硝化抑制劑對枸杞園土壤的作用效果研究

盧九斤，盛海彥，劉 青，劉鑫慧，王永亮，謝守忠

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016；2.青海省諾木洪農(nóng)場，青海 都蘭 816100)

枸杞(LyciumbarbarumL.)為多年生茄科植物。研究表明，枸杞具有延緩衰老、補(bǔ)肝益腎的功效，同時能夠有效地抑制腫瘤生長和紅細(xì)胞突變[1]。柴達(dá)木地區(qū)枸杞種植規(guī)模由2007年的2 181.09 hm2增至2019年的35 217.60 hm2。地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展得益于枸杞產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，枸杞產(chǎn)業(yè)現(xiàn)已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富的“主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)”和“富民產(chǎn)業(yè)”[2]。但青海省柴達(dá)木地區(qū)栽培枸杞的土壤主要為砂土或砂壤土，有機(jī)質(zhì)含量低，保水保肥性差，施入土壤的氮肥利用率低，僅為22%～25%[3]。經(jīng)調(diào)查，枸杞進(jìn)入盛果期，單株每年累積施用化肥量高達(dá)2.0 kg。氮肥施用過多加重了枸杞的病蟲害發(fā)生，同時極易導(dǎo)致肥料利用率低及環(huán)境污染等問題[4-5]。

目前，解決氮素污染問題的有效途徑有施用硝化抑制劑和脲酶抑制劑[6-7]。硝化抑制劑可調(diào)節(jié)硝化作用，有效提高氮肥利用率和降低環(huán)境污染[8-9]。國內(nèi)多研究2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin)、3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(DMPP)、雙氰胺(DCD)3種硝化抑制劑的機(jī)理及效果[8,10-12]。大量的試驗研究表明硝化抑制劑的施用能有效抑制土壤中銨態(tài)氮的氧化過程，減少硝態(tài)氮的淋洗及氣態(tài)損失，進(jìn)而提高氮肥利用率[13-18]。在小麥上的研究結(jié)果表明，即使在低施氮量水平下，配施硝化抑制劑能協(xié)調(diào)小麥的穗粒結(jié)構(gòu)，使小麥獲得高產(chǎn)[19]。

硝化抑制劑已在小麥、苜蓿及水稻等植物上開展大量應(yīng)用研究[5,20-21]，但在枸杞上的應(yīng)用鮮有報道。本研究通過比較3種硝化抑制劑雙氰胺(DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(DMPP)和Nitrapyrin的硝化抑制效果，篩選出最佳硝化抑制劑應(yīng)用于枸杞栽培，旨在為柴達(dá)木地區(qū)枸杞生產(chǎn)提高肥料利用率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試硝化抑制劑為Nitrapyrin(可濕性粉劑，含量70.0%，浙江奧復(fù)托化工有限公司)、3,4-二甲基吡唑磷酸鹽DMPP(3,4-dimethylpyrazole phosphate，白色粉末，分析純，含量97.0%，德國BASF SE)及雙氰胺DCD(dicyandiamide，白色結(jié)晶性粉末，分析純，含量98.0%，北京索萊寶科技有限公司)。供試氮源為尿素(含N46.4%，云天化集團(tuán)有限責(zé)任公司)。

田間試驗種植的枸杞為樹齡5 a的寧杞7號；肥料為商品有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%)和枸杞專用肥(SF，N-P2O5-K2O：15-20-10)，均由青海恩澤農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司提供；硝化抑制劑為Nitrapyrin。

室內(nèi)培養(yǎng)試驗砂土為青海諾木洪農(nóng)場新開墾種植2 a枸杞的灰漠土，砂壤土為該農(nóng)場種植農(nóng)作物10 a后栽培枸杞7 a的灰棕漠土；田間試驗土壤為農(nóng)場新開墾栽培枸杞5 a的灰漠土，土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 室內(nèi)恒溫培養(yǎng)試驗 以砂土和砂壤土為供試對象，未施用硝化抑制劑的處理為CK，Nitrapyrin用量分別為純氮量的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%，DMPP用量分別為純氮量的0.5%、1.0%、1.5%和2.0%，DCD用量分別為純氮量的1.0%、2.0%、3.0%、3.5%、4.0%和5.0%；3種硝化抑制劑每個水平設(shè)3次重復(fù)。

1.2.2 田間試驗 田間試驗于2017年4—11月在青海諾木洪農(nóng)場(96°20′E，36°25′N)進(jìn)行，該地海拔2 760 m，屬高原大陸性氣候。全年日照時數(shù)3 600 h，年降水量約58.51 mm，年蒸發(fā)量2 800～3 000 mm。枸杞株行距為1.5 m×1.5 m，每個處理小區(qū)面積115 m2，共設(shè)4個處理：SF100為農(nóng)民習(xí)慣施肥量，SFN100、SFN80及SFN60處理是在SF100處理基礎(chǔ)上分別減少0%、40%、60%的枸杞專用肥用量，同時添加純氮量0.5%濃度的Nitrapyrin(表2)，重復(fù)4次。肥料分基肥和追肥2次施用(基肥與追肥的比例為1∶1)：第1次于5月6日在每株枸杞樹的樹冠外圍開環(huán)形溝(深度20 cm)，將各處理的有機(jī)肥、枸杞專用肥及相應(yīng)濃度的硝化抑制劑混合均勻后施入溝內(nèi)，第2次施肥于7月16日進(jìn)行。

表2 不同處理施肥方案

1.3 測定項目與方法

在田間試驗各小區(qū)隨機(jī)選取10株枸杞樹，每株隨機(jī)取30粒鮮果用游標(biāo)卡尺測定其橫徑及縱徑等外觀指標(biāo)。分別采摘各小區(qū)枸杞樹上的全部果實(shí)，計算產(chǎn)量。鮮果烘干測定品質(zhì)，枸杞多糖及總糖含量測定采用GB/T18672-2014方法[23]；蛋白質(zhì)含量測定采用GB5009.5-2016方法[24]；黃酮含量測定參考王忠忠等[25]的方法；β-胡蘿卜素含量測定采用超高效液相色譜法，超高效液相色譜儀(型號：LC-30A)：流動相：水-丙酮；流速：0.3 mL·min-1；色譜柱：島津C18柱(1.6 mm×75.0 mm，2.0 μm)；柱溫：35℃；紫外檢測器，檢測波長：450 nm；進(jìn)樣體積：10 μL。

1.4 計算公式

硝化抑制率(%)=[(W1-W2)-(W3-W4)]

×100/(W1-W2)

式中，W1和W3分別為未施用、施用硝化抑制劑處理的土壤培養(yǎng)前的硝態(tài)氮含量(mg·kg-1)；W2和W4分別為未施用、施用硝化抑制劑處理的土壤培養(yǎng)后的硝態(tài)氮含量(mg·kg-1)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的整理、分析及圖表制作采用Origin 2018及SPSS 23.0軟件，不同處理差異顯著性采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 硝化抑制劑對室內(nèi)培養(yǎng)砂壤土氮素轉(zhuǎn)化的影響

2.2 硝化抑制劑對室內(nèi)培養(yǎng)砂土氮素轉(zhuǎn)化的影響

2.3 硝化抑制劑對砂土和砂壤土硝化抑制率的影響

在砂土培養(yǎng)的第50天，DCD用量從純氮量的1.0%增至5.0%時，其硝化抑制率由0.83%提高到49.15%，硝化抑制效果最好的劑量為純氮量5.0%(圖3a)。在純氮量為0.5%～2.0%時，DMPP濃度處理的硝化抑制率為71.90%～75.17%，不同濃度DMPP處理之間的硝化抑制效果無明顯差異(圖3b)；Nitrapyrin濃度由0.1%增加到0.6%時，硝化抑制率從4.83%提高到77.28%，以純氮量的0.5%濃度抑制效果最佳(圖3c)。Nitrapyrin和DCD不同劑量間的土壤硝化抑制率有明顯差異。濃度為純氮量的0.1%～0.4%的Nitrapyrin可實(shí)現(xiàn)與1.0%～5.0%DCD有相同的抑制效果(圖3a，圖3c)。在砂壤土培養(yǎng)的第50天，DCD用量從純氮的1.0%增加到5.0%時，其硝化抑制率為7.30%～19.41%，表明此時DCD的硝化抑制效果較弱(圖3a)。在0.5%～2.0%濃度范圍內(nèi)，DMPP濃度處理的硝化抑制率為11.68%～58.12%，抑制效果最好的為純氮量2.0%濃度的DMPP(圖3b)。Nitrapyrin濃度由0.1%增加到0.6%時，硝化抑制率為8.28%～13.38%(圖3c)。

圖1 不同劑量DCD、DMPP、Nitrapyrin 處理砂壤土中 及含量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of and contents in sandy loam soil treated withdifferent dosages of DCD, DMPP and Nitrapyrin

圖2 不同劑量DCD、DMPP、Nitrapyrin處理砂土中及含量的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of and contents in sandy soil treated withdifferent dosages of DCD, DMPP and Nitrapyrin

圖3 培養(yǎng)50 d時不同硝化抑制劑對砂壤土及砂土硝化抑制率的影響Fig.3 Effects of different dosages of DCD, DMPP and Nitrapyrin on nitrificationinhibition rate of sandy loam and sandy soils after 50 days’ culture

2.4 不同施肥處理對枸杞外觀品質(zhì)的影響

枸杞鮮果橫徑表現(xiàn)為SF100>SFN100>SFN80>SFN60(表3)。SFN60處理的縱徑最大，和其余處理均有顯著差異(P<0.05)，但果實(shí)的橫徑最小。SFN100處理的果柄長度及百粒重均最大，與SF100處理相比分別增加了10.36%及9.11%，且與其他處理均有顯著差異。

表3 不同施肥處理對枸杞鮮果外觀品質(zhì)的影響

2.5 不同施肥處理對枸杞品質(zhì)的影響

不同施肥處理多糖含量為2.22～3.12 g·100g-1(表4)，SFN80處理的枸杞多糖及總糖含量最高，與SFN60處理無顯著差異(P>0.05)。SFN60處理的蛋白質(zhì)及β-胡蘿卜素的含量最高，與SF100處理有顯著差異，分別增加了15.74%及24.12%。各處理間黃酮及總糖的含量均無顯著差異。

2.6 不同施肥處理對枸杞產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

SFN100處理枸杞的產(chǎn)量最高(表5)，純收益為SFN100>SFN80>SFN60>SF100。SFN100處理枸杞的產(chǎn)量及純收益最好，較SF100處理分別增加了6.67%及6.80%，且產(chǎn)量與其他處理均有顯著差異(P<0.05)。SFN80處理的純收益較SF100處理增加了6 760元·hm-2，產(chǎn)量與SFN100處理無顯著差異。

表4 不同施肥處理對枸杞品質(zhì)指標(biāo)的影響

表5 不同施肥處理對枸杞產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討 論

在本試驗中，3種硝化抑制劑在砂土中的硝化抑制效果均優(yōu)于砂壤土。在砂土中，硝化抑制效果依次為DMPP≥Nitrapyrin>DCD，與前人研究結(jié)果相似[21,26]。將純氮量為0.5%的Nitrapyrin應(yīng)用于大田試驗，主要原因為：大田試驗土壤為砂土，DMPP與Nitrapyrin在本試驗砂土的培養(yǎng)中有相似的硝化抑制效果。同時室內(nèi)恒溫培養(yǎng)試驗的結(jié)果表明DMPP作用時間可持續(xù)至50 d，作用效果穩(wěn)定[27]，但國外生產(chǎn)的純度高、效果好的DMPP價格約240～360 元·kg-1[8]。而Nitrapyrin易吸附于有機(jī)質(zhì)，可減少由于分解所造成的硝化抑制效果降低現(xiàn)象[28]，且其價格較低(約155元·kg-1)、用量較少，應(yīng)用最為廣泛[29-30]。

試驗結(jié)果表明施用Nitrapyrin對枸杞蛋白質(zhì)及多糖含量均有顯著的提高?？赡苁怯捎谙趸种苿┑氖┯檬故┤朕r(nóng)田中的氮素較長時間以銨態(tài)氮的形態(tài)存在，從而減少硝態(tài)氮淋溶及氨揮發(fā)等損失[35-36]，最終表現(xiàn)為枸杞蛋白質(zhì)含量的提高，與黃東風(fēng)等[37]的研究結(jié)果一致。SF100與SFN100處理枸杞的多糖含量無顯著差異，但SFN80與SFN60處理的多糖含量均有顯著提高。本試驗可能是由于2 220 kg·hm-2的有機(jī)肥及枸杞專用肥用量已超出枸杞生長所需肥料量，與前人的研究發(fā)現(xiàn)過量的氮肥會降低多糖含量的結(jié)果一致[38]。

4 結(jié) 論

1)3種硝化抑制劑均可抑制土壤中氮素的硝化作用，在砂土培養(yǎng)中，三者硝化抑制效果表現(xiàn)為DMPP≥Nitrapyrin>DCD。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)效益，純氮量0.5%濃度的Nitrapyrin為最佳試驗處理。

2)施用Nitrapyrin后，枸杞的產(chǎn)量、百粒重、縱徑等指標(biāo)均高于對照處理，同時并未顯著降低黃酮、總糖等含量，施用Nitrapyrin能提高枸杞的產(chǎn)量及品質(zhì)。故可初步認(rèn)為硝化抑制劑的施用對枸杞的種植有“減肥增效”的作用。