全 文 ：控释肥料对稻田氧化亚氮排放的影响 3
李方敏1 ,2 　樊小林1 3 3 　刘　芳1 　汪　强1
(1 华南农业大学资源与环境学院 , 广州 510642 ;2 长江大学涝渍地研究中心 , 荆州 434025)
【摘要】　采用静态箱法研究了控释肥料和常规肥料处理对华南赤红壤发育的稻田 N2O 排放的影响. 结果
表明 ,施用控释肥处理与非包膜复合肥处理 ,在水稻移栽后 10 d 内水层中 NH4 + 2N 和 NO3 - 2N 浓度间差
异达极显著水平 ,各处理水层中 NO3 - 2N 浓度与 2 d 后或当天 N2O 排放量间的偏相关系数达极显著水平.
包膜型控释肥比未包膜复合肥能极显著地降低稻田 N2O 的排放量. 在施肥后 100 d 内 ,控释肥的 N2O 累
积排放量仅为未包膜型复合肥料的 13145 %～21126 % ,是尿素处理的 71117 %～112147 %. 复合肥处理的
N2O 排放主要集中在施肥后 1～25 d 和水稻晒田期间 ,控释肥在此时期的排放量显著降低 ,尿素处理则延
缓并减小了 N2O 排放峰. 控释肥一次施用和尿素分次施用都能减少 N2O 排放.
关键词 　N2O 排放 　控释肥料 　尿素 　稻田
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 11 - 2170 - 05 　中图分类号 　S14513 　文献标识码 　A
Effects of controlled release fertilizers on N2O emission from paddy f ield. L I Fangmin1 ,2 , FAN Xiaolin1 ,L IU
Fang1 ,WAN G Qiang1 (1 College of N atural Resources and Envi ronmental Science , South China A gricultural
U niversity , Guangz hou 510642 , China ; 2 W aterlogged L and Research Center of Yangtze U niversity , Jingz hou
434025 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (11) :2170～2174.
With close chamber method ,this paper studied the effects of controlled release fertilizer (CRF) ,non2coated com2
pound fertilizer (Com) and conventional urea (CK) on N2O emission from paddy field. The results showed that
within 10 days after transplanting , the ammonium and nitrate concentrations in the surface water of the plot
treated with CRF were significantly different from those treated with Com. The partial coefficient between N2O
emission rates and corresponding nitrate concentrations in the water was significantly high ( r = 016834) . Com2
pared with Com ,CRF was able to reduce N2O emission from the paddy field. Within 100 days after basal appli2
cation ,the N2O emission rate of treatment CRF was only 13145 %～21126 % of Com and 71117 %～112147 %
of CK. The N2O emission of Com was mainly concentrated in 1～25 d after basal fertilization and mid2aeration
period ,but that of CRF was remarkably lower during same period ,while the peak of N2O emission of CK was
postponed and reduced. It was concluded that both one2time fertilization of CRF and several2time fertilizations of
conventional urea were able to reduce N2O emission from the paddy field.
Key words 　N2O emission , Controlled release fertilizer , Urea , Paddy field.3 国家自然科学基金项目 (30270769) 、广东省科技厅国际合作项目
(2003C50202)和湖北省涝渍灾害与湿地农业重点实验室开放基金
资助项目 ( HN KFJ 2002 B02) .3 3 通讯联系人.
2003 - 11 - 05 收稿 ,2004 - 03 - 23 接受.
1 　引 　　言
氧化亚氮是《京都议定书》中规定需要减少排放
的 6 种温室效应气体之一[11 ] . 根据政府间气候变化
专业委员会 ( IPCC)第 3 次评估报告 ,大气中 N2O 浓
度摩尔比例从 1750 年的 270μmol·mol - 1增加到了
2000 年的 316μmol·mol - 1 ,增长率为 17 %. 而近期
即从 1980 年到 1998 年 ,平均每年以 0125 % 的速度
递增[11 ] . 大气中 N2O 的平均滞留时间为 114 年. 以
时间尺度为 100 年计 ,N2O 的全球增温潜势 ( GWP)
是参照气体 CO2 的 296 倍 [11 ] . 由此可见 ,减少地表
氧化亚氮气体排放对减轻温室效应至关重要. 土壤
是大气中 N2O 排放最大的源 ,几乎占其总排放量的
65 %[13 ,15 ] .其中 ,农业土壤是最主要的来源[2 ,7 ] . 氮
肥的大量使用是大气中 N2O 排放量增加的最主要
原因[10 ,12 ,20 ] . 在全球范围内 ,估计农业土壤因施用
化学氮肥而直接导致的 N2O 排放量达 36 %[16 ] . 因
此 ,如何减少氮肥的 N2O 气体排放 ,对减轻全球温
室效应尤为重要.
20 世纪 90 年代以来 ,我国兴起了以提高氮肥
利用率为主要目标的控释肥料研究热潮. 理论上控
释肥料 1 次施用后 ,能在作物生育期内达到养分供
应与作物需求基本一致[8 ,19 ] ,防止土壤中出现有效
态氮过量的现象. 因此可以认为 ,施用控释肥可明显
地减少因氮肥施用直接造成的 N2O 气体排放 ,同时
也能减少因氮素淋溶或随地表径流而间接造成的
应 用 生 态 学 报 　2004 年 11 月 　第 15 卷 　第 11 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Nov. 2004 ,15 (11)∶2170～2174
N2O 气体排放. 然而 ,控释肥料施用后对稻田水层
有效氮和稻田 N2O 排放的人为影响究竟如何 ,在国
内外尚少见报道. 为此笔者在华南赤红壤发育的水
稻土上观测了控释肥、尿素等处理的稻田 N2O 排放
通量 ,以探讨控释肥料对稻田 N2O 排放的影响.
2 　材料与方法
211 　试验材料与设计
21111 供试土壤 　供试土壤为华南农业大学实验农场的赤
红壤性水稻土 , p H 值为 6115 ,有机质为 27101 g·kg - 1 ,全氮
(N) 0189 g·kg - 1 ,全磷 ( P) 0197 g·kg - 1 ,土壤矿质氮 (N)
29100 mg·kg - 1 ,速效磷 ( P) 37148 mg·kg - 1 ,速效钾 ( K)
29195 mg·kg - 1 .
21112 试验设计 　采用单因素随机区组设计. 2003 年早稻试
验设 5 个处理 ,重复 3 次 ,处理代号及内容分别为 :A) 美国
Scotts 公司的控释肥 (Scotts) ,肥效期 3～4 个月 (26 ℃) ,13
- 13 - 13 (表示 N、P2O5 、K2O 含量 ,下同) ;B) 自制控释肥
(Crf) , 肥效期 3 个月 (26 ℃) ,1412 - 1412 - 1412 ; C) 芬兰
Kemina 复合肥料 (Com) ,为处理 A、B 包膜肥料的核心 ,15 -
15 - 15 ,氮含量中 NH4 + 2N 占 65 % ,NO3 - 2N 占 35 % ;D) 常
规单质肥料 ( Urea) ,尿素、过磷酸钙和氯化钾按 N∶P2O5 ∶
K2O = 1∶1∶1 施用 ; E) 无氮处理 (CK) ,施入等量的过磷酸钙
和氯化钾. 2002 年晚稻试验设控释肥 ( Scotts) 与常规肥料
(Urea) 2 个处理 ,重复 3 次.
21113 施肥方式 　控释肥料和未包膜的复合肥料作基肥 1
次施用 (处理 A、B 和 C) ,常规氮素肥料和无氮处理 (处理 D
和 E)按常规施肥方法进行. 尿素 ,按基肥∶分蘖肥∶孕穗肥为
4∶3∶3 比例施用 ;过磷酸钙 ,全部作基肥 ;氯化钾 ,基肥与孕
穗肥各占 50 %. 控释肥料 (处理 A 和 B) 移栽前 8 d 施用 ,复
合肥料和常规肥料 (处理 C、D 和 E)移栽前 2 d 施用.
21114 施肥量 　N 180 kg·hm - 2 , P2O5 180 kg·hm - 2 , K2O
180 kg·hm - 2 ,小区面积 18 m2 . 早稻于 3 月 31 日移栽 ,晚稻
于 8 月 10 日移栽 ,品种均为丰华占 ,种植密度为 1510 cm ×
2510 cm ,每穴 3 株基本苗 ,移栽后灌深水使秧苗返青 ,分蘖
肥在移栽后 3 周施用 ,孕穗肥在晒田后复水时施用. 早稻于
5 月 16～24 日晒田 ;晚稻于 8 月 28 日～9 月 2 日晒田. 其它
田间管理与大田管理一致.
212 　样品采集
21211 田面水样采集 　采用 5 点取样法 ,采集各试验小区稻
田表层水样 ,混合水样中加入 015 ml·L - 1甲苯和 110 ml·
L - 1浓 H2 SO4 后 ,放入冰箱 ,以备测定水样中矿质态氮 [1 ] .
21212 气体样品采集 　采用封闭式静态箱法 [5 ] ,在箱体与底
座密闭 0、10、20 和 30 min 时用带有三通阀的 60 ml 注射器
采集气体样品 ,同时测定箱内气温、水层高度和大气压强. 采
样时间为上午 8 :30～10 :30 ,在水稻生长前期每 2～3 d 采样
1 次 ;在水稻生长后期每 3～5 d 采样 1 次.
213 　样品分析
21311 水样分析 　水样中的 NH4 + 2N、NO3 - 2N 含量用 AA3
自动分析仪测定.
21312 气样分析 　气体样品中 N2O 的体积分数 ,采用配有
63Ni电子捕获检测器 ( ECD) 的气相色谱仪测定 ,样品采集后
在 12 h 内分析完成[ 17 ] .
214 　计算方法
单位时间、单位面积上 N2O 的排放通量的计算见文
献[5 ,21 ] . 用线性回归法 ,求出每个采样点 N2O 的体积分数与
采样时间的变化率 d C/ d t 以及相关系数 r 值[6 ] . 当 r >
0195 ( P < 0105)时 ,气体排放通量数据有效. 日累计排放量
用当天单位时间和单位面积上 N2O 的排放量进行换算 ,2 次
采样间那一天的排放通量用插值法计算.
3 　结果与分析
311 　施肥后稻田水层中矿质氮的动态
31111 N H4 +2N 　在水稻返青期不同肥料处理稻田
水 N H4 +2N 浓度动态见图 1. 各处理在移栽后 10 d
N H4 +2N 浓度的平均值大小顺序为 : Com µ Urea µ
Crf > Scotts > CK. 方差分析结果表明 ,肥料处理
对水层中 N H4 +2N 浓度的影响极显著 ( P < 0101) ;
水层中 N H4 +2N 浓度在移栽后 10 d 内的差异也极
显著 ( P < 0101) ,表明不同肥料处理明显地影响水
稻返青期间水层中 N H4 +2N 的浓度及其动态.
图 1 　施肥后稻田水层中 NH4 +2N 浓度的变化
Fig. 1 Change of NH4 +2N concentration in the surface water of paddy
fields with 10 days affter transplanting.
　　控释肥料 ( Scotts) 处理 ,在稻田水中 N H4 +2N
的浓度很小 ,仅略高于对照 ,且在移栽后 10 d 内变
171211 期 　　　　　　　　　　　　　　李方敏等 :控释肥料对稻田氧化亚氮排放的影响 　　　　　　　　　　　
幅也不大. 而 Crf 处理 N H4 +2N 的浓度虽然显著高
于 Scotts 处理 ( P < 0105) ,但在同一时期相对于复
合肥料和尿素处理 ,其养分释放因受肥料颗粒外包
膜的控制 ,氮素释放速率较低 ,故在水层中铵态氮的
浓度较低且变化较小.
31112 NO3 - 2N 　水稻返青期各肥料处理稻田水层
中 NO3 - 2N 浓度的动态见图 2. 结果表明 ,在移栽后
10 d 内稻田水层中 NO3 - 2N 的浓度 ,复合肥料处理
均明显大于其他处理 ( P < 0101) . 其变化趋势是在
移栽后 5 d 内下降幅度不大 ( P > 0105) ,基本保持
平稳 ,随后呈急剧下降趋势 ,到移栽后第 9 d 降到最
低点 ,但此时的浓度仍大于其它肥料处理 ( P <
0101) . 控释肥料和尿素处理稻田水中 NO3 - 2N 浓
度都很低 ,与对照差异不显著 ,且在移栽后 10 d 内
变幅也不大. 根据 Duncan 多重比较结果 ,2 种控释
肥、尿素和对照处理平均值之间均没有显著差异.
图 2 　施肥后稻田水层中 NO3 - 2N 的动态
Fig. 2 Change of NO3 - 2N in the surface water of paddy fields.
312 　施肥对稻田 N2O 日排放通量的影响
不同肥料对稻田 N2O 日排放通量的影响各不
相同. 复合肥料处理 N2O 日排放通量明显大于其它
处理 ( P < 0101) (图 3) ,并出现 3 个排放高峰 ,即在
施肥后 14 d 内出现第 1 个排放峰 ,且达到最高值 ;
在 15～30 d 内出现第 2 个排放峰 ;在水稻晒田期间
出现第 3 个排放峰.
尿素处理分 3 次施肥 ,N2O 日排放通量仅出现
1 个排放峰 ,即在水稻移栽后 19～25 d (施用分蘖肥
后 5～11 d)出现 ,施用基肥和孕穗肥后无明显的排
放高峰 (图 3) .
包膜型控释肥料 ( Scotts、Crf ) 处理与未包膜的
复合肥料处理比较 ,N2O 日排放通量显著下降且无
明显的排放峰 ( P < 0101) . Scotts 控释肥仅在施用后
1 ～10 d的排放量相对较大 ,随后下降 ,并一直保
图 3 　施肥稻田 N2O 日排放通量动态
Fig. 3 Daily N2O emission from paddy applied with fertillizers.
持在较低水平 (图 3) ;自制控释肥料处理 N2O 日排
放通量也表现出类似的规律 ,只是施肥后 20 d (插秧
后 12 d)内的日排放通量大于或接近美国 Scotts 公
司的控释肥. 控释肥料前期排放量较大的原因与控
释肥料的初期溶出特性有关 ,一般而言 ,初期溶出率
往往大于其日平均溶出率.
两季试验结果 (图 3)均表明 ,在施肥后 20 d 内 ,
N2O 日排放通量控释肥处理显著大于尿素处理 ( P
< 0105) . 尿素处理施用分蘖肥后 ,其 N2O 日排放通
量明显大于控释肥处理 ( P < 0105) .
2712　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
313 　控释肥对稻田 N2O 累积排放量的影响
各种肥料处理对稻田 N2O 的累积排放量的影
响见表 1. 由表 1 可见 ,从施用基肥开始到水稻收获
期间 ,各肥料处理的稻田 N2O 累积排放量的大小顺
序为 :Com µ Crf > Urea > Scotts > CK ,差异达
极显著水平 ( P < 0101) . 复合肥经包膜 (制成控释
肥)后能极显著地降低稻田 N2O 的排放量 ( P <
0101) ,在施肥后 100 d 内 ,控释肥的 N2O 累积排放
量仅为未包膜复合肥的 13145 %～21126 % ( P <
0101) . 分次施用尿素处理比未包膜的复合肥处理极
显著地降低 N2O 排放量 ,其稻田 N2O 累积排放量
为复合肥的 18190 % ( P < 0101) . 控释肥 1 次施用
处理与尿素分次施用处理进行比较 , Scotts 处理
N2O 累积排放量是尿素的 71117 % ,减少 N2O 排放
量极显著 ( P < 0101) ,但 Crf 处理 N2O 累积排放量
却比尿素增加 12147 % ,差异显著 ( P < 0105) . 施肥
处理较无肥处理能明显增加稻田 N2O 排放量 ,
Scotts 控释肥、尿素、自制控释肥和复合肥料各处理
较无肥处理稻田 N2O 累积排放量分别增加 1188、
2164、2197 和 13195 倍 ( P < 0105) .
表 1 　不同施肥处理对稻田 N2O 阶段累积排放的影响
Table 1 Effect of fertilization on N2O cumulative emission in each
phase during rice growth( kg·hm - 2·d - 1)
处理
Treatment
施肥后的天数 Days after fertilization (d)
1～25 26～50 51～75 76～100 1～100
Urea 1117 ±0123 1137 ±0111 0195 ±0107 0136 ±0109 3185 ±0103
Scotts 1106 ±0106 0168 ±0102 0165 ±0105 0135 ±0114 2174 ±0110
Crf 2129 ±0114 0187 ±0113 0181 ±0105 0136 ±0101 4133 ±0113
Com 17141 ±0117 1120 ±0112 1136 ±0109 0140 ±0107 20137 ±0130
CK 0154 ±0104 0141 ±0108 0139 ±0104 0112 ±0104 1146 ±0106
　　以施肥后每 25 d 为 1 个阶段来分析 N2O 的阶
段累积排放量见表 1. 方差分析结果表明 ,复合肥
(Com)处理和控释肥 ( Scotts ,Crf ) 处理在施肥后的
第 1 阶段 (1～25 d) 与第 2 阶段 (26～50 d) N2O 累
积排放量差异显著 ( P < 0105) ,但尿素和对照处理
的排放量在这两阶段差异不显著 ( P > 0105) . 随着
基肥施用时期的延长 ,除尿素处理外的其它各种肥
料处理 (含对照)的阶段累积排放量 ,均显著下降 ( P
< 0105) ,但其第 2 阶段 (26 d～50 d)与第 3 阶段 (51
d～ 75 d) N2O 累积排放量差异均不显著 ( P >
0105) .
从表 1 还可以看出 ,尿素、Scotts 控释肥、自制
控释肥、复合肥和对照各处理施基肥后 1～25 d
N2O 累积排放量 ,分别占 1～ 100 d 总排放量的
30139 %、38169 %、52189 %、85147 %和 36198 %. 使
用复合肥料 ,可导致稻田 N2O 排放 ,且主要集中在
施肥后 25 d 内 ,尤其是 1～14 d. 而 Scotts 控释肥料
和尿素处理在此时期的排放量及其总排放则极显著
减少 ( P < 0101) ,表明控释肥 1 次施用、尿素分次施
用均可达到减少稻田 N2O 排放的目的. 不过 ,施基
肥后 1～25 d ,自制控释肥处理 N2O 累积排放量比
Scotts 控释肥、尿素处理要大 ( P < 0105) ,可能与肥
料的种类及其释放机制有关.
4 　讨 　　论
大量研究表明 ,不管土壤是处于淹水还是不淹
水状态 ,N2O 的排放均与土壤溶液中的 NO3 - 浓度
呈显著性相关 , 而与 N H4 + 浓度无显著性相
关[18 ,22 ] . 在本试验条件下 ,将各处理基肥施用后 1
～10 d 田面水中 NO3 - 、N H4 + 浓度与 2 d 后或当天
各处理对应的 N2O 排放量进行相关分析表明 ,N2O
排放量与 NO3 - 浓度的偏相关系数均达极显著水平
( P < 0101) ,而与 N H4 + 浓度的偏相关系数均未达
显著水平 ( P > 0101) . 施入稻田的氮肥 ,虽然几乎均
为铵态氮肥或易产生铵态氮的肥料 (如尿素) ,但在
水土界面或水稻根际等氧化微区 ,铵态氮在硝化微
生物作用下 ,易硝化为 NO3 - ,而且我国绝大部分稻
田冬季呈好气状态 ,在淹水移栽水稻前土壤中已积
累了相当数量的硝态氮[3 ] . 硝化作用形成的 NO3 -
通过扩散等过程进入厌氧区域时 ,发生反硝化作用 ,
生成 N2 、N2O 和其它氮氧化物气体 ,逸出土壤 ,进入
大气圈[3 ] . 因此 ,硝化过程是稻田土壤发生氮素反
硝化损失的前提 ,减少土壤溶液中 NO3 - 浓度 ,即可
有效地减少稻田 N2O 的排放量.
在水稻生长期间 ,稻田通常采取间歇灌溉或排
干田面积水 (如晒田) 等水分管理措施 ,减少土壤还
原状况对水稻根系生长的不利影响. Flessa 等[ 9 ]发
现 ,当淹水土柱排水达到通气性能良好时 ,出现
N2O 的排放峰 ;而在淹水时 N2O 的排放量则很小.
在水稻晒田期间 ,稻田 N2O 的排放也会出现明显的
排放峰[21 ,23 ] ,本试验的复合肥料处理也出现了类似
的结果 ,这是由于在晒田前深层土壤闭蓄的 N2O 在
此期间沿土壤裂隙释放的缘故[4 ] . 在深层土壤中形
成的 N2O 越多 ,在晒田时释放的 N2O 也越多.
尿素和控释肥料作基肥施用时 ,未出现明显的
N2O 排放峰 ,这一结果与 Yan[23 ] 、郑循华等[24 ]报道
的结论一致. 非包膜的复合肥料则出现非常明显的
排放峰 ,尤其是在基肥施用后 1～14 d. 施入土壤中
371211 期 　　　　　　　　　　　　　　李方敏等 :控释肥料对稻田氧化亚氮排放的影响 　　　　　　　　　　　
的尿素 ,只有被脲酶分解成 N H4 + 后 ,才能参与硝化
作用 ,故尿素分次施用后的 N2O 排放极大值比复合
肥处理延迟. 控释肥料在水稻生长前期能缓慢释放
养分 ,减少了土壤溶液中 NO3 - 浓度 ,显著地降低了
N2O 的排放 ,尤其是降低了非包膜的复合肥基施后
2 周内的第 1 次排放高峰.
本试验条件下 ,尿素分次施用的常规施肥处理
在水稻生育期间的 N2O 平均排放通量为 16104μg·
m
- 2·h - 1 ,最大排放峰为 585μg·m - 2·h - 1 ,均高于
北方稻田 N2O 排放的相应值[5 ,10 ] ,但与南方稻田
N2O 排放的相应值要低或相当[14 ,22 ,24 ] . 产生差异的
原因可能是 ,除了水分管理和施肥措施外 ,还与土壤
有机质含量、土壤温度有关 ,尤其是水稻生长前期的
土壤温度 ,而此时期恰好是稻田 N2O 排放量较大的
时期. 温度低于 15 ℃时 ,微生物的硝化反硝化作用
受到抑制 ,而随着土壤温度的上升 ,N2O 排放量随
之而增加[10 ,24 ] .
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作者简介 　李方敏 ,男 ,1965 年生 ,副教授 ,在读博士生 ,主
要从事肥料与环境方面的科研工作 ,发表论文 20 余篇. E2
mail :lifmin1965 @sina. com
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