一种减少农田氮肥用量和氨挥发损失的方法
技术领域
本发明属于作物施肥技术领域，具体地说，涉及一种减少农田氮肥用量和氨挥发损失的方法。
背景技术
目前我国农田施用的氮肥大多是尿素，尿素在农田易分解为铵态氮，从而可以通过氨挥发和硝化反硝化而损失。为保证作物产量，农业生产中，氮肥常常过量施用，未能被作物吸收的氮素会通过氨挥发向环境损失，从而导致大气气溶胶污染和大气氮沉降增加等一系列负面的环境效应。减少氮肥用量、提高氮肥利用率，将可在保持作物产量的基础上，减少稻田氨挥发损失。目前农田减少氮肥用量和氨挥发损失的方法主要是施用包膜控释肥法和氮肥深施法。施用包膜控释肥法主要是采用硫包衣(肥包肥)、树脂包衣、高分子材料包衣等包膜技术来控制氮素养分的释放，达到减肥、高效和环保等目的。该方法先通过包膜技术对尿素进行包膜制成控释肥，控释肥的施用量可根据包膜的性质实现氮肥减量10％～30％，之后可同常规氮肥一样，直接施用于农田，在保证产量的基础上可减少氨挥发达20％～30％。但这种方法也存在价格过高、肥效不够稳定等缺点，如控释氮肥的价格常常是普通尿素的3～4倍，包衣在农田分解过快从而达不到肥料控释和减少氨挥发的效果，而包衣分解过慢则可能导致肥效供应过慢而不能满足作物需求而使作物减产。
化肥深施则主要是通过人工或施肥机械将氮肥深施于作物侧方土表以下5～10cm，由于氮肥的分解变慢、氨挥发受到土层阻隔、土壤胶体对尿素分解产生的铵离子(NH4+)的吸附增强，从而可以减少氮肥损失，从而减少氮肥用量及氨挥发损失。这种方法通过可以减少氮肥用量10％～30％，减少氨挥发损失30％～50％。但这种方法也存在施肥前需要对氮肥进行造粒以方便施用，且采用人工施用会大幅增加工作量，而采用机械施用则需要专门的施肥机械，从而导致施肥成本增加。
发明内容
有鉴于此，本发明针对提供了一种减少农田氮肥用量和氨挥发损失的方法，本方法成本低廉、操作简便。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种减少农田氮肥用量和氨挥发损失的方法，包括以下步骤：
步骤1、确定脲酶抑制剂与氮肥配比：选择脲酶抑制剂和氮肥，设置脲酶抑制剂和氮肥中纯氮的质量比设置为多个梯度；取当地典型农田土壤，过筛后充分混匀，分为大于多个梯度数量的多份试验土，所述典型农田土壤为水田土壤时淹水5cm、所述典型农田土壤为旱地土壤时保持持水量为60％，并维持一星期；称取与试验土份数相同的氮肥，每份氮肥只对应多个梯度中的一个，并按对应梯度比例将脲酶抑制剂溶液均匀喷于氮肥表层后晾干；之后，将含脲酶抑制剂的氮肥一一对应的均匀混入试验土中；在施肥后的10天内，对于水田土壤取上覆水测定铵氮浓度，对于旱地土壤取土样并加去离子水搅拌后，过滤测定滤液铵氮浓度；综合预设时间的记录，以上覆水或者土壤滤液中铵氮浓度最低者处理的脲酶抑制剂与氮肥的比例作为脲酶抑制剂与氮肥的合理配比；
步骤2、确定氮肥的减量比例和氮肥追肥施用时间：作物产量低于当地作物平均产量的低肥力农田的减量比例控制在当地常规用量的20％，作物产量与当地作物平均产量持平的中肥力农田的减量比例控制在当地常规用量的25％，作物产量高于当地作物平均产量的高肥力农田的减量比例控制在当地常规用量的30％；在作物由营养生长转为生殖生长期追肥一次；
步骤3、结合氮肥与脲酶抑制剂混合氮肥进行农田施用：根据农田面积以及步骤2中确定的氮肥的减量比例确定好农田氮肥总用量及基肥和追肥用量，在施肥前称好氮肥用量，将氮肥摊成薄层，根据步骤1中确定的脲酶抑制剂与氮肥的配比将脲酶抑制剂均匀喷晒在尿素表面，并搅拌均匀后，晾干待用；氮肥基肥在农田匀地后施用，水田施基肥时保持没有水层，氮肥撒施于土表，施肥后再耙平一次，使氮肥混入土层；旱地基肥开采用表施后耙平，或者条施或穴施后覆土；水田施基肥后灌水保持约5cm水层，旱地施基肥后灌水一次；水田和旱地追肥均采用撒施，水田施追肥后灌水保持8cm水层，旱地施追肥后灌水一次。
可选地，所述脲酶抑制剂为N－丁基硫代磷酰三胺，所述氮肥为尿素。
可选地，步骤1中，所述试验土的份数为所述多份梯度数量的整数倍。
可选地，步骤1中，每个梯度比例的脲酶抑制剂溶液喷洒的氮肥份数相同。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
1)可减少中高产田氮肥用量20％以上。本专利通过在尿素表面喷洒脲酶抑制剂，可有效减少氮肥的氨挥发和随后的硝化反硝化损失，提高氮肥利用效率，从而来实现氮肥减量。
2)可减少农田氨挥发30％以上。在尿素上面喷洒脲酶抑制剂后，可抑制尿素水解，缓慢释放铵根离子，从而减少尿素的氨挥发损失。
3)减少农业生产成本、有效减少农田氨挥发产生的空气污染。氮肥减量20％以上，可以有效减少农业生产成本。农田氨挥发减少后，大气氨浓度下降，将有助于减少大气中硝酸铵、硫酸铵等二次气溶胶颗粒物的形成，减少大气气溶胶污染，以及气态氨和颗粒态铵根离子的干湿沉降。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明早晚稻季常规(CON)和减氮处理(RN+UI)氨挥发排放动态；其中，a和c为早稻；b和d为晚稻。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
一种减少农田氮肥用量和氨挥发损失的方法，包括以下步骤：
步骤1、确定合适的脲酶抑制剂与氮肥配比：选用N－丁基硫代磷酰三胺(NBPT)作为脲酶抑制剂，选用尿素作为氮肥，设置脲酶抑制剂和尿素(以纯氮计)的质量比设置为0、0.5％、1.0％、1.5％和2.0％五个梯度，取当地典型农田土壤约150kg(以干土计)，过2mm筛，并充分混匀，向直径10cm、高20cm塑料小桶内加入农田土壤10kg，共15个小桶，对于水田土壤需要淹水5cm、对于旱地土壤需要保持田间持水量为60％，并维持一星期。称取15份含氮量为1g的尿素，并按0、0.5％、1.0％、1.5％和2.0％的比例将NBPT溶液均匀喷于尿素表层，并晾干。之后，将含NBPT的尿素均匀混入5cm土层。在施肥后的10天内，对于水田土壤取上覆水测定铵氮浓度，对于旱地土壤取50g土样并加去离子水200mL搅拌5分钟后，过滤测定滤液铵氮浓度。综合10天的结果，以上覆水或者土壤滤液中铵氮浓度最低者处理的脲酶抑制剂与氮肥的比例，即1.0％作为脲酶抑制剂与氮肥的合理配比。
步骤2、制订氮肥的减量比例和氮肥追肥施用时间：氮肥的减量比例可根据农田土壤肥力来确定，低肥力农田(作物产量低于当地作物平均产量)的减量比例控制在当地常规用量(如双季稻田氮肥用量早稻季为150kg N hm-2、晚稻季为180kg N hm-2)的20％，中肥力农田(作物产量与当地作物平均产量持平)的减量比例控制在当地常规用量的25％高肥力农田(作物产量高于当地作物平均产量)的减量比例控制在当地常规用量的30％。氮肥分基肥和追肥施用比例可根据当地作物生长期养分需求规律(如双季稻田通常采用的氮肥基肥和追肥比例为3：1)来设置，但追肥与基肥的施肥间隔时间可适当延长，可在作物由营养生长转为生殖生长期追肥一次，保证后期不脱氮；
步骤3、结合尿素与脲酶抑制剂混合氮肥进行农田施用：根据农田面积、当地常规氮肥用量、减氮比例(低产田减氮20％、中产田减氮25％、高产田减氮30％)确定好农田氮肥总用量，及根据氮肥基肥和追肥比例确定基肥和追肥用量，在施肥前称好尿素用量，将尿素摊成薄层，根据脲酶抑制剂与氮肥的配比将NBPT均匀喷晒在尿素表面，并搅拌均匀后，晾干待用。氮肥基肥在农田匀地后施用，水田施基肥时保持没有水层，氮肥撒施于土表，施肥后再耙平一次，使氮肥混入土层。旱地基肥开采用表施后耙平，或者条施或穴施后覆土。水田施基肥后灌水保持约5cm水层，旱地施基肥后灌水一次。水田和旱地追肥均可采用撒施，水田施追肥后灌水保持约8cm水层，旱地施追肥后灌水一次。
在双季稻田开展的试验结果表明，减氮配合脲酶抑制剂处理(氮肥总用量减少30％+1.0％脲酶抑制剂)相比于常规处理(早晚稻季氮肥用量分别为150kg N hm-2和180kgN hm-2)在早晚稻季分别减少氨挥发达58％和75％，水稻产量两个处理间没有显著差别。由于氮肥配合1％脲酶抑制剂一同使用，有效抑制了尿素的水解，田面水NH4+-N浓度较常规处理显著降低。采用本方法后由于尿素水解变慢，氮肥通过硝化-反硝化途径的损失也减少，土壤中的氮素能维持较高水平，满足水稻生产需要，从而使得水稻产量与常规处理没有显著差别。
按两季水稻节氮99kg N hm-2计，可以节省尿素投入215kg hm-2；按尿素市场价约1.8元kg-1计，每公顷可节约氮肥成本387元。而脲酶抑制剂的成本氨120元kg-1，每公顷的投入成本是277元，则施用脲酶抑制剂后每公顷化肥总成本可节省110元。常规处理早晚稻季氨挥发总量分别为31.4kgN hm-2和48.0kg N hm-2，减氮配合脲酶抑制剂处理氨挥发总量分别为13.1kg N hm-2和12.1kg N hm-2，两季水稻减少氨排放量达54.2kg N hm-2，将可有效减少水稻种植区大气氨浓度，改善空气质量。
本方法的关键试剂为N－丁基硫代磷酰三胺(NBPT)，因为其是一种高效的脲酶抑制剂，可以有效减少尿素的氨挥发损失，提高氮肥利用率，从而可以减少氮肥用量。本方法关键参数包括脲酶抑制剂与氮肥(以纯氮计)的质量比，减氮的比例，以及氮肥的基追肥比例。对于脲酶抑制剂与氮肥的质量比建议控制在1％～2％之间，比例过低将无法有效抑制氨挥发，比例过高将增加施肥成本且可能对土壤微生物造成影响。对于减氮比例建议根据土壤肥力水平控制在20％～30％之间，比例过低体现不出采用本方法的效益，农民或者生产者采用该方法的积极性降低，而比例过高的话则可能导致氮素供应不足，水稻减产。氮肥的基追肥比例建议控制在3:1～4:1，比例过低可能导致后期水稻贪青晚熟，产量下降，比例过高则可能导致水稻后期缺氮，也将导致产量下降。
下面结合具体的实验数据来说明本发明的技术效果：
地点：湖南省长沙县金井镇稻田，土壤肥力中等
施氮量：常规处理(尿素)施氮量早稻150kgN hm-2、晚稻180kgN hm-2,减氮处理(尿素+1％NBPT)施氮量早稻为105kgN hm-2、晚稻126kgN hm-2
小区面积：3m×9m，设置三次重复
时间：2019年5月-10月
氨挥发测定：采用间歇式抽气法测定，采样频率为施肥后14内每天一次，其他时间每星期2次。抽气时段为上午9：00-11：00，下午15：00-17：00。
水稻产量测定：每个小区全部收获测产
,结果见图1和表1，通过将尿素与1％的脲酶抑制剂NBPT结合，实现在早、晚稻季减氮30％处理下，氨挥发损失较常规处理减少50％，水稻籽粒产量没有显著下降。
表1早晚稻季常规和减氮处理水稻产量及氨挥发累积排放量
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。
