红壤稻田施用控释肥与氮素转化的关系_秦道珠
南方红壤丘陵区是中国双季稻种植的主产区之一［１］。近年来，单季水稻纯氮用量达到１９５ｋｇ／ｈｍ２，最高用量超过２００ｋｇ／ｈｍ２。化肥氮主要为普通尿素、碳铵速溶
性氮肥。据研究，氮肥的当季利用率仅为２５％￣２８％［２，３］；过量施用氮肥不仅造成肥料利用率下降，且大量的氮
素挥发损失及淋失、流失引起农田水体富营养化等环
基金项目：“十五”国家重点科技攻关课题（２００４ＢＡ５０８Ｂ１１）；国家科技支撑计划课题（２００６ＢＡＤ０５Ｂ０９）；国家红壤农业生态站项目资助。
第一作者简介：秦道珠，男，１９５３年出生，湖南东安人，高级农艺师，大学学历，长期从事植物营养与作物栽培施肥研究工作，发表论文５０多篇，合作出
版专著４部，获部省级科技进步奖１０余项。通信地址：４２６１８２湖南省祁阳县文富市镇官山坪，中国农业科学院祁阳红壤实验站，Ｔｅｌ：０７４６－３８４２０５２，Ｅ－ｍａｉｌ：Ｄａｏｚｈｕｑｉｎ＠１６３．ｃｏｍ。
收稿日期：２００８－０５－０１，修回日期：２００８－０６－０４。
红壤稻田施用控释肥与氮素转化的关系
秦道珠１，李冬初１，徐明岗１，申华平１，黄平娜１，朴洪圭２
（１中国农业科学院祁阳红壤实验站，湖南祁阳４２６１８２；
２
韩国农村振兴厅湖南农业试验场，全北益山市５７００８０）
摘要：在湘南红壤稻田连续两年（２００２—２００３）采用田间试验与室内分析相结合的研究方法，对施用控释肥和尿素的稻田肥料氮转化与去向进行研究。结果表明，稻田氨挥发是氮素损失的主要原因。施用尿素，其氨挥发损失量达到施氮素总量的３９．２８％，施用控释肥（ＬＣＵ７０、ＬＣＵ５０），其氨挥发损失量分别占其施氮总量的１９．９９％和１０．９１％，比尿素的氨挥发氮素损失量降低１９．２９％￣２８．３７％。田间表面水ＮＨ４－Ｎ浓度高峰期出现在施肥后的第１天，１０ｄ后下降到对照水平。田间氨挥发高峰期出现在施肥后的第３天，７ｄ后下降到对照水平。施用控释肥（ＬＣＵ７０、ＬＣＵ５０），水稻对氮素的吸收利用率分别为８０．５％、６４．７％，比施尿素高５０．５％、３４．７％，差异极显著。关键词：控释肥；水田；氨态氮；氨挥发中图分类号：Ｓ１４５．５
文献标识码：Ａ
ＴｈｅＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ－ｒｅｌｅａｓｅＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｎｄ
ｔｈｅｉｎｔｏＲｅｄＩｃｅＰａｄｄｙＱｉｎＤａｏｚｈｕ１，ＬｉＤｏｎｇｃｈｕ１，ＸｕＭｉｎｇｇａｎｇ１，ＳｈｅｎＨｕａｐｉｎｇ１，ＨｕａｎｇＰｉｎｇｎａ１，ＰａｒｋＨｕｎｇｗｅ２
（１ＱｉｙａｎｇＲｅｄＳｏｉｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳｔａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑｉｙａｎｇ４２６１８２；
２
ＨｕｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＴｅｓｔＣｅｎｔｅｒ，ＳｏｕｔｈＫｏｒｅａＲｕｒａｌＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｉｋｓａｎ５７００８０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｌｅａｓｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｎｄｕｒｅａｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｉｎｔｏｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓ，ｉｎｔｈｅｒｅｄｓｏｉｌｈｉｌｌｙｆｉｅｌｄｓｏｆｓｏｕｔｈｅｒｎＨｕｎａｎｆｏｒｔｗｏｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅｙｅａｒｓ（２００２—２００３），ｗｉｔｈａｓｙｓｔｅｍｉｃｆｉｅｌｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｒｅａｌｔｉｍｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｍｍｏｎｉａｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＵｒｅａｍａｄｅｔｈｅａｍｍｏｎｉａｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｌｏｓｓｅｓａｍｏｕｎｔｅｄｔｏ３９．２８％ｏｆｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ．Ｗｈｉｌｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｌｅａｓｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ（ＬＣＵ７０．ＬＣＵ５０），ｍａｄｅｔｈｅａｍｍｏｎｉａｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｌｏｓｓｅｓｏｆｖｏｌｕｍｅａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒ１９．９９％ａｎｄ１０．９１％ｏｆｔｏ－ｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｓｅｐａｒａｔｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅ１９．２９％￣２８．３７％ｌｏｗｅｒｔｈａｎＵｒｅａＮｉｔｒｏｇｅｎａｍｍｏｎｉａｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｌｏｓｓ．ＴｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＮＨ４－Ｎｉｎｆｉｅｌｄｓｕｒｆａｃｅｗａｔｅｒｐｅａｋｓｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｄａｙｓａｆｔｅｒｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄｄｒｏｐｓｔｏｔｈｅｃｏｍ－ｐａｒｉｓｏｎｌｅｖｅｌｉｎ１０ｄａｙｓ．Ｔｈｅａｍｍｏｎｉａｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｐｅａｋｓｉｎｔｈｅｔｈｉｒｄｄａｙｓａｆｔｅｒｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄｄｒｏｐｓｔｏｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｌｅｖｅｌｉｎ７ｄａｙｓ．Ｕｎｄｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ－ｒｅｌｅａｓｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ（ＬＣＵ７０，ＬＣＵ５０），ｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｂｓｏｒｐｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｒｉｃｅａｒｅ８０．５％ａｎｄ６４．７％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈａｒｅ５０．５ａｎｄ３４．７％ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｕｒｅａ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ－ｒｅｌｅａｓｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｐａｄｄｙ，ａｍｍｏｎｉａ，ａｍｍｏｎｉａｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
境负效应，造成生态环境恶化。提高肥料利用率，开发和施用控释肥新品种，成为当前肥料科学攻关新的热点［４］。该试验采用田间实验与室内分析相结合的研究方法，连续２年对施用控施肥和尿素的稻田氮素挥发损失动态、表面水氮素浓度变化与去向进行研究，为合理施肥提供科学依据。１材料和方法
１．１供试土壤
试验设在湖南祁阳中国农业科学院红壤实验站，为南方红壤丘陵区典型双季稻区第四纪红土发育的稻田。供试土壤为红黄泥，肥力中等，土壤基本性质见表１。
表１供试土壤基本理化性状
１．２试验设计
试验设四个处理：（１）ＰＫ（ＣＫ），不施氮肥，Ｐ２Ｏ５施用量为４５ｋｇ／ｈｍ２，Ｋ２Ｏ为５７ｋｇ／ｈｍ２（Ｐ２Ｏ５、Ｋ２Ｏ做基肥施一次施用）；（２）ＮＰＫ，施用纯氮（Ｎ）１１０ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ２Ｏ５为４５ｋｇ／ｈｍ２，Ｋ２Ｏ为５７ｋｇ／ｈｍ２（Ｎ、Ｋ２Ｏ７０％做基肥施，３０％做穗肥施用）；（３）ＬＣＵ７０，施用纯（Ｎ）７７ｋｇ／ｈｍ２，全部做基肥施用（相当于尿素处理施氮量的７０％）；（４）ＬＣＵ５０，施用纯（Ｎ）５５ｋｇ／ｈｍ２，全部做基肥施用（相当于尿素处理施用Ｎ量的５０％）。所用化学氮肥为尿素（含Ｎ４６％），磷肥为过磷酸钙（含Ｐ２Ｏ５１２％），钾肥为氯化钾（含Ｋ２Ｏ６０％）；ＬＣＵ为控释肥，Ｎ－Ｐ２Ｏ５－Ｋ２Ｏ＝１８－７－９。
小区面积４×５＝２０ｍ２，三次重复，随机区组排列。
试验用水稻品种：韩国粳稻品种Ｕｎｂｏｎｇｂｙｅｏ。２００２年３月３０日播种，５月３日移栽，７月２３日收获；２００３年３月２９日播种，５月２日移栽，７月２０日收获，全生育期１１３￣１１５ｄ。移栽规格为２０ｃｍ×２０ｃｍ。１．３分析测定方法
田间ＮＨ３挥发测定：采用挥发罩（Ｄ×Ｈ＝２０×１２ｃｍ）、真空泵法抽取稻田氨挥发量。施肥插秧后２５ｄ内每天测定ＮＨ３挥发损失量，测定时间下午１５：３０至１９：３０；水稻生长后期ＮＨ３挥发强度很少时，每５￣７ｄ测
定一次，挥发释放的ＮＨ３用２％的硼酸吸收，０．００５Ｎ的硫酸滴定。同时，观测纪录田间表面水ｐＨ、温度、水深变化。
施肥后１、２、３、５、７、１０、１５、２０、３０、５０、７０ｄ取田间表面水，测定无机氮（ＮＨ４－Ｎ、ＮＯ３－Ｎ）。分析方法：ＮＨ４－Ｎ用靛酚蓝比色法测定；ＮＯ３－Ｎ用紫外法测定［５］。
植株Ｎ含量测定，每７￣１０ｄ取一次植株样品，测定干物质量和全氮含量。植株全氮用Ｈ２ＳＯ４－Ｈ２Ｏ２消解，靛酚兰比色测定［５］。
２结果与分析
２．１施肥后田间表面水ＮＨ４－Ｎ、ＮＯ３－Ｎ动态变化施肥后田间表面水ＮＨ４－Ｎ浓度（图１）与施肥时间及施肥水平有很好的相关性。施肥后田间表面水ＮＨ４－Ｎ浓度迅速上升，各施肥处理在施肥后第１天即达到最高值，表面水ＮＨ４－Ｎ含量最高达４７ｍｇ／ｋｇ。即田间表面水中ＮＨ４－Ｎ含量施尿素处理为（４７．０７ｍｇ／ｋｇ）＞ＬＣＵ７０（４３．２３ｍｇ／ｋｇ）＞ＬＣＵ５０（３３．２６ｍｇ／ｋｇ）＞ＣＫ（２．１７ｍｇ／ｋｇ），施肥后７￣１０ｄ，各施肥处理表面水ＮＨ４－Ｎ浓度趋于对照水平，且各处理之间无明显变化；对照处理，由于无氮素肥料供应，所需氮素养分主要来源于降雨、灌溉及土壤，其表面水中只含有微弱的ＮＨ４－Ｎ，施
图１不同施肥处理表面水ＮＨ４－Ｎ动态变化图２不同施肥处理表面水ＮＯ３－Ｎ动态变化
肥后ＮＨ４－Ｎ浓度保持在２．１￣０．１ｍｇ／ｋｇ之间（平均为０．７２ｍｇ／ｋｇ），且其表面水ＮＨ４－Ｎ浓度无明显变化。由此可知，该时期是影响氮素利用率的关键时期，如何降低施肥后表面水氮素含量、加快肥料氮向土壤转化，提高氮素吸收，减少其对环境负效应是肥料研究的重要方向。
施用尿素处理的田间表面水ＮＨ４－Ｎ浓度出现第二次高峰（图１），这是由于尿素处理在第一次基肥施后的５０ｄ，按常规施肥法追施穗肥（占总Ｎ％３０），因此，表面水ＮＨ４－Ｎ浓度出现第二次高峰。其ＮＨ４－Ｎ含量尿素处理（９．９１ｍｇ／ｋｇ）＞ＬＣＵ７０（０．３９ｍｇ／ｋｇ）＞ＬＣＵ５０（０．２４ｍｇ／ｋｇ）＞ＣＫ（０．１７ｍｇ／ｋｇ）。
试验测定表明，肥料氮施入稻田土壤后，速效态的氮素养分在土壤及其表面水作用下，迅速转化为无机态的ＮＨ４－Ｎ、ＮＯ３－Ｎ，短时间内迅速提高表面水及土壤的速效氮含量［６］。不同肥料类型的氮素转化方向不尽相同。由于试验所施肥料不含硝酸盐，且水田长期处于淹水环境，田间还原性较强，硝化作用微弱，施肥后肥料氮主要向ＮＨ４－Ｎ转化，田间表面水ＮＯ３－Ｎ含量上升很少，各处理之间无明显的差异。由图２可知，施肥后田间表面水ＮＯ３－Ｎ浓度只有微弱的上升，施肥后７ｄ表面水ＮＯ３－Ｎ浓度的最高值仅有０．８４ｍｇ／ｋｇ，施肥后１０￣１５ｄ，表面水各处理ＮＯ３－Ｎ浓度稳定在０．１ｍｇ／ｋｇ左右。施尿素处理的田间表面水ＮＨ４－Ｎ浓度出现第２次
高峰，其ＮＯ３－Ｎ浓度仍稳定在０．１ｍｇ／ｋｇ以下。
２．２水稻生育期田间氨挥发损失速率变化趋势
测定数据分析表明，氨挥发损失是稻田氮素养分损失的主要途径。由图３可知，各处理氨挥发损失速率在施肥后第３天达到最高值，不同处理其氨挥发日损失量差异较大。将各处理氨挥发日损失量的最高值进行排序，则施尿素处理ＮＰＫ．＞ＬＣＵ７０＞ＬＣＵ５０＞ＰＫ，氨挥发日损失量最高值分别为６．２９、４．２７、３．６６、１．６３ｋｇ／ｈｍ２，在施肥后１￣７ｄ，尿素处理氨挥发损失速率比控释肥料处理ＬＣＵ７０、ＬＣＵ５０分别高２．１倍、１．８倍，ＰＫ处理只有微量的氨挥发损失。水稻生育后期氨挥发损失量较低，各处理之间无显著差异。
上述数据说明，稻田氨挥发是氮素养分损失的主要途径。氨挥发损失主要集中在施肥后１￣７ｄ内，最高峰期出现在施肥后第３天（见图３）；田间表面水ＮＨ４－Ｎ浓度高峰出现在施肥后第１天，１￣１０ｄ内维持较高水平，后期表面水ＮＨ４－Ｎ含量很低（见图１），两者基本同步。即表面水ＮＨ４－Ｎ浓度升高促进氨挥发损失，氨挥发损失则带走大量氮素养分，从而降低了表面水ＮＨ４－Ｎ浓度，两者关系密切［７，８］。
２．３水稻生育期田间氨挥发累积损失量变化
若将各施氮处理的氨挥发（Ｎ）总量减去对照（无氮区）氨挥发（Ｎ）总量，其结果为各施氮处理的氨挥发（Ｎ）总量。
图３不同施肥处理与田间氨挥发速率动态变化图４不同施肥处理与田间氨挥发累进动态变化
由图４可知，整个水稻生育期，施尿素处理（ＮＰＫ）氨挥发累计损失量达到４３．２１ｋｇ／ｈｍ２，占总施入肥料氮（１１０ｋｇ／ｈｍ２）的３９．２８％；施控释肥处理ＬＣＵ７０、ＬＣＵ５０的氨挥发累计损失量分别为１５．３９ｋｇ／ｈｍ２、６．００ｋｇ／ｈｍ２，分别占施入肥料氮（７７ｋｇ／ｈｍ２、５５ｋｇ／ｈｍ２）比例的为１９．９９％、１０．９１％。由此可见，施用控释肥料，可大幅度降低水田氨挥发损失，氮肥利用率比尿素分别提高１９．２９％￣２８．３７％。
在一定条件下，温度与氨挥发损失存在近似的线性关系。图５所示为施肥后表面水温度变化情况，温度的高低一定程度上影响着氨挥发量的多少。一般耕层表面水温度每上升１℃，则氨挥发近似地增加０．２５％。
氨挥发损失与田间表面水ＮＨ４－Ｎ浓度存在直接的关系。而表面水ＮＨ４－Ｎ浓度上升则引起ｐＨ上升，从而产生更多的ＮＨ３。图６所示，ｐＨ在６．５以下时，水面很少有ＮＨ３的损失，水面ｐＨ达到７．５￣９．０以上时，则
有利于氨的挥发损失。
此外，耕层表面水深、风速等也影响表面水ＮＨ４－Ｎ浓度及氨挥发的进行。一般随着耕层水深的增加，氨挥发损失有下降的趋势。风速的增加也有利于氨挥发的进行，在实验过程中，刮风天气其氨挥发损失通常要较不刮风天气高。
２．４稻田施用不同种类肥料的氮素利用率比较据施用不同肥料对水稻生物产量及其吸收氮素与不施氮肥（对照）处理水稻吸收氮素特点，计算出不同施肥量、不同肥料的氮肥利用率（表２）。
图５不同施肥处理田间水温变化与ＮＨ３挥发关系
表２施用不同种类肥料对水稻生产的利用率
在试验土壤条件相同，施用不同肥料种类、用量的情况下，其氮素利用率差异较大。表２说明，施尿素处理的水稻氮素吸收率为３０．０％，施用控释肥料ＬＣＵ７０、ＬＣＵ５０其氮素利率分别为８０．５％、６４．７％，比尿素处理高５０．５％、３４．７％。施用控释肥料在很大程度上提高氮素利用率，从而减少了田间的氮素损失。因此，合理推广施用控释肥料，具有较大的经济效应和社会环境效应［９］。３讨论
在湘南红壤丘陵区稻田，２００２年至２００３年连续两年采用大田试验与室内分析相结合的研究方法，对施用控释肥和尿素的稻田肥料氮素转化与去向进行研究。结果表明：稻田氨挥发是氮素损失的主要原因。施用尿素，其氨挥发损失量达到施氮素总量的３９．２８％，而施用控释肥（ＬＣＵ７０、ＬＣＵ５０），其氨挥发损失量分别占其施氮总量的１９．９９％和１０．９１％，比尿素的氮素损失量降低１９．２９％￣２８．３７％。田间表面水ＮＨ４－Ｎ浓度高峰期出现在施肥后的第１天，１０ｄ后下降到对照水平。田间氨挥发损失高峰期出现在施肥后的第３天，７ｄ后下降到对照水平。施用控释肥（ＬＣＵ７０、ＬＣＵ５０），水稻的氮素吸收利用率分别３５．９％、３６．４％，较施用尿素高１２．８％、１３．３％，差异极显著。氨挥发与温度存在近似的线性关系，与表面水ＮＨ４－Ｎ浓度存在直接的关系。表面水ＮＨ４－Ｎ浓度上升则引起ＰＨ上升，从而产生更多的ＮＨ３。此外，表面水深度、风速等也影响ＮＨ４－Ｎ浓度及氨挥发。
参考文献
［１］林世成，闵绍楷．中国水稻品种及其系谱．上海科学技术出版社，１９９１，３：７５－８０．
［２］邹长明，秦道珠，陈福兴，等．水稻氮肥施用技术．中国农业出版社，２００２，５：９３－１００．
［３］彭少兵，黄见良，钟旭华，等．提高中国稻田氮肥利用率的研究策略［Ｊ］．中国农业科学，２００２，３５（９）：１０９５－１１０３．
［４］尹洪斌，石元亮．控释肥料的研究现状与对策．土壤通报，２００６，（３６）３：４２２－４２５．
［５］南京农学院主编．土壤农化分析．北京：农业出版社，１９８０，１２：２５－９５．［６］张玉龙，邹洪涛，虞娜，等．以有机无机涂膜材料包裹尿素研究控释肥的研究．土壤通报，２００６，２（３６）：１９８－２００．
［７］徐明岗，秦道珠，邹长明，等．湘南红壤丘陵区稻田土壤氮素供应特征的研究．土壤与环境，２００２，０１（１）：９９－１０１．
［８］李菊梅，徐明岗，秦道珠，等．有机肥无机肥配施对稻田氨挥发和水稻产量的影响［Ｊ］．植物营养与肥料学报，２００５，１１（１）：５１－５６．
［９］梁孝衍．广东使用氮化肥的效益分析．土壤肥料，１９８６，３，１３－１６．图６不同理施肥处田间ＰＨ变化与ＮＨ３挥发关系