NBPT和DMPP对陇中半干旱区马铃薯产量及水分利用效率的影响

2023-11-08杨新强孙建好李伟绮陈亮之赵建华景龙

甘肃农业科技 2023年10期

杨新强　孙建好　李伟绮　陈亮之　赵建华　景龙

摘要：為了提高氮肥的利用效率，降低氮肥造成的环境污染，探索氮肥增效剂在陇中旱作丘陵区的适应性，在陇中丘陵区旱作农业条件下，设常规施肥、尿素氮减量20%添加NBPT、尿素氮减量20%添加DMPP、尿素氮减量20%、不施氮肥5个处理，研究增效剂NBPT 和DMPP对陇中半干旱区马铃薯产量及水分利用效率的影响。结果表明，常规施肥马铃薯产量均高于尿素氮减量20%的处理，处理间差异不显著，但与不施氮肥差异显著。其中尿素氮减量20%的处理中，以添加DMPP处理产量最高，为13 000 kg/hm2，较不施氮肥处理增产17.72%；其次是添加NBPT处理，较不施氮肥处理增产13.41%；氮减量20%，且不添加DMPP和NBPT处理排名第3，较不施氮肥处理增产12.59%；另外，尿素氮减量20%添加DMPP处理的氮肥农学效率、氮肥偏生产力、水分利用效率和降水利用效率较相同施氮量处理均有一定幅度的提升。因此，DMPP在陇中旱作马铃薯田使用对其产量和水分利用效率具有一定的提升作用。

关键词：DMPP；NBPT；产量；绿色生产；水分利用效率；马铃薯

中图分类号：S532 文献标志码：A 文章编号：2097-2172（2023）10-0917-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.10.006

Effects of NBPT and DMPP on Potato Yields and Water Use Efficiencies

in the Semi-arid Areas of Central Gansu

YANG Xinqiang 1， SUN Jianhao 1， LI Weiqi 1， CHEN Liangzhi 1， ZHAO Jianhua 1， JING Long 2

（1. Institute of Soil and Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Lijiabu Township Government， Anding District， Dingxi， Dingxi Gansu 743017， China）

Abstract： In order to increase the utilization efficiency of nitrogen fertilizer and decrease the environmental pollution caused by nitrogen fertilizer， an utilization test using nitrogen fertilizer synergist NBPT and DMPP was carried out under dry farming management in the hilly areas of central Gansu to explore the adaptability of nitrogen fertilizer synergist， where the effects of synergists NBPT and DMPP on potato yields and water use efficiencies were studied using five treatments including conventional fertilization， NBPT addition with 20% reduction in urea nitrogen， DMPP addition with 20% reduction in urea nitrogen， 20% reduction in urea nitrogen， and no fertilization（CK）. Results showed， except for treatment of no fertilization（CK）， potato yield of conventional fertilization was highest in all treatments， but difference among them was not significant and significant compared with CK. DMPP treatment with 20% reduction in urea nitrogen had the highest yield（13 000 kg/ha）， which enhanced by 17.72% than CK， following by NBPT treatment， which increased by 13.41% and 12.59% than CK， respectively. On the other hand， the nitrogen fertilizer efficiency， nitrogen fertilizer partial productivity， water use efficiency， and precipitation use efficiency under the DMPP treatment with 20% reduction in urea nitrogen were significantly improved compared to the same nitrogen application rate treatment. Therefore， DMPP has further promotion potential of yield and water use efficiency improvement for potato cultivated in the dryland of central Gansu.

Key words： DMPP; NBPT; Yield; Green Production; Water use efficiency; Potato

农业可持续发展是我国的基本国策之一，实现农业可持续发展的核心是提高资源利用效率［1 ］，而化肥不合理施用是制约我国农业可持续发展的瓶颈之一。目前中国的氮肥使用量占全球的30%，而氮肥利用率仅为25%～40%，比发达国家低10%～25%［2 - 4 ］。近年来，随着氮肥投入量过多和不科学施用，导致土壤显著酸化、能源消耗、水污染、农民收益降低等问题［5 ］。如何提高氮肥的利用效率、降低氮肥过度使用所形成的环境污染早已成为全世界农业存在的重要问题。向氮肥中添加增效剂来调节氮素在土壤中的转化过程是一项很有发展潜力且可行的氮肥管理措施。目前，主流的氮肥增效剂有两种，一种是硝化抑制剂（DMPP），另一种是脲酶抑制剂（NBPT）。DMPP可通过抑制土壤氨氧化微生物（主要是AOA和AOB）活性，从而抑制硝态氮的产生，使得土壤中氮主要以铵态氮形式存在，以延长供氮时间或者增加供氮强度，增加植株氮吸收量，进而提高产量和氮素利用率［6 ］；NBPT可通过竞争性抑制脲酶活性延缓尿素水解，有效期15～20 d［7 ］，降低铵态氮积累和损失速率。据统计，2018年全世界稳定性肥料共施用1 570万t，其中添加脲酶增效剂820万t，添加硝化增效剂260万t；美国1 200万t尿素硝铵肥（UAN）几乎全部添加肥料增效剂；欧洲法规要求尿素必须添加增效剂。

目前，国内对氮肥增效剂的研究主要集中在室内盆栽、东北壤土、银川灰钙土、农学效率、土壤肥力、小麦产量等方面［8 - 15 ］。甘肃70%左右的耕作区为旱作农业区，对氮肥增效剂在陇中旱作黄土丘陵区的适应性研究尚为空白。针对陇中土壤氮素氨揮发严重、土壤硝化速率过快、氮肥利用率不高的问题，我们引进了新型肥料增效剂NBPT 和DMPP，通过田间试验探寻干旱区马铃薯化肥减施的技术途径，为旱区马铃薯增产增效减排的综合栽培技术集成提供科学依据，为当地马铃薯产业绿色发展提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验设在甘肃省定西市安定区李家堡村的甘肃农业大学旱作农业综合实验站。该区属中温带半干旱偏旱区，海拔1 947 m，年平均日照时数2 477 h，太阳辐射量为593 kJ/cm2。年均气温6.4 ℃，≥0 ℃积温为2 934 ℃，≥10 ℃积温为 2 239 ℃，年均无霜期为140 d。年平均降水量为390 mm，年际、年内变化大，年蒸发量1 531 mm。由于2022年降水量较往年明显偏低，4 — 10月份的累计降水量只有250 mm（图1）。试验区土壤为黄绵土，土质较绵软，土层深厚，质地均匀，贮水性能良好。耕层土壤（0～20） cm含有机质11.92 g/kg、全氮0.78 g/kg、全磷1.81 g/kg，土壤容重1.17 g/cm3，凋萎含水率7.3%，饱和含水率28.6%，pH 8.36。

1.2 供试材料

供试肥料为尿素（N≥46%，由中国石油天然气股份有限公司生产）；普通过磷酸钙（P2O5 ≥16%，由云南金星化工有限公司生产）；增效剂NBPT（脲酶抑制剂）、DMPP（硝化抑制剂），均由武威金仓生物科技有限公司生产。指示马铃薯品种为陇薯10号，由甘肃一航薯业科技发展有限责任公司提供。

1.3 试验设计

试验共设5个处理，处理1，当地常规施肥，N 200 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；处理2，氮减量20%+NBPT（施N量的0.2%），N 160 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；处理3，氮减量20%+DMPP（施N量的1%），N 160 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；处理4，氮减量20%， N 160 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；处理5，不施氮肥（CK），施P2O5 150 kg/hm2。试验采用随机区组排列，3次重复。小区面积30 m2（5 m×6 m）。采用垄作黑膜覆盖栽培技术，行距50 cm，株距40 cm，播种密度为5.0万株/hm2。于2022年5月20播种，10月25日收获。NBPT、DMPP和磷肥作为基肥一次性施入，尿素75%作为基肥，25%在盛花期追肥。马铃薯生长期内，人工除草，及时防治病虫害，其他管理同大田。收获前按小区随机取样10株进行考种，并调查块茎性状，按小区单收计产。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 氮肥偏生产力氮肥偏生产力（partial factor productivity from applied N，PFPN），指单位投入的肥料氮所能生产的作物籽粒产量，即PFPN=Y/F，式中，Y为施氮后所获得的籽粒产量，F代表氮肥的投入量。

1.4.2 氮肥农学效率氮肥农学效率（Agronomic efficiency of applied N，AEN），指单位施氮量所增加的作物籽粒产量，计算公式如下：

AEN=（Y-Y0）/F

式中，Y为施肥后所获得的作物产量，Y0为不施肥条件下作物的产量，F代表化肥的投入量。

1.4.3 水分利用效率水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）是作物消耗单位水量生产出的产量，籽粒产量水分利用效率计算公式如下：

WUE=Y/ET

式中，Y为籽粒产量，ET为作物一生的耗水量。

1.4.4 降水利用效率

RUE=Y/P

式中，RUE为降水利用效率，Y为马铃薯产量，P为生育期降水量。

1.5 数据分析

采用 Excel 2016进行试验数据整理汇总，用SPSS 19.0对产量、氮肥农学效率、氮肥偏生产力、作物水分利用效率等进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 NBPT和DMPP对马铃薯产量的影响

由表1可知，在陇中丘陵区旱作农业条件下，常规施肥处理1的马铃薯产量最高，达13 800 kg/hm2，较CK增产24.97%；处理3次之，为13 000 kg/hm2，较CK增产17.72%；处理2居第3位，为12 523 kg/hm2，较CK增产13.41%；处理4最低，为12 433 kg/hm2，较CK增产12.59%。对各处理马铃薯产量进行方差分析表明，处理1与CK差异显著，与其余处理差异均不显著。在尿素氮減量20%的情况下，处理3和处理2产量较处理4分别提高567、90 kg/hm2。因处理1（常规施肥）施氮量最大，故产量相对最高；处理2、处理3的施氮量一致，产量差异不显著。但是减少了施氮量，也就减少了农户的成本和对环境的污染。据测算，在减少施肥量20%的情况下，保持产量不变，可以增加产投比12.5%左右。所以在尿素、磷酸二铵等氮肥中添加肥料增效剂是一种经济可行、绿色环保的措施。综上分析，2种增效剂尤其是DMPP在陇中旱作丘陵区及类似生态区域有较好的适用性。可见，在陇中旱作丘陵区，氮肥的施用量依然是影响马铃薯产量最重要的因素。

2.2 NBPT和DMPP对氮肥偏生产力和氮肥农学效率的影响

由表2可知，各处理的氮肥偏生产力由高到低依次为处理3、处理2、处理4、处理1。其中处理3最高，为81.25 kg/kg，较处理1提高17.8%；其次是处理2，为78.26 kg/kg，较处理1提高13.4%；处理4居第3，为77.71 kg/kg，较处理1提高12.6%，处理间差异不显著。氮肥农学效率处理3、处理2、处理4均低于处理1，其中处理3较高，为12.23 kg/kg，较处理1降低11.2%；其次是处理2，为9.24 kg/kg，较处理1降低32.9%；处理4居第3，为8.68 kg/kg，较处理1降低37.0%。处理1与处理3差异不显著，与处理2和处理4差异显著。可见在常规处理施氮量200 kg/hm2的基础上，施氮量减量20%处理的氮肥偏生产力高于常规施肥处理，氮肥的施用量多，氮肥偏生产力反而降低；尿素氮减量20%处理的氮肥农学效率均低于常规施肥处理。

2.3 NBPT和DMPP对水分利用效率和降水利用效率的影响

由于试验站地处陇中旱作丘陵区，素有“十年九旱”之称，降水的利用效率对农作物生产意义重大。由表3可知，水分利用效率和降水利用效率均以处理1最高，分别达59.6、55.2 kg/（mm·hm2），处理1与CK 差异显著，与其余处理差异不显著；其次是处理3，分别为56.2、52.0 kg/（mm·hm2）；CK处理最低，分别为47.7、44.2 kg/（mm·hm2）。可见，不同处理降水利用效率和水分利用效率的变化趋势一致，说明降水量仍是影响陇中旱作丘陵区作物水分利用效率和产量的最重要限制因子。

3 讨论与结论

马铃薯在不同生育时期对氮的需求表现为“两头轻中间重”的规律［16 ］，在块茎膨大期适当提高土壤供氮能力有利于马铃薯生长与产量的增加［17 - 19 ］。DMPP和NBPT增效剂能通过抑制土壤脲酶活性或者氨氧化等菌群活性［6 - 7 ］，减缓尿素分解、抑制矿质氮转化以延长或者调整氮供应时间，提高氮素利用效率［20 - 21 ］。一般情况下，土壤中NO3--N是NH4+-N的8倍，土壤黏土层不能吸附硝态氮，其会随水流失。DMPP有效抑制了土壤亚硝化细菌的活性，从而有效阻止并延缓了铵态氮向硝态氮的自然转化，在土壤中将氮肥保持在较多的铵态氮营养状态。据统计，DMPP和NBPT大幅提高氮肥的利用效率12%～13%，提高作物产量7%～13%，2种肥料增效剂的组合则可以减少50% N2O气体损失，30%的NO3--N的损失，53% NH3气体损失。且DMPP和NBPT无毒无害不挥发，在土壤中完全分解，最终产物为PO43-、H2O、CO2、氮氧化物等，对土壤、微生物、水体、人畜等无风险［21 ］。如果能够在陇中乃至更多的地方推广使用，将对当地的粮食安全、农民增收、生态环境等产生巨大的推动作用。

试验结果表明，在尿素氮减量20%的情况下，马铃薯产量以添加DMPP处理产量最高，为13 000 kg/hm2，较不施氮肥处理增产17.72%；其次是添加NBPT处理，为12 523 kg/hm2，较不施氮肥处理增产13.41%；不添加DMPP和NBPT处理排第3，为12 433 kg/hm2，较不施氮肥处理增产12.59%。添加NBPT和DMPP处理的马铃薯产量较常规施肥处理分别提高90、567 kg/hm2。在氮肥农学效率和氮肥偏生产力方面，在尿素氮减量20%的情况下，添加DMPP处理能够明显提高氮肥的偏生产力，较常规施肥处理提高12.6%～17.8%。尿素氮减量20%添加DMPP处理的氮肥农学效率、氮肥偏生产力、水分利用效率和降水利用效率较相同施氮量处理均有一定幅度的提升。综上分析，DMPP既可以提高马铃薯的产量和经济效益，也能提高其氮肥偏生产力，在平均降水不到400 mm的陇中旱作丘陵区具有较好的适应性。

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