灌溉方式和改良措施对河套灌区盐渍土氨挥发的影响_常菲
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2024-09-13
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中国土壤与肥料 2019 （2）
doi：10.11838/sfsc.1673-6257.18201
灌溉方式和改良措施对河套灌区盐渍土氨挥发的影响
常 菲 1，红 梅 1，2*，武 岩 1，李艳勤 1，赵巴音那木拉 1，2，德海山 1，2
（1．内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010011；
2．内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010011）
摘 要：以河套灌区盐渍化土壤为研究对象，采用田间土壤氨挥发原位测定法（通气法），研究膜下滴灌、黄河水
漫灌下农民常规施肥（CK）、农民常规施肥 + 秸秆还田（SR）、农民常规施肥 + 生物炭（C）对土壤氨挥发和葵花
产量的影响。结果表明：1）各处理氨挥发速率在施肥灌水后 2 ～ 4 d 出现峰值，随后逐渐减低。C、SR 处理显著降
低了氨挥发累积损失量（P<0.05），C 处理滴灌、漫灌下较 CK 分别降低了 57%、44%，SR 处理降低了 39%、34%。
2）土壤 pH 值与氨挥发速率呈正相关性，C、SR 处理下土壤盐分较 CK 显著下降（P<0.05）。3）不同灌溉方式下
C 处理葵花增产率均最高，SR 增产效果不明显。4）同一改良措施下氨挥发损失率滴灌比漫灌降低 10.7% ～ 31%，
C、SR 处理的产量滴灌较漫灌分别高 12.88%、2.02%。方差分析表明，改良措施对氨挥发、产量的影响极显著
（P<0.01），灌溉方式对其影响显著（P<0.05）。综上所述 C、SR 均有效抑制了土壤氨挥发，滴灌模式下效果更为明
显，但考虑到 SR 处理的葵花增产率较低，故滴灌下农民常规施肥 + 生物炭处理是目前较为合理的施肥措施。
关键词：灌溉方式；生物炭；秸秆还田；氨挥发；产量
氮素损失是我国农田生态系统面源污染的主要
途径之一［1］
。研究表明，施入土壤中的氮素 52%
以各种形式损失，其中氨挥发损失占总损失量的
21%［2］
。氨挥发导致农田肥料利用率下降，农作物
产量降低，同时影响大气中 PM2.5 的酸度，造成环
境污染［3］
，而采用合理的施肥措施是减少农田氨
挥发的主要方法［4］
。生物炭、秸秆是较为普遍的改
土材料。生物炭具有较大的比表面积和阳离子交换
量，对铵离子的吸附作用强烈，且通过提高土壤阳
离子代换能力增强对铵离子的固持作用，也会提高
土壤的硝化速率［5］
，从而降低氨挥发损失。秸秆
还田对氨挥发的影响是通过有机质分解产生有机酸
使土壤 pH 值下降从而抑制土壤氨挥发［6］
，也有学
者认为秸秆还田后有机质增加了铵离子的有效性，
促进氨挥发速率［7］
。
河套灌区是国家和内蒙古自治区的重要商品粮
油基地，年均降水量 200 mm，是典型的无灌溉即
无农业地区［8］
，且随长时间的黄河水漫灌，次生
盐渍化程度逐年加重。近年来膜下滴灌技术在干旱
半干旱地区得到广泛应用，其既具备滴灌的防止深
层渗漏、节水、节肥等特点，还具备地膜的增温、
保墒作用［9］
。龚雪文等［10］研究表明河套灌区农田
膜下滴灌有利于作物根区形成良好的水热环境。侯
慧芝等［11］研究表明，膜下滴灌可以将玉米生育期
提前，提高光合产物积累，促进作物对深层水分的
利用，从而提高作物产量。河套灌区关于黄河水漫
灌下氨挥发的研究较多，而将漫灌与膜下滴灌对
比，在不同改良措施下进行氨挥发的研究甚少，因
此本研究将不同灌溉方式与生物炭、秸秆还田相结
合，探讨河套灌区盐碱地土壤氨挥发具体情况及产
量效益，以期为河套灌区提高氮肥利用率、增强综
合环境效应的施肥措施提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在内蒙古杭锦后旗三道桥地区的康尔
涞有限公司进行，该地区位于内蒙古自治区巴彦
淖尔市西部，地理位置在E106°34′～107°24′、
N40°26′～ 41°13′之间，地处河套平原。属中温带大
陆性气候，风多雨少，蒸发强烈，年日照时数平均
4 449.6 h，年均气温 8.7℃，年均无霜期 126 d，年均
收稿日期：2018-05-25；录用日期：2018-08-31
基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0501300）《河套平原
盐碱地生态治理关键技术研究与集成示范》。
作者简介：常菲 (1993-)，女，内蒙古呼和浩特人，硕士研究生，
主要从事土壤利用与保护研究。E-mail:1157943673@qq.com。
通讯作者：红梅，E-mail：nmhm1970@sina.com。
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降水量 135.9 mm，年均蒸发量 1 984.3 mm。试验区土 壤以硫酸盐型中度盐化土为主，其基础性状见表 1。
表1 试验地土壤基础性状
pH 值 全盐
（g/kg）
有机质
（g/kg）
有效磷
（mg/kg）
速效钾
（mg/kg）
全氮
（g/kg）
盐离子含量（g/kg）
CO3
2- HCO3
-Cl-SO4
2- K+Na+Ca2+ Mg2+
8.5 5.3 10.8 7.9 100.1 0.8 0 0.31 0.62 2.5 0.03 0.74 0.52 0.23
1.2 试验设计
试验采用裂区设计，主处理为灌溉方式，设
膜下滴灌、黄河水漫灌 2 种；次处理为不同改良措
施，在农民常规施肥的基础上设空白（CK）、秸秆
还田（SR）、生物炭（C）3 种。试验共 6 个处理，
3 次重复，小区面积 21 m×7 m。SR 处理：还田量
为 20.63 t/hm2，以玉米秸秆为原料，粉碎至 1 ～ 3
cm 于 2017 年 4 月初施于土壤表层，后用旋耕机将
其与耕层土壤充分混匀。C 处理：生物炭为玉米秸
秆经 400℃炭化温度在缺氧条件下烧制 8 h 而成，
施用量为 22.5 t/hm2，随基肥施于土壤表层，后用
旋耕机将其与耕层土壤充分混匀。
1.3 田间管理
试验于 2017 年 6 ～ 10 月进行，供试品种为葵
花 902，6 月 3 日人工播种，播种前均地表覆膜。各
处理 于 播 种 期施 基 肥：300 kg/hm2磷酸 二 铵，75
kg/hm2硫酸钾；6 月 底 追 施 300 kg/hm2尿素；8 月
5 日 追 施 75 kg/hm2尿 素；8 月 24 日 追 施 45 kg/hm2
尿素和 30 kg/hm2钾肥。滴灌肥料溶解后随水滴
入土壤，漫灌用追肥机将肥料埋于距地表 10 cm
深，距葵花苗 15 cm 远处。试验田滴灌的灌溉量为
2 300 m3/hm2，分 10 次灌，除追肥外以地表张力计
读数≤-20 kPa 为指示值进行井水灌溉。漫灌的灌
溉量为每次 750 ～ 900 m3/hm2，分别于 3 次追肥后进
行灌水，3 次漫灌，灌溉量为 2 250 ～ 2 700 m3/hm2。
葵花 10 月 1 日收获、测产，其它管理同大田。田
间作物及滴灌带布局图如下。
图1 田间作物及滴灌带布局图
1.4 样品采集与测定方法
氨挥发量测定：本试验运用通气法来监测氨挥
发量，此方法操作简便，测定结果可靠，回收率
高达 99.5%［12］
。装置由聚氯乙烯硬质塑料管制成，
内径 15 cm，高 10 cm。将两块厚度均为 2 cm、直
径为 16 cm 的海绵均匀浸以 15 mL 的磷酸甘油溶液
（50 mL 磷酸 +40 mL 丙三醇，定容至 1 000 mL）后，
置于硬质塑料管中，下层的海绵距管底 5 cm，上层
的海绵与管顶部相平。土壤氨挥发的监测于施肥后
的当天开始，在各小区膜内随机放置 3 个通气法捕
获装置，次日 8：00 时取样。每次施肥灌水后第 1
周，1 ～ 2 d 取样 1 次；第 2 ～ 3 周，视检测到的
氨挥发量多少进行取样，如挥发量较多，每 1 ～ 5
d 取样 1 次，如挥发量较少，取样时间可延长到 10
d 左右。将通气法装置中下层的海绵取回实验室后
装入 500 mL 的塑料瓶中，加 300 mL 的 2 mol/L 的
KCl 溶液，使海绵完全浸于其中，振荡 1 h 后，取
浸提液，用连续流动分析仪（AA3）测定 NH3-N 浓
度。
氨挥发速率：NH
3-N［kg/（hm2·d）］=［M/（A×
D）］×10-2；
氨累积排放量：NH
3-N（kg/hm2）=NH3-N［kg/
（hm2·d）］×D
式中，M 为通气法单个装置平均每次测的氨量
（NH3-N，mg）；A 为捕获装置的横截面积（m2）；D
为每次连续测定的时间（d）。
氨挥发导致的氮肥损失率 = 氨挥发损失总 N 量 / 施
氮量 ×100%
土壤 pH 值、盐分的测定：土壤样品采样周期
与氨挥发监测周期相同，在每个氨挥发监测点附近
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膜内随机选择 3 个样点采样，带回实验室用酸度计
法（实验室 pH 计：STARTER 2100）测定土壤 pH
值，采用 5∶1 水土比浸提后电导仪（实验室电导率
仪：STARTER 3100C）测定土壤电导率。
1.5 数据统计与分析
各项试验数据输入 Excel 2013 进行基本的平均
数及标准偏差计算并作图，利用 SAS 9.2 进行显著
性差异分析、相关性分析。
2 结果与分析
2.1 不同处理对土壤氨挥发速率的影响
如图 2、3 所示，不同处理氨挥发动态变化趋势
基本一致，每次施肥后均先升高后降低，且随生育期
的推进、施肥量的减少，氨挥发速率逐渐下降。施
基肥后 3 d 氨挥发达到峰值，滴灌下峰值的顺序为
CK［1.63 kg/（hm2·d）］>SR［0.94 kg/（hm2·d）］>
C［0.70 kg/（hm2·d）］， 漫 灌 下 为 CK［1.45 kg/
（hm2·d）］>SR［1.31 kg/（hm2·d）］>C［1.12 kg/
（hm2·d）］，随后氨挥发速率逐渐降低，于 6 月 23
日降到最低点。追肥后氨挥发变化趋势与基肥变化
情况基本一致，升高到最大值后逐渐降低，峰值均
出现在施肥灌水后第 2 ～ 4 d，滴灌处理下追肥期
峰值的范围为 0.21 ～ 1.69 kg/（hm2·d），漫灌下
为 0.2 ～ 2.28 kg/（hm2·d），于追肥后 20 d 左右降
到最低值。其中，滴灌 C 处理的峰值分别为 0.78、
0.68、0.31 kg/（hm2·d），漫灌 C 处理的峰值分别
为 1.46、0.54、0.20 kg/（hm2·d），基本均低于其
他处理。滴灌、漫灌下各处理 3 次追肥氨挥发速率
平均大小顺序均为 CK>SR>C，其中滴灌下 C 处理
氨挥发速率最低，平均为 0.31 kg/（hm2·d），分别
比 CK、SR 降 低 了 49.65%、24.01%， 漫 灌 下 C 处 理
也最低，平均为 0.44 kg/（hm2·d），分别是 CK、SR
的 39.63%、21.57%，表 明不同灌 溉方式下 生物炭、
秸秆还田均能显著降低氨挥发速率，以生物炭为最
图2 滴灌方式下葵花生育期氨挥发通量动态变化
注：箭头表示施肥日期，T1、T2、T3分别表示第一次、第二次和第三次追肥，氨挥发以 NH3-N 计算。下同。
图3 漫灌方式下葵花生育期氨挥发通量动态变化
摘要：
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38 doi：10.11838/sfsc.1673-6257.18201¹à¸È·½Ê½ºÍ¸ÄÁ¼´ëÊ©¶ÔºÓÌ×¹àÇøÑÎ×ÕÍÁ°±»Ó·¢µÄÓ°Ïì常 菲1，红 梅1，2*，武 岩1，李艳勤1，赵巴音那木拉1，2，德海山1，2（1．内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010011； 2．内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010011）Õª¡¡Òª£º以河套灌区盐渍化土壤为研究对象，采用田间土壤氨挥发原位测定法（通气法），研究膜下滴灌、黄河水漫灌下农民常规施肥（CK）、农民常规施肥+秸秆还田（SR）、农民常规施肥+生物炭（C）对土壤氨挥发和葵花产量的影响...
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