魏珊珊，王艷群，李迎春，舒曉曉，彭正萍*，石新麗，門明新

（1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定 071000；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

土壤 N2O 排放量和小麥、玉米效益俱佳的吡啶噴涂尿素適宜用量研究

魏珊珊1，王艷群1，李迎春2，舒曉曉1，彭正萍1*，石新麗1，門明新1

（1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定 071000；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

【目的】糧田過量施用氮肥造成土壤向大氣排放 N2O 增多，土壤氮素表觀損失提高，為實(shí)現(xiàn)糧田安全生產(chǎn)，研究吡啶噴涂尿素對冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)內(nèi)土壤 N2O 排放和氮素表觀損失、籽粒產(chǎn)量和凈收益的影響?！痉椒ā堪凑?1.1‰ 的比例將 2-氯-6-三氯甲基吡啶噴涂在尿素表面制成吡啶噴涂尿素，進(jìn)行了玉米、小麥田間試驗(yàn)。在磷、鉀養(yǎng)分用量相同的條件下，設(shè)置 4 個(gè)吡啶噴涂尿素施用水平，玉米分別為 0、180、270 和 360 kg/hm2，小麥分別為 0、150、225 和 300 kg/hm2，調(diào)查作物產(chǎn)量和施肥效益；在 2 茬作物生長期間采用靜態(tài)箱法收集氣體，測定土壤 N2O 排放量和排放強(qiáng)度。 【結(jié)果】各處理玉米和小麥季基肥和追肥后均出現(xiàn)顯著的 N2O排放峰，土壤 N2O 排放、氮素表觀損失、N2O 排放強(qiáng)度等均隨施氮量增加而增加。玉米季，吡啶噴涂尿素用量270 和 360 kg/hm2間無顯著差異，2 處理玉米分別較不施氮肥凈增收 5208.0 和 5425.4 yuan/hm2；小麥吡啶噴涂尿素用量為 225 kg/hm2時(shí)，籽粒產(chǎn)量和凈收益均最大。整個(gè)輪作季，與 N3處理 (玉米和小麥季分別施用吡啶噴涂尿素 360 和 300 kg/hm2) 相比，N2(玉米和小麥季分別施用吡啶噴涂尿素 270 和 225 kg/hm2) 處理的作物產(chǎn)量相當(dāng)，但土壤 N2O 排放量減少 1.51 kg/hm2，土壤氮素表觀損失減少 39.4 kg/hm2，施氮肥量減少 165 kg/hm2，凈增收提高 405.3 yuan/hm2。 【結(jié)論】玉米–小麥輪作季吡啶噴涂尿素用量分別為 270 和 225 kg/hm2時(shí)增產(chǎn)增收，且土壤 N2O 排放和氮素表觀損失較少。

吡啶噴涂尿素；小麥/玉米輪作系統(tǒng)；N2O 排放；產(chǎn)量；氮素表觀損失

自 18 世紀(jì)以來，大氣中 N2O 的混合濃度與空氣濃度之比增加 20% 左右，且仍以每年約 0.25% 的速度增加[1]。截止 2013 年，大氣中的 N2O 增到 324 μg/kg[2]，其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)對全球環(huán)境造成潛在危害。農(nóng)田土壤排放了全球 80% 的 N2O[3]。化學(xué)肥料的施用明顯增加了土壤 N2O 的排放[4]。華北平原小麥和玉米高產(chǎn)區(qū)氮肥平均用量高達(dá) 500～600 kg/hm2[5]，研究表明，小麥、玉米施氮量分別在 240、190～200 kg/hm2時(shí)可以獲得較為理想的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[6–7]，目前冬小麥/夏玉米生產(chǎn)中的氮肥實(shí)際用量遠(yuǎn)超過作物氮素需求。如何減少農(nóng)田土壤 N2O 排放成為研究熱點(diǎn)。

施用硝化抑制劑顯著降低硝化和反硝化過程中氮氧化物的排放以及硝酸鹽的淋溶損失[8]。研究較多的硝化抑制劑包括 3,4-二甲基吡唑磷酸鹽 (DMPP)、雙氰胺 (DCD) 等，施用 DMPP 和 DCD 能顯著抑制土壤中銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的氧化[9]，抑制土壤氮總硝化速率[10]。在國外特別是美國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛施用的 2-氯-6-三氯甲基吡啶也是一種硝化抑制劑，對土壤硝化過程具有較強(qiáng)的抑制作用，其施用可顯著提高NH4+/NO3–比例，減少氮肥淋溶損失和氣態(tài)損失[11]。許超等[12]研究表明，氯甲基吡啶對菜地土壤中氨氮具有較好的固持作用，能抑制氮素的硝化作用，減少NO3–-N 和 NO2–-N 的積累。筆者進(jìn)行的田間試驗(yàn)證明了等氮量吡啶噴涂尿素可增加小麥/玉米產(chǎn)量，此試驗(yàn)進(jìn)一步研究確定合理吡啶噴涂尿素用量，以實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增收，提高氮肥利用，又減少土壤 N2O 排放和氮素表觀損失。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)地位于河北省保定市五堯鄉(xiāng)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園區(qū)，屬溫帶濕潤季風(fēng)氣候。年均氣溫 12℃，無霜期 210 d，平均降雨量 550 mm。土壤為潮土，pH值 8.5、堿解氮 70.34 mg/kg、有效磷 14.95 mg/kg、速效鉀 101.09 mg/kg、有機(jī)質(zhì) 13.8 g/kg。供試夏玉米為鄭單 958，冬小麥為石新 828。供試肥料中的氮、磷、鉀肥為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。按照 1.1‰ 的比例 (即 1 kg 尿素表面噴涂 1.1 g 2-氯-6-三氯甲基吡啶) 將吡啶噴涂在尿素表面制成吡啶噴涂尿素。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用田間小區(qū)試驗(yàn)，從 2014 年 6 月的夏玉米季開始，10 月夏玉米收獲后在相應(yīng)各小區(qū)繼續(xù)安排冬小麥試驗(yàn)，小麥于 2015 年 6 月 11 日收獲。夏玉米在施用 P2O590 kg/hm2和 K2O 150 kg/hm2的基礎(chǔ)上，設(shè)施吡啶噴涂尿素 0、180、270 和 360 kg/hm2；冬小麥在施用 P2O5120 kg/hm2和 K2O 150 kg/hm2的基礎(chǔ)上，設(shè)施吡啶噴涂尿素 0、150、225和 300 kg/hm2，分別以 N0、N1、N2、N3表示。每個(gè)氮水平重復(fù) 3 次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積 36 m2。

夏玉米和冬小麥季的全部磷、鉀肥和 40% 吡啶噴涂尿素均作基肥施入，其余肥料分別在玉米拔節(jié)期和小麥返青期隨灌水施入。每個(gè)小區(qū)安裝收集氣體靜態(tài)箱裝置。除施肥外的其余田間管理措施同當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣。夏玉米播種量 37.5 kg/hm2；冬小麥播種量 187.5 kg/hm2，采用 15 cm 等行距種植方式。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 N2O 氣樣采集、測定及計(jì)算 從播種到收獲，采用密閉式靜態(tài)箱法收集土壤排放氣體[13]。每次取氣間隔 7 d，施肥后連續(xù)采氣 15 d，下雨后連續(xù)采氣3～5 d。每天采樣時(shí)間段在上午 9∶00～10∶00，各小區(qū)共采集 3 次，每次取樣 30 mL，采樣間隔 10 min，同時(shí)由置于箱體內(nèi)的溫度探頭測定箱內(nèi)溫度，采用TK3-BASIC 土壤水分測定儀測定 0—10 cm 土壤溫度，干濕球溫度表放在距地面 1.5 m 處測定氣溫。氣體樣品中的 N2O 采用 Agilent7890A 型氣相色譜儀分析測定。

N2O 排放通量：

F = ρ × V/A × Δc/Δt × 273/(273 + θ) × 60

式中，F(xiàn) 為 N2O 排放通量 [μg/(m2·h)]；ρ 為箱體內(nèi)氣體密度 (g/cm3)；V 為靜態(tài)箱體積 (cm3)；A 為靜態(tài)箱底面積 (cm2)；Δc/Δt 為單位時(shí)間靜態(tài)箱內(nèi) N2O 濃度變化率 [× 10–9V/(V·min)]；θ 為測定時(shí)箱體內(nèi)的平均溫度。

N2O 排放總量采用內(nèi)插法[14]計(jì)算未觀測日排放通量，然后將測定值和計(jì)算值逐日累加。

N2O-N 排放系數(shù) = (施氮處理 N2O-N 排放總量 –不施氮處理 N2O-N 排放總量)/施氮量 × 100%

N2O 排放強(qiáng)度 (g/kg) = 土壤 N2O 排放總量/作物產(chǎn)量 × 1000

1.3.2 植物樣品測定項(xiàng)目及方法 于玉米成熟期，每個(gè)小區(qū)取代表性植株 2 株，分為莖葉、軸、籽粒。樣品分別在 105℃ 殺青 30 min 后，75℃ 烘至恒重。每個(gè)小區(qū)連續(xù)選取代表性的 15 穗進(jìn)行考種，測定百粒重、穗粒數(shù)，其余小區(qū)穗部全部收獲脫粒后計(jì)產(chǎn)，用谷物水分測定儀 (PM-8188) 測定含水量，按面積折為含水量 14% 的籽粒產(chǎn)量。小麥成熟期，每小區(qū)收割 2 個(gè) 1 米雙行，數(shù)有效穗數(shù)。數(shù)其中 50 穗的穗粒數(shù)，收割樣品全部脫粒，籽粒折為含水量 12.5%的產(chǎn)量，并稱取每區(qū)千粒重。取部分植株分為秸稈和籽粒分別烘干稱重。小麥和玉米各器官粉碎后，濃H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法測定其中的全氮含量[15]。

同時(shí)，在小麥和玉米收獲期，分別采集 0—20、20—40 cm 的鮮土樣，用 1 mol/L KCl 浸提并用連續(xù)流動分析儀測定其中的 NO3–-N、NH4+-N 含量，測定各層次土壤容重，計(jì)算 0—40 cm 土壤殘留氮[16]。

1.4 其他指標(biāo)計(jì)算方法

1.4.1 土壤氮素平衡[17]計(jì)算 0—40 cm 土壤氮素平衡時(shí)，氮輸入主要包括投入氮肥、種植前土壤起始無機(jī)氮含量 (包括 NO3–-N 和 NH4+-N，簡稱 Nmin) 和土壤有機(jī)氮礦化；氮輸出主要考慮作物吸收帶走氮素、土壤殘留 Nmin和表觀氮損失。

礦化氮 = 對照處理作物吸收氮 + 對照處理土壤殘留 Nmin– 土壤起始 Nmin

表觀損失氮 (kg/hm2) = 總輸入氮 – 作物吸收氮 –收獲時(shí)土壤殘留 Nmin

1.4.2 經(jīng)濟(jì)效益 把夏玉米/冬小麥輪作季各處理的作物籽粒獲得的總收入減去肥料成本定為凈增收。玉米 2.0 yuan/kg、小麥 2.2 yuan/kg、尿素中純 N 3.9 yuan/kg、吡啶 170 yuan/kg。

凈增收 = (施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量 – 不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量) ×籽粒價(jià)格 – (尿素氮價(jià)格 + 吡啶價(jià)格)

1.5 數(shù)據(jù)處理

用 Microsoft Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，用 ANOVA 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并用 SPSS 17.0 軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同用量吡啶噴涂尿素對糧田土壤 N2O 排放通量的影響

圖 1 表明，隨吡啶噴涂尿素用量增加，玉米季和小麥季土壤 N2O 排放通量均呈增加趨勢，各處理的土壤 N2O 平均排放通量是 N0的 2.5～5.3 倍，說明減施氮肥可以降低土壤 N2O 排放通量。玉米季和小麥季不同用量吡啶噴涂尿素的土壤 N2O 排放通量變化趨勢基本一致，N0一直低于 50 μg/(m2·h)?；屎妥贩屎?，玉米季和小麥季各施氮處理均出現(xiàn)明顯的N2O 排放通量峰值。玉米季，播種 4 d (2014 年 6 月19 日) 內(nèi)各施氮處理均出現(xiàn)第一個(gè)明顯的高峰；播種45 d (2014 年 7 月 29 日) 時(shí)追施氮肥，47 d (2014 年7 月 31 日) 時(shí) N1、N2和 N3處理的排放通量均出現(xiàn)第2 個(gè)高峰，但均低于第 1 個(gè)峰值；以后隨著土壤氮素被玉米吸收利用，各處理土壤的 N2O 排放通量變化平緩。小麥季，播種 11 d (2014 年 10 月 22 日) 時(shí)各施氮處理 N2O 排放通量均出現(xiàn)第一個(gè)明顯的高峰；各處理的麥田土壤 N2O 排放通量在出苗—返青期基本穩(wěn)定，拔節(jié)前后由于追施氮肥出現(xiàn)第二個(gè)小高峰，而后變化平緩。

圖 1 和圖 2 表明，輪作系統(tǒng)土壤 N2O 排放通量與土壤溫度和濕度密切相關(guān)，小麥季、玉米季 N2O排放高峰出現(xiàn)時(shí)，土壤濕度處于低谷，土壤溫度也出現(xiàn)峰值。

2.2 不同用量吡啶噴涂尿素對糧田土壤 N2O 總排放量的影響

表 1 表明，隨著吡啶噴涂尿素用量增加，玉米和小麥季土壤 N2O 總排放量均增加。與 N0相比，玉米季各施氮肥處理的土壤 N2O 總排放量增加 0.85～2.61 kg/hm2，小麥季提高了 0.49～1.42 kg/hm2。玉米和小麥季 N3處理的土壤 N2O 總排放量均最高，分別為 2.93 和 1.98 kg/hm2，顯著高于相應(yīng)的其他 3 個(gè)處理。玉米、小麥及整個(gè)輪作系統(tǒng) N1和 N2處理的土壤N2O 總排放量分別較 N3減少，玉米季分別減少 1.76 和 1.08 kg/hm2，小麥季分別降低 0.93 和 0.43 kg/hm2，輪作系統(tǒng)分別縮減 2.69 和 1.51 kg/hm2。隨著施氮量的增加，各處理的 N2O-N 排放系數(shù)也增加，與 N1比，N2和 N3處理的 N2O-N 排放系數(shù)均增加，玉米田分別提高 0.06 和 0.16 個(gè)百分點(diǎn)，小麥田分別增加0.07 和 0.09 個(gè)百分點(diǎn)，輪作系統(tǒng)分別提升 0.06 和0.13 個(gè)百分點(diǎn)，且輪作季 N3處理的 N2O-N 排放系數(shù)顯著高于 N1處理。

圖1 不同吡啶噴涂尿素用量對糧田土壤 N2O 排放通量的影響Fig.1 Effect of different nitrapyrin-N fertilizer application rates on soil N2O emission flux in fields

圖2 輪作系統(tǒng)作物生長期間土壤溫度和濕度變化Fig.2 Soil temperature and moisture changes during the crop growth in the rotation system

表1 輪作系統(tǒng) N2O 總排放量和 N2O-N 排放系數(shù)Table 1 Total N2O emission and N2O-N emission factor of the rotation system

2.3 不同用量吡啶噴涂尿素對土壤 N2O 排放強(qiáng)度的影響

表 2 表明，隨吡啶噴涂尿素用量的增加，玉米和小麥季的 N2O 排放強(qiáng)度均逐漸增加，且玉米季和輪作季不同處理間的 N2O 排放強(qiáng)度差異顯著。與 N0相比，玉米季 N1、N2、N3的 N2O 排放強(qiáng)度分別提高0.08、0.13、0.23 g/kg；相應(yīng)處理小麥季的 N2O 排放強(qiáng)度分別提高 0.05、0.08、0.14 g/kg；整個(gè)輪作季的N2O 排放強(qiáng)度分別提高 0.07、0.12、0.20 g/kg，說明過量施氮會導(dǎo)致單位產(chǎn)量 N2O 排放增大。

表2 N2O 排放強(qiáng)度 (g/kg)Table 2 N2O emission intensity

2.4 不同用量吡啶噴涂尿素對作物籽粒產(chǎn)量及凈收入的影響

從表 3 可以看出，各施氮肥處理的玉米和小麥的籽粒產(chǎn)量均顯著高于不施氮處理。與 N1相比，N2和 N3的玉米季籽粒產(chǎn)量分別增加 13.2%、16.4%，凈增收提高 2012.2 和 2229.6 yuan/hm2；小麥季籽粒產(chǎn)量分別提高 18.2%、16.0%，凈增收提高 2415.9 和1793.2 yuan/hm2；整個(gè)輪作季的作物籽粒產(chǎn)量分別增加 15.4%、16.2%，凈增收分別提高 4428.1 和 4022.8 yuan/hm2。N2和 N3處理間小麥、玉米及整個(gè)輪作季的作物籽粒產(chǎn)量均差異不顯著。籽粒產(chǎn)量隨著氮肥用量的增加而增加，但與 N3相比，N2處理的輪作系統(tǒng)作物產(chǎn)量相當(dāng)，凈增收提高 405.3 yuan/hm2，施氮肥量減少 165 kg/hm2。

2.5 不同用量吡啶噴涂尿素對輪作系統(tǒng)土壤氮素表觀損失的影響

表 4 表明，氮素輸入方式以施氮肥為主，玉米和小麥季各施氮處理占氮素總輸入量的 49.3%～69.9%，而播前土壤無機(jī)氮含量和氮素礦化量分別占 23.1%～35.6% 和 6.9%～18.5%。從N輸出項(xiàng)來看，氮素表觀損失占總施氮量的比例，玉米季各處理占 30.2%～31.9%；小麥季占 41.2%～47.9%。作物吸收、土壤殘留 N 以及表觀損失 N 均隨著施氮量的增加而增加，即 N3＞N2＞ N1，說明施氮量越多氮素?fù)p失越高，降低氮肥用量可有效減少氮素表觀損失。因此應(yīng)在保證氮素充分供應(yīng)前提下，合理減少氮肥用量，減少氮素淋洗、氨揮發(fā)等損失。整個(gè)輪作季各施氮處理氮素表觀損失分別為 128.2、193.1、232.5 kg/hm2，隨著吡啶噴涂尿素用量的增加氮素表觀損失隨之增加，與N3相比，N2的土壤表觀損失減少 39.4 kg/hm2。

表3 作物產(chǎn)量及凈增收Table 3 Grain yields and net income

3 討論

施肥、灌溉、耕作、土壤理化特性以及氣候的季節(jié)性變化等直接影響土壤的硝化、反硝化過程[19]。施氮顯著增加 N2O 的排放量[18]，本試驗(yàn)中隨噴涂吡啶尿素用量的增加土壤 N2O 排放量不斷增加，且以N3處理最高。玉米–小麥輪作系統(tǒng)土壤 N2O 排放通量具有明顯的季節(jié)性變化 (圖 1)。小麥和玉米植株分別在冬前苗期和三葉期生長較慢、吸收氮素較少；而后生長迅速，對氮素需求增大；另外，播種時(shí)伴隨的施肥與灌溉后土壤有較多的化學(xué)沉積物和較高的含水量，導(dǎo)致 N2O 排放高峰立即出現(xiàn)[20]。N2O 排放通量變化與土壤溫度關(guān)系密切，且受土壤濕度控制[21]。本文 N2O 排放通量與土壤溫度和濕度顯著相關(guān)，玉米季、小麥季 N2O 排放高峰出現(xiàn)時(shí)，土壤濕度處于低谷，而溫度與 N2O 排放高峰趨勢一致 (圖 1 、圖 2)。

表4 不同用量吡啶噴涂尿素土壤氮素表觀損失Table 4 Soil N apparent loss under different nitrapyrin-N fertilizer application rates

目前，國際上推薦的農(nóng)田 N2O 排放系數(shù)缺省值是 1%～1.25%，中國旱地農(nóng)田 N2O 排放系數(shù)為0.22%～1.53%[22]。前期試驗(yàn)表明，玉米–小麥輪作系統(tǒng)中添加吡啶較同等施氮量的尿素處理 N2O 排放通量降低 71.4 μg/(m2·h)。本試驗(yàn)的玉米–小麥輪作系統(tǒng)中的 N2O 排放系數(shù)為 0.26%～0.39%，在我國旱田排放系數(shù)范圍內(nèi)，但低于國際農(nóng)田研究結(jié)果，這與氯甲基吡啶通過抑制氨氧化細(xì)菌的活性抑制 NH4+向NO3–的轉(zhuǎn)化過程有關(guān)[23]，也可能與農(nóng)田 N2O 排放存在很大的區(qū)域差異性有關(guān)[24]。

施用吡啶噴涂尿素顯著增加作物產(chǎn)量，玉米、小麥、輪作系統(tǒng)分別增產(chǎn) 27.9%～48.9%、28.3%～51.7%、28.1%～48.9%，說明施肥可以提供和補(bǔ)充作物生長所必需的養(yǎng)分，且均衡施肥可提高系統(tǒng)生產(chǎn)力。N2處理的玉米、小麥、整個(gè)輪作系統(tǒng)分別較 N0增產(chǎn) 44.9%、51.7%、47.80%，顯示氯甲基吡啶減少氮肥損失[12]，提高作物的氮素吸收量。結(jié)合 N2O 排放量和產(chǎn)量，N2O 排放強(qiáng)度可作為衡量收獲糧食與環(huán)境損害的標(biāo)準(zhǔn)，N0沒有施用氮肥，可視為純收獲而無環(huán)境影響，以此為標(biāo)準(zhǔn)，N3在生產(chǎn)糧食的同時(shí)對環(huán)境造成影響較大；而 N2相對于 N0，雖然對環(huán)境造成了不良影響，但獲得了與 N3相當(dāng)?shù)淖魑锂a(chǎn)量，整個(gè)輪作季，N2O 排放量減少 1.51 kg/hm2，土壤氮素表觀損失減少 39.4 kg/hm2，施氮肥量減少 165 kg/hm2，凈增收提高 405.3 yuan/hm2。

4 結(jié)論

吡啶噴涂尿素較對照處理顯著增加了作物產(chǎn)量，玉米、小麥、輪作系統(tǒng)分別增產(chǎn) 27.9%～48.9%、28.3%～51.7%、28.1%～48.9%，且隨吡啶噴涂尿素用量的增加土壤 N2O 的排放量不斷增加。

整個(gè)輪作季，與玉米和小麥?zhǔn)┯眠拎娡磕蛩?60 kg/hm2相比，施用 495 kg/hm2的作物產(chǎn)量相當(dāng)，N2O 排放量減少 1.51 kg/hm2，土壤氮素表觀損失減少 39.4 kg/hm2，施氮肥量減少 165 kg/hm2，凈增收提高 405.3 yuan/hm2?？紤]土壤減排 N2O 效果、土壤氮素表觀損失、作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，夏玉米、冬小麥吡啶噴涂尿素用量分別為 270、225 kg/hm2的效果較好，既能獲得作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，減少氮肥用量，又能減少氮素向環(huán)境中的損失，同時(shí)使農(nóng)民獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

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Nitrapyrin-urea application amount with less soil N2O emission and highest profit in summer maize and winter wheat

WEI Shan-shan1, WANG Yan-qun1, LI Ying-chun2, SHU Xiao-xiao1, PENG Zheng-ping1*, SHI Xin-li1, MEN Ming-xin1
( 1 College of Resources and Environmental Sciences, Agricultural University of Hebei/Key Laboratory for Farmland Eco-Environment of Hebei, Agricultural University of Hebei, Baoding, Hebei 71000, China; 2 Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China )

【Objectives】Appropriate nitrapyrin-urea application amount was studied for the less soil N2O emission and high profit in summer maize and winter wheat production system. 【Methods】Nitrapyrin was sprayed on urea in ratio of 1.1‰ to make nitrapyrin-urea. Four application rates were designed in summer maize and winter wheat in field plot experiments. For maize, the nitrapyrin-urea N rates were 0, 180, 270 and 360 kg/hm2，for wheat were 0, 150, 225 and 300 kg/hm2. Yield and nitrogen fertilizer profits were investigated; soil N2O emission was determined using the static chamber method. 【Results】The results showed that soil N2O emission peaks appeared after the basal or topdressing fertilization of nitrapyrin-urea. With the increase of N fertilization rates, the soil N2O emission, N apparent loss, N2O emission intensity were increased. Compared withthe N0, the yields of the crops were significantly increased by 27.9%–48.9%, 28.3%–51.7% and 28.1%–48.9% in maize, wheat and the rotation system. There was no significant difference in maize yields between the N rates of 270 and 360 kg/hm2, and the net incomes of these two treatments were 5208.0 and 5425.4 yuan/hm2, respectively. The wheat yield and net income were both the maximum in the nitrapyrin-N fertilization rate of 225 kg/hm2. For the whole rotation system, the yields of grain were increased with nitrapyrin-N fertilization rates, compared to the treatments of nitrapyrin-N rates of 360 and 300 kg/hm2in maize and wheat, the yields of the treatments of nitrapyrin-N rates of 270 and 225 kg/hm2in maize and wheat were similar, while the soil N2O emission was decreased by 1.51 kg/hm2and the N apparent loss in soil was decreased by 39.4 kg/ hm2, and the N fertilization amount reduced by 165 kg/hm2, net income increased by 405.3 yuan/hm2. 【Conclusions】 Under the experimental condition, the appropriate nitrapyrin-N fertilization rates are 270 kg/hm2for maize and 225 kg/hm2for wheat.

nitrapyrin-N fertilization; rotation system of wheat and maize; N2O emission; yield; N apparent loss

2016–02–23接受日期：2016–06–02

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD11B）；國家973計(jì)劃項(xiàng)目（2012CB955904）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41105115）；河北農(nóng)業(yè)大學(xué)中青年骨干教師境外研修；河北農(nóng)業(yè)大學(xué)青年學(xué)術(shù)帶頭人；河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（C2016204078）資助。

魏珊珊（1991—），女，山西長治人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)資源利用研究。E-mail：15933515037@163.com

* 通信作者 E-mail：pengzhengping@sina.com