目前，我國已成為世界上氮肥施用量最多的國家［1］。氮肥的過量施用及不合理的施肥方式不但引發了水體的富營養化，也造成了地下水硝酸鹽污染和大氣污染等諸多環境問題［2］。隨著我國農業種植結構的調整，蔬菜種植面積急劇擴大，并且蔬菜施肥量一般較糧田作物高［3，4］。這主要是由于在高產出、高收益刺激下，菜農往往盲目施用化肥，尤其是氮肥，從而使肥料利用率下降，菜 田 土 壤 性 狀 惡 化，地 下 水 硝 酸 鹽 含 量超標［4，5］。

近年來，控釋肥料已經成為國內外研究的熱點?？蒯尫柿鲜抢靡欢ǖ募夹g和材料將高分子材料和普通肥料結合，使其可以控制或減慢肥料在土壤中的釋放速率，從而達到為植物長久提供營養的目的［6］。已有研究表明，施用控釋尿素是提高氮肥利用率的有效途徑［7，8］。由于控釋尿素肥料的價格比普通尿素肥料高，因此普及率不高，一般主要應用于經濟價值較高的花卉、蔬菜和水果等［9］。目前，國內對控釋尿素的研究多為研究其養分的釋放特性［10 ～14］和其在糧食作物上的施用效果［15 ～19］，對普通尿素肥料和控釋尿素肥料施用在蔬菜作物中所帶來的氮損失對比研究報道較少。

柴河流域位于昆明市晉寧縣城東南，是晉寧縣主要的防洪和灌溉河道之一。這一流域是昆明主要的蔬菜生產基地，農業生產活動頻繁，化肥和農藥的投入量普遍較高。2009 年，流入滇池的柴河水質類別為劣Ⅴ類，進一步加劇了滇池水體的富營養化。因此，開展相關研究尋求降低柴河流域農田面源污染的方法，對于改善滇池水體富營養化具有重要的現實意義。為此，本研究采用盆栽試驗，從氨揮發和氮素淋溶兩個方面比較了在不同施氮水平下，施用尿素與控釋尿素對柴河流域土壤種植小油菜的氮損失情況，以期為柴河地區合理使用氮肥，控制農業面源污染提供科學依據。

1 材料與方法

1． 1 供試材料

供試土壤采自云南省晉寧縣的柴河流域，位于滇池流域南部，為當地普通農田土壤。根據已有調查研究，該區域內土壤主要是以砂巖和礫巖發育 的 紅 壤［20］，pH 為 6． 34，有 機 質 含 量 為2. 11% ，總氮含量為 530 mg / kg，有效磷含量為3. 54 mg / kg。使用普通尿素肥料\\( urea\\) 和采用樹脂包膜的控釋 尿 素 \\( CＲU\\) 作 為 氮 肥，使 用 過 磷 酸 鈣\\( CaP2H4O8\\) 作為磷肥，使用硫酸鉀\\( K2SO4\\) 作為鉀肥。其中，CＲU 由加拿大 Agrium 公司生產。

CＲU 表面呈淡藍色，顆粒直徑約為 3 mm。 在23℃ 條件下，通過水溶出實驗得到 CＲU 肥料氮素溶出 時 間 為 70 d 左 右。供 試 植 物 為 油 菜\\( Brassica campestris L． \\) ，購自北京京研益農科技發展中心。

1． 2 實驗設計

盆栽實驗在北京市農林科學研究院的日光溫室中進行。實驗共設置 6 個處理，分別為 CK、U1、U2、U3、C2 和 C3，其對應的施氮量分別為0 mg N / kg 土、400 mg N / kg 土 \\( 900 kg N / hm2\\) 、320 mg N / kg 土\\( 720 kg N / hm2\\) 、280 mg N/kg 土\\( 630 kg N/hm2\\) 、320 mg N/kg 土\\( 720 kg N/hm2\\)和 280 mg N/kg 土\\( 630 kg N/hm2\\) 。其中 U1、U2和 U3 處理施加尿素，C2 和 C3 處理施加 CＲU，每個處 理 設 置 3 個 重 復。 各 處 理 均 施 加275 mg P / kg 土\\( 619 kg P / hm2\\) 和 62 mg K/kg 土\\( 140 kg K/hm2\\) 。

種植所用容器為直徑20 cm、高度15 cm 的圓形塑料花盆。在花盆底部添加礫石，遮蓋排水孔，礫石層厚約 2 cm。礫石層上填裝供試土壤，邊裝土邊壓實，每盆裝土 1 kg。其中下面填裝 600 g土壤，將 N、P、K 肥料全部表施，與表層 400 g 土壤\\( 約 5 cm 厚\\) 完全混合。小油菜種子先經過濕潤催芽，出芽后每盆播種 8 ～ 10 顆，播種深度0． 5 ～ 1． 0 cm。出苗后選擇長勢一致的幼苗，每盆留 5 株。實驗期間使用純凈水定量灌溉，每次灌溉 500 mL，以減少其他因素的干擾。每個花盆底部放置一個托盤，用以收集淋溶水。實驗中按照順序每 2 d 更換一次花盆位置，以減少光照所帶來的誤差。盆栽實驗時間于 2013 年 5 月 30 日開始，到 2013 年 7 月 14 日收獲，共計 45 d。

1． 3 樣品采集與分析方法

密閉吸收法是收集氨的常用方法［21］。由于稀硫酸作為吸收劑比硼酸吸收劑回收率、精確度和靈敏度高，本研究采用稀硫酸作為吸收劑［21］。利用濃度為 0． 01 mol/L 的稀硫酸作為吸收液，在密閉空間內定時采集氨揮發氣體。施肥后每天采集 1 次，采集后立即帶回實驗室用靛酚藍比色法［22］測定銨態氮含量。并計算比較各施肥處理與 CK 處理的氨揮發量，待施肥處理的氨揮發量連續幾天與 CK 處理的揮發量大致相同時停止觀測氨揮發。

在小油菜生長階段共采集5 次淋溶水，并對淋溶水的銨態氮、硝態氮和總氮進行了分析。采集的樣品即刻用靛酚藍比色法測定水樣的銨態氮含量，用雙波長紫外分光光度法測定硝態氮含量，用堿性過硫酸鉀 －紫外分光光度計法［22］測定總氮含量。試驗結束時將收獲的全部植株帶回實驗室。經洗根后于 105℃烘箱中殺青 30 min，然后 80℃烘干，稱量干重，計算各處理平均生物量。收獲后剩下的土壤帶回實驗室，取鮮樣經 KCl 浸提后用靛酚藍比色法［22］測定土壤銨態氮含量。

1． 4 數據處理

數據均為采樣結果的平均值。本文中肥料氮素的氨揮發量和氮淋失量是由各施肥處理的氨揮發量和氮淋失量減去 CK 處理計算所得。氨揮發量和氮淋失量的單位采用 mg N/kg 土\\( 本研究中每盆裝土 1 kg，mg N/kg 土即相當于 mg N/盆\\) 。采用 Origin8． 0 和 SPSS17． 0 進行數據分析。

2 結果與分析

2． 1 氨揮發量

圖 1A ～ E 為氨揮發隨時間的變化規律?？梢钥闯?，尿素處理在施肥后即產生氨揮發。其中U1 處理在第 5 d 達到氨揮發峰值\\( 2． 99 mg N / kg土\\) ，而 U2 和 U3 處理在第 3 d 就已經達到氨揮發峰值\\( 分別為2． 56 mg N/kg 土和2． 46 mg N/kg土\\) 。尿素處理的最大氨揮發量與施氮量成正比。各尿素處理的氨揮發量達到峰值后，開始快速下降。在第 8 d 后，其氨揮發量極低，這表明施加尿素處理的氨揮發已基本結束。而 CＲU 處理在施肥后第 1 d 基本沒有檢測到氨揮發，之后CＲU 處理開始產生氨揮發。氨揮發量隨時間也有所增加，在施肥后 10 d 左右，CＲU 處理的氨揮發量開始大幅增加，并在之后的 2 周內一直處于較高水平，出現不同峰值。在第 13 d 時，C2 處理和 C3 處理的氨揮發量分別為 1． 49 mg N/kg 土和 0． 79 mg N/kg 土。在第 17 d 時，C2 處理和 C3處理的氨揮發量分別為 1． 11 mg N/kg 土和0． 84 mg N / kg 土。CＲU 處理的瞬時氨揮發量與施氮量成正比。

在施肥后的前 10 d，3 個不同施氮水平的尿素處理的氨揮發量遠遠高于 2 個 CＲU 處理，這也與杜建軍等［23］氨揮發模擬實驗結果相一致。但在 10 d 后，CＲU 處理的氨揮發量逐漸提高，并在10 ～ 24 d 這段時間內超過尿素各處理的氨揮發值。由此可以看出，使用樹脂包膜的 CＲU 肥料在施肥前期氮釋放率較低，能夠較好的控制氨揮發。

隨著時間延長，CＲU 肥料氨揮發逐漸增大。這說明后期 CＲU 肥料的氮釋放率增大。普通尿素肥料在施入土壤后很快溶解并水解，導致施肥前期土體內氨濃度迅速增高，帶來了大部分的氨揮發損失，而后期氨揮發損失極小。

圖 1F 為各處理肥料氨揮發累積曲線?？梢钥闯?，在施肥前 10 d，CＲU 肥料產生的累積氨揮發量增加趨勢不大，而尿素產生的累積氨揮發量增加趨勢非常明顯。而在施肥 10 d 后，CＲU 處理的累積氨揮發量的增加趨勢逐漸變化，而尿素處理則幾乎沒有變化，這與圖 1A ～ E 所表示的 2 種肥料的動態氨揮發情況相對應。在施肥 10 d 后，尿素肥料幾乎不再產生氨揮發，而 CＲU 肥料此時仍然產生氨揮發。在施肥后的前20 d 3 個不同施氮水平的尿素處理的揮發量均大于 2 個 CＲU 處理。但在 20 d 后，C2 處理的累積氨揮發量超過U3 處理。同種肥料不同施氮水平相比，累積氨揮發量與施氮量成正比，施氮量最高的 U1 處理的氨揮發量最高。不同肥料相同施氮水平比較，U2 處理的累積氨揮發量與 C2 處理相差不大，而 U3 處理比 C3 處理高 13． 25%。

2． 2 氮淋失量

表 1 為各處理不同形態氮淋失累計量。尿素處理的氮淋失量整體高于 CＲU 處理。各處理的銨態氮、硝態氮和總氮淋失量的大小關系均表現為: U1 ＞ U2 ＞ U3 ＞ C2 ＞ C3。同種肥料不同施氮水平相比，淋溶水銨態氮、硝態氮和總氮淋失量與施氮量成正比。因此，減少施氮量會降低肥料的氮淋失。相同施氮水平不同肥料間相比，尿素處理的銨態氮、硝態氮和總氮的淋失量均高于 CＲU處理。

肥料種類和施肥量對不同形態氮淋失量均有影響。同種肥料不同施氮水平間，銨態氮淋失量差異并不顯著，但相同施氮水平不同肥料處理間，尿素處理的銨態氮淋失量顯著高于 CＲU 處理。

3 個尿素處理相比較，U1 處理的硝態氮和總氮淋失量都顯著高于 U2 和 U3 處理，而 U2 和 U3 處理之間差異并不顯著。2 個 CＲU 處理相比較，C2 和C3 處理間硝態氮和總氮淋失量均有顯著差異。

相同施氮水平不同肥料處理間相比較，U2 和 C2處理的硝態氮淋失量差異不顯著，但總氮淋失量 U2 處理顯著高于 C2 處理，而 U3 處理的硝態氮淋失量和總氮淋失量均顯著高于 C3 處理?？梢钥闯?，銨態氮淋失量只占總氮淋失量很小的一部分，大部分以硝態氮形式存在，還有小部分溶解性有機氮存在。這與姚建武等［24］的研究結果一致。

圖 2 為各處理植株生物量干重。各施肥處理的植株干重均顯著高于 CK 處理，但各施肥處理間并沒有顯著差異。因此，減量施氮對作物產量并沒有顯著影響。表 2 為不同處理氮損失情況，通過計算可以得到氮損失量和氮損失百分比\\( 氮損失量由氨揮發量和氮淋失量相加得到\\) ?？梢钥闯?，兩種氮肥所有施氮水平處理的氮淋溶量都明顯大于氨揮發量。因此，施用兩種氮肥產生的氮損失主要來源于淋失作用。已有研究表明紅壤地區 氮 肥 淋 失 量 大 約 占 施 肥 量 的 3． 6% ～32. 5%［25］。本研究中不同處理總氮淋失百分比在 8% ～17%之間，與之相符合。

同種肥料不同施氮水平產生的氨揮發量差異顯著。施肥產生的氨揮發量隨施氮量的增加而增加。相同施氮水平不同肥料處理間相比較，U2 處理與 C2 處理的氨揮發量差異不顯著，但 U3 處理的氨揮發量顯著高于 C3 處理。各處理肥料氮損失量與氮淋失量均表現出相同規律。3 個尿素處理相比較，U1 處理產生的氮淋失量和肥料氮損失量都顯著高于 U2 和 U3 處理，而 U2 和 U3 處理之間差異并不顯著。2 個 CＲU 處理相比較，C2 處理和 C3 處理的氮淋失量和氮損失量均有顯著差異。相同施氮水平不同肥料處理間相比較，U2 處理的氮淋失量和氮損失量均顯著高于 C2 處理，U3 處理的硝態氮淋失量和氮淋失量均顯著高于C3 處理。

在 320 mg N/kg 土和 280 mg N/kg 土施氮水平下，尿素處理產生的累積氨揮發量分別占施氮量的 3． 64% 和 3． 57%，施用 CＲU 處理產生的累積氨揮發量分別占施氮量的 3． 64% 和 2． 78%。同時，尿素處理產生的氮淋失量大于 CＲU 處理。

施用尿素處理產生的氮淋失量占施氮量的 14．38% 和 14． 46% ，施用 CＲU 處理產生的氮淋溶量占施氮量 11． 60% 和 8． 37%。同種肥料相比，氮損失與施氮量成正比，施氮量越大，氮損失越高。

不同肥料相同施氮水平相比，在施氮量為 320 mgN /kg 土和 280 mg N / kg 土的水平下，CＲU 處理所產生的氮損失分別比尿素處理低 2． 77% 和 6．88% 。這表明在不影響作物產量的前提下，減量施加 CＲU 可以進一步降低氮素損失。

3 討論

在旱作條件下，揮發、淋溶和徑流是肥料氮素損失及其向周邊水體遷移的主要途徑。在田間農業種植中，由于受到自然條件和種植過程中多種因素的干擾，淋溶通量的觀測有很大的不確定性。

為此，本研究采取室內溫室培養試驗，在嚴格控制土壤、肥料和水分等條件下準確收集淋溶水，并通過氮濃度的測定來準確估計氮淋失量。但由于室內盆栽試驗的局限性，本研究無法觀測徑流氮流失。氮的揮發損失包括氨氣揮發和氧化亞氮揮發，本研究中只檢測了氨揮發。

已有研究表明淋失作用是導致氮肥利用率低的主要原因［26，27］。而在本研究結果中也發現，氮淋溶損失量顯著大于氨揮發量。因此，氮素淋溶是造成氮損失的主要原因。Morrill 和 Dawson［28］的研究結果表明，當土壤 pH 在 5． 01 ～ 6． 38 時，土壤硝化作用進程為銨態氮快速氧化成硝態氮。

本研究中，供試土壤實驗前 pH 為 6． 34，非常適合銨態氮快速硝化作用。已有前期試驗也證實，尿素施入滇池流域土壤后 3 d 就可全部轉化為硝酸鹽［29］。本研究中兩種氮肥處理的淋溶水中銨態氮濃度都很小，而通過測定發現試驗后土壤中的銨態氮濃度僅為 2． 74 ～8． 04 mg N/kg 土。因此，氮淋溶量大主要是由于供試土壤硝化能力較強，土壤硝化速率快，銨態氮進入土壤后可快速轉化成為硝態氮。此外，通過表 2 可以看出，各處理氨揮發量均較小，也可驗證供試土壤硝化速率較快。

CＲU 處理比尿素處理的氮淋失量低主要是由于尿素肥料的速溶性。尿素施肥后迅速釋放氮養分，酰胺態氮在脲酶作用下將迅速轉變為銨態氮，而銨態氮經土壤中微生物的硝化作用轉化為硝態氮，大量的硝態氮容易發生淋溶損失。而試驗所選用的控釋尿素被封閉在樹脂膜內，其氮形態轉化可能有兩種途徑: 一是尿素緩慢滲出樹脂膜，在土壤中水解，隨后在脲酶和土壤微生物的硝化作用下轉化為易淋溶硝態氮; 二是脲酶和與硝化作用有關的土壤微生物擴散進入膜內，之后銨態氮擴散出樹脂膜或者在膜內直接轉化為硝態氮再滲出樹脂膜，進入土壤?？梢?，CＲU 轉化為硝態氮并進入到土壤發生淋溶作用都會受到樹脂膜的阻隔，導致氮素釋放速率較慢。而尿素施入土壤后，直接與土壤接觸，脲酶和與硝化作用有關的微生物數量都很高。因此，尿素水解快，從而產生的氨揮發量較大，同時由于硝化速率快，產生的氮淋失量較高。在實際的農業生產中，在降雨和灌溉的作用下，土壤中的氮大部分以可溶性硝態氮形式滲入到土壤下層。因此，氮淋失已成為部分地區地下水硝酸鹽污染的重要原因。楊莉琳等［30］發現過量施氮是土壤中硝態氮淋失的根本原 因。 本 研 究 中，尿 素 處 理 施 氮 量 從400 mg N / kg 土減少到 280 mg N / kg 土時，氮淋失占施氮量的百分比由 16． 2% 減少到 14． 5%。而CＲU 處 理 施 氮 量 從 320 mg N / kg 土 減 少 到280 mg N / kg 土時，氮淋失占施氮量的百分比由11． 6% 減少到 8． 4% 。由此可見，減少施氮量可以顯著降低肥料的氮淋失量。

本研究結果表明，控釋氮肥的施用結合減量施氮能夠有效控制供試土壤的氮淋溶損失，將蔬菜種植過程中由施肥所帶來的水環境影響減少到最低限度。由于控釋肥料養分釋放需要一定的時間，容易造成作物生長前期短時脫肥，后期養分供應過量，導致作物生長前弱后旺。在常規農業種植中，農戶往往通過關鍵生育期追施常規氮肥，對植株生長發育進行調控。根據這一施肥習慣以及樹脂包膜的控釋尿素和普通尿素肥料的氮損失特征，建議將樹脂包膜的控釋尿素和普通尿素配合施用。這樣可以實現兩種肥料的優勢互補，在整個作物生長階段無需追肥，在增產減污的同時也減少了工作量。

參 考 文 獻

［1］ 《中國農業年鑒》編委會． 中國農業年鑒2004［M］． 北京:中國農業出版社，2005，300 －306．

［2］ 朱兆良． 我國土壤供氮和化肥氮去向研究的進展［J］． 土壤，1985，17\\( 1\\) : 2 －9．

［3］ 李曉林，張福鎖，米國華． 平衡施肥與可持續蔬菜生產［M］． 北京: 中國農業大學出版社，2000．

［4］ Zhu J H， Li X L， Christie P， et al． ． Environmentalimplications of low nitrogen use efficiency in excessivelyfertilized hot pepper \\( Capsicum frutescens L． \\) cropping systems［J］． Agric． Ecosyst． Environ． ，2005，111: 70 －80．

［5］ 劉宏斌，李志宏，張維理，等． 北京平原農區地下水硝態氮污染狀況及其影響因素研究［J］． 土壤學報，2006，43\\( 3\\) : 405 －413．
Liu H B，Li Z H，Zhang W L，et al． ． Nitrate contamination ofgroundwater and its affecting factors in rural areas of Beijingplain ［J］． Acta Pedol． Sin． ，2006，43\\( 3\\) : 405 － 413．