脲酶/硝化抑制劑緩釋肥對番茄養(yǎng)分吸收和土壤肥力的影響

姚云柯，徐衛(wèi)紅，周 豪，王衛(wèi)中，李舒婷，王崇力，陳序根，趙婉伊

(西南大學資源環(huán)境學院，重慶 400715)

【研究意義】蔬菜是具有生長期長 、需肥量大等特點的高效益作物[1-2]，因此生產(chǎn)中需大量施肥才能滿足其正常生長對養(yǎng)分的需求，這不僅費工費時，又因傳統(tǒng)化肥存在肥料利用率低、淋失嚴重、氨揮發(fā)量大以及作物吸收和養(yǎng)分釋放不協(xié)調(diào)的特點，容易導致資源浪費和土壤、大氣、水體的污染以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的下降[3-6]，不僅降低了蔬菜種植效益，又對環(huán)境產(chǎn)生負面影響?！厩叭搜芯窟M展】緩/控釋肥是根據(jù)作物養(yǎng)分需求規(guī)律，控制肥料的釋放期，使肥料在土壤中的釋放延緩，讓其作物養(yǎng)分吸收與養(yǎng)分釋放相協(xié)調(diào)的一類新型肥料[7]。緩釋肥具有安全、對植物根系無害的優(yōu)點，可以節(jié)約生產(chǎn)成本，降低勞動力，解決施用普通化肥對土壤、農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的危害以及肥料利用率低的問題[8]。石岳峰等[9]在對不同類型氮肥對夏玉米產(chǎn)量、氮肥利用率及土壤氮素影響的研究中發(fā)現(xiàn)，與普通化肥相比，緩/控釋摻混氮肥將玉米的肥料利用率提高了18.2 %～31.8 %。于淑芳等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在小麥玉米收獲后，與普通尿素處理的深層土壤相比，施用緩/控釋氮肥處理的深層土壤硝酸鹽數(shù)量減少、氮素向土壤深層移動能力降低，從而減少地下水體的污染。孫克君、毛小云等[11]和李偉、李絮花等[12]均報道緩釋肥具有減少土壤氮揮發(fā)、養(yǎng)分淋溶和提高作物產(chǎn)量、肥料利用效率的特點，降低環(huán)境的污染的作用。緩釋肥可分為化學型緩釋肥和物理型緩釋肥，化學型緩釋肥指在肥料中添加硝化抑制劑、脲酶活性抑制劑等，物理型緩釋肥指包膜肥料等。近年來，國內(nèi)外已經(jīng)成功篩選出了上百種硝化抑制劑和脲酶抑制劑，使緩釋肥在蔬菜種植方面得到了大范圍的利用。脲酶抑制劑能夠抑制土壤脲酶的活性，減少酰胺態(tài)有機氮轉(zhuǎn)化為無機態(tài)銨態(tài)氮的速度，從而減少銨態(tài)氮肥的揮發(fā)和硝化。硝化抑制劑可以抑制銨態(tài)氮肥向硝態(tài)氮肥的轉(zhuǎn)化。兩者配合可以延緩肥料供氮，調(diào)高肥料氮的有效性，減少過量硝態(tài)氮淋失對環(huán)境的影響[9]。目前，國內(nèi)緩/控釋肥料研究主要集中在小麥、玉米等糧食作物的應用上[10-13]，而在果類蔬菜上的研究報道較少[14]。番茄(LycopersiconesculentumL.)色澤鮮艷、營養(yǎng)豐富、味道香甜，是種植度較廣的果類蔬菜之一。但因其需肥量大，生產(chǎn)中容易過量施肥，養(yǎng)分投入量大且比例不合理，導致養(yǎng)分供應出現(xiàn)障礙、肥料利用率下降，使番茄品質(zhì)下降的現(xiàn)象時有發(fā)生。【本研究切入點】本研究采用盆栽試驗研究了含有脲酶抑制劑 N-丁基硫代磷酰三胺(nBPT)或氫醌(HQ)和硝化抑制劑雙氰胺(DCD)且富含中微量元素和有機質(zhì)的自制番茄專用緩釋復混肥對番茄生物量、氮磷鉀養(yǎng)分吸收利用、土壤養(yǎng)分含量以及土壤酶活性的影響，【擬解決的關鍵問題】以期為緩/控釋肥在果類蔬菜上的生產(chǎn)應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗土壤為采自重慶九龍坡蔬菜基地的pH值為6.03酸性紫色土，供試土壤的基本農(nóng)化性狀為有機質(zhì)16.54 g·kg-1、全氮0.62 g·kg-1、堿解氮102.8 mg·kg-1、有效磷26.18 mg·kg-1、速效鉀(K2O) 95.5 mg·kg-1。供試番茄(LycopersiconesculentumL.) 為由重慶農(nóng)科院蔬菜花卉研究所提供的“德福mm-8”幼苗。

供試肥料包括普通復合肥(OCF)、商品緩釋肥(MSRF)、番茄專用緩釋肥(TSRF1和TSRF2)及番茄專用肥(TCF)。其中TSRF1和TSRF2為有機—無機非包膜養(yǎng)分結(jié)構型緩釋肥料，TSRF1含有脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺(nBPT)和硝化抑制劑雙氰胺(DCD)，TSRF2含有脲酶抑制劑氫醌(HQ)和硝化抑制劑雙氰胺(DCD)。番茄專用緩釋肥(TSRF1和TSRF2)及番茄專用肥(TCF)均為西南大學自制的由優(yōu)質(zhì)有機肥與N、P、K及少量中微量元素組成的無機肥原料混合而成復混肥料(12-7-18)；普通復合肥(OCF)為貴州西洋普通復合肥(15-15-15)；商品緩釋肥(MSRF)為青島住商非包膜緩釋復合肥(26-6-8)。

1.2 試驗方法

于2014年3-7月在西南大學資源環(huán)境學院溫室進行盆栽試驗。試驗采用隨機區(qū)組設計，共設5組處理，即肥料施用為①自制番茄專用緩釋肥TSRF1；②自制番茄專用緩釋肥TSRF2；③自制番茄專用肥TCF；④貴州西洋普通復合肥OCF；⑤青島住商非包膜緩釋復合肥MSRF[14-15]。每個處理3個重復，隨機排列。栽培容器采用17 cm×20 cm的塑料花盆，每盆前后總共加入肥料含N量一定，為180 mg·kg-1，進行等N量施入后各組處理結(jié)果的對比，且每盆加入5 kg的過40目篩的風干土樣與基肥混勻，每盆移栽番茄幼苗2株，培養(yǎng)期間，采用稱重法調(diào)節(jié)土壤含水量維持在田間持水率的60 %。各組處理施肥方式略有不同，在保證施肥含N總量一定下，TSRF1、TSRF2和MSRF3組處理基肥時一次性施入，而對于TCF和OCF，基肥時按照N總量的50 %施入、開花期按照N總量的30 %進行追肥、盛果期按照N總量的20 %進行第2次追肥[14-15]。

表1 不同施肥處理番茄干物質(zhì)量

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差；同列不同小寫字母表示各處理差異達0.05水平，下同。

Note: Data in this table for mean± SD. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences of each treatment reached 0.05 level, the same as below.

第一次結(jié)果后開始記產(chǎn)，移栽幼苗后120 d收獲，采集植物的分根、莖、葉、果實進行干重稱量和氮磷鉀含量的測定(105 ℃下殺青15 min，60 ℃下烘干稱重，磨碎后過30目篩)[14-15]。收獲后，將盆內(nèi)土倒出除去植物根系、石塊等非土壤性物質(zhì)后用寶塔法混勻、四分法取樣、風干、研磨過篩后進行土壤養(yǎng)分含量及酶活性的測定。

1.3 測定方法

土壤堿解氮、速效鉀、有效磷、有機質(zhì)分別采用擴散法、醋酸銨—火焰光度計法、碳酸氫鈉—分光光度法、重鉻酸鉀容量法測定[16]。土壤脲酶活性、過氧化氫酶活性、蔗糖酶活性、磷酸酶活性的測定方法分別為苯酚鈉比色法、高錳酸鉀滴定法、3，5-二硝基水楊酸法以及磷酸苯二鈉比色法[17]。

植株N(P/K)養(yǎng)分吸收量=植株干物質(zhì)量×N(P/K)養(yǎng)分含量[14-15]。

N(P/K)相對利用效率={[專用肥或緩釋肥處理植株吸N(P/K)量-普通復合肥處理植株吸N(P/K)量/施N(P/K)量×100 %]}[14-15]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本次試驗采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理，SPSS18.0進行顯著性分析，試驗結(jié)果為3次重復測定的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄專用緩釋肥對其生物量的影響

由表1可知，不從植株各器官干物質(zhì)量的總體表現(xiàn)(果實>莖>葉>根系)。不同處理番茄果實干重與植株總干量結(jié)果均為TSRF2> TSRF1> MSRF> TCF> OCF， TSRF2處理的果實干重與植株總干量較MSRF、TCF和OCF分別增加了7.32 %、29.75 %、32.67 %和7.24 %、18.18 %、31.40 %；TSRF1處理的果實干重與植株總干量分別增加了1.94 %、23.24 %、26.01 %和 2.96 %、13.45 %、26.15 %。TSRF2處理果實干重與植株總干量分別為62.54 和115.33 g·pot-1，TSRF1處理果實干重與植株總干量分別為59.40 和110.72 g·pot-1，兩者差異顯著，以TSRF2處理效果最好。

2.2 番茄專用緩釋肥對其NPK養(yǎng)分含量的影響

由表2可知，番茄各器官的氮素含量總體表現(xiàn)為果實>葉>莖>根，TSRF1/TSRF2> MSRF> TCF> OCF(根、莖氮含量TSRF1>TSRF2，葉、果實氮含量TSRF2>TSRF1)。番茄專用緩釋肥與其他肥料相比顯著增加了番茄植株的氮含量。TSRF1處理的番茄根、莖氮含量較MSRF、TCF和OCF處理分別增加了84.8 %、115.9 %、138.1 %、和 7.2 %、17.2 % 、18.9 %；TSRF2處理的葉片、果實氮含量較MSRF、TCF和OCF處理分別增加了23.4 %、23.91 %、29.5 % 和15.9 %、23.6 %、25.5 %。

表2 各施肥處理番茄NPK養(yǎng)分含量

表3 不同施肥處理番茄NPK養(yǎng)分吸收量

注： N相對利用效率(relative utilization efficiency, RUE) =[(專用肥或緩釋肥處理植株吸氮量-普通復合處理植株吸氮量)/施氮量×100 %)]，磷、鉀同上。

Note: Relative utilization efficiency (RUE) = [(N uptake of plant under special fertilizer or slow release fertilizer treatment-N uptake of plant under ordinary compound fertilizer treatment) / N fertilizing amount × 100 %)]. The same to phosphorus and potassium.

從不同施肥方式番茄植株器官的P含量總體表現(xiàn)也以果實>葉>莖>根，TSRF1/TSRF2> MSRF>TCF>OCF。對于不同施肥方式番茄植株器官的K含量以TSRF2> TSRF1> MSRF> TCF>OCF；TSRF2、TSRF1、MSRF處理的番茄K含量為果實>根>莖>葉；TCF和OCF處理的番茄K含量為果實>莖>根>葉。相比于其他處理，施番茄專用緩釋肥處理提高了番茄植株對NPK養(yǎng)分含量。

2.3 番茄專用緩釋肥對NPK養(yǎng)分吸收量及養(yǎng)分相對利用效率的影響

從表3可知，不同施肥處理番茄NPK吸收量表現(xiàn)為TSRF1/TSRF2>MSRF>TCF>OCF(其中N、K的吸收量為TSRF2>TSRF1，P的吸收量為TSRF1>TSRF2)；番茄植株對NPK吸收總體表現(xiàn)為K和N遠大于P。與MSRF、TCF和OCF處理比較，TSRF1、TSRF2處理的N吸收量分別提高了12.57 %、36.39、49.75 %和24.38 %、50.71 %、65.47 %。番茄專用緩釋肥處理也增加了P、K的吸收量。同時，與普通復合肥OCF相比，自制專用緩釋肥、商品緩釋肥、自制專用肥均提高了NPK養(yǎng)分利用率，NPK相對利用率為N1.90 %～14.94 %、P5.05 %～20.53 %、K 4.68 %～21.95 %。其中自制專用緩釋肥處理的相對養(yǎng)分利用效率最高，N、K的利用效率以TSRF2處理最大，N、K相對利用率為14.94 %和21.95 %；TSRF1處理的P相對利用率最大，為20.53 % 。不同施肥處理NPK相對利用效率的大小與NPK養(yǎng)分吸收量相吻合。

2.4 專用緩釋肥對土壤有機質(zhì)及NPK養(yǎng)分含量的影響

由表4可知，與番茄種植前的土壤相比較(土壤有機質(zhì)16.54 g·kg-1、堿解氮102.8 mg·kg-1、有效磷26.18 mg·kg-1、速效鉀(K2O)95.5 mg·kg-1)，各施肥處理均提高了土壤中有機質(zhì)和NPK養(yǎng)分含量。土壤NPK養(yǎng)分含量在不同施肥處理中從高到低依次為OCF> TCF> MSRF> TSRF1/TSRF2。各組處理中土壤堿解氮含量、有效磷含量和土壤速效鉀含量均以OCF處理最高，分別為247.03、45.18和89.40 mg·kg-1，土壤堿解氮含量以TSRF1處理最少為151.49 mg·kg-1，土壤有效磷、速效鉀含量以TSRF2處理最少，分別為28.96和74.93 mg·kg-1。OCF處理土壤堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量較TCF、MSRF、TSRF1、TSRF2處理高0.55 %～63.07 %、1.68 %～19.31 %和13.01 %～56.01 %。

表4 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分的影響

表5 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

土壤有機質(zhì)含量在不同施肥處理中從高到低依次為TSRF1>TSRF2>TCF>MSRF>OCF，TSRF1處理有機質(zhì)含量最高為55.73 g·kg-1，OCF處理最低為36.17 g·kg-1。TSRF1處理較TCF、MSRF、OCF處理有機質(zhì)含量增加21.49 %～54.08 %。

2.5 專用緩釋肥對土壤酶活性的影響

土壤脲酶是一種能將酰胺態(tài)氮(尿素)水解成植物直接吸收利用的銨態(tài)氮的酶類，它的存在能直接控制土壤的供氮能力[9,15]。由表5可知，各施肥處理的土壤脲酶活性從高到低為OCF>TCF>MSRF>TSRF1>TSRF2，以TSRF1和TSRF2處理土壤脲酶活性最低，兩者差異達到顯著水平。TSRF1和TSRF2較OCF處理土壤脲酶活性降低了66.19 % 和60.14 %。TSRF1和TSRF2中的脲酶抑制劑降低了土壤脲酶的活性，使土壤肥料中無機態(tài)氮釋放變緩，協(xié)調(diào)了養(yǎng)分釋放與作物吸收的矛盾，也降低了多余銨態(tài)氮的損失。

土壤過氧化氫酶與土壤呼吸能力有關，其活性大小又與土壤有機質(zhì)積累程度有關[15]。土壤過氧化氫酶活性以TSRF1處理最高，其次為TSRF2，兩者差異不大。土壤過氧化氫酶活性最低為OCF處理，TSRF1處理較OCF、TCF、MSRF增加了0.06～0.13 mL·g-1·20 min。TSRF1和TSRF2處理土壤過氧化氫酶活性較其他處理高，其土壤氧化能力強，有機質(zhì)合成加快，因此與有機質(zhì)含量也吻合。

土壤磷酸酶是一類催化土壤有機磷轉(zhuǎn)化成無機磷的酶類，其活性大小與有機質(zhì)含量相關[15]。如表5所示，不同施肥處理土壤磷酸酶活性從高到低為TSRF2> TSRF1> TCF> MSRF> OCF，最高為TSRF2(2.90 mg·g-1·h-1)，其次為TSRF1(2.79 mg·g-1·h-1)，TSRF2較OCF、TCF、MSRF增加14.17 %～35.51 %。

土壤蔗糖酶能增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)，一般情況下，土壤越肥，土壤蔗糖酶活性越強，但又與土壤有機質(zhì)、氮、磷含量，微生物數(shù)量及土壤呼吸強度有關[15]。土壤蔗糖酶活性以TSRF2處理最高為5.08 mg·mL-1·d-1，其次為TSRF2(5.03 mg·mL-1·d-1)，OCF處理最低(2.57 mg·mL-1vd-1)。與OCF處理相比，TSRF1和TSRF2專用緩釋肥處理顯著增加了土壤中蔗糖酶的活性，分別提高了95.72 %和97.67 %，由此表明番茄專用緩釋肥對于提高土壤蔗糖酶活性效果明顯。

3 討 論

現(xiàn)階段通過施肥調(diào)控將土壤有效養(yǎng)分保持在適當?shù)姆秶?，使作物有足夠營養(yǎng)吸收保持高產(chǎn)，同時又不污染環(huán)境，這一策略已經(jīng)成為作物施肥希望達到的標準[18]。有資料顯示，緩釋肥處理的番茄產(chǎn)量比普通復合肥處理結(jié)果平均增加63.1 %，且一次性施用緩釋肥料的大棚辣椒產(chǎn)量明顯好于其他肥料[19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)，自制番茄專用緩釋肥(TSRF2或TSRF1)顯著提高了番茄植株莖、根、果實干重和總干重。原因可能是脲酶/硝化抑制劑專用緩釋肥(TSRF1和TSRF2)控制了養(yǎng)分釋放，使養(yǎng)分釋放速度慢、時間長，遵循作物需肥規(guī)律，使養(yǎng)分發(fā)揮了最大增產(chǎn)效率。

番茄植株收獲后土壤中有機質(zhì)含量以番茄專用緩釋肥處理(TSRF1/TSRF2)最高，而土壤堿解氮含量、有效磷含量和土壤速效鉀含量均以OCF處理最高，番茄專用緩釋肥處理最低，這可能與番茄專用緩釋肥中脲酶/硝化抑制劑有關。在一定時間段內(nèi)，番茄專用緩釋肥中的脲酶/硝化抑制劑減緩了養(yǎng)分釋放速度，使有效態(tài)養(yǎng)分含量降低。而番茄專用緩釋肥處理的土壤有機質(zhì)含量高，可能是因為自制緩釋肥中含有大量優(yōu)質(zhì)有機質(zhì)所致。自制專用肥(TCF)處理的土壤中有機質(zhì)含量第二則印證了這一觀點。該結(jié)果與朱洪霞[22]、 孫鴻彬[23]、 董燕[24]報道相似。番茄專用緩釋肥(TSRF1和TSRF2)與其他施肥處理相比提高了土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、磷酸酶的含量，但降低了土壤脲酶的含量。TSRF1和TSRF2因為脲酶/硝化抑制劑作用抑制了土壤脲酶活性，從而降低了氨揮發(fā)、硝化和反硝化作用。該結(jié)果也與本試驗的土壤堿解氮含量變化特征吻合。

本試驗中，不同施肥處理番茄NPK吸收量表現(xiàn)為TSRF1/TSRF2>MSRF>TCF>OCF，番茄自制緩釋肥 (TSRF1和TSRF2) 處理的番茄植株對NPK養(yǎng)分吸收量最大，且NPK相對養(yǎng)分利用效率也以TSRF1和TSRF2處理最高。該結(jié)果與朱國梁等[21]報道相似。本試驗也發(fā)現(xiàn)，與自制番茄專用緩釋肥相比，不含脲酶硝化抑制劑其他配料幾乎一樣的自制專用復合肥TCF在提高番茄產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量和養(yǎng)分利用效率方面優(yōu)勢不大。原因可能是番茄專用緩釋肥含有獨特的脲酶/硝化抑制劑，能使酰胺態(tài)有機氮轉(zhuǎn)化減慢，抑制銨態(tài)氮的硝化，減少銨態(tài)氮的揮發(fā)和硝態(tài)氮的淋失，提高養(yǎng)分的有效性，使番茄專用緩釋肥在番茄植株生長后期，其他非釋緩肥養(yǎng)分揮發(fā)淋失導致供養(yǎng)不足時，依然能夠利用脲酶/硝化抑制劑的作用，穩(wěn)定地釋放養(yǎng)分以滿足番茄植株所需營養(yǎng)，提高NPK的養(yǎng)分吸收量，使番茄產(chǎn)量增加有關。而商品緩釋肥對番茄植株的影響效果不如番茄專用緩釋肥，可能與番茄專用緩釋肥是根據(jù)番茄需肥特性研發(fā)而來，同時還添加了優(yōu)質(zhì)有機質(zhì)有關。

4 結(jié) 論

(1)自制脲酶/硝化抑制劑緩釋肥(TSRF1和TSRF2)較MSRF、TCF和OCF提高了番茄果實干重與植株總干量。番茄植株NPK吸收量和各器官NPK養(yǎng)分含量以TSRF1/TSRF2>MSRF>TCF>OCF。

(2)與普通復合肥OCF相比，自制專用緩釋肥、商品緩釋肥、自制專用肥均提高了NPK養(yǎng)分利用率，且自制專用緩釋肥處理的NPK養(yǎng)分相對利用效率最高。

(3)在各施肥處理中，土壤堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量均以OCF> TCF>MSRF>TSRF1/TSRF2。土壤有機質(zhì)含量以番茄專用緩釋肥(TSRF1和TSRF2)最高。番茄專用緩釋肥(TSRF1和TSRF2)還提高了土壤蔗糖酶、過氧化氫酶和磷酸酶的活性，降低了土壤脲酶的活性。自制脲酶/硝化抑制劑緩釋肥(TSRF1和TSRF2)含有脲酶/硝化抑制劑，抑制了脲酶活性和硝化作用，減緩了酰胺態(tài)有機氮像有效氮的轉(zhuǎn)化和肥料養(yǎng)分釋放的速度，使土壤有效養(yǎng)分含量與作物養(yǎng)分需求之間形成平衡，減少了養(yǎng)分的損失，增強了番茄NPK養(yǎng)分吸收量，同時含有大量優(yōu)質(zhì)有機質(zhì)，最終增加了番茄生物量，提高了養(yǎng)分利用效率。

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