與施肥模式對(duì)早、晚稻NH3揮發(fā)總量有顯著的互作效應(yīng)，說(shuō)明合理的秸稈利用方式與施肥模式配合使用對(duì)于降低NH3揮發(fā)有一定效果，其中秸稈與包膜尿素或控釋尿素減量深施是一個(gè)有效降低NH3揮發(fā)的施肥管理措施，均顯著降低了早、晚稻田的NH3揮發(fā)損失。

4 結(jié)論

在南方雙季稻種植模式下，深施和秸稈利用方式顯著影響NH3揮發(fā)，但對(duì)田面水氮素濃度影響較小。與常規(guī)尿素撒施處理相比，尿素深施NH3揮發(fā)顯著降低了15.3%；與秸稈移除處理相比，秸稈還田處理NH3揮發(fā)顯著降低了8.67%。施肥模式顯著影響NH3揮發(fā)和田面水氮素濃度，兩種緩控釋肥減量深施處理均具有相對(duì)較低的NH3揮發(fā)和氮素濃度水平，其中包膜尿素效果遠(yuǎn)優(yōu)于控釋尿素。秸稈利用方式與施肥管理交互作用顯著，秸稈還田可以提高包膜尿素的減排能力。與秸稈移除+包膜尿素減量深施處理相比，添加秸稈可相應(yīng)減少15.07%的NH3揮發(fā)損失。本研究結(jié)果表明，減量深施+包膜尿素與秸稈配施是一項(xiàng)有效降低NH3揮發(fā)、緩解水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化威脅的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)措施，但未能有效控制田面水pH 迅速上升的原因仍有待進(jìn)一步研究。