硝化/脲酶抑制劑對(duì)寧夏灌淤土土壤氮含量及其轉(zhuǎn)化的影響

王長(zhǎng)軍 李鳳霞 譚松偉 倪翠襄 劉麗丹 周麗娜

摘要：為了闡明低、中、高不同劑量的3種硝化/脲酶抑制劑及其組合處理對(duì)寧夏灌淤土土壤氮含量及其轉(zhuǎn)化的影響，探討篩選出適宜當(dāng)?shù)氐南趸?脲酶抑制劑組合及其濃度，為其進(jìn)一步在生產(chǎn)實(shí)踐中合理施用提供參考，采用盆栽試驗(yàn)的方法進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明：在培養(yǎng)16 d后，與對(duì)照單施尿素相比，不同劑量的3種硝化/脲酶抑制劑及其組合使得土壤硝態(tài)氮含量降低了18.38%～34.80%，其中中劑量和高劑量的DCD（雙氫胺）和DMPP（3，4-二甲基吡唑磷酸鹽）組合處理土壤硝態(tài)氮含量相比對(duì)照下降30%以上;中劑量和高劑量的DCD和DMPP組合處理其硝化抑制率分別為3173%和34.82%;DMPP與HQ（氫醌）組合處理降低土壤銨態(tài)氮消耗速率效果最佳。綜合考慮，2個(gè)硝化抑制劑組合處理DCD和DMPP采用中劑量為宜，而脲酶抑制劑和硝化抑制劑組合可選用HQ與DMPP組合處理，且以高劑量為宜。

關(guān)鍵詞：硝化抑制劑;脲酶抑制劑;寧夏灌淤土;土壤氮含量

中圖分類號(hào)： S143.1+4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）21-0285-05

收稿日期：2018-08-03

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：41661066、40961020）;寧夏農(nóng)林科學(xué)院科技先導(dǎo)資金基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（編號(hào)：NKYJ-16-03、NKYJ-16-20、NKYJ-18-18）。

作者簡(jiǎn)介：王長(zhǎng)軍（1982—），男，寧夏西吉人，碩士，副研究員，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與土壤肥料研究工作。E-mail：18909509782@189.cn。

通信作者：李鳳霞，博士，研究員，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與土壤微生物方面的研究工作。E-mail：410184105@qq.com。

尿素因含氮量高且物理性狀好等優(yōu)點(diǎn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用得最為廣泛，占全部氮肥用量的50%以上[1]。但是，尿素在施入土壤之后，僅少量以分子態(tài)的形式被土壤膠體吸附，而很大部分被土壤中的脲酶催化迅速水解為碳酸銨，通過氨揮發(fā)、硝化反硝化等途徑流失[2]。因此，過量施用尿素不僅難以增產(chǎn)，還會(huì)降低氮素利用效率，導(dǎo)致氮素通過氨揮發(fā)、硝化反硝化、淋溶及地表徑流等途徑損失，危及大氣、地下水及地表水體環(huán)境等[3-5]。著眼于尿素在土壤中的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，通過硝化抑制劑和脲酶抑制劑的施用調(diào)控氮素轉(zhuǎn)化，是實(shí)現(xiàn)氮素高效利用并減緩氮肥污染的有效措施[6]。脲酶抑制劑是能夠抑制土壤脲酶活性的一類物質(zhì)的總稱。它主要抑制土壤中脲酶活性，減緩尿素水解，專門與尿素配合施用。硝化抑制劑是一類抑制硝化過程的化學(xué)合成的或天然的制劑，利用其延緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化[7]，可與各種銨態(tài)氮肥或尿素配合施用。有關(guān)研究表明，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用尿素輔以脲酶抑制劑、硝化抑制劑可以減少氮素?fù)p失[8-9]。目前對(duì)硝化抑制劑雙氰胺（DCD）和脲酶抑制劑氫醌（HQ）組合的研究較多，研究發(fā)現(xiàn)，兩者同時(shí)施用，可以在減緩尿素水解的同時(shí)，保證銨態(tài)氮在土壤中存留較長(zhǎng)時(shí)間，增加土壤氮素肥力和作物對(duì)氮素的吸收，并減少硝態(tài)氮累積，從而在一定程度上降低作物體內(nèi)的硝酸鹽含量[10-14]。但在寧夏灌淤土上，關(guān)于硝化/脲酶抑制劑對(duì)氮素利用效率及氮素形態(tài)方面影響的研究尚未見報(bào)道?；诖?，本研究運(yùn)用3種硝化抑制劑和脲酶抑制劑配施尿素試驗(yàn)，重點(diǎn)在于測(cè)定硝化抑制劑和脲酶抑制劑不同劑量及其兩兩組合對(duì)玉米種植土壤中尿素氮轉(zhuǎn)化及各氮素形態(tài)分布的影響。旨在精確地了解并篩選出有效延緩灌淤土土壤尿素水解的脲酶抑制劑和硝化抑制劑劑量，以便水解后形成的銨態(tài)氮在土壤中一定時(shí)間內(nèi)保持較高的水平，同時(shí)降低土壤硝態(tài)氮的富集，從而提高尿素氮利用效率且減少環(huán)境氮污染，為寧夏灌淤土土壤硝化/脲酶抑制劑的合理應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年4—9月進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)位于寧夏引黃灌區(qū)永寧縣王太村，地理坐標(biāo)為106°16′E、38°19′N，海拔1 120 m，多年平均降水量為201 mm，大部分降水集中在7—9月，多年平均蒸發(fā)量達(dá)1 470 mm。年均氣溫8.7 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)達(dá)2 866.7 h，無(wú)霜期平均為167 d。試驗(yàn)地前茬作物為玉米，土壤為典型的灌淤土，試驗(yàn)地土壤pH值為8.0，有機(jī)質(zhì)含量為13.5 g/kg，全氮含量為0.93 g/kg，堿解氮含量為102 mg/kg，有效磷含量為23.1 mg/kg，速效鉀含量為85 mg/kg。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)及材料

試驗(yàn)采用盆栽，塑料盆高60 cm，內(nèi)徑50 cm，取試驗(yàn)區(qū)耕層土壤經(jīng)充分混合均勻、風(fēng)干過篩后加入一定的尿素和硝化/脲酶抑制劑再混勻裝盆內(nèi)。最后將盆埋入試驗(yàn)區(qū)，盆上沿和試驗(yàn)區(qū)地面對(duì)齊。供試硝化/脲酶抑制劑為雙氰胺（DCD）硝化抑制劑、3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP）和氫醌（HQ）。試驗(yàn)設(shè)單施尿素（U，即對(duì)照）及尿素配施雙氰胺（U+DCD）、尿素配施3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（U+DMPP）、尿素配施氫醌（U+HQ）、尿素配施雙氰胺和3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（U+DCD+DMPP）、尿素配施雙氰胺和氫醌（U+DCD+HQ）、尿素配施3，4-二甲基吡唑磷酸鹽和氫醌（U+DMPP+HQ）共6個(gè)尿素配施硝化/脲酶抑制劑組合，每個(gè)處理中硝化/脲酶抑制劑共設(shè)3個(gè)水平，其中DCD和DMPP用量均設(shè)定為純氮量的1.0%、3.0%、5.0%;HQ用量分別為純氮量的0.1%、0.3%、0.5%。各硝化/脲酶抑制水平由低到高分別簡(jiǎn)寫為DCD1、DCD3、DCD5;DMPP1、DMPP3、DMPP5;HQ1、HQ3、HQ5，分別簡(jiǎn)稱為低劑量、中劑量、高劑量，以下同。盆栽試驗(yàn)風(fēng)干土中的純氮用量為0.50 g/kg。氮肥用普通顆粒尿素，供試玉米品種為先玉335。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤硝態(tài)氮采用2 mol/L KCl浸提，使用連續(xù)流動(dòng)分析儀法測(cè)定土壤硝態(tài)氮的含量[15]。

硝化抑制率=（A-B）/A×100%，式中：A為不加抑制劑處理的土壤培養(yǎng)前后硝態(tài)氮含量之差（mg/kg），B為添加硝化抑制劑處理的土壤培養(yǎng)前后硝態(tài)氮含量之差（mg/kg）。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2007及DPS 9.5進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1硝化/脲酶抑制劑對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響

隨著玉米根際土壤培養(yǎng)時(shí)間的增加，不同施肥處理土壤硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。由圖1可知，與對(duì)照單施尿素相比，大部分脲酶抑制劑和硝化抑制劑處理均不同程度地降低了土壤硝態(tài)氮含量，而且隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，這種作用越明顯，且隨著抑制劑用量的增加，土壤硝態(tài)氮含量越低。與對(duì)照單施尿素相比，在尿素配施抑制劑培養(yǎng)3 d后，各處理土壤硝態(tài)氮含量降低了0.88%～16.83%，其中尿素配施高劑量的DCD處理降低硝態(tài)氮含量的幅度最大，其次是尿素配施高劑量的DCD和HQ組合，兩者均使土壤硝態(tài)氮含量降低10%以上。在培養(yǎng)16 d后，與對(duì)照單施尿素相比，DCD5、DMPP5、DCD3+DMPP3、DCD5+DMPP5、DMPP3+HQ3、DMPP5+HQ5處理對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響很大，使得土壤硝態(tài)氮含量降低了18.38%～34.80%。其中中劑量和高劑量的DCD和DMPP組合處理對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響效果最明顯，土壤硝態(tài)氮含量降幅在30%以上。

2.2硝化/脲酶抑制劑對(duì)土壤硝化抑制率的影響

硝化抑制率可以表征硝化抑制劑對(duì)土壤硝化作用的抑制程度。由圖2可知，在培養(yǎng)16 d后，DCD劑量從1%增加到5%時(shí)，其硝化抑制率由0.60%提高到16.01%。說(shuō)明土壤的硝化抑制率隨著DCD劑量的增加顯著提高。高劑量的DMP處理硝化抑制率在培養(yǎng)10～16 d后顯著高于中低劑量的處理。不同濃度HQ處理的土壤硝化抑制率在不同時(shí)期的變化不同，低劑量的HQ處理隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加其硝化抑制率逐漸提高，并最終基本趨于穩(wěn)定，而高劑量的HQ處理其硝化抑制率呈先提高后降低的趨勢(shì)。不同劑量的DCD和HQ組合處理其硝化抑制率為6.79%～28.30%，且劑量越高硝化抑制率越高，培養(yǎng)后期的中劑量和高劑量DCD和HQ組合處理硝化抑制率明顯高于低劑量處理。DMPP和HQ、DCD和DMPP 2個(gè)組合處理在低劑量下硝化抑制率變化不明顯，其值為0.62%～7.63%;在中劑量和高劑量下的硝化抑制率隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)明顯提高的趨勢(shì)，中劑量和高劑量的DMPP和HQ組合處理、DCD和DMPP組合處理硝化抑制率在培養(yǎng)16 d后明顯高于低劑量處理。在培養(yǎng)16 d后高劑量DCD和HQ組合處理、DMPP和HQ組合處理硝化抑制率明顯高于中劑量處理。高劑量和中劑量的DCD和DMPP組合處理在培養(yǎng)10 d后其硝化抑制率分別為16.91%和17.74%;高劑量和中劑量的DCD和DMPP組合處理在培養(yǎng)16 d后其硝化抑制率分別為31.73%和34.82%。說(shuō)明中劑量的DCD和DMP組合處理可達(dá)到與高劑量同等的抑制效果。

2.3硝化/脲酶抑制劑對(duì)銨態(tài)氮消耗速率的影響

對(duì)不同抑制劑配施尿素條件處理16 d時(shí)土壤銨態(tài)氮消耗速率的影響研究結(jié)果見圖3，結(jié)果表明，不同劑量的抑制劑對(duì)土壤銨態(tài)氮含量有不同的作用，各處理均不同程度地降低了土壤銨態(tài)氮消耗速率，其中單個(gè)抑制劑的處理中，與對(duì)照相比，3種抑制劑均明顯降低了土壤銨態(tài)氮的消耗速率，其作用大小依次為DMPP>HQ>DCD;在兩兩組合抑制劑配施尿素處理中，降低土壤銨態(tài)氮消耗速率以DMPP與HQ組合效果最佳，其次是HQ與DCD組合，DMPP與DCD組合降低幅度最小。說(shuō)明DMPP與HQ組合能夠顯著抑制土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，降低土壤硝化速率，減小硝態(tài)氮的損失，有效地延緩了土壤尿素的水解，利于水解后形成的銨氮在土壤中較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持較高水平，同時(shí)降低土壤硝態(tài)氮的富集，從而利于提高尿素氮利用率且減少環(huán)境氮污染。

3結(jié)論與討論

不同脲酶抑制劑和硝化抑制劑處理均不同程度地降低了土壤的硝態(tài)氮含量，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，這種抑制作用越明顯，且隨著抑制劑用量的增加，其對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的抑制作用越大。這是因?yàn)槭┯孟趸种苿┛梢种苼喯趸瘑伟鷮俚幕钚裕瑥亩种芅H4+至NO2-的轉(zhuǎn)化、減少硝態(tài)氮產(chǎn)生[16]。在尿素配施抑制劑培養(yǎng)3 d后，尿素配施高劑量的DCD處理和尿素配施高劑量的DCD和HQ組合處理硝態(tài)氮含量降幅最大，達(dá)10%以上。該結(jié)果與陳振華等的研究結(jié)果[17]是相似的，這是因?yàn)殡迕敢种苿┠苡行б种颇蛩厮鉃殇@態(tài)氮，同時(shí)硝化抑制劑可延緩銨態(tài)氮的硝化作用，二者配施可有效降低土壤硝態(tài)氮含量。在培養(yǎng)16 d后，與對(duì)照單施尿素相比，中劑量和高劑量的DCD和DMPP組合處理土壤硝態(tài)氮含量降低了30%以上，說(shuō)明DCD和DMPP 2種硝化抑制劑具有一定的協(xié)同作用，其組合能有效降低土壤硝態(tài)氮含量，在生產(chǎn)中采用DCD和DMPP組合處理時(shí)，以中劑量為宜。

硝化抑制率是表征硝化抑制劑對(duì)土壤硝化過程抑制強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，其值越高表明抑制劑對(duì)土壤硝化過程的抑制強(qiáng)度越強(qiáng)。不同劑量的DCD，其硝化抑制率隨著劑量的增加顯著提高，提高了15百分點(diǎn)以上，劑量效應(yīng)明顯。在培養(yǎng)16 d 時(shí)，高劑量的DCD和HQ、DMPP和HQ組合處理硝化抑制率明顯高于中劑量處理，說(shuō)明高劑量的硝化抑制劑和脲酶抑制劑組合處理抑制作用明顯強(qiáng)于中劑量的組合。在生產(chǎn)中應(yīng)選用高濃度的硝化抑制劑和脲酶抑制劑組合。而高劑量的DCD和DMPP組合處理與中劑量的組合處理相比，硝化抑制率差異不明顯，說(shuō)明中劑量的2個(gè)硝化抑制劑DCD和DMPP組合可達(dá)到與高劑量同等的抑制效果，在生產(chǎn)中宜采用中劑量的2個(gè)硝化抑制劑組合。

不同劑量的抑制劑對(duì)土壤銨態(tài)氮消耗速率有不同的作用，與對(duì)照相比，3種抑制劑均顯著降低了土壤銨態(tài)氮的消耗速率，其作用大小依次為DMPP>HQ>DCD;該研究結(jié)果與Weiske等的研究結(jié)果[18]相似，硝化抑制劑降低了氨氧化細(xì)菌在土壤中的活性，從而延緩了土壤中NH+4-N向NO-2-N轉(zhuǎn)化的過程，由此降低了土壤銨態(tài)氮的消耗速率。在兩兩組合抑制劑配施尿素處理中，其降低土壤銨態(tài)氮消耗速率以DMPP與HQ組合效果最佳，其次是HQ與DCD組合，DMPP與DCD組合降低幅度最小。說(shuō)明硝化抑制劑和脲酶抑制劑組合能夠顯著抑制土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，但2個(gè)硝化抑制劑組合處理對(duì)土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化抑制作用則相對(duì)較差。

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