全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2005) 04-0291-04
紫花苜蓿草地氨挥发损失的原位研究
王旭刚1,郝明德2*
( 1. 西北农林科技大学资源与环境学院,陕西杨陵 712100; 2. 中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西杨陵 712100)
摘要: 采用密闭通气法研究了紫花苜蓿草地原位氨挥发损失。结果表明,紫花苜蓿(Medicago sativ a L )草地分枝期、现
蕾期和开花期昼夜都有氨挥发损失; 连作苜蓿草地分枝期、现蕾期和开花期的昼夜平均氨挥发速率分别为 54. 3、111. 6
和 181. 9
g/ ( m2. h) ; 连作苜蓿草地的昼夜氨挥发速率随着生育期的推移迅速增加; 施 P 26. 2 kg / hm2可以降低连作苜
蓿草地的氨挥发损失;轮作苜蓿草地分枝期、现蕾期和开花期的昼夜平均氨挥发速率分别为 49. 2、346. 5 和 149. 1
g /
( m 2. h) ; 轮作改变了氨挥发速率的变化规律, 现蕾期比连作高 2. 1 倍,开花期比连作低 18. 0%。
关键词: 旱地; 紫花苜蓿; 氨挥发 原位; 长期试验
中图分类号: S551. 7; S143. 1　　　文献标识码: A
In Situ Study of Ammonia Volatilization from Alfalfa Fields
WANG Xu-gang
1 , HAO M ing-de
2*
( 1. Departmen t of Natural Resources an d E nvironmen t Scien ce, Northw es t S ci-T ech U nivers ity of Agricul tu re
and Forest ry; Yangl ing, S hanxi Provin ce 712100, China;
2. Ins t itu te of Soil and Water Conservat ion, Chinese Academy of Sciences and Minis t ry of Water
Resources , Yan gling, Sh anxi Province 712100, China)
Abstract: Using an enclosure grow th chamber to collect and determine volat il ized ammonia f rom alfalfa, w e at-
tained the results that ammonia evapo ration lo ss, day and night , mounted in a cont inuous alfalfa cropping plot
during the plant ramification and budding periods. The volat ilizing rate fr om a cont inuous alfalfa cult iv at ion
plot , day-and-night , averaged 54. 3
g/ ( m2 . h) in the ram if icat ion period, 111. 6
g / ( m 2. h) in the budding
stage, and 181. 9
g / ( m2 . h) in the blooming stage, show ing that ammonia loss so ar s w ith the advance of the
gr ow th periods. Apply ing 26. 2 kg/ hm
2
phosphate fert ilizer to a cont inuous alfalfa plot could reduce the plant
ammonia lo ss. In an alfalfa r otat ion plo t , the ammonia volat ilizing rate, day-and-night , averaged 49. 2
g / ( m2 .
h) in the ram if icat ion period, 346. 5
g/ ( m2 . h) in the budding stage, and 149. 1
g / ( m 2. h) in the blooming
stage, show ing that ro tat ion cropping changes alfalfa ammonia loss rate during its differ ent gr ow th periods.
Compared to the ammonia loss o f the continuous cropping plot during its budding stage, that o f the r otat ion
plot in the same g row th per iod is 2. 1 t imes higher, w hile during the bloom ing stag e, the ammonia loss o f the
lat ter is 18. 0% less than the fo rmer.
Key words : Dry land; Alfalfa; Ammonia volat il izat ion; In situ; Long-term experiment
　　氮肥的应用促进了农业生产,但随着施用量的增
加,也带来了生态环境问题。施入土壤的氮肥除被作物
吸收外,还可随降水和灌溉水淋入土壤深层[ 1, 2] ,或经
氨挥发、反硝化作用,以氨( NH3 )、氮氧化物( NO x )的
形式进入大气。大部分 NH3通过干、湿表面吸附或溶
解在雨水中很快从大气返回距 NH3挥发处相对较近
的地表。Jenkinson [ 3]估计,大部分 NH3在大气中存留
6天左右后返回地表, 10%～20%会被氧化成氮氧化
合物 [ 4]。Rodhe[ 5]研究指出, N 2O 的增温效应是 CO 2的
150～200倍。N 2O 在大气中有较长的滞留时间并参与
大气中很多光化学反应,破坏大气O 3层 [ 6]。大部分含
氮化合物随干湿沉降进入农田、森林、草原、江河、湖泊
　　收稿日期: 2005-01-17; 修回日期: 2005-09-18
　　基金项目: 中国科学院野外台站基金项目;中国科学院知识创新方向性项目( KZCX2-413-3) ; 国家科技攻关 ( 2004BA508B15)
　　作者简介: 王旭刚( 1978-) ,男,河南南阳人,博士研究生,主要从事植物营养与环境化学方面的研究, E -m ail : nyw xg@ yahoo. com. cn ; * 通讯作
者 Author for correspondence
第 13卷　第 4期
　Vo l. 13　 No . 4
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　　2005年　 12 月
　Dec. 　　2005
等,引起土壤酸化和水体的富营养化[ 7]。在灌区和多雨
区,由于 NO -3 -N 的淋溶造成氮肥利用率的降低及对
地下水质的污染, 已越来越受到重视[ 8] , 相关报道也很
多[ 9]。紫花苜蓿(Med icago sativa L. )是黄土高原地区
的主要栽培牧草。黄土高原旱塬区土壤为石灰性土壤,
且气候干旱、空气湿度小,具有氨挥发的土壤条件和气
候条件,氨挥发损失是这一地区肥料利用率不高的一
个原因。粮食作物的氨挥发研究相对较多[ 10] ,苜蓿氨
挥发的研究还较少。由于测定技术限制,这一地区土壤
氨挥发的研究长期以盆栽试验和室内模拟为主 [ 10] , 所
得结果难以反映田间实际[ 11, 12]。本试验采用密闭通气
法[ 10 , 13] ,在长期试验基础上研究了连作和轮作苜蓿草
地原位氨挥发损失,以期为减少氮素损失、保护农村生
态环境提供科学依据。
1　材料与方法
1. 1　试验区自然概况
试验区位于陕西省长武县,属黄土高原半干旱地
区;海拔 1200 m; 年均气温 9. 1℃, 1月份- 5. 0℃, 7月
份 22. 1℃; > 10℃积温3029℃,年日照时数 2230 h, 年
辐射总量为 484 kJcm- 2 ;无霜期 171 d; 1985- 2004年
试验期间年均降水量 578. 5 mm ,其中 54%集中于7-
9 月份。土壤为中壤质黑垆土, 田间持水量 21%～
24%,萎蔫湿度 7%～8%, pH 8. 3。土壤肥力中等, 在
同类地区具有典型代表性。
1. 2　试验方案
紫花苜蓿连作区设 3个处理: CK (不施肥作为对
照) ; P (施 P26. 2 kg/ hm2 ) ; NPM (施 NPM: N120 kg /
hm2、P26. 2 kg / hm 2、有机肥75 t / hm 2)。有机肥的有机
质含量 30. 47 g / kg, 全 N1. 97 g/ kg , 碱解 N 90. 55
mg / kg, 全 P 0. 97 g / kg, 速效 P 115. 30 mg / kg , 速效
K 644. 80 mg/ kg。
粮苜 8年轮作区: 紫花苜蓿( 4年)→马铃薯( 1年)
→小麦( 3年)。统一施用 NP 化肥( N120 kg / hm2、P26.
2 kg / hm
2 )。
紫花苜蓿为当地农家品种关中苜蓿(Medicago sati-
va L. cv. Guanzhong )。每年3月中旬按试验处理的用
量撒施氮磷化肥及有机肥, 6月中旬开花后刈割[ 14]。
于 2004年 5月开始采集各个处理的耕层土壤样,
风干磨细, 过 0. 25 mm 和 1 mm 筛,分析其养分含量
(表 1)。土壤有机质采用重铬酸钾外加热氧化法,全氮
采用半微量凯氏蒸馏法,碱解氮采用碱解扩散法。在 5
月 8～9日(分枝期)、5月 22～23日(现蕾期)和 6月 8
～9日(开花期)每日测定各处理的氨挥发。
表 1　苜蓿生长后期耕层土壤养分含量
Fig . 1　So il nutr ients content o f differ ent g rowing yea rs of alfalfa
项目
Item
苜蓿连作
Alfalfa cont inuous cult ivat ion
CK P NPM
苜蓿轮作
Alfal fa rotat ion
一龄苜蓿
1 year alfalfa
二龄苜蓿
2 years al falfa
三龄苜蓿
3 year s alfalfa
四龄苜蓿
4 years alfal fa
有机质( g/ kg) Organ ic material ( g/ kg) 17. 05 16. 54 19. 62 12. 02 13. 31 14. 44 12. 33
全 N (g / kg) T otal n itrogen( g/ kg ) 1. 07 0. 54 1. 27 0. 80 0. 87 1. 05 0. 86
碱解 N ( mg/ k g) Avai lab le nit rogen (m g/ kg) 70. 95 70. 40 84. 14 53. 27 54. 31 62. 24 50. 17
1. 3　挥发氨收集和测定
采用密闭生长室法和通气法结合收集捕获苜蓿草
地挥发释放的氨气,收集装置采用王朝晖等 [ 10]设计的
密闭生长室(图 1所示, 0. 5 m×0. 4 m×1. 1 m ) ,其下
部埋入土壤 10 cm 密封, 空气首先通过装有 10%
H2SO 4的洗气瓶除去空气中的氨,再经过下部的进气
口进入生长室, 更换室内的气体, 由上部的出气口流
出,经流量计(控制流量 3. 5 L/ min 左右)进入装有氨
吸收液( 2%硼酸)的三角瓶,吸收空气从生长室带出的
氨。测定期间,白天( 08∶00- 18∶00)、晚上( 20∶00-
06∶00)连续抽气,吸收液中的氨用标准0. 005% 硫酸
滴定。采用公式NH 3-N (
g) = MV×14×1000计算每
日昼、夜间氨的累计挥发量,式中 M 为滴定时标准酸
的摩尔浓度 , V 为消耗的标准酸体积( m l)。分别除以
昼、夜间的吸收测定时间(小时)作为昼、夜间的平均挥
发速率。
1. 4　数据处理
本试验测定的数据统一采用 M icrosof t Excel 和
The SAS System For Window s V8处理。
2　结果与分析
2. 1　紫花苜蓿草地昼夜氨挥发速率
连作苜蓿草地分枝期昼夜平均氨挥发速率 54. 3

g/ ( m2 . h) , P、N PM 与 CK差异不显著(表2)。进入开
花期后氨挥发速率迅速增加, P、NPM 处理与 CK 之
间差异显著( P< 0. 05)。现蕾期CK、P 和 NPM 处理分
别比分枝期增加了 166. 9%、62. 9%和 89. 8% , P 和
292 草　地　学　报 第 13卷
NPM 处理之间差异不显著,分别比 CK 降低 34. 9%
和 29. 4%。开花期 CK、P 和 NPM 处理分别比分枝期
增加 209. 6%、183. 3%和 316. 7%, P 处理与 CK 之间
差异不显著, 而 NPM 处理比CK 同期不施肥增加 33.
6%。
轮作苜蓿草地分枝期昼夜平均氨挥发速率 49. 2

g/ ( m2 . h) , 1、2、3和 4龄苜蓿草地之间无显著差异(表
2)。进入现蕾期后氨挥发速率迅速增加, 1、2、3和4龄苜
蓿草地分别比分枝期增加 6. 50、5. 72、5. 30和 6. 04倍,
1、2和 3龄之间差异显著( P< 0. 05) , 4与1龄之间差异
不显著。开花期氨挥发速率有所降低,平均比现蕾期降低
56. 5% , 1、2和 4龄之间差异不显著,均显著低于3龄。
连作和轮作苜蓿草地昼夜平均氨挥发速率分枝期
差异不显著, 现蕾期轮作区比连作区增加了 2. 1倍, 开
花期轮作比连作降低 18. 0%( P< 0. 05)。
图 1　氨挥发采集装置
F ig . 1　A device for co llecting NH3 volatilized from alfalfa
表 2　紫花苜蓿草地的氨挥发速率[
g/ ( m2. h) ]
T able 2　Ammonia vo latiliza tion loss r ate of alfalfa dur ing differ ent gr ow ing st ages[
g / ( m2. h) ]
耕作方式
Til ling meth od
昼间 Dayt ime
分枝期
Ramif ication
现蕾期
Budding
开花期
Bloomin g
夜间 Night t ime
分枝期
Ramif icat ion
现蕾期
Budding
开花期
Bloom ing
平均 Average of daytim e an d nig ht tim e
分枝期
Ramif icat ion
现蕾期
Budding
开花期
Blooming
连作 CK1 61. 5e 230. 3c 294. 3b 44. 9cd 53. 8a 35. 1ef 53. 2e 142. 0c 164. 7b
P1 68. 3e 134. 3d 287. 7b 45. 3cd 50. 7ab 34. 0f 56. 8e 92. 5d 160. 9b
NPM 1 58. 5e 160. 1d 403. 0a 47. 2bc 40. 3de 37. 0ef 52. 8e 100. 2d 220. 0a
Average1 62. 8±5. 0 174. 9±49. 7 328. 4±64. 7 45. 8±1. 2 48. 3±7. 1 35. 3±1. 5 54. 3±2. 2 111. 6±26. 7 181. 9±33. 1
轮作 1龄2 64. 2e f 503. 5a 261. 2d 31. 3e f 234. 8a 27. 2f 47. 7f 369. 1a 144. 2e
2龄2 50. 2f 472. 4b 248. 7d 46. 0d 188. 8b 26. 8f 48. 1f 330. 6b 137. 8e
3龄2 50. 6f 466. 0b 305. 1c 42. 3de 154. 0c 28. 3f 46. 4f 310. 0c 166. 7d
4龄2 71. 7e 510. 2a 267. 9d 37. 0def 242. 3a 27. 9f 54. 3f 376. 2a 147. 9e
Average2 59. 2±10. 6 488. 0±22. 0 270. 7±24. 2 39. 2±6. 4 205. 0±41. 4 27. 5±0. 7 49. 2±3. 5 346. 5±31. 5 149. 1±12. 4
　　注: 1. 1 同列肩标字母不同者差异显著。2. 2 1、2、3、4龄苜蓿草地
Note: 1. 1Dif ferent let ters on the righ t top of f igur es of th e s ame column indicate s ignif icant dif f erences. 2. Figure“2”on the righ t top of items in
the table indicate rotat ion year -leng th
2. 2　紫花苜蓿草地昼间氨挥发速率
连作苜蓿草地昼间氨挥发速率,在分枝期为 62. 8

g/ ( m2 . h) , P、N PM 处理与 CK无显著差异(表2)。进
入生殖期后氨挥发速率迅速增加,现蕾期比分枝期增
加了181. 3%, P 和 NPM 处理分别比 CK低 41. 7%和
30. 5%; 开花期比分枝期增加了 430. 9% , P 处理与
CK无显著差异, NPM 处理比 CK增加 36. 9%。
轮作苜蓿草地昼间氨挥发速率,在分枝期为 59. 2

g/ ( m 2. h) ; 进入现蕾期后急剧升高, 达到 488. 0
g /
( m
2
. h) , 1和 4龄差异不显著, 2和 3 龄差异不显著;
开花期降低为 270. 7
g/ ( m 2. h) , 1、2和 4龄之间无显
著差异。2和 3龄在分枝期与 1和 4龄无显著差异, 现
蕾期比 1和4龄低7. 4% ;开花期2龄与1和 4龄差异
不显著, 3龄则比 1和 4龄高 17. 7%。
2. 3　紫花苜蓿草地夜间氨挥发速率
连作苜蓿草地夜间氨挥发速率与昼间变化趋势不
同(表 2) ;在分枝期为 45. 8
g / ( m 2. h) , P 和 N PM 处
理与CK 无显著差异;现蕾期为 48. 3
g/ ( m 2. h) , P 处
293第 4期 王旭刚等:紫花苜蓿草地氨挥发损失的原位研究
理与 CK 差异不显著, NPM 处理比 CK 低 25. 1%; 进
入开花期降低为 35. 3
g / ( m2 . h) , P 和 NPM 处理与
CK差异不显著。
轮作苜蓿草地夜间氨挥发速率在分枝期为 39. 2

g/ ( m2. h ) ; 现蕾期为 205. 0
g/ ( m2 . h) ; 开花期为
27. 5
g / ( m2 . h) ,处理间差异不显著。
苜蓿氨挥发损失主要发生在昼间, 夜间氨挥发速率
为昼间的 38. 8%。苜蓿昼、夜氨挥发速率比随种植年限
不同而异,随生育期的推移迅速降低。连作苜蓿分枝期的
夜间氨挥发速率为昼间的 73. 3%, 现蕾期为 28. 8% ,开
花期为 11. 0%; 轮作苜蓿分枝期的夜间氨挥发速率为昼
间的 67. 9% ,现蕾期为42. 1% ,开花期为9. 9%。
3　讨　论
3. 1　现蕾期是苜蓿草地氨挥发的主要时期,处理间氨
挥发速率差异显著。单施磷肥可以降低连作苜蓿草地
现蕾期的氨挥发速率。N PM 可以降低现蕾期的氨挥
发速率, 显著增加开花期氨挥发速率, 开花前刈割,
NPM 对氨挥发损失具有一定的抑制作用。
3. 2　轮作增加苜蓿草地现蕾期的氨挥发速率,降低开花
期的氨挥发速率。氨挥发速率因种植年限不同而异。分枝
期和现蕾期1和 4龄昼间氨挥发速率差异不显著, 2和 3
龄之间差异不显著, 其中 2和3龄低于1龄和 4龄;开花
期2龄与 1和 4龄差异不显著, 3龄则比1和4龄高17.
7%。昼夜氨挥发速率,不同种植年限分枝期差异不显著,
1龄和4龄现蕾期和开花期间差异不显著; 2龄现蕾期高
于 3龄, 开花期低于 3龄。对这一现象尚需要进一步研
究。
3. 3　苜蓿草地夜间氨挥发速率在现蕾期增加, 在开花
期又降低。这可能是植物在衰老过程中叶片粗蛋白质
含量显著下降,肽酶和蛋白酶等水解酶活性增大,蛋白
质降解剧烈, 伴有游离氨基酸的积累和强烈的脱氨作
用引起的。另外夜间气温低、无光照, 作物的养分吸收、
同化、运输微弱, 氨的产生少; 白天作物的蒸腾作用强
烈,氨随水汽散失;夜间气孔大部分关闭, 氨通过呼吸
作用散失,这些因素也可能决定了夜间的氨挥发速率
较白天低。
4　结　论
苜蓿草地同其他生态系统一样, 在养分循环过程
中存在氮素的氨挥发损失, 其氨挥发速率随着种植年
限不同和生育期的不同而异。连作苜蓿分枝期、现蕾期
和开花期的昼夜氨挥发速率分别为 54. 3、111. 6 和
181. 9
g/ ( m2 . h)。单施磷肥可以降低连作苜蓿草地现
蕾期的氨挥发损失。轮作苜蓿分枝期、现蕾期和开花期
的昼夜氨挥发速率分别为 49. 2 、346. 5和 149. 1
g /
( m
2. h)。2龄苜蓿草地昼间氨挥发速率低于 1、3和 4
龄。苜蓿氨挥发损失主要发生在昼间,夜间氨挥发速率
为昼间的38. 8%。苜蓿昼夜间氨挥发速率比因种植年
限不同而异, 随着生育期的推移迅速降低。
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294 草　地　学　报 第 13卷