为了明确不同抑制剂对氮肥在喀斯特土壤迁移规律的影响,通过室内模拟土柱实验,在常温、30%水分条件下,本试验研究了尿素、氯化铵、硝酸钾与脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)的不同组合配施下,土壤中可溶性氮含量和可溶性氮含量转换率的变化。结果表明:尿素 + NBPT、尿素 + DMPP、尿素 + NBPT + DMPP可溶性氮曲线分别在8 cm、11.5 cm、8.5 cm处开始下降,在可溶性氮含量上90天 > 30天 > 15天;氯化铵 + NBPT、氯化铵 + DMPP、氯化铵 + NBPT + DMPP相比与单施氯化铵可溶性氮含量分别增加14.7%、21.9%、1.9%;可溶性氮转换率尿素 + NBPT + DMPP最高达到13%,较单施尿素平均增加2%、氯化铵 + DMPP较单施氯化铵平均增加12.8%、单施硝酸钾可溶性氮转换率最高为16%。通过该试验结果可明确,施用一定量的抑制剂可以使土壤中可溶性氮的含量增加,延长氮素在土壤中分解的时间,增加迁移距离。 In order to understand the effect of different inhibitors on the migration of nitrogen fertilizer in karst soil, the indoor simulated soil column experiment was conducted, this experiment studied the changes in soluble nitrogen content and its conversion rate in soil under different combinations of urea, ammonium chloride, potassium nitrate and N-Butylthiophosphoryl Triamide (NBPT), a urease inhibitor, and 3,4-Dimethylpyrazole Phosphate (DMPP), a nitrification inhibitor. The results showed that the soluble nitrogen curves of urea + NBPT, urea + DMPP and urea + NBPT + DMPP began to decline at 8cm, 11.5cm and 8.5cm respectively, 90 days > 30 days > 15 days in soluble nitrogen con-tent; the soluble nitrogen content of ammonium chloride + NBPT, ammonium chloride + DMPP and ammonium chloride + NBPT + DMPP increased by 14.7%, 21.9% and 1.9% respectively compared with that of ammonium chloride alone; the highest soluble nitrogen conversion rate of urea + NBPT + DMPP was 13%, which was 2% higher than that of urea alone, 12.8% higher than that of ammo-nium chloride alone, and 16% higher than that of potassium nitrate alone. The results of this ex-periment can be clear that the application of a certain amount of inhibitors can increase the content of soluble nitrogen in the soil, prolong the decomposition time of nitrogen in the soil, and increase the migration distance.
为了明确不同抑制剂对氮肥在喀斯特土壤迁移规律的影响,通过室内模拟土柱实验,在常温、30%水分条件下,本试验研究了尿素、氯化铵、硝酸钾与脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)的不同组合配施下,土壤中可溶性氮含量和可溶性氮含量转换率的变化。结果表明:尿素 + NBPT、尿素 + DMPP、尿素 + NBPT + DMPP可溶性氮曲线分别在8 cm、11.5 cm、8.5 cm处开始下降,在可溶性氮含量上90天 > 30天 > 15天;氯化铵 + NBPT、氯化铵 + DMPP、氯化铵 + NBPT + DMPP相比与单施氯化铵可溶性氮含量分别增加14.7%、21.9%、1.9%;可溶性氮转换率尿素 + NBPT + DMPP最高达到13%,较单施尿素平均增加2%、氯化铵 + DMPP较单施氯化铵平均增加12.8%、单施硝酸钾可溶性氮转换率最高为16%。通过该试验结果可明确,施用一定量的抑制剂可以使土壤中可溶性氮的含量增加,延长氮素在土壤中分解的时间,增加迁移距离。
氮肥,硝化抑制剂,脲酶抑制剂,可溶性氮,迁移
Yuan Tian1,2,3, Jiajia Zhang1,2,3, Fujin Xie1,2,3, Qiuliang Cai1,2,3*, Haijiao Lu4, Xiaoqiong Xiong4
1Guangxi Key Laboratory of Biology for Mango, Baise Guangxi
2Agriculture and Food Engineering College, Baise University, Baise Guangxi
3Industrial College of Subtropical Characteristic Agriculture, Baise Guangxi
4 Napo County Agricultural and Rural Bureau, Baise Guangxi
Received: Dec. 8th, 2022; accepted: Jan. 9th, 2023; published: Jan. 16th, 2023
In order to understand the effect of different inhibitors on the migration of nitrogen fertilizer in karst soil, the indoor simulated soil column experiment was conducted, this experiment studied the changes in soluble nitrogen content and its conversion rate in soil under different combinations of urea, ammonium chloride, potassium nitrate and N-Butylthiophosphoryl Triamide (NBPT), a urease inhibitor, and 3,4-Dimethylpyrazole Phosphate (DMPP), a nitrification inhibitor. The results showed that the soluble nitrogen curves of urea + NBPT, urea + DMPP and urea + NBPT + DMPP began to decline at 8cm, 11.5cm and 8.5cm respectively, 90 days > 30 days > 15 days in soluble nitrogen content; the soluble nitrogen content of ammonium chloride + NBPT, ammonium chloride + DMPP and ammonium chloride + NBPT + DMPP increased by 14.7%, 21.9% and 1.9% respectively compared with that of ammonium chloride alone; the highest soluble nitrogen conversion rate of urea + NBPT + DMPP was 13%, which was 2% higher than that of urea alone, 12.8% higher than that of ammonium chloride alone, and 16% higher than that of potassium nitrate alone. The results of this experiment can be clear that the application of a certain amount of inhibitors can increase the content of soluble nitrogen in the soil, prolong the decomposition time of nitrogen in the soil, and increase the migration distance.
Keywords:Nitrogen Fertilizer, Nitrification Inhibitor, Urease Inhibitor, Soluble Nitrogen, Migration
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我国氮肥施用增速加快,已成为世界上氮素化肥生产和消费大国 [
为了提高氮肥利用率,在农业生产过程中向氮肥中添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂成为了一项非常重要的措施 [
广西壮族自治区百色市田阳区距地面深度2 cm~3 cm的喀斯特土壤,其特征是具有富钙、偏碱的化学环境 [
将采集土壤经风干、过筛、研磨等处理;装入土壤样品袋(高25 cm,宽10 cm);装入土壤850 g (高度21 cm),对土壤进行注水处理,保持土壤湿度为30%,静止24 h。将3种肥料(尿素、硝酸钾、氯化铵)各12 g,分别与NBPT (2 g)、DMPP (2 g)、NBPT (1 g) + DMPP (1 g)进行组合配施。加入肥料后覆土层135 g (高度3 cm),注水使土壤湿度达到30% (模拟添加肥料后经过雨水或人工加水后土壤湿度情况)。为确保湿度,防止水分散失,进行扎带捆绑,并扎孔保证土壤通气。常温下分别培养15天、30天、90天,每份不同处理土柱为3组重复。
土壤样品到达处理时间后,对土柱进行水平垂直切割。在袋口下2 cm处开始切割,每隔1 cm采集共8份土样,后每隔2.5 cm采集共4份土样,余下不做处理(如图1所示)。土样分装后进行风干、研磨、过筛(20目筛网),最终得到12份土样,标记后进行测定。
图1. 土柱切割示意图
可溶性无机氮分为铵态氮(NH3-N和 NH 4 + − N )、硝态氮( NO 3 − − N 和 NO 2 − − N )。
铵态氮:采用钠氏试剂比色法测定 [
硝态氮:采用紫外分光光度法测定 [
使用Microsoft Excel 2021统计分析数据,根据每克土壤中铵态氮、硝态氮含量,计算出可溶性氮含量和可溶性氮含量的转换率,用SPSS统计软件进行数据分析,采用LSD、S-N-K、Duncan法多重比较,显著性水平设定为α = 0.05,采用Microsoft Power Point 2021软件作图。
图2. 不施肥条件下土壤中可溶性氮的含量
不施肥条件下土壤可溶性氮含量曲线总体呈下降趋势,其变化是土壤中有机氮矿化、硝化、反硝化及生物固定作用的综合表现。图2(A)中,根据含量曲线高低可知,含量最高为90天,开始升高至第2点为0.545 mg/g,3~5点开始下降,6~12点保持在0.3 mg/g左右。图2(B)培养15天含量变化最大,第2点最高为1.316 mg/g,2~5点大幅度下降至0.18 mg/g;培养90天最高点3为0.853,在第6点0.265后基本保持平缓,1~4点15天含量曲线最高,5~12点90天最高,原因可能为DMPP在短时间内分解较快且移动距离短,长时间移动距离加长但效果变差。图2(C)的可溶性氮含量较低,原因可能是土壤固定态铵吸附–解吸作用的影响。综上所述,DMPP作用于不加肥料的土壤中效果较好,其中培养90天最佳。
图3. 施用尿素条件下土壤中可溶性氮的含量
在施用尿素曲线图中(图3),加入抑制剂可以使可溶性氮含量的下降点后移,延长氮素迁移距离。单施尿素其可溶性氮含量缓慢下降,最高0.6 mg/g左右之至最低0.35 mg/g,总体变化较小。尿素与NBPT配施可增加土壤中可溶性氮的含量,1~8点平均含量为0.72 mg/g左右,较单施氮肥增加0.18 mg/g,8~9点快速下降至0.2 mg/g;尿素与DMPP配施,总体平均含量90天最高,1~5升最高至0.952 mg/g,较单施尿素最高点增加了0.274 mg/g,5~9点缓慢下降至0.767 mg/g,第9点下降加剧;尿素与NBRT和DMPP配施,和单施尿素相比30天、90天含量相差极小而15天含量远低于单施尿素。总体可知,加入抑制剂DMPP培养90天效果最佳,含氮量最高,且随着培养时间的延长,迁移前期与后期可溶性氮含量差距在减少。
单施氯化铵土壤中可溶性氮含量总体呈下降趋势,根据含量高低可知培养15天效果最佳,从第2点含量最高2.967 mg/g开始下降至第10点0.225 mg/g后平缓。因NBPT只对土壤中脲酶有抑制作用,所以氯化铵和NBPT配施与单施氯化铵无明显差距。氯化铵和DMPP混施与单施氯化铵相比,前期(1~5点)平均每点增加0.5 mg/g,中期(6~8点)平均每点增加0.2 mg/g,后期(9~12点)平均增加0.45 mg/g;且图4(A)可溶性氮含量曲线在第10点后趋于平缓;图4(B)中15天曲线在第11点后平缓,30、90天在第10点后平缓;图4(D)中曲线在第11点后平缓;说明DMPP不仅可以增加可溶性氮含量还可以延长可溶性氮的迁移距离。
图4. 施用氯化铵条件下土壤中可溶性氮的含量
从图5可看出,单施硝酸钾时15天与30天折线平缓下降,最高点1点是最低点12点的2.5倍,90天因硝酸钾时间久挥发失效,土壤中可溶性氮含量较少。在加入抑制剂后前三点曲线有上升趋势,可能为抑制剂影响了原本土壤中可溶性氮的转换,第4点后均呈下降趋势,且含量明显低于不施加抑制剂,可知NBPT和DMPP对硝酸钾的分解无影响。
图5. 施用硝酸钾条件下土壤中可溶性氮的含量
图6. 施加不同肥料条件下的dN-N转换率
从图6可看出,单施氮肥条件下,可溶性氮转换率分别平均为氯化铵36.3%、尿素9.3%、硝酸钾13.7%,且因氯化铵与硝酸钾易分解,所以转换率随时间增加而减少。在加肥料氯化铵中,DMPP施用平均转换率最高,15天转换率最大为47%,因为铵态氮无法进行硝化,可溶性氮累积加多。尿素在加两种抑制剂后平均转换率最高,随着时间增加转化率增大,最高90天为13%,因为时间增长,抑制剂的作用降低,无法有效抑制铵态氮、硝态氮的转换。因为硝酸钾分解后只含有硝态氮,两种抑制剂对硝态氮无作用,且硝酸钾极易分解,培养15天可溶性氮的转换率最高为16%。
本研究通过土柱实验模拟喀斯特土壤在施用不同肥料情况下计算出土壤中可溶性氮的含量和可溶性氮含量的转换率 [
本实验研究结果表明,不同氮肥处理间土柱整体土壤中可溶性氮含量差异明显。其中,不施氮肥对照可溶性氮含量整体变化不大,但施加DMPP后土壤中前三点可溶性氮含量明显高于施加NBPT,第4点后与其他两条曲线无明显差异。DMPP抑制土壤中硝态氮的生成与积累,前三点可溶性氮含量较高是因为土壤中的铵态氮不能转化为硝态氮,且铵态氮不易流失易被吸附;后期可能因为DMPP效果减弱,无法强烈抑制硝化作用。
本实验中氯化铵可溶性氮含量研究中,加入DMPP可提高可溶性氮的含量,加入两种抑制剂后反而含量降低,这与崔磊 [
俞巧钢等 [
本实验研究表明,氯化铵与DMPP混施在培养15天情况下氮素转化率最高,达47%,而崔磊等 [
硝化抑制剂可以使加入氯化铵土壤中的可溶性氮含量增加,作用时间15天内效果最佳。
尿素与抑制剂配施可以延长可溶性氮在土壤中迁移的距离,硝化抑制剂 < 脲酶抑制剂 < 脲酶抑制剂 + 硝化抑制剂,时间越久,可溶性氮在土壤中迁移距离越长,且含量增加。
硝酸钾挥发转化速度快,施入土壤后短期内效果明显。两种抑制剂对硝酸钾可溶性氮含量的转化无明显影响。
广西自然科学基金面上项目(2020GXNSFAA297123);广西大学生创新创业训练计划项目(202110609060);广西一流学科建设项目资助(农业资源与环境)。
田 嫄,张嘉佳,谢富金,蔡秋亮,陆海姣,熊小琼. NBPT和DMPP对氮肥在喀斯特土壤中迁移规律的影响Effects of NBPT and DMPP on the Migration of Nitrogen Fertilizer in Karst Soil[J]. 土壤科学, 2023, 11(01): 1-10. https://doi.org/10.12677/HJSS.2023.111001