硝化/脲酶抑制剂对宁夏灌淤土土壤氮含量及其转化的影响

王长军 李凤霞 谭松伟 倪翠襄 刘丽丹 周丽娜

摘要：为了阐明低、中、高不同剂量的3种硝化/脲酶抑制剂及其组合处理对宁夏灌淤土土壤氮含量及其转化的影响，探讨筛选出适宜当地的硝化/脲酶抑制剂组合及其浓度，为其进一步在生产实践中合理施用提供参考，采用盆栽试验的方法进行试验。结果表明：在培养16 d后，与对照单施尿素相比，不同剂量的3种硝化/脲酶抑制剂及其组合使得土壤硝态氮含量降低了18.38%～34.80%，其中中剂量和高剂量的DCD（双氢胺）和DMPP（3，4-二甲基吡唑磷酸盐）组合处理土壤硝态氮含量相比对照下降30%以上;中剂量和高剂量的DCD和DMPP组合处理其硝化抑制率分别为3173%和34.82%;DMPP与HQ（氢醌）组合处理降低土壤铵态氮消耗速率效果最佳。综合考虑，2个硝化抑制剂组合处理DCD和DMPP采用中剂量为宜，而脲酶抑制剂和硝化抑制剂组合可选用HQ与DMPP组合处理，且以高剂量为宜。

关键词：硝化抑制剂;脲酶抑制剂;宁夏灌淤土;土壤氮含量

中图分类号： S143.1+4文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）21-0285-05

收稿日期：2018-08-03

基金项目：国家自然科学基金（编号：41661066、40961020）;宁夏农林科学院科技先导资金基础研究项目（编号：NKYJ-16-03、NKYJ-16-20、NKYJ-18-18）。

作者简介：王长军（1982—），男，宁夏西吉人，硕士，副研究员，主要从事植物营养与土壤肥料研究工作。E-mail：18909509782@189.cn。

通信作者：李凤霞，博士，研究员，主要从事植物营养与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状好等优点在农业生产中施用得最为广泛，占全部氮肥用量的50%以上[1]。但是，尿素在施入土壤之后，仅少量以分子态的形式被土壤胶体吸附，而很大部分被土壤中的脲酶催化迅速水解为碳酸铵，通过氨挥发、硝化反硝化等途径流失[2]。因此，过量施用尿素不仅难以增产，还会降低氮素利用效率，导致氮素通过氨挥发、硝化反硝化、淋溶及地表径流等途径损失，危及大气、地下水及地表水体环境等[3-5]。着眼于尿素在土壤中的生物化学转化过程，通过硝化抑制剂和脲酶抑制剂的施用调控氮素转化，是实现氮素高效利用并减缓氮肥污染的有效措施[6]。脲酶抑制剂是能够抑制土壤脲酶活性的一类物质的总称。它主要抑制土壤中脲酶活性，减缓尿素水解，专门与尿素配合施用。硝化抑制剂是一类抑制硝化过程的化学合成的或天然的制剂，利用其延缓铵态氮向硝态氮的转化[7]，可与各种铵态氮肥或尿素配合施用。有关研究表明，在农业生产中运用尿素辅以脲酶抑制剂、硝化抑制剂可以减少氮素损失[8-9]。目前对硝化抑制剂双氰胺（DCD）和脲酶抑制剂氢醌（HQ）组合的研究较多，研究发现，两者同时施用，可以在减缓尿素水解的同时，保证铵态氮在土壤中存留较长时间，增加土壤氮素肥力和作物对氮素的吸收，并减少硝态氮累积，从而在一定程度上降低作物体内的硝酸盐含量[10-14]。但在宁夏灌淤土上，关于硝化/脲酶抑制剂对氮素利用效率及氮素形态方面影响的研究尚未见报道。基于此，本研究运用3种硝化抑制剂和脲酶抑制剂配施尿素试验，重点在于测定硝化抑制剂和脲酶抑制剂不同剂量及其两两组合对玉米种植土壤中尿素氮转化及各氮素形态分布的影响。旨在精确地了解并筛选出有效延缓灌淤土土壤尿素水解的脲酶抑制剂和硝化抑制剂剂量，以便水解后形成的铵态氮在土壤中一定时间内保持较高的水平，同时降低土壤硝态氮的富集，从而提高尿素氮利用效率且减少环境氮污染，为宁夏灌淤土土壤硝化/脲酶抑制剂的合理应用提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验于2017年4—9月进行，试验区位于宁夏引黄灌区永宁县王太村，地理坐标为106°16′E、38°19′N，海拔1 120 m，多年平均降水量为201 mm，大部分降水集中在7—9月，多年平均蒸发量达1 470 mm。年均气温8.7 ℃，年平均日照时数达2 866.7 h，无霜期平均为167 d。试验地前茬作物为玉米，土壤为典型的灌淤土，试验地土壤pH值为8.0，有机质含量为13.5 g/kg，全氮含量为0.93 g/kg，碱解氮含量为102 mg/kg，有效磷含量为23.1 mg/kg，速效钾含量为85 mg/kg。

1.2试验设计及材料

试验采用盆栽，塑料盆高60 cm，内径50 cm，取试验区耕层土壤经充分混合均匀、风干过筛后加入一定的尿素和硝化/脲酶抑制剂再混匀装盆内。最后将盆埋入试验区，盆上沿和试验区地面对齐。供试硝化/脲酶抑制剂为双氰胺（DCD）硝化抑制剂、3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）和氢醌（HQ）。试验设单施尿素（U，即对照）及尿素配施双氰胺（U+DCD）、尿素配施3，4-二甲基吡唑磷酸盐（U+DMPP）、尿素配施氢醌（U+HQ）、尿素配施双氰胺和3，4-二甲基吡唑磷酸盐（U+DCD+DMPP）、尿素配施双氰胺和氢醌（U+DCD+HQ）、尿素配施3，4-二甲基吡唑磷酸盐和氢醌（U+DMPP+HQ）共6个尿素配施硝化/脲酶抑制剂组合，每个处理中硝化/脲酶抑制剂共设3个水平，其中DCD和DMPP用量均设定为纯氮量的1.0%、3.0%、5.0%;HQ用量分别为纯氮量的0.1%、0.3%、0.5%。各硝化/脲酶抑制水平由低到高分别简写为DCD1、DCD3、DCD5;DMPP1、DMPP3、DMPP5;HQ1、HQ3、HQ5，分别简称为低剂量、中剂量、高剂量，以下同。盆栽试验风干土中的纯氮用量为0.50 g/kg。氮肥用普通颗粒尿素，供试玉米品种为先玉335。

1.3测定项目及方法

土壤硝態氮采用2 mol/L KCl浸提，使用连续流动分析仪法测定土壤硝态氮的含量[15]。

硝化抑制率=（A-B）/A×100%，式中：A为不加抑制剂处理的土壤培养前后硝态氮含量之差（mg/kg），B为添加硝化抑制剂处理的土壤培养前后硝态氮含量之差（mg/kg）。

1.4数据统计与分析

试验数据均采用Excel 2007及DPS 9.5进行统计分析。

2结果与分析

2.1硝化/脲酶抑制剂对土壤硝态氮含量的影响

随着玉米根际土壤培养时间的增加，不同施肥处理土壤硝态氮含量呈现逐渐增加的趋势。由图1可知，与对照单施尿素相比，大部分脲酶抑制剂和硝化抑制剂处理均不同程度地降低了土壤硝态氮含量，而且随着培养时间的延长，这种作用越明显，且随着抑制剂用量的增加，土壤硝态氮含量越低。与对照单施尿素相比，在尿素配施抑制剂培养3 d后，各处理土壤硝态氮含量降低了0.88%～16.83%，其中尿素配施高剂量的DCD处理降低硝态氮含量的幅度最大，其次是尿素配施高剂量的DCD和HQ组合，两者均使土壤硝态氮含量降低10%以上。在培养16 d后，与对照单施尿素相比，DCD5、DMPP5、DCD3+DMPP3、DCD5+DMPP5、DMPP3+HQ3、DMPP5+HQ5处理对土壤硝态氮含量的影响很大，使得土壤硝态氮含量降低了18.38%～34.80%。其中中剂量和高剂量的DCD和DMPP组合处理对土壤硝态氮含量的影响效果最明显，土壤硝态氮含量降幅在30%以上。

2.2硝化/脲酶抑制剂对土壤硝化抑制率的影响

硝化抑制率可以表征硝化抑制剂对土壤硝化作用的抑制程度。由图2可知，在培养16 d后，DCD剂量从1%增加到5%时，其硝化抑制率由0.60%提高到16.01%。说明土壤的硝化抑制率随着DCD剂量的增加显著提高。高剂量的DMP处理硝化抑制率在培养10～16 d后显著高于中低剂量的处理。不同浓度HQ处理的土壤硝化抑制率在不同时期的变化不同，低剂量的HQ处理随着培养时间的增加其硝化抑制率逐渐提高，并最终基本趋于稳定，而高剂量的HQ处理其硝化抑制率呈先提高后降低的趋势。不同剂量的DCD和HQ组合处理其硝化抑制率为6.79%～28.30%，且剂量越高硝化抑制率越高，培养后期的中剂量和高剂量DCD和HQ组合处理硝化抑制率明显高于低剂量处理。DMPP和HQ、DCD和DMPP 2个组合处理在低剂量下硝化抑制率变化不明显，其值为0.62%～7.63%;在中剂量和高剂量下的硝化抑制率随着培养时间的延长呈现明显提高的趋势，中剂量和高剂量的DMPP和HQ组合处理、DCD和DMPP组合处理硝化抑制率在培养16 d后明显高于低剂量处理。在培养16 d后高剂量DCD和HQ组合处理、DMPP和HQ组合处理硝化抑制率明显高于中剂量处理。高剂量和中剂量的DCD和DMPP组合处理在培养10 d后其硝化抑制率分别为16.91%和17.74%;高剂量和中剂量的DCD和DMPP组合处理在培养16 d后其硝化抑制率分别为31.73%和34.82%。说明中剂量的DCD和DMP组合处理可达到与高剂量同等的抑制效果。

2.3硝化/脲酶抑制剂对铵态氮消耗速率的影响

对不同抑制剂配施尿素条件处理16 d时土壤铵态氮消耗速率的影响研究结果见图3，结果表明，不同剂量的抑制剂对土壤铵态氮含量有不同的作用，各处理均不同程度地降低了土壤铵态氮消耗速率，其中单个抑制剂的处理中，与对照相比，3种抑制剂均明显降低了土壤铵态氮的消耗速率，其作用大小依次为DMPP>HQ>DCD;在两两组合抑制剂配施尿素处理中，降低土壤铵态氮消耗速率以DMPP与HQ组合效果最佳，其次是HQ与DCD组合，DMPP与DCD组合降低幅度最小。说明DMPP与HQ组合能够显著抑制土壤铵态氮向硝态氮的转化，降低土壤硝化速率，减小硝态氮的损失，有效地延缓了土壤尿素的水解，利于水解后形成的铵氮在土壤中较长时间内保持较高水平，同时降低土壤硝态氮的富集，从而利于提高尿素氮利用率且减少环境氮污染。

3结论与讨论

不同脲酶抑制剂和硝化抑制剂处理均不同程度地降低了土壤的硝态氮含量，随着培养时间的延长，这种抑制作用越明显，且随着抑制剂用量的增加，其对土壤硝态氮含量的抑制作用越大。这是因为施用硝化抑制剂可抑制亚硝化单胞菌属的活性，从而抑制NH4+至NO2-的转化、减少硝态氮产生[16]。在尿素配施抑制剂培养3 d后，尿素配施高剂量的DCD处理和尿素配施高剂量的DCD和HQ组合处理硝态氮含量降幅最大，达10%以上。该结果与陈振华等的研究结果[17]是相似的，这是因为脲酶抑制剂能有效抑制尿素水解为铵态氮，同时硝化抑制剂可延缓铵态氮的硝化作用，二者配施可有效降低土壤硝态氮含量。在培养16 d后，与对照单施尿素相比，中剂量和高剂量的DCD和DMPP组合处理土壤硝态氮含量降低了30%以上，说明DCD和DMPP 2种硝化抑制剂具有一定的协同作用，其组合能有效降低土壤硝态氮含量，在生产中采用DCD和DMPP组合处理时，以中剂量为宜。

硝化抑制率是表征硝化抑制剂对土壤硝化过程抑制强度的一个重要指标，其值越高表明抑制剂对土壤硝化过程的抑制强度越强。不同剂量的DCD，其硝化抑制率随着剂量的增加显著提高，提高了15百分点以上，剂量效应明显。在培养16 d 时，高剂量的DCD和HQ、DMPP和HQ组合处理硝化抑制率明显高于中剂量处理，说明高剂量的硝化抑制剂和脲酶抑制剂组合处理抑制作用明显强于中剂量的组合。在生产中应选用高浓度的硝化抑制剂和脲酶抑制剂组合。而高剂量的DCD和DMPP组合处理与中剂量的组合处理相比，硝化抑制率差异不明显，说明中剂量的2个硝化抑制剂DCD和DMPP组合可达到与高剂量同等的抑制效果，在生产中宜采用中剂量的2个硝化抑制剂组合。

不同剂量的抑制剂对土壤铵态氮消耗速率有不同的作用，与对照相比，3种抑制剂均显著降低了土壤铵态氮的消耗速率，其作用大小依次为DMPP>HQ>DCD;该研究结果与Weiske等的研究结果[18]相似，硝化抑制剂降低了氨氧化细菌在土壤中的活性，从而延缓了土壤中NH+4-N向NO-2-N转化的过程，由此降低了土壤铵态氮的消耗速率。在两两组合抑制剂配施尿素处理中，其降低土壤铵态氮消耗速率以DMPP与HQ组合效果最佳，其次是HQ与DCD组合，DMPP与DCD组合降低幅度最小。说明硝化抑制剂和脲酶抑制劑组合能够显著抑制土壤铵态氮向硝态氮的转化，但2个硝化抑制剂组合处理对土壤铵态氮向硝态氮的转化抑制作用则相对较差。

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