楊柳青，季加敏，巨曉棠

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

硝化/脲酶抑制劑對石灰性潮土N2O減排效果及氮素轉(zhuǎn)化的比較

楊柳青，季加敏，巨曉棠*

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

以華北平原石灰性潮土為對象，采用室內(nèi)靜態(tài)培養(yǎng)方法,在土壤中添加不同類型的抑制劑（硝化抑制劑、脲酶抑制劑），監(jiān)測N2O和無機氮隨時間變化的特征，對比分析何種添加劑減排N2O效果明顯，為其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。試驗設(shè)置7個處理：不施肥（CK）；只施尿素（U）；尿素和2-氯-6-三氯甲基吡啶（Nitrapyrin，由中化集團公司代理）同時施用（U+NP）；尿素和推薦用量2-氯-6-三氯甲基吡啶（Nitrapyrin，由陶氏化學(xué)公司代理）同時施用（U+NPD）；尿素和2倍推薦用量2-氯-6-三氯甲基吡啶（Nitrapyrin，由陶氏化學(xué)公司代理）同時施用（U+2NPD）；尿素和雙氰胺同時施用（U+DCD）；尿素和N-丁基硫代磷酰三胺同時施用（U+nBPT），共培養(yǎng)56 d。在培養(yǎng)第1、2、3、5、7、10、14、19 d采氣測定N2O和CO2，氣體監(jiān)測到培養(yǎng)第19 d為止；在培養(yǎng)的第0、1、3、7、14、21、28、42、56 d進行破壞性取樣，監(jiān)測土壤氮素轉(zhuǎn)化。結(jié)果表明：供試硝化抑制劑能夠降低87.4%～99.6%的N2O排放，脲酶抑制劑降低30.0%N2O排放；氮素轉(zhuǎn)化過程中，硝化抑制劑處理只有0.03%～0.84%的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2O，脲酶抑制劑處理有4.69%的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2O。DCD和陶氏公司Nitrapyrin產(chǎn)品在抑制N2O排放的效果上無顯著差異，與推薦用量陶氏公司Nitrapyrin相比，施用2倍推薦量并沒有顯著降低N2O排放。綜上，供試硝化抑制劑能夠顯著降低石灰性土壤N2O的排放，減排效果最好的處理為U+NP，陶氏公司Nitrapyrin產(chǎn)品按推薦用量施用即可。

硝化抑制劑；脲酶抑制劑；N2O排放；氮素轉(zhuǎn)化；潮土

N2O是僅次于CO2、CH4的第三大溫室氣體，具有極強的溫室效應(yīng)，其強度是CO2的近300倍[1]。同時，N2O可以參與大氣中的一些光化學(xué)反應(yīng)，破壞臭氧層，導(dǎo)致到達地面的紫外線增加，影響人類健康。N2O的排放源有自然源和人為源，農(nóng)業(yè)是人為排放源中的重要貢獻者，全球尺度上農(nóng)業(yè)源占全部人為源N2O排放的66%[2]，在中國，該比例高達75%[3]。農(nóng)田土壤N2O排放受多種因素的綜合影響，包括土壤O2濃度、土壤濕度、土壤溫度、pH、土壤碳氮含量以及當(dāng)時的氧化-還原勢[4]。

農(nóng)田土壤N2O排放的主要生物學(xué)過程包括硝化細(xì)菌的硝化作用，硝化細(xì)菌的反硝化作用，反硝化細(xì)菌的反硝化作用，以及耦合硝化-反硝化作用[5-9]，究竟哪個過程處于主導(dǎo)，需要綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤狀況等。多年研究表明，歐洲土壤因為富含有機質(zhì)，可利用碳含量高，反硝化作用是N2O排放的主要途徑[10-11]。中國華北平原石灰性土壤特征為低碳、缺水、高硝化潛勢，主要農(nóng)作物種植體系為冬小麥-夏玉米輪作體系，所用肥料類型主要為銨態(tài)氮肥或者尿素，硝化作用為N2O排放的主要途徑[12-13]。要減少該地區(qū)土壤的N2O排放，必須抑制氨氧化細(xì)菌的活性，減緩向的轉(zhuǎn)化速率，延長在土壤中的持留時間。

眾多研究表明，硝化抑制劑能夠有效抑制土壤中硝化細(xì)菌的活性，減少硝酸鹽淋溶或N2與N2O等氮的損失[14-16]。該地區(qū)主要的氮肥施用形態(tài)為尿素，尿素施入土壤后在脲酶的作用下快速被水解為，脲酶抑制劑通過減緩該過程的發(fā)生，延長施肥點處的尿素擴散時間，降低土壤中的濃度，從而抑制氨氧化作用，減少N2O排放。常用的硝化抑制劑有DMPP（3，4-dimethylpyrazole phosphate）、DCD（Dicyandiamide），還有其他抑制劑如三氨甲基吡啶（Nitrapyrin）、烯丙基硫脲（Allythiourea）、脒基硫脲（Amidinothiourea）等[17-20]，低濃度的C2H2（10 Pa）也可以抑制氨氧化過程，高濃度的乙炔不僅可以抑制氨氧化過程，還能夠抑制氧化亞氮還原酶的活性[21]。

目前，有不少關(guān)于具有抑制作用的化合物的報道，但是真正大規(guī)模用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不多。因為它們的減排效果受各種因素的限制，比如抑制劑進入土壤后的降解速率、氣候和土壤環(huán)境對抑制劑效果的影響以及抑制劑在土壤中的遷移等。華北平原作為中國十分重要的糧食產(chǎn)地，找到合適的硝化/脲酶抑制劑對減排N2O、提高氮肥利用效率具有重要意義。本研究以華北平原典型農(nóng)田土壤為基質(zhì)進行室內(nèi)培養(yǎng)試驗，向土壤中施入尿素的同時添加幾種硝化抑制劑和脲酶抑制劑，通過對比分析找出減排效果好的硝化抑制劑，進而為硝化抑制劑在華北平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤采自河北省邯鄲市曲周縣中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實驗站長期定位試驗優(yōu)化處理農(nóng)田，類型為鹽化潮土，表層土壤（0～20 cm）質(zhì)地為輕壤土，亞表層（20～40 cm）為沙壤土[22]。土壤砂粒為39.34%，粉粒為58.25%，粘粒為2.41%。供試土壤（0～20 cm）的基本理化性質(zhì)為：pH 7.7（水土比2.5∶1），容重1.37 g·cm-3，有機質(zhì)含量12.60 g·kg-1，全氮0.70 g·kg-1，速效磷4.80 mg·kg-1，速效鉀72.70 mg·kg-1，銨態(tài)氮0.59 mg N·kg-1，硝態(tài)氮13.35 mg N·kg-1。

該試驗為冬小麥-夏玉米一年兩熟種植體系，小麥季氮肥投入量為N 100～263 kg·hm-2，夏玉米季的施氮量為N 185 kg·hm-2，灌溉時間和灌溉量根據(jù)作物關(guān)鍵生育期前的土壤含水量來確定，標(biāo)準(zhǔn)為保持土壤含水量在45%～80%，試驗期間小麥在返青期和抽穗期分別灌溉75 mm和90 mm，玉米播種后灌溉90 mm。小麥?zhǔn)斋@后，秸稈和麥茬用粉碎機打碎后貼茬播種夏玉米，玉米收獲后秸稈用粉碎機打碎后深翻25cm，混入土內(nèi)[23]。采集的新鮮土置于冰盒中運回實驗室，過2 mm篩，挑揀出其中的石頭、植物根系和殘茬，儲存于4℃冰箱中。

1.2 供試肥料和硝化/脲酶抑制劑

供試肥料為尿素，供試硝化抑制劑為2-氯-6-三氯甲基吡啶（Nitrapyrin），分別由中化集團公司代理和陶氏化學(xué)公司代理。購自中化集團的Nitrapyrin純度為24%，以乳油為溶劑，購自陶氏化學(xué)公司的Nitrapyrin純度為17.67%。雙氰胺（DCD）購自北京化學(xué)試劑公司，純度≥99.5%。脲酶抑制劑為N-丁基硫代磷酰三胺（nBPT），購自AGROTAIN公司，有效成分含量為20%。具體用量均按照商品的推薦用量設(shè)置，購自陶氏化學(xué)公司的Nitrapyrin增設(shè)一個2倍推薦用量，詳見下文試驗設(shè)計部分。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用室內(nèi)靜態(tài)培養(yǎng)方法，培養(yǎng)溫度（18±1）℃，土壤水分含量設(shè)置為70%土壤孔隙含水量（WF PS）。不同抑制劑添加組合施用等量的尿素N 80 mg· kg-1。抑制劑的添加濃度為：中化集團的Nitrapyrin為尿素氮的0.8%，陶氏化學(xué)公司的Nitrapyrin為尿素氮的0.31%和0.62%，DCD為尿素氮的5%，nBPT為尿素氮的0.26%。試驗設(shè)置7個處理：（1）不施肥處理（CK），（2）單施尿素處理（U），（3）尿素+中化集團的Nitrapyrin（U+NP），（4）尿素+推薦用量的陶氏化學(xué)公司的Nitrapyrin（U+NPD），（5）尿素+2倍推薦用量的陶氏化學(xué)公司的Nitrapyrin（U+2NPD），（6）尿素+雙氰胺（U+DCD），（7）尿素+N-丁基硫代磷酰三胺（U+ nBPT），每個處理3次重復(fù)，隨機排列。

正式試驗開始之前，取適量土壤置于恒溫培養(yǎng)室預(yù)培養(yǎng)1～2周，保持土壤濕潤，但是含水量要低于目標(biāo)值。分別將各種抑制劑和肥料混合溶于一定量的去離子水，用注射器將溶液均勻噴灑于土壤中，翻動土壤直至混勻，稱460 g（烘干重）土壤至1165 mL的帶膠塞廣口瓶（高16.3 cm、內(nèi)徑9.5 cm）用于溫室氣體的監(jiān)測，另稱取364 g（烘干重）至500 mL廣口瓶用于破壞性取樣，監(jiān)測土壤的N素轉(zhuǎn)化。共9次取樣，時間分別為培養(yǎng)第0、1、3、7、14、21、28、42、56 d。事先在廣口瓶的2.5 cm和5 cm處標(biāo)記刻度，全部土壤按重量計算分兩次裝入并壓實到刻度，使瓶中土層高度為5 cm，容重為1.3 g·cm-3。裝土完成后，根據(jù)目標(biāo)含水量和土壤目前含水量計算應(yīng)再加入的水量，用注射器均勻噴灑于瓶內(nèi)土壤中，在瓶口蓋上Parafilm透氣保水膜，瓶外罩上黑色塑料袋。共21個大瓶子，168個小瓶子，避光培養(yǎng)56 d，在培養(yǎng)第1、2、3、5、7、10、14、19 d采氣測定N2O和CO2。由于氣體排放至19 d時就已經(jīng)接近0，大瓶子的氣體監(jiān)測持續(xù)到培養(yǎng)的第19 d，到培養(yǎng)結(jié)束時，和小瓶子一起進行破壞性取樣測定培養(yǎng)結(jié)束時的土壤理化性質(zhì)。培養(yǎng)過程中每隔3～4 d通氣一次，維持好氣培養(yǎng)，一周調(diào)節(jié)一次水分，保持土壤水分含量（WFPS）在70%。試驗裝置示意圖見圖1。

圖1 土壤裝瓶前后示意圖Figure 1 Experimental set-up before and after soil bottling

1.4 測定項目

氣體采集方法：上午8：30—9：00采集氣體，采樣前揭開Parafilm膜通氣5 min，蓋上橡皮塞，橡皮塞上連有TeflonR管和三通閥，通過注射器和三通閥連接采集廣口瓶頂部氣體，此時刻記為t0，用20 mL醫(yī)用一次性注射器分別在第0、10、20 min采集3針氣體，每針20 mL，同時記錄采樣時間。采集的樣品在24 h之內(nèi)用氣相色譜（Agilent GC6820）測定N2O、CO2濃度，并計算其排放通量。

土壤無機氮測定：稱取混勻的新鮮土壤24.00 g于180 mL振蕩瓶中，加入100 mL 1 mol·L-1的優(yōu)級純KCl浸提液，充分混勻后置于往復(fù)振蕩機中180 r· min-1下振蕩1 h，用定性無銨濾紙過濾至10 mL離心管中，用三通道連續(xù)流動分析儀（AA3）測定濾液中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。同時稱取25 g左右鮮土于鋁盒中，105℃烘干測定土壤質(zhì)量含水量。

土壤亞硝態(tài)氮的測定[24]：稱取鮮土24.00 g于250 mL聚乙烯瓶中，加入100 mL 2 mol·L-1優(yōu)級純KCl溶液，調(diào)節(jié)pH值至8.0，（20±2）℃，180 r·min-1恒溫振蕩10 min，轉(zhuǎn)移約40 mL提取液于50 mL聚乙烯離心管中，室溫1200 r·min-1離心10 min，將上清液轉(zhuǎn)移至50 mL三角瓶中待用。吸取土壤浸提液5 mL，加入14 mL去離子水，每個比色管中加入1 mL顯色劑，充分混勻，室溫靜置60～90 min。同時配制標(biāo)準(zhǔn)品，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。分光光度計波長為543 nm，以去離子水為參比，用10 nm比色皿測定吸光度。計算公式為：

式中：x為提取液中樣品濃度，mg·L-1；D為提取液的稀釋倍數(shù)；R為提取液體積與干燥土壤質(zhì)量的比例系數(shù)；V為提取液體積，100 mL；m為提取土壤的質(zhì)量，24 g；W為土壤中水分百分含量，%。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

N2O通量計算公式為：

式中：F1為N2O排放通量，μg N2O-N·kg-1·d-1；T為瓶內(nèi)溫度，℃；28為1 mol N2O中N的質(zhì)量數(shù)；22.4為溫度在273 K時的N2O摩爾體積，L·mol-1；W為每瓶土壤干重，kg；V為土壤上層氣體體積，L；c為N2O的氣體濃度，nL·L-1；t為關(guān)瓶時間，min；dc/dt為采樣瓶內(nèi)N2O氣體濃度的時間變化，nL·L-1·min-1。

CO2通量計算公式為：

式中：F2為CO2排放通量，mg CO2-C·kg-1·d-1；12為每摩爾CO2分子中C的質(zhì)量數(shù)；c為CO2氣體濃度，μL· L-1；t為關(guān)瓶時間，min；dc/dt為采樣箱內(nèi)CO2氣體濃度的時間變化率，μL·L-1·min-1。

式中：T為土壤銨態(tài)氮或硝態(tài)氮含量，mg N·kg-1；c為銨態(tài)氮、硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮濃度，mg N·L-1；w為土壤質(zhì)量含水量，%。

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，SPSS 20統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，LSD法檢驗差異顯著性，Sigmaplot 12.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 N2O的排放通量

從N2O排放通量（圖2）來看，CK處理在培養(yǎng)期間基本沒有N2O排放，與CK相比，U處理極大促進了N2O的排放，并且在施肥后的2～3 d排放通量達到最大，近750 μg·kg-1·d-1，隨后降低。與U相比，硝化/脲酶抑制劑不同程度地降低了N2O的排放，抑制效果最明顯的為U+NP處理，N2O排放量最少，低至等同于不施肥處理（CK）。這與Nitrapyrin的施用量大、活性成分較多有關(guān)。U+NPD、U+2NPD與U+DCD處理的N2O排放通量明顯低于U處理，但是減排效果不如U+NP處理，三者間的減排效果無顯著差異，培養(yǎng)期間N2O排放通量維持在205 μg·kg-1·d-1以下；盡管U+nBPT處理也降低了N2O的排放，但效果不如其他添加抑制劑處理。

2.2 CO2的排放通量

圖2 不同處理N2O排放通量Figure 2 N2O fluxes of different treatments

圖3 不同處理CO2排放通量Figure 3 CO2fluxes of different treatments

從CO2排放通量（圖3）可看出，CK處理CO2排放在培養(yǎng)期間一直處于較低水平；只施尿素處理U在培養(yǎng)前兩天CO2排放量較低，從第2 d開始CO2排放量增加并持續(xù)到培養(yǎng)第7 d，隨后下降；對于添加抑制劑的處理，不同處理的排放規(guī)律不盡相同。培養(yǎng)初期，除了U+nBPT處理CO2排放通量呈現(xiàn)上升趨勢外，其他各添加抑制劑處理間沒有顯著差異，均保持較低水平，隨后各處理的CO2日排放量趨勢各不相同。培養(yǎng)開始至第7 d，U+nBPT處理CO2排放量高于只施尿素處理U，可能是因為產(chǎn)品中的其他添加物分解釋放CO2，或nBPT在抑制尿素水解過程中自身分解產(chǎn)生大量CO2；U+NPD處理CO2排放量最低，可能是因為施用推薦用量的陶氏化學(xué)Nitrapyrin產(chǎn)品能夠有效抑制微生物的活性，降低了呼吸作用，但其2倍推薦量處理（U+2NPD）在整個培養(yǎng)期間CO2排放通量顯著高于U+NPD處理，原因可能是高劑量的Nitrapyrin自身分解產(chǎn)生了大量的CO2。各處理的CO2排放在大多數(shù)情況下并未達到顯著水平。

2.3 N2O和CO2的總排放量

從N2O排放總量（表1）可以看出，CK處理的排放總量很低，U處理顯著促進了N2O排放，為CK的217倍；與U相比，添加抑制劑的處理不同程度降低了N2O排放總量，由大到小的順序為U+nBPT＞U+ DCD＞U+NPD＞U+2NPD＞U+NP，分別降低了30.0%、87.4%、91.8%、93.1%和99.6%?？梢钥闯?，U+nBPT的抑制效果顯著弱于其他添加抑制劑處理，效果最好的為U+NP處理，N2O排放顯著低于其他添加抑制劑處理，在統(tǒng)計學(xué)上U+NPD、U+2NPD和U+DCD處理間N2O排放沒有顯著差異，加大陶氏公司Nitrapyrin劑量并不能顯著降低N2O排放。

與CK相比，U處理增加了14.5%的CO2的排放；與U相比，U+NP和U+NPD均減少了CO2總排放量，但是處理間沒有顯著差異。U+2NPD、U+DCD和U+ nBPT處理CO2排放總量較U分別增加了39.0%、23.9%和30.0%，但均未達到顯著水平；U+2NPD處理的CO2總排放量顯著大于U+NPD，增加了1.25倍，這與Nitrapyrin自身分解有關(guān)。

表1 不同處理N2O、CO2排放總量（19 d）Table 1 Total N2O，CO2emissions of different treatment（19 d）

2.4 不同處理土壤NH+4、NO-3和NO-2的變化

從圖4a可以看出，CK處理土壤NH+4含量非常低，U處理土壤的NH+4濃度在培養(yǎng)的第1 d有短暫的上升趨勢，因為尿素施入土壤后遇水會迅速發(fā)生水解使NH+4濃度上升，隨后NH+4濃度迅速下降，在培養(yǎng)第7 d左右降至CK水平，說明在此期間土壤中的氨氧化細(xì)菌利用進行硝化作用將其轉(zhuǎn)化為圖4b），并且有大量的累積（圖5），濃度在培養(yǎng)第3 d累積量達到最大。對于添加抑制劑的處理來說，U+NP處理的濃度降低速度最慢，在培養(yǎng)28 d時其含量還維持在21.6 mg·kg-1（圖4a），培養(yǎng)超過40 d后才完全轉(zhuǎn)化為（圖4b），培養(yǎng)的前7 d基本沒有的累積（圖5），說明該抑制劑可能對微生物活性的抑制效果較強，顯著減緩了向的轉(zhuǎn)化，延長了在土壤中的持留時間。U+NPD、U+ 2NPD和U+DCD處理的土壤和濃度（圖4）均沒有顯著差異，3個處理中向的轉(zhuǎn)化過程類似，但是在培養(yǎng)第3 d左右，U+DCD處理檢測出近14 mg·kg-1的（圖5）。對于U+nBPT處理，培養(yǎng)初期nBPT能夠抑制尿素的水解，土壤含量最低（圖4a），僅為U處理的52%，但培養(yǎng)1～3 d，該處理NH+4含量與U處理無顯著差異，說明nBPT只能在短期內(nèi)延緩尿素的水解，而不能抑制向的轉(zhuǎn)化，土壤和濃度（圖4）呈現(xiàn)此消彼長的趨勢，在培養(yǎng)的前3 d有3.5 mg·kg-1的累積（圖5）。

2.5 培養(yǎng)前后土壤無機氮的變化及N2O生成比率

表2為培養(yǎng)前后土壤無機氮含量的變化及N2O生成比率的關(guān)系?？梢钥闯?，N2O的釋放占土壤氮素轉(zhuǎn)化的比例較小，主要是N和之間的轉(zhuǎn)化。所有處理在培養(yǎng)結(jié)束時NH+4都已完全消耗，U處理最終有74%的外加轉(zhuǎn)化為NO3-N，6.7%的外加轉(zhuǎn)化為N2O排放到大氣中，另外20%的可能被土壤微生物利用或轉(zhuǎn)化為有機氮，或者以NH3和NOx（N2O、NO、N2、NO2）的形式排放到大氣中。添加硝化抑制劑的處理明顯降低了轉(zhuǎn)化為N2O的比例，在0.03%～0.84%之間，其中轉(zhuǎn)化量最少的為U+ NP處理，N2O排放僅占轉(zhuǎn)化量的0.03%，明顯低于U+DCD處理（0.8%）和U+NPD處理（0.6%），可見中化集團的Nitrapyrin對N2O的減排效果最明顯；2倍添加陶氏公司Nitrapyrin處理僅比推薦用量處理降低了16.4%；U+nBPT處理也降低了N2O排放占轉(zhuǎn)化的百分比，只有4.69%的轉(zhuǎn)化為N2O，比U處理降低了30%，但是與其他硝化抑制劑相比則高出許多?？梢婋迕敢种苿﹏BPT不能有效抑制N2O的排放。

3 討論

通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗，比較不同硝化/脲酶抑制劑添加對華北平原石灰性潮土N2O排放通量及氮素轉(zhuǎn)化的影響，計算尿素施入土壤后的氮素轉(zhuǎn)化以及N2O排放占施入N的百分比，得出供試的幾種硝化抑制劑的減排N2O效果優(yōu)于供試脲酶抑制劑，供試硝化抑制劑中以中化集團的Nitrapyrin效果最好，陶氏公司Nitrapyrin按推薦量施用即可。施用尿素的同時施用硝化抑制劑，能夠有效降低N2O排放，原因是硝化抑制劑延緩了向的轉(zhuǎn)化，抑制了在該過程中的累積，從而減少了N2O的排放。此外，本試驗施用相同量的尿素，培養(yǎng)時不論是否施用硝化抑制劑，結(jié)束時土壤的含量基本相同，原因是N2O排放量占硝態(tài)氮量的比例很小。

表2 培養(yǎng)前后無機氮的變化及N2O生成比率Table 2 The change of Nmin and N2O ratio of different treatments before and after the incubation

脲酶抑制劑的作用時間較短，研究表明nBPT在非酸性土壤中可以使尿素水解推遲5 d以上[25]。但在本試驗中脲酶抑制劑對尿素水解的抑制作用更短，只在培養(yǎng)前期（2 d內(nèi)）降低了的濃度，可能和具體的土壤環(huán)境有關(guān)。其他研究報道[26]，脲酶抑制劑雖然能夠延緩尿素的水解，但是可能會促進硝化和反硝化的氮素?fù)p失。本試驗中脲酶抑制劑減排N2O效果較弱的另外一個原因可能是：在土壤中存在另外一種不能被脲酶抑制劑抑制的尿素水解酶——羧基酶[27]。

相比脲酶抑制劑，硝化抑制劑的N2O減排效果較好，過去幾年中，眾多研究發(fā)現(xiàn)了硝化抑制劑對硝化作用的顯著抑制效果，其可使土壤中的較長時間保持在較高水平，減少N2O的排放和的累積[28-32]。同時施用牛糞水和DCD降低了60%的N2O排放[33]，在畜牧草地上施用DCD也能夠降低N2O排放[30]。本研究中，DCD對N2O的減排也有較強的作用，達到87%。課題組之前的室內(nèi)培養(yǎng)試驗發(fā)現(xiàn)，添加DCD減少了80%的N2O排放[13，34]，與本試驗的87.4%減排效果是吻合的，但是培養(yǎng)第3 d有較高的累積，其原因仍需探索。前人報道硝化抑制劑Nitrapyrin能夠大幅降低硝化作用，但是可能增加NH3的揮發(fā)[35]。Nitrapyrin是美國最早商品化并大量使用于農(nóng)作物上的硝化抑制劑，它對亞硝化細(xì)菌有選擇性作用，處理中硝化細(xì)菌不僅會被抑制或被降低活性，有些細(xì)菌種群甚至?xí)粴⑺?，但是該產(chǎn)品在中國一直沒有得到廣泛使用。劉濤等[36]在石灰性土壤上的培養(yǎng)試驗中發(fā)現(xiàn)，Nitrapyrin與（NH4）2SO4一起施入土壤能夠有效提高土壤含量，降低含量，與本研究結(jié)果相吻合。中化集團的Nitrapyrin抑制效果最好，N2O的排放較U處理降低了99.6%，加大陶氏公司的Nitrapyrin施用量并沒有顯著降低N2O排放，反而增加了CO2的排放，因此使用推薦用量即可。需要注意的是，中化集團的Nitrapyrin含較多的氯甲基吡啶，施用量過大或長期使用會對環(huán)境造成污染，而且其本身具有毒性會影響作物的生長[37-39]。

綜上，脲酶抑制劑在降低N2O排放方面低于硝化抑制劑，減排效果最好的為中化代理產(chǎn)品Nitrapyrin，與其推薦使用濃度高有關(guān)系。硝化抑制劑DCD與陶氏化學(xué)公司的Nitrapyrin產(chǎn)品對N2O排放的減排效果無顯著差異，DCD具有價格便宜、施用方便的特點，而陶氏產(chǎn)品優(yōu)點主要體現(xiàn)在用量低、效率高和污染少。在實際應(yīng)用中，應(yīng)該綜合考慮農(nóng)作物生長狀況、氣候條件、土壤類型來選擇硝化抑制劑以達到最佳N2O減排效果，并避免潛在的環(huán)境風(fēng)險。

4 結(jié)論

在石灰性潮土上同時施用尿素和硝化/脲酶抑制劑能夠不同程度地降低N2O的排放，其中硝化抑制劑對N2O的減排效果顯著優(yōu)于脲酶抑制劑，供試的幾種硝化抑制劑降低了87.4%～99.6%的N2O排放，以中化集團代理的Nitrapyrin產(chǎn)品減排效果最好，培養(yǎng)期間減少了99.6%的N2O排放，延緩了的氧化過程，延長在土壤中的持留時間長達42 d，同時避免了在土壤中的累積。施用該抑制劑可以作為農(nóng)田生產(chǎn)過程中N2O減排的重要農(nóng)業(yè)措施。陶氏公司的Nitrapyrin產(chǎn)品按推薦量施用即可。

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Effects of nitrification/urease inhibitors on mitigating N2O emission and transformation of N from calcareous fluvo-aquic soil

YANG Liu-qing,JI Jia-min,JU Xiao-tang*
（College of Resources and Environmental Sciences,China Agricultural University,Beijing 100193,China）

N2O emission can be reduced by nitrification and urease inhibitors which are also connected to soil N transformation.An incubation experiment was conducted in calcareous fluvo-aquic soil in order to compare the effects of different nitrification/urease inhibitors on N2O emissions and N transformation,find out proper nitrification/urease inhibitor for this soil,provide scientific basis for applying proper inhibitors in agricultural production.Seven treatments were set：No fertilizer（CK）,Urea（U）,Urea plus Nitrapyrin belonged to the Sinochem Group（U+NP）,Urea plus recommended dosage of Nitrapyrin belonged to the Dow Chemical Company（U+NPD）,Urea plus double recommended dosage of Nitrapyrin belonged to the Dow Chemical Company（U+2NPD）,Urea plus Dicyandiamide（U+DCD）and Urea plus nBPT（U+nBPT）.The incubation last for 56 days.Gases were sampled on the first,second,third,fifth,seventh,tenth,fourteenth and nineteenth day of the incubationfor N2O and CO2analysis,soils were sampled on the zero,first,third,seventh,fourteenth,twenty-first,twenty-eighth,forty-second and fifty-sixth day of the incubation for N transformation analysis.The main results showed that the experimental nitrification/ urease inhibitors reduced N2O emissions in different degrees,from 87.4%to 99.6%for nitrification inhibitor treatments while 30%for U+ nBPT treatment compared with CK.There was only 0.03%to 0.84%of the ammonium transformed into N2O for nitrification inhibitor treatments,while 4.69%for U+nBPT treatment.There was no significant difference on mitigating N2O emissions between U+DCD and U+NPD, double recommended dosage of Nitrapyrin did not increase the effect on reducing N2O emission correspondingly.In summary,the experimental nitrification inhibitors significantly reduced N2O emissions from the calcareous fluvo-aquic soil,and the nitrification inhibitor effects were better than urease inhibitor.The best one was U+NP treatment.

nitrification inhibitor;urease inhibitor;N2O emission;N transformation;calcareous fluvo-aquic soil

X511

A

1672-2043（2017）03-0605-08

10.11654/jaes.2016-1295

楊柳青，季加敏，巨曉棠,等.硝化/脲酶抑制劑對石灰性潮土N2O減排效果及氮素轉(zhuǎn)化的比較[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,36（3）：605-612.

YANG Liu-qing,JI Jia-min,JU Xiao-tang,et al.Effects of nitrification/urease inhibitors on mitigating N2O emission and transformation of N from calcareous fluvo-aquic soil[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（3）：605-612.

2016-10-11

楊柳青（1987—），女，河南濮陽人，博士研究生，主要從事土壤溫室氣體N2O排放機理研究。E-mail：yangliuqing.1224@163.com

*通信作者：巨曉棠E-mail：juxt@cau.edu.cn

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）專項（201503106）；國家重點研發(fā)計劃項目（2016YFD0800102）；國家自然科學(xué)基金項目（41471190）

Project supported：Speial Fund for Scientific（Agriculural）Reseach on Public Causes（201503106）；National Key Research and Development Program（2016YFD0800102）；The National Natural Science Foundation of China（41471190）