2021, Vol. 40
2. 湖南省农业环境生态研究所, 长沙 410125;
3. 农业部长江中游平原农业环境重点实验室, 长沙 410125;
4. 农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室, 长沙 410125;
5. 湖南省洞庭湖流域农业面源污染防治工程技术研究中心, 长沙 410125
2. Hunan Institute of Agri-Environment and Ecology, Changsha 410125, China;
3. Ministry of Agriculture Key Laboratory of Agri-Environment in the Middle Reach Plain of Yangtze River, Changsha 410125, China;
4. Hunan Province Key Laboratory of Prevention, Control and Remediation of Soil Heavy Metal Pollution, Changsha 410125, China;
5. Hunan Dongting Lake Basin Engineering Research Center for Agricultural Non-point Source Pollution Control, Changsha 410125, China
我国是主要的水稻生产国，其种植面积约占世界水稻总种植面积的19%，但水稻产量占比高达28%[1]。水稻是南方地区主要种植作物，为了追求高产，该地区耕地长期处于高复种指数和高肥料施用量的生产状态，氮素损失较为严重[2]。氨（NH3）挥发作为稻田氮素损失的主要途径，约占稻田总反应性氮素损失的70%[3]。研究指出，南方双季稻种植模式下，NH3挥发损失可高达施肥量的40%[4-5]，这不仅导致了较低的氮肥利用率和作物产量，还给生态环境造成了巨大危害[3, 6]。因此，优化氮肥施用对于降低稻田氮素损失、提高粮食产量以及缓解环境压力具有重要的现实意义。
NH3挥发主要来源于氮肥施入土壤后所引发的一系列物理化学过程，这一过程受诸多因素的影响，因而通过调控这些因素以降低NH3挥发的各种措施被提出，例如氮肥减量深施与缓控释肥的使用等[7-9]。氮肥减量深施是目前降低稻田NH3挥发损失的一种有效施肥方式，利用土壤胶体表面的负电荷特性，可使水解的铵根离子（NH4+）被周围土壤颗粒迅速吸附[10-13]。相关研究指出，深施能实现氮素的缓慢释放，为水稻生长提供充足和均衡的养分，减氮20%~25%处理可在稳定产量的同时，大幅减少NH3挥发的产生[10, 14]。缓控释肥作为一种调控氮素释放的新型肥料，可协调土壤氮素养分供应与水稻氮素需求，有效降低NH3挥发并提高氮素利用率和作物产量[8, 15]。研究表明，不同类型缓控释肥的释放速率等特性差异较大，但大多密度较低，如果采取稻田表施则易漂浮于水面，进而产生富营养化的威胁[16]。因此，采取缓控释肥与氮肥减量深施结合的施肥模式，可有效解决以上问题，充分减少稻田氮素养分流失和NH3挥发[7, 16-18]。
秸秆还田作为一项合理利用生物质资源的重要途径，不仅能够减少因秸秆焚烧带来的环境污染问题，还可以提高土壤有机质、氮素库容并改善土壤质地结构。目前，关于秸秆还田对稻田NH3挥发的影响研究仍存在较大差异。有研究指出，秸秆还田可促进微生物活性、提高有机质含量和阳离子交换量，有利于土壤硝化反应、有机氮固持和吸附NH4+等一系列降低田面水NH4+浓度的机制进行[19-21]。也有研究认为，微生物活性的提高会加快氮肥的水解，同时秸秆降解产生的有机基团会中和酸根离子，最终提高田面水NH4+浓度和pH，促进NH3的挥发[22-25]。研究结果的差异可能与气候、施肥方法和秸秆类型及性质有关[19, 23, 26]。因此，进一步研究秸秆还田对南方双季稻田NH3挥发的影响具有重要意义。
当前，有关秸秆还田与缓控释肥对稻田NH3挥发的影响多为单因素分析，而将两者相结合的研究较少[27]。因此，本研究在南方典型双季稻模式下，探讨了缓控释肥减量与秸秆配施对双季稻田田面水氮素浓度和NH3挥发损失的影响，以期明确该地区不同缓控释肥和秸秆配施与NH3挥发损失量的关系，为合理控制南方双季稻田NH3挥发损失提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验地概况本试验于2019年在湖南省汨罗市屈原管理区（28°55′45″N，112°56′39″E）进行。研究区位于长江中游地区，属亚热带季风湿润气候，气候温和，四季分明，雨量充沛。春夏冷暖气流交替频繁，夏秋晴热少雨，年平均气温为17 ℃，年降水量约1 300 mm，无霜期约270 d。试验区供试土壤为潜育型水稻土，双季稻是其主要种植模式。试验前土壤基本理化性质为：有机质39.54 g·kg-1，全氮2.63 g·kg-1，全磷0.54 g·kg-1，全钾14.15 g·kg-1，碱解氮164.35 mg·kg-1，有效磷3.38 mg·kg-1，速效钾171.28 mg·kg-1，pH 4.89。NH3挥发采集期间日最高、最低气温与降雨量从中国气象数据网获得（图 1）。
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向下箭头Ⅰ和Ⅱ分别表示早、晚稻施肥日期。下同 The downward arrows Ⅰ and Ⅱ indicate the date of fertilization for early and late rice respectively. The same below 图 1 2019年NH3监测试验期间降雨量和气温情况 Figure 1 Rain fall and temperature during NH3 monitoring experimental period in 2019 |
采用田间小区试验，以当地农民习惯施肥尿素表施为对照（CF），在氮肥深施基础上，采用裂区设计，主处理为秸秆利用方式，设秸秆还田（R1）、秸秆移除（R0）2种；次处理为不同施肥模式，设尿素深施（CU）、包膜尿素减量深施（PU）、控释尿素减量深施（LU）3种。试验共7个处理，每个处理3次重复，小区面积为32 m2（4 m×8 m），随机区组排列。包膜尿素来自山东金正大生态工程股份有限公司，养分释放期为3个月，包膜材料为树脂包膜，含氮量为42%；控释尿素为单位自研产品，含氮量42%；磷钾肥分别为钙镁磷肥（12%P2O5）和氯化钾（60%K2O）。
早、晚稻施肥量保持一致，常规施氮量和减氮优化施肥处理氮肥用量分别为180 kg·hm-2和150 kg· hm-2（折合成纯氮计）；磷肥用量（P2O5）为120 kg · hm-2；钾肥用量（K2O）为120 kg·hm-2；秸秆用量为3 t·hm-2，早、晚稻均采用上一季水稻秸秆。所有肥料在插秧前1 d全部作基肥一次性施入，不再进行追肥。秸秆剪碎成5~10 cm还田。CF处理采用当地常规施肥方式，在插秧前1 d全部作基肥一次性表面撒施；其余深施处理则在施氮肥后立即用锄头翻入约10 cm深的土层。早稻于2019年4月24日插秧，晚稻于2019年7月31日插秧，每穴3~5株秧苗，插秧密度、灌水和病虫害防治等田间管理均与当地农民习惯保持一致。
1.3 测定指标与方法 1.3.1 水样采集与测定于早稻基肥施用后的第1、3、5、7、9、15、25 d，晚稻基肥施用后的第1、3、5、7、9、15 d，在不扰动土层的情况下，用100 mL医用注射器抽取5处田面水于洁净的250 mL聚乙烯塑料瓶中制成混合水样，将水样置于4 ℃冰箱保存，一周内测样完毕。原位测定田面水pH，田面水样品过滤后用SKALAR流动分析仪测定水样的总氮、铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）含量。
1.3.2 NH3挥发的田间原位测定稻田NH3挥发采用封闭式酸吸收法测定[28]，装置由内径18 cm、高28 cm的硬质PVC管底座和管盖制成（图 2）。在施肥后24 h内将装置固定于水稻植株的间隙中，插入土壤8 cm深处，并在整个生育期内保持位置不变。测定时，在装置内放入20 cm高的铁支架，将装有30 mL 2%硼酸（H3BO3）溶液的蒸发皿放在支架上，管口用保鲜膜密封并拧紧PVC管盖，形成一个完全密闭的环境，用以吸收挥发的氨（NH3）。收集24 h后打开管盖，提取硼酸吸收液，利用标准液c（1/ 2H2SO4）=0.01 mol·L-1滴定。已有研究表明，无机氮肥施用具有集中释放的特征，稻田NH3挥发的排放主要集中于施肥后一周内，因此无机氮肥施用后9 d内每日采样一次，之后在第15 d采集一次，以后延长至10 d采集一次，直至监测不到NH3挥发，缓控释肥NH3挥发采集时间与无机氮肥处理采集时间同步[16]。
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图 2 稻田小区试验NH3监测示意图 Figure 2 Monitoring of NH3 in rice field community test |
土壤NH3挥发速率计算公式为：
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式中：VNH3 - N为NH3挥发速率，kg·hm-2·d-1；C为H+浓度，mol·L-1；V为滴定用去标准酸的体积，mL；14为摩尔质量，mol·g-1；S为捕获装置的横切面积，m2。
土壤NH3挥发总量=测定时期内每次收集的NH3挥发通量之和+未监测天数的NH3挥发量之和（通过相邻2次测定的NH3挥发量均值估算）
土壤NH3挥发损失率=NH3挥发累积损失量/施氮量×100%
采用Microsoft Excel 2019软件进行数据整理，SPSS 26.0软件进行数据统计分析，Origin 2021作图。采用SPSS中Duncan法在0.05水平上比较不同处理间的差异显著性。
2 结果与分析 2.1 田面水氮素浓度及pH 2.1.1 总氮由图 3a可知，施肥后各处理田面水总氮浓度变化趋势基本相似，早、晚稻田面水总氮峰值分别发生在施肥后第2~4 d和第1 d，为48.26~131.75 mg·L-1和28.20~103.42 mg·L-1，均以CF处理最高。之后总氮浓度迅速下降，各处理早、晚稻平均浓度于第5 d分别降至平均峰值的32.70% 和21.22% 后趋于稳定。施肥后一周，与CF处理相比，CU、PU和LU 3种施肥模式早、晚稻总氮浓度峰值分别降低9.50%~12.29%、60.89%~67.29% 和30.59%~48.26%（P < 0.05）。这说明3种施肥模式均有利于降低田面水总氮浓度峰值，延缓施肥后田面水总氮浓度过快升高。不同缓控释肥处理之间，PU处理田面水总氮浓度明显低于LU处理。施肥后一周内，PU处理早、晚稻田面水总氮平均浓度比LU处理分别显著降低43.66%、36.77%（P < 0.05）。秸秆还田对控制田面水总氮浓度效果有限，R1处理较R0处理早、晚稻总氮浓度分别降低6.22%~ 16.23%、2.63%~11.05%，其中仅LU处理之间达到显著差异（P < 0.05）。
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图 3 不同处理总氮和NH4+-N浓度的季节性变化 Figure 3 Seasonal changes of total nitrogen and NH4+-N concentration under different treatments |
由图 3b可知，早、晚稻各处理田面水NH4+-N浓度变化与总氮一致，NH4+-N浓度峰值也分别发生在施肥后第2~4 d和第1 d，之后迅速下降，于5 d后分别降至平均峰值的43.68%和19.81%。施肥后一周，较CF处理，CU、PU和LU 3种施肥模式早、晚稻NH4+-N浓度峰值分别降低8.48%~12.04%、49.75%~67.74% 和22.93%~47.72%（P < 0.05）。不同秸秆利用方式之间，R1处理较R0处理早、晚稻仅分别降低6.33%、3.98%。试验结果表明，CU、PU和LU处理均能有效降低田面水NH4+-N浓度，其中PU处理效果最好；R1对控制田面水NH4+-N浓度作用很小，与R0相比，虽然降低了NH4+-N浓度，但均未达到显著差异。
2.1.3 硝态氮由于早、晚稻施肥后各处理田面水NO3--N浓度较低、波动较大且无明显峰值（数据未呈现），因此仅对处理间田面水NO3--N平均浓度进行比较（图 4）。结果表明，早、晚稻田面水NO3--N平均浓度均在1.00 mg·L-1以下，远低于其NH4+-N浓度，这是因为监测期稻田一直处于淹水、厌氧环境，田面水中主要以NH4+-N形态存在。施肥后，早、晚稻田面水NO3--N平均浓度均以CF处理最高，较其他处理分别显著高出28.10%~179.81%、28.85%~90.07%；其中与R0处理相比，R1处理早、晚稻田面水NO3--N平均浓度分别降低21.82% 和14.60%；PU比LU则分别降低了24.76% 和9.53%。这表明深施、秸秆还田和缓控释肥均能起到减少田面水NO3--N浓度的作用，且包膜尿素效果优于控释尿素。
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不同小写字母表示各处理间差异显著（P < 0.05） Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level 图 4 不同处理对NO3--N浓度的影响 Figure 4 Effects of different treatments on NO3--N concentration |
由于早、晚稻施肥后各处理田面水pH均无显著差异，因此仅对每日各处理田面水平均pH进行动态比较。从图 5可以看出，各施肥处理之间田面水pH差异较小，均表现为施肥后田面水pH迅速升高，随后早稻至施肥9 d（晚稻5 d）后pH趋于稳定。与田面水NH4+-N浓度变化趋势表现不同，监测期内早、晚稻田面水pH并未出现回落，早稻至施肥后25 d（晚稻15 d）田面水仍处于较高的pH水平，而早、晚稻田面水中的NH4+-N平均浓度已降至平均峰值的8.59%、10.67%。从整个试验监测期内可以发现，田面水pH变化幅度较小，早、晚稻田面水pH分别介于6.50~ 7.63和6.19~7.00。其中早稻田面水pH较晚稻更高且变化幅度更大，早稻田面水平均最大pH为7.60，晚稻为6.93，比施肥第1 d时分别提高了0.97和0.59。
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图 5 各施肥处理整体pH动态变化 Figure 5 Effects of different treatments on pH |
由图 6可知，早、晚稻各处理NH3挥发速率动态变化趋势与田面水总氮及NH4+-N浓度的动态变化趋势总体一致。早、晚稻各处理NH3挥发速率均分别在施肥后第2 d和第1 d达到峰值，为1.27~7.82 kg·hm-2和1.09~7.94 kg·hm-2。早稻NH3挥发速率于第3 d开始迅速下降，各处理平均降至平均峰值的48.4%，之后缓慢下降，而晚稻下降一直较缓慢，第2 d平均NH3挥发速率仍有平均峰值的88.0%，于第7 d才降至平均峰值的50.9%。最终早、晚稻各处理均于施肥后第15 d NH3挥发速率无明显差异，为0~0.55 kg·hm-2。CF处理NH3挥发速率峰值最高，早、晚稻分别为7.82 kg·hm-2和7.94 kg·hm-2，各施肥处理NH3挥发速率峰值顺序早、晚稻一致，均为CF > CUR0 > CUR1 > LUR0 > LUR1 > PUR0 > PUR1。不同施肥模式之间，CU、PU和LU处理较CF处理早、晚稻NH3挥发速率峰值分别降低18.44%~24.56%、83.50%~83.99% 和63.35%~51.72%（P < 0.05）。而不同秸秆利用之间，R1处理较R0处理早、晚稻则分别降低7.00% 和16.09%（P < 0.05），其中早、晚稻分别以LUR1和PUR1处理效果最佳，较LUR0和PUR0处理分别降低13.88%和25.00%。
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图 6 不同处理稻田NH3挥发速率的季节性变化 Figure 6 Seasonal changes in NH3 volatilization rate under different treatments |
由表 1可知，早、晚稻施肥后，CF处理NH3挥发损失总量（率）均最高，早稻为39.87 kg·hm-2（22.15%），晚稻为63.31 kg·hm-2（35.17%），远高于早稻。早、晚稻CUR0、CUR1、PUR0、PUR1、LUR0和LUR1处理NH3挥发量较CF处理分别显著降低13.16%~18.61%、18.53%~26.59%、76.50%~79.85%、78.95%~83.57%、47.99%~48.54% 和52.58%~52.31%。秸秆利用方式与施肥模式显著影响早、晚稻NH3挥发（表 1）。与R0处理相比，早、晚稻R1处理NH3挥发量显著降低了8.12%~9.57%（P < 0.05），其中早、晚稻CUR1、PUR1和LUR1处理较对应R0处理分别降低6.18%~9.80%、10.41%~18.49% 和8.82%~7.32%，早稻除PU处理外均达到显著差异水平，晚稻仅PU处理达到显著差异水平。与CU处理相比，早、晚稻PU和LU处理分别显著降低71.22%~78.27% 和35.77%~41.09%（P < 0.05），PU处理减排效果远优于LU处理。秸秆利用方式与施肥模式的交互作用显著影响早稻和早、晚稻总量NH3挥发，其中以PU和R1组合效果最优。
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表 1 不同秸秆利用方式与施肥模式下稻田NH3挥发损失总量之间的比较（kg·hm-2） Table 1 Changes in cumulative NH3 volatilization from paddy fields under different straw utilization and fertilization methods(kg·hm-2) |
早、晚稻各处理NH3挥发均集中于施肥前期，施肥后7 d内NH3挥发累积量分别为5.35~26.80 kg·hm-2和5.42~40.62 kg·hm-2，占NH3挥发总量的60.08%~ 67.24% 和52.08%~64.16%（图 7）。同时，统计早、晚稻NH3挥发总量可知，与CF处理的103.18 kg·hm-2相比，CUR0、CUR1、PUR0、PUR1、LUR0和LUR1处理NH3挥发量分别显著降低了15.27%、21.64%、78.55%、81.78%、48.33%和52.41%（P < 0.05）。与R0处理相比，R1处理NH3挥发总量显著降低8.67%（P < 0.05）。与CU处理相比，PU和LU处理分别显著降低了75.68% 和39.14%，其中PU处理减少NH3挥发排放效果显著优于LU处理，较LU处理显著降低了60.04%（P < 0.05）。
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图 7 不同处理下稻田施肥后7 d内NH3挥发累积量的变化 Figure 7 Changes in cumulative NH3 volatilization from paddy fields within 7 days after fertilization under different treatments |
如图 8所示，平均总氮、NH4+-N以及NO3--N含量与NH3挥发平均累积量均呈极显著正相关（P < 0.01），相关系数高达0.90左右，表明有较高的田面水总氮、NH4+-N和NO3--N含量的处理均很有可能具有较高的NH3挥发累积量。但比较早、晚稻各处理施肥后15 d内的NH3挥发日通量与对应田面水中氮素含量相关性（图 9）发现，早稻田面水中NH4+-N和NO3--N含量与NH3挥发日通量相关系数相对较低，仅NH4+-N达显著正相关（P < 0.05）。
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图 8 NH3挥发累积量与田面水总氮、NH4+-N和NO3--N的相关性分析（P < 0.01） Figure 8 Correlation analysis between the NH3 volatilization accumulation and total nitrogen, NH4+-N and NO3--N in field water (P < 0.01) |
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**代表在0.01水平上显著相关，*代表在0.05水平上显著相关 **indicates significant correlation at 0.01, *indicates significant correlation at 0.05 图 9 NH3挥发日通量与田面水总氮、NH4+-N、NO3--N和pH的相关性分析 Figure 9 Correlation analysis of total nitrogen, NH4+-N, NO3--N, pH and NH3 volatilization rate |
如图 9所示，早、晚稻季施肥后15 d内的田面水pH与对应NH3挥发日通量均呈显著负相关性。这是由于施肥后，早、晚稻田面水总氮和NH4+-N浓度均迅速增加，达到峰值后又迅速降低，稻田NH3挥发通量呈现出同样的动态规律，而田面水pH迅速上升后一直处于较高值并保持稳定，且监测期未产生回落。比较田面水中不同形态氮素之间的相关性发现，早、晚稻田面水中每日NH4+-N与总氮浓度呈现极显著正相关，说明施肥后田面水中总氮的主要形态是NH4+-N。而田面水中NO3--N含量表现不一致，早稻田面水中NO3--N含量与总氮和NH4+-N含量均为负相关，而晚稻均为极显著正相关。田面水中NH4+-N通过硝化作用转变为NO3--N，NO3--N为硝化作用的主要氮素产物，因此与NH4+-N呈现负相关性，而晚稻呈现极显著正相关，可能是由于晚稻前期的高温改变了土壤中氮素向水体的运输和水体中NH4+-N向NH3转变的复杂过程，或者解释为田面水NH4+-N浓度越高，硝化作用越强烈，因此相应转化为NO3--N的浓度也越高。
3 讨论 3.1 稻田NH3挥发的季节性差异NH3挥发受施氮方式、氮肥种类和土壤理化性状等多种因素影响[9, 28-29]。ZHONG等[30]、CAO等[20]和田昌等[7]的研究指出，氮肥深施、秸秆还田和缓控释肥可降低NH3挥发速率，同时推迟NH3挥发速率峰值的出现，从而降低NH3排放。本研究发现，早、晚稻不同处理之间NH3挥发速率差异较大，深施、秸秆还田和缓控释肥均可显著降低NH3挥发的产生，但NH3挥发速率峰值出现的时间与常规处理一致，与上述研究结果存在差异，可能是气温、风速及降雨等因素的干扰，导致其推迟NH3挥发峰值作用受限[7, 31]。从图 6可以看出，早、晚稻分别于4月29日、5月1日和8月4日、8月8日出现波动，再次出现峰值，其中晚稻较早稻更为明显。早稻峰值的出现主要是由于4月28日伴随强降雨气温骤减，抑制了NH3挥发的产生，而5月1日温度的迅速抬升，加剧了NH3挥发的产生。晚稻峰值的出现可能归结于田间灌溉，晚稻温度较高，蒸发量较大，试验期间8月4日和8月8日水层较浅，且均在NH3挥发监测完毕后给每个小区进行了灌水，较浅的水层可能提高了田面水NH4+的浓度，在高温下其迅速以NH3的形式挥发。相关研究表明，降雨和灌溉可通过下渗作用将氮素带入土壤深处，这不仅能加强土壤胶体对NH4+的吸附，还能增加田面水深度、土壤含水量，从而降低土壤溶液/田面水中NH4+浓度，同时较高的含水量造成土壤通透性和气体扩散性较差，阻碍土壤中NH3的扩散，进一步抑制了NH3的挥发[12, 32-34]。
通过比较水稻不同种植季节的NH3挥发损失占比可以发现，晚稻各处理平均NH3挥发损失占双季稻总量的63.54%，远高于早稻的36.46%（表 1），这主要是由于晚稻施肥期温度较高且降雨较少，有利于尿素水解，导致田面水NH4+浓度和pH上升较快，同时高温又进一步加剧NH3挥发[35-37]。NH3挥发消耗NH4+和OH-，使pH趋于下降，这也可以解释晚稻田面水NH4+和pH上升较快，回落也较快的原因。比较稻田NH3挥发产生的主要时期可以发现，早、晚稻各处理NH3挥发均集中于水稻生长前期，施肥后7 d内NH3挥发量占总量的64.52% 和61.79%（图 4）。这可能是由于施肥后一周水稻植株较小，吸收氮素能力有限[26-27]，同时稀疏的水稻冠层透光、透风的环境有利于NH3挥发[28-29]。
3.2 影响稻田氮素挥发损失的关键因子NH3挥发是稻田氮素损失的主要途径，约占施氮量的9%~40%[6, 38]。本研究发现，不同处理之间早、晚稻NH3挥发损失总量差异较大，氨挥发损失量占施肥量的6.26%~28.66%，其中常规施肥模式下早、晚稻NH3发量最大，分别为39.87和63.31 kg·hm-2，损失率分别为22.15%和35.17%，与朱坚等[35]和田昌等[7]的研究结果相近。较常规施肥，深施、秸秆还田和缓控释肥均显著降低了稻田NH3挥发（表 1）。究其原因均是从某些方面实现了氮素的缓释化，阻碍尿素水解、增强土壤对NH4+吸附或转变NH4+为其他形态氮素，降低了土壤溶液/田面水中NH4+浓度，从而减少了NH3的挥发。本试验表明无论在何种施肥模式下，双季稻田面水中平均总氮、NH4+-N以及NO3--N浓度均与NH3挥发累积量之间存在极显著正相关关系，与前人的研究结果相似[38-39]。此外，相关研究表明，尿素水解导致初期田面水pH迅速升高，NH3挥发和硝化作用使pH逐渐下降[12, 40]，氮肥深施和缓控释肥虽降低了氮肥水解速率，有效缓解了田面水pH的剧烈上升，但整体pH动态规律与常规尿素保持一致，呈现先增后降的趋势。与上述研究结果不同，本试验在监测期内，各施肥处理田面水pH上升后趋于稳定，并始终未出现回落，且各施肥管理措施与常规处理之间pH无显著差异。究其原因主要分为两个方面：一方面，本试验各处理均采用一次性基施的施肥方式，pH上升均较快，常规尿素处理虽水解较快，但NH3挥发剧烈消耗了大量OH-，因此各处理pH差异不显著，同时后期由于大量NH4+仍被土壤胶体所吸附，OH-保留在田面水中，因此使田面水pH持续上升[41]；另一方面，本试验监测期内观察到水层漂浮着大量藻类生物，田面水丰富的营养物质有利于藻类光合作用的进行，引起田面水pH持续上升，同时减少了各处理之间pH的差异[42-43]。总之，田面水pH受多种因素的综合影响，温度、降雨、灌溉以及土壤理化性状均可以改变田面水pH[44-45]。
研究表明，氮肥深施增加氮肥颗粒与土壤的接触，降低氮肥水解速率，使土壤吸附更多的NH4+[10, 46]，延长氮素有效期实现氮肥的缓释化，进而降低田面水中NH4+浓度和pH。本研究指出，深施一定程度降低了田面水NH4+浓度，早、晚稻NH3挥发损失率分别降低了18.61%和15.30%，对田面水pH的降低无明显作用，这与周平遥等[47]和ZHONG等[30]的研究结果相似，但与YAO[10]和PAN等[11]有减排效果的结果差异较大。其原因在于深施的方式及深度的不同，从而对土壤/ 田面水NH4+浓度及pH影响不同，施肥深度越深，NH3挥发控制效果越好，大颗粒球肥深施较条施效果更好，而机械侧深施可能又有所差异[46-47]。此外，深施还可以解决当前缓控释肥密度较低，表施易漂浮在水面产生富营养化的问题[16, 48]。研究发现，缓控释肥侧深施可显著降低稻田土壤NH3挥发，以树脂包膜一次性基施效果最佳，较常规化肥分次施肥处理可减排84.77%[16]。周丽平等[49]的研究发现，4种缓控释肥一次性基施与常规尿素相比第1年和第2年可分别减少21.7%~64.6% 和17.3%~57.2% 的NH3挥发，其中树脂包膜尿素与控释尿素之间差异不显著。本研究结果表明，早、晚稻整个生长季树脂包膜尿素减量和控释尿素减量处理较尿素处理的氨挥发损失量降低75.68%和39.14%，降幅显著，其中包膜尿素减排效果远优于控释尿素。通常NH3挥发损失量与施氮量呈显著指数相关性[4, 50]，但本试验缓控释肥仅减氮20% 却使NH3挥发受到大幅抑制，显然不仅是减肥措施造成的，其主要原因是两种缓控释肥的添加。包膜尿素表面的包膜材料可有效阻止土壤水分、脲酶与膜内尿素直接接触，延长尿素的水解速率，进而减少了参与NH3挥发的底物（尿素态氨）含量[39, 51-52]；控释尿素中的控释材料为复杂网状结构，可与土壤颗粒形成微团聚体，产生丰富的吸附位点，减缓氮素向土壤溶液的释放，从而抑制NH3的挥发[53-56]。本试验树脂包膜尿素和控释尿素田面水NH4+-N浓度差异较大，减排效果差异较大，与周丽平等[49]的研究结果不同。分析其原因可能与不同地区的气候、降雨、施肥量及施肥方法不同有关，研究认为缓控释肥的缓释效果极易受土壤水分和温度的影响[16, 57-58]。
当前，秸秆施用对稻田NH3挥发的影响存在较大差异，有的结果甚至截然相反。有研究表明秸秆还田可以提高有机质含量和阳离子交换量，增加土壤胶体对NH4+的吸附[19-20]。同时，秸秆通过调节土壤碳氮比，促进水稻生长和微生物活性，进而有利于硝化作用和有机氮固持的发生[19-21]，减少土壤NH4+浓度，抑制NH3的挥发。但也有研究认为，秸秆降解过程中产生的有机基团会中和酸根离子，提高土壤/田面水pH[22-23]，同时微生物活性的提高可能会迅速加快氮肥水解，大幅提高田面水NH4+浓度和pH，从而促进NH3的挥发[24-25]。本研究结果表明，秸秆还田在一定程度上降低田面水NH4+-N浓度，减少7.52%~15.07% 的NH3挥发，对田面水pH则无明显影响，与前人研究结果相似[20]。总之，秸秆具有改善土壤氮素供给和水稻养分需求关系的作用，是氮素缓释化的一种体现，不同研究结果造成的差异可能与气候、降雨、施肥方法和秸秆自身性质及还田方式的不同有关，而其关键可能在于是否增加了田面水pH[19, 23, 26]。此外，本研究秸秆利用方式与施肥模式对早稻NH3挥发有显著的互作效应（表 1），而对晚稻无显著的互作效应。研究认为，微生物在秸秆腐解的过程中起主导作用[59]。早稻土壤温度较为适宜，蒸发量较低，降水量较大，导致土壤含水量较高，有利于微生物对秸秆的腐解，从而促进秸秆调节土壤氮素供给和水稻养分需求关系[60]。晚稻前期温度较高，降雨较少，NH3挥发量大，水稻与微生物氮素竞争较为激烈，微生物的活力受到水分和氮素的限制，秸秆腐解较慢，减弱了秸秆还田对NH3挥发的控制效果，从而导致了晚稻秸秆还田与施肥模式互作效应降低[59, 61]。总之，本研究结果表明，秸秆利用方式与施肥模式对早、晚稻NH3挥发总量有显著的互作效应，说明合理的秸秆利用方式与施肥模式配合使用对于降低NH3挥发有一定效果，其中秸秆与包膜尿素或控释尿素减量深施是一个有效降低NH3挥发的施肥管理措施，均显著降低了早、晚稻田的NH3挥发损失。
4 结论在南方双季稻种植模式下，深施和秸秆利用方式显著影响NH3挥发，但对田面水氮素浓度影响较小。与常规尿素撒施处理相比，尿素深施NH3挥发显著降低了15.3%；与秸秆移除处理相比，秸秆还田处理NH3挥发显著降低了8.67%。施肥模式显著影响NH3挥发和田面水氮素浓度，两种缓控释肥减量深施处理均具有相对较低的NH3挥发和氮素浓度水平，其中包膜尿素效果远优于控释尿素。秸秆利用方式与施肥管理交互作用显著，秸秆还田可以提高包膜尿素的减排能力。与秸秆移除+包膜尿素减量深施处理相比，添加秸秆可相应减少15.07%的NH3挥发损失。本研究结果表明，减量深施+包膜尿素与秸秆配施是一项有效降低NH3挥发、缓解水质富营养化威胁的可持续发展农业措施，但未能有效控制田面水pH迅速上升的原因仍有待进一步研究。
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