基于15N示踪的包膜尿素对棉田土壤氨挥发的影响研究

Ammonia volatilization is an important nitrogen (N) loss in cotton field soils. Polymer coated urea (PCU) has been proved to decrease soil ammonia volatilization and increase N use efficiency of cotton. However, due to the complexity and quick transformation of different N forms, clarifying and quantifying the relationship between N release rates and soil ammonia volatilization is generally very difficult. The static water extraction, simulating incubation and pot experiments will be conducted, the isotope 15N technique and stable isotopes mass spectrometers analysis will be used to compare the difference of soil ammonia volatilization amounts under different water and N management; to identify the dominated limiting factor of ammonia volatilization in different fertility soils; to quantify the relationship between N releases rate and soil ammonia volatilization; to explicate the migration and transformation of N released from PCU in cotton field soils; to study the N cycle characteristics in soil-plant-air system and illuminate the mechanism of PCU decreased soil ammonia volatilization by changed soil inorganic N supply strength and capacity. This project has great importance to utilize and optimize N fertilization of cotton and promote the progress of slow and controlled-release fertilizer industry.

氨挥发是氮肥在土壤中最主要的损失途径之一。包膜尿素能够减少棉田土壤氨挥发，提高氮肥利用率。然而土壤中氮素形态多样且各形态氮素互相转化，阐明并量化棉田土壤中包膜尿素氮素释放与氨挥发关系是研究中的难点。本研究拟采用静水浸提、室内培养和旱棚盆栽试验，结合15N示踪技术、同位素质谱仪分析等手段，比较不同水分管理和氮素运筹下棉田土壤氨挥发量差异，分析不同肥力棉田土壤中影响氨挥发的主要因素，阐明不同条件下包膜尿素养分释放与土壤氨挥发速率的关系，探究包膜尿素所释放的氮素在棉田土壤中形态转化规律及其在土壤-作物-大气系统中循环特点，结合土壤氮素含量和相关酶活性动态变化，明确包膜尿素通过调控土壤氮素供应强度和容量，减少棉田土壤氨挥发量和提高氮肥利用率的作用机制，这对于棉田高效氮肥管理和推动缓/控释肥料行业的发展具有重要意义。

氨挥发是棉田土壤氮素损失的重要途径，包膜尿素能够减少棉田土壤氨挥发，提高氮肥利用率。本课题首先通过对粉末状的15N尿素造粒、包膜制备得到所设定养分释放规律的包膜肥料，并通过一系列的静水浸提、室内培养、盆栽和田间小区试验，结合同位素质谱仪和气相色谱等分析手段，对包膜尿素阻控棉田土壤氨挥发的影响因素及机制进行了初步探究。主要结果如下：（1）棉田土壤中氨挥发损失量约占施氮量的4.6%~29.4%，其中棉花植株对15 N 标记氮肥的回收率为12.4%~56.2%，土体中15N的残留率和损失率分别为18.9%~36.7%和14.6%~62.2%。包膜尿素处理氨挥发损失量显著低于普通尿素处理，减排幅度在14.2%~79.3%之间；（2）在鲁西平原棉花-玉米套作体系下，水分含量和土壤铵态氮（NH4+-N）含量是影响棉田土壤氨挥发的最重要两个因素，但作物生育后期氨挥发损失量与土壤NH4+-N含量并无显著相关关系，说明土壤无机氮含量在一定程度上可以反应氨挥发损失风险，但作物生育后期土壤NH4+-N含量不能作为氨挥发损失风险的直接评判指标；（3）经过2年4季的田间试验后，包膜尿素显著提高了0-40 cm土层无机氮（NO3−-N 和NH4+-N）的残留量，降低了80-120 cm无机氮残留量。此外，我们开发了一系列环境友好型保水缓释肥料，施入土壤后不仅能够显著降低土壤氨挥，减少氮素淋溶损失，还具有良好的保水效果，针对包膜尿素影响土壤氨挥发的微生物学机制正在进行。本研究为棉田高效氮肥管理和推动缓/控释肥料行业的发展提供了重要的理论依据。. 项目资助发表SCI论文4篇，中文核心10篇，申请发明专利4项，审稿中SCI论文2篇。项目培养在读研究生3名，其中1名研究生获得2021年山东省研究生优秀学术成果奖。项目投入经费25万元，因疫情影响减少了出差和参加学术会议次数，差旅费花费较少。此外，学校学院购置了新的仪器设备，节约了大量的测试化验费用，其他项目支出与预算基本相符。剩余经费134062.03元，计划用于本项目研究后续支出。