全 文 ：几种控释氮肥减少氨挥发的效果及影响因素研究 3
孙克君　毛小云　卢其明　贾爱萍　廖宗文3 3
(华南农业大学资源环境学院 ,广州 510640)
【摘要】　采用“静态吸收法”和“土柱淋溶法”、室内模拟试验 ,研究几种控释氮肥施入土壤后的氨挥发损失
情况、N 溶出速率、土壤脲酶活性及 p H 值变化的关系. 结果表明 ,施氮 450 mg·kg - 1土时 ,3 种控释氮肥氨
挥发损失氮总量分别比普通尿素减少 4917 %、2810 %和 7112 % ;施氮 600 mg·kg - 1土时 ,3 种控释氮肥氨
挥发损失氮总量分别比普通尿素减少 3416 %、1213 %和 6919 %. 控释氮肥能显著降低土壤氨挥发量 ,减少
因施肥而引起的大气环境污染. 控释氮肥氨挥发量与不同氮肥引起的土壤脲酶活性、p H 值、土壤中氮溶出
速率密切相关. 土壤的氨挥发总量与肥料在土壤中溶出总量的相关系数达到 019533 ,在肥料施入的前期
土壤氨挥发量同土壤脲酶活性、p H 值的相关系数达到 019533 和 019908.
关键词 　控释氮肥 　氨挥发 　脲酶活性 　p H 值 　溶出率
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 12 - 2347 - 04 　中图分类号 　S14311 ;X501 　文献标识码 　A
Mitigation effect of several controlled2release N fertilizers on ammonia volatilization and related affecting fac2
tors. SUN Kejun ,MAO Xiaoyun ,LU Qiming ,J IA Aiping ,L IAO Zongwen ( College of Resources and Envi ron2
ment , South China A gricultural U niversity , Guangz hou 510640 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . , 2004 , 15
(12) :2347～2350.
By using static absorption and soil column leaching methods ,this paper studied the behaviors of several controlled2
release N fertilizers in soil under laboratory conditions. The results showed that under the application rate of 450
mg·kg - 1 ,total ammonia volatilization from three controlled2release fertilizers decreased by 4917 % ,2810 % and
7112 % ,respectively ,in comparing with common urea. When the application rate was 600 mg·kg - 1 ,total ammo2
nia volatilization decreased by 3416 % ,1213 % ,6919 % ,respectively. Controlled2release fertilizers could markedly
reduce total ammonia volatilization from soil and decrease environment pollution via fertilization. The results also
indicated that total ammonia volatilization correlated significantly with soil urease activity ,p H value and N leach2
ing rate. The correlation coefficient between total ammonia volatilization and accumulated N leaching rate was
019533 ,and that between total ammonia volatilization and soil urease activity and p H value was 019533 and
019908 ,respectively.
Key words 　Controlled2release N fertilizer , Ammonia volatilization , Urease activity , p H value ,Leaching rate.3国家“863”计划项目 ( 2001AA246023) 、广东省农业政策项目
(A20405)和广州市重点科技攻关资助项目 (2001Z02402) .3 3 通讯联系人.
2003 - 12 - 01 收稿 ,2004 - 03 - 15 接受.
1 　引 　　言
尿素是目前中国农业生产中施用量最大的氮肥
品种 ,但其作物的当季利用率仅为 28 %～41 % ,平
均为 3317 %[4 ] . 研究表明 ,氨挥发是尿素施入农田
后的主要损失途径之一[3 ,19 ] . 在石灰性[3 ] 、中性或
微酸性土壤中都有明显的氨挥发[2 ] ,其损失量占施
氮量的 0141 %～40 %[13 ,17 ] ,造成了巨大的经济损
失和严重的生态环境污染. 通过施肥方式、添加化学
物质 (脲酶抑制剂、表面分子膜和杀藻剂等) 降低氨
挥发的研究已有不少报道[20 ] ,但是通过改变肥料性
能降低氨挥发的研究鲜见报道. 本研究采用室内模
拟试验 ,研究了几种控释氮肥在土壤中氨挥发损失
情况和 N 溶出速率以及对土壤脲酶活性、p H 值的
变化的影响 ,探讨了其与氨挥发损失量之间的关系 ,
以及减少氨挥发的机理 ,为进一步改善控释氮肥的
性能、减少氨挥发、提高氮肥利用率提供科学依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料
21111 供试肥料 　大颗粒尿素 (Ur ,山西产) ,含 N 4610 % ;塑
料包膜尿素 (BJ U ,广东新会产) ,含 N 量为 4210 % ;控释氮
肥 (MFU、YGU)由华南农业大学新肥料资源研究室研制 ,含
N 量分别为 2916 %和 2916 % ,MFU 的包膜材料为碱性矿物
材料包膜 (p H = 8113) , YGU 为疏水性油脂类物质包膜.
21112 供试土壤 　1) 氨挥发模拟试验取自华南农业大学农
场菜地 ,p H 5192 ,有机质 3713 g·kg - 1 ,全量 N、P2O5 、K2O 分
别为 0119、2130 和 27110 g·kg - 1 ,有效 N、有效 P、有效 K分
别为 100136、66118 和 107144 mg·kg - 1 ;2) 淋溶特性测试采
自广州市五山花岗岩发育的旱地赤红壤 ,土壤 p H 5125 ,有
机质 3318 g·kg - 1 ,全量 N、P2O5 、K2O 分别为 0118、0157 和
2144 g·kg - 1 ,有效 N、有效 P、有效 K分别为 116105、5156 和
应 用 生 态 学 报 　2004 年 12 月 　第 15 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2004 ,15 (12)∶2347～2350
59155 mg·kg - 1 .
212 　研究方法
21211 氨挥发量测定 　采用“静态吸收法”[7 ] ,试验装置如图
1.每种肥料氮肥用量设 450 和 600 mg·kg - 1土 ,共 9 个处理
(施 N450 mg·kg - 1土水平每处理 3 次重复 ,施 N600 mg·
kg - 1土水平每处理 6 次重复) ,3 次重复测定氨挥发量 ,另 3
次重复取土测定其 p H 和土壤脲酶. 每个大口瓶中装过 2
mm 筛风干土 500 g ,其中先称 250 g 土放入瓶中 ,加入 70 ml
水 ;肥料同 250 g 土壤混匀后再放入瓶中 ,后加入 60 ml 水 ,
使土壤含水量达 25 % ,连续密闭室温培养. 大口瓶内放称量
瓶 ,称量瓶内装 2 %的硼酸指示剂溶液 10 ml 吸收挥发的氨.
实验于 9 月 4 日开始 ,分别于试验的第 2 天、第 3 天、第 4
天、第 5 天、第 6 天、第 10 天、第 14 天、第 18 天、第 25 天、第
32 和第 39 天取出称量瓶用 011 N 硫酸滴定氨吸收量 ,然后
更换新的硼酸吸收液. 对氮肥用量为 600 mg·kg - 1土的处理
于实验的第 3 天、第 10 天、第 18 天和第 32 天从每处理的 3
个重复广口瓶中分别取出 15 g 土 ,测定其 p H 值、土壤脲酶.
土壤 p H 值采用电位法 ,土壤脲酶测定方法采用苯酚2次氯酸
钠比色法[5 ] .
图 1 　氨挥发装置示意图
Fig. 1 Schematic plan of NH3 volatilizing.
21212 淋溶特性测试 　采用土柱淋溶法 [10 ] ,在事先用 200 目
滤布封底口 ,并在滤布上垫有少量砂子 (25 g) 的塑料管中
(直径 5 cm、高 30 cm)中模拟耕层按 113 g·cm - 3容重先装入
250 g(约 10 cm 高)土壤 (风干、过 2 mm 筛) ,再在其上按同
样紧实度装入 250 g 土壤混合的土肥混合物 (600 mg·kg - 1
土) ,土柱上面再以少量砂子 (25 g) 覆盖以防加水时扰乱土
层.以不加肥料的土柱作物对照 ,每个处理 3 次重复. 第一次
先加入 150 ml 水使土壤水分接近饱和 ,培养 1 d 后再以 150
ml 水一次加入淋溶土柱 ,收集 48 h 内淋溶液 ;淋溶结束后以
刺有小孔的塑料薄膜封闭塑料管上口 ,室温下培养 3 d 后 ,
用 150 ml 水进行第 2 次淋溶 ,以后各次按同样操作进行 ,在
培养第 2 天、第 5 天、第 10 天、第 17 天、第 26 天和第 37 天
时进行淋溶 ;淋溶后收集淋溶液并分析各次淋溶全氮含量.
全氮测定方法采用过硫酸钾氧化2紫外分光光度法 [1 ] .
数据均采用 SAS810 软件分析.
3 　结果与分析
311 　控释氮肥与普通尿素氨挥发比较
表 1 结果表明 ,不同施肥水平下 ,氨挥发损失量
占施氮量的百分数随施肥水平的增加都呈增加趋
势. Ur、BJ U、MFU、YGU 在氮肥用量 600 mg·kg - 1
土时 ,其氨挥发损失总量比 450 mg·kg - 1土时增加
3137、3104、3182 和 1109 mg. YGU 两个水平的氨挥
发占施氮量百分数均很低 ,差异不显著 ,其它肥料的
两个施肥水平之间差异都达到了显著水平. 这主要
是由于 YGU 控释氮肥的包膜材料具有疏水性 ,可
有效地阻碍膜内尿素溶出过程所需水分的运移补
充 ,在高施氮条件下仍具有很强控释效果.
表 1 　不同施肥水平条件下氨挥发损失的氮量 3
Table 1 Volatilization of ammonia in different applied N( mg·pot - 1)
培养天数
Incubation days
处 　理 Treatment
Ur1 BJU1 MFU1 YGU1 Ur2 BJU2 MFU2 YGU2
2 0158 tr 0109 tr 0166 0102 0120 tr
3 0187 0105 0139 tr 1120 0107 1107 tr
4 0154 0107 0126 tr 0187 0112 0169 tr
5 0143 0106 0117 tr 0159 0110 0164 tr
6 0136 0103 0115 tr 0125 0106 0138 tr
10 0125 0125 0116 0109 0134 0160 0139 0124
14 0123 0123 0134 0127 0131 0170 0120 0128
18 0120 0119 0125 0124 0128 0167 0117 0125
25 0169 0156 0180 0119 1136 1110 1125 0160
32 0175 0166 0177 0135 1174 1126 1154 0164
39 0162 0169 0161 0145 1129 1112 1128 0168
累积总量 Total (mg) 5153 2178 3198 1159 8190 5182 7180 2168
较 Ur 减少 ( %)
Reduced NH3 than Ur - 4917 2810 7112 - 3416 1213 6919
占施氮量 ( %)
Accounted for applied N 2146c 1124f 1177e 0171g 2197a 1194c 2160b 0189g3 数据为平均值 ,数据后相同字母者表示在 0105 水平差异不显著 (DMRT 法) Mean values
within a column followed by the same letters are not significantly different ( P = 0105) . tr :氨挥发
量太低无法滴定 No titration because lower volatilization of ammonia.
　　两个施肥水平下 Ur 氨挥发最快 ,在试验的第 3
天日氨挥发量达到高峰 ;控释氮肥 MFU 在第 3 天
也达到高峰 ,但是比 Ur 低 ;BJ U 在第 4 天达到高
峰 ; YGU 在第 10 天才开始有氨挥发损失 ,且氨挥发
量一直处于相对平稳的低水平.
在两个施肥水平下 ,控释氮肥的氨挥发损失量
占施氮量的百分数都显著低于普通尿素. 施 N450
mg·kg - 1土水平 ,氨挥发损失 N 的总量为 :Ur1 5153
mg、BJ U1 2178 mg、MFU1 3198 mg、YGU1 1159 mg ,
3 种控释氮肥分别比普通尿素减少 4917 %、2810 %
和 7112 % ;施氮 600 mg·kg - 1土水平 ,氨挥发损失 N
的总量为 :Ur2 8190 mg、BJ U2 5182 mg、MFU2 7180
mg、YGU2 2168 mg ,3 种控释氮肥分别比普通尿素
减少 3416 %、1213 %和 6919 %. 施肥水平的提高 ,控
释氮肥的氨挥发损失总量增加的幅度高于普通尿
素. 3 种控释氮肥中 , YGU 的氨挥发量最小 ,且变幅
不大 ;MFU 的氨挥发量最大 ,起伏较大 ;BJ U 居中.
这主要由于 MFU 的控释材料 (p H = 8113) 呈碱性 ,
致使土壤的 p H 升高.
312 　土壤脲酶活性与氨挥发的关系
由图 2 可知 ,控释氮肥施入土壤后的第 3 天 ,
8432 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
BJ U2 、MFU2 、YGU2 比 Ur2 的脲酶活性分别降低了
2913 %、8189 %和 4913 % ;第 10 天 ,BJ U2 、MFU2 、
YGU2 比 Ur2 的脲酶活性降低 1116 %、916 %和
2513 % ;第 18 天 ,BJ U2 、YGU2 比普通尿素的脲酶活
性高 ,MFU2 仍比 Ur2 低 ;第 32 天 ,控释氮肥的脲酶
活性与 Ur2 相近. 从整个培养期的变化来看 ,MFU2
与 Ur2 第 3 天至第 18 天急剧下降 ,后又呈一定的上
升趋势. BJ U2 的脲酶活性第 3 天至第 18 天呈上升
趋势 ,后开始下降. YGU2 的脲酶活性在整个培养期
间呈上升趋势.
图 2 　土壤脲酶活性和 p H 的变化
Fig. 2 Change of soil urease activity and p H .
1) Ur2 ;2) BJ U2 ;3) MFU2 ;4) YGU2. 下同 The same below.
　　脲酶是土壤中的主要酶类之一 ,对尿素在土壤
中的转化和肥效的发挥起着关键作用. 脲酶活性强
弱直接影响土壤氨挥发损失[11 ] . 各处理的氨挥发量
同脲酶活性的相关系数在第 3 天、第 10 天、第 18 天
和第 32 天 分 别 为 019533、011880、012635 和
012052 ,表明在施肥前期氨挥发量同脲酶活性呈显
著正相关. 随着培养时间的延长 ,土壤环境 (微生物、
p H 等)发生变化 ,脲酶活性是土壤的氨挥发量的一
个影响因素 ,但不具有明显的相关性.
313 　尿素态氮水解后土壤 p H 与氨挥发的关系
研究表明 ,尿素撒施于水田表面使稻田水的 p H
提高 ,有时可达 9～10 [14 ] ,本研究结果与此相符. 由
图 2 可见 ,Ur2 、MFU2 在第 3 天土壤 p H 达到最高
值 ,分别为 8138 和 8136 ,其后呈下降趋势. MFU2
比 Ur2 平缓 ,且在第 3 天后 ,p H 都高于 Ur1 这主要
由于 MFU2 包膜材料呈碱性 ;BJ U2 的 p H 值在第 3
天至第 18 天花板变幅不大 ,从第 18 天至第 32 天下
降幅度较大 ; YGU2 的 p H 值在培养期间一直都在
6140～6180 ,呈交替起伏趋势. 这是因为控释氮肥的
包膜材料有效地阻隔了膜内尿素溶出过程所必需的
水分的运移补充 ,故土壤 p H 没有明显升高.
尿素态氮水解产生的氨引起土壤 p H 的升高 ,
而土壤 p H 又是氨挥发速率的主要决定因素之
一[6 ,8 ,15 ] . 随 p H 升高 ,铵态氮的比例升高 ,氨挥发的
潜力增大[8 ] . 各处理的氨挥发量同土壤 p H 的相关
系数在第 3 天、第 10 天、第 18 天和第 32 天分别为
019908、010123、010552 和 - 012163. 这表明在第 3
天 ,土壤的氨挥发量同 p H 呈显著正相关 ,随着土壤
N 形态的转化 ,引起土壤 p H 下降 ,p H 对氨挥发量
的影响下降 ,在培养的第 32 天 ,其 p H 都低于 7100 ,
对氨挥发量的影响呈负相关.
314 　控释氮肥和普通尿素在土壤中 N 溶出特性与
氨挥发的关系
由图 3 可见 , 培养期内 Ur2 、BJ U2 、MFU2 、
YGU2 的 N 溶出率峰值分别出现在第 2 天、第 17
天、第 2 天和第 37 天. Ur2 的 N 溶出率变化曲线前
期急剧下降 ,后期变化较平缓. MFU2 的 N 溶出率
曲线同 Ur 相似 ,但 N 溶出率在第 2 天到第 5 天的
降幅较缓和 ,在第 5 天至第 37 天略高. BJ U2 的 N 溶
出率在第 2 天至第 5 天明显低于 Ur2 和 MFU2 ,除
第 17 天出现一个高峰外 ,大致处于低水平状态 ,表
明其控释效果很好 ,Ur2 第 2 天的 N 溶出率是 BJ U2
的 6161 倍. BJ U2 在培养期内总 N 累积溶出率比
Ur2 累积溶出率降低 44161 %. YGU2 的 N 溶出率
在第 2 天至第 5 天非常低 , 分别为 1120 % 和
0146 % ,第 5 天至第 37 天呈平缓的上升趋势 ,但升
幅很小 ,表明其控释能力很强. YGU2 在第 26 天至
第 37 天的 N 溶出率高于 Ur2 ,在培养期内 N 累积
溶出率比 Ur 低 62151 %.
图 3 　控释氮肥和普通尿素在土壤中 N 淋出率
Fig. 3 N leaching rate of controlled2release fertilizers and common urea in
soil.
　　土壤脲酶大部分是以吸附态固定在土壤有机无
机复合体上[16 ] ,作为底物的尿素只有吸附到土壤颗
粒上并和活性部位结合才能完成整个酶促反应[6 ] .
土壤的氨挥发总量同控释氮肥和普通尿素在土壤中
累积溶出量达到显著正相关 ,相关系数为 019533.
Ur2 、MFU2 的养分第 2 天至第 5 天释放快 ,下降急
剧 ;此时日氨挥发量高 ,下降急剧 ,后期养分释放量
943212 期 　　　　　　　　　　　孙克君等 :几种控释氮肥减少氨挥发的效果及影响因素研究 　　　　　　　　　　　
降低、较平缓 ,其日氨挥发量也随之降低. BJ U2 的 N
溶出率同其日氨挥发量的变化趋势类似. YGU2 的
N 溶出率前期较低 ,所释放的 N 水解生成的铵被土
壤吸附 ,但前期氮释放量很低 ,难以测出. 随溶出率
的增加和土壤吸附铵逐渐达到饱和 ,第 10 天才检测
到挥发的氨. 控释氮肥和普通尿素在土壤中的溶出
率反映了吸附到土壤颗粒上并和活性部位结合的参
与氨挥发的底物尿素态氮 ,因而直接影响了土壤氨
挥发.
4 　讨 　　论
　　氨挥发是农田氮肥损失的一个主要方面 ,也是
一个大气环境问题[12 ] . N H3 不仅以干湿沉降返回地
表[15 ] ,作为 N2O 和 NO 的二次源 ,在对流层中 N H3
通过光化学反应可产生 NO、NO2 和相当数量的
N2O [18 ] ,引起严重的生态环境污染. 本研究结果表
明 ,控释氮肥比普通尿素的氨挥发损失量显著降低 ,
可减少因施肥造成的生态环境污染. 据报道 ,表面分
子膜处理比无膜处理减少氨挥发 3010 %[5 ] ,而控释
氮肥 BJ U、YGU 无需用特殊措施 ,可比普通尿素减
少氨挥发达 30 %以上 ,甚至 60 % ,同时可减少淋溶
而获得较高作物产量. 控释氮肥这种减少氨挥发的
特性在大棚条件下更具有突出的优点. 一般氮肥氨
挥发高 ,对作物有害 ,而控释氮肥则可大大减轻此
害[9 ] .因此 ,控释氮肥用于大棚作物 ,将具有其他肥
料所无法比拟的优点.
控释氮肥施入土壤后 ,其土壤脲酶活性明显低
于普通尿素 ,这是降低其土壤氨挥发量的重要原因.
包膜材料阻隔膜内尿素与土壤脲酶的直接接触及阻
碍膜内尿素溶出过程所必需的水分运移 ,减少了参
与氨挥发的底物尿素态氮 ,也是降低土壤氨挥发的
重要因素. 土壤的氨挥发量在肥料施入第 3 天 ,同脲
酶活性、p H 呈显著正相关性 ,氨挥发总量同肥料在
土壤中的溶出率呈显著正相关. 一般说来 ,溶出低
者 ,氨挥发少. 控释氮肥在土壤中的控释特性可作为
评估氨挥发的一个重要参考指标 ,亦是衡量控释氮
肥质量的一个重要指标. 本研究表明 ,3 种控释氮
肥氨挥发损失量与普通尿素的差异均达到显著水
平 ,其中 YGU 的氨挥发量最低. 控释氮肥对减少农
田氨挥发和 N 淋溶损失 ,提高肥料利用率 ,有效控
制农业面源污染和减少氮肥施用引起的生态环境问
题等方面均具有积极作用. 推广应用控释氮肥将开
拓一条“施肥控污”的新途径.
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作者简介 　孙克君 ,男 ,1978 年生 ,硕士 ,主要从事新肥料资
源、固体废弃物农用资源化研究 ,发表论文 3 篇. Tel : 0202
85280302 ; E2mail :skj1978 @163. com
0532 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷