• ISSN 1008-505X
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用于黑土的稳定性氯化铵的适宜硝化抑制剂和氮肥增效剂组合

崔磊 李东坡 武志杰 李学红 肖富容 李永华 闫增辉 郑野 张金明 崔永坤 高波

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用于黑土的稳定性氯化铵的适宜硝化抑制剂和氮肥增效剂组合

    作者简介: 崔磊 E-mail:cuilei0121@163.com;
    通讯作者: 李东坡, E-mail:lidp@iae.ac.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2017YFD0200707)。

Suitable combination of nitrogen-inhibitors and nitrogen synergist for production of stable ammonium chloride applied to black soil

    Corresponding author: LI Dong-po, E-mail:lidp@iae.ac.cn ;
  • 摘要: 【目的】本文研究添加不同种类硝化抑制剂的高效稳定性氯化铵氮肥在黑土中的施用效果,旨在筛选出适合旱作黑土的高效稳定性氯化铵态氮肥。【方法】在氯化铵中分别添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、双氰胺 (DCD)、2-氯-6-三甲基吡啶 (Nitrapyrin,CP)、氨保护剂 (N-GD) 和1种氮肥增效剂 (HFJ) 及其组合,制成9种稳定性氯化铵氮肥。以不施氮肥 (CK) 和施普通氯化铵 (CK-N) 为对照,以9种稳定性氯化铵为处理进行了等氮量盆栽试验。在玉米苗期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期测定了土壤中铵态氮和硝态氮含量,在玉米成熟期测定植株生物量、籽粒产量和氮素含量,计算铵态氮肥的表观硝化率、硝化抑制率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力。【结果】1) 与CK-N处理相比,9个处理均显著提高玉米的产量,HFJ的效果均为最显著,可增加玉米籽粒产量3.99倍,提高氮肥吸收利用率4.98倍,显著高于8个硝化抑制剂处理 (P < 0.05)。CP + DMPP和CP + DCD处理提高玉米籽粒产量1.90~2.11倍,两个处理之间无显著差异;CP + DMPP玉米生物量显著高于CP处理,而与DMPP和DCD处理无显著差异;CP + DMPP玉米氮肥吸收利用率显著高于CP和DMPP处理,显著提高3.71倍 (P < 0.05);2) CP + DMPP和CP + DCD土壤中铵态氮含量提高2.09~2.42倍,且显著高于CP、DMPP和DCD处理 (P < 0.05),而硝态氮含量和土壤表观硝化率均显著降低24%和66%~68%,与CP和DCD处理存在显著差异 (P < 0.05);苗期CP + DMPP和CP + DCD硝化抑制率高达23.9%~24.3%,显著高于CP和DCD (P < 0.05)。【结论】在黑土中,氯化铵中添加硝化抑制剂组合的硝化抑制率显著高于添加单一抑制剂,能够有效减缓土壤中铵态氮向硝态氮的转化,减少土壤中氮素损失,降低环境污染。CP + DMPP组合玉米的氮肥吸收利用率显著高于CP + DCD组合。氮肥增效剂HFJ显著增加玉米的氮素吸收量,提高氮肥利用率,从而使玉米获得高产并获得较高的收获指数和经济系数。因此,综合考虑产量和抑制硝化作用等因素,黑土区氯化铵作为玉米生产用氮肥时,建议首选添加氮肥增效剂HFJ来保证作物的高产和氮肥高利用率,也可以添加硝化抑制剂组合CP + DMPP,或者CP + DCD制备稳定性氯化铵来提高氯化铵的增产效果和氮肥利用率,减少氮素损失,降低环境污染。
  • 图 1  玉米不同生育时期各处理土壤表观硝化率

    Figure 1.  Apparent nitrification rate of soil in treatments at different growth stages of maize

    图 2  玉米苗期不同处理硝化抑制率

    Figure 2.  Nitrification inhibition rate of different treatments in maize seedling stage

    表 1  不同处理玉米产量、总生物量和经济系数

    Table 1.  Yield, total biomass and economic coefficient of maize under different treatments

    处理
    Treatment
    籽粒产量 (g/pot)
    Grain yield
    总生物量 (g/pot)
    Total biomass
    经济系数
    Economic coefficient
    CK27.87 ± 3.77 d96.52 ± 3.08 e0.29 ± 0.03 d
    CK-N35.31 ± 3.85 d177.46 ± 11.62 d0.20 ± 0.01 e
    CP76.72 ± 24.37 c257.36 ± 35.31 c0.29 ± 0.06 d
    DMPP114.08 ± 10.60 b292.34 ± 20.02 bc0.39 ± 0.06 bc
    DCD121.67 ± 0.93 b288.26 ± 12.63 bc0.42 ± 0.02 ab
    HFJ176.16 ± 44.90 a360.43 ± 39.48 a0.48 ± 0.08 a
    CP + DMPP109.81 ± 16.50 bc326.17 ± 50.11 ab0.34 ± 0.02 cd
    CP + DCD102.42 ± 14.59 bc287.01 ± 25.05 bc0.36 ± 0.02 bcd
    DMPP + DCD106.93 ± 10.95 bc279.26 ± 16.12 bc0.38 ± 0.02 bc
    CP + N-GD40.29 ± 8.58 d199.01 ± 10.87 d0.20 ± 0.03 e
    DMPP + DCD + HFJ93.93 ± 6.29 bc265.36 ± 4.86 c0.35 ± 0.03 bcd
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 2  不同处理玉米植株氮素累积吸收量和氮肥利用率

    Table 2.  Maize N uptake and utilization efficiency of fertilizer under different treatments

    处理
    Treatment
    籽粒吸氮量
    Grain N uptake
    (g/plant)
    总吸氮量
    Total N uptake
    (g/plant)
    氮收获指数
    NHI
    氮肥吸收利用率
    NAE
    (%)
    氮肥农学效率
    ANUE
    (g/g)
    肥料贡献率
    FCR
    (%)
    氮肥偏生产力
    NPFP
    (g/g)
    CK0.19 ± 0.01 f0.39 ± 0.05 f0.45 ± 0.02 d
    CK-N0.27 ± 0.03 f0.55 ± 0.06 e0.51 ± 0.00 d9.20 ± 0.57 e1.51 ± 0.02 e35.06 ± 3.38 e14.71 ± 1.60 e
    CP0.65 ± 0.00 e0.96 ± 0.05 d0.68 ± 0.04 bc23.82 ± 3.59 d24.65 ± 4.29 d62.11 ± 7.49 c26.89 ± 5.08 d
    DMPP0.85 ± 0.03 cd1.21 ± 0.03 c0.70 ± 0.04 bc33.88 ± 2.87 c35.92 ± 5.99 b75.22 ± 5.63 ab47.53 ± 4.41 b
    DCD1.10 ± 0.07 b1.50 ± 0.06 b0.74 ± 0.03 ab46.21 ± 1.11 b39.08 ± 1.80 b77.08 ± 3.20 ab50.69 ± 0.39 b
    HFJ1.35 ± 0.17 a1.71 ± 0.10 a0.78 ± 0.05 a55.01 ± 5.40 a52.43 ± 7.78 a83.69 ± 3.21 a64.04 ± 9.35 a
    CP + DMPP0.94 ± 0.15 c1.43 ± 0.15 b0.65 ± 0.04 c43.29 ± 5.47 b37.58 ± 5.01 b74.08 ± 5.95 b49.19 ± 3.44 b
    CP + DCD0.71 ± 0.03 de1.02 ± 0.05 d0.69 ± 0.01 bc26.34 ± 3.59 d35.35 ± 1.12 b72.04 ± 8.02 b46.18 ± 0.34 b
    DMPP + DCD0.69 ± 0.15 e1.08 ± 0.14 cd0.63 ± 0.06 c28.75 ± 4.87 cd32.94 ± 3.35 bc73.96 ± 1.84 b47.18 ± 2.97 b
    CP + N-GD0.26 ± 0.04 f0.50 ± 0.06 ef0.52 ± 0.03 d6.62 ± 0.73 e7.75 ± 2.57 e48.20 ± 2.48 d18.58 ± 1.79 e
    DMPP + DCD + HFJ0.62 ± 0.06 e0.97 ± 0.12 d0.65 ± 0.05 c23.86 ± 4.13 d27.52 ± 1.05 cd70.42 ± 2.04 b39.14 ± 2.62 c
    注(Note):NHI—Nitrogen harvest index; NAE—Nitrogen absorption efficiency; ANUE—Agronomic efficiency of nitrogen fertilizer; FCR—Fertilizer contribution ratio; NPFP—Nitrogen partial factor productivity. 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 3  玉米不同生育时期各处理土壤铵态氮和硝态氮含量 (mg/kg)

    Table 3.  Contents of soil ammonium and nitrate nitrogen in different growth stages of maize

    处理
    Treatment
    NH4+-NNO3-N
    苗期
    Seedling
    大喇叭口期
    Big flare
    灌浆期
    Grain-filling
    成熟期
    Maturity
    苗期
    Seedling
    大喇叭口期
    Big flare
    灌浆期
    Grain-filling
    成熟期
    Maturity
    CK20.77 ± 0.35 h15.13 ± 0.12 cde14.74 ± 0.24 d11.43 ± 0.25 ab15.69 ± 1.11 e5.37 ± 1.05 ab3.01 ± 0.15 bc3.96 ± 0.16 a
    CK-N34.32 ± 4.13 g17.51 ± 1.01 a26.18 ± 0.24 a11.64 ± 0.30 ab21.35 ± 0.49 b3.79 ± 0.14 c2.61 ± 0.20 bcd2.62 ± 0.23 e
    CP57.16 ± 4.95 f16.19 ± 0.80 bc19.84 ± 0.10 b11.50 ± 0.81 ab20.22 ± 0.30 b6.46 ± 0.56 a2.32 ± 0.13 d2.96 ± 0.27 bcde
    DMPP77.41 ± 0.87 d14.13 ± 0.48 e12.48 ± 0.29 g10.82 ± 0.09 ab17.12 ± 0.73 cd5.62 ± 0.62 ab4.01 ± 0.66 a2.75 ± 0.49 de
    DCD94.60 ± 0.77 c15.39 ± 0.10 cd13.44 ± 0.98 f11.51 ± 0.47 ab19.95 ± 0.31 b6.32 ± 0.23 a2.81 ± 0.39 bcd3.31 ± 0.19 bc
    HFJ54.10 ± 0.58 f15.63 ± 0.05 cd15.97 ± 0.58 c10.63 ± 0.42 b22.94 ± 0.94 a4.75 ± 0.18 bc2.74 ± 0.01 bcd2.98 ± 0.27 bcde
    CP + DMPP105.97 ± 1.02 b17.71 ± 0.53 a14.22 ± 0.43 de11.85 ± 1.07 a16.14 ± 0.84 de4.04 ± 0.42 c2.74 ± 0.51 bcd3.19 ± 0.18 bcd
    CP + DCD117.48 ± 4.37 a14.90 ± 0.19 de15.80 ± 0.14 c11.69 ± 0.12 ab16.23 ± 0.61 de4.78 ± 0.71 bc3.14 ± 0.17 b3.13 ± 0.25 bcde
    DMPP + DCD96.04 ± 1.64 c16.81 ± 0.73 ab14.51 ± 0.06 d10.75 ± 0.28 b17.33 ± 0.35 cd5.35 ± 1.45 ab3.17 ± 0.44 b3.30 ± 0.23 bc
    CP + N-GD66.81 ± 0.73 e15.77 ± 1.10 bcd13.67 ± 0.12 ef11.40 ± 0.86 ab20.05 ± 0.91 b3.77 ± 0.67 c2.47 ± 0.26 cd2.80 ± 0.21 cde
    DMPP + DCD + HFJ107.62 ± 2.17 b15.09 ± 0.70 cde13.17 ± 0.27 f10.98 ± 0.40 ab18.48 ± 1.17 c4.43 ± 0.24 bc3.85 ± 0.28 a3.46 ± 0.32 b
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-26
  • 网络出版日期:  2019-12-17
  • 刊出日期:  2019-12-01

用于黑土的稳定性氯化铵的适宜硝化抑制剂和氮肥增效剂组合

    作者简介:崔磊 E-mail:cuilei0121@163.com
    通讯作者: 李东坡, lidp@iae.ac.cn
  • 1. 中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳 110016
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049
  • 3. 北方华锦化学工业集团有限公司,辽宁盘锦 124021
  • 4. 锦西天然气化工有限责任公司,辽宁葫芦岛 125001
  • 5. 中国科学院沈阳生态实验站,辽宁沈阳 110107
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2017YFD0200707)。
  • 摘要: 【目的】本文研究添加不同种类硝化抑制剂的高效稳定性氯化铵氮肥在黑土中的施用效果,旨在筛选出适合旱作黑土的高效稳定性氯化铵态氮肥。【方法】在氯化铵中分别添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、双氰胺 (DCD)、2-氯-6-三甲基吡啶 (Nitrapyrin,CP)、氨保护剂 (N-GD) 和1种氮肥增效剂 (HFJ) 及其组合,制成9种稳定性氯化铵氮肥。以不施氮肥 (CK) 和施普通氯化铵 (CK-N) 为对照,以9种稳定性氯化铵为处理进行了等氮量盆栽试验。在玉米苗期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期测定了土壤中铵态氮和硝态氮含量,在玉米成熟期测定植株生物量、籽粒产量和氮素含量,计算铵态氮肥的表观硝化率、硝化抑制率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力。【结果】1) 与CK-N处理相比,9个处理均显著提高玉米的产量,HFJ的效果均为最显著,可增加玉米籽粒产量3.99倍,提高氮肥吸收利用率4.98倍,显著高于8个硝化抑制剂处理 (P < 0.05)。CP + DMPP和CP + DCD处理提高玉米籽粒产量1.90~2.11倍,两个处理之间无显著差异;CP + DMPP玉米生物量显著高于CP处理,而与DMPP和DCD处理无显著差异;CP + DMPP玉米氮肥吸收利用率显著高于CP和DMPP处理,显著提高3.71倍 (P < 0.05);2) CP + DMPP和CP + DCD土壤中铵态氮含量提高2.09~2.42倍,且显著高于CP、DMPP和DCD处理 (P < 0.05),而硝态氮含量和土壤表观硝化率均显著降低24%和66%~68%,与CP和DCD处理存在显著差异 (P < 0.05);苗期CP + DMPP和CP + DCD硝化抑制率高达23.9%~24.3%,显著高于CP和DCD (P < 0.05)。【结论】在黑土中,氯化铵中添加硝化抑制剂组合的硝化抑制率显著高于添加单一抑制剂,能够有效减缓土壤中铵态氮向硝态氮的转化,减少土壤中氮素损失,降低环境污染。CP + DMPP组合玉米的氮肥吸收利用率显著高于CP + DCD组合。氮肥增效剂HFJ显著增加玉米的氮素吸收量,提高氮肥利用率,从而使玉米获得高产并获得较高的收获指数和经济系数。因此,综合考虑产量和抑制硝化作用等因素,黑土区氯化铵作为玉米生产用氮肥时,建议首选添加氮肥增效剂HFJ来保证作物的高产和氮肥高利用率,也可以添加硝化抑制剂组合CP + DMPP,或者CP + DCD制备稳定性氯化铵来提高氯化铵的增产效果和氮肥利用率,减少氮素损失,降低环境污染。

    English Abstract

    • 氮是植物生长最重要的营养元素之一,氮肥在农业生产中得到广泛应用[1]。玉米是中国最主要的粮食作物之一,其播种面积约0.42亿hm2[2]。氮肥过量施用造成了一系列环境问题,如水体富营养化[3]、农田土壤酸化[4]、温室气体排放等[1]。因此,大幅提高氮肥利用率,减少环境污染具有重要意义。

      目前,提高氮肥利用率的主要途径是应用新型高效肥料[5]、增施有机肥料、改进施肥技术、加强田间水肥管理等措施。通过抑制土壤亚硝化和硝化作用过程,可以减缓铵态氮向硝态氮的转化,降低淋溶损失,提高氮素利用率[1],添加硝化抑制剂于铵态氮肥是显著提高氮肥利用率、增加作物产量、改善农产品品质和生态环境的有效途径之一[6-8]。应用最为广泛的硝化抑制剂包括3,4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、双氰胺 (DCD) 和2-氯-6-三甲基吡啶 (Nitrapyrin,CP) 等[9]。研究表明,DCD和DMPP与尿素的配合施用可使农田土壤N2O年均排放量分别减少35%和38%[10];添加硝化抑制剂DMPP的尿素可以使亚热带草原氨挥发和N2O排放分别减少44%和15%,使牧草生物量和氮吸收量增加22%~36%和22%~32%[11];施用CP导致麦季氮素氨挥发量增加1.46~1.75倍,但氨损失绝对量较低,仅为2.01~7.31 kg/hm2 (占当季投入氮的0.64%~3.56%),在生产实践中可以有效控制[12]。王雪薇等[13]研究表明,在施用硫酸铵肥料的盆栽试验中,DCD的硝化抑制率为49.3%~79.4%,DMPP的硝化抑制率为96.7%~99.4%,CP的硝化抑制率为41.7%~99.9%,硝化抑制效果为CP > DMPP > DCD。然而,对于稳定性氮肥,不同生化抑制剂对于不同作用底物 (氮素肥料种类)、不同土壤环境作用效果差异很大,有的甚至无效或效果很低。史云峰等[14]和薛妍等[15]研究表明,添加DCD、DMPP的硝化抑制效果随土壤含水量的降低而增加;Gu等[16]研究表明添加硝化抑制剂CP在酸性土壤上效果最好。2017年,中国农业生产中,氮肥应用约占总化肥 (氮、磷、钾和复合肥) 应用量的38%左右[2],氮肥主要以尿素、氯化铵、硫酸铵为主,以往对于不同硝化抑制剂的作用效果研究多关注氮肥尤其是尿素的添加量及作用机理,而对于铵态氮肥在黑土上的研究很少,因此通过筛选高效生化抑制剂或抑制剂配方,研制适合黑土的高效稳定性氮肥是进一步提高氮肥利用率的重要途径。

      本研究以东北主要农业土壤之一的黑土为应用对象,以主栽农作物玉米为供试作物,通过盆栽试验,研究稳定性氯化铵在黑土中的施用效果,以期为研制适合东北黑土的高效稳定性氯化铵态氮肥提供科学依据。

      • 供试土壤为黑土,采自吉林省农安县永安乡农田0—20 cm耕层。土壤有机质31.25 g/kg、全氮1.59 g/kg、全磷0.08 g/kg、全钾5.79 g/kg、铵态氮9.8 mg/kg、硝态氮34.2 mg/kg、有效磷23.5 mg/kg、速效钾108 mg/kg、pH 6.16。试验所用土壤过2 mm筛,备用。

      • 氯化铵 (分析纯) 由天津永大化学试剂有限公司生产,含氮量26%,重过磷酸钙由云天化集团有限责任公司生产,含P2O5 43%,氯化钾由俄罗斯生产,含K2O 60%。

      • 3,4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP) 和2-氯-6-三甲基吡啶 (Nitrapyrin,CP) 由Maya Reagent生物技术公司生产;双氰胺 (DCD) 由Macklin生物技术公司生产;氨保护剂N-GD由西班牙生物技术公司提供;氮肥增效剂HFJ为化学纯,由北京生物科技公司提供。

      • 春玉米,品种为东单6531。

      • 本试验在中国科学院沈阳农田生态实验站进行。试验共设11个处理,以只施磷钾肥 (CK) 和磷钾肥与普通氯化铵为对照 (CK-N),在氯化铵中分别添加3,4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、双氰胺 (DCD)、2-氯-6-三甲基吡啶 (Nitrapyrin,CP) 和氮肥增效剂 (HFJ) 及其组合,并增加了CP与氨保护剂 (N-GD) 的组合制成9种稳定性氯化铵氮肥 (表1),进行了玉米盆栽试验。硝化抑制剂CP、DMPP、DCD、氨保护剂N-GD和氮肥增效剂HFJ添加量分别为含氮量的0.5%、1.0%、4.0%、1.5%和35.0%,抑制剂组合添加量在此基础上各减50%,与氯化铵混合后作为高效稳定性氯化铵肥料。上述各处理,每公斤风干土施N 0.3 g、P2O5 0.12 g、K2O 0.15 g。将供试土壤摊铺在塑料膜上,将制备的氯化铵肥料倒入土中,充分混匀,然后装入塑料盆中,浇水使土壤含水量达到最大田间持水量的60%左右。每盆播种5粒玉米种子,三叶期定植,每盆保留1株玉米。玉米生长期间人工浇水,保证每盆浇水量相同,使土壤水分含量能够保证玉米正常生长,作物整个生长期间不追肥。

        表 1  不同处理玉米产量、总生物量和经济系数

        Table 1.  Yield, total biomass and economic coefficient of maize under different treatments

        处理
        Treatment
        籽粒产量 (g/pot)
        Grain yield
        总生物量 (g/pot)
        Total biomass
        经济系数
        Economic coefficient
        CK27.87 ± 3.77 d96.52 ± 3.08 e0.29 ± 0.03 d
        CK-N35.31 ± 3.85 d177.46 ± 11.62 d0.20 ± 0.01 e
        CP76.72 ± 24.37 c257.36 ± 35.31 c0.29 ± 0.06 d
        DMPP114.08 ± 10.60 b292.34 ± 20.02 bc0.39 ± 0.06 bc
        DCD121.67 ± 0.93 b288.26 ± 12.63 bc0.42 ± 0.02 ab
        HFJ176.16 ± 44.90 a360.43 ± 39.48 a0.48 ± 0.08 a
        CP + DMPP109.81 ± 16.50 bc326.17 ± 50.11 ab0.34 ± 0.02 cd
        CP + DCD102.42 ± 14.59 bc287.01 ± 25.05 bc0.36 ± 0.02 bcd
        DMPP + DCD106.93 ± 10.95 bc279.26 ± 16.12 bc0.38 ± 0.02 bc
        CP + N-GD40.29 ± 8.58 d199.01 ± 10.87 d0.20 ± 0.03 e
        DMPP + DCD + HFJ93.93 ± 6.29 bc265.36 ± 4.86 c0.35 ± 0.03 bcd
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 试验于2018年6月18日播种,10月18日收获。分别于玉米苗期 (7月18日)、大喇叭口期 (8月5日)、灌浆期 (9月11日) 和成熟期 (10月18日) 采集土壤样品,每盆5点采样,然后混合均匀作为代表样,所取土样去除杂物、细根,过2 mm筛备用。在玉米成熟期整株收获,收集盆中玉米秸秆、籽粒、根系,烘干后测定玉米籽粒产量和生物产量,采集秸秆、籽粒、根系进行室内分析。

      • 在土壤取样后立即用2 mol/L氯化钾溶液浸提 (土∶液 = 1∶10),在160 r/min震荡器中震荡1 h,浸提液使用3-AA3型连续流动分析仪测定土壤速效氮 (铵态氮和硝态氮) 含量。

        在玉米成熟期,取每盆玉米的秸秆、穗、根等,置于烘箱,在65℃下烘干至恒重,计算玉米籽粒产量和生物产量。与此同时对玉米进行考种,测定其穗粒数和穗长等生物学指标,将烘干后的玉米植株样品,按秸秆、籽粒和根系分别用粉碎机粉碎过180 μm筛,采用VARIO MACRO元素分析仪测定植株的全氮含量。

      • 硝化抑制率 (%) = (a−b) /a × 100

        式中:a为氯化铵处理土壤硝态氮含量 (mg/kg);b为加入抑制剂氯化铵处理土壤硝态氮含量 (mg/kg)[17]

        土壤表观硝化速率 (%) = 土壤中硝态氮含量/ (土壤中硝态氮含量+土壤中铵态氮含量) × 100 [18]

        根据葛均筑等[19]计算以下指标:

        玉米经济系数 = 玉米产量/玉米生物产量;

        玉米植株氮素累积吸收量 (g/株) = 玉米植株氮素含量 × 玉米植株干物质量;

        玉米氮收获指数 = 玉米籽粒氮素累积量/玉米植株氮素累积吸收量;

        玉米氮肥吸收利用率 (%) = (施氮玉米吸氮量−不施氮玉米吸氮量) /施氮量 × 100;

        玉米氮肥农学效率 (g/g) = (施氮处理玉米籽粒产量−不施氮处理玉米籽粒产量) /施氮量;

        玉米氮肥偏生产力 (g/g) = 施氮处理玉米籽粒产量/氮肥施用量;

        肥料氮贡献率 (%) = (施氮玉米产量−不施氮玉米产量) /施氮玉米产量 × 100。

      • 数据采用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0进行统计分析,Origin 9.0作图,采用Duncan最小显著极差法进行差异显著性检验 (P < 0.05)。

      • 与CK-N处理相比,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂处理显著提高了玉米籽粒产量 (P < 0.05),平均增加籽粒产量为1.96倍 (表1)。HFJ处理玉米籽粒产量最高,为176.16 g/盆,与其他处理存在显著差异 (P < 0.05);其次是DMPP和DCD处理玉米籽粒产量较高,显著高于CP处理和CP + N-GD处理,而与其他处理之间无显著差异 (P > 0.05);CP处理显著高于CP + N-GD处理 (P < 0.05),CP + N-GD处理玉米籽粒产量最低,为40.29 g/盆。

        与CK-N处理相比,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂处理显著提高玉米总生物量 (P < 0.05),平均增加总生物量61% (表1)。CP + N-GD处理玉米总生物量与CK-N处理无显著差异,CK-N处理与其他处理存在显著差异 (P < 0.05)。HFJ和CP + DMPP处理玉米总生物量在统计学上均最高,在326 g/盆以上,两者之间无显著差异,显著高于CP、CP + N-GD和DMPP + DCD + HFJ处理;其次是DMPP、DCD、CP + DCD和DMPP + DCD处理玉米总生物量较高,4个处理之间无显著差异,均显著高于CP + N-GD处理 (P < 0.05);CP + N-GD处理最低,为199 g/盆。

        与CK-N处理相比,添加硝化抑制剂及氮肥增效剂处理显著提高了玉米经济系数,平均提高79% (表1)。CP + N - GD处理玉米经济系数与CK-N处理无显著差异,CK-N处理与其他处理存在显著差异 (P < 0.05)。DCD和HFJ处理经济系数在统计学上均最高,达到0.42以上,显著高于CP、CP + DMPP和CP + N-GD处理 (P < 0.05);其次是DMPP和DMPP + DCD处理玉米经济系数较高,两者间无显著差异 (P > 0.05),而显著高于CP和CP + N-GD处理;CP + N-GD处理经济系数最低,为0.20。

        分析表明,添加氮肥增效剂HFJ显著提高玉米籽粒产量、总生物量和经济系数,可能是由于氮肥增效剂增加了土壤肥力,促进了玉米对氮素的吸收。添加硝化抑制剂DMPP、DCD以及组合CP + DMPP、CP + DCD和DMPP + DCD显著提高了玉米籽粒产量、总生物量和经济系数,表明其显著提高土壤中氮素含量,促进玉米对土壤中氮的吸收,从而增加玉米产量。而CP + N-GD的作用效果较弱。

      • 表2可以看出,HFJ处理的玉米籽粒吸氮量最高,为1.35 g/株,显著高于其他处理 (P < 0.05);其次是DCD处理;DMPP和CP + DMPP处理之间无显著差异,均显著高于CP处理 (P < 0.05);CP + N-GD处理玉米籽粒吸氮量最低,为0.26 g/株。

        表 2  不同处理玉米植株氮素累积吸收量和氮肥利用率

        Table 2.  Maize N uptake and utilization efficiency of fertilizer under different treatments

        处理
        Treatment
        籽粒吸氮量
        Grain N uptake
        (g/plant)
        总吸氮量
        Total N uptake
        (g/plant)
        氮收获指数
        NHI
        氮肥吸收利用率
        NAE
        (%)
        氮肥农学效率
        ANUE
        (g/g)
        肥料贡献率
        FCR
        (%)
        氮肥偏生产力
        NPFP
        (g/g)
        CK0.19 ± 0.01 f0.39 ± 0.05 f0.45 ± 0.02 d
        CK-N0.27 ± 0.03 f0.55 ± 0.06 e0.51 ± 0.00 d9.20 ± 0.57 e1.51 ± 0.02 e35.06 ± 3.38 e14.71 ± 1.60 e
        CP0.65 ± 0.00 e0.96 ± 0.05 d0.68 ± 0.04 bc23.82 ± 3.59 d24.65 ± 4.29 d62.11 ± 7.49 c26.89 ± 5.08 d
        DMPP0.85 ± 0.03 cd1.21 ± 0.03 c0.70 ± 0.04 bc33.88 ± 2.87 c35.92 ± 5.99 b75.22 ± 5.63 ab47.53 ± 4.41 b
        DCD1.10 ± 0.07 b1.50 ± 0.06 b0.74 ± 0.03 ab46.21 ± 1.11 b39.08 ± 1.80 b77.08 ± 3.20 ab50.69 ± 0.39 b
        HFJ1.35 ± 0.17 a1.71 ± 0.10 a0.78 ± 0.05 a55.01 ± 5.40 a52.43 ± 7.78 a83.69 ± 3.21 a64.04 ± 9.35 a
        CP + DMPP0.94 ± 0.15 c1.43 ± 0.15 b0.65 ± 0.04 c43.29 ± 5.47 b37.58 ± 5.01 b74.08 ± 5.95 b49.19 ± 3.44 b
        CP + DCD0.71 ± 0.03 de1.02 ± 0.05 d0.69 ± 0.01 bc26.34 ± 3.59 d35.35 ± 1.12 b72.04 ± 8.02 b46.18 ± 0.34 b
        DMPP + DCD0.69 ± 0.15 e1.08 ± 0.14 cd0.63 ± 0.06 c28.75 ± 4.87 cd32.94 ± 3.35 bc73.96 ± 1.84 b47.18 ± 2.97 b
        CP + N-GD0.26 ± 0.04 f0.50 ± 0.06 ef0.52 ± 0.03 d6.62 ± 0.73 e7.75 ± 2.57 e48.20 ± 2.48 d18.58 ± 1.79 e
        DMPP + DCD + HFJ0.62 ± 0.06 e0.97 ± 0.12 d0.65 ± 0.05 c23.86 ± 4.13 d27.52 ± 1.05 cd70.42 ± 2.04 b39.14 ± 2.62 c
        注(Note):NHI—Nitrogen harvest index; NAE—Nitrogen absorption efficiency; ANUE—Agronomic efficiency of nitrogen fertilizer; FCR—Fertilizer contribution ratio; NPFP—Nitrogen partial factor productivity. 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).

        除了CP + N-GD处理,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂氯化铵与CK-N处理之间总吸氮量存在显著差异 (P < 0.05)。HFJ处理玉米植株总吸氮量最高,为1.71 g/株,与其他处理存在显著差异 (P < 0.05);其次是DCD和CP + DMPP处理,其玉米植株总吸氮量较高,显著高于CP和DMPP处理;CP + N-GD处理玉米植株总吸氮量最低,为0.50 g/株。

        分析表明,添加氮肥增效剂HFJ显著增加玉米籽粒吸氮量,提高玉米植株总吸氮量。可能是由于氮肥增效剂促进了玉米植株对养分的吸收;CP + N-GD抑制硝化作用的效果较弱,添加其他硝化抑制剂均能有效提高玉米秸秆和籽粒吸氮量,以添加硝化抑制剂DCD和CP + DMPP 的效果最为突出。

      • 表2可知,在所有处理中以HFJ处理的玉米氮素收获指数最高,为0.78,显著高于其他处理 (P < 0.05);其次是DCD,显著高于CP + DMPP、DMPP + DCD、DMPP + DCD + HFJ和CP + N-GD处理,与DMPP和CP + DCD无显著差异;以CP + N-GD处理最低,为0.52。

        与CK-N处理相比,除了CP + N-GD处理,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂处理均显著提高玉米氮肥吸收利用率 (P < 0.05)。HFJ处理玉米氮肥吸收利用率最高,达到55.01% (表2),显著高于其他处理 (P < 0.05);其次是DCD和CP + DMPP处理较高,均显著高于CP和DMPP处理 (P < 0.05);以CP + N-GD处理最低,为6.62%。

        与CK-N处理相比,HFJ处理玉米氮肥农学效率最高,达到52.43 g/g (表2),显著高于其他处理 (P < 0.05);其次是DMPP、DCD、CP + DMPP和CP + DCD处理较高,这4个处理之间无显著差异,显著高于CP和DMPP + DCD + HFJ处理 (P < 0.05);CP + N-GD处理最低,为7.75 g/g。

        HFJ处理的肥料贡献率最高,达到了83.69%,显著高于多数其他处理 (P < 0.05);其次是DMPP和DCD处理较高,与CP + DMPP和CP + DCD处理之间无显著差异,但显著高于CP处理 (P < 0.05);CP + N-GD处理最低,为48.20% (表2)。

        HFJ处理氮肥偏生产力最高,为64.04 g/g (表2),显著高于其他处理 (P < 0.05);其次是DMPP和DCD处理玉米氮肥偏生产力较高,两个处理间无显著差异,与CP + DMPP、CP + DCD、DMPP + DCD间也无显著差异,显著高于CP处理 (P < 0.05);以CP + N-GD处理最低,为18.58 g/g。

        分析表明,添加氮肥增效剂HFJ显著增加玉米氮素收获指数,提高玉米氮肥利用率、肥料贡献率以及氮肥偏生产力。可能是由于氮肥增效剂增加了土壤中的无机态氮,促进了玉米植株对氮素的吸收;CP + N-GD抑制硝化作用的效果较弱,添加硝化抑制剂DCD和组合CP + DMPP、CP + DCD均能促进玉米对黑土中氮素的吸收,从而提高玉米氮素收获指数、氮肥吸收利用率和肥料贡献率。

      • 在玉米各生育时期内,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂的氯化铵氮肥显著影响黑土铵态氮含量,土壤中铵态氮含量总体呈先上升后下降的趋势。从玉米的4个生育时期来看,所有处理苗期黑土中铵态氮含量最高,且苗期添加硝化抑制剂和氮肥增效剂处理黑土铵态氮含量显著高于CK处理和CK-N处理,其他3个时期趋于一致,说明在大喇叭口期、灌浆期和成熟期黑土中已有大量的铵态氮被玉米植株所吸收利用,且在玉米生育后期硝化抑制剂和氮肥增效剂的作用效果明显减弱。

        表3可知,在玉米苗期,土壤铵态氮含量以CP + DCD处理最高,为117.48 mg/kg,显著高于其他处理 (P < 0.05);其次是CP + DMPP和DMPP + DCD + HFJ处理,二者显著高于CP、DMPP、DCD、HFJ和CP + N-GD处理 (P < 0.05);DMPP + DCD处理显著高于DMPP处理;HFJ处理铵态氮含量最低,为54.10 mg/kg。说明在该理化性质的黑土中,氯化铵肥料中只添加CP、HFJ,其增加土壤铵态氮的效果,没有添加CP + DMPP、CP + DCD、CP + N-GD、DMPP + DCD + HFJ组合的效果显著,同时也说明了添加硝化抑制剂组合DMPP + DCD效果优于只添加硝化抑制剂DMPP处理。玉米大喇叭口期是玉米需肥量最大时期,此时期玉米对铵态氮的吸收量很大,CP + DMPP和DMPP + DCD处理铵态氮含量最高,在16.81 mg/kg以上,显著高于DMPP和DCD (P < 0.05),而与CK-N处理无显著差异,其他处理均显著低于CK-N处理。在玉米灌浆期,CK-N处理铵态氮含量为26.18 mg/kg。抑制剂处理中,CP处理土壤铵态氮含量显著低于CK-N处理,但显著高于其他处理 (P < 0.05)。原因可能是灌浆期玉米生长吸收的铵态氮较多,也可能是因为这些硝化抑制剂作用效果已经减弱。在玉米成熟期,所有处理铵态氮含量趋于一致,多数处理间铵态氮含量无显著差异 (表3)。从玉米整个生育期不同处理土壤铵态氮含量变化分析可知,添加硝化抑制剂组合CP + DCD、CP + DMPP和DMPP + DCD氯化铵显著提高了黑土铵态氮含量,其间无显著差异,表明其硝化抑制效果最佳。

        表 3  玉米不同生育时期各处理土壤铵态氮和硝态氮含量 (mg/kg)

        Table 3.  Contents of soil ammonium and nitrate nitrogen in different growth stages of maize

        处理
        Treatment
        NH4+-NNO3-N
        苗期
        Seedling
        大喇叭口期
        Big flare
        灌浆期
        Grain-filling
        成熟期
        Maturity
        苗期
        Seedling
        大喇叭口期
        Big flare
        灌浆期
        Grain-filling
        成熟期
        Maturity
        CK20.77 ± 0.35 h15.13 ± 0.12 cde14.74 ± 0.24 d11.43 ± 0.25 ab15.69 ± 1.11 e5.37 ± 1.05 ab3.01 ± 0.15 bc3.96 ± 0.16 a
        CK-N34.32 ± 4.13 g17.51 ± 1.01 a26.18 ± 0.24 a11.64 ± 0.30 ab21.35 ± 0.49 b3.79 ± 0.14 c2.61 ± 0.20 bcd2.62 ± 0.23 e
        CP57.16 ± 4.95 f16.19 ± 0.80 bc19.84 ± 0.10 b11.50 ± 0.81 ab20.22 ± 0.30 b6.46 ± 0.56 a2.32 ± 0.13 d2.96 ± 0.27 bcde
        DMPP77.41 ± 0.87 d14.13 ± 0.48 e12.48 ± 0.29 g10.82 ± 0.09 ab17.12 ± 0.73 cd5.62 ± 0.62 ab4.01 ± 0.66 a2.75 ± 0.49 de
        DCD94.60 ± 0.77 c15.39 ± 0.10 cd13.44 ± 0.98 f11.51 ± 0.47 ab19.95 ± 0.31 b6.32 ± 0.23 a2.81 ± 0.39 bcd3.31 ± 0.19 bc
        HFJ54.10 ± 0.58 f15.63 ± 0.05 cd15.97 ± 0.58 c10.63 ± 0.42 b22.94 ± 0.94 a4.75 ± 0.18 bc2.74 ± 0.01 bcd2.98 ± 0.27 bcde
        CP + DMPP105.97 ± 1.02 b17.71 ± 0.53 a14.22 ± 0.43 de11.85 ± 1.07 a16.14 ± 0.84 de4.04 ± 0.42 c2.74 ± 0.51 bcd3.19 ± 0.18 bcd
        CP + DCD117.48 ± 4.37 a14.90 ± 0.19 de15.80 ± 0.14 c11.69 ± 0.12 ab16.23 ± 0.61 de4.78 ± 0.71 bc3.14 ± 0.17 b3.13 ± 0.25 bcde
        DMPP + DCD96.04 ± 1.64 c16.81 ± 0.73 ab14.51 ± 0.06 d10.75 ± 0.28 b17.33 ± 0.35 cd5.35 ± 1.45 ab3.17 ± 0.44 b3.30 ± 0.23 bc
        CP + N-GD66.81 ± 0.73 e15.77 ± 1.10 bcd13.67 ± 0.12 ef11.40 ± 0.86 ab20.05 ± 0.91 b3.77 ± 0.67 c2.47 ± 0.26 cd2.80 ± 0.21 cde
        DMPP + DCD + HFJ107.62 ± 2.17 b15.09 ± 0.70 cde13.17 ± 0.27 f10.98 ± 0.40 ab18.48 ± 1.17 c4.43 ± 0.24 bc3.85 ± 0.28 a3.46 ± 0.32 b
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 在玉米的各个生育时期内,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂处理显著影响黑土硝态氮含量,其变化趋势与黑土铵态氮含量相同,总体呈先上升后下降的趋势。玉米苗期,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂处理黑土中硝态氮含量最高,大喇叭口期、灌浆期和成熟期黑土硝态氮含量都很低,并且有逐渐降低的趋势,各时期不同处理硝态氮含量基本趋于一致 (表3),说明在玉米大喇叭口期已有大量硝态氮被玉米植株吸收利用;灌浆期和成熟期,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂对氯化铵中铵态氮的转化无显著作用效果。

        玉米苗期,添加硝化抑制剂处理黑土硝态氮含量显著低于CK-N处理,平均降低了15%,表明添加氯化铵氮肥处理铵态氮在土壤中很快转化为硝态氮,添加硝化抑制剂处理明显抑制黑土的硝化作用 (P < 0.05);HFJ处理硝态氮含量最高,为22.94 mg/kg (表3),与其他处理差异显著 (P < 0.05);其次是CP和DCD处理硝态氮含量较高,两个处理间无显著差异,而显著高于DMPP、DMPP + DCD、CP + DMPP和CP + DCD处理,后4个处理间无显著差异,其中最低的是CP + DMPP处理,为16.14 mg/kg (表3)。说明添加硝化抑制剂和氮肥增效剂组合处理对抑制黑土铵态氮转化为硝态氮的效果显著高于只添加硝化抑制剂或肥料增效剂处理,能够显著降低硝态氮含量。大喇叭口期,HFJ、CP + DMPP、CP + DCD和DMPP + DCD + HFJ与CK-N处理无显著差异,4个处理之间也无显著差异;CP、DMPP和DCD处理黑土硝态氮含量显著高于CK-N处理 (P < 0.05)。灌浆期和成熟期,所有处理硝态氮含量达到最低,趋于一致。从玉米整个生育时期不同处理土壤硝态氮含量变化分析可知,添加硝化抑制剂DMPP和硝化抑制剂组合CP + DMPP、CP + DCD和DMPP + DCD处理黑土硝态氮含量显著降低,其抑制效果最佳。

        从玉米整个生育时期不同处理黑土中铵态氮和硝态氮含量的动态变化可知,添加硝化抑制剂组合CP + DCD、CP + DMPP和DMPP + DCD + HFJ处理对铵态氮硝化作用的抑制作用较好,土壤硝态氮含量保持在较低水平,说明添加硝化抑制剂CP和DMPP与DCD组合抑制黑土中的硝化作用效果较强,且作用时间长于其他处理,添加氮肥增效剂HFJ处理硝态氮含量最高,说明添加氮肥增效剂增加了土壤硝态氮含量,且在黑土中无抑制硝化作用的效果。

      • 图1可知,玉米苗期,CK处理的黑土表观硝化率显著高于CK-N处理 (P < 0.05),表明黑土发生强烈的硝化作用。与CK-N处理相比,添加硝化抑制剂和氮肥增效剂处理显著降低黑土表观硝化率 (P < 0.05),表明添加硝化抑制剂显著抑制了黑土的硝化作用。HFJ处理表观硝化率较高,为29.8%,与其他处理差异显著;其次是CP处理,显著高于CP + DMPP、CP + DCD和CP + N-GD处理;DMPP和DCD处理之间无显著差异,显著高于DMPP + DCD和DMPP + DCD + HFJ处理 (P < 0.05);其中最低的是CP + DCD处理,为12.15%。说明添加硝化抑制剂和氮肥增效剂组合处理对抑制黑土铵态氮转化为硝态氮的效果显著高于只添加硝化抑制剂和肥料增效剂处理,能够显著降低黑土表观硝化率。玉米大喇叭口期,CK-N处理黑土表观硝化率最低,显著低于CK处理 (P < 0.05)。与CK-N处理相比,DCD处理黑土表观硝化率最高,达到29.1% (图1),显著高于CP + DCD、DMPP + DCD和DMPP + DCD + HFJ处理,而与CP和DMPP处理无显著差异;其次是CP和DMPP处理,两个处理之间无显著差异,均显著高于CP + DMPP处理;CP + DMPP处理黑土表观硝化率最低,为18.57% (图1)。表明添加硝化抑制剂组合在黑土中的硝化抑制作用比单独施用硝化抑制剂时间长,表观硝化率持续较低。玉米灌浆期,CK-N处理土壤表观硝化率显著低于CK处理 (P < 0.05);CK-N处理土壤表观硝化率最低,为9.07% (P < 0.05),与其他处理差异显著,说明只施氯化铵氮肥处理,玉米吸收利用黑土中的氮较少;其次是CP处理较低,说明硝化抑制剂CP处理固定的铵态氮释放,黑土中铵态氮增多,表观硝化率较低;其余处理土壤表观硝化率趋于一致,处理间无显著差异。从玉米整个生育时期不同处理土壤表观硝化率变化分析可知,添加硝化抑制剂组合CP + DMPP和CP + DCD处理黑土表观硝化率显著降低,说明其抑制硝化效果最佳。

        图  1  玉米不同生育时期各处理土壤表观硝化率

        Figure 1.  Apparent nitrification rate of soil in treatments at different growth stages of maize

      • 硝化抑制率用来表征硝化抑制剂对土壤硝化作用的抑制程度与效果。如图2所示,在玉米苗期,添加硝化抑制剂和硝化抑制剂组合处理硝化抑制率均较高。CP + DMPP和CP + DCD处理硝化抑制率最高,均在23.9%以上,显著高于CP和DCD处理,而与DMPP和DMPP + DCD处理无显著差异;CP + N-GD处理较低,为8.2%。由于HFJ是氮肥增效剂,没有硝化抑制作用,且能促进氮的吸收,故其硝态氮含量高,硝化抑制率最低。表明在玉米苗期添加硝化抑制剂DMPP和组合CP + DMPP、CP + DCD、DMPP + DCD处理抑制硝化作用的效果最好,可显著减少硝态氮含量,从而减少硝酸盐的淋溶损失,减缓土壤酸化、环境污染等问题。

        图  2  玉米苗期不同处理硝化抑制率

        Figure 2.  Nitrification inhibition rate of different treatments in maize seedling stage

      • 本试验中添加硝化抑制剂和氮肥增效剂显著提高玉米产量,与CK-N处理相比,提高0.14~3.99倍。添加氮肥增效剂HFJ产量可以达到176.16 g/株,添加硝化抑制剂DMPP、DCD和硝化抑制剂组合CP + DMPP、CP + DCD、DMPP + DCD产量可以达到102 g/株以上。氮肥增效剂与硝化抑制剂一同使用,会降低氮肥增效剂的效果。添加硝化抑制剂和氮肥增效剂在提高玉米产量的同时,显著提高了玉米的生物量、经济系数和氮肥利用率,以添加硝化抑制剂DCD和CP + DMPP的效果最为显著,这与Weiske等[9]和Abalos等[20]研究结果一致,均表明添加硝化抑制剂能够提高氮肥利用率,增加作物产量。Liu等[10]研究也表明,硝化抑制剂DMPP与氮肥配施能够提高氮肥利用率和作物产量。

        硝化抑制剂能够延缓土壤中的硝化作用,主要表现为黑土铵态氮含量的增加以及硝态氮含量的降低。本研究中,在玉米的4个生育时期,从不同种类硝化抑制剂对黑土中铵态氮和硝态氮含量的影响可以看出,添加硝化抑制剂显著抑制了土壤中的铵态氮向硝态氮的转化过程即硝化作用,从而使苗期土壤中铵态氮含量保持在较高水平,此时硝化抑制剂的抑制作用效果较强,黑土中硝态氮含量保持在较低水平。主要以添加硝化抑制剂组合CP + DMPP和CP + DCD抑制效果最为明显,能够减缓土壤中铵态氮向硝态氮的转化,保证土壤中的氮素释放与作物氮素需求同步,减少硝酸盐的淋溶损失,降低环境污染。后期硝化抑制剂效果减弱,铵态氮和硝态氮含量趋于一致。这与Gong等[21]、Zaman等[22]研究结果一致。主要是因为氯化铵氮肥施入黑土后,铵离子刺激了氨氧化微生物的大量繁殖,导致其快速被氧化而逐渐减少,但是随着时间延长,铵离子逐渐减少且氨氧化细菌不断增加,导致硝化抑制剂的降解或淋溶[23-24]

        DMPP主要是通过抑制硝化作用的第一步,即氨氧化过程;DCD主要是通过影响亚硝化细菌呼吸作用过程中的电子转移和干扰细胞色素氧化酶的功能,使亚硝化细菌无法进行呼吸,从而抑制其生长繁殖,进而抑制铵态氮向硝态氮的转化过程[25]。本试验中DMPP和DCD无论是单独添加还是组合配施,抑制硝化作用效果都很好,在玉米生长的4个生育时期铵态氮含量达到显著差异,说明其作用持续时间较长,为玉米提供更多、持续时间更长的有效态氮,减少氨挥发和N2O排放,促进作物对氮素的吸收,提高氮肥利用率,减少对环境的污染。这与Di等[7]、Liu等[10]研究结果一致。本试验结果表明,添加硝化抑制剂DMPP以及CP + DMPP、CP + DCD和DMPP + DCD硝化抑制剂组合处理的硝化抑制率显著高于添加硝化抑制剂DCD和CP处理的硝化抑制率,说明在黑土中DMPP的抑制效果优于DCD和CP,可能是由于DMPP在土壤中移动性有限,而且降解速度慢,不易与NH4+发生分离和淋溶现象,使得硝化抑制剂DMPP效果稳定,发挥作用时间长[26]。硝化抑制剂DCD水溶性高,移动性强,容易与NH4+在土壤空间分布上发生分离现象,当遇到强降雨或在保水能力较差的土壤中,容易发生淋溶损失[26]。CP易见光分解为6-氯-吡啶甲酸,造成挥发损失,不适合表施[27]。这与Chen等[28]研究结果一致。Weiske等[9]研究结果也表明,在田间试验中,由于DMPP生物降解过程比DCD更持久,故DMPP抑制硝化效果优于DCD。

        此外,研究表明,硝化抑制剂DMPP、DCD以及CP与硫酸铵配施在pH为8的灰漠土中培养30 天后,硝化抑制剂的硝化抑制效果表现为CP ≥ DMPP > DCD[13]。但是本研究表明在黑土上CP的硝化抑制率最低,可能是由于CP对于不同氮肥品种以及不同类型土壤的响应机制不同,所以抑制效果不同[29]。一般低肥力土壤中,矿物氮损失比较明显,硝化抑制剂的作用也较好,土壤有机质含量高,微生物活性也比较强,促进微生物对抑制剂的降解,从而使得CP的硝化抑制率降低,而且不同品种的氮肥施入土壤后引起的土壤pH变化也会影响抑制剂的抑制效果[29]。黑土肥力较高,CP的抑制效果较差[30],说明CP对土壤肥力的响应比DMPP和DCD更加敏感。

        本试验中,硝化抑制剂组合CP + DMPP和CP + DCD处理的硝化抑制率高于DMPP和DCD处理,表明不同的硝化抑制剂配合,可以降低整个玉米生育期铵态氮的转化,有利于增加玉米的氮素供给,从而提高玉米产量和氮肥利用率。综合硝化抑制剂在黑土种植玉米所得的产量、氮肥利用率和抑制硝化作用效果来看,虽然硝化抑制剂DCD处理和组合CP + DMPP、CP + DCD处理均能显著提高玉米产量和氮肥利用率,但是硝化抑制剂组合CP + DMPP和CP + DCD处理硝化抑制率显著高于DCD处理,且在玉米整个生育期显著降低黑土的表观硝化率,说明硝化抑制剂组合CP + DMPP和CP + DCD能有效抑制黑土中的硝化作用,保持土壤中氮素供应与作物需求同步,促进作物对氮素的吸收,减少土壤的氮素损失[31],提高氮肥利用率,减少环境污染 (水体富营养化、全球变暖等问题)。而且硝化抑制剂CP、DCD比DMPP更廉价[25],组合CP + DMPP和CP + DCD施用量均减半,其性价比高于单独施用硝化抑制剂。由于氮肥增效剂和硝化抑制剂组合鲜有人报道,故具体的硝化抑制剂组合和氮肥增效剂作用机理有待进一步研究。

      • 氯化铵中添加硝化抑制剂组合CP + DMPP或者CP + DCD,硝化抑制率最高,表观硝化率最低,显著提高土壤中铵态氮含量,降低硝态氮含量,极大地减少硝酸盐的淋溶损失,降低对环境的污染,也能够显著提高作物产量和氮肥利用率。添加氮肥增效剂HFJ显著增加作物的氮素吸收,提高氮肥利用率,从而使玉米获得高产和较高的氮收获指数、经济系数。氮肥增效剂与硝化抑制剂一同使用会降低氮肥增效剂的效果。

    参考文献 (31)

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