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我国氮（N）肥消费量居世界首位，但农作物 N 肥利用率低于发达国家[1]。虽然 N 肥的大量投入有力保障了粮食生产，但施用量的逐年增加和施肥方法不合理，不仅降低 N 肥利用率，而且增加农业成本，由此带来的环境、生态问题严重制约农业的可持续发展。施入土壤中的 N 肥仅有 30%～35% 被作物吸收利用，其余大部分 N 经各种途径损失[2]。氨（NH3）挥发是稻田 N 肥损失的主要途径之一，占 N 肥总损失量的 5%～47%[3-4]，加重了大气和水体环境的面源污染[5]。而土壤含水量、温度、pH，以及耕作措施、施肥方式和肥料类型等多方面因素均影响稻田 NH3 挥发损失[6-8]。施用化肥会促进稻田 NH3 的挥发，且损失量随施N 量的增加而升高[9-10]。因此，如何降低稻田 NH3 挥发损失、提高作物 N 肥利用率、保护生态环境是我国农业生产亟需解决的问题[11]。
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随着我国畜禽养殖业的迅猛发展，养殖业废弃物大幅增加[12]。若不进行有效处理，将对周边生态环境产生不良影响。而将无害化处理后的畜禽粪便施用于农田是实现固废资源化的直接途径，在减少化肥用量、降低农业环境压力等方面具有重要意义[13]。研究认为，减少易溶性 N 肥施用量并增加缓效 N 肥是一项有效减少田面水中 NH3 挥发的施肥措施，但有机肥对稻田 NH3 挥发的影响及机理有待进一步明确[14]，主要受有机肥种类、用量以及土壤理化性质等多种因素的综合影响。多数研究表明，施用有机肥有助于减少稻田 NH3 挥发损失[14]，但也有研究认为有机肥中的有机质会增加 NH4 + 的有效性，加剧 NH3 的挥发损失风险[15]。研究认为，将有机肥和化肥进行配合施用可以协调养分供应，促进水稻的养分吸收，提高 N 肥利用效率，从而降低农田 N 素流失风险[16-17]。因此，应加强稻田 NH3 挥发的减排技术研究，以提高肥料 N利用率，降低环境污染[15]。
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洞庭湖区域水热条件优越、土壤肥沃、灌溉便利，是我国重要的双季稻产区。目前关于洞庭湖区稻田 NH3 挥发损失对有机肥 N 替代比例的响应研究鲜有报道。本研究通过田间原位监测，比较双季稻田 N 等量施入条件下不同比例有机肥 N 替代处理间的稻田 NH3 挥发通量及其累积差异，明确提高水稻 N 肥利用率的适宜有机肥 N 替代比例，并分析其影响因素，以期为有效减少农田 N 损失和降低平原河网区 NH3 挥发对环境的危害提供科学依据。
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1 材料与方法
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1.1 试验点概况
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试验于 2019 年在湖南省汨罗市屈原四分场十队（28°93′N，112°93′E）进行。该区属亚热带大陆性季风湿润气候，年日均气温 16.9℃，年均降水量 1353 mm，年均蒸发量 1330 mm，年总日照时数 1665 h，无霜期 263 d。0～20 cm 耕层土壤基本理化性状：pH 4.9，有机质、全 N、全磷、全钾含量分别为 47.93、2.69、0.42、20.44 g·kg-1，铵态氮（NH4 +-N）、硝态氮（NO3--N）、有效磷、速效钾含量分别为 7.93、6.53、8.91、252 mg·kg-1。
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1.2 供试材料
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供试水稻品种：早稻为陵两优 268，晚稻为桃优香占。供试肥料：尿素（N 46%），由湖南省湘农农业生产资料集团有限公司生产；钙镁磷肥 （P2O5 12%），由湖北祥云化工股份有限公司生产； 氯化钾（K2O 60%），由俄罗斯生产；有机肥（猪粪秸秆堆制，N 2.44%，P2O5 0.664%，K2O 2.02%，水分 36.2%，有机质≥45%），由湖南富丰肥业有限公司生产。
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1.3 试验设计
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试验共设置 7 个处理：ON0，常规化肥； ON0.1，有机肥 N 替代 10%；ON0.2，有机肥 N 替代 20%；ON0.3，有机肥 N 替代 30%；ON0.5，有机肥 N 替代 50%；ON0.8，有机肥 N 替代 80%，对照 （CK，不施 N 肥）。施 N 处理早、晚稻 N 用量分别为 150、180 kg·hm-2，P2O5 和 K2O 用量分别为 72 和 90 kg·hm-2、60 和 90 kg·hm-2（有机肥中带入的磷和钾从化肥中扣除）。有机肥和磷肥（钙镁磷肥）全部作基肥施用，N 肥（尿素）和钾肥（氯化钾）基追比例为 6∶4，于移栽后 10 d 左右追肥。3 次重复，随机区组排列，小区面积 20 m2。早、晚稻插植密度均为 25 cm × 20 cm，每穴 2～3 苗，四周设置保护行。其他田间管理同常规方式。早稻于 2019 年 4 月 23 日施基肥和移栽，5 月 6 日追肥， 7月22 日收获；晚稻于 2019 年 7 月 25 日施基肥和移栽，8 月 3 日追肥，11 月 8 日收获。
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1.4 测定项目与方法
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1.4.1 氨挥发采集及测定
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采用密闭室间歇式通气法收集 NH3 挥发。圆筒密闭室直径 20 cm、高 15 cm，由透明有机玻璃制作。密闭室置于沿排水沟方向各小区中线、且垂直田埂向内 1 m 的泥土表面，4 穴禾将其包围，内部留有 8～10 cm 高的空间。密闭室顶部有 2 个通气孔，一个与 2.0 m 高的塑料管连接，另一个与 500 mL 孟氏洗气瓶相连。用导气管连接密闭室和抽气泵，抽气泵驱动气流，在 24 h 内按照抽气-停止-抽气-停止的方式，经孟氏洗气瓶内 20 g·L-1 硼酸吸收液收集气流中的 NH3，再用 5 mmol·L-1 标准稀硫酸滴定，计算稻田土壤表面 NH3 挥发量。抽气于施肥后每天上午 9：00—11：00 和下午 15：00—17：00 进行，气室内换气速率为 15～20 次·min-1。通过每天的 NH3 挥发的小时平均通量换算全天的 NH3 挥发量，直至施 N 处理与 CK 处理间的数值接近才停止采气。NH3 挥发速率及损失率计算公式参照文献[18]。
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1.4.2 植株样品采集及测定
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各小区单打单晒，测定小区稻谷产量。收获时每个小区按对角线采样，选择长势均匀的 5 蔸水稻地上部植株样品。按不同器官材料粉碎后，采用凯氏定氮法测定植株全 N 含量。水稻 N 肥利用率计算公式参照（周旋等，2017）。
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N 肥吸收利用率（NRE，%）=（施 N 区地上部植株吸 N 量-对照区地上部植株吸 N 量）/ 施 N 量 ×100；
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N 肥农学利用率（NAE，kg·kg-1）=（施 N 区产量-对照区产量）/ 施 N 量；
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N 肥生理利用效率（NPE，kg·kg-1）=（施 N 区产量-对照区产量）/（施 N 区地上部植株吸 N 量-对照区地上部植株吸 N 量）；
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N 肥偏生产力（NPEP，kg·kg-1）= 施 N 处理产量 / 施 N 量；
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N 素收获指数（NHI，%）= 籽粒吸 N 量 / 地上部植株吸 N 量 ×100。
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单位产量 NH3 挥发强度（kg·t-1）= 单位面积 NH3挥发累积量（kg·hm-2）/单位面积作物产量（t·hm-2）。
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1.5 数据处理方法
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采用 Excel2019 进行数据计算并绘图。采用 SPSS 19.0 进行差异显著性统计检验，各处理间差异比较采用最小显著性差异法。各指标间的相关性分析采用 Pearson 法。
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2 结果与分析
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2.1 双季稻氮肥利用率
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由表1 可知，早稻各施 N 处理 N 肥吸收利用率 （NRE）大小表现为 ON0.2>ON0.3>ON0.5>ON0.1>ON0>ON0.8，且 ON0 和 ON0.8 处理显著低于其他有机肥 N 替代处理； 晚稻表现为 ON0.3>ON0.2>ON0.5>ON0.1>ON0>ON0.8，且 ON0.2 和 ON0.3 处理显著高于 ON0.8 处理，而与其他施 N 处理差异不显著。早稻各施 N 处理 N 肥农学利用率（NAE）以 ON0.2 处理最高，ON0.8 处理最低，ON0.2 和 ON0.3 处理显著高于 ON0 处理；晚稻以 ON0.2 和 ON0.3 处理最高，且处理间差异不显著。早稻各施 N 处理 N肥生理利用率（NPE）以 ON0.1 处理最高，ON0 最低，且 ON0.1、ON0.2、ON0.3 处理显著高于 ON0 处理；晚稻以 ON0.1 和 ON0 处理最高，随着有机肥 N 替代比例的增加，NPE 不断降低。早稻有机肥 N 替代比例 10%～50% 处理 N 肥偏生产力（NPFP）较 ON0 处理提高 4.2%～14.48%，其中 ON0.2 和 ON0.3 分别显著提高 14.48% 和 13.03%；晚稻 ON0.1、 ON0.2 和 ON0.3 处理较 ON0 分别提高 0.03%、0.71% 和 0.6%。早稻各处理 N 收获指数（NHI）以 ON0.3 处理最高，有机肥 N 替代处理较 ON0 处理提高了 6.2～14.1 个百分点，其中 ON0.3 处理显著高于 ON0 和 ON0.8 处理；晚稻以 ON0.2 处理最高，ON0.8 处理最低，且 ON0 和 ON0.2 处理显著高于 ON0.8 处理。说明在等 N 量施用条件下，有机肥 N 替代化肥 10%～50% 较纯化肥处理可不同程度提高早、晚稻的 NRE、NAE、NPFP 和 NHI，其中 ON0.2 和 ON0.3 处理早稻N肥利用率显著高于 ON0 处理；但 ON0.8 处理由于养分供应不足，导致利用率下降。
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注：同一列数据后跟相同小写字母者差异未达到 5% 显著水平。
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2.2 双季稻田氨挥发损失
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2.2.1 早稻季氨挥发速率及累积量
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如图1 所示，早稻基肥施用后，CK 处理 NH3 挥发速率一直保持最低且无明显变化。ON0、ON0.1、ON0.8 于第 3 d 出现 NH3 挥发速率峰值（4.45、 3.85、1.69 kg·hm-2·d-1），ON0.2、ON0.3、ON0.5 于第 2 d 出现峰值（4.40、2.57、1.90 kg·hm-2·d-1）。有机肥 N 替代处理 NH3 挥发速率峰值随有机肥 N 替代比例的增加而降低，且有机肥 N 替代处理峰值普遍低于纯化肥处理。在 5 月 1 日和 2 日，施 N 肥处理再次出现高峰，其值较第 1 次低，之后快速下降，第 10 d 达到最低值。早稻追肥后，ON0、ON0.2、ON0.5、 ON0.8 处理于第 4 d 出现峰值（2.18、3.40、0.92、 1.76 kg·hm-2·d-1），ON0.1、ON0.3 处理于第 5 d 出现峰值（2.01、0.65 kg·hm-2·d-1）。5 月 17 日，再次出现高峰，ON0.1、ON0.3 和 ON0.5 处理峰值 （2.43、1.84 和 1.35 kg·hm-2·d-1）较第 1 次高。整体上，追肥较基肥第 1 次峰值更低，ON0、ON0.1 和 ON0.2 处理 NH3 挥发速率峰值明显高于其他处理。早稻季各施 N 处理 NH3 挥发累积量大小表现为 ON0>ON0.1>ON0.2>ON0.3>ON0.5>ON0.8，损失率达 10.07%～20.97%。随着有机肥 N 替代比例的增加呈逐渐下降的趋势，以 ON0 处理最高，ON0.8 处理最低。
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早稻季各施 N 处理 NH3 挥发累积量大小表现为 ON0>ON0.1>ON0.2>ON0.3>ON0.5>ON0.8，损失率达 10.07%～20.97%。随着有机肥 N 替代比例的增加呈逐渐下降的趋势，以 ON0 处理最高，ON0.8 处理最低。
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图1 早稻季氨挥发速率及其累积量
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2.2.2 晚稻季氨挥发速率及累积量
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如图2 所示，晚稻基肥施用后，各施 N 处理于第 1～2 d 陆续出现 NH3 挥发速率峰值，之后随时间推移逐渐下降，其中 ON0 处理峰值（10.85 kg·hm-2·d-1）明显高于其他处理，且有机肥 N 替代处理峰值随有机肥 N 替代比例的增加呈下降趋势。追肥后，各施 N 处理于施肥后第 1～3 d 出现峰值，之后逐渐下降接近 CK 处理。整体上，追肥较基肥峰值更低，ON0 处理峰值较高，ON0.8 处理峰值较低。
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晚稻季各施 N 处理 NH3 挥发损失率达 13.79%～23.56%，以 ON0 处理最高，ON0.8 处理最低，且随有机肥 N 替代比例的增加 NH3 挥发损失呈下降趋势。其中 ON0、ON0.1 和 ON0.2 处理的 NH3 挥发累积量增长幅度明显高于 ON0.3、ON0.5 和 ON0.8 处理。
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图2 晚稻季氨挥发速率及其累积量
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2.3 双季稻氨挥发损失量及氮损失比例
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由表2 可知，早稻季基肥期施 N 处理 NH3 挥发损失量以 ON0 处理最高，ON0.8 处理最低，随着有机肥 N 替代比例的增加，NH3 挥发损失量减少，且有机肥 N 替代处理较纯化肥处理 NH3 挥发损失量减少 28.23%～67.45%；NH3 挥发损失率与损失量变化规律一致。早稻季追肥期 ON0.1、ON0.2 处理 NH3 挥发损失量较 ON0 分别高 41.20%、29.2%，而 ON0.3、ON0.5、ON0.8 处理分别低 27.65%、22.46%、 36.57%；追肥后 NH3 挥发损失率大小表现为 ON0.2>ON0.1 >ON0>ON0.3>ON0.5>ON0.8。从早稻季 NH3 挥发量及损失率来看，有机肥 N 替代处理 NH3 挥发损失量较 ON0 处理减少 4.95%～50.23%，损失率大小表现为 ON0>ON0.1>ON0.2>ON0.3>ON0.5>ON0.8，随着有机肥 N 替代比例的增加而降低。有机肥 N 替代处理双季稻单位产量 NH3 挥发强度较纯化肥处理降低 0.68～2.36 kg·t-1，其中有机肥 N 替代比例 20%、30%、50%、80% 处理达到显著水平。
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晚稻季基肥期施 N 处理 NH3 挥发损失量以 ON0 处理最高，ON0.5 处理最低，随着有机肥 N 替代比例的增加，NH3 挥发损失量呈下降趋势，有机肥 N 替代处理 NH3 挥发损失量较 ON0 处理减少 6.44%～43.81%。NH3 挥发损失率与损失量变化规律一致。追肥期有机肥 N 替代处理 NH3 挥发损失量较 ON0 处理降低 19.11%～42.87%，追肥后 NH3 挥发损失率为 ON0>ON0.5>ON0.1>ON0.2>ON0.3>ON0.8>CK。从晚稻季 NH3 挥发总量及损失率来看，晚稻季施 N 处理 NH3 挥发损失量为有机肥 N 处理较 ON0 处理减少 14.76%～40.28%，损失率为 ON0>ON0.1>ON0.2>ON0.3>ON0.5>ON0.8。有机肥 N 替代处理晚稻单位产量 NH3 挥发强度较纯化肥处理降低 0.77～1.85 kg·t-1，其中有机肥 N 替代比例 30%、50%、80% 处理达到显著水平。
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注：同列不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05），下同。
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2.4 双季稻田面水铵态氮和硝态氮浓度
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2.4.1 田面水铵态氮浓度
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如图3 所示，早稻季基肥和追肥施用后第 1～2 d 施 N 处理田面水 NH4 +-N 浓度陆续出现峰值，之后迅速下降，且 ON0 处理田面水 NH4 +-N 浓度整体高于有机肥 N 替代处理。其中，ON0.5、 ON0.8 处理田面水 NH4 +-N 浓度峰值更低。晚稻季基肥和追肥施用后分别于第 1 和 1～3 d 各施 N 处理田面水 NH4 +-N 浓度出现峰值，之后急剧下降。基肥期有机肥 N 替代处理田面水 NH4 +-N 浓度整体高于常规施肥处理。早晚稻施 N 处理田面水 NH4 +-N 浓度平均值表现为 ON0>ON0.1>ON0.2>ON0.3>ON0.5>ON0.8，随有机肥 N 替代比例的增加呈下降趋势。
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图3 稻田田面水铵态氮浓度动态变化
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2.4.2 田面水硝态氮浓度
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如图4 所示，在整个监测期间，田面水 NO3--N 浓度变化规律不明显。早稻季各处理田面水 NO3--N 浓度平均值表现为 ON0.5>ON0>ON0.3>ON0.1>ON0.2>ON0.8>CK，晚稻季表现为 ON0.1>ON0.5>ON0.2>ON0.8>ON0.3>ON0>CK。
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图4 稻田田面水硝态氮浓度动态变化
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2.5 田面水 pH
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如图4 所示，在整个监测期间早、晚稻季各处理田面水 pH 波动较大，无明显规律。早稻季田面水 pH 平均值介于 7.42～7.70 之间，晚稻季平均值介于 7.74～7.82 之间。
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图5 稻田田面水 pH 动态变化
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2.6 相关因素与氨挥发特征的关系
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由表3 可知，有机肥 N 替代比例与 NH3 挥发总量呈显著或极显著负相关（r 早 =-0.927**；r 晚 =-0.881*），与田面水 NH4 +-N 浓度平均值呈极显著负相关（r 早 =-0.988**；r 晚 =-0.978**），即随着有机肥 N 替代比例的增加，田面水 NH4 +-N 浓度平均值降低，NH3 挥发总量减少。NH3 挥发总量与田面水 NH4 +-N 浓度平均值呈显著正相关（r 早 =0.909*；r 晚 =0.88 6*），与田面水 NO3--N 浓度平均值和 pH 相关性不显著，即随着田面水 NH4 +-N 浓度平均值升高， NH3 挥发总量增加。说明田面水中 NH4 +-N 浓度是影响稻田 NH3 挥发速率的重要因素。
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注：* 和 ** 分别表示在 0.05 和 0.01 水平相关性显著和极显著。右上为早稻，左下为晚稻。
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3 讨论
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3.1 有机肥 N 替代比例对双季稻 N 肥利用率的影响
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施用有机肥可显著提高土壤有机质、改良土壤理化性状，提高土壤通气性、透水性和保肥性，促进作物根系生长，提高作物产量及养分利用率，并减少养分损失[19]。李菊梅等[14]研究发现，南方红壤水稻施用有机无机肥较单施化肥或单施有机肥 N 肥利用率高。徐明岗等[20]在湖南双季稻区第四纪红土发育稻田连续 6 年定位试验表明，猪粪 N 替代 50% 化肥处理较纯化肥处理 N 素利用率（36.3%） 提高 10.1 个百分点。李先等[21]研究发现，猪粪有机肥替代 20% 化肥 N 处理双季稻 NRE 较纯化肥施用提高 1.51～2.66 个百分点。本研究中，有机肥 N 替代比例 10%～50% 处理早稻和晚稻 NRE 分别提高 7.3～13.5 和 0.8～4.5 个百分点，主要是由于有机肥营养全面，有利于土壤有机质的积累和土壤肥力的提升，从而有效提高 N 肥利用率。
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向璐等[22] 研究表明，减 N 条件下粪肥配化肥的稳产效果优于秸秆配化肥和纯化肥，NAE 与减少 25% 化肥 N 处理差异不大。刘红江等[23]研究发现，有机肥替代 50% 可在保证水稻高产的同时，显著增加水稻 N 素累积量，明显提高 NAE、 NRE、NPFP。谭力彰等[24]研究指出，以猪粪堆肥替代 20%N 肥早、晚稻的 NAE、NRE、NPFP 以及晚稻 NPE 最高。本研究中，等 N 量替代条件下配施猪粪有机肥能明显提高早稻 NRE、NAE、NPFP 和 NHI，而替代比例达 80%，早稻 NRE、NAE 和 NPFP 及晚稻 NRE 和 NAE 则明显下降。
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孟琳等[25]研究发现，有机肥 N 替代 15%～30% 和 10%～20% 较单施化肥相比显著提高了水稻 N 素利用率，分别达 36.6%～48.1% 和 34.3%～40.0%。叶静等[26]研究表明，在施 N 量为 150 kg·hm-2 的基础上加施有机肥，能有效降低 N 素损失率，水稻 N 素利用率达到 47.9%。本研究中，较单施化肥处理，ON0.2 和 ON0.3 处理早稻 NRE、NAE、 NPFP 和 NHI 分别显著提高 9.4～13.5 个百分点、 93.75%～104.69%、13.07%～14.37% 和 11.8～14.1 个百分点，晚稻分别提高 3.2～4.5 个百分点、 2.54%、0.64%～0.86% 和-1.2～0.1 个百分点。主要由于适宜比例猪粪有机肥与化肥配施下，有机肥矿化速度慢，有利于持续维持 N 素供应，但减少 N 素损失，提高 N 肥利用效率[27]。
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孙铭鸿等[19]研究发现，2 年内化肥配施猪粪较 100% 化肥增加晚稻季水稻吸 N 量和 N 肥利用率，但早稻季会降低。由于早、晚稻季不同的气温、降雨条件，化肥配施猪粪对土壤 N 素有效性的影响不同，从而导致 N 肥利用率也显著不同。早稻季气温低，有机物质的矿化较缓慢[28]，且降雨多，造成 N 易经径流损失[18，29]，从而导致有效 N 素供应不足，N 肥利用率降低。早稻季化肥配施猪粪条件下，当气温较低时，有机 N 的矿化量不足，导致土壤 N 素有效性低，N 肥利用率降低。晚稻季土壤有机 N 的矿化增加，且化学 N 肥损失少，化肥配施较猪粪常规化肥处理提高 N 肥利用率。
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3.2 有机肥 N 替代比例对双季稻田氨挥发特征的影响
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吴萍萍等[30] 研究发现，红壤地区双季稻 NH3 挥发损失量可占施 N 量的 4.5%～32.8%。俞映倞等[3] 研究得出，太湖地区常规施肥（N 270 kg· hm-2）NH3 挥发损失量（ 率） 达 75.9 kg·hm-2（28.1%）。与前人研究结果相符，洞庭湖区早、晚稻季纯化肥处理 NH3 挥发损失量（率） 分别为 32.54 kg·hm-2（20.97%）、43.64 kg·hm-2 （23.56%）。本研究早稻季 NH3 挥发损失整体水平较低，可能是因为早稻监测期间降雨频繁且持续时间较长，气温偏低所致。
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相关研究表明，稻田施肥后 1～3 d 出现 NH3 挥发峰值，之后逐渐下降，7 d 后排放趋同于 CK 处理[10，30-31]。而田间 NH3 挥发持续时间早稻季约为施肥后 20 d，晚稻为施肥后 9～10 d[11]。本研究中，早稻季 NH3 挥发峰值出现于施肥后 2～5 d，晚稻季施肥后为 1～3 d，较早稻季提前。可能是由于夏季高温，日照强烈，田面水温度升高，NH3 挥发速率峰值出现更早，而持续时间变短。此外，早、晚稻 NH3 挥发主要集中于施肥后的半个月内，出现多个峰值，是因为化肥 N 快速分解，而有机肥中有机 N 也被微生物分解为矿质 N，肥料施入稻田后，矿质 N 产生大量 NH4 +-N 进入田面水，参与稻田 NH3 挥发的过程，随之出现脉冲式 NH3 挥发峰值。
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李菊梅等[14] 研究发现，红壤区稻田有机无机肥（1∶1）、纯化肥、纯有机肥处理（N 150 kg· hm-2）早稻和晚稻 NH3 挥发 N 损失率分别为 18.2%、 37.7%、0.7% 和 7.2%、37.9%、1.0%。李喜喜等[31] 发现，猪粪和化肥配施处理较常规施肥处理能降低 NH3 挥发累积量 4.21%～16.74%，而单施过量猪粪促进 NH3 挥发。Shan 等[32] 经多点大田试验发现，有机肥、有机无机复合肥处理 NH3 挥发量较尿素处理分别降低 11.77%～18.46%、 8.82%～12.67%。本研究中，早、晚稻季有机肥 N 替代处理 NH3 挥发损失率分别为 10.7%～19.9%、 13.79%～19.98%，较常规施肥分别减少 1.07～10.90 个百分点、9.77～3.58 个百分点。主要是因为有机肥分解过程中产生有机酸降低土壤 pH，再形成腐殖质增强土壤对 N 素吸附能力[33]，减少 NH3挥发。故随有机肥替代比例的增加，稻田NH3 挥发减少，减排效果明显，猪粪有机肥投入为土壤提供充足的碳源和 N 源，促进微生物活动，微生物对有机质分解的过程中将无机 N 固定转化为有机 N，而无机 N 数量的减少最终降低 NH3 挥发累积。但不宜用大量有机 N 替代，否则将影响养分吸收和影响产量。
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NH3 挥发排放强度是生产单位籽粒产量的NH3 挥发量，可以作为环境效应的判定指标。王吕等[34]研究发现，紫云英稻秆联合还田较对照处理可显著降低稻田 NH3 挥发累积量（2.88%～8.32%） 和单位产量 NH3 挥发强度（5.26%～13.88%）。本研究中，早、晚稻有机肥 N 替代处理双季稻单位产量 NH3 挥发强度较纯化肥处理分别降低 0.68～2.36、0.77～1.85 kg·t-1，其中有机肥 N 替代比例 20%～80% 处理（早稻）、30%～80% 处理（晚稻）达到显著水平。可能因为有机物料还田与无机化肥配施影响土壤 N 素供应，提高了作物生育期前期对 N 素养分的吸收，减少 NH3 挥发量，降低稻田 NH3 挥发强度，减小 N 素损失风险[34]。
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3.3 双季稻稻田田面水氮素变化动态及其对氨挥发损失的影响
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田面水高浓度 NH4 +-N 均维持在 1 周之内，是控制有机肥施入后 N 素损失的关键时期。李喜喜等[31]研究发现，猪粪和化肥配施也能有效降低田面水 NH4 +-N 和 NO3--N 浓度。本研究结果表明，适量比例猪粪有机肥替代化肥能有效降低田面水 NH4 +-N 浓度，主要是由于猪粪施用后，一部分 NH4 +-N 转化为 NH3 挥发至空气中，另一部分随水体渗漏到土壤底层，而表层的 NH4 +-N 经硝化作用转化为 NO3--N，降低田面水 NH4 +-N 浓度[35]。从稻田消纳量和承载力来看，稻田猪粪适量施用能有效降低 NH3 挥发通量与田面水 NH4 +-N 的数量，有效降低 N 素挥发损失风险。
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田面水 NH4 +-N 浓度是稻田 NH3 挥发的关键因素之一，与 NH3 挥发通量呈正相关[7-9，31]。本研究中，NH3 挥发与田面水 NH4 +-N 浓度平均值呈显著正相关（r 早 =0.909*、r 晚 =0.886**），而与田面水 NO3--N 浓度平均值和 pH 相关性不显著。李菊梅等[11]研究认为，施肥后短期内田面水 NH4 +-N 含量和 pH 均显著上升，其与 NH3 挥发速率均呈显著正相关。基肥初期，田面水 NO3--N 浓度高而 NH4 +-N 浓度低，这是可能由于冬闲后稻田矿化 N 多以 NO3--N 的形式存在，淹水后田面水 NO3--N 浓度升高，且淹水后微生物活性增强，促进 NH4 +-N 向 NO3--N 的转化。
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4 结论
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（1）洞庭湖区水稻 N 肥 NRE、NAE、NPEP 和 NHI 随有机肥 N 替代比例的增加表现先升高后降低的趋势，有机肥 N 替代比例 10%～50% 较纯化肥处理早、晚稻 NRE 分别提高 7.3～13.5 个百分点、0.8～4.5 个百分点，N 肥 NAE 分别提高 73.43%～104.69%、-4.23%～2.54%，NPEP 分别提高 10.02%～14.38%、-1.07%～0.86%， NHI 分别提高 6.8～14.1 个百分点、-2.8～0.2 个百分点，且以 ON0.2 和 ON0.3 处理最高，其中早稻 N 肥利用率显著高于 ON0 处理；而有机肥 N 替代比例 80% 的 N 肥利用率均下降。
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（2）早稻 NH3 挥发于基肥后第 2～3 d 出现峰值，追肥后第 4～5 d 出现峰值。晚稻基肥和追肥后，NH3 挥发于第 1～3 d 出现峰值，且基肥峰值高于追肥。早、晚稻 ON0 处理 NH3 挥发损失量最高，分别为 32.54、43.64 kg·hm-2，N 损失率分别为 20.97%、23.56%；双季稻生长季 NH3 挥发损失总量（率）ON0 处理为 N 76.18 kg·hm-2（22.38%），有机 N 替代处理 NH3 挥发损失总量（ 率） 为 N 42.26～68.13 kg·hm-2（12.81%～20.65%），随有机肥 N 替代比例提高，早晚稻 NH3 挥发总量呈线性下降的趋势。较 ON0 处理，有机肥 N 替代处理双季稻单位产量 NH3 挥发强度降低 0.74～2.10 kg·t-1，早稻季有机肥 N 替代 20%～80% 处理、晚稻季 30%～80% 处理减排效果达到显著水平。
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（3）有机肥N替代比例与 NH3 挥发总量呈显著或极显著负相关关系，NH3 挥发总量与田面水 NH4 +-N 浓度平均值呈显著正相关，而与田面水 NO3--N 浓度和 pH 无显著相关性。故田面水中 NH4 +-N 浓度是影响稻田 NH3 挥发速率的重要因素。
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因此，综合考虑 N 肥利用率和单位产量氨挥发强度，有机肥 N 替代 20%～30% 可以有效控制稻田田面水 NH4 +-N 浓度，显著降低 NH3 挥发损失，明显提高水稻 N 肥利用率，保证水稻产量。
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摘要
为有效防控稻田氨（NH3）挥发损失并提高水稻氮（N）肥利用率，采用密闭室间歇通气法，设置有机肥 N 替代化肥 N 的 0%（ON0）、10%（ON0.1）、20%（ON0.2）、30%（ON0.3）、50%（ON0.5）、80%（ON0.8）6 个不同替代比例处理及对照处理（不施 N，CK），通过田间小区试验研究双季稻田 NH3 挥发速率的季节性变化规律及损失特征和 N 肥利用率的影响。结果表明：水稻 N 肥吸收利用率、农学利用率、偏生产力和 N 收获指数随有机肥 N 替代比例的增加表现出先升高后降低的趋势，且以 ON0.2 和 ON0.3 处理最高，其中早稻 N 肥利用率显著高于 ON0 处理。早、晚稻田 NH3 挥发峰值分别发生于施肥后 2 ～ 5、1 ～ 3 d。双季稻生长季 NH3 挥发损失总量（率）以 ON0 处理最高，达 N 76.18 kg·hm-2（22.38%）；而有机肥 N 替代处理 NH3 挥发损失总量（率）为 N 42.26 ～ 68.13 kg·hm-2（12.81% ～ 20.65%），与有机肥 N 替代比例呈显著负相关关系。较 ON0 处理，有机肥 N 替代处理双季稻单位产量 NH3 挥发强度降低 0.74 ～ 2.10 kg·t-1，早稻季有机肥 N 替代 20% ～ 80% 处理、晚稻季替代 30% ～ 80% 处理减排效果达到显著水平。相关分析表明，NH3 挥发总量与田面水 NH4 + -N 浓度平均值呈显著正相关，与 NO3 - -N 浓度平均值和 pH 无显著相关性。可见，有机肥 N 替代 20% ～ 30% 能有效减少双季稻田 NH3 挥发，降低 N 素损失风险，促进养分吸收，提高水稻 N 肥利用率。
Abstract
The study aimed to effectively prevent and control the loss risk of ammonia（NH3）volatilization and improve the utilization efficiency of nitrogen（N）fertilizer in rice. Organic fertilizer N was set to replace chemical fertilizer N with six different replacement ratios：0%（ON0），10%（ON0.1），20%（ON0.2），30%（ON0.3），50%（ON0.5），80%（ON0.8） and a control treatment（no N，CK）. Field experiment was conducted using the closed chamber intermittent ventilation method to study the effects of different organic N replacement ratio on the seasonal variation of soil NH3 volatilization rate and its loss characteristic，and N fertilizer utilization efficiency in double-cropping rice field. The results showed that N fertilizer absorption and utilization ratio，N fertilizer agronomic utilization ratio，N fertilizer partial productivity and N harvest index of rice first increased and then decreased with the increase of organic fertilizer N substitution ratio，and the N fertilizer utilization ratio of early rice was significantly higher than that of ON0 treatment. The peak value of NH3 volatilization in earlyand late- rice fields occurred at 2 to 5 and 1 to 3 d after fertilization，respectively. The highest total volatilization loss（rate） of NH3 was observed under ON0 treatment，which was N 76.18 kg·hm-2（22.38%），during the growing season of double cropping rice. The total volatilization loss（rate）of NH3 in organic N replacement treatments was N 42.26-68.13 kg·hm-2 （12.81%-20.65%），which was significantly negatively correlated with the N replacement ratio of organic fertilizer. The NH3 volatilization per unit yield of double cropping rice in organic N replacement treatments was 0.74-2.10 kg·t-1 lower than that in ON0 treatment. The emission reduction effect of organic fertilizer N replaced by 20%-80% treatments in early rice season and by 30%-80% treatments in late rice season reached a significant level. Correlation analysis showed that the total amount of NH3 volatilization had a significant positive correlation with the average NH4 + -N concentration of surface water，but had no significant correlation with the average NO3 - -N concentration and pH. In general，replacing 20%-30% of fertilizer nitrogen with organic fertilizer N could effectively reduce NH3 volatilization in double-cropping rice fields，reduce the risk of N loss， simultaneously promote nutrient absorption，and improve N fertilizer utilization efficiency in rice fields.