減氮配施抑制劑及雞糞提高尿素氮在稻田土壤中的轉(zhuǎn)化及利用

于春曉，張麗莉，楊立杰，武開闊，李文濤，宋玉超，李東坡，武志杰

（1 中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧沈陽 110016；2 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，山東煙臺(tái) 264003；3 沈陽化工研究院有限公司，遼寧沈陽 110021）

肥料在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要的地位。目前，由于存在化肥不合理使用、盲目施肥等現(xiàn)象，導(dǎo)致作物肥料利用率低，土壤肥力下降，進(jìn)而對(duì)糧食持續(xù)增產(chǎn)、農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效產(chǎn)生嚴(yán)重影響[1]。2017年我國(guó)氮素施用量已達(dá)到2978.19萬t[2]。氮肥用量大和吸收利用率相對(duì)較低，不僅導(dǎo)致資源浪費(fèi)，還給生態(tài)環(huán)境帶來負(fù)面影響。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出到2020年我國(guó)農(nóng)業(yè)要實(shí)現(xiàn)“一控兩減三基本”，即控制農(nóng)業(yè)用水總量，減少化肥農(nóng)藥使用量，化肥、農(nóng)藥用量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)，基本實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖排泄物資源化利用等[3]。截止到2016年，我國(guó)化肥用量實(shí)現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)[1]。因此，科學(xué)合理的施肥方式，提高肥料資源利用率，是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措之一，抑制劑及有機(jī)肥能從減少損失和增加固持兩方面提高土壤氮素供應(yīng)能力，是目前較為有效的提高肥料利用率的舉措。

抑制劑的施用是提高肥料利用率，減少化肥施用量的有效途徑。研究表明，在稻田中施用脲酶抑制劑能增產(chǎn)8.5%～16.1%，節(jié)肥3.8%～8.4%，施用硝化抑制劑能增產(chǎn)3.9%～12.4%，增效11.1%～25.0%，節(jié)肥25.0%[4]。且脲酶硝化抑制劑組合能有效減少稻田土壤中氨揮發(fā)和溫室氣體的排放[5-6]，還能提高尿素氮的利用效率，促進(jìn)水稻增產(chǎn)[7]，脲酶硝化抑制劑 (NBPT+DMPP) 配合施用效果最為理想[8-9]。不同抑制劑類型及組合對(duì)氮素轉(zhuǎn)化及氮的利用效率影響不同，對(duì)于兩種脲酶抑制劑與硝化抑制劑組合 (NBPT+PPD+DMPP) 在稻田中的應(yīng)用是否能進(jìn)一步提高肥料利用率和增加水稻產(chǎn)量？尤其是在氮肥減量施用條件下，抑制劑在外源肥料氮素的提質(zhì)增效方面有待于進(jìn)一步研究。

我國(guó)有機(jī)肥料實(shí)物量約57億t，折合氮量約3000萬t，有機(jī)肥資源量大，養(yǎng)分含量豐富，有機(jī)肥還田在補(bǔ)充土壤養(yǎng)分方面作用巨大[10-13]。有機(jī)無機(jī)肥配施在提高肥料利用率、改善土壤性狀等方面產(chǎn)生良好的效果[14]。朱菜紅等[15]利用15N示蹤技術(shù)研究化肥配施雞糞后15N的利用狀況，其利用率大于60%，而單施化肥處理15N利用率僅為39%[16]。李燕青等[17]研究表明，氮肥減量配施有機(jī)肥能夠?qū)崿F(xiàn)與化肥相當(dāng)?shù)牡乩眯?，同時(shí)提升土壤肥力。實(shí)施化肥減量配施有機(jī)肥，是推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大措施，也是促進(jìn)節(jié)本增效、農(nóng)業(yè)資源再利用的現(xiàn)實(shí)需求。減施無機(jī)肥增施有機(jī)肥能有效改善土壤理化性狀，提升土壤質(zhì)量[18]，還能顯著降低稻田氨揮發(fā)累積排放量，減少?gòu)搅鲹p失氮量，可有效抑制N2O排放[10]。故化肥減量并不會(huì)對(duì)水稻和秸稈產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響，還能顯著提升耕地質(zhì)量，增加土壤碳氮儲(chǔ)量[19]，減量施肥+有機(jī)肥處理的綜合效果最好[20]。合理的有機(jī)肥化肥配施能確保養(yǎng)分在水稻各個(gè)時(shí)期的持續(xù)供應(yīng)，增加水稻總吸氮量，協(xié)調(diào)水稻產(chǎn)量各構(gòu)成因素，促進(jìn)莖葉和籽粒產(chǎn)量全面提高。在我國(guó)稻田生態(tài)系統(tǒng)中，化肥配施雞糞的研究已有部分報(bào)道。研究表明，施用雞糞能節(jié)肥約20%[21]。但氮肥減量配施抑制劑或雞糞及兩者配施，在提高土壤氮素供應(yīng)及提高肥料氮素利用效率方面是否有協(xié)同增效作用？還有待于進(jìn)一步研究。

為探究抑制劑組配有機(jī)物料雞糞在氮肥減施條件下對(duì)肥料氮的補(bǔ)償及增效作用，本研究借助于15N同位素示蹤技術(shù)，采用盆栽試驗(yàn)，以我國(guó)北方棕壤發(fā)育的水稻土為供試土壤，探究在氮肥減量配施雞糞或抑制劑及與兩者配施的情況下，土壤氮素及肥料氮素供應(yīng)狀況及與水稻需氮關(guān)系，結(jié)合水稻產(chǎn)量及氮肥利用率，探究復(fù)配的可行性及最佳的施肥方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

供試土壤為棕壤水稻土，土壤質(zhì)地為砂壤土，采自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗(yàn)地 (41°8′N、123°38′E)。盆栽試驗(yàn)在中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所野外實(shí)驗(yàn)站 (43°31′N、123°22′E) 網(wǎng)室進(jìn)行，該站位于遼河平原南部，氣候類型為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫在7℃～8℃，大于10℃的活動(dòng)積溫為3100℃～3400℃，年降水量為650～700 mm，無霜期為147～164天。供試土壤基本理化性質(zhì)如下：容重為1.3 g/cm3，pH為6.7，全氮1.2 g/kg，堿解氮84.5 mg/kg，速效鉀158 mg/kg，速效磷15.9 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試雞糞基本理化性質(zhì)為：全氮29.5 g/kg，有機(jī)碳314 g/kg，碳氮比10.63，20%化肥氮所需雞糞添加量為5.05 g/kg，相當(dāng)于每kg土添加純氮30 mg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年5—10月進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。選用直徑18 cm、高20 cm的塑料盆，每盆稱相當(dāng)于3 kg干土重量的鮮土，與有機(jī)無機(jī)肥混合均勻后裝盆，淹水一夜，第二天進(jìn)行水稻移栽，每盆移栽水稻3穴，每穴2株，共6株，水稻品種為‘美鋒 9’。氯化鉀和過磷酸鈣作為底肥一次性施入，添加量分別為120和150 mg/kg，相當(dāng)于田間施磷量212 kg/hm2、施鉀量 318 kg/hm2。氮肥為15N標(biāo)記尿素 (豐度為10.02%)，常規(guī)施氮量為N 150 mg/kg土，相當(dāng)于田間施氮量318 kg/hm2，按基肥、返青肥和分蘗肥40%、30%和30%的比例施用。抑制劑為苯基磷酰二胺 (PPD) +N-丁基硫代磷酰三胺 (NBPT) +3,4-二甲基吡唑磷酸鹽 (DMPP)組合，抑制劑添加量均按尿素純氮量的1%、1%和2%添加。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理：不施氮對(duì)照 (CK)、常量尿素 (N)、80%常量尿素+20%雞糞氮 (NM)、80%常量尿素+抑制劑 (NI)、80%常量尿素+抑制劑+20%雞糞氮 (NIM)。

1.4 樣品采集

水稻秧苗于3月下旬在大棚溫室中采用育苗盤進(jìn)行育苗，秧苗長(zhǎng)至5個(gè)葉片時(shí)進(jìn)行移栽。水稻于2019年5月29日定植，水稻管理同大田水分管理。分別于返青期 (2019年6月4日)、分蘗期 (2019年6月25日)、灌漿期 (2019年8月12日) 和成熟期(2019年9月21日) 進(jìn)行破壞性取樣，每個(gè)處理各取3盆。返青期和分蘗期分別在施肥后7 天進(jìn)行取樣。每盆水稻收獲所有6株樣品 (莖和穗)。土壤選用五點(diǎn)取樣法采集，除去水稻根系后充分混勻待測(cè)。測(cè)定土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、微生物生物量碳氮、肥料來源的銨態(tài)氮 (15NH4+-N) 及微生物量氮 (15N-MBN)，以及水稻地上部分生物量和吸氮量、水稻對(duì)肥料氮的吸收利用等指標(biāo)。

1.5 測(cè)定指標(biāo)與方法

土壤基本理化指標(biāo)參照魯如坤[22]的方法測(cè)定。土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量測(cè)定：取10 g采集的新鮮土壤樣品，用100 mL 2 mol/L氯化鉀溶液浸提 (土∶液=1∶10)，在160 r/min的震蕩器中震蕩1 h，過濾浸提液，使用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀分別在波長(zhǎng)660和540 nm處測(cè)定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。土壤微生物量碳、氮含量采用氯仿熏蒸法測(cè)定：稱取20 g新鮮土壤2份，一份在黑暗處熏蒸24 h，一份不做熏蒸，兩份樣品均加入80 mL 0.5 mol/L K2SO4浸提液進(jìn)行往復(fù)震蕩浸提，采用TOC分析儀(Vario TOC Cube, Elementar, Germany) 測(cè)定熏蒸和未熏蒸樣品，微生物量碳、氮計(jì)算分別采用熏蒸系數(shù)0.45和0.54[23-24]。在水稻成熟期，分別收獲每盆水稻秸稈和穗，于烘箱中65℃下烘干至恒重，測(cè)定水稻籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、穗數(shù)、千粒重等生物學(xué)指標(biāo)。將烘干后的水稻植株樣品 (秸稈、籽粒)，用球磨儀 (RETSCH MM 400，Germany) 粉碎過0.074 mm篩。采用Vario Macro元素分析儀測(cè)定土壤和植株的有機(jī)碳和全氮含量。土壤及植株中的15N豐度采用過篩后的樣品，用錫舟包樣，植物樣稱樣量為2.5 mg，土壤樣品稱樣量為18 mg，用同位素比例質(zhì)譜儀 (253 MAT, Thermo Finnigan, Germany) 進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定順序按照豐度從低到高測(cè)定，減少污染。N采用擴(kuò)散包法進(jìn)行提取[25]，15N-MBN采用過硫酸鉀堿液消煮法和擴(kuò)散包法進(jìn)行提取[26]，提取結(jié)束后的擴(kuò)散包在-60℃冰箱中冷凍0.5 h，然后采用冷凍干燥儀 (ALPHA 1-2 LDplus, Germany) 冷凍干燥，將擴(kuò)散包中玻璃纖維包在錫舟中，采用同位素比例質(zhì)譜儀(253 MAT, Thermo Finnigan, Germany) 檢測(cè)擴(kuò)散包中15N豐度。

1.6 計(jì)算公式

水稻氮素累積吸收量 (g/pot) = 植株氮素含量 ×植株干物質(zhì)質(zhì)量；

氮素籽粒生產(chǎn)效率 (g/g) = 籽粒產(chǎn)量/植株氮素累積吸收量；

氮收獲指數(shù)= 籽粒氮素累積量/地上部干物質(zhì)氮素累積吸收量；

肥料氮貢獻(xiàn)率 (%) = (施氮產(chǎn)量－不施氮產(chǎn)量)/施氮產(chǎn)量 × 100；

收獲指數(shù)= 籽粒產(chǎn)量/地上部干物質(zhì)量；

氮素吸收率 (%) = (施氮吸氮量－不施氮吸氮量)/施氮量 × 100；

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

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

土壤或植株中15N豐度=檢測(cè)15N豐度值 × 土壤或植株中全氮含量/尿素中15N豐度；

土壤肥料來源的氮含量 (mg/kg) = 氮庫中15N豐度 × 該形態(tài)氮的含量/尿素中15N 豐度；

15N殘留 (%) = 收獲后土壤殘留15N量/加入的15N量 × 100。

1.7 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft office 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，用SPSS 18.0進(jìn)行差異顯著性方差分析 (Duncan,P ＜ 0.05)，并運(yùn)用Pearson相關(guān)性分析，用Origin 2020進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對(duì)土壤無機(jī)氮庫轉(zhuǎn)化的影響

由圖1可知，減量尿素配施抑制劑和雞糞處理(NIM) 顯著影響了土壤中銨態(tài)氮含量，但是對(duì)硝態(tài)氮含量影響不顯著。在返青期、分蘗期乃至灌漿期，80%尿素配施抑制劑 (NI) 與常規(guī)氮肥 (N) 處理銨態(tài)氮供應(yīng)無顯著差異 (P ＞ 0.05)，與雞糞配施 (NIM) 后提高了土壤銨態(tài)氮的含量。在返青期，NIM處理銨態(tài)氮含量顯著高于NM和CK處理；在分蘗期，NIM處理顯著高于N、NI處理 (P ＜ 0.05)，但與NM處理之間差異不顯著 (P ＞ 0.05)。與N處理相比，NM、NI處理銨態(tài)氮含量分別提高了43.6%、4.9%；在灌漿期和成熟期，各處理差異不顯著 (P ＞0.05)。與N處理相比，NIM處理在水稻返青期、分蘗期和灌漿期土壤中銨態(tài)氮含量分別提高了 19.2%、66.3% 和 36.5%，含量在分蘗期增加了14.59 mg/kg。表明在施肥初期，抑制劑添加在延緩氮素釋放方面作用顯著，其抑制效果高于雞糞的供氮能力，但在分蘗期，雞糞的銨態(tài)氮補(bǔ)償能力要顯著高于抑制劑，在水稻生長(zhǎng)后期，抑制劑添加和雞糞替代對(duì)銨態(tài)氮的影響較小。稻田土壤硝態(tài)氮含量較低，NM處理在返青期和成熟期硝態(tài)氮含量最高，顯著高出N處理57.65%。NIM處理在生育時(shí)期內(nèi)均有較低的硝態(tài)氮含量，但與N處理差異不顯著 (P ＞0.05)，與N處理相比，NIM處理在水稻返青期、分蘗期和灌漿期土壤中硝態(tài)氮含量分別提高 13.87%、12.70% 和17.30%，這表明硝化抑制劑在抑制硝化作用方面效果顯著。綜合無機(jī)氮含量，NIM處理在生育前期增加銨態(tài)氮含量、減少硝態(tài)氮含量方面的作用顯著 (P ＜ 0.05)。

圖1 減量尿素配施抑制劑和雞糞對(duì)水稻生育期土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的影響Fig. 1 Effects of urea reduction combined with inhibitor and chicken manure on ammonium and nitrate nitrogen contents in paddy soil during rice growth

2.2 不同施肥方式對(duì)土壤微生物量碳氮含量的影響

由圖2可知，施用無機(jī)氮肥 (N、NI) 處理對(duì)土壤微生物量碳含量無顯著影響 (P ＞ 0.05)，與N處理相比，NIM處理顯著提高了返青期、分蘗期和灌漿期土壤微生物量碳的含量 (P ＜ 0.05)，施用雞糞(NM、NIM) 顯著提高了返青期至灌漿期微生物量氮含量 (P ＜ 0.05)，抑制劑配施雞糞在促進(jìn)微生物活性，增加生物固持方面發(fā)揮重要作用。與單施氮肥處理相比，NI、NIM處理中抑制劑的添加顯著增加了返青期微生物量氮 (P ＜ 0.05)，NIM顯著提高了生育期內(nèi)微生物量碳、氮含量 (P ＜ 0.05)，在返青期、分蘗期、灌漿期和成熟期微生物量碳含量分別比N處理提高了32.61%、29.23%、53.46%和2.85%，微生物量氮含量分別提高了147.98%、22.97%、133.33%和24.63%。

圖2 減量尿素配施抑制劑和雞糞對(duì)水稻生育期土壤中微生物量碳氮轉(zhuǎn)化的影響Fig. 2 Effects of urea reduction combined with inhibitor and chicken manure on the transformation of soil microbial biomass carbon and nitrogen during rice growth

2.3 肥料氮在土壤銨態(tài)氮及微生物量氮庫中的轉(zhuǎn)化

由圖3可知，減氮配施抑制劑及雞糞影響了肥料氮在銨態(tài)氮及微生物量氮中的轉(zhuǎn)化。水稻返青期NIM處理土壤15NH4+-N含量顯著高于NM處理 (P ＜0.05)；在水稻灌漿期NI處理土壤15N-微生物量氮含量顯著高于其他處理 (P ＜ 0.05)，表明抑制劑的添加抑制了尿素的水解，增加了肥料來源氮素的供給，為微生物固持肥料氮素提供來源。而雞糞添加對(duì)肥料氮轉(zhuǎn)化的影響要高于抑制劑，且主要體現(xiàn)在分蘗期。與N處理相比，雞糞添加顯著提高了分蘗期肥料來源的15NH4+-N含量及15N-微生物量氮的含量 (P ＜0.05)。相比于N處理，分蘗期NM、NIM處理土壤15NH4+-N分別增加了13.60和14.59 mg/kg，分別增加了93.63%和98.99%；15N-微生物量氮分別增加了33.48和22.56 mg/kg，分別增加了70.07%和51.39%。

圖3 抑制劑及雞糞添加對(duì)水稻生育期尿素氮在銨態(tài)氮及微生物量氮中轉(zhuǎn)化的影響Fig. 3 Effects of inhibitor and chicken manure addition on the conversion of urea-derived nitrogen in ammonium nitrogen and microbial biomass nitrogen during rice growth

2.4 不同施肥方式對(duì)水稻產(chǎn)量及農(nóng)學(xué)指標(biāo)的影響

由表1可知，在等氮量添加及雞糞替代20%氮肥條件下，各處理生物量在返青期和分蘗期差異均不顯著 (P ＞ 0.05)，在灌漿期和成熟期，NM、NI、NIM處理生物量顯著高于CK和N處理 (P ＜ 0.05)。在成熟期，相比于N處理，NM、NI和NIM處理生物量分別提高了69.49%、74.75%和83.59%，表明抑制劑和雞糞添加后顯著提高灌漿期水稻生物量，在水稻生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵階段起著重要作用；雞糞配施氮肥后氮素供應(yīng)能力較強(qiáng)，利于水稻生長(zhǎng)。NIM處理穗數(shù)、產(chǎn)量均最高，其次為NM、NI處理，其穗數(shù)和產(chǎn)量均顯著高于CK和N處理 (P ＜0.05)。NIM處理水稻產(chǎn)量是CK的2.64倍，是N處理的2.24倍。與N處理相比，NM、NI和NIM處理產(chǎn)量分別提高了105.99%、89.47%和124.18%，且均達(dá)到顯著水平。各施氮處理千粒重均顯著高于CK處理 (P ＜ 0.05)，各施氮處理之間差異不顯著 (P ＞0.05)。綜上所述，雞糞和抑制劑在氮肥減施及提高水稻生物量和產(chǎn)量方面作用顯著。

表1 不同施肥方式對(duì)水稻農(nóng)學(xué)指標(biāo)的影響Table 1 Effects of fertilization treatments on agronomic indexes of rice

2.5 不同施肥方式對(duì)水稻氮肥利用率的影響

由表2可知，與CK相比，氮肥、抑制劑及雞糞的添加降低了水稻的氮素籽粒生產(chǎn)效率，卻顯著提高了肥料氮貢獻(xiàn)率及收獲指數(shù)等。與N處理相比，NM、NI和NIM處理均顯著提高了氮素吸收率、氮肥農(nóng)學(xué)效率及氮肥偏生產(chǎn)力等，其中，NM、NI和N I M處理氮素吸收率分別提高了4 1.9 6%、48.80%和89.80%，氮肥農(nóng)學(xué)效率分別提高了139.48%、150.92%和234.45%，氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了45.88%、49.64%和77.11%。NIM處理具有最高的氮素吸收率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力，顯著高于其他處理，其氮肥偏生產(chǎn)力高達(dá)62.43 g/g，抑制劑及雞糞在提高氮素利用方面發(fā)揮著顯著的交互作用 (P ＜ 0.05)。

表2 不同施肥方式對(duì)水稻氮素利用率的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on N-use efficiencies of rice

2.6 不同施肥方式對(duì)肥料及土壤氮在水稻-土壤系統(tǒng)中分配的影響

氮肥減量配施抑制劑及雞糞，雖未顯著影響土壤全氮含量，但顯著影響了肥料氮在土壤中的殘留狀況 (表3)。相比于N，NM、NI和NIM處理肥料氮在土壤中的殘留量顯著提高，分別增加了30.49%、56.94%和56.48%。同時(shí)，NI和NM處理均顯著提高水稻總吸氮量及水稻利用肥料氮比例(P ＜ 0.05)，但對(duì)水稻吸收肥料氮量影響不顯著 (P ＞0.05)。與N處理相比，NM、NI和NIM處理提高水稻吸氮量約21.81%、25.36%和46.66%，促進(jìn)水稻吸收肥料氮約4.92%、18.30%和21.61%。綜合肥料氮在土壤中保存及水稻吸收利用狀況，NI及NIM處理效果較好，不僅促進(jìn)肥料氮在土壤中的保存，還提高了水稻對(duì)肥料氮的吸收利用，將肥料氮的利用率提高到70%及以上，損失降到約10%左右。NM處理效果亦顯著高于N處理，故在棕壤水稻土上，氮肥減量20%配施雞糞，不僅不會(huì)減產(chǎn)，還會(huì)提高肥料利用率及促進(jìn)水稻生長(zhǎng)。

表3 不同施肥方式下肥料及土壤固有氮在水稻-土壤系統(tǒng)中的分配Table 3 Distribution of fertilizer and soil source nitrogen in rice-soil system under different fertilization management

2.7 減氮配施抑制劑及雞糞下水稻生長(zhǎng)及土壤氮轉(zhuǎn)化指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系

由圖4相關(guān)分析表明，肥料氮的殘留量 (FN) 與取樣時(shí)間、氮總吸收量、水稻生物量之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，肥料氮添加對(duì)水稻生長(zhǎng)及氮素吸收的促進(jìn)效果顯著。肥料氮?dú)埩袅颗c銨態(tài)氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而銨態(tài)氮含量又與土壤微生物量氮含量和土壤全氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明抑制劑及雞糞添加促進(jìn)了微生物同化銨態(tài)氮，增加了肥料氮的微生物固持，對(duì)土壤培肥有良好的效果。土壤全碳與全氮之間具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明本試驗(yàn)中的處理在一定程度上具有良好的碳氮耦合關(guān)系。

圖4 各指標(biāo)之間的相關(guān)分析 (Pearson, n = 60)Fig. 4 Correlation analysis among various indexes

3 討論

3.1 不同施肥方式對(duì)有機(jī)無機(jī)氮素轉(zhuǎn)化的影響

80%尿素+抑制劑與常規(guī)氮肥相比，提高了土壤中及肥料來源的銨態(tài)氮含量 (圖1、圖3，P ＞ 0.05)，聶彥霞等[27]和唐賢等[28]研究表明，NBPT、DMPP組合抑制尿素水解更為有效，并使得大量氮以NH4+-N的形式存在，確保氮素供應(yīng)，故抑制劑添加后對(duì)抑制尿素水解及硝化作用顯著，對(duì)氮素的補(bǔ)償作用較好。而80%尿素+雞糞或80%尿素+抑制劑+雞糞效果則相反，其顯著提高了土壤及分蘗期肥料來源的銨態(tài)氮及微生物量碳氮含量 (P ＜ 0.05)，雞糞添加對(duì)土壤有機(jī)無機(jī)態(tài)氮的供應(yīng)能力的提升作用顯著(圖1、圖2和圖3)，這可能與雞糞中碳氮比有關(guān)(C/N = 10.63)。研究表明，雞糞的碳氮礦化累積量及礦化速率較大，礦化過程短[29]，故雞糞的礦化和釋放為微生物的固持及粘土礦物的固定提供氮素來源，微生物量氮庫和固定態(tài)銨庫發(fā)揮氮臨時(shí)貯存庫的作用，待后期氮素供應(yīng)不足及水稻養(yǎng)分需求量較大時(shí)礦化釋放，土壤的碳氮供給與水稻的需肥特點(diǎn)得到有效地調(diào)節(jié)，充分發(fā)揮了有機(jī)氮替代部分無機(jī)氮的氮素供應(yīng)時(shí)間差，這與Liu等[30]的結(jié)果相一致。Pan等[31]研究亦表明，在稻田土壤中，有機(jī)無機(jī)肥配施會(huì)通過增加土壤有機(jī)碳的積累，增加氮的有效性，也有可能是提高土壤物理、化學(xué)、生物化學(xué)保護(hù)態(tài)有機(jī)氮的含量，從而提高土壤肥力[32]。

3.2 不同施肥方式對(duì)水稻的增產(chǎn)作用

本研究結(jié)果顯示，80%尿素與抑制劑及雞糞配施后，水稻產(chǎn)量增加最多，約是CK的2.64倍和N的2.24倍 (表1)，將氮肥速效性與有機(jī)肥持久性的特點(diǎn)進(jìn)行了融合。減氮配施抑制劑與常規(guī)施氮肥相比，雖然銨態(tài)氮及微生物量氮含量差異不顯著，但會(huì)促進(jìn)水稻增產(chǎn)，可能原因是抑制劑添加后會(huì)促進(jìn)稻田土壤中黏土礦物對(duì)NH4+的固定，增加固定態(tài)銨庫的庫容，在水稻生長(zhǎng)過程中緩慢持續(xù)釋放，發(fā)揮“中轉(zhuǎn)庫”的作用，供水稻吸收利用[33]。有研究表明，與單施化肥相比，有機(jī)肥料氮替代無機(jī)肥料氮的最適替代率為10%～25%，能協(xié)調(diào)土壤肥料的供應(yīng)與作物需氮的同步性，在水稻全生育期內(nèi)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的持續(xù)穩(wěn)定供給，水稻產(chǎn)量、氮肥利用率和經(jīng)濟(jì)效益都達(dá)到最佳水平，這是提高氮肥利用率的關(guān)鍵[34-36]。本研究20%的有機(jī)肥替代氮肥，使得氮素吸收率高達(dá)64%(表2)。這可能是因?yàn)椴捎?5N標(biāo)記的尿素，能準(zhǔn)確地定量肥料氮的含量和去向，較常規(guī)計(jì)算更為精準(zhǔn)。另有研究表明，雞糞配施氮肥的增產(chǎn)機(jī)理，可能是因?yàn)橛袡C(jī)無機(jī)肥配施增加了土壤中的鹽基離子，提高土壤的陽離子交換量，另一方面，土壤有機(jī)質(zhì)和雞糞攜帶的其他營(yíng)養(yǎng)元素的補(bǔ)充，正好與氮肥形成緩急相濟(jì)的養(yǎng)分供應(yīng)[37]。

3.3 不同施肥方式對(duì)水稻氮肥利用率及吸氮量的影響

肥料利用率、肥料農(nóng)學(xué)利用率和肥料偏生產(chǎn)力常被用來表征農(nóng)田中肥料的利用效率。相比于N處理，配施抑制劑處理 (NI、NIM)，具有最高的氮肥利用率，占施入肥料的70%以上，肥料氮的損失率顯著減少，僅為10%左右 (表3)，氮肥偏生產(chǎn)力亦顯著提高，達(dá)到61.62 kg/kg，而東北稻區(qū)近30年土壤的偏生產(chǎn)力為54 kg/kg[38]，與此相比約高出14.11%(表2)。孫祥鑫等[5]研究表明，脲酶和硝化抑制劑配合尿素是減少水田氮素?fù)p失和氣體排放的首選肥料。氮肥減量配施抑制劑或雞糞，有很好的銨態(tài)氮供應(yīng)能力及較低的硝態(tài)氮含量，增加銨態(tài)氮向微生物量氮庫中的轉(zhuǎn)化，增加肥料氮的生物固持。同時(shí)，圖4的相關(guān)分析也驗(yàn)證了施肥處理土壤銨態(tài)氮、微生物量氮及肥料氮的含量呈顯著的相關(guān)關(guān)系。有研究表明，抑制劑添加后，抑制了尿素水解和硝化作用，尿素氮的吸收利用與硝化作用呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[39]，這與本研究結(jié)果相一致 (圖4)，抑制劑組合增加了水稻吸收利用的尿素氮的含量，引起氮肥利用及收獲指數(shù)提高。且水稻籽粒中的養(yǎng)分，除來自根系直接吸收，主要來自營(yíng)養(yǎng)器官的養(yǎng)分轉(zhuǎn)移。本研究中在水稻分蘗期，肥料來源的NH4+-N及微生物量氮含量的增加促進(jìn)了水稻分蘗，從而增加了水稻穗數(shù)及生物量，為養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

氮肥減量配施抑制劑及雞糞替代20%尿素氮均能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)和改善土壤氮素供應(yīng)。80%尿素配施抑制劑未對(duì)土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、微生物量氮的供給產(chǎn)生顯著影響，抑制劑組合 (NBPT+PPD+DMPP) 在稻田土壤氮素補(bǔ)償方面效果顯著，約節(jié)肥20%。施用雞糞顯著提高了土壤微生物量碳氮含量，增加微生物活性。氮肥減量配施抑制劑及雞糞在提高土壤銨態(tài)氮、土壤微生物量氮、氮素吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力方面作用顯著，且能增加肥料氮的微生物固持，減少肥料氮素?fù)p失，抑制劑和雞糞對(duì)氮肥增效具有協(xié)同作用。