李燕青，溫延臣，林治安，趙秉強(qiáng)

（1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/農(nóng)業(yè)部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/遼寧省落葉果樹礦質(zhì)營養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城 125100；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院德州鹽堿土改良實(shí)驗(yàn)站，山東德州 253015）

據(jù)估計(jì)，我國每年至少可產(chǎn)生20 億噸以上的畜禽糞便[1]。大量的畜禽糞便經(jīng)過簡單處理后，作為肥料資源施入農(nóng)田中，不僅解決了有機(jī)肥廢棄物堆放產(chǎn)生的環(huán)境問題，同時可以替代部分化肥，緩解農(nóng)田高度依賴化肥的問題[2]。施肥作為農(nóng)田耕作管理過程中重要的一環(huán)，對生態(tài)環(huán)境也會產(chǎn)生深刻的影響。因此，了解有機(jī)廢棄物在農(nóng)田施用后對作物產(chǎn)量及環(huán)境的影響，是有機(jī)廢棄物科學(xué)利用過程中亟需解決的問題。氮素的氣態(tài)損失是農(nóng)田氮肥損失的主要途徑，氣態(tài)氮損失途徑主要包括氨揮發(fā)和氧化亞氮排放[3-4]。溫室效應(yīng)的加劇，臭氧層的破壞和酸雨的形成都受到氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的影響，主要是氮肥引起的環(huán)境問題[5-6]。研究表明，氨揮發(fā)和氧化亞氮排放量均隨施氮量的增加而增加，且銨態(tài)氮肥處理的氧化亞氮的排放量顯著高于硝態(tài)氮肥[7-10]。等養(yǎng)分 (氮) 投入條件下，化肥配施豬糞[11]或牛糞[12]的處理有較高作物產(chǎn)量，但同時也產(chǎn)生了更多的氨揮發(fā)和氧化亞氮排放。Shan 等[13]的研究則表明，有機(jī)肥處理比化肥處理氨揮發(fā)增長了11%～18%，而有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥處理比化肥處理氨揮發(fā)降低10%。Tao 等[14]的試驗(yàn)結(jié)果也表明，施用60%的化肥配施一定量的牛糞或生物有機(jī)肥后，氧化亞氮的排放量比全部施用化肥的處理減少5%～10%。以往的研究[15-18]多側(cè)重于氮肥運(yùn)籌以及農(nóng)田管理方式對農(nóng)田氨揮發(fā)、氧化亞氮排放動態(tài)規(guī)律及影響因子方面。有機(jī)無機(jī)配施對農(nóng)田氣態(tài)氮損失的研究往往僅涉及到單一種類的有機(jī)肥，涉及有機(jī)無機(jī)不同配施比例的研究較少。本研究在華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作種植制度下，選擇牛糞、雞糞、豬糞三種常見有機(jī)肥種類，通過其與化肥不同比例配施的田間小區(qū)試驗(yàn)，分析不同類型糞肥與化肥配施后對作物產(chǎn)量與農(nóng)田氣態(tài)氮損失的影響，為本地區(qū)主要類型有機(jī)肥的科學(xué)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)位于山東省中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院禹城試驗(yàn)基地(116°34′E、36°50′N)，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.4℃，＞10℃積溫4440℃，年降水量569.6 mm，蒸發(fā)量2095 mm，無霜期206 d。試驗(yàn)地土壤類型為鹽化潮土，土壤質(zhì)地為輕壤土，成土母質(zhì)為黃河沖積物。種植制度為冬小麥-夏玉米一年兩熟輪作制。試驗(yàn)開始前土壤表層養(yǎng)分含量見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置1 個不施肥對照 (CK)。常規(guī)施肥處理采用當(dāng)?shù)赝扑]養(yǎng)分量，即:每季作物 (小麥或玉米)均為N 225 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2。常規(guī)養(yǎng)分量下，設(shè)1 個100%化肥對照 (CF)，化肥與雞糞、豬糞、牛糞分別配施，其中化肥氮比例分別為 (0%、25%、50% 和75%) 包括:雞糞100%(CHM100)、豬糞100% (PM100)、牛糞100% (CM100)、雞糞25% (CHM25)、雞糞50% (CHM50)、雞糞75%(CHM75)、豬糞25% (PM25)、豬糞50% (PM50)、豬糞75% (PM75)、牛糞25% (CM25)、牛糞50% (CM50)、牛糞75% (CM75)；在常規(guī)養(yǎng)分量基礎(chǔ)上，設(shè)4 個加倍施肥量單一肥料處理，分別為加倍化肥 (DCF)、加倍雞糞 (D C H M)、加倍豬糞 (D P M)、加倍牛糞(DCM)。全部試驗(yàn)共18 個處理，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3 次。小區(qū)面積29.7 m2(4.5 m × 6.6 m)。

供試作物品種:小麥為‘濟(jì)麥22’，玉米為‘鄭單958’。供試氮肥為尿素 (N 46%)，磷肥為磷酸二銨 (18-46-0)，鉀肥為硫酸鉀 (K2O 50%)。有機(jī)肥具體肥料用量根據(jù)所用糞肥風(fēng)干樣品中養(yǎng)分測定結(jié)果，以全氮含量為標(biāo)準(zhǔn)折算，經(jīng)測定本試驗(yàn)2014—2015 年度施用的三種有機(jī)肥具體養(yǎng)分含量及性質(zhì)見表2。

試驗(yàn)從2014 年10 月小麥季開始?；瘜W(xué)氮肥以全年施肥總量計(jì)，在冬小麥、夏玉米每季作物各50%，每季作物中無機(jī)氮肥50%做基肥，50%做追肥，小麥在拔節(jié)期追施，玉米在8 葉期追施。將小麥和玉米兩季所需有機(jī)肥、磷肥、鉀肥在小麥播前撒施于地表，旋耕，然后開溝播種。2015 年3 月下旬拔節(jié)期將小麥季追肥撒施于地表后灌水。6 月下旬小麥?zhǔn)斋@后，開溝播種玉米，將玉米基肥撒施后灌水。7 月下旬8 葉期玉米追肥在雨后將肥料撒施于地表。常規(guī)有機(jī)肥與加倍有機(jī)肥處理不再施用磷鉀肥。各處理各種肥料用量及施用時期見表3。本試驗(yàn)期間當(dāng)?shù)夭糠謿庀髷?shù)據(jù)見圖1。

1.3 樣品采集及測定

小麥產(chǎn)量測定:小區(qū)內(nèi)共播種14 行，去除邊行后選擇有代表性的1 整行，脫粒、自然風(fēng)干后稱重，根據(jù)小區(qū)面積換算為每公頃產(chǎn)量。

玉米產(chǎn)量測定:小區(qū)內(nèi)共播種7 行，去除邊行后選擇有代表性的4 整行，脫粒、自然風(fēng)干后稱重，根據(jù)小區(qū)面積換算為公頃產(chǎn)量。

表 1 試驗(yàn)地基礎(chǔ)土樣養(yǎng)分含量Table 1 Basic soil nutrients of the test soil

表 2 雞糞、豬糞、牛糞養(yǎng)分含量Table 2 Nutrient contents in manures of chicken, pig and cattle

表 3 各處理養(yǎng)分用量 (kg/hm2)Table 3 Details of nutrient input in each treatment

N2O 排放通量測定:采用靜態(tài)箱—?dú)庀嗌V法，采樣裝置見參考文獻(xiàn)[19]。

分別于0、15、30、45 min 時用注射器從三通閥處抽取箱內(nèi)30 mL 氣體樣品，注入真空采氣瓶中，同時記錄箱體內(nèi)溫度，氣體樣品采用氣相色譜儀進(jìn)行分析。采樣頻率為:播種或施肥后連續(xù)觀測一周，之后每周一次；日平均氣溫低于5℃時每兩周采樣一次；期間如有灌溉或降水10 mm 以上，連續(xù)觀測一周；具體采樣頻率視情況而定。每次采樣時間固定在上午9 點(diǎn)到11 點(diǎn)，采樣順序按區(qū)組進(jìn)行，以減少土壤呼吸的日變化影響。氣體采集完畢后，將箱體搬走，以免影響作物生長。

圖 1 禹城市2014 年10 月至2015 年9 月的月平均氣溫和降水量Fig. 1 Monthly average temperature and precipitation in Yucheng City from October 2014 to September 2015

NH3揮發(fā)通量測定:采用雙層海綿通氣法，采樣裝置見參考文獻(xiàn)[20]。

取樣時，將海綿帶回實(shí)驗(yàn)室，用250 mL 1 mol/L KCl 溶液震蕩浸提1 小時，過濾后用AA3 流動分析儀 (德國Seal，AA3) 進(jìn)行溶液中銨態(tài)氮的測定。采樣頻率為:施肥后第1 周每天連續(xù)監(jiān)測，第2～3 周視測到的揮發(fā)NH3數(shù)量多少，每1～3 天取樣1 次，以后取樣間隔至7 天，直至監(jiān)測不到NH3揮發(fā)時為止，每次施肥后測定15 次，全年施肥4 次，共計(jì)測定60 次。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

N2O 排放通量:F = ρ × V/A × Δc/Δt × 273/(273 +T)。式中，F(xiàn) 為氣體排放通量[N2O，μg/(m2·h)]；ρ 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的濃度 (1.96 kg/m3)；V 為采樣箱體積 (m3)；A 為采樣箱底面積 (m2)；Δc 為氣體濃度差 (N2O，10-9L/L)；Δt 為采樣時間間隔 (h)；T 為采樣溫度 (℃)。小麥季N2O 排放總量是從小麥基肥施入第一天至小麥?zhǔn)斋@當(dāng)天時間段內(nèi)每天N2O 排放通量總和。玉米N2O 排放總量是從小麥?zhǔn)斋@后第二天至下一季小麥基肥施入前一天時間段內(nèi)每天N2O 排放通量總和。周年排放總量為兩季排放總量相加。對于沒有監(jiān)測點(diǎn)的時間段 (N2O 排放通量相對穩(wěn)定期)的排放通量是由相鄰兩個監(jiān)測日期排放通量的均值乘以相應(yīng)的天數(shù)取得。

NH3揮發(fā)通量:NH4+-N [kg/(hm2·d)] = M/(A × D) ×10-2。式中，M 為通氣法單個裝置平均每次測得的NH3量 (NH4+-N，mg)；A 為捕獲裝置的截面積(m2)；D 為每次連續(xù)捕獲的天數(shù) (d)。小麥季NH3揮發(fā)總量是小麥基肥施入后21 天內(nèi)與追肥施入后14 天內(nèi)監(jiān)測到氨揮發(fā)總量的加和。玉米季NH3揮發(fā)總量是玉米基肥施入后14 天內(nèi)與追肥施入后14 天內(nèi)監(jiān)測到氨揮發(fā)總量的加和。周年揮發(fā)總量為兩季揮發(fā)量的加和。

氮肥損失率 (%) 為揮發(fā)損失氧化亞氮或氨氣中氮的含量占所施肥料中氮的百分比。

數(shù)據(jù)用Excel 整理后進(jìn)行方差分析，LSD 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物產(chǎn)量

2.1.1 小麥產(chǎn)量 由表4 可知，施氮量為225 kg/hm2時，單施豬糞、雞糞處理的產(chǎn)量與化肥處理無顯著差異；單施牛糞處理的小麥籽粒產(chǎn)量僅為6398 kg/hm2，顯著低于單施雞糞、豬糞、化肥的處理。施氮量為450 kg/hm2時，單施豬糞、雞糞處理的產(chǎn)量與化肥處理無顯著差異；單施牛糞處理的小麥籽粒產(chǎn)量最低，與單施豬糞處理在5%水平上表現(xiàn)出了顯著性差異，但與單施雞糞、化肥的處理間無顯著性差異。與常規(guī)施氮量相比，加倍施用化肥、豬糞、雞糞均未顯著提高小麥產(chǎn)量；而加倍施用牛糞的小麥產(chǎn)量顯著高于常規(guī)施用牛糞處理的產(chǎn)量。牛糞配施化肥的處理小麥產(chǎn)量隨化肥配施比例的增加而增加，化肥比例占到75%時 (CM25) 小麥籽粒產(chǎn)量與單施化肥的處理達(dá)到了同一水平；雞糞、豬糞與化肥配施的處理小麥產(chǎn)量在不同配施比例之間的差異不顯著，與單施化肥的處理之間也沒有顯著性差異。不同有機(jī)肥之間，有機(jī)肥比例高時 (CM75、CM50) 配施牛糞處理的小麥產(chǎn)量顯著低于配施雞糞和豬糞的處理；配施牛糞比例低的處理 (CM25) 產(chǎn)量與配施雞糞、豬糞的處理之間差異不顯著。配施雞糞與豬糞的處理在不同有機(jī)無機(jī)配比之間無顯著性差異。

2.1.2 玉米產(chǎn)量 由表4 可知，施氮量為225 kg/hm2時，單施化肥處理的玉米產(chǎn)量最高；單施雞糞和豬糞處理的玉米產(chǎn)量與化肥處理無顯著性差異；單施牛糞處理玉米產(chǎn)量最低。施氮量為450 kg/hm2時，單施豬糞、雞糞處理的產(chǎn)量與單施化肥處理玉米產(chǎn)量接近，三者玉米產(chǎn)量高出單施牛糞處理1000 kg/hm2左右。與常規(guī)施氮量相比，加倍施用化肥、豬糞、雞糞均未顯著提高玉米產(chǎn)量；而加倍施用牛糞的玉米產(chǎn)量顯著高于常規(guī)施用牛糞處理的產(chǎn)量。配施牛糞的處理中，單施牛糞處理的玉米籽粒產(chǎn)量最低，僅為6687 kg/hm2，與不施肥處理沒有顯著性差異；牛糞配施比例較大時 (CM75) 籽粒產(chǎn)量較低，小于單施化肥處理的玉米產(chǎn)量，牛糞配施比例較小時 (CM50、CM25) 玉米產(chǎn)量較高，超過了化肥處理的產(chǎn)量，但配施的處理均與單施化肥處理的玉米產(chǎn)量無顯著性差異。配施雞糞處理中，單施雞糞的處理玉米產(chǎn)量略低于單施化肥處理，雞糞與化肥配施處理的產(chǎn)量略高于單施化肥的產(chǎn)量，但均與單施化肥的處理無顯著性差異。配施豬糞的處理中，單施豬糞的處理玉米產(chǎn)量略低于單施化肥處理，豬糞與化肥配施處理的產(chǎn)量略高于單施化肥的產(chǎn)量，但均與單施化肥的處理無顯著性差異。不同有機(jī)肥之間，配施牛糞的處理與配施雞糞、豬糞處理之間的玉米產(chǎn)量差異不顯著，化肥配施比例越高，三種有機(jī)肥之間玉米產(chǎn)量差異越小。

表 4 不同處理的作物產(chǎn)量 (kg/hm2)Table 4 Crop yields in different treatments

2.2 周年氨揮發(fā)總量

表5 中施氮量為450 kg/hm2時，豬糞、雞糞、牛糞處理年NH3揮發(fā)總量分別為1.79、1.30、0.98 kg/hm2，三者之間并未表現(xiàn)出顯著性差異。加倍化肥處理的年NH3揮發(fā)總量達(dá)到85.69 kg/hm2，是有機(jī)肥處理的47～87 倍。施氮量為225 kg/hm2時，豬糞、雞糞、牛糞處理年NH3揮發(fā)總量分別為1.06、0.92、0.75 kg/hm2，三者之間沒有顯著性差異。常量化肥處理的年NH3揮發(fā)總量達(dá)到39.63 kg/hm2，是有機(jī)肥處理的37～53 倍。與常規(guī)施氮量相比，加倍施用豬糞、雞糞、牛糞NH3揮發(fā)總量略有提高，但并未表現(xiàn)出顯著性差異。而加倍施用化肥的處理NH3揮發(fā)總量顯著高于常規(guī)化肥處理，是常規(guī)化肥處理的2.16 倍；常規(guī)配施的處理中，牛糞與化肥配施的三個處理，雞糞與化肥配施的三個處理，豬糞與化肥配施的三個處理，年NH3揮發(fā)總量隨化肥配施比例的增加而增加；處理CM25、CHM25、PM25的年NH3揮發(fā)總量與單施化肥處理的年NH3揮發(fā)總量相當(dāng)，其余有機(jī)肥與化肥配施的處理年NH3揮發(fā)總量均顯著低于單施化肥的處理。

小麥季與玉米季相比，由于本試驗(yàn)中一年的有機(jī)肥均在小麥播前施入，單施有機(jī)肥的處理小麥季NH3揮發(fā)量大于玉米季NH3揮發(fā)量；單施化肥的處理以及有機(jī)無機(jī)配施的處理均是玉米季NH3揮發(fā)量大于小麥季NH3揮發(fā)量，且玉米季NH3揮發(fā)量是小麥季NH3揮發(fā)量的4～13 倍左右。從周年四個施肥時期內(nèi)土壤NH3揮發(fā)總量中的氮損失占所施氮肥用量的百分比可以看出，單施化肥的處理NH3揮發(fā)損失氮占9%左右，單施有機(jī)肥處理的NH3揮發(fā)損失氮僅占所施氮肥用量的0.2% 左右，遠(yuǎn)小于化肥處理。配施的處理中NH3揮發(fā)損失百分比隨化肥配施比例的增加明顯增加。

表 5 不同施肥處理的農(nóng)田土壤NH3 揮發(fā)總量Table 5 Total ammonia volatilization under different fertilizer treatments

2.3 周年氧化亞氮排放總量

表6 是各處理N2O 周年排放總量。施氮量為450 kg/hm2時，單施化肥的N2O 周年排放總量為4.06 kg/hm2，單施豬糞的處理N2O 排放量高于此值，而加倍牛糞與加倍雞糞處理的周年N2O 排放量分別為3.06、3.23 kg/hm2，顯著小于加倍化肥處理。施氮量為225 kg/hm2時，單施化肥的處理N2O 周年排放總量為2.85 kg/hm2，顯著高于單施牛糞、雞糞、豬糞的處理；三種有機(jī)肥之間，單施豬糞處理的N2O 排放量為2.51 kg/hm2，顯著高于單施牛糞(1.85 kg/hm2) 和單施雞糞 (1.91 kg/hm2) 處理。與常規(guī)施氮量相比，加倍施用化肥、牛糞、雞糞、豬糞均顯著增加了農(nóng)田N2O 的排放量，平均為常規(guī)施氮量的1.5 倍以上。有機(jī)肥與化肥配施的處理中，牛糞與化肥配施的三個處理隨著化肥比例的增加N2O 排放量逐漸增加，其中處理CM50和CM25的N2O 排放量分別達(dá)到了3.06 和3.15 kg/hm2，略高于單施化肥的處理，但未表現(xiàn)出顯著性差異；雞糞與化肥配施的處理中以CHM50的N2O 排放量最高，達(dá)到了3.51 kg/hm2，處理CHM25的N2O 排放量略高于單施化肥的處理，但未表現(xiàn)出顯著性差異；豬糞與化肥配施的處理中以PM50的N2O 排放量最高，達(dá)到了4.17 kg/hm2，處理PM25的N2O 排放量顯著高于單施化肥的處理，而處理PM75的N2O 排放量與單施化肥的處理沒有表現(xiàn)出顯著性差異。

表 6 各處理的N2O 排放總量Table 6 Total N2O emission under different fertilizer treatments

小麥季與玉米季相比，單施化肥的處理玉米季N2O 排放量明顯高于小麥季；而單施有機(jī)肥的處理，由于本試驗(yàn)全年有機(jī)肥在小麥播前施入，導(dǎo)致小麥季的N2O 排放量明顯高于玉米季；配施的處理中，化肥配施比例高的處理 (CM25、CHM25、PM25)玉米季有較高的N2O 排放量。從周年內(nèi)土壤N2O 排放損失氮占所施氮肥用量的百分比可以看出，單施牛糞、雞糞、豬糞處理的氮損失率分別為0.26%、0.27%和0.36%，均低于單施化肥處理氮的損失率(0.4%)，配施處理中化肥配施比例高的處理 (CM50、CM25、CHM50、CHM25、PM50、PM25) 氮的損失率均高于單施化肥處理的。

3 討論

3.1 不同類型有機(jī)肥與化肥配施對作物產(chǎn)量的影響

化肥和有機(jī)肥對作物增產(chǎn)都具有很關(guān)鍵的作用，兩者的增產(chǎn)效果幾乎不相上下[21]。國內(nèi)外很多長期定位試驗(yàn)表明，試驗(yàn)早期單施化肥處理的作物產(chǎn)量高于單施有機(jī)肥的處理，但試驗(yàn)后期單施有機(jī)肥處理的產(chǎn)量會達(dá)到或超過單施化肥處理的產(chǎn)量水平[22-23]。化肥和有機(jī)肥對作物產(chǎn)量產(chǎn)生不同影響的直接原因是兩者所提供養(yǎng)分的植物有效性不同。化肥提供的養(yǎng)分幾乎全部為礦質(zhì)養(yǎng)分，可以被植物直接吸收利用；而有機(jī)肥所提供的可被作物直接吸收利用的礦質(zhì)養(yǎng)分僅占很小一部分，絕大部分養(yǎng)分需要隨著有機(jī)肥的礦質(zhì)化過程緩慢的釋放出來。不同類型的有機(jī)肥由于有機(jī)肥本身的礦質(zhì)養(yǎng)分含量不同，在土壤中礦化分解快慢也不同，因此對作物產(chǎn)量的影響也不盡相同。

本研究發(fā)現(xiàn)，施肥量為450 kg/hm2時，三種有機(jī)肥處理的小麥、玉米作物產(chǎn)量未與化肥處理表現(xiàn)出顯著性差異 (P ＜ 0.05)，但牛糞處理的小麥、玉米產(chǎn)量明顯偏低。施氮量為225 kg/hm2時，牛糞處理的小麥和玉米產(chǎn)量均顯著低于施用化肥處理的產(chǎn)量，尤其是玉米季單施牛糞處理的玉米產(chǎn)量與不施肥處理的產(chǎn)量接近；而施用雞糞、豬糞處理的小麥季產(chǎn)量與化肥處理沒有顯著性差異，且產(chǎn)量值相差不多，玉米季施用雞糞、豬糞處理的玉米產(chǎn)量與化肥雖然沒有表現(xiàn)出顯著性差異，但產(chǎn)量均低于施用化肥處理。這主要是由于本文中根據(jù)施肥習(xí)慣將全年的有機(jī)肥在小麥播前一次性施入，而化肥是每季作物分兩次施入，單施牛糞、雞糞、豬糞處理的施氮量在小麥季是單施化肥處理的2 倍，玉米季單施有機(jī)肥的處理只利用小麥季殘留的氮素。高施氮量時，玉米季豬糞和雞糞處理仍可提供足夠的養(yǎng)分供玉米吸收利用，因此并未與化肥處理表現(xiàn)出顯著性差異。由表4 可以看出，施用雞糞和豬糞處理在450 kg/hm2和225 kg/hm2兩個施氮水平下，周年作物產(chǎn)量均可實(shí)現(xiàn)等施氮量條件下化肥處理的作物產(chǎn)量，而牛糞由于礦化分解慢，氮素有效性低，高施氮量時勉強(qiáng)可以達(dá)到化肥處理的產(chǎn)量，常規(guī)施氮量時產(chǎn)量顯著低于等施氮量的化肥處理。配施的處理中，雞糞、豬糞分別與化肥配施的三個處理之間小麥產(chǎn)量和玉米產(chǎn)量均未表現(xiàn)出顯著性差異，并且和單施化肥處理的產(chǎn)量相當(dāng)。主要是由于豬糞和雞糞的礦化分解較快，在作物生長季節(jié)釋放出可供作物吸收利用的氮素補(bǔ)充了少施用的無機(jī)氮肥。而牛糞與化肥配施的處理，由于釋放的氮素不足以補(bǔ)充少施用的無機(jī)氮肥，因此隨著有機(jī)肥比例的提高作物產(chǎn)量略有下降。

研究表明，有機(jī)無機(jī)配施保證糧食產(chǎn)量方面的原因可以概括為三個方面，第一是有機(jī)肥的培肥作用 (土壤理化性質(zhì)的改良)，第二是有機(jī)肥中額外的磷、鉀及中微量元素，第三是由于微生物的活動調(diào)節(jié)了氮的供應(yīng)，使其更符合作物的需求規(guī)律[24-27]。本文中冬小麥-夏玉米周年輪作過程中，等施氮量條件下并未發(fā)現(xiàn)有機(jī)無機(jī)配施處理的小麥玉米總產(chǎn)量 (表4)顯著高于施用化肥的處理，主要原因可能為:1) 有機(jī)肥的培肥作用在試驗(yàn)開始階段并不明顯；2) 本試驗(yàn)中化肥處理補(bǔ)充了足夠的磷鉀元素，試驗(yàn)開始階段土壤中的中微量元素也不是限制作物產(chǎn)量的因素；3) 本試驗(yàn)中化肥的使用是周年內(nèi)分4 次施用，人工對氮素的調(diào)節(jié)作用也基本適合了作物的需求規(guī)律。

3.2 不同類型有機(jī)肥與化肥配施對農(nóng)田氮肥氣態(tài)損失的影響

農(nóng)田氨揮發(fā)是氮肥損失重要途徑之一[28-29]。土壤氨揮發(fā)產(chǎn)生的過程可以描述為，土壤膠體吸附的銨離子轉(zhuǎn)化為土壤溶液中的游離態(tài)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為氨，然后通過土壤大氣交換過程揮發(fā)到空氣中[30]。在影響農(nóng)田氨揮發(fā)的眾多因素中，氮肥的類型及施用方式對農(nóng)田氨揮發(fā)有舉足輕重的影響。一般來講，化學(xué)氮肥施入土壤后溶解較快，一部分被土壤膠體吸附成為吸附態(tài)的銨離子，另一部分則進(jìn)入到土壤溶液中，使銨離子的濃度迅速提高，促進(jìn)氨揮發(fā)進(jìn)程。有機(jī)肥料施入土壤后，所含有的少量速效氮進(jìn)入土壤后的行為基本與化學(xué)氮肥一致，也可以小幅度地提高土壤溶液中銨離子的濃度；而大量的有機(jī)氮組分則需要經(jīng)過長時間的礦化分解才能參與氨揮發(fā)的過程。本研究中，加倍化肥處理的年氨揮發(fā)總量為85.69 kg/hm2，是常規(guī)施氮量處理的2.16 倍，但二者氨揮發(fā)損失占施氮量的百分比接近，這與前人研究結(jié)果基本一致[31-32]。一般而言，有機(jī)肥中速效氮的含量極低。本研究中所用三種有機(jī)肥，速效氮僅占全氮的1%～2% (此值為風(fēng)干樣品的測定值，新鮮樣品中速效氮可占到全氮的10%左右)，在等氮量 (全氮225 kg/hm2) 條件下，單施化肥處理是單施有機(jī)肥處理的37～53 倍。施用有機(jī)肥產(chǎn)生的氨揮發(fā)累積量的大小取決于兩個方面，一是施用前有機(jī)肥自身速效氮含量，二是一定時間內(nèi)有機(jī)氮礦化分解能力 (產(chǎn)生速效氮的速度)。試驗(yàn)中采用的三種有機(jī)肥速效氮占全氮的百分比相差很小 (1%～2%之間)，研究表明三種糞肥礦化分解速率有顯著差異[2,33]，但在三個單施有機(jī)肥處理的氨揮發(fā)累積量并沒有表現(xiàn)出顯著性差異，可能是由于有機(jī)肥礦化分解的氮及時被作物吸收或者轉(zhuǎn)化為其它的氮形態(tài)，沒有以氨的形式揮發(fā)到空氣中。不同施肥時期氨揮發(fā)通量表現(xiàn)出明顯不同的規(guī)律與肥料類型、施肥方式及氣象條件有密不可分的聯(lián)系[34]。本試驗(yàn)中全年的有機(jī)肥在小麥基肥時期一次性施入，化肥全年分4 次投入，因此單施有機(jī)肥的處理在玉米季的兩次施肥時期沒有監(jiān)測到明顯的氨揮發(fā)。

硝化和反硝化是農(nóng)田產(chǎn)生氧化亞氮的兩條重要途徑。土壤中氧化亞氮的產(chǎn)生過程受反應(yīng)底物碳、氮的雙重影響，底物碳充足時，氧化亞氮的排放主要受氮供應(yīng)水平的制約；底物氮充足時，氧化亞氮的排放主要受碳供應(yīng)水平的制約[35-36]?；瘜W(xué)氮肥，速效氮充足，可以迅速提高氧化亞氮產(chǎn)生過程的底物氮；有機(jī)氮肥速效氮含量低，在提供底物N 方面不及化學(xué)氮肥，但可以提供額外的底物碳；不同種類的有機(jī)肥由于礦化分解過程不同，提供碳、氮的效率不同，也會導(dǎo)致氧化亞氮產(chǎn)生過程不同。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)施氮量條件下，單施牛糞、雞糞、豬糞氧化亞氮周年排放量均顯著小于單施化肥的處理，表明本試驗(yàn)條件下氧化亞氮的排放主要受氮供應(yīng)水平的制約。加倍施肥條件下，豬糞處理的氧化亞氮周年排放量超過了加倍化肥的處理，主要是本試驗(yàn)中豬糞在加倍施用條件下可以提供足夠多的底物氮，同時底物碳也更充足，促進(jìn)了氧化亞氮的排放。常量配施的處理中以50∶50 處理的氧化亞氮排放量較高，CHM50、PM50的氧化亞氮排放量顯著超過了其它配施比例的處理，表明此配施比例條件下更有利于微生物活動，促進(jìn)氧化亞氮的排放。

3.3 不同類型有機(jī)肥科學(xué)利用方式

本文中小麥季豬糞、雞糞與化肥的配施處理和雞糞、豬糞單施處理基本上都達(dá)到了單施化肥處理的產(chǎn)量，玉米季單施豬糞、雞糞處理的產(chǎn)量略低于化肥處理；小麥季處理CM25和單施化肥處理的產(chǎn)量相當(dāng)，而玉米季由于氣候條件更利于有機(jī)肥分解，處理CM50和CM25均達(dá)到了和單施化肥處理相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量。理想的施肥制度是在獲得較高作物產(chǎn)量的同時減少環(huán)境的負(fù)面影響。試驗(yàn)中三種常見有機(jī)肥與化肥配施，產(chǎn)量具有優(yōu)勢的處理，同時也產(chǎn)生了更多的氨揮發(fā)和氧化亞氮，這與前人研究結(jié)果基本一致[11-12]。但是，本研究結(jié)果也顯示，在等氮量條件下，隨化肥施用比例的增加氮肥的氣態(tài)損失是明顯增加的。因此，保證作物產(chǎn)量的前提下增加有機(jī)肥施用比例可在一定程度上減少氮肥的氣態(tài)損失，降低施肥對環(huán)境造成的負(fù)面影響。因此本地區(qū)施氮量為每季作物225 kg/hm2時，豬糞或雞糞的施用方式是配施少量化肥 (25%化肥 + 75%有機(jī)肥)，或者小麥季有機(jī)肥單施，玉米季追施少量氮肥；牛糞小麥季應(yīng)多配施化肥 (75%化肥 + 25%有機(jī)肥)，玉米季化肥用量可酌情降低。另外，本試驗(yàn)結(jié)果為第一年數(shù)據(jù)，隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜难娱L，有機(jī)肥施用比例或可逐漸增加。

4 結(jié)論

1) 常規(guī)施氮量條件下，雞糞、豬糞單施與單施化肥對小麥玉米有相同的增產(chǎn)效果；牛糞單施增產(chǎn)效果不及單施化肥處理；三種有機(jī)肥單施產(chǎn)生的氮肥氣態(tài)損失均明顯低于化肥單施處理，且有機(jī)肥處理的氮肥氣態(tài)損失主要發(fā)生在小麥季，化肥處理的氮肥氣態(tài)損失主要發(fā)生在玉米季。

2) 加倍施用化肥、雞糞、豬糞對小麥和玉米沒有顯著的增產(chǎn)效果，但農(nóng)田氮肥氣態(tài)損失顯著增加；加倍施用牛糞時增產(chǎn)效果顯著，農(nóng)田氮肥氣態(tài)損失也顯著增加。

3) 雞糞、豬糞與化肥配施比例對小麥玉米產(chǎn)量影響不顯著；牛糞與化肥配施時隨化肥比例增加，小麥玉米產(chǎn)量逐漸增加。氮肥氣態(tài)損失隨化肥施用比例增加逐漸增加。

4) 推薦施肥量下，雞糞或豬糞第一年不配施或配施少量化肥 (＜ 50%)，牛糞第一年配施75%左右的氮肥可實(shí)現(xiàn)與化肥相當(dāng)?shù)淖魑锂a(chǎn)量，同時減少農(nóng)田氮肥氣態(tài)損失。