全 文 ：收稿日期：!""#$"%$%& 接受日期：!""’$"!$&!
基金项目：国家科技支撑计划课题（!""()*+!,)"&）；国家重点基础研究发展计划“’-%”课题（!""-.)&"’%"(）；中央级公益性科研院所基本科研
业务费专项资金资助。
作者简介：纪玉刚（&’--—），男，黑龙江省桦南县人，硕士研究生，主要从事植物营养与肥料方面的研究。/01234：567"8,&9&(%: ;<1
! 通讯作者 =>4："&"$#!&"#(-&，/01234：?@A
纪玉刚&，!，孙静文&，周 卫&!，梁国庆&，何 萍&，马献发%，魏 丹%，吴 英%
（& 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 &"""#&；! 黄冈师范学院，湖北黄冈 8%#"""；
% 黑龙江省农业科学院土壤肥料研究所，黑龙江哈尔滨 &,""#(）
摘要：采用通气法测定了东北黑土玉米单作体系田间土壤的原位氨挥发。试验设 ,个氮肥处理，即：施氮量（F）分
别为 "、&,"、!!,和 %"" G7 H A1!（分别用 F"、F&、F!和 F%表示），F&、F!和 F%处理基施氮肥和拔节期追肥各 & H !，其中 F%
为习惯施肥；同时，设置优化施肥处理 F8，用量为 F !!, G7 H A1!，基施氮肥、拔节肥和孕穗期肥各 & H %。结果表明，来
自肥料的氨挥发持续时间较短，一般发生在施肥后的 - I内。由于追肥期高温低湿，追肥期氨挥发量显著高于基施
氮肥。随施氮量增加，氨挥发损失增加；优化施肥（F8）的氨挥发损失量明显低于习惯施肥，F&、F!、F% 和 F8 处理来
自氮肥的氨挥发依次为 F ,:"’、’:&#、&%:8-和 -:&8 G7 H A1!，相当于施氮量的 %:%’J、8:"#J、8:8’J和 %:&-J。可
见，优化施肥对于我国东北集约化农区节省氮肥和提高氮肥利用率有重要意义。
关键词：黑土；氨挥发；优化施氮；玉米
中图分类号：K&,,:! L -；K&,%:( L & 文献标识码：* 文章编号：&""#$,",M（!""’）",$&"88$"-
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植物营养与肥料学报 !""’，&,（,）：&"88$&","
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我国氮肥用量约占全世界氮肥总用量的三分之
一，但当季利用率约为 9:;!9<;，损失率平均达
=<;［>?@］。氮肥施入土壤?作物体系后，其基本归宿
主要有被作物吸收、在土壤剖面中以无机氮形态或
有机结合形态残留和以各种形式损失［>，9］。肥料氮
的损失途径主要有氨挥发、反硝化作用和淋溶损失，
其中氨挥发是氮肥气态损失的重要途径［>，9］。目
前，测定土壤氨挥发方法有间接和直接两类。前者
主要指土壤平衡法，由施肥量、植物吸收量、土壤残
留量和淋失量来估算氨的挥发量［=］，由于测定项目
多，不考虑反硝化，误差较大；后者包括密闭法［<］、
微气象法［A?B］和风洞法［C］。微气象学法和风洞法准
确性高，然而微气象学法要求较大的试区面积，适用
于大型生态区域的气体动态研究，而风洞法设备制
造和运行成本高昂。密闭法的氨捕获装置结构简
单，直接捕获从土壤表面挥发的氨，常用于小区试
验，其中通气法有其独特优势［<］。
目前，有关我国长江中下游稻?麦轮作体系，以
及华北平原小麦?玉米轮作体系氨挥发损失已有较
多研究［>，D?>>］。据报道，氨挥发损失是北方石灰性土
壤氮素损失的重要途径。在北京地区以尿素作氮源
将肥料施于 :—>: !8土壤或撒施后立即灌水的条
件下，冬小麦 E夏玉米轮作体系中通气法测得氨挥发
损失率 =;!B;［D］；采用密闭室连续抽气法测定氨
挥发，发现优化施肥能明显降低稻?麦轮作系统中的
氨挥发损失［>:］；稻田氨挥发损失占施氮量的 =;
!>:;［>>］。东北平原是我国粮食主产区（耕地面积
占全国 @:;，粮食总产量占全国 >A;），属中北温带
半干旱大陆性季风气候，生产条件尤其对氮素转化
和去向的影响明显不同于华北和长江中下游，而迄
今该方面的研究很少。为此，采用通气法研究了优
化施肥条件下东北黑土春玉米单作体系的氨挥发损
失特征，以期为我国东北集约化农区节省氮肥和提
高氮肥利用率提供理论依据和技术途径。
) 材料与方法
)*) 试验区概况
试验于 @::B年 =月至 >:月在黑龙江省农业科
学院试验田（=
大陆性季风气候，!>:I的积温为 @B
作。供试土壤为黑土，播前 :—@: !8土壤有机质含
量 >@F> * E 7*，全氮 >F>= * E 7*，速效磷 =9F> 8* E 7*，速
效钾 @<>FC 8* E 7*，2J AFC，土壤容重 >F=: * E !89。
)*+ 试验设计
基于该区春玉米施肥状况调查进行试验设计。
该区按目标产量 >:<:: 7* E 38@（习惯施氮产量 K
>F>）以及氮肥利用率 =:;（无氮区产量 B:::
7* E 38@）计算，优化施氮量应为 + @@< 7* E 38@［ L（目
标产量 ?无氮区产量）K @FA（形成 >:: 7*子粒的吸
氮量）E : F= E >::］，而该地区农民的习惯施氮量高达
+ 9:: 7* E 38@；同时发现苗期!大喇叭口期，大喇叭
口期!吐丝期，以及吐丝期!成熟期春玉米吸氮量
大约各 > E 9，而当地农民的习惯施氮处理则是基施
氮肥与拔节肥各 > E @。据此，试验设：>）不施氮肥对
照（+:），@）施 + ><: 7* E 38@（+>），9）施 + @@< 7* E 38@
（+@），=）施 + 9:: 7* E 38@（+9），其中 +9为农民习惯施
肥，+>、+@ 和 +9 处理氮肥分 @ 次施用，基肥与拔节
肥各 > E @。同时另设置优化施肥（+=）处理，即：施 +
@@< 7* E 38@，分 9次施用，为基施氮肥、拔节肥和孕穗
肥各占 > E 9。各小区均施磷、钾肥，用量为 M@N<、O@N
各 D: 7* E 38@，全部做底肥一次施入。试验设 9次重
复，小区面积为 A: 8@。供试春玉米品种为屯玉 CC，
种植密度为 A:::: 株 E 38@。
)*, 氨捕获方法
于每次氮肥施用后采用通气法［<］测定土壤氨挥
发。用聚氯乙烯硬质塑料管制成内径 >< !8，高 >:
!8的捕获装置。将两块厚度均为 @ !8，直径为 >A
!8的海绵均匀浸以 >< 8P的磷酸甘油溶液置于硬
质塑料管中，下层的海绵距管底 < !8，上层的海绵
与管顶部相平。于施肥后的当天，在每小区的不同
位置放置 <个通气法氨捕获装置，次日早晨 C：::取
样。取样时，将通气装置下层的海绵取出，迅速装入
塑料袋中密封，同时换上另一块刚浸过磷酸甘油的
海绵。上层的海绵视其干湿情况 9!B ’更换 >次。
变动摆放位置后，将装置重新放好，开始下一次田间
吸收。把取下的海绵带回实验室后，分别装入 >:::
8P的塑料瓶中，加 9:: 8P >F: 81/ E P的 O4/溶液，使
海绵完全浸于其中，振荡 > 3后，浸取液中的铵态氮
用蒸溜法测定。最初 >周，每天取样 >次；第 @!9
周，视测到的挥发氨量，每 >!9 ’取样 >次，以后取
样间隔可延长到 B ’，直至监测不到氨挥发时为止。
<=:><期 纪玉刚，等：东北黑土玉米单作体系氨挥发特征研究
!"# 测定项目与方法
采用 !"!# $%& ’ (硫酸滴定硼酸中所吸收的氨；
土壤 )*采用 # +#的土水比，电位计法测定；土壤有
机质、有效磷、速效钾浓度采用常规方法测定。
试验数据采用 ,-./& 0!!1 和 232 4"! 软件进行
方差分析和多重比较。
$ 结果与分析
$"! 氮肥基施后的氨挥发
玉米氮肥基施时期正是东北的春季，测定期间
气温相对较低，在 #5!06"47（图 #8和 9）。
氮肥基施后，土壤氨挥发速率开始增高，在施肥
后第 1 :，各处理的氨挥发速率均达到最大值，;!、
;#、;0、;1 和 ;5 处理分别为：; !"!6、!"66、!"<#、
#"#1和 !"56 => ’（?$0·:）；此后迅速降低，#0 : 后，
不同处理小区的氨挥发速率已无明显差异，介于 ;
!"!1!!"!< => ’（?$0·:）之间（图 0）。可见，氨挥发
速率高峰一般发生在施肥后 0!6 :，施肥引起的氨
挥发过程可持续 #5日连续 < :的测定看出，不施肥（;!）和每公顷基
施 ; <6 =>（;#）、##0"6 =>（;0）、#6! =>（;1）、<6 =>（;5）
小区的累积氨挥发量分别达 ; !"0@、#"4A、0"5@、
5"#1、#"4# => ’ ?$0（图 1）。这一时期土壤的氨挥发
速率和累积挥发量低的主要原因可能是测定期间相
对低温多雨（图 #9），连续降雨使施入土壤的尿素态
氮直接淋入土壤深层，抑制了氨的挥发。
图 ! 氮肥基施后氨挥发测定期间的温度、湿度（%）和降雨量（&）
’()*! +,-./01232 ,2-023%,432，325%,(62 14-(7(,8（%）%97 3%(9:%55（&）%:,23 &%/%5 %005(;%,(.9 .: 9(,3.)29 :23,(5(<23
图 $ 氮肥基施后土壤的氨挥发速率
’()*$ +--.9(% 6.5%,(5(<%,(.9 3%,2 :3.- /.(5 %:,23
&%/%5 %005(;%,(.9 .: 9(,3.)29 :23,(5(<23
图 = 氮肥基施后土壤的氨挥发量
’()*= >4-45%,(62 %--.9(% 6.5%,(5(<%,(.9 (9 ,12 /.(5 %:,23
&%/%5 %005(;%,(.9 .: 9(,3.)29 :23,(5(<23
$"$ 玉米拔节期追施氮肥后的氨挥发
玉米的第一次氮肥追施正值东北的夏季，测定
期间气温在 0#"0!11"67，降水量只有 1"5 $$（图
58和 9）。玉米追肥后氨挥发随施氮肥量的加大而
增加。在施肥后的第 0 :，各处理的氨挥发速率达到
最大值，;#、;0、;1 和 ;5 处理分别为 ; #"A6、1"!@、
5"66和 #"@A => ’（?$0·:）；此后迅速降低，#! : 后，
不同处理小区的氨挥发速率已无明显差异，介于 ;
!"!4!!"## => ’（?$0·:）之间（图 6）。;!、;#、;0、;1
和 ;5处理的累积氨挥发量分别达到 ; !"55、5"#!、
45!# 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 #6卷
!"#!、$"$$和 %"&’ () * +,-（图 .）。在这一时期的高
温少雨气候条件，导致尿素迅速转化为铵态氮而大
量挥发损失，累积氨挥发量随追施氮肥量的加大而
增加。
图 ! 玉米拔节期氮肥追施后氨挥发测定期间的温度、湿度（"）和降雨量（#）
$%&’! ()*+,-./0/ )/*-/0")10/，0/2")%3/ .1*%4%)5（"）"64 0"%67"22（#）") 8+%6)%6& ,)"&/ "7)/0 )+-940/,,%6& +7 6%)0+&/6 7/0)%2%:/0
图 ; 玉米拔节期氮肥追施后土壤的氨挥发速率
$%&’; (**+6%" 3+2")%2%:")%+6 0")/ %6 )./ ,+%2 ") 8+%6)%6& ,)"&/
"7)/0 )+-940/,,%6& +7 6%)0+&/6 7/0)%2%:/0
图 < 玉米拔节期氮肥追施后土壤氨挥发量
$%&’< =1*12")%3/ "**+6%" 3+2")%2%:")%+6 %6 )./ ,+%2 ")
8+%6)%6& ,)"&/ "7)/0 )+-940/,,%6& +7 6%)0+&/6 7/0)%2%:/0
>?@ 玉米孕穗期追施氮肥后的氨挥发
玉米孕穗期追施氮肥的时期，测定期间气温在
-#!#/0，降水量在 &/"% ,,（图 !1和 2）。在这一
时期，只有 3% 处理追施了氮肥，追氮量为 !’ () *
+,-。在玉米追施穗肥后，3% 处理土壤氨挥发在施
肥后的第 - 4达到最大值，为 3 &"-- () *（+,-·4），此
后迅速降低，其余小区由于未施肥而氨挥发很低（图
5）。这一时期累积氨挥发量 3/、3&、3-、3# 和 3% 处
理分别为 3 /"##、/"#’、/"#$、/"%/和 -".# () * +,-（图
$）。这时虽然气温有所降低，但仍然属于高温干旱
的气候条件，氨挥发速率和氨挥发量依然比较大。
>?! 玉米全生育期的氨挥发
土壤中的氨挥发主要有两个来源：一个是土壤
中原来残留的氮素，另一个是人为施入的氮肥。由
于施肥小区来自土壤残留氮素的氨挥发量可由不施
氮小区的氨挥发量估算，施氮小区来自肥料的挥发
氨可由其与不施肥小区的差值来估算。
综合不同施肥时期的观测结果表明，来自肥料
的氨挥发持续时间较短，一般发生在施肥后的 ! 4
内。从表 &可见，3&、3-、3#和 3%处理来自基施氮肥
的氨挥发分别为 3 &"%&、-"-/、#"5’和 &"## () * +,-，
相当于施氮量的 &"556、&"$.6、-"’!6和 &"!!6；
玉米拔节期追肥后 3&、3-、3#和 3%处理来自氮肥的
氨挥发分别为 3 #"..、."$-、$"’’和 #"!& () * +,-，分
别占施氮量的 %"556、."&’6、."#!6、%"$’6；孕穗
期追肥后 3% 处理来自氮肥的氨挥发为 3 -"&/
() * +,-，占施氮量的 -"5/6。全生育期累积氨挥发
量来自氮肥的氨挥发 3&、3-、3# 和 3% 处理依次为 3
’"/$、$"&5、&#"%!和 !"&% () * +,-，分别相当于施氮量
的 #"#$6、%"/56、%"%$6和 #"&!6。可见，优化施
!%/&’期 纪玉刚，等：东北黑土玉米单作体系氨挥发特征研究
图 ! 玉米孕穗期氮肥追施后氨挥发测定期间的温度、湿度（"）和降雨量（#）
$%&’! ()*+,-./0/ )/*-/0")10/，0/2")%3/ .1*%4%)5（"）"64 0"%67"22（#）") #++)%6& ,)"&/ "7)/0 )+-840/,,%6& +7 6%)0+&/6 7/0)%2%9/0
图 : 玉米孕穗期氮肥追施后土壤的氨挥发速率
$%&’: (**+6%" 3+2")%2%9")%+6 0")/ %6 )./ ,+%2 ") #++)%6& ,)"&/
"7)/0 )+-840/,,%6& +7 6%)0+&/6 7/0)%2%9/0
图 ; 玉米孕穗期氮肥追施后土壤的氨挥发量
$%&’; <1*12")%3/ "**+6%" 3+2")%2%9")%+6 %6 )./ ,+%2
") #++)%6& ,)"&/ "7)/0 )+-840/,,%6& +7 6%)0+&/6 7/0)%2%9/0
表 = 玉米不同生育期氨挥发损失及占施入氮比例
>"#2/ = ?/0@/6)"&/ +7 "**+6%" 3+2")%2%9")%+6 2+,, )+ )+)"2 A "*+16) "--2%/4 ") 4%77/0/6) &0+B). ,)"&/,
处理
!"#$%&#’%(
基施氮肥
)$($* $++*,-$%,.’
拔节期追肥
!.+/0"#((,’1 $% 2.,’%,’1
孕穗期追肥
!.+/0"#((,’1 $% 3..%,’1
全生育期
45.*# 1".6%5 +#",.0
氨挥发量
789 :.*$%,* ;
（<1 = 5&>）
占施氮量
?.((
（@）
氨挥发量
789 :.*$%,* ;
（<1 = 5&>）
占施氮量
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氨挥发量
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（<1 = 5&>）
占施氮量
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（@）
氨挥发量
789 :.*$%,* ;
（<1 = 5&>）
占施氮量
?.((
（@）
7A >B9C 0 DB9E 0 DBFF 3 GB9C #
7D 9BHI - DBCC GBAA - EBCC DBFC 3 DABEH 0 9B9I
7> EBGC 3 DBIF CB>F 3 FBDG DBH> 3 DEBGF 3 EBAC
79 FB>9 $ >BGH DABCI $ FB9H DBH9 3 DCBCG $ EBEI
7E 9BHD - DBHH GBAG - EBIG 9BHF $ >BCA D>BG> - 9BDH
注（7.%#）：同一列数据后不同字母表示差异达 G@显著水平。J$*K#( L.**.6#0 3M 0,LL#"#’% *#%%#"( ,’ %5# ($&# -.*K&’ &#$’ (,1’,L,-$’% $% G@ *#:#* ;
肥的 7E处理比 7> 处理和习惯施肥 79 处理明显降
低了氨挥发损失。
C 讨论与结论
氨挥发损失一直被认为是北方石灰性土壤氮素
损失的重要途径［D，I］。华北小麦 N玉米轮作体系表
施尿素其氨挥发损失量可以达到氮肥施用量的
EG@!H9@，施肥后土壤氨挥发的损失量在 7 DCBI
!F9BG <1 = 5&> 之间，占施氮量的 IBI@!9HBA@，施
肥结合灌水时损失量可以降低至 >@!C@［I］；也有
研究认为，降水使土壤湿度增大，促进了尿素水解，
78OE 浓度升高，加速了铵态氮向氨气的转化，进而
CEAD 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 DG卷
促进了氨挥发损失［!"］。稻田生产中，化肥氮的损失
率可高达 "#$!%#$，其中，通过氨挥发损失的氮可
达施入量的 &$!’($［!"］。本研究表明，东北黑土
玉米单作体系氨挥发损失低于南方水稻田和华北石
灰性土壤小麦 ) 玉米轮作体系，这与土壤 *+和气
候条件密切相关。本研究中，来自肥料的氨挥发持
续时间较短，一般发生在施肥后的 , -内，拔节期追
肥氨挥发比率显著高于基施氮肥。拔节期追肥氨挥
发高峰期持续时间较短，在追肥第 ( -即达最高速
率，而玉米孕穗期追肥的氨挥发介于二者之间。由
于玉米基施氮肥是先施肥后灌水，同时测定期间降
水量较大（图 !.），施入土壤的尿素会淋入到土壤深
层，停留在表层土壤的尿素减少，水解后形成的氨和
因此而产生的氨挥发也随之减少；而玉米拔节期追
肥时期在追肥后没有灌水，加上这一时期处于严重
干旱时期，降水量很少（图 ’.），这可能是导致氨挥
发量比较大的原因。同时温度也显著影响氨挥发。
氮肥基施时，正值春季，表层土壤温度为 !(/(!
"%0；玉米拔节期追肥在炎热的夏季，地表温度达
(&0!%#0。温度升高不仅会使脲酶活性提高，也
减少土壤胶体对铵（1+2’ ）的吸附，加速铵向氨
（1+"）的转化，增加土壤溶液中的氨分压，促进氨由
土壤表面向大气的挥发［!’］。因此，玉米拔节期追肥
后的氨挥发能较快地达到最高速率，而且挥发量要
显著高于玉米基施氮肥时的氨挥发量。
施氮量和施用时期显著影响氨挥发。华北小麦
)玉米轮作体系随施肥量的增加氨挥发损失增
加［!%)!3］。不同施氮水平下氨挥发损失的研究表明，
不同施肥时期氨挥发差异明显，随施肥量的增加各
施肥期氨挥发量增加［!%］。王东等［!3］研究表明，低
施氮量处理土壤氨挥发速率峰值低，高值持续时间
短；增加施氮量，土壤氨挥发速率升高，峰值显著增
加，高值持续时间延长，累计氨挥发量显著增大。在
#!!34 56 7 89(施氮范围内，土壤氨挥发损失不超过
基施氮肥投入量的 !#$，过多施氮则土壤氨挥发损
失显著升高。在太湖地区稻麦轮作制下，农田氨挥
发损失随施肥量的增加而增加，稻季的氨挥发损失
在施肥后 ! 周左右发生，施肥后 !!" - 内达到峰
值，并表现出随施肥量的增加而增加；优化施肥的
氨挥发较少，优化施肥和习惯施肥的氨挥发损失占
氮肥施用量的百分比分别为 ,/#%$和 &/4!$［!#］。
本试验看出，随施氮量增加，氨挥发损失增加，但优
化施肥下氨挥发损失量明显低于习惯施肥。东北玉
米单作体系优化追肥（1’）处理氨挥发损失不仅大大
低于习惯施肥（1"）处理，而且相同氮肥用量下也明
显低于一次追肥（1(）处理。这主要是 1( 处理的一
次追肥造成土壤 1+2’ 浓度过高，氨挥发速率增加；
而 1’处理分二次追肥不仅降低了拔节期的土壤
1+2’ 浓度和氨挥发，而且还提高了玉米产量和促进
了氮素吸收。因此，在我国东北集约化农区可通过
适当减少基施氮肥尿素氮的投入，以及氮肥后移来
减少氮肥的氨挥发损失，提高氮肥利用率。该地区
氮肥施用以基施氮肥、拔节肥和孕穗肥各占 ! 7 " 为
宜。
参 考 文 献：
［!］ 朱兆良，文启孝 : 中国土壤氮素［;］: 南京：江苏科技出版社，
!&&(/ !,!)!4%/
<8= < >，?@A B C: DEFG AFHIE6@A FA J8FAK［;］: 1KALFA6：MFKA6N=
DOF@AO@ KA- P@O8AEGE6Q RI@NN，!&&(/ !,!)!4%/
［(］ 李鑫，巨晓棠，张丽娟，等 : 不同施肥方式对土壤氨挥发和氧化
亚氮排放的影响［M］: 应用生态学报，(##4，!&（!）：&&)!#’/
>F C，M= C P，<8KA6 > M !" #$ % STT@OHN ET -FTT@I@AH T@IHFGFUKHFEA 9E-@N
EA NEFG K99EAFK VEGKHFGFUKHFEA KA- AFHIE=N EWF-@ @9FNNFEA［M］: J8FA: M:
X**G : SOEG :，(##4，!&（!）：&&)!#’/
［"］ YE=Z9KA X [，YE=9KAN > M ;，YKHL@N 1 +: SNHF9KHFEA ET 6GE.KG 1+"
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KIK.G@ GKA-N KA- 6IKNNGKA-N［M］: \GE.: YFE6@EO8@9: JQOG :，(##(，!3
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