用于黑土的穩(wěn)定性氯化銨的適宜硝化抑制劑和氮肥增效劑組合

崔 磊，李東坡，武志杰，李學(xué)紅,2，肖富容,2，李永華，閆增輝，鄭 野，張金明，崔永坤，高 波

（1 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧沈陽(yáng) 110016；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3 北方華錦化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧盤(pán)錦 124021；4 錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧葫蘆島 125001；5 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站，遼寧沈陽(yáng) 110107）

氮是植物生長(zhǎng)最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用[1]。玉米是中國(guó)最主要的糧食作物之一，其播種面積約0.42億hm2[2]。氮肥過(guò)量施用造成了一系列環(huán)境問(wèn)題，如水體富營(yíng)養(yǎng)化[3]、農(nóng)田土壤酸化[4]、溫室氣體排放等[1]。因此，大幅提高氮肥利用率，減少環(huán)境污染具有重要意義。

目前，提高氮肥利用率的主要途徑是應(yīng)用新型高效肥料[5]、增施有機(jī)肥料、改進(jìn)施肥技術(shù)、加強(qiáng)田間水肥管理等措施。通過(guò)抑制土壤亞硝化和硝化作用過(guò)程，可以減緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，降低淋溶損失，提高氮素利用率[1]，添加硝化抑制劑于銨態(tài)氮肥是顯著提高氮肥利用率、增加作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一[6-8]。應(yīng)用最為廣泛的硝化抑制劑包括3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(DMPP)、雙氰胺(DCD)和2-氯-6-三甲基吡啶(Nitrapyrin，CP)等[9]。研究表明，DCD和DMPP與尿素的配合施用可使農(nóng)田土壤N2O年均排放量分別減少35%和38%[10]；添加硝化抑制劑DMPP的尿素可以使亞熱帶草原氨揮發(fā)和N2O排放分別減少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導(dǎo)致麥季氮素氨揮發(fā)量增加1.46～1.75倍，但氨損失絕對(duì)量較低，僅為2.01～7.31 kg/hm2(占當(dāng)季投入氮的0.64%～3.56%)，在生產(chǎn)實(shí)踐中可以有效控制[12]。王雪薇等[13]研究表明，在施用硫酸銨肥料的盆栽試驗(yàn)中，DCD的硝化抑制率為49.3%～79.4%，DMPP的硝化抑制率為96.7%～99.4%，CP的硝化抑制率為41.7%～99.9%，硝化抑制效果為CP＞DMPP＞DCD。然而，對(duì)于穩(wěn)定性氮肥，不同生化抑制劑對(duì)于不同作用底物(氮素肥料種類(lèi))、不同土壤環(huán)境作用效果差異很大，有的甚至無(wú)效或效果很低。史云峰等[14]和薛妍等[15]研究表明，添加DCD、DMPP的硝化抑制效果隨土壤含水量的降低而增加；Gu等[16]研究表明添加硝化抑制劑CP在酸性土壤上效果最好。2017年，中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥應(yīng)用約占總化肥(氮、磷、鉀和復(fù)合肥)應(yīng)用量的38%左右[2]，氮肥主要以尿素、氯化銨、硫酸銨為主，以往對(duì)于不同硝化抑制劑的作用效果研究多關(guān)注氮肥尤其是尿素的添加量及作用機(jī)理，而對(duì)于銨態(tài)氮肥在黑土上的研究很少，因此通過(guò)篩選高效生化抑制劑或抑制劑配方，研制適合黑土的高效穩(wěn)定性氮肥是進(jìn)一步提高氮肥利用率的重要途徑。

本研究以東北主要農(nóng)業(yè)土壤之一的黑土為應(yīng)用對(duì)象，以主栽農(nóng)作物玉米為供試作物，通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究穩(wěn)定性氯化銨在黑土中的施用效果，以期為研制適合東北黑土的高效穩(wěn)定性氯化銨態(tài)氮肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤 供試土壤為黑土，采自吉林省農(nóng)安縣永安鄉(xiāng)農(nóng)田0—20 cm耕層。土壤有機(jī)質(zhì)31.25 g/kg、全氮1.59 g/kg、全磷0.08 g/kg、全鉀5.79 g/kg、銨態(tài)氮9.8 mg/kg、硝態(tài)氮34.2 mg/kg、有效磷23.5 mg/kg、速效鉀108 mg/kg、pH 6.16。試驗(yàn)所用土壤過(guò)2 mm篩，備用。

1.1.2 供試肥料 氯化銨(分析純)由天津永大化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，含氮量26%，重過(guò)磷酸鈣由云天化集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，含P2O543%，氯化鉀由俄羅斯生產(chǎn)，含K2O 60%。

1.1.3 供試添加劑 3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(DMPP)和2-氯-6-三甲基吡啶(Nitrapyrin，CP)由Maya Reagent生物技術(shù)公司生產(chǎn)；雙氰胺(DCD)由Macklin生物技術(shù)公司生產(chǎn)；氨保護(hù)劑N-GD由西班牙生物技術(shù)公司提供；氮肥增效劑HFJ為化學(xué)純，由北京生物科技公司提供。

1.1.4 供試作物 春玉米，品種為東單6531。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)農(nóng)田生態(tài)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)11個(gè)處理，以只施磷鉀肥(CK)和磷鉀肥與普通氯化銨為對(duì)照(CK-N)，在氯化銨中分別添加3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(DMPP)、雙氰胺(DCD)、2-氯-6-三甲基吡啶(Nitrapyrin，CP)和氮肥增效劑(HFJ)及其組合，并增加了CP與氨保護(hù)劑(N-GD)的組合制成9種穩(wěn)定性氯化銨氮肥(表1)，進(jìn)行了玉米盆栽試驗(yàn)。硝化抑制劑CP、DMPP、DCD、氨保護(hù)劑N-GD和氮肥增效劑HFJ添加量分別為含氮量的0.5%、1.0%、4.0%、1.5%和35.0%，抑制劑組合添加量在此基礎(chǔ)上各減50%，與氯化銨混合后作為高效穩(wěn)定性氯化銨肥料。上述各處理，每公斤風(fēng)干土施N 0.3 g、P2O50.12 g、K2O 0.15 g。將供試土壤攤鋪在塑料膜上，將制備的氯化銨肥料倒入土中，充分混勻，然后裝入塑料盆中，澆水使土壤含水量達(dá)到最大田間持水量的60%左右。每盆播種5粒玉米種子，三葉期定植，每盆保留1株玉米。玉米生長(zhǎng)期間人工澆水，保證每盆澆水量相同，使土壤水分含量能夠保證玉米正常生長(zhǎng)，作物整個(gè)生長(zhǎng)期間不追肥。

1.3 樣品采集

試驗(yàn)于2018年6月18日播種，10月18日收獲。分別于玉米苗期(7月18日)、大喇叭口期(8月5日)、灌漿期(9月11日)和成熟期(10月18日)采集土壤樣品，每盆5點(diǎn)采樣，然后混合均勻作為代表樣，所取土樣去除雜物、細(xì)根，過(guò)2 mm篩備用。在玉米成熟期整株收獲，收集盆中玉米秸稈、籽粒、根系，烘干后測(cè)定玉米籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，采集秸稈、籽粒、根系進(jìn)行室內(nèi)分析。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

在土壤取樣后立即用2 mol/L氯化鉀溶液浸提(土∶液=1∶10)，在160 r/min震蕩器中震蕩1 h，浸提液使用3-AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤速效氮(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)含量。

在玉米成熟期，取每盆玉米的秸稈、穗、根等，置于烘箱，在65℃下烘干至恒重，計(jì)算玉米籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量。與此同時(shí)對(duì)玉米進(jìn)行考種，測(cè)定其穗粒數(shù)和穗長(zhǎng)等生物學(xué)指標(biāo)，將烘干后的玉米植株樣品，按秸稈、籽粒和根系分別用粉碎機(jī)粉碎過(guò)180 μm篩，采用VARIO MACRO元素分析儀測(cè)定植株的全氮含量。

1.5 計(jì)算方法

硝化抑制率(%)=(a-b)/a×100

式中：a為氯化銨處理土壤硝態(tài)氮含量(mg/kg)；b為加入抑制劑氯化銨處理土壤硝態(tài)氮含量(mg/kg)[17]。

土壤表觀硝化速率(%)=土壤中硝態(tài)氮含量/(土壤中硝態(tài)氮含量+土壤中銨態(tài)氮含量)×100[18]。

根據(jù)葛均筑等[19]計(jì)算以下指標(biāo)：

玉米經(jīng)濟(jì)系數(shù)=玉米產(chǎn)量/玉米生物產(chǎn)量；

玉米植株氮素累積吸收量(g/株)=玉米植株氮素含量×玉米植株干物質(zhì)量；

玉米氮收獲指數(shù)=玉米籽粒氮素累積量/玉米植株氮素累積吸收量；

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；

玉米氮肥農(nóng)學(xué)效率(g/g)=(施氮處理玉米籽粒產(chǎn)量-不施氮處理玉米籽粒產(chǎn)量)/施氮量；

玉米氮肥偏生產(chǎn)力(g/g)=施氮處理玉米籽粒產(chǎn)量/氮肥施用量；

肥料氮貢獻(xiàn)率(%)=(施氮玉米產(chǎn)量-不施氮玉米產(chǎn)量)/施氮玉米產(chǎn)量×100。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin 9.0作圖，采用Duncan最小顯著極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)玉米生物量、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)的影響

與CK-N處理相比，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑處理顯著提高了玉米籽粒產(chǎn)量(P＜0.05)，平均增加籽粒產(chǎn)量為1.96倍(表1)。HFJ處理玉米籽粒產(chǎn)量最高，為176.16 g/盆，與其他處理存在顯著差異(P＜0.05)；其次是DMPP和DCD處理玉米籽粒產(chǎn)量較高，顯著高于CP處理和CP+N-GD處理，而與其他處理之間無(wú)顯著差異(P＞0.05)；CP處理顯著高于CP+N-GD處理(P＜0.05)，CP+N-GD處理玉米籽粒產(chǎn)量最低，為40.29 g/盆。

與CK-N處理相比，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑處理顯著提高玉米總生物量(P＜0.05)，平均增加總生物量61%(表1)。CP+N-GD處理玉米總生物量與CK-N處理無(wú)顯著差異，CK-N處理與其他處理存在顯著差異(P＜0.05)。HFJ和CP+DMPP處理玉米總生物量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上均最高，在326 g/盆以上，兩者之間無(wú)顯著差異，顯著高于CP、CP+N-GD和DMPP+DCD+HFJ處理；其次是DMPP、DCD、CP+DCD和DMPP+DCD處理玉米總生物量較高，4個(gè)處理之間無(wú)顯著差異，均顯著高于CP+NGD處理(P＜0.05)；CP+N-GD處理最低，為199 g/盆。

與CK-N處理相比，添加硝化抑制劑及氮肥增效劑處理顯著提高了玉米經(jīng)濟(jì)系數(shù)，平均提高79%(表1)。CP+N-GD處理玉米經(jīng)濟(jì)系數(shù)與CK-N處理無(wú)顯著差異，CK-N處理與其他處理存在顯著差異(P＜0.05)。DCD和HFJ處理經(jīng)濟(jì)系數(shù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上均最高，達(dá)到0.42以上，顯著高于CP、CP+DMPP和CP+N-GD處理(P＜0.05)；其次是DMPP和DMPP+DCD處理玉米經(jīng)濟(jì)系數(shù)較高，兩者間無(wú)顯著差異(P＞0.05)，而顯著高于CP和CP+N-GD處理；CP+N-GD處理經(jīng)濟(jì)系數(shù)最低，為0.20。

表1 不同處理玉米產(chǎn)量、總生物量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)Table 1 Yield, total biomass and economic coefficient of maize under different treatments

分析表明，添加氮肥增效劑HFJ顯著提高玉米籽粒產(chǎn)量、總生物量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)，可能是由于氮肥增效劑增加了土壤肥力，促進(jìn)了玉米對(duì)氮素的吸收。添加硝化抑制劑DMPP、DCD以及組合CP+DMPP、CP+DCD和DMPP+DCD顯著提高了玉米籽粒產(chǎn)量、總生物量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)，表明其顯著提高土壤中氮素含量，促進(jìn)玉米對(duì)土壤中氮的吸收，從而增加玉米產(chǎn)量。而CP+N-GD的作用效果較弱。

2.2 不同處理對(duì)玉米植株氮素累積吸收量和氮肥利用效率的影響

2.2.1 不同處理對(duì)玉米植株氮素累積吸收量的影響 從表2可以看出，HFJ處理的玉米籽粒吸氮量最高，為1.35 g/株，顯著高于其他處理(P＜0.05)；其次是DCD處理；DMPP和CP+DMPP處理之間無(wú)顯著差異，均顯著高于CP處理(P＜0.05)；CP+N-GD處理玉米籽粒吸氮量最低，為0.26 g/株。

除了CP+N-GD處理，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑氯化銨與CK-N處理之間總吸氮量存在顯著差異(P＜0.05)。HFJ處理玉米植株總吸氮量最高，為1.71 g/株，與其他處理存在顯著差異(P＜0.05)；其次是DCD和CP+DMPP處理，其玉米植株總吸氮量較高，顯著高于CP和DMPP處理；CP+N-GD處理玉米植株總吸氮量最低，為0.50 g/株。

分析表明，添加氮肥增效劑HFJ顯著增加玉米籽粒吸氮量，提高玉米植株總吸氮量?？赡苁怯捎诘试鲂┐龠M(jìn)了玉米植株對(duì)養(yǎng)分的吸收；CP+NGD抑制硝化作用的效果較弱，添加其他硝化抑制劑均能有效提高玉米秸稈和籽粒吸氮量，以添加硝化抑制劑DCD和CP+DMPP 的效果最為突出。

2.2.2 不同處理對(duì)玉米氮素利用效率的影響 由表2可知，在所有處理中以HFJ處理的玉米氮素收獲指數(shù)最高，為0.78，顯著高于其他處理(P＜0.05)；其次是DCD，顯著高于CP+DMPP、DMPP+DCD、DMPP+DCD+HFJ和CP+N-GD處理，與DMPP和CP+DCD無(wú)顯著差異；以CP+N-GD處理最低，為0.52。

與CK-N處理相比，除了CP+N-GD處理，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑處理均顯著提高玉米氮肥吸收利用率(P＜0.05)。HFJ處理玉米氮肥吸收利用率最高，達(dá)到55.01%(表2)，顯著高于其他處理(P＜0.05)；其次是DCD和CP+DMPP處理較高，均顯著高于CP和DMPP處理(P＜0.05)；以CP+NGD處理最低，為6.62%。

與CK-N處理相比，HFJ處理玉米氮肥農(nóng)學(xué)效率最高，達(dá)到52.43 g/g(表2)，顯著高于其他處理(P＜0.05)；其次是DMPP、DCD、CP+DMPP和CP+DCD處理較高，這4個(gè)處理之間無(wú)顯著差異，顯著高于CP和DMPP+DCD+HFJ處理(P＜0.05)；CP+N-GD處理最低，為7.75 g/g。

表2 不同處理玉米植株氮素累積吸收量和氮肥利用率Table 2 Maize N uptake and utilization efficiency of fertilizer under different treatments

HFJ處理的肥料貢獻(xiàn)率最高，達(dá)到了83.69%，顯著高于多數(shù)其他處理(P＜0.05)；其次是DMPP和DCD處理較高，與CP+DMPP和CP+DCD處理之間無(wú)顯著差異，但顯著高于CP處理(P＜0.05)；CP+N-GD處理最低，為48.20%(表2)。

HFJ處理氮肥偏生產(chǎn)力最高，為64.04 g/g(表2)，顯著高于其他處理(P＜0.05)；其次是DMPP和DCD處理玉米氮肥偏生產(chǎn)力較高，兩個(gè)處理間無(wú)顯著差異，與CP+DMPP、CP+DCD、DMPP+DCD間也無(wú)顯著差異，顯著高于CP處理(P＜0.05)；以CP+N-GD處理最低，為18.58 g/g。

分析表明，添加氮肥增效劑HFJ顯著增加玉米氮素收獲指數(shù)，提高玉米氮肥利用率、肥料貢獻(xiàn)率以及氮肥偏生產(chǎn)力?？赡苁怯捎诘试鲂┰黾恿送寥乐械臒o(wú)機(jī)態(tài)氮，促進(jìn)了玉米植株對(duì)氮素的吸收；CP+N-GD抑制硝化作用的效果較弱，添加硝化抑制劑DCD和組合CP+DMPP、CP+DCD均能促進(jìn)玉米對(duì)黑土中氮素的吸收，從而提高玉米氮素收獲指數(shù)、氮肥吸收利用率和肥料貢獻(xiàn)率。

2.3 不同處理對(duì)土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的影響

2.3.1 不同處理對(duì)土壤銨態(tài)氮的影響 在玉米各生育時(shí)期內(nèi)，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑的氯化銨氮肥顯著影響黑土銨態(tài)氮含量，土壤中銨態(tài)氮含量總體呈先上升后下降的趨勢(shì)。從玉米的4個(gè)生育時(shí)期來(lái)看，所有處理苗期黑土中銨態(tài)氮含量最高，且苗期添加硝化抑制劑和氮肥增效劑處理黑土銨態(tài)氮含量顯著高于CK處理和CK-N處理，其他3個(gè)時(shí)期趨于一致，說(shuō)明在大喇叭口期、灌漿期和成熟期黑土中已有大量的銨態(tài)氮被玉米植株所吸收利用，且在玉米生育后期硝化抑制劑和氮肥增效劑的作用效果明顯減弱。

由表3可知，在玉米苗期，土壤銨態(tài)氮含量以CP+DCD處理最高，為117.48 mg/kg，顯著高于其他處理(P＜0.05)；其次是CP+DMPP和DMPP+DCD+HFJ處理，二者顯著高于CP、DMPP、DCD、HFJ和CP+N-GD處理(P＜0.05)；DMPP+DCD處理顯著高于DMPP處理；HFJ處理銨態(tài)氮含量最低，為54.10 mg/kg。說(shuō)明在該理化性質(zhì)的黑土中，氯化銨肥料中只添加CP、HFJ，其增加土壤銨態(tài)氮的效果，沒(méi)有添加CP+DMPP、CP+DCD、CP+NGD、DMPP+DCD+HFJ組合的效果顯著，同時(shí)也說(shuō)明了添加硝化抑制劑組合DMPP+DCD效果優(yōu)于只添加硝化抑制劑DMPP處理。玉米大喇叭口期是玉米需肥量最大時(shí)期，此時(shí)期玉米對(duì)銨態(tài)氮的吸收量很大，CP+DMPP和DMPP+DCD處理銨態(tài)氮含量最高，在16.81 mg/kg以上，顯著高于DMPP和DCD(P＜0.05)，而與CK-N處理無(wú)顯著差異，其他處理均顯著低于CK-N處理。在玉米灌漿期，CKN處理銨態(tài)氮含量為26.18 mg/kg。抑制劑處理中，CP處理土壤銨態(tài)氮含量顯著低于CK-N處理，但顯著高于其他處理(P＜0.05)。原因可能是灌漿期玉米生長(zhǎng)吸收的銨態(tài)氮較多，也可能是因?yàn)檫@些硝化抑制劑作用效果已經(jīng)減弱。在玉米成熟期，所有處理銨態(tài)氮含量趨于一致，多數(shù)處理間銨態(tài)氮含量無(wú)顯著差異(表3)。從玉米整個(gè)生育期不同處理土壤銨態(tài)氮含量變化分析可知，添加硝化抑制劑組合CP+DCD、CP+DMPP和DMPP+DCD氯化銨顯著提高了黑土銨態(tài)氮含量，其間無(wú)顯著差異，表明其硝化抑制效果最佳。

2.3.2 不同處理對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響 在玉米的各個(gè)生育時(shí)期內(nèi)，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑處理顯著影響黑土硝態(tài)氮含量，其變化趨勢(shì)與黑土銨態(tài)氮含量相同，總體呈先上升后下降的趨勢(shì)。玉米苗期，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑處理黑土中硝態(tài)氮含量最高，大喇叭口期、灌漿期和成熟期黑土硝態(tài)氮含量都很低，并且有逐漸降低的趨勢(shì)，各時(shí)期不同處理硝態(tài)氮含量基本趨于一致(表3)，說(shuō)明在玉米大喇叭口期已有大量硝態(tài)氮被玉米植株吸收利用；灌漿期和成熟期，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑對(duì)氯化銨中銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化無(wú)顯著作用效果。

玉米苗期，添加硝化抑制劑處理黑土硝態(tài)氮含量顯著低于CK-N處理，平均降低了15%，表明添加氯化銨氮肥處理銨態(tài)氮在土壤中很快轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，添加硝化抑制劑處理明顯抑制黑土的硝化作用(P＜0.05)；HFJ處理硝態(tài)氮含量最高，為22.94 mg/kg(表3)，與其他處理差異顯著(P＜0.05)；其次是CP和DCD處理硝態(tài)氮含量較高，兩個(gè)處理間無(wú)顯著差異，而顯著高于DMPP、DMPP+DCD、CP+DMPP和CP+DCD處理，后4個(gè)處理間無(wú)顯著差異，其中最低的是CP+DMPP處理，為16.14 mg/kg(表3)。說(shuō)明添加硝化抑制劑和氮肥增效劑組合處理對(duì)抑制黑土銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的效果顯著高于只

添加硝化抑制劑或肥料增效劑處理，能夠顯著降低硝態(tài)氮含量。大喇叭口期，HFJ、CP+DMPP、CP+DCD和DMPP+DCD+HFJ與CK-N處理無(wú)顯著差異，4個(gè)處理之間也無(wú)顯著差異；CP、DMPP和DCD處理黑土硝態(tài)氮含量顯著高于CK-N處理(P＜0.05)。灌漿期和成熟期，所有處理硝態(tài)氮含量達(dá)到最低，趨于一致。從玉米整個(gè)生育時(shí)期不同處理土壤硝態(tài)氮含量變化分析可知，添加硝化抑制劑DMPP和硝化抑制劑組合CP+DMPP、CP+DCD和DMPP+DCD處理黑土硝態(tài)氮含量顯著降低，其抑制效果最佳。

表3 玉米不同生育時(shí)期各處理土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量(mg/kg)Table 3 Contents of soil ammonium and nitrate nitrogen in different growth stages of maize

從玉米整個(gè)生育時(shí)期不同處理黑土中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化可知，添加硝化抑制劑組合CP+DCD、CP+DMPP和DMPP+DCD+HFJ處理對(duì)銨態(tài)氮硝化作用的抑制作用較好，土壤硝態(tài)氮含量保持在較低水平，說(shuō)明添加硝化抑制劑CP和DMPP與DCD組合抑制黑土中的硝化作用效果較強(qiáng)，且作用時(shí)間長(zhǎng)于其他處理，添加氮肥增效劑HFJ處理硝態(tài)氮含量最高，說(shuō)明添加氮肥增效劑增加了土壤硝態(tài)氮含量，且在黑土中無(wú)抑制硝化作用的效果。

2.4 不同處理土壤表觀硝化率變化

由圖1可知，玉米苗期，CK處理的黑土表觀硝化率顯著高于CK-N處理(P＜0.05)，表明黑土發(fā)生強(qiáng)烈的硝化作用。與CK-N處理相比，添加硝化抑制劑和氮肥增效劑處理顯著降低黑土表觀硝化率(P＜0.05)，表明添加硝化抑制劑顯著抑制了黑土的硝化作用。HFJ處理表觀硝化率較高，為29.8%，與其他處理差異顯著；其次是CP處理，顯著高于CP+DMPP、CP+DCD和CP+N-GD處理；DMPP和DCD處理之間無(wú)顯著差異，顯著高于DMPP+DCD和DMPP+DCD+HFJ處理(P＜0.05)；其中最低的是CP+DCD處理，為12.15%。說(shuō)明添加硝化抑制劑和氮肥增效劑組合處理對(duì)抑制黑土銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的效果顯著高于只添加硝化抑制劑和肥料增效劑處理，能夠顯著降低黑土表觀硝化率。玉米大喇叭口期，CK-N處理黑土表觀硝化率最低，顯著低于CK處理(P＜0.05)。與CK-N處理相比，DCD處理黑土表觀硝化率最高，達(dá)到29.1%(圖1)，顯著高于CP+DCD、DMPP+DCD和DMPP+DCD+HFJ處理，而與CP和DMPP處理無(wú)顯著差異；其次是CP和DMPP處理，兩個(gè)處理之間無(wú)顯著差異，均顯著高于CP+DMPP處理；CP+DMPP處理黑土表觀硝化率最低，為18.57%(圖1)。表明添加硝化抑制劑組合在黑土中的硝化抑制作用比單獨(dú)施用硝化抑制劑時(shí)間長(zhǎng)，表觀硝化率持續(xù)較低。玉米灌漿期，CK-N處理土壤表觀硝化率顯著低于CK處理(P＜0.05)；CK-N處理土壤表觀硝化率最低，為9.07%(P＜0.05)，與其他處理差異顯著，說(shuō)明只施氯化銨氮肥處理，玉米吸收利用黑土中的氮較少；其次是CP處理較低，說(shuō)明硝化抑制劑CP處理固定的銨態(tài)氮釋放，黑土中銨態(tài)氮增多，表觀硝化率較低；其余處理土壤表觀硝化率趨于一致，處理間無(wú)顯著差異。從玉米整個(gè)生育時(shí)期不同處理土壤表觀硝化率變化分析可知，添加硝化抑制劑組合CP+DMPP和CP+DCD處理黑土表觀硝化率顯著降低，說(shuō)明其抑制硝化效果最佳。

圖1 玉米不同生育時(shí)期各處理土壤表觀硝化率Fig.1 Apparent nitrification rate of soil in treatments at different growth stages of maize

2.5 玉米苗期不同處理硝化抑制率

硝化抑制率用來(lái)表征硝化抑制劑對(duì)土壤硝化作用的抑制程度與效果。如圖2所示，在玉米苗期，添加硝化抑制劑和硝化抑制劑組合處理硝化抑制率均較高。CP+DMPP和CP+DCD處理硝化抑制率最高，均在23.9%以上，顯著高于CP和DCD處理，而與DMPP和DMPP+DCD處理無(wú)顯著差異；CP+N-GD處理較低，為8.2%。由于HFJ是氮肥增效劑，沒(méi)有硝化抑制作用，且能促進(jìn)氮的吸收，故其硝態(tài)氮含量高，硝化抑制率最低。表明在玉米苗期添加硝化抑制劑DMPP和組合CP+DMPP、CP+DCD、DMPP+DCD處理抑制硝化作用的效果最好，可顯著減少硝態(tài)氮含量，從而減少硝酸鹽的淋溶損失，減緩?fù)寥浪峄?、環(huán)境污染等問(wèn)題。

圖2 玉米苗期不同處理硝化抑制率Fig.2 Nitrification inhibition rate of different treatments in maize seedling stage

3 討論

本試驗(yàn)中添加硝化抑制劑和氮肥增效劑顯著提高玉米產(chǎn)量，與CK-N處理相比，提高0.14～3.99倍。添加氮肥增效劑HFJ產(chǎn)量可以達(dá)到176.16 g/株，添加硝化抑制劑DMPP、DCD和硝化抑制劑組合CP+DMPP、CP+DCD、DMPP+DCD產(chǎn)量可以達(dá)到102 g/株以上。氮肥增效劑與硝化抑制劑一同使用，會(huì)降低氮肥增效劑的效果。添加硝化抑制劑和氮肥增效劑在提高玉米產(chǎn)量的同時(shí)，顯著提高了玉米的生物量、經(jīng)濟(jì)系數(shù)和氮肥利用率，以添加硝化抑制劑DCD和CP+DMPP的效果最為顯著，這與Weiske等[9]和Abalos等[20]研究結(jié)果一致，均表明添加硝化抑制劑能夠提高氮肥利用率，增加作物產(chǎn)量。Liu等[10]研究也表明，硝化抑制劑DMPP與氮肥配施能夠提高氮肥利用率和作物產(chǎn)量。

硝化抑制劑能夠延緩?fù)寥乐械南趸饔?，主要表現(xiàn)為黑土銨態(tài)氮含量的增加以及硝態(tài)氮含量的降低。本研究中，在玉米的4個(gè)生育時(shí)期，從不同種類(lèi)硝化抑制劑對(duì)黑土中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的影響可以看出，添加硝化抑制劑顯著抑制了土壤中的銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程即硝化作用，從而使苗期土壤中銨態(tài)氮含量保持在較高水平，此時(shí)硝化抑制劑的抑制作用效果較強(qiáng)，黑土中硝態(tài)氮含量保持在較低水平。主要以添加硝化抑制劑組合CP+DMPP和CP+DCD抑制效果最為明顯，能夠減緩?fù)寥乐袖@態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，保證土壤中的氮素釋放與作物氮素需求同步，減少硝酸鹽的淋溶損失，降低環(huán)境污染。后期硝化抑制劑效果減弱，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量趨于一致。這與Gong等[21]、Zaman等[22]研究結(jié)果一致。主要是因?yàn)槁然@氮肥施入黑土后，銨離子刺激了氨氧化微生物的大量繁殖，導(dǎo)致其快速被氧化而逐漸減少，但是隨著時(shí)間延長(zhǎng)，銨離子逐漸減少且氨氧化細(xì)菌不斷增加，導(dǎo)致硝化抑制劑的降解或淋溶[23-24]。

DMPP主要是通過(guò)抑制硝化作用的第一步，即氨氧化過(guò)程；DCD主要是通過(guò)影響亞硝化細(xì)菌呼吸作用過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移和干擾細(xì)胞色素氧化酶的功能，使亞硝化細(xì)菌無(wú)法進(jìn)行呼吸，從而抑制其生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)而抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程[25]。本試驗(yàn)中DMPP和DCD無(wú)論是單獨(dú)添加還是組合配施，抑制硝化作用效果都很好，在玉米生長(zhǎng)的4個(gè)生育時(shí)期銨態(tài)氮含量達(dá)到顯著差異，說(shuō)明其作用持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為玉米提供更多、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的有效態(tài)氮，減少氨揮發(fā)和N2O排放，促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收，提高氮肥利用率，減少對(duì)環(huán)境的污染。這與Di等[7]、Liu等[10]研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明，添加硝化抑制劑DMPP以及CP+DMPP、CP+DCD和DMPP+DCD硝化抑制劑組合處理的硝化抑制率顯著高于添加硝化抑制劑DCD和CP處理的硝化抑制率，說(shuō)明在黑土中DMPP的抑制效果優(yōu)于DCD和CP，可能是由于DMPP在土壤中移動(dòng)性有限，而且降解速度慢，不易與NH4+發(fā)生分離和淋溶現(xiàn)象，使得硝化抑制劑DMPP效果穩(wěn)定，發(fā)揮作用時(shí)間長(zhǎng)[26]。硝化抑制劑DCD水溶性高，移動(dòng)性強(qiáng)，容易與NH4+在土壤空間分布上發(fā)生分離現(xiàn)象，當(dāng)遇到強(qiáng)降雨或在保水能力較差的土壤中，容易發(fā)生淋溶損失[26]。CP易見(jiàn)光分解為6-氯-吡啶甲酸，造成揮發(fā)損失，不適合表施[27]。這與Chen等[28]研究結(jié)果一致。Weiske等[9]研究結(jié)果也表明，在田間試驗(yàn)中，由于DMPP生物降解過(guò)程比DCD更持久，故DMPP抑制硝化效果優(yōu)于DCD。

此外，研究表明，硝化抑制劑DMPP、DCD以及CP與硫酸銨配施在pH為8的灰漠土中培養(yǎng)30天后，硝化抑制劑的硝化抑制效果表現(xiàn)為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對(duì)于不同氮肥品種以及不同類(lèi)型土壤的響應(yīng)機(jī)制不同，所以抑制效果不同[29]。一般低肥力土壤中，礦物氮損失比較明顯，硝化抑制劑的作用也較好，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，微生物活性也比較強(qiáng)，促進(jìn)微生物對(duì)抑制劑的降解，從而使得CP的硝化抑制率降低，而且不同品種的氮肥施入土壤后引起的土壤pH變化也會(huì)影響抑制劑的抑制效果[29]。黑土肥力較高，CP的抑制效果較差[30]，說(shuō)明CP對(duì)土壤肥力的響應(yīng)比DMPP和DCD更加敏感。

本試驗(yàn)中，硝化抑制劑組合CP+DMPP和CP+DCD處理的硝化抑制率高于DMPP和DCD處理，表明不同的硝化抑制劑配合，可以降低整個(gè)玉米生育期銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，有利于增加玉米的氮素供給，從而提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用率。綜合硝化抑制劑在黑土種植玉米所得的產(chǎn)量、氮肥利用率和抑制硝化作用效果來(lái)看，雖然硝化抑制劑DCD處理和組合CP+DMPP、CP+DCD處理均能顯著提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用率，但是硝化抑制劑組合CP+DMPP和CP+DCD處理硝化抑制率顯著高于DCD處理，且在玉米整個(gè)生育期顯著降低黑土的表觀硝化率，說(shuō)明硝化抑制劑組合CP+DMPP和CP+DCD能有效抑制黑土中的硝化作用，保持土壤中氮素供應(yīng)與作物需求同步，促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收，減少土壤的氮素?fù)p失[31]，提高氮肥利用率，減少環(huán)境污染(水體富營(yíng)養(yǎng)化、全球變暖等問(wèn)題)。而且硝化抑制劑CP、DCD比DMPP更廉價(jià)[25]，組合CP+DMPP和CP+DCD施用量均減半，其性價(jià)比高于單獨(dú)施用硝化抑制劑。由于氮肥增效劑和硝化抑制劑組合鮮有人報(bào)道，故具體的硝化抑制劑組合和氮肥增效劑作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

氯化銨中添加硝化抑制劑組合CP+DMPP或者CP+DCD，硝化抑制率最高，表觀硝化率最低，顯著提高土壤中銨態(tài)氮含量，降低硝態(tài)氮含量，極大地減少硝酸鹽的淋溶損失，降低對(duì)環(huán)境的污染，也能夠顯著提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率。添加氮肥增效劑HFJ顯著增加作物的氮素吸收，提高氮肥利用率，從而使玉米獲得高產(chǎn)和較高的氮收獲指數(shù)、經(jīng)濟(jì)系數(shù)。氮肥增效劑與硝化抑制劑一同使用會(huì)降低氮肥增效劑的效果。