楊 樂，曹 輝，付媛媛，張瑩瑩，高 陽*，劉戰(zhàn)東

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 研究生院，北京 100082）

交替滴灌配施硝化抑制劑對夏玉米土壤氨揮發(fā)和土壤酶活性的影響

楊 樂1,2，曹 輝1，付媛媛1，張瑩瑩1，高 陽1*，劉戰(zhàn)東1

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 研究生院，北京 100082）

【目的】尋求灌水方式和施加硝化抑制劑3,4-二甲基吡唑磷酸（DMPP）對施肥后夏玉米田土壤氨揮發(fā)影響和土壤氮素轉(zhuǎn)化過程的關(guān)鍵驅(qū)動因子。【方法】采用通氣法，設(shè)置常規(guī)淺埋滴灌施加DMPP（DI+DMPP）、淺埋交替滴灌施加DMPP（ADI+DMPP）、常規(guī)淺埋滴灌不施加DMPP（DI+NO）、淺埋交替滴灌不施加DMPP（ADI+NO）共4個處理，研究灌水方式與添加硝化抑制劑對玉米生育期內(nèi)氨揮發(fā)速率、氨揮發(fā)累積量和土壤酶活性的影響?！窘Y(jié)果】①在玉米不同生育階段，灌水方式和施加DMPP對氨揮發(fā)速率的影響不同，其中，施加DMPP可顯著提高拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期的土壤氨揮發(fā)速率；交替滴灌只對大喇叭口期的土壤氨揮發(fā)速率有顯著降低作用。②交替滴灌較常規(guī)滴灌顯著降低了12.70%～45.45%的氨揮發(fā)累積量，然而，施加DMPP處理對玉米土壤氨揮發(fā)累積量有顯著促進作用?！窘Y(jié)論】交替滴灌灌水而不施加硝化抑制劑DMPP的組合處理（ADI+NO）在氨揮發(fā)減排方面效果最優(yōu)。

玉米；交替滴灌；硝化抑制劑；氨揮發(fā)

0 引 言

【研究意義】玉米是中國第一大糧食作物，2021 年中國玉米播種面積為4 332 萬hm2，總產(chǎn)量2.725 億t，其穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)對保障國家糧食安全具有重要意義[1]。2002—2021 年，中國玉米單位面積產(chǎn)量約增加了1 倍[2]，其中，氮肥的大量施用在玉米產(chǎn)量提升中起關(guān)鍵作用。然而，過度施用氮肥也是玉米生產(chǎn)過程中普遍存在的問題。氮肥的不合理施用導(dǎo)致氮肥利用率偏低，氮肥利用率僅為30%～40%[3]，這也導(dǎo)致施氮量持續(xù)增加，并產(chǎn)生嚴重的環(huán)境問題。如何在豐產(chǎn)的前提下，減少氮肥用量并提高氮肥利用率是當(dāng)前農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)亟待解決的關(guān)鍵問題?！狙芯窟M展】氨揮發(fā)是農(nóng)業(yè)氮素流失的重要部分，約占總氮素流失的11%[4]。劉陽陽等[5]、李然等[6]、張英鵬等[7]研究表明，制定科學(xué)合理的水氮管理制度對氨揮發(fā)有明顯的抑制作用。交替灌溉是一種通過調(diào)控作物生理生化過程進而實現(xiàn)生物節(jié)水的灌溉技術(shù)，可在不減產(chǎn)條件下有效提高氮素利用效率、減少氨揮發(fā)損失[8]。雷楊莉等[9]研究表明，在適宜的水氮配比條件下，交替灌溉使夏玉米農(nóng)田土壤氨揮發(fā)量顯著降低了39.4%～77.5%。韓坤等[8]在陜西楊凌對夏玉米進行的交替灌溉水氮耦合試驗發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)均勻灌溉相比，交替灌溉處理的土壤氨揮發(fā)量降低了13.04%～75.55%，而玉米產(chǎn)量并未顯著降低。硝化抑制劑3,4-二甲基吡唑磷酸（DMPP）可抑制硝化-反硝化作用，可延長銨態(tài)氮存在時間，促使土壤與植物供需氮素同步，在提高氮素利用效率方面被廣泛使用[10-11]。Qiao 等[12]、Lam 等[13]、高珊等[14]研究表明配施硝化抑制劑對氨揮發(fā)有促進作用，然而，F(xiàn)reney 等[15]、De 等[16]研究顯示，受土壤銨態(tài)氮量和溫度、pH 值等環(huán)境因素的影響，硝化抑制劑對氨揮發(fā)累積排放量并無顯著作用?！厩腥朦c】因此，采用交替灌溉并配施硝化抑制劑DMPP 對農(nóng)田土壤氨揮發(fā)損失特征的影響及土壤氮素轉(zhuǎn)化過程中的關(guān)鍵驅(qū)動因子還需要進一步探討。【擬解決的關(guān)鍵問題】為此，在防雨棚下開展控制試驗，采用通氣法測定土壤氨揮發(fā)，分析交替滴灌配施DMPP 對氨揮發(fā)速率、氨揮發(fā)累積量和土壤酶活性的影響，研究結(jié)果可為玉米綠色高效的灌溉施肥技術(shù)構(gòu)建提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2021 年6—10 月于大型啟閉式防雨棚下的測坑進行。研究區(qū)地處暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫14 ℃，年日照時間2 399 h，年平均降水量582 mm。2021 年夏玉米生育期內(nèi)的氣溫和降水如圖1 所示。測坑面積為6.6 m2（長3 m、寬2.2 m），土壤為砂壤土，土體深度為2.0 m，體積質(zhì)量為1.51 g/cm3，田間持水率為31.1%（體積含水率）。0～100 cm 土層的平均土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀質(zhì)量分數(shù)分別為7.8 g/kg、21.62 mg/kg、4.96 mg/kg、79.24 mg/kg。

圖1 2021 年夏玉米生育期的氣溫與降水量變化Fig.1 Changes of temperature and rainfall during the growth period of summer maize in 2021

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用二因素二水平完全隨機設(shè)計，分別為①灌溉方式：常規(guī)淺埋滴灌（DI）和交替滴灌（ADI），②施用硝化抑制劑3,4-二甲基吡唑磷酸（DMPP）（1%純N 量）和不施加DMPP。試驗設(shè)置常規(guī)淺埋滴灌施加DMPP（DI+DMPP）、淺埋交替滴灌施加DMPP（ADI+DMPP）、常規(guī)淺埋滴灌不施加DMPP（DI+NO）、淺埋交替滴灌不施加DMPP（ADI+NO）共4 個處理，每個處理3 次重復(fù)，共計12 個小區(qū)。滴灌帶間距50 cm，滴頭流量2.2 L/h，滴頭間距20 cm，滴灌帶淺埋深度3 cm。每個測坑布設(shè)5 條滴灌帶（圖2），交替滴灌時，滴灌帶按單數(shù)順序為第1 組，雙數(shù)為第2 組，每次灌水只開1 組，2 組交替灌水；為保證每組滴灌帶的灌水量一致，滴灌帶5 不灌水。為避免測坑邊際的影響，取樣均在測坑中間2 條滴灌帶附近進行。

玉米品種為“登海605”，種植密度為67 500株/hm2（行距50 cm，株距30 cm）。前茬作物為冬小麥，玉米于6 月11 日播種，依據(jù)土壤質(zhì)地和播種后土壤含水率[17]，灌出苗水0.2 m3，生育期內(nèi)灌水時間確定通過獲取每日氣象數(shù)據(jù)計算參考作物需水量ET0，當(dāng)作物實際需水量（ETc=Kc×ET0）達到36 mm 時灌水，灌水量為36 mm。采用FAO-56 推薦的Penman-Monteith 公式計算ET0[18]，Kc參照新鄉(xiāng)多年總結(jié)作物系數(shù)。玉米生育期的施氮量為200 kg/hm2，其中基施30%氮肥，剩余 70%的氮肥分別在拔節(jié)期（35 kg/hm2）、大喇叭口期（35 kg/hm2）、抽雄期（35 kg/hm2）、灌漿期（35 kg/hm2）施入。磷肥（P2O5）105 kg/hm2和鉀肥（K2O）105 kg/hm2均作為基肥施入。

圖2 測坑夏玉米交替滴灌示意圖Fig.2 Schematic diagram of alternate drip-irrigation of summer maize in lysimeter

1.3 觀測項目與方法

1.3.1 土壤氨揮發(fā)量

采用通氣法[19]測量土壤氨揮發(fā)量，具體步驟為：①在測坑內(nèi)放置PVC 管，用于放收集氨氣的海綿（放置位置如圖2 所示），PVC 管外徑尺寸為16 cm，高10 cm；②將浸潤磷酸甘油的海綿放入提前安置好的PVC 管中，灌水后第1、2、3、5、7 天08:00收集；③收集的海綿帶回實驗室，用1.0 mol/L 的KCl 溶液浸提：海綿放入500 mL 棕色塑料瓶中后加入300 mL 的KCl 溶液，充分震蕩1 h 取25～40 mL浸取液；④利用流動分析儀（AA3，德國）測定浸提液的銨態(tài)氮量；⑤計算氨揮發(fā)速率[20]：NH3-N（kg/（hm2·d））=[M/(A×D)]×10-2，其中M 為通氣法裝置每次捕獲氨揮發(fā)量的平均值（NH3-N, mg），A為每個氨捕獲裝置的內(nèi)橫截面積（m2），D 為連續(xù)捕獲的時間（d）；氨揮發(fā)通量[20]：NH3-N（kg/hm2）=[M/A]×10-2，其中M 為通氣法裝置每次捕獲氨揮發(fā)量的平均值（NH3-N, mg），A 為每個氨捕獲裝置的內(nèi)橫截面積（m2）；氨揮發(fā)累積通量[20]：玉米生育期內(nèi)每次測定氨揮發(fā)通量之和。交替滴灌處理分干濕區(qū)各收集一處（1、3 滴灌帶工作時，濕區(qū)取B，干區(qū)取A；2、4 滴灌帶工作時，反之），常規(guī)滴灌處理只收集任意一處。

1.3.2 土壤銨態(tài)氮量

每次灌水后1、2、3、5、7 d 取樣，在交替滴灌處理的干濕區(qū)的氨氣收集裝置附近取0～20 cm 新鮮土樣，常規(guī)滴灌處理只取氨氣收集裝置附近0～20 cm 新鮮土樣。每份樣品稱10 g，添加2 mol/L 的KCl 溶液50 mL，200～300 r/min 震蕩60 min，過濾后使用流動分析儀（AA3，德國）測定銨態(tài)氮量。

1.3.3 土壤酶活性

于2021 年玉米抽雄期灌水后取玉米根區(qū)附近土壤，取樣深度20 cm，采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司的土壤脲酶試劑盒（分光光度法）、過氧化氫酶試劑盒（分光光度法）、堿性磷酸酶試劑盒（分光光度法）、土壤熒光素二乙酸酯（FDA）水解酶試劑盒（微量法）測定相應(yīng)的土壤酶活性。

1.3.4 統(tǒng)計分析

采用 Microsoft Excel 2019 處理試驗數(shù)據(jù)，SPSS 23 進行單因素ANOVA 方差分析和多因素方差分析，Origin 2018 進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏玉米土壤氨揮發(fā)的季節(jié)變化

圖3 為不同處理夏玉米土壤氨揮發(fā)速率的動態(tài)變化。灌出苗水后10 d 內(nèi)（6 月12—22 日），各處理的氨揮發(fā)速率均呈下降趨勢，其中，施加DMPP處理氨揮發(fā)最低值的出現(xiàn)時間滯后于未施加DMPP處理。6 月26 日溫度升高，氨揮發(fā)速率顯著增加，隨后降低且整體處于較低狀態(tài)。拔節(jié)期灌水追肥后，各處理氨揮發(fā)速率先增加，第2 天出現(xiàn)峰值后呈降低趨勢。無論是否施加DMPP，氨揮發(fā)最大值均出現(xiàn)在常規(guī)淺埋滴灌處理，DI+DMPP、DI+NO 處理氨揮發(fā)速率數(shù)值分別為0.246、0.147 kg/（hm2·d），分別比ADI+DMPP、ADI+NO 處理的氨揮發(fā)速率高18.31%和56.11%。

圖3 不同處理夏玉米土壤氨揮發(fā)速率的季節(jié)變化Fig.3 Seasonal variation of ammonia volatilization rate in summer maize soil under different treatment

小喇叭口期灌水前后，各處理氨揮發(fā)速率趨勢均呈先增加后降低再升高趨勢，2 次峰值處各處理氨揮發(fā)速率差值在0.05～0.15 kg/（hm2·d）之間。大喇叭口期灌水施肥前后，DI+DMPP、DINO 處理的氨揮發(fā)速率明顯上升，第2 天達到峰值，分別為0.340、0.657 kg/（hm2·d），之后 2 d 內(nèi)急劇下降；ADI+DMPP、ADI+NO 處理的氨揮發(fā)速率峰值分別為0.125、0.113 kg/（hm2·d），并且ADI+DMPP、ADI+NO 處理氨揮發(fā)速率趨勢與 DI+DMPP、DI+NO 處理相同。DI+DMPP 處理比ADI+DMPP 處理的土壤氨揮發(fā)速率高481.07%，DI+NO 處理比ADI+NO 處理的土壤氨揮發(fā)速率高172.75%，其中，常規(guī)滴灌不施加DMPP 處理的氨揮發(fā)速率出現(xiàn)極高值（0.595 kg/（hm2·d））。

抽雄期和灌漿期灌水施肥后，各處理土壤氨揮發(fā)速率均在灌水施肥后第2～第3 天內(nèi)達到最大值，此期間各處理氨揮發(fā)速率較小，在 0.01～0.1 kg/（hm2·d）之間波動。

2.2 夏玉米土壤氨揮發(fā)的累積量

圖4 為各處理夏玉米整個生育期內(nèi)土壤氨揮發(fā)累積量，表1 為雙因素方差分析結(jié)果。施加DMPP 對土壤氨揮發(fā)累積量有顯著影響，施加DMPP 顯著增加了土壤氨揮發(fā)損失（Plt;0.05）；DI+DMPP 處理比DI+NO 處理的土壤氨揮發(fā)累積量高 20.73%，ADI+DMPP 處理比ADI+NO 處理的土壤氨揮發(fā)累積量高27.54%。灌水方式也顯著影響氨揮發(fā)累積量，交替滴灌顯著降低了土壤的氨揮發(fā)累積量（Plt;0.05），其中，施加DMPP 條件下，ADI 處理的氨揮發(fā)累積量比DI 處理降低20.61%；未施加DMPP 條件下，與DI 處理相比，ADI 處理的氨揮發(fā)累積量降低了18.3%。DMPP 與灌水方式的交互作用對土壤氨揮發(fā)累積通量有顯著影響（Plt;0.05），4 個處理中，DI+DMPP 處理的土壤氨揮發(fā)損失最大，而ADI+NO處理則顯著降低了土壤氨揮發(fā)量。

圖4 不同處理夏玉米土壤氨揮發(fā)累積量Fig.4 Soil ammonia volatilization accumulation of summer maize under different treatments

表1 土壤氨揮發(fā)累積量顯著性分析結(jié)果Table 1 Results of significance analysis of soil ammonia volatilization accumulation

注 *表示不同處理間差異顯著(Plt;0.05)。

2.3 夏玉米土壤銨態(tài)氮量變化

圖5 為夏玉米生育期內(nèi)不同處理土壤銨態(tài)氮量的動態(tài)變化，表2 給出了不同生育期灌水施肥后峰值處土壤銨態(tài)氮量的顯著性分析結(jié)果。各處理的土壤銨態(tài)氮量變化趨勢與氨揮發(fā)速率基本一致，但各處理土壤中銨態(tài)氮量在灌水施肥后1 d 內(nèi)即達到峰值。由表 2 可知，拔節(jié)期灌水施肥后，灌水方式和DMPP 及二者交互作用顯著影響峰值處土壤銨態(tài)氮量（Plt;0.05），其中，在施加DMPP 的2 個處理中，DI+DMPP 處理的銨態(tài)氮量較ADI+DMPP 處理顯著增加了37.70%，但未施加DMPP 的2 個處理之間差異不顯著。施加DMPP 顯著增加土壤銨態(tài)氮量。

圖5 不同處理夏玉米土壤銨態(tài)氮量的季節(jié)變化Fig.5 Seasonal variation of ammonium nitrogen content in summer maize soil under different treatments

表2 土壤銨態(tài)氮量顯著性分析結(jié)果Table 2 Results of significance analysis of soil ammonium nitrogen content

小喇叭口期，4 個處理土壤銨態(tài)氮量相近，灌水方式和施加DMPP 并未對峰值處土壤銨態(tài)氮量有顯著影響（Pgt;0.05）。

大喇叭口期灌水施肥后，灌水方式和DMPP 及二者交互作用對峰值處土壤銨態(tài)氮量有顯著影響（Plt;0.05）。由圖5 可知，ADI+DMPP 處理的銨態(tài)氮量達到生育期最大值15.80 mg/kg，比ADI+NO 處理土壤銨態(tài)氮量增加 222.45%，然而，DI+NO、ADI+NO 處理的土壤銨態(tài)氮量值接近。抽雄期和灌漿期的土壤銨態(tài)氮量在5～10 mg/kg 之間，灌水方式和DMPP 對土壤銨態(tài)氮量沒有顯著影響（Pgt;0.05）。但在這 2 個生育期土壤銨態(tài)氮量峰值處，ADI+DMPP 處理的土壤銨態(tài)氮量顯著高于其他處理。

2.4 夏玉米根區(qū)土壤酶的變化

圖6 為抽雄期灌水施肥后玉米根區(qū)附近的土壤酶活性。脲酶具有促進尿素水解成可供作物吸收利用的銨態(tài)氮的作用[19]。無論是否施加硝化抑制劑DMPP，灌水方式對脲酶活性無顯著影響（Pgt;0.05），4 個處理脲酶活性均在300 μg/（d·g）左右。

過氧化氫酶具有減輕有毒物質(zhì)累積對作物傷害的作用，與土壤微生物活性緊密相關(guān)[21]。在施加DMPP 的2 個處理中，灌水方式對過氧化氫酶活性影響顯著（Plt;0.05），其中，ADI+DMPP 處理的干區(qū)的過氧化氫酶活性顯著高于DI+DMPP 處理；然而，在未施加DMPP 的處理中，不同灌水方式之間酶活性的差異不顯著（Pgt;0.05）。

圖6 夏玉米抽雄期根區(qū)土壤酶活性Fig.6 Soil enzyme activity in maize root zone at tasseling stage

堿性磷酸酶通過參與土壤中磷循環(huán)過程，對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，與土壤養(yǎng)分和土壤微生物量緊密相關(guān)[22]。無論是否施加硝化抑制劑，灌水方式對堿性磷酸酶活性均具有顯著影響（Plt;0.05）。施加DMPP 的處理中，ADI+DMPP 處理中的濕區(qū)酶活性比其干區(qū)和DI+DMPP 處理中的酶活性高99.48%和96.56%；然而不施加DMPP 時，ADI+NO 處理的干區(qū)的堿性磷酸酶活性顯著高于DI+NO 處理。

FDA 水解酶與微生物活性顯著相關(guān)[23]。在施加DMPP 的2 個處理中，ADI+DMPP 處理中濕區(qū)的FDA 水解酶活性顯著高于DI+DMPP 處理（Plt;0.05）；未施加DMPP 處理中的FDA 水解酶活性在28～31 μmol/（d·g）之間，且 2 個處理間差異不顯著（Pgt;0.05）。

3 討 論

灌溉是影響農(nóng)田土壤氮素運移和轉(zhuǎn)化過程的關(guān)鍵因素[24]，也顯著影響土壤的氨揮發(fā)。本研究中交替灌溉的氨揮發(fā)通量與常規(guī)灌溉相比顯著降低18.3%～20.61%，這與雷楊莉等[9]研究結(jié)果一致。在玉米生育期內(nèi)的5 次灌水后，氨揮發(fā)速率與土壤銨態(tài)氮量變化趨勢基本一致，均為先迅速上升，到達峰值后下降，然后穩(wěn)定在低揮發(fā)速率水平。氨揮發(fā)速率峰值的出現(xiàn)時間比土壤銨態(tài)氮量晚1 d，原因是尿素施入土壤后，在脲酶的作用下迅速水解，此時土壤銨態(tài)氮量快速累積，為氨揮發(fā)提供了充足的底物[8]。大喇叭口期灌水后DI+DMPP 處理與DI+NO處理氨揮發(fā)速率高達0.657、0.125 kg/（hm2·d），其原因可能是施入的尿素在土壤微生物的作用下，加速土壤有機氮的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生正激發(fā)效應(yīng)，使得氨揮發(fā)速率大幅提高[25-26]。本研究在玉米抽雄期灌水施肥后，土壤銨態(tài)氮量出現(xiàn)明顯的峰值，然而，土壤氨揮發(fā)速率出現(xiàn)峰值后卻維持在低揮發(fā)狀態(tài)，這可能是由于抽雄期時玉米根系代謝旺盛，分泌酶活性較高[27]。土壤酶活性與土壤養(yǎng)分緊密相關(guān)，酶活性升高，土壤累積養(yǎng)分越高效，作物與微生物對養(yǎng)分的吸收和固定增多，氮素以氨氣狀態(tài)的損失減小[28]。ADI+DMPP 處理的過氧化氫酶、堿性磷酸酶、FDA水解酶的活性明顯高于DI+DMPP 處理，這可能是硝化抑制劑影響微生物群落功能，進而影響微生物分泌土壤酶[29]，而且，其與灌溉方式的交互作用可能促使土壤酶活性發(fā)生改變，這也是施加硝化抑制劑后氨揮發(fā)速率下降較快的原因之一。灌漿期，ADI+DMPP 處理土壤銨態(tài)氮量峰值達到9.81 mg/kg，顯著高于其3 個處理，而氨揮發(fā)量與其他處理則無明顯差異，其原因可能是施加DMPP 抑制硝化-反硝化的作用，增加了土壤中有效氮量；同時，ADI+DMPP 處理中的過氧化氫酶、堿性磷酸酶、FDA 水解酶活性均顯著高于其他處理（圖6），根區(qū)附近土壤中有毒物質(zhì)減少和養(yǎng)分有效性提高，微生物數(shù)量和代謝提高，加速氮固定和植物吸收營養(yǎng)，故氨揮發(fā)速率并未大幅提高[20-23]。其中灌水方式對脲酶活性沒有顯著影響的原因可能是脲酶活性受溫度、土壤微生物活性等因素的影響[30]。

氨氧化細菌是促進硝化作用進行的主要微生物，向土壤中施入DMPP 可有效降低其活性，抑制銨態(tài)氮短時間的轉(zhuǎn)化，能較長久地供植物吸收利用并降低氮損失的概率[31]，與此同時，由于滴灌可減小NH4+淋溶損失，氨揮發(fā)通量增加的風(fēng)險也大大提高。本研究表明，配施DMPP 對玉米全生育期的氨揮發(fā)速率以及通量有顯著提高作用，這與許多研究[32-34]結(jié)果一致。在灌水基肥施入后，施加DMPP 的處理氨氣揮發(fā)速率有峰值延緩出現(xiàn)的現(xiàn)象，但是每次灌水追肥之后，各處理峰值出現(xiàn)時間一致，并未出現(xiàn)延緩現(xiàn)象。董怡華等[35]在溫室中研究玉米秸稈覆蓋、脲酶抑制劑與DMPP 對土壤氨揮發(fā)影響的試驗中發(fā)現(xiàn)，施肥后施用DMPP 的處理中氨揮發(fā)速率峰值的出現(xiàn)時間延后，但王甄燁等[36]研究結(jié)果中并未出現(xiàn)此現(xiàn)象。試驗結(jié)果可能受土壤質(zhì)地、肥料類型、微生物種類與活性等影響[37]，而且由于夏季溫度高，水分蒸發(fā)快，在達到灌水下限時灌水急速補充了土壤中缺失的水分，形成利于尿素水解的環(huán)境，也加劇了氨揮發(fā)[38]。

玉米不同生育階段，灌水方式處理與施加DMPP 處理對土壤氨揮發(fā)速率的影響不同，這與王林權(quán)等[39]、崔磊等[40]研究結(jié)果一致。本研究中，拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期時，施加DMPP 可顯著提升土壤氨揮發(fā)速率；大喇叭口期時，交替滴灌對土壤氨揮發(fā)速率有顯著降低作用；其他生育期，處理效果不明顯。雖然施加硝化抑制劑DMPP 能有效抑制硝化作用并延長肥料的時效性，但對夏玉米土壤的氨排放有明顯促進作用；交替滴灌與施加DMPP 對氨揮發(fā)累積的影響存在交互效應(yīng)，交替滴灌對氨揮發(fā)累積的降低效應(yīng)小于施加DMPP 對氨揮發(fā)累積的增加效應(yīng)。

4 結(jié) 論

1）灌水方式顯著影響氨揮發(fā)，交替滴灌較常規(guī)地下滴灌更加有效降低了12.70%～45.45%的氨揮發(fā)累積量，但受玉米生育期和玉米根區(qū)土壤酶活性影響。

2）施加硝化抑制劑DMPP 雖然有效抑制硝化過程，但也顯著增加了玉米全生育期的氨揮發(fā)速率和累積量，施加 DMPP 處理的氨揮發(fā)累積量為5.97～8.10 kg/hm2，而未施加DMPP 處理的氨揮發(fā)累積量為5.01～7.29 kg/hm2。

3）采取ADI+NO 的組合處理在氨揮發(fā)減排方面效果最優(yōu)。

[1]仇煥廣, 李新海, 余嘉玲. 中國玉米產(chǎn)業(yè): 發(fā)展趨勢與政策建議[J].農(nóng)業(yè)經(jīng)濟問題, 2021, 42(7): 4-16.QIU Huanguang, LI Xinhai, YU Jialing. China maize industry:Development trends and policy suggestions[J]. Issues in Agricultural Economy, 2021, 42(7): 4-16.

[2]中國國家統(tǒng)計局. 2021 年中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社，2021.National Bureau of Statistics of China. China Statistical Yearbook-2021[M]. Beijing: China Statistics Press, 2021.

[3]田昌玉, 孫文彥, 林治安, 等. 氮肥利用率的問題與改進[J]. 中國土壤與肥料, 2016(4): 9-16.TIAN Changyu, SUN Wenyan, LIN Zhian, et al. Problems and improvements of recovery efficiency of applied N[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2016(4): 9-16.

[4]朱兆良, 金繼運. 保障我國糧食安全的肥料問題[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(2): 259-273.ZHU Zhaoliang, JIN Jiyun. Fertilizer use and food security in China[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19(2): 259-273.

[5] 劉陽陽, 李亞芳, 虞娜, 等. 水氮調(diào)控對設(shè)施土壤氨揮發(fā)特征的影響[J].水土保持學(xué)報, 2020, 34(5): 334-342.LIU Yangyang, LI Yafang, YU Na, et al. Effects of water and nitrogen regulation on soil ammonia volatilization in greenhouse[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2020, 34(5): 334-342.

[6] 李然, 蔡威威, 艾天成, 等. 稻田氨揮發(fā)損失和水稻產(chǎn)量對不同水氮處理的響應(yīng)[J]. 中國土壤與肥料, 2020(3): 47-54.LI Ran, CAI Weiwei, AI Tiancheng, et al. Responses of ammonia volatilization and grain yield under different water and fertilizer practices in a rice paddy[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China,2020(3): 47-54.[7] 張英鵬, 李洪杰, 劉兆輝, 等. 農(nóng)田減氮調(diào)控施肥對華北潮土區(qū)小麥-玉米輪作體系氮素損失的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2019, 30(4): 1 179-1 187.ZHANG Yingpeng, LI Hongjie, LIU Zhaohui, et al. Effect of reducing N and regulated fertilization on N loss from wheat-maize rotation system of farmland in Chao soil region of North China Plain[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2019, 30(4): 1 179-1 187.

[8] 韓坤, 張紀濤, 上官宇先, 等. 交替灌溉條件下水氮耦合對土壤氣態(tài)氮排放的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 2011, 32(6): 1 557-1 563.HAN Kun, ZHANG Jitao, SHANGGUAN Yuxian, et al. Effects of water and nitrogen coupling on soil gaseous nitrogen emission under alternate irrigation amp; N placement[J]. Environmental Science, 2011,32(6): 1 557-1 563.

[9] 雷楊莉, 王林權(quán), 薛亮, 等. 交替灌溉施肥對夏玉米土壤氨揮發(fā)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2009, 25(4): 41-46.LEI Yangli, WANG Linquan, XUE Liang, et al. Effect of alternative irrigation and fertilization on soil ammonia volatilization of summer maize[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2009, 25(4): 41-46.

[10] BREMNER J M. Recent research on problems in the use of urea as a nitrogen fertilizer[J]. Fertilizer Research, 1995, 42(1/2/3): 321-329.

[11] 俞巧鋼, 殷建禎, 馬軍偉, 等. 硝化抑制劑DMPP 應(yīng)用研究進展及其影響因素[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2014, 33(6): 1 057-1 066.YU Qiaogang, YIN Jianzhen, MA Junwei, et al. Effects of nitrification inhibitor DMPP application in agricultural ecosystems and their influencing factors: A review[J]. Journal of Agro-Environment Science,2014, 33(6): 1 057-1 066.

[12] QIAO C L, LIU L L, HU S J, et al. How inhibiting nitrification affects nitrogen cycle and reduces environmental impacts of anthropogenic nitrogen input[J]. Global Change Biology, 2015, 21(3): 1 249-1 257.

[13] LAM S K, SUTER H, MOSIER A R, et al. Using nitrification inhibitors to mitigate agricultural N2O emission: A double-edged sword?[J].Global Change Biology, 2017, 23(2): 485-489.

[14] 高珊, 郭艷杰, 張麗娟, 等. 溫室土壤不同含水量下施用DCD 和DMPP 對N2O 排放及NH3揮發(fā)的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2019,42(4): 95-101.GAO Shan, GUO Yanjie, ZHANG Lijuan, et al. Effects of DCD and DMPP on the nitrous oxide emissions and ammonia violation from greenhouse soil under different water contents[J]. Journal of Hebei Agricultural University, 2019, 42(4): 95-101.

[15] FRENEY J R, KEERTHISINGHE D G, PHONGPAN S, et al. Effect of urease, nitrification and algal inhibitors on ammonia loss and grain yield of flooded rice in Thailand[J]. Fertilizer Research, 1994, 40(3): 225-233.

[16] DE KLEIN C, NOVOA R S A, OGLE S. N2O emissions from managed soils, and CO2emissions from lime and urea application[R]. Hayama:IGES, 2006.

[17] 莫彥, 李光永, 蔡明坤, 等. 基于HYDRUS-2D 模型的玉米高出苗率地下滴灌開溝播種參數(shù)優(yōu)選[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2017, 33(17): 105-112.MO Yan, LI Guangyong, CAI Mingkun, et al. Selection of suitable technical parameters for alternate row/bed planting with high maize emergence under subsurface drip irrigation based on HYDRUS-2D model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(17): 105-112.

[18] 彭世彰, 徐俊增. 參考作物蒸發(fā)蒸騰量計算方法的應(yīng)用比較[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2004, 23(6): 5-9.PENG Shizhang, XU Junzeng. Comparison of reference crop evapotranspiration computing methods[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2004, 23(6): 5-9.

[19] 王朝輝, 劉學(xué)軍, 巨曉棠, 等. 北方冬小麥/夏玉米輪作體系土壤氨揮發(fā)的原位測定[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2002, 22(3): 359-365.WANG Zhaohui, LIU Xuejun, JU Xiaotang, et al. In situ determination of ammonia volatilization from wheat maize rotation system field in North China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2002, 22(3): 359-365.

[20] 豐驍, 段建平, 蒲小鵬, 等. 土壤脲酶活性兩種測定方法的比較[J].草原與草坪, 2008, 28(2): 70-72.FENG Xiao, DUAN Jianping, PU Xiaopeng, et al. Comparative analyses between two methods of measuring soil urease activity[J].Grassland and Turf, 2008, 28(2): 70-72.

[21] 裴玲芳, 范貴鵬, 肖美玲, 等. 兩種方法測定土壤中過氧化氫酶比較[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2019(15): 145-146, 149.

[22] 牛世全, 楊建文, 胡磊, 等. 河西走廊春季不同鹽堿土壤中微生物數(shù)量、酶活性與理化因子的關(guān)系[J]. 微生物學(xué)通報, 2012, 39(3): 416-427.NIU Shiquan, YANG Jianwen, HU Lei, et al. Relationship with soil microbial quantity, soil enzyme activity and physicochemical factor between different saline-alkali soil in Hexi Corridor in spring[J].Microbiology China, 2012, 39(3): 416-427.

[23] NSABIMANA D, HAYNES R J, WALLIS F M. Size, activity and catabolic diversity of the soil microbial biomass as affected by land use[J]. Applied Soil Ecology, 2004, 26(2): 81-92.

[24] 劉小剛, 張富倉, 楊啟良, 等. 不同溝灌方式下玉米根區(qū)礦物氮遷移動態(tài)研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2011, 19(3): 540-547.LIU Xiaogang, ZHANG Fucang, YANG Qiliang, et al. Transfer of mineral nitrogen in maize root zone soil under different furrow irrigation modes[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(3):540-547.

[25] 孫悅, 徐興良, KUZYAKOV Yakov. 根際激發(fā)效應(yīng)的發(fā)生機制及其生態(tài)重要性[J]. 植物生態(tài)學(xué)報, 2014, 38(1): 62-75.SUN Yue, XU Xingliang, YAKOV K. Mechanisms of rhizosphere priming effects and their ecological significance[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2014, 38(1): 62-75.

[26] 劉少文, 殷敏, 褚光, 等. 土壤氮激發(fā)效應(yīng)及其微生物機理研究進展[J].中國水稻科學(xué), 2019, 33(4): 303-312.LIU Shaowen, YIN Min, CHU Guang, et al. Research progress of soil nitrogen priming effect and its microbial mechanisms[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2019, 33(4): 303-312.

[27] 馬曉霞, 王蓮蓮, 黎青慧, 等. 長期施肥對玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(17): 5 502-5 511.MA Xiaoxia, WANG Lianlian, LI Qinghui, et al. Effects of long-term fertilization on soil microbial biomass carbon and nitrogen and enzyme activities during maize growing season[J]. Acta Ecologica Sinica, 2012,32(17): 5 502-5 511.

[28] BENDING G D, TURNER M K, RAYNS F, et al. Microbial and biochemical soil quality indicators and their potential for differentiating areas under contrasting agricultural management regimes[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2004, 36(11): 1 785-1 792.

[29] 呼娟娟, 陶瑞, 褚貴新. 有機無機肥配合生化抑制劑抑制土壤有機碳的轉(zhuǎn)化[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2020, 26(1): 19-31.HU Juanjuan, TAO Rui, CHU Guixin. Partial replacement of inorganic N with cattle manure and combining use of biochemical inhibitors inhibit organic carbon conversion in soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(1): 19-31.

[30] FREEMAN C, LISKA G, OSTLE N J, et al. Microbial activity and enzymic decomposition processes following peatland water table drawdown[J]. Plant and Soil, 1996, 180(1): 121-127.

[31] 許超, 吳良歡, 張福鎖. DMPP 農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究進展[J]. 土壤通報, 2003,34(5): 478-482.XU Chao, WU Lianghuan, ZHANG Fusuo. Advances in the study of DMPP in agriculture[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2003, 34(5):478-482.

[32] 蘇芳, 黃彬香, 丁新泉, 等. 不同氮肥形態(tài)的氨揮發(fā)損失比較[J]. 土壤,2006, 38(6): 682-686.SU Fang, HUANG Binxiang, DING Xinquan, et al. Ammonia volatilization of different nitrogen fertilizer types[J]. Soils, 2006, 38(6):682-686.

[33] 肖強, 李麗霞, 李鴻雁, 等. 改性尿素追施對冬小麥和夏玉米季氮素揮發(fā)和淋溶的影響[J]. 水土保持學(xué)報, 2020, 34(4): 270-279.XIAO Qiang, LI Lixia, LI Hongyan, et al. Effects of modified urea topdressing on nitrogen volatilization and leaching in winter wheat and summer maize[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2020, 34(4):270-279.

[34] 李艷勤, 劉剛, 紅梅, 等. 優(yōu)化施氮對河套灌區(qū)氧化亞氮排放和氨揮發(fā)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2019, 39(2): 578-584.LI Yanqin, LIU Gang, HONG Mei, et al. Effect of optimized nitrogen application on nitrous oxide emission and ammonia volatilization in Hetao irrigation area[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2019, 39(2): 578-584.

[35] 董怡華, 張玉革, 孫樹林, 等. 不同尿素配施處理下土壤氨揮發(fā)特性[J].生態(tài)學(xué)雜志, 2014, 33(11): 2 943-2 949.DONG Yihua, ZHANG Yuge, SUN Shulin, et al. Soil ammonia volatilization under different urea combined fertilization treatments[J].Chinese Journal of Ecology, 2014, 33(11): 2 943-2 949.

[36] 王甄燁, 焉莉, 蔣富琛, 等. 脲酶/硝化抑制劑配施氮肥對春玉米農(nóng)田氨排放的影響[J]. 玉米科學(xué), 2022, 30(1): 138-143.WANG Zhenye, YAN Li, JIANG Fuchen, et al. Effect of urease/nitrification inhibitor combined application of nitrogen fertilizers on ammonia emission from spring corn farmland[J]. Journal of Maize Sciences, 2022, 30(1): 138-143.

[37] FRENEY J R, KEERTHISINGHE D G, PHONGPAN S, et al. Effect of urease, nitrification and algal inhibitors on ammonia loss and grain yield of flooded rice in Thailand[J]. Fertilizer Research, 1994, 40(3): 225-233.

[38] 邢月, 沙之敏, 卑志鋼, 等. 不同施肥方式對稻田氨揮發(fā)特征的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 47(17): 313-318.XING Yue, SHA Zhimin, BEI Zhigang, et al. Effects of different fertilization methods on ammonia volatilization characteristics in paddy fields[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2019, 47(17): 313-318.

[39] 王林權(quán), 周春菊. 夏玉米水肥異區(qū)交替灌溉施肥的產(chǎn)量與環(huán)境效應(yīng)研究進展[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2017, 23(6): 1 651-1 658.WANG Linquan, ZHOU Chunju. Advances in researches of yield and environmental effect of alternate furrow irrigation with separated water and N fertilizer supply on summer maize[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(6): 1 651-1 658.

[40] 崔磊, 李東坡, 武志杰, 等. 高效穩(wěn)定性硫酸銨氮肥在黑土中的施用效果[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2020, 31(7): 2 390-2 398.CUI Lei, LI Dongpo, WU Zhijie, et al. Effects of high efficiency and stability ammonium sulfate fertilizer applied in black soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2020, 31(7): 2 390-2 398.

Effect of Alternative Drip Irrigation and Nitrification Inhibitors on Ammonia Volatilization and Soil Enzymatic Activity in a Summer Maize Field

YANG Le1,2, CAO Hui1, FU Yuanyuan1, ZHANG Yingying1, GAO Yang1*, LIU Zhandong1
(1. Institute of Filed Irrigation, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453002, China;2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100082, China)

【Objective】Nitrification inhibitors have been increasingly used over the last decades to reduce nitrogen loss from soil. The objective of this paper is to investigate the combined influence of irrigation and nitrification inhibitors on ammonia volatilization and enzymatic activity in soil.【Objective】The experiment was conducted in a summer maize field using 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) as the nitrification inhibitor. There were four treatments: conventional subsurface drip irrigation with (DI+DMPP) and without (DI+NO) applying DMPP,alternate subsurface drip irrigation with (ADI+DMPP) and without (ADI+NO) applying DMPP. In each treatment,we measured the ammonia volatilization rate at different growing stages, accumulation of ammonia volatilization over the whole growth season, as well as enzymatic activities in the soil.【Result】Irrigation method and DMPP both affected NH3volatilization, but the effect varied with growing stage. Applying DMPP increased ammonia volatilization rate significantly at jointing stage, heading stage, and filling stage, regardless of the irrigation method.It was found that the alternate drip irrigation reduced ammonia volatilization rate significantly but only at the booting stage. Compared to DI treatments, ADI treatments reduced ammonia volatilization accumulation by 12.70%～45.45%, but applying DMPP increased ammonia volatilization from both irrigation treatments significantly.At the heading stage, ADI treatments improved the activities of catalase, alkaline phosphatase and FDA hydrolase in the root zone, but had no significant effect on urease activity. Applying DMPP did not show a noticeable effect on enzymatic activity in the root zone.【Conclusion】Alternate surface drip irrigation without applying nitrification inhibitors can effectively reduce ammonia volatilization and nitrogen loss. It can be used as an improved agronomic method for sustainable production of maize in the studied area.

maize; alternate drip irrigation; DMPP; ammonia volatilization

S274；S145

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022443

楊樂, 曹輝, 付媛媛, 等. 交替滴灌配施硝化抑制劑對夏玉米土壤氨揮發(fā)和土壤酶活性的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2023,42(4): 38-44.

YANG Le, CAO Hui, FU Yuanyuan, et al. Effect of Alternative Drip Irrigation and Nitrification Inhibitors on Ammonia Volatilization and Soil Enzymatic Activity in a Summer Maize Field[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(4): 38-44.

1672 - 3317（2023）04 - 0038 - 07

2022-08-09

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-02）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目（ASTIP）

楊樂（1999-），女。碩士研究生，主要從事非充分灌溉研究。E-mail: Leyang625@163.com

高陽（1978-），男。研究員，主要從事作物與水分關(guān)系研究。E-mail: gaoyang@caas.cn

責(zé)任編輯：白芳芳