氮素抑制劑對雙季稻產(chǎn)量、氮素利用效率及土壤氮平衡的影響

魯艷紅，聶 軍，廖育林*，周 興，王 宇，湯文光

（1 湖南省土壤肥料研究所，湖南長沙 410125；2 農(nóng)業(yè)部湖南耕地保育科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，湖南長沙 410125；3 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長沙 410128）

施肥是保障作物產(chǎn)量和糧食安全必不可少的措施[1]，化肥投入尤其是氮肥投入量持續(xù)增加是20世紀(jì)70年代末以來中國糧食產(chǎn)量大幅度提高的關(guān)鍵因素之一[2]。然而，氮肥高投入量在保證糧食產(chǎn)量的同時，也導(dǎo)致氮肥增產(chǎn)效應(yīng)減緩、氮素?fù)p失量提高、氮肥利用率偏低、土壤酸化加劇、土壤無機(jī)氮過量積累及環(huán)境風(fēng)險增加等一系列問題[3-5]。南方雙季稻區(qū)作為我國糧食主產(chǎn)區(qū)，在保障國家糧食安全中占有極其重要的地位，該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化程度高，氮肥投入量大，采用的是“高投入、高產(chǎn)出”的管理模式，在保證糧食產(chǎn)量的同時也造成資源浪費(fèi)、生態(tài)環(huán)境破壞等問題[6]。因此，在確保糧食安全的前提下，如何通過科學(xué)合理的措施實(shí)現(xiàn)氮肥減施增效，促進(jìn)資源可持續(xù)利用及生產(chǎn)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)和重大課題。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中氮素循環(huán)、轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜，氮損失不可避免，需要通過降低氮肥投入等途徑來優(yōu)化農(nóng)田氮素管理，實(shí)現(xiàn)氮肥減施增效。目前采用的主要措施包括優(yōu)化氮肥施用量及施用方法，增加種植密度，普通尿素與緩控釋尿素配施，有機(jī)無機(jī)肥配施，尿素添加氮抑制劑以及這些方法的綜合利用等[7-9]。脲酶抑制劑和硝化抑制劑通過延緩尿素水解或減緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，調(diào)控土壤供氮強(qiáng)度，減少氮素?fù)p失，提高氮肥利用率[10]。目前脲酶抑制劑和硝化抑制劑對尿素氮在土壤中形態(tài)的轉(zhuǎn)化、氨揮發(fā)、N2O排放的影響等有較多報道[11-12]，但其對作物產(chǎn)量效應(yīng)的結(jié)果不完全一致[13-14]，其對土壤氮素平衡影響的研究也相對較少。本文以目前應(yīng)用較多的脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺 (NBPT) 和硝化抑制劑雙氰胺 (DCD) 為材料，在南方典型雙季稻區(qū)研究氮肥減施條件下，研究2種氮抑制劑對雙季稻產(chǎn)量、氮素吸收利用效率、土壤無機(jī)氮轉(zhuǎn)化及氮平衡的影響，為優(yōu)化南方雙季稻農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素養(yǎng)分管理及實(shí)現(xiàn)氮肥減施增效提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2015年早、晚稻期間在湖南省寧鄉(xiāng)縣回龍鋪鎮(zhèn)天鵝村 (28°12′N、112°26′E，海拔高度 60 m)進(jìn)行。該區(qū)域?qū)賮啛釒Т箨懶约撅L(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫16.8℃，年均無霜期274 d，年均降雨量1358 mm，年均日照時數(shù)1739 h。供試土壤為滲育性水稻土白鱔泥田 (土壤系統(tǒng)分類為漂白鐵聚水耕人為土)，試驗(yàn)前0—20 cm耕層土壤基本性狀：pH 5.71、有機(jī)質(zhì)43.4 g/kg、全氮2.17 g/kg、全磷0.54g/kg、全鉀12.5 g/kg、堿解氮195.8 mg/kg、有效磷12.9 mg/kg、速效鉀67.3 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)5個處理：1) 不施肥 (CK)；2)100%尿素 (100%U)；3) 80%尿素 (減氮20%，80%U)；4) 80%尿素+NBPT (80%U+NBPT)；5)80%尿素+DCD(80%U+DCD)。處理2)氮肥按早稻N 150 kg/hm2、晚稻N 180 kg/hm2施用，處理3)～5)氮肥按早稻N 120 kg/hm2、晚稻N 144 kg/hm2施用；處理2)～5)磷肥按早稻P2O575 kg/hm2、晚稻P2O545 kg/hm2施用，鉀肥按早稻K2O 90 kg/hm2、晚稻K2O 120 kg/hm2施用。氮、磷、鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。所有施肥處理的氮肥和鉀肥分兩次施用：50%做基肥，50%做分蘗肥；磷肥做基肥一次性施用。脲酶抑制劑為NBPT，硝化抑制劑為DCD，均按對應(yīng)處理尿素量的1%添加，與尿素混勻后施用。早稻品種為常規(guī)稻湘早秈45號，4月24日拋秧，每公頃37.5萬株，7月16日收獲；晚稻組合為雜交稻荊楚優(yōu)148，7月19日拋秧，每公頃27萬株，10月15日收獲。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間用高20 cm、寬30 cm的泥埂隔離，埂上覆膜，實(shí)行單獨(dú)排灌。各處理基肥部分于拋秧前1 d施入，施入后立即用鐵齒耙耖入5 cm深的土層內(nèi)，分蘗肥于拋秧后7～10 d撒施，其他田間管理與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.3 分析測定項(xiàng)目

試驗(yàn)開始前采集0—20 cm耕層土樣，用于測定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮。早、晚稻成熟期采集各處理0—20 cm耕層土樣，用于測定硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和微生物量氮，并采用環(huán)刀法取耕層土壤測定土壤容重。早、晚稻各小區(qū)單打單曬，稱計實(shí)產(chǎn)，采集植株樣測定稻谷和稻草氮含量。

土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀采用常規(guī)方法測定[15]，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用1 mol/L KCl溶液浸提后采用流動分析儀測定[15]，土壤微生物量氮采用氯仿熏蒸—K2SO4溶液浸提法測定[16]。植株氮采用濃H2SO4-H2O2消化法測定[15]。

1.4 相關(guān)指標(biāo)計算方法[7,17]

稻谷氮吸收量 (grain nitrogen accumulation，GNA，kg/hm2) = 稻谷產(chǎn)量 × 稻谷氮含量；

稻草氮吸收量 (straw nitrogen accumulation，SNA，kg/hm2) = 稻草產(chǎn)量 × 稻草氮含量；

地上部氮吸收量 (above-ground nitrogen accumulation，ANA，kg/hm2) = 稻谷氮吸收量+稻草氮吸收量；

氮肥表觀利用率 (apparent use efficiency of nitrogen fertilizer，ANE，%) = (施氮區(qū)地上部氮吸收量 - 對照區(qū)地上部氮吸收量)/施氮量 × 100；

氮肥農(nóng)學(xué)效率 (agronomic efficiency of nitrogen fertilizer，NAE，kg/kg) = (施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量 - 對照區(qū)稻谷產(chǎn)量)/施氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力 (partial factor productivity of nitrogen fertilizer，NPFP，kg/kg) = 施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量/施氮量；

植株氮素吸收效率 (nitrogen uptake efficiency by plant，NUP，%) = 施氮區(qū)地上部氮吸收量/施氮量 ×100；

氮收獲指數(shù) (nitrogen harvest index，NHI，%) =稻谷氮吸收量/地上部氮吸收量 × 100。

氮肥施入土壤-作物體系后的基本去向包括3個方面：一是被作物吸收；二是在土壤中以無機(jī)氮形態(tài)或有機(jī)結(jié)合形態(tài)殘留；三是以氨揮發(fā)、硝化-反硝化、淋洗或徑流等途徑損失至環(huán)境[18]。氮平衡相關(guān)參數(shù)按下列方法計算[19]：

土壤氮素凈礦化量 (kg/hm2) = 不施氮肥區(qū)地上部氮吸收量 + 不施氮肥區(qū)土壤無機(jī)氮?dú)埩袅?NRmin) - 不施氮肥區(qū)起始無機(jī)氮積累量(NImin)；

氮素表觀損失量 (kg/hm2) = 施氮量 + 土壤起始無機(jī)氮積累量(NImin) + 土壤氮素凈礦化量 - 作物收獲帶走氮量 - 收獲后土壤無機(jī)氮?dú)埩袅?NRmin)；

土壤無機(jī)氮 (Nmin) 為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的總和。

土壤硝態(tài)氮/銨態(tài)氮累積量 (kg/hm2) 計算公式:

I = h × C × B/10

式中：I為硝態(tài)氮/銨態(tài)氮累積量 (kg/hm2)；h為土層厚度 (cm)；C為硝態(tài)氮/銨態(tài)氮含量 (mg/kg)；B為該土層的土壤容重 (g/cm3)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理及分析采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.5等數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素抑制劑對水稻產(chǎn)量的影響

尿素添加NBPT和DCD對雙季稻產(chǎn)量維持與提高均有促進(jìn)作用，且NBPT較DCD的增產(chǎn)效果更明顯 (表1)。早、晚稻稻谷、稻草和生物產(chǎn)量均以80%U+NBPT處理最高，除早稻稻谷產(chǎn)量外，均與8 0%U處理達(dá)到顯著差異水平 (P ＜ 0.0 5)；80%U+NBPT處理早、晚稻稻谷、稻草和生物產(chǎn)量與100%U處理差異均不顯著 (P ＞ 0.05)；除晚稻稻谷產(chǎn)量外，與80%U+DCD處理差異也不顯著 (P ＞0.05)。80%U+DCD處理早稻稻谷、稻草和生物產(chǎn)量高于100%U和80%U處理，但與100%U和80%U處理差異均不顯著 (P ＞ 0.05)；80%U+DCD處理晚稻稻谷、生物產(chǎn)量低于100%U處理，稻草產(chǎn)量高于100%U處理，處理間差異均不顯著 (P ＞ 0.05)；80%U+DCD處理晚稻稻草產(chǎn)量顯著高于80%U處理(P ＜ 0.05)。所有施肥處理的早、晚稻稻谷、稻草和生物產(chǎn)量均顯著高于CK處理 (P ＜ 0.05)。

表1 不同處理的早、晚稻產(chǎn)量 (kg/hm2)Table 1 Early rice and late rice yield under different treatments

2.2 氮素抑制劑對早晚稻氮素吸收利用的影響

2.2.1 植株氮含量及氮素吸收量 施氮有利于提高早、晚稻稻谷和稻草氮含量 (表2)。所有施氮處理早、晚稻稻谷和稻草氮含量均高于CK處理。各施肥處理中，除早稻80%U+DCD處理稻草氮含量明顯高于未添加抑制劑的100%U和80%U處理 (P ＜0.05)，添加NBPT和DCD對早、晚稻稻谷和稻草氮含量影響差異不顯著 (P ＞ 0.05)。

不同處理對早、晚稻稻谷、稻草和植株氮吸收量存在明顯影響 (表2)。各施肥處理早、晚稻稻谷、稻草及植株氮吸收量均顯著高于CK處理 (P ＜0.05)。所有處理中，早、晚稻稻谷和植株氮吸收量及晚稻稻草氮吸收量均以80%U+NBPT處理最高，且晚稻稻谷和植株氮吸收量與80%U+DCD、100%U和80%U處理的差異均達(dá)到顯著水平 (P ＜0.05)，早、晚稻稻草氮吸收量與80%U處理差異達(dá)顯著水平 (P ＜ 0.05)，表明施用NBPT對提高水稻氮吸收量有較明顯的促進(jìn)作用。80%U+DCD處理早稻稻草、植株及晚稻稻谷氮吸收量高于100%U處理，早稻稻谷、晚稻稻草及植株氮吸收量低于100%U處理，但與100%U處理的差異均不顯著 (P ＞ 0.05)；80%U+DCD處理早、晚稻稻谷、稻草和植株氮吸收量均高于80%U處理，但處理間差異均未達(dá)到顯著水平 (P ＞ 0.05)，表明在相同施氮量條件下添加DCD一定程度上促進(jìn)了早、晚稻對氮素的吸收積累。

2.2.2 氮素吸收利用效率 尿素添加NBPT和DCD均有利于提高水稻氮素利用效率 (表3)。與100%U和80%U處理相比，80%U+NBPT和80%U+DCD處理早、晚稻氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素吸收效率均有所提高，其中80%U+NBPT提高效果更顯著，其晚稻氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率與100%U和80%U的差異均達(dá)到顯著水平 (P ＜ 0.05)。

氮收獲指數(shù) (NHI) 反映氮素在植株?duì)I養(yǎng)器官與生殖器官間的分配。不同處理對早、晚稻氮收獲指數(shù)有一定影響 (表3)。與單施尿素處理 (100%U和80%U) 相比，添加氮素抑制劑 (80%U+DCD和80%U+NBPT) 早稻氮收獲指數(shù)有所降低，晚稻變化則不明顯。

2.3 氮素抑制劑對土壤氮素的影響

2.3.1 土壤無機(jī)氮 不同處理對早、晚稻成熟期土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮有顯著影響 (表4)。與常規(guī)施肥(100%U) 相比，減少施氮量有利于降低土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。80%U處理早、晚稻后土壤硝態(tài)氮含量分別較100%U處理降低14.9%和14.5%，銨態(tài)氮分別降低8.4%和9.3%。減少施氮量并添加氮抑制劑進(jìn)一步降低了土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。早、晚稻后，80%U+DCD處理土壤硝態(tài)氮含量較100%U處理分別降低22.4%和47.0%，銨態(tài)氮分別降低24.7%和16.5%；80%U+NBPT處理土壤硝態(tài)氮分別降低33.2%和42.7%，銨態(tài)氮分別降低20.7%和30.2%。

表2 不同處理早、晚稻稻谷和稻草氮含量及氮吸收量Table 2 N contents and accumulation in grain and straw of early and late rice under different treatments

表3 不同處理早稻、晚稻氮利用效率Table 3 Nitrogen use efficiency of early and late rice under different fertilizer treatments

表4 收獲后不同處理土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量及殘留量Table 4 Contents and residual amounts of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen in soil after rice harvest under different treatments

與常規(guī)施肥相比，尿素減量施用和施用氮抑制劑明顯降低了土壤無機(jī)氮?dú)埩袅?(表4)。早、晚稻后80%U處理土壤無機(jī)氮?dú)埩袅?(硝態(tài)氮?dú)埩袅颗c銨態(tài)氮?dú)埩袅恐? 較100%U處理分別降低9.2%和10.9%，80%U+DCD處理分別降低25.1%和21.2%，80%U+NBPT處理分別降低22.3%和32.7%。

2.3.2 土壤微生物量氮 添加NBPT和DCD有利于早、晚稻成熟期土壤微生物量氮含量和積累量的提高 (表5)。早、晚稻后80%U+DCD較100%U處理土壤微生物量氮含量分別提高10.8%和10.4%，較80%U處理分別提高19.3%和14.5%；80%U+NBPT較100%U處理分別提高5.3% 和16.4%，較80%U處理分別提高13.4%和20.7%。早、晚稻后土壤微生物量氮積累量80%U+DCD較100%U處理分別提高9.8%和10.5%，較80%U處理分別提高18.2%和15.5%；80%U+NBPT較100%U處理分別提高5.3% 和15.4%，較80%U處理分別提高13.4%和20.7%。表明尿素添加NBPT或DCD有利于土壤氮生物固持和土壤持續(xù)供氮能力的提高。

2.4 氮素抑制劑對土壤-作物系統(tǒng)氮素養(yǎng)分平衡的影響

根據(jù)氮輸入、輸出平衡模型分別計算早、晚稻及早-晚稻輪作周期的氮平衡狀況。表6表明，不同處理對土壤氮素平衡有較大影響。各施氮處理中，施肥占氮輸入的46.3%～59.8%。氮輸出項(xiàng)中，以作物吸收帶出為主，占氮輸出的45.9%～83.3%。尿素添加NBPT或DCD提高了作物氮吸收量，其中以添加NBPT的提高效果更明顯。在施氮量減少20%條件下添加NBPT，早、晚稻及早-晚稻輪作周期作物吸氮量較常規(guī)施氮處理分別提高4.5%、9.4%和6.9%，添加DCD早稻和早-晚稻輪作周期作物吸氮量較常規(guī)施氮處理提高2.9%和1.2%。添加NBPT或DCD有利于降低土壤無機(jī)氮?dú)埩袅?，在施氮量減少20%條件下添加NBPT，早稻、晚稻收獲后的土壤無機(jī)氮?dú)埩糨^常規(guī)施氮處理分別降低22.4%和32.7%，添加DCD分別降低25.1%和21.2%。添加NBPT或DCD有利于降低氮素表觀損失，減20%氮量施用條件下添加NBPT，早稻、晚稻及早-晚稻輪作周期氮素表觀損失較常規(guī)施氮處理分別降低28.5%、37.5%和34.0%，較80%U處理分別降低10.3%、20.1%和16.2%；添加DCD較常規(guī)施肥處理分別降低23.7%、31.6%和28.5%，較80%U處理分別降低4.2%、12.6%和9.2%。

表5 收獲后不同處理土壤微生物量氮 (MBN) 含量及積累量Table 5 Content and accumulation of soil microbial biomass nitrogen (MBN) after rice harvest under different treatments

表6 雙季稻體系氮素平衡 (kg/hm2)Table 6 Nitrogen balance in double-rice system

3 討論

目前大部分研究結(jié)果表明，添加脲酶/硝化抑制劑能減少肥料氮素?fù)p失，促進(jìn)作物氮素吸收，提高作物產(chǎn)量和氮素利用效率[13,20-22]，但也有研究表明氮抑制劑對作物產(chǎn)量沒有影響或影響不顯著，如Li等[14]研究認(rèn)為在石灰性土壤上施用脲酶抑制劑盡管顯著降低尿素氨揮發(fā)損失，提高氮肥利用率，但對作物產(chǎn)量沒有顯著影響；Wilson等[23]報道也表明，硝化抑制劑DCD盡管提高了水稻對肥料氮的吸收，但對水稻產(chǎn)量沒有影響。不同研究的結(jié)果均表明氮抑制劑能減少肥料氮素?fù)p失和提高氮素利用效率，但對作物的產(chǎn)量效應(yīng)存在差異，這可能是因?yàn)槭艿种苿┓N類、作物種類、土壤類型、土壤性質(zhì)及氣候特點(diǎn)等多種因素綜合影響，與不同條件下氮抑制劑調(diào)控土壤氮養(yǎng)分供應(yīng)量和土壤供氮形態(tài)與作物養(yǎng)分需求是否耦合和同步有關(guān)。本研究結(jié)果表明，在同等施氮量條件下，添加NBPT和DCD (80%U+NBPT和80%U+DCD) 較未添加氮抑制劑 (80%U) 處理降低了氮素?fù)p失，提高了氮利用效率及水稻產(chǎn)量，尤其以施用NBPT的效果更顯著；即使是與常規(guī)施氮處理 (100%U) 相比，除晚稻添加DCD的稻谷產(chǎn)量略有下降外，減氮20%添加抑制劑處理水稻產(chǎn)量仍有所提高。施用NBPT提高水稻產(chǎn)量的原因可能是由于NBPT延緩了尿素水解產(chǎn)生銨態(tài)氮，減少了水稻生長前期尿素氮養(yǎng)分的損失，延長了尿素肥效，保證了水稻生長中后期土壤有效氮供應(yīng)，從而促進(jìn)了水稻生長和氮素吸收利用；而添加DCD抑制了尿素水解生成的銨態(tài)氮的硝化作用，改變了田間條件下銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的供應(yīng)比例，增加土壤銨態(tài)氮供應(yīng)量并延長銨態(tài)氮供應(yīng)時間[24]，水稻為喜銨作物，從而也促進(jìn)水稻產(chǎn)量形成及氮素養(yǎng)分的吸收利用。

氮流失風(fēng)險增加通常與氮素供應(yīng)和作物需求不同步有關(guān)，因此適當(dāng)減少作物生長前期氮養(yǎng)分供應(yīng)、增加中后期氮養(yǎng)分供應(yīng)是實(shí)現(xiàn)氮肥高效利用的有效途徑[25]。尿素施入稻田后，在脲酶的作用下經(jīng)氨甲基酸水解生成NH3的過程非常迅速，大概在2～10天內(nèi)完全完成[20]。本研究中氮肥分別于水稻移栽前1 d和拋秧后7～10 d各按50%分兩次施用，該階段水稻處于移栽幼苗至分蘗始期，對氮養(yǎng)分需求強(qiáng)度大，但由于植株個體小，氮素營養(yǎng)需求量相對較少，此時也是氮素?fù)p失發(fā)生的高峰期[26]。本區(qū)域雙季稻田中早、晚稻氨揮發(fā)損失氮分別占施氮量的39.8%和46.9%，峰值分別發(fā)生在基肥施用當(dāng)天和施追肥的第2天[27]。脲酶抑制劑與尿素一起使用延長了施肥點(diǎn)處尿素的擴(kuò)散時間，并延緩了酰胺態(tài)氮向銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，從而降低土壤溶液中NH4+和NH3的濃度，減少尿素對作物幼苗的毒性及NH3的揮發(fā)損失[28]。有研究認(rèn)為施用1%的NBPT可使尿素水解推遲5天以上[29]，也有報道認(rèn)為脲酶抑制劑可使尿素水解延緩7～14天[30]，這對尿素氮養(yǎng)分釋放速率與水稻氮養(yǎng)分需求的耦合起到有效調(diào)控作用，從而促進(jìn)水稻氮素吸收利用的提高。添加硝化抑制劑主要通過延緩尿素水解后產(chǎn)生的銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程，使更多的氮以銨態(tài)氮形態(tài)存在于土壤，從而減少硝態(tài)氮淋失及N2O排放等途徑產(chǎn)生的氮損失。本研究中，添加DCD也提高了水稻氮素吸收利用效率，但其效果不如NBPT，可能的原因是添加DCD主要調(diào)控尿素水解生成的銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化過程，但并不影響尿素施用后水解生成NH3的過程，而氨揮發(fā)是氮肥損失的主要途徑。本研究結(jié)果也表明，施用脲酶抑制劑或硝化抑制劑通過調(diào)控氮素轉(zhuǎn)化速率及氮素形態(tài)，延緩肥料氮的釋放和延長氮肥肥效，對氮素利用效率均有促進(jìn)作用，但二者調(diào)控機(jī)理和作用時間并不完全相同，且NBPT對提高水稻氮素利用效率的效果更顯著。

長期大量施用氮肥可能造成土壤無機(jī)氮積累，增加氮素向深層土壤淋失的風(fēng)險。本研究表明，尿素添加脲酶抑制劑NBPT或硝化抑制劑DCD降低了水稻收獲期土壤無機(jī)氮?dú)埩簦龠M(jìn)了微生物對肥料氮的固持?？赡苁怯捎诘剞D(zhuǎn)化受抑制劑作用，土壤銨態(tài)氮存在時間更長，有利于微生物氮固持，同時NBPT和DCD本身在土壤中的降解也為微生物代謝提供了碳源，這也有利于土壤微生物對氮的固持。這一結(jié)果與雋英華等[29]和Wang等[31]的研究結(jié)果類似。微生物量氮的提高也表明土壤氮庫庫容的增大和土壤氮素持續(xù)供應(yīng)能力的提高。盡管作物生產(chǎn)體系中氮的損失不可能完全避免，但通過合理的農(nóng)業(yè)措施可有效降低氮損失。本研究利用土壤氮素平衡模型計算氮損失結(jié)果，也表明NBPT和DCD的施用均能降低氮素表觀損失，其中NBPT的降低效果優(yōu)于DCD。在本研究計算氮肥施入土壤-作物體系后的平衡過程中，沒有考慮氮素的激發(fā)效應(yīng)，認(rèn)為施肥區(qū)土壤礦化氮與對照區(qū)相同，可能會由于少計算實(shí)際激發(fā)的部分氮素，造成氮肥利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率等數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏高現(xiàn)象。同時在本研究中，只對兩種氮素抑制劑對雙季水稻產(chǎn)量、氮素養(yǎng)分吸收利用、土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、微生物量氮及土壤氮素平衡的影響進(jìn)行了研究，而對抑制劑的使用量、抑制劑添加比例及不同抑制劑配合施用等均需要進(jìn)行進(jìn)一步的相關(guān)試驗(yàn)研究。

4 結(jié)論

減少常規(guī)尿素施用量的20%，添加尿素用量1%的脲酶抑制劑 (NBPT) 或硝化抑制劑 (DCD)，可顯著提高雙季稻植株氮吸收量及氮素利用效率，增加或維持雙季稻產(chǎn)量；尿素中添加兩種氮抑制劑，均降低了稻田土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮?dú)埩袅?，顯著提高土壤微生物量氮的積累，因而減少氮的表觀損失，保持土壤氮素的平衡，其中以添加NBPT的效果更顯著。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]巨曉棠, 谷保靜. 我國農(nóng)田氮肥施用現(xiàn)狀、問題及趨勢[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2014, 20(4): 783-795.Ju X T, Gu B J. Status-qua, problem and trend of nitrogen fertilization in China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2014, 20(4): 783-795.

[2]張衛(wèi)峰, 馬林, 黃高強(qiáng), 等. 中國氮肥發(fā)展、貢獻(xiàn)和挑戰(zhàn)[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(15): 3161-3171.Zhang W F, Ma L, Huang G Q, et al. The development and contribution of nitrogenous fertilizer in China and challenges faced by the country[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(15):3161-3171.

[3]朱兆良, 金繼運(yùn). 保障我國糧食安全的肥料問題[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(2): 259-273.Zhu Z L, Jin J Y. Fertilizer use and food security in China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(2): 259-273.

[4]徐仁扣, Coventry D R. 某些農(nóng)業(yè)措施對土壤酸化的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù), 2002, 21(5): 385-388.Xu R K, Coventry D R. Soil acidification as influenced by some agricultural practices[J]. Agro-environmental Protection, 2002, 21(5):385-388.

[5]石德楊, 張海艷, 董樹亭. 土壤高殘留氮條件下施氮對夏玉米氮素平衡、利用及產(chǎn)量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(1):37-44.Shi D Y, Zhang H Y, Dong S T. Effects of nitrogen application on nitrogen balance and use efficiency and yield of summer maize in soil with high residual nitrogen[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science,2013, 19(1): 37-44.

[6]王秀斌, 徐新朋, 孫剛, 等. 氮肥用量對雙季稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(6): 1279-1286.Wang X B, Xu X P, Sun G, et al. Effects of nitrogen fertilization on grain yield and nitrogen use efficiency of double cropping rice[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(6): 1279-1286.

[7]徐新朋, 周衛(wèi), 梁國慶, 等. 氮肥用量和密度對雙季稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2015, 21(3): 763-772.Xu X P, Zhou W, Liang G Q, et al. Effects of nitrogen and density interactions on grain yield and nitrogen use efficiency of double-rice system[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(3):763-772.

[8]魯艷紅, 廖育林, 聶軍, 等. 紫云英與尿素或控釋尿素配施對雙季稻產(chǎn)量及氮鉀利用率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2017, 23(2):360-368.Lu Y H, Liao Y L, Nie J, et al. Effect of incorporation of Chinese milk vetch coupled with urea or controlled release urea on yield and nitrogen and potassium nutrient use efficiency in double-cropping rice system[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(2):360-368.

[9]張文學(xué), 孫剛, 何萍, 等. 雙季稻添加脲酶抑制劑NBPT氮肥的最高減量潛力研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2014, 20(4): 821-830.Zhang W X, Sun G, He P, et al. Highest potential of subtracting nitrogen fertilizer through addition of urease inhibitor NBPT in double-cropping paddy field[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(4): 821-830.

[10]Tian Z, Wang J J, Liu S, et al. Application effects of coated urea and urease and nitrification inhibitors on ammonia and greenhouse gas emissions from a subtropical cotton field of the Mississippi delta region[J]. Science of the Total Environment, 2015, 533: 329-338.

[11]Kawakami E M, Oosterhuis D M, Snider J L, Mozaffari M.Physiological and yield responses of field-grown cotton to application of urea with the urease inhibitor NBPT and the nitrification inhibitor DCD[J]. European Journal of Agronomy, 2012, 43: 147-154.

[12]趙自超, 韓笑, 石岳峰, 等. 硝化和脲酶抑制劑對華北冬小麥-夏玉米輪作固碳減排效果評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2016, 32(6): 254-262.Zhao Z C, Han X, Shi Y F, et al. Effect of nitrification and urease inhibitor on carbon sequestration and greenhouse gas emissions in winter wheat and summer maize rotation system in North China[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2016, 32(6): 254-262.

[13]張文學(xué), 孫剛, 何萍, 等. 脲酶抑制劑與硝化抑制劑對稻田氨揮發(fā)的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(6): 1411-1419.Zhang W X, Sun G, He P, et al. Effects of urease and nitrification inhibitors on ammonia volatilization from paddy fields[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(6): 1411-1419.

[14]Li Q Q, Yang A L, Wang Z H, et al. Effect of a new urease inhibitor on ammonia volatilization and nitrogen utilization in wheat in north and northwest China[J]. Field Crops Research, 2015, 175: 96-105.

[15]魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1999.Lu R K. Analytical methods for soil and agro-chemistry[M]. Beijing:China Agricultural Science and Technology Press, 1999.

[16]吳金水, 林啟美, 黃巧云, 肖和艾. 土壤微生物生物量測定方法及其應(yīng)用[M]. 北京: 氣象出版社, 2006.Wu J S, Lin Q M, Huang Q Y, Xiao H A. Soil microbial biomass measurement method and its application [M]. Beijing: China Meteorological Press, 2006.

[17]熊淑萍, 吳克遠(yuǎn), 王小純, 等. 不同氮效率基因型小麥根系吸收特性與氮素利用差異的分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(12):2267-2279.Xiong S P, Wu K Y, Wang X C, et al. Analysis of root absorption characteristics and nitrogen utilization of wheat genotypes with different N efficiency[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(12):2267-2279.

[18]張文, 周廣威, 閔偉, 等. 應(yīng)用15N示蹤法研究咸水滴灌棉田氮肥去向[J]. 土壤學(xué)報, 2015, 52(2): 372-380.Zhang W, Zhou G W, Min W, et al. Fate of fertilizer N in saline water drip-irrigated cotton field using15N tracing method[J]. Acta Pedologica Sinica, 2015, 52(2): 372-380.

[19]王寅, 馮國忠, 張?zhí)焐? 等. 控釋氮肥與尿素混施對連作春玉米產(chǎn)量、氮素吸收和氮素平衡的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(3):518-528.Wang Y, Feng G Z, Zhang T S, et al. Effects of mixed application of controlled-release N fertilizer and common urea on grain yield, N uptake and soil N balance in continuous spring maize production[J].Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(3): 518-528.

[20]劉歡, 陳苗苗, 孫志梅, 等. 氮肥調(diào)控對小麥/玉米產(chǎn)量、氮素利用及農(nóng)田氮素平衡的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報, 2016, 31(1): 232-238.Liu H, Chen M M, Sun Z M, et al. Effects of different nitrogen management practice on crop yield, N utilization and N apparent balance in wheat/maize rotation system[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2016, 31(1): 232-238.

[21]孫傳范, 戴廷波, 曹衛(wèi)星. 不同施氮水平下增銨營養(yǎng)對小麥生長和氮素利用的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2003, 9(1): 33-38.Sun C F, Dai T B, Cao W X. Effect of the enhanced ammonium nutrition on the growth and nitrogen utilization on wheat under different N levels[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2003,9(1): 33-38.

[22]孫海軍, 閔炬, 施衛(wèi)民, 等. 硝化抑制劑施用對水稻產(chǎn)量與氨揮發(fā)的影響[J]. 土壤, 2015, 47(6): 1027-1033.Sun H J, Min J, Shi W M, et al. Effects of nitrification inhibitor on rice production and ammonia volatilization in paddy rice field[J].Soils, 2015, 47(6): 1027-1033.

[23]Wilson C E, Norman R J, Wells B R. Dicyandiamide influence on uptake of preplant-applied fertilizer nitrogen by rice[J]. Soil Science Society of American Journal, 1990, 54: 1157-1161.

[24]劉建濤, 張會永, 王雪, 等. 氮肥調(diào)控劑施用對小麥生長、氮素利用及氮素表觀平衡的影響[J]. 水土保持學(xué)報, 2014, 28(1): 209-214.Liu J T, Zhang H Y, Wang X, et al. Effects of nitrogen regulator on wheat growth, nitrogen use efficiency and apparent nitrogen balance[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2014, 28(1):209-214.

[25]鐘旭華, 黃農(nóng)榮, 鄭海波, 等. 不同時期施氮對華南雙季雜交稻產(chǎn)量及氮素吸收和氮肥利用率的影響[J]. 雜交水稻, 2007, 22(4): 62-66.Zhong X H, Huang N R, Zheng H B, et al. Effect of nitrogen application timing on grain yield, nitrogen uptake and use efficiency of hybrid rice in south China[J]. Hybrid Rice, 2007, 22(4): 62-66.

[26]霍中洋, 李杰, 張洪程, 等. 不同種植方式下水稻氮素吸收利用的特性[J]. 作物學(xué)報, 2012, 38(10): 1908-1919.Huo Z Y, Li J, Zhang H C, et al. Characterization of nitrogen uptake and utilization in rice under different planting methods[J]. Acta Agronomica Sinica, 2012, 38(10): 1908-1919.

[27]朱堅(jiān), 石麗紅, 田發(fā)祥, 等. 湖南典型雙季稻田氨揮發(fā)對施氮量的響應(yīng)研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(5): 1129-1138.Zhu J, Shi L H, Tian F X, et al. Responses of ammonia volatilization to nitrogen application amount in typical double cropping paddy fields in Hunan Province[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2013, 19(5): 1129-1138.

[28]王小彬, Bailey L D, Grant C A, Klein K K. 關(guān)于幾種脲酶抑制劑的作用條件[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 1998, 4(3): 211-218.Wang X B, Bailey L D, Grant C A, Klein K K. The acting conditions of some urease inhibitors in soils[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 1998, 4(3): 211-218.

[29]雋英華, 陳利軍, 武志杰, 史云峰. 脲酶/硝化抑制劑在土壤N轉(zhuǎn)化過程中的作用[J]. 土壤通報, 2007, 38(4): 773-780.Juan Y H, Chen L J, Wu Z J, Shi Y F. Effect of urease and nitrification inhibitor on soil-N transformation[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2007, 38(4): 773-780.

[30]Trenkel M E. Characteristics and types of slow-and controlled-release fertilizers and nitrification and urease inhibitors [A]. Trenkel M E.Slow-and controlled-release and stabilized fertilizers: an option for enhancing nutrient use efficiency in agriculture [C]. Paris:International Fertilizer Industry Association (IFA), 2010.56.

[31]Wang Z P, Van C O, Li L T, Baert L. Effect of organic matter and urease inhibitors on urea hydrolysis and immobilization of urea nitrogen in an alkaline soil[J]. Biology and Fertility of Soils, 1991,11: 101-104.