摘要：氮肥減施作為降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中NH3揮發(fā)損失和N2O排放的主要措施，但局限于常規(guī)化肥肥效低、損失率高，效果并不明顯。新型肥料的出現(xiàn)，為保持作物高產(chǎn)高效、兼顧環(huán)境效益提供了新思路。研究清液肥對滴灌棉田氮素氣態(tài)損失的影響，對于農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)具有重要意義。試驗共設(shè)5個處理：不施氮肥(N0)、常規(guī)化肥施氮300(TN300)和240kg·hm-2(TN240)、清液肥施氮300(LN300)和240kg·hm-2(LN240)。結(jié)果表明：施用氮肥會顯著增加滴灌棉田土壤NH3揮發(fā)和N2O排放，各施氮處理NH3揮發(fā)總損失量較N0處理增加1.7~3.8倍，N2O累積排放量較N0處理增加1.8~2.7倍。

　　常規(guī)施氮水平下，LN300處理較TN300處理NH3揮發(fā)損失降低42.4%，N2O排放減少14.1%;同一減氮水平下，LN240處理NH3揮發(fā)損失和N2O排放分別減少29.5%和18.9%。等量氮肥投入下，施用清液肥可顯著降低土壤NO3--N和NH4+-N含量，土壤脲酶活性和反硝化酶活性也顯著降低。相關(guān)性分析表明土壤NH3揮發(fā)總量和N2O累積排放量與0~20cm土壤NH4+-N含量、NO3--N含量、土壤脲酶活性和硝酸還原酶呈顯著正相關(guān)，與土壤亞硝酸還原酶和羥胺還原酶無顯著性關(guān)系。與常規(guī)化肥施氮相比，TN240、LN300和LN240處理棉花籽棉產(chǎn)量較TN300處理分別增加12.6%、9.1%和24.5%，LN240處理棉花籽棉產(chǎn)量較TN240處理提高10.6%。綜上，清液肥施氮240kg·hm-2可顯著減少滴灌棉田氮素氣態(tài)損失，提高棉花產(chǎn)量，是一種值得推薦的施肥措施。

　　關(guān)鍵詞：清液肥;滴灌棉田;NH3揮發(fā);N2O排放;酶活性;產(chǎn)量

　　農(nóng)藝師評職論文投稿刊物：《棉花科學》是全國公開發(fā)行的棉花專業(yè)刊物，為中國學術(shù)期刊(光盤版)、CNKI系列數(shù)據(jù)庫、中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫等全文收錄期刊。中國農(nóng)業(yè)網(wǎng)和中國興農(nóng)網(wǎng)團的媒體合作期刊，是國家職稱評定認定學術(shù)期刊。

　　氮肥投入在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用。隨著人口的增加，我國每年的氮素投入隨之增加。目前我國年氮肥消耗量為3.1億噸，占全球的31.7%，而氮肥利用率普遍為30%~40%[1]。隨著氮肥零增長的提出，國家開始注重減氮增效的研究，但不合理的施氮現(xiàn)象仍相當普遍[2]。眾所周知，過量施氮并不會提高作物單產(chǎn)，同時會降低作物氮肥利用率，易引發(fā)一系列環(huán)境問題。NH3揮發(fā)和N2O排放是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥氣態(tài)損失的主要途徑[3]，有研究表明氨氣是霧霾形成的前體，形成機制為NH3結(jié)合二氧化硫和氮氧化物發(fā)生反應，形成的PM2.5結(jié)合其他污染物進而形成霧霾[4-6]。N2O作為溫室氣體的一種，其溫室效應是CO2的265倍，對全球氣候變化的影響突出[7]。據(jù)統(tǒng)計，每年NH3揮發(fā)損失占氮肥總投入量的1%~47%;因氮肥施用造成土壤排放的N2O占土壤N2O總排放量的25%~82%[8-9]。因而既能提高作物單產(chǎn)，同時又可降低環(huán)境污染成為了未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。

　　滴灌作為高效的節(jié)水灌溉技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的非滴灌模式下，能更好的抑制土壤氮素轉(zhuǎn)化，有效減少NH3揮發(fā)損失及N2O排放[10]。但也有研究表明滴灌模式下，土壤干濕交替頻繁，為土壤硝化反硝化等氮素轉(zhuǎn)化提供適宜的環(huán)境，引發(fā)顯著的氮肥氣態(tài)損失[11]。國內(nèi)外學者針對滴灌條件下溫室氣體減排大多針對于氮肥用量的研究上研究，關(guān)于不同氮肥類型下的氮肥氣態(tài)損失的研究較少。對滴灌馬鈴薯地的研究表明，減量施氮加脲酶抑制劑可在保證產(chǎn)量的同時降低NH3和N2O排放[12];設(shè)施菜地的研究表明，滴灌條件較常規(guī)施氮量適量減氮可在穩(wěn)產(chǎn)保質(zhì)的前提下降低N2O排放[13]。

　　而在非滴灌條件下的不同氮肥類型研究表明，與常規(guī)化肥施用相比，控釋肥配施無機肥能夠降低NH3揮發(fā)損失和N2O排放，提高N素吸收利用率和水稻產(chǎn)量[14];有機肥與化肥配施下可保證產(chǎn)量同時減少玉米地氮素氣態(tài)損失[15];液體肥減氮15%可在不減產(chǎn)的前提下，有效降低的土壤NH3揮發(fā)和N2O排放[16];ABR綠色液體肥部分替代化肥可有效提高蔬菜質(zhì)量和產(chǎn)量，同時具備較低的N2O排放通量[17]。由此可知，合理選用氮肥可以在增加或保證作物產(chǎn)量的同時，降低環(huán)境污染風險。新疆是我國主要棉產(chǎn)區(qū)，棉花生產(chǎn)對于推動國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重要作用。而目前滴灌棉田氮肥施用不合理現(xiàn)象普遍存在，致使產(chǎn)量降低，氮素損失嚴重[18];同時農(nóng)田體系常用的氮肥產(chǎn)品多為酰胺態(tài)氮肥(尿素)[19]，存在較大的NO3-淋洗、NH3揮發(fā)損失風險，加重了環(huán)境負擔。

　　因此，本試驗通過探討一種新型絡(luò)合物清液肥對新疆滴灌棉田氮素氣態(tài)損失和棉花產(chǎn)量的影響，為進一步減少NH3揮發(fā)和N2O排放，實現(xiàn)氮肥綠色增產(chǎn)增效提供理論依據(jù)。

　　1.1試驗材料

　　試驗在新疆石河子市天業(yè)生態(tài)園進行，土壤類型為灌耕灰漠土，質(zhì)地為壤土。該地區(qū)年平均降水量為210mm，年平均蒸發(fā)量1600mm，不同土層0~20cm土壤基本理化性質(zhì)如下：pH為8.55，容重1.31g·cm-3，全氮1.03g·kg-1，速效磷28.74mg·kg-1，速效鉀421.20mg·kg-1，有機質(zhì)18.95g·kg-1。供試常規(guī)化肥使用尿素(含N46.4%)、磷酸一銨(含N11%，含P2O561%)、氯化鉀(含K2O57%)、磷酸二氫鉀(含P2O552%，含K2O34%);清液肥購買自新疆福來克斯農(nóng)業(yè)有限公司，不同配方N-P2O5-K2O養(yǎng)分百分含量分別為20-12-0、19-9-2和19-5-5。供試作物為棉花(新陸早45)。

　　1.2試驗設(shè)計

　　試驗設(shè)5個處理，分別為：(1)不施氮肥(N0);(2)常規(guī)化肥(TN300，農(nóng)民習慣施肥，施N300kg·hm-2);(3)常規(guī)優(yōu)化(TN240，減氮20%，施N240kg·hm-2);(4)清液肥(LN300，施N300kg·hm-2);(5)清液肥優(yōu)化(LN240，施N240kg·hm-2)。每個處理重復3次，共15個試驗小區(qū)，小區(qū)面積70m2。

　　棉花采用膜下滴灌，一膜三管六行，行距配置為66+10cm，株距為10cm，毛管間距為76cm。棉花于2019年4月20日播種，采用“干播濕出”的方式，播種后滴40mm出苗水。棉花生長期間共灌水9次，總灌水量450mm。灌水周期為7~10d，從開花前開始至吐絮前結(jié)束。試驗中，氮、磷、鉀肥全部作追肥，在棉花生長期間分6次隨水滴施。各處理磷、鉀肥施用量相同，均為P2O5105kg·hm-2、K2O75kg·hm-2;因清液肥為固定養(yǎng)分配比，無法保證每次施肥與常規(guī)化肥磷鉀用量一致，磷鉀不足用KCl和KH2PO4補齊，不同時期比例分配見表1。其他管理措施與當?shù)卮筇锷�產(chǎn)保持一致。

　　1.3測試指標及方法

　　土壤NH3揮發(fā)：采用密閉室法[20]，以0.01molH2SO4作吸收液收集。在棉花追肥期間(6月20日—8月16日)進行土壤NH3揮發(fā)的全程監(jiān)測。每個試驗小區(qū)布置2個NH3揮發(fā)監(jiān)測裝置，分別在棉花寬行(66cm)和窄行(10cm)內(nèi)各安裝1個。在每次灌水施肥前1d放入裝置，并于下一次灌水施肥前1d取回裝置，監(jiān)測周期為7~10d。追肥期間，共取樣6次。采用靛酚藍比色法測定吸收液，計算NH3揮發(fā)損失量。土壤N2O排放：采用靜態(tài)箱-氣相色譜法[21]，于棉花追肥期間進行N2O排放的監(jiān)測。采樣箱由底座(長×寬為60cm×60cm)和頂箱(高90cm)組成，每個小區(qū)放置2個采樣箱(膜間和膜內(nèi)各1個)。

　　底座于第一次施肥前放入，并長期固定于大田中。每次采樣前往底座中注水，將頂箱扣至底座上，以防底座與頂箱結(jié)合處漏氣。箱體由不銹鋼鋼架構(gòu)成，由硬質(zhì)塑料膜密封，外層包裹薄海綿和錫紙用于防止溫度變化幅度過大影響氣體測定結(jié)果。箱體內(nèi)置小風扇和溫度計，用于混勻箱體氣體和觀測箱內(nèi)溫度變化。箱體中部安置抽氣孔，采樣時按照0、10、20、30min時間間隔進行氣體收集，收集完畢后直接用7890A型氣相色譜儀(GC)進行測定。每次N2O氣體采集在灌水施肥后的第3d進行，整個追肥期間共取樣6次，取樣時間為早上8:00—12:00。

　　1.4數(shù)據(jù)處理與分析

　　數(shù)據(jù)計算和繪圖使用MicrosoftExcel2003軟件進行。方差分析和數(shù)據(jù)變異用SPSS21.0統(tǒng)計分析軟件進行。

　　2結(jié)果分析

　　2.1土壤無機態(tài)氮變化

　　棉花不同追肥期內(nèi)0~20cm土壤NH4+-N含量。整體上不同處理土壤NH4+-N含量變化在1.4~6.8mg·kg-1范圍內(nèi)。各個施肥周期內(nèi)，土壤NH4+-N含量始終以TN300處理最高，較TN240處理增加12.3%~75.5%。同一施氮水平下，清液肥處理土壤NH4+-N含量均低于常規(guī)化肥處理，較常規(guī)化肥降低4.5%~32.9%各處理中棉花追肥期間土壤NO3--N含量始終以N0處理最低，為4.1~9.4mg·kg-1。各施氮處理土壤NO3--N含量表現(xiàn)為在TN300>LN300，TN240>LN240。常規(guī)施氮水平下，LN300處理土壤NO3--N含量較TN300處理降低9.4%~49.0%;減氮20%水平下，LN240處理土壤NO3--N含量較TN240處理降低12.8%~37.8%。

　　2.2土壤NH3揮發(fā)

　　2.2.1土壤NH3揮發(fā)動態(tài)

　　整個追肥期間內(nèi)，N0處理土壤NH3揮發(fā)量變化波動不大，整體在0.1~0.3kg·hm-2內(nèi)。不同處理土壤NH3揮發(fā)量表現(xiàn)為：TN300>LN300>TN240>LN240>N0。與常規(guī)化肥相比，不同追肥時期LN300處理土壤NH3揮發(fā)量較TN300處理量降低14.3%~27.5%;LN240處理土壤NH3揮發(fā)量較TN240處理量降低15.2%~46.5%。

　　2.2.2土壤NH3揮發(fā)積累量

　　不同處理對滴灌棉田追肥期間土壤NH3揮發(fā)積累量影響顯著。各施氮處理NH3揮發(fā)總累積量為1.3~5.0kg·hm-2，較N0處理增加165.0%~382.9%。施用清液肥可顯著降低土壤NH3揮發(fā)損失，與常規(guī)施氮相比，LN300處理土壤NH3揮發(fā)總積累量較TN300處理降低25.9%，LN240處理土壤NH3揮發(fā)損失量較TN240處理降低了27.6%。

　　2.3土壤N2O排放

　　2.3.1N2O排放通量

　　棉花不同追肥期內(nèi)，土壤N2O排放通量整體在2.9~29.8μgN·m-2·h-1。前3次追肥不同處理土壤N2O排放通量較后3次追肥具有更高的土壤N2O排放通量水平。各處理N2O排放通量表現(xiàn)為：TN300>LN300;TN240>LN240。同施氮量下，清液肥處理N2O排放通量較常規(guī)化肥處理降低了3.5%~56.0%。

　　2.3.2N2O累積排放量

　　增施氮肥會顯著增加土壤N2O排放。與不施氮肥相比，各施氮處理土壤N2O累積排放量較N0處理增加78.5%~174.7%。與農(nóng)民習慣施肥相比，TN240、LN300和LN240處理N2O累積排放量較TN300處理分別降低19.9%、14.1%和35.0%。LN240處理N2O累積排放量較TN240處理降低18.9%。

　　2.4土壤酶活性

　　施氮量顯著影響土壤酶活性。常規(guī)施氮水平處理較減氮處理硝酸還原酶活性增加1.7%~2.2%;亞硝酸還原酶活性增加1.6%~11.9%;羥胺還原酶活性增加4.8%~5.1%;脲酶活性增加6.1%~9.2%。與常規(guī)化肥處理相比，同施氮量下施用清液肥可顯著降低土壤硝酸還原酶、土壤亞硝酸還原酶、土壤羥胺還原酶和脲酶活性。LN240處理土壤脲酶活性較TN240處理降低4.2%;硝酸還原酶活性較TN240處理降低5.5%;土壤亞硝酸還原酶活性較TN240處理降低26.6%;土壤羥胺還原酶活性較TN240處理降低6.0%;2.5相關(guān)性分析追肥期間土壤氣態(tài)氮損失量與土壤無機態(tài)氮和酶活性的相關(guān)性分析如下。土壤NH3揮發(fā)總量、N2O累積排放量NO3--N含量、NH4+-N含量、脲酶活性以及硝酸還原酶兩兩之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與亞硝酸還原酶活性和羥胺還原酶無顯著性相關(guān)。土壤亞硝酸還原酶與羥胺還原酶活性呈極顯著正相關(guān)。

　　3討論

　　農(nóng)田NH3揮發(fā)受農(nóng)田灌溉方式、施氮水平和氮肥類型等多種因素影響。不同研究表明滴灌施肥較常規(guī)漫灌施肥可顯著降低土壤NH3發(fā)損失[25-26]。氮肥減量施用也可以顯著降低NH3揮發(fā)[27-28]，這與本研究常規(guī)施氮水平處理(TN300和TN300)的NH3揮發(fā)量均高于減氮處理(TN240和LN240)的結(jié)果相符合。本研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)化肥處理相比，同等施氮量下清液肥處理可顯著降低NH3揮發(fā)損失，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是清液肥降低了土壤NH4+-N含量和脲酶活性，進而減少了NH3揮發(fā)損失。

　　一般認為NH3揮發(fā)是氮肥在脲酶作用下水解的產(chǎn)物，因此脲酶活性越高，土壤保持的NH4+-N含量越高，NH3揮發(fā)的可能性越大[29]。同時有研究表明常規(guī)氮肥溶解過程中，會加快土壤膠體吸附的NH4+離子向土壤溶液中的游離態(tài)轉(zhuǎn)化，促進NH3揮發(fā)過程[30]。絡(luò)合物對于養(yǎng)分釋放和供肥強度具有一定的調(diào)控作用，研究表明施用絡(luò)合物肥料可顯著抑制土壤脲酶的活性，使得氮素分解為氨速率大大降低[31]。本試驗中清液肥中也含有絡(luò)合物，對減少氨揮發(fā)也會產(chǎn)生作用。合理的農(nóng)田管理措施對于降低環(huán)境污染至關(guān)重要。研究表明與非滴灌施肥相比，滴灌施肥技術(shù)可有效減少溫室氣體N2O排放[13];但隨施氮量的增加，N2O的累積排放量也隨之增大[32]。

　　本研究中采用滴灌施肥減氮20%的處理較常規(guī)施氮處理降低了19.9%~24.4%的N2O排放，與前人研究結(jié)果一致。此外本研究發(fā)現(xiàn)等量氮肥投入下，施用清液肥處理較常規(guī)化肥處理可降低14.1%~18.9%的N2O排放，說明清液肥具有更好的N2O減排效果。眾所周知，土壤氮素轉(zhuǎn)化均是在土壤氮素轉(zhuǎn)化相關(guān)微生物與酶的驅(qū)動下完成的，通過對氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶活性的大小分析可以間接反映土壤中氮素的轉(zhuǎn)化強度[33]。土壤硝化反硝化是農(nóng)田N2O產(chǎn)生的主要途徑，其中硝化-反硝化酶活性的大小對N2O排放的影響顯著[34]。不同研究表明，土壤硝化反硝化酶活性越高，產(chǎn)生的N2O排放越多[35-37]。

　　本研究中同施氮量下清液肥處理較常規(guī)化肥處理均顯著降低了土壤硝酸還原酶活性，亞硝酸還原酶活性以及羥胺還原酶活性。此外，肥料特性也是影響N2O排放的重要因素，研究表明絡(luò)合物肥料有助于合能促進作物對氮素的吸收，從而避免交換性銨和硝態(tài)氮在土壤中的過量累積[38]，進而有效降低了底物NO3--N含量，減少了N2O排放。在一定的范圍內(nèi)，作物的產(chǎn)量隨著氮肥用量的增加而增加，當?shù)竭_一定施氮量時，不僅氮素資源損失加重，還會導致作物減產(chǎn)。

　　本研究中發(fā)現(xiàn)施氮240kg·hm-2處理棉花產(chǎn)量顯著高于施氮300kg·hm-2處理，說明較當?shù)爻Ｒ?guī)施氮量減氮20%可顯著提高棉花產(chǎn)量。也有研究表明當?shù)喂嗝尢锏氖┑�量�?25~300kg·hm-2時，棉花具有較高的結(jié)鈴密度和產(chǎn)量[39]，這種差異產(chǎn)生的主要原因是因為不同地區(qū)土壤狀況，施氮方式有所不同。減氮增產(chǎn)在玉米的優(yōu)化施氮研究中，當?shù)�肥用量為傳統(tǒng)高產(chǎn)的1/3時，產(chǎn)量提高了1倍[40]，說明適宜的施氮量是獲得較高產(chǎn)量的基礎(chǔ)。與此同時，滴灌施肥精準的養(yǎng)分供應，更有利于促進作物根系的吸收。

　　研究表明少量多次的施肥方式可顯著促進棉花氮素吸收，提高棉花產(chǎn)量;同時根據(jù)棉花不同時期需肥特性進行合理調(diào)控，可促進棉花增產(chǎn)[41-42]。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)清液肥可顯著提高棉花產(chǎn)量，同等施氮水平下較傳統(tǒng)化肥提高了9.1%~10.6%，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說具有重要意義。不同研究表明施用液體肥可更好的促進棉花養(yǎng)分吸收，利于棉花鈴的形成[43-44]，這可能是清液肥產(chǎn)量提高的原因。

　　4結(jié)論

　　同一施氮水平下，施用清液肥較常規(guī)化肥可顯著降低0~20cm土壤無機態(tài)氮含量、脲酶活性、硝酸還原酶活性、亞硝酸還原酶活性和羥胺還原酶活性，有效減少滴灌棉田NH3損失和N2O排放。與常規(guī)施氮水平相比，減氮20%均可顯著提高棉花產(chǎn)量，其中施用清液肥棉花增產(chǎn)效果更優(yōu)。

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