硝化抑制剂对枸杞园土壤的作用效果研究

卢九斤，盛海彦，刘 青，刘鑫慧，王永亮，谢守忠

(1.青海大学农牧学院，青海 西宁 810016；2.青海省诺木洪农场，青海 都兰 816100)

枸杞(LyciumbarbarumL.)为多年生茄科植物。研究表明，枸杞具有延缓衰老、补肝益肾的功效，同时能够有效地抑制肿瘤生长和红细胞突变[1]。柴达木地区枸杞种植规模由2007年的2 181.09 hm2增至2019年的35 217.60 hm2。地方经济的发展得益于枸杞产业的迅速崛起，枸杞产业现已成为当地农民脱贫致富的“主导产业”和“富民产业”[2]。但青海省柴达木地区栽培枸杞的土壤主要为砂土或砂壤土，有机质含量低，保水保肥性差，施入土壤的氮肥利用率低，仅为22%～25%[3]。经调查，枸杞进入盛果期，单株每年累积施用化肥量高达2.0 kg。氮肥施用过多加重了枸杞的病虫害发生，同时极易导致肥料利用率低及环境污染等问题[4-5]。

目前，解决氮素污染问题的有效途径有施用硝化抑制剂和脲酶抑制剂[6-7]。硝化抑制剂可调节硝化作用，有效提高氮肥利用率和降低环境污染[8-9]。国内多研究2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、双氰胺(DCD)3种硝化抑制剂的机理及效果[8,10-12]。大量的试验研究表明硝化抑制剂的施用能有效抑制土壤中铵态氮的氧化过程，减少硝态氮的淋洗及气态损失，进而提高氮肥利用率[13-18]。在小麦上的研究结果表明，即使在低施氮量水平下，配施硝化抑制剂能协调小麦的穗粒结构，使小麦获得高产[19]。

硝化抑制剂已在小麦、苜蓿及水稻等植物上开展大量应用研究[5,20-21]，但在枸杞上的应用鲜有报道。本研究通过比较3种硝化抑制剂双氰胺(DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和Nitrapyrin的硝化抑制效果，筛选出最佳硝化抑制剂应用于枸杞栽培，旨在为柴达木地区枸杞生产提高肥料利用率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试硝化抑制剂为Nitrapyrin(可湿性粉剂，含量70.0%，浙江奥复托化工有限公司)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐DMPP(3,4-dimethylpyrazole phosphate，白色粉末，分析纯，含量97.0%，德国BASF SE)及双氰胺DCD(dicyandiamide，白色结晶性粉末，分析纯，含量98.0%，北京索莱宝科技有限公司)。供试氮源为尿素(含N46.4%，云天化集团有限责任公司)。

田间试验种植的枸杞为树龄5 a的宁杞7号；肥料为商品有机肥(有机质≥45%，N+P2O5+K2O≥5%)和枸杞专用肥(SF，N-P2O5-K2O：15-20-10)，均由青海恩泽农业技术有限公司提供；硝化抑制剂为Nitrapyrin。

室内培养试验砂土为青海诺木洪农场新开垦种植2 a枸杞的灰漠土，砂壤土为该农场种植农作物10 a后栽培枸杞7 a的灰棕漠土；田间试验土壤为农场新开垦栽培枸杞5 a的灰漠土，土壤理化性质见表1。

表1 土壤理化性质

1.2 试验设计

1.2.1 室内恒温培养试验 以砂土和砂壤土为供试对象，未施用硝化抑制剂的处理为CK，Nitrapyrin用量分别为纯氮量的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%，DMPP用量分别为纯氮量的0.5%、1.0%、1.5%和2.0%，DCD用量分别为纯氮量的1.0%、2.0%、3.0%、3.5%、4.0%和5.0%；3种硝化抑制剂每个水平设3次重复。

1.2.2 田间试验 田间试验于2017年4—11月在青海诺木洪农场(96°20′E，36°25′N)进行，该地海拔2 760 m，属高原大陆性气候。全年日照时数3 600 h，年降水量约58.51 mm，年蒸发量2 800～3 000 mm。枸杞株行距为1.5 m×1.5 m，每个处理小区面积115 m2，共设4个处理：SF100为农民习惯施肥量，SFN100、SFN80及SFN60处理是在SF100处理基础上分别减少0%、40%、60%的枸杞专用肥用量，同时添加纯氮量0.5%浓度的Nitrapyrin(表2)，重复4次。肥料分基肥和追肥2次施用(基肥与追肥的比例为1∶1)：第1次于5月6日在每株枸杞树的树冠外围开环形沟(深度20 cm)，将各处理的有机肥、枸杞专用肥及相应浓度的硝化抑制剂混合均匀后施入沟内，第2次施肥于7月16日进行。

表2 不同处理施肥方案

1.3 测定项目与方法

在田间试验各小区随机选取10株枸杞树，每株随机取30粒鲜果用游标卡尺测定其横径及纵径等外观指标。分别采摘各小区枸杞树上的全部果实，计算产量。鲜果烘干测定品质，枸杞多糖及总糖含量测定采用GB/T18672-2014方法[23]；蛋白质含量测定采用GB5009.5-2016方法[24]；黄酮含量测定参考王忠忠等[25]的方法；β-胡萝卜素含量测定采用超高效液相色谱法，超高效液相色谱仪(型号：LC-30A)：流动相：水-丙酮；流速：0.3 mL·min-1；色谱柱：岛津C18柱(1.6 mm×75.0 mm，2.0 μm)；柱温：35℃；紫外检测器，检测波长：450 nm；进样体积：10 μL。

1.4 计算公式

硝化抑制率(%)=[(W1-W2)-(W3-W4)]

×100/(W1-W2)

式中，W1和W3分别为未施用、施用硝化抑制剂处理的土壤培养前的硝态氮含量(mg·kg-1)；W2和W4分别为未施用、施用硝化抑制剂处理的土壤培养后的硝态氮含量(mg·kg-1)。

1.5 数据分析

数据的整理、分析及图表制作采用Origin 2018及SPSS 23.0软件，不同处理差异显著性采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 硝化抑制剂对室内培养砂壤土氮素转化的影响

2.2 硝化抑制剂对室内培养砂土氮素转化的影响

2.3 硝化抑制剂对砂土和砂壤土硝化抑制率的影响

在砂土培养的第50天，DCD用量从纯氮量的1.0%增至5.0%时，其硝化抑制率由0.83%提高到49.15%，硝化抑制效果最好的剂量为纯氮量5.0%(图3a)。在纯氮量为0.5%～2.0%时，DMPP浓度处理的硝化抑制率为71.90%～75.17%，不同浓度DMPP处理之间的硝化抑制效果无明显差异(图3b)；Nitrapyrin浓度由0.1%增加到0.6%时，硝化抑制率从4.83%提高到77.28%，以纯氮量的0.5%浓度抑制效果最佳(图3c)。Nitrapyrin和DCD不同剂量间的土壤硝化抑制率有明显差异。浓度为纯氮量的0.1%～0.4%的Nitrapyrin可实现与1.0%～5.0%DCD有相同的抑制效果(图3a，图3c)。在砂壤土培养的第50天，DCD用量从纯氮的1.0%增加到5.0%时，其硝化抑制率为7.30%～19.41%，表明此时DCD的硝化抑制效果较弱(图3a)。在0.5%～2.0%浓度范围内，DMPP浓度处理的硝化抑制率为11.68%～58.12%，抑制效果最好的为纯氮量2.0%浓度的DMPP(图3b)。Nitrapyrin浓度由0.1%增加到0.6%时，硝化抑制率为8.28%～13.38%(图3c)。

图1 不同剂量DCD、DMPP、Nitrapyrin 处理砂壤土中 及含量的动态变化Fig.1 Dynamic changes of and contents in sandy loam soil treated withdifferent dosages of DCD, DMPP and Nitrapyrin

图2 不同剂量DCD、DMPP、Nitrapyrin处理砂土中及含量的动态变化Fig.2 Dynamic changes of and contents in sandy soil treated withdifferent dosages of DCD, DMPP and Nitrapyrin

图3 培养50 d时不同硝化抑制剂对砂壤土及砂土硝化抑制率的影响Fig.3 Effects of different dosages of DCD, DMPP and Nitrapyrin on nitrificationinhibition rate of sandy loam and sandy soils after 50 days’ culture

2.4 不同施肥处理对枸杞外观品质的影响

枸杞鲜果横径表现为SF100>SFN100>SFN80>SFN60(表3)。SFN60处理的纵径最大，和其余处理均有显著差异(P<0.05)，但果实的横径最小。SFN100处理的果柄长度及百粒重均最大，与SF100处理相比分别增加了10.36%及9.11%，且与其他处理均有显著差异。

表3 不同施肥处理对枸杞鲜果外观品质的影响

2.5 不同施肥处理对枸杞品质的影响

不同施肥处理多糖含量为2.22～3.12 g·100g-1(表4)，SFN80处理的枸杞多糖及总糖含量最高，与SFN60处理无显著差异(P>0.05)。SFN60处理的蛋白质及β-胡萝卜素的含量最高，与SF100处理有显著差异，分别增加了15.74%及24.12%。各处理间黄酮及总糖的含量均无显著差异。

2.6 不同施肥处理对枸杞产量及经济效益的影响

SFN100处理枸杞的产量最高(表5)，纯收益为SFN100>SFN80>SFN60>SF100。SFN100处理枸杞的产量及纯收益最好，较SF100处理分别增加了6.67%及6.80%，且产量与其他处理均有显著差异(P<0.05)。SFN80处理的纯收益较SF100处理增加了6 760元·hm-2，产量与SFN100处理无显著差异。

表4 不同施肥处理对枸杞品质指标的影响

表5 不同施肥处理对枸杞产量及经济效益的影响

3 讨 论

在本试验中，3种硝化抑制剂在砂土中的硝化抑制效果均优于砂壤土。在砂土中，硝化抑制效果依次为DMPP≥Nitrapyrin>DCD，与前人研究结果相似[21,26]。将纯氮量为0.5%的Nitrapyrin应用于大田试验，主要原因为：大田试验土壤为砂土，DMPP与Nitrapyrin在本试验砂土的培养中有相似的硝化抑制效果。同时室内恒温培养试验的结果表明DMPP作用时间可持续至50 d，作用效果稳定[27]，但国外生产的纯度高、效果好的DMPP价格约240～360 元·kg-1[8]。而Nitrapyrin易吸附于有机质，可减少由于分解所造成的硝化抑制效果降低现象[28]，且其价格较低(约155元·kg-1)、用量较少，应用最为广泛[29-30]。

试验结果表明施用Nitrapyrin对枸杞蛋白质及多糖含量均有显著的提高。可能是由于硝化抑制剂的施用使施入农田中的氮素较长时间以铵态氮的形态存在，从而减少硝态氮淋溶及氨挥发等损失[35-36]，最终表现为枸杞蛋白质含量的提高，与黄东风等[37]的研究结果一致。SF100与SFN100处理枸杞的多糖含量无显著差异，但SFN80与SFN60处理的多糖含量均有显著提高。本试验可能是由于2 220 kg·hm-2的有机肥及枸杞专用肥用量已超出枸杞生长所需肥料量，与前人的研究发现过量的氮肥会降低多糖含量的结果一致[38]。

4 结 论

1)3种硝化抑制剂均可抑制土壤中氮素的硝化作用，在砂土培养中，三者硝化抑制效果表现为DMPP≥Nitrapyrin>DCD。综合考虑经济效益及生态效益，纯氮量0.5%浓度的Nitrapyrin为最佳试验处理。

2)施用Nitrapyrin后，枸杞的产量、百粒重、纵径等指标均高于对照处理，同时并未显著降低黄酮、总糖等含量，施用Nitrapyrin能提高枸杞的产量及品质。故可初步认为硝化抑制剂的施用对枸杞的种植有“减肥增效”的作用。