脲酶/硝化抑制剂在土壤N转化过程中的作用

综述了脲酶抑制剂/硝化抑制剂对土壤氮的转化过程:尿素水解过程、硝化过程、硝酸盐淋溶过程、反硝化过程、微生物固持过程、N矿化过程及气体挥发过程的影响和抑制剂的作用机理,并提出今后研究的发展方向,为今后如何施用抑制剂来提高土壤中氮素利用率和减少环境污染提供一定的参考价值。     

脲酶/硝化抑制剂对尿素氮在白浆土中转化的影响

采用室内恒温培养方法,研究了脲酶抑制剂（NBPT）、硝化抑制剂（DMPP）及其协同对尿素氮在三江平原白浆土中转化作用效果。研究表明,在白浆土中NBPT有效作用时间小于13 d,作用时间较在棕壤和黑土中短;对土壤中铵态氮、硝态氮及表观硝化率影响与普通尿素基本一致。NBPT与DMPP组合缓释尿素施入4-7 d,能够有效抑制脲酶活性,减缓尿素水解;只添加DMPP与添加NBPT与DMPP协同作用对抑制铵态氮硝化作用效果相同,二者能保持土壤中NH4+-N高含量时间超过80 d。DMPP作用时间可达80 d以上,能有效抑制NH4+-N向NO3--N的转化;在第80 d,土壤中仍有54.58%～56.85%的氮以铵态氮形式存在,表观硝化率只有50%左右。DMPP抑制硝化作用效果十分显著,因此,在白浆土中施用添加NBPT缓释尿素、DMPP缓释尿素、NBPT与DMPP缓释尿素时,应首选添加1%DMPP的缓释尿素肥料。     

土壤微生物氮固持及氮转化过程对连续施用脲酶/硝化抑制剂的响应

采用田间原位试验的方法,研究了正丁基硫代磷酸三胺(NBPT)和硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)及其配合施用7年后土壤pH、全氮和微生物生物量氮、硝化作用及反硝化作用的变化。结果表明:与NBPT相比,DMPP的使用可显著提高土壤pH值、增加微生物生物量氮的含量、降低土壤的表观硝化率,且以NBPT+DMPP配合施用的效果更明显。而NBPT+DMPP连续施用可能增加了土壤反硝化作用潜势的结果尚有待进一步验证。     

脲酶/硝化抑制剂对土壤脲酶活性、有效态氮及春小麦产量的影响

通过田间随机区组试验,就缓释尿素对土壤脲酶活性,土壤有效态氮及小麦产量的影响进行了研究。本试验设置4个处理,1)普通尿素(U);2)U+脲酶抑制剂LNS(SRU1);3)SRU1+硝化抑制剂双氰胺(DCD)(SRU2);4)SRU1+硝化抑制剂3,5-二甲基吡唑(DMP)(SRU3)。结果表明,在整个春小麦(TriticumaestivumL.)生育期内,SRU1、SRU2和SRU3处理的土壤脲酶活性低于U处理,且SRU2、SRU3处理的土壤NH4+-N含量在较长时间内维持在较高水平;小麦成熟期,SRU1、SUR2和SRU3处理土壤有效态N含量显著高于U处理(p<0.05);SRU1、SRU2、SRU3处理小麦的生物学性状和产量略高于U处理,但是处理间没有显著差异。     

脲酶/硝化抑制剂双控下红壤性水稻土氮素变化特征

以红壤性水稻土为对象,设置大田试验处理:不施肥(CK)、单施氮肥(U)、氮肥配施0. 5%脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)与1%硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)(U+N/D)、氮肥配施1%NBPT与2%DMPP [U+2 (N/D)],研究4种施肥组合下双季稻土壤脲酶、土壤NH+4-N、田面水NH+4-N和NO-3-N的变化特征。结果表明,与CK和U处理相比,各施肥处理在施肥后第1～15 d,土壤脲酶活性、土壤NH+4-N、田面水NH+4-N含量增加,田面水NO-3-N含量无显著变化。与U+2 (N/D)处理相比,早稻中U+N/D处理的脲酶活性显著增加了0. 03～0. 70 mg·g-1,土壤NH+4-N含量显著增加了19. 11～61. 44 mg·kg-1,田面水NH+4-N含量显著增加了34. 48～40. 70 mg·L-1。相关分析表明,土壤NH+4-N与土壤脲酶、田面水NH+4-N均呈显著负相关,田面水NH+4-N与土壤脲酶、田面水NO-3-N均呈显著正相关(P 0. 05)。综上,与其他处理相比,U+N/D处理是在短期内有效提高土壤脲酶活性、土壤NH+4-N和田面水NH+4-N含量的最优处理,合理配施尿素及0. 5%脲酶抑制剂NBPT和1%硝化抑制剂DMPP能够显著提高NH+4-N供水稻吸收,减少氮素损失。     

华北冬小麦/夏玉米农田水氮管理的温室效应评价

【目的】农田水肥的高投入在保障粮食产量的同时也伴随着温室气体的排放。本研究以农田投入品的生产和运输—作物生长的整个过程为研究对象,对农田生态系统中不同水氮管理措施的温室效应开展了评价。【方法】在已经确定粮食产量和温室气体排放强度评价指标的基础上,对土壤固碳深度和减排措施评价的时间尺度进行了分析,将土壤固碳深度确定为30 cm以上,温室效应评价的时间尺度确定为20 年,提出了以田间试验与过程模型相结合,辅以调研的评价方法,来反映产量和温室气体排放强度对不同管理措施的响应。常规农民措施的农田投入量(灌溉量和施氮量等)通过问卷调研和文献数据来获得。以华北平原冬小麦/夏玉米轮作模式为例,利用验证后的农田生态系统管理模型(APSIM)对不同措施(氮肥利用、 灌溉和有机肥配施)进行20 年 (1990~2010)尺度的模拟,并结合农田投入品在生产和运输过程的排放,遵照评价方法对不同水氮管理措施的温室效应进行了分析。【结果】与当前常规农民措施相比,将常规施氮量从520 kg/hm2减少为400 kg/hm2,粮食产量在20 a间不存在显著性差异(P=0.39),但年均温室气体排放总量(AE-GHG)可减少约1.45 t/hm2,温室气体排放强度(GHGI)可减少约0.08 t/t; 若将该地区常规灌溉量从300 mm减少到240 mm,粮食产量在20年间不存在显著性差异(P=0.39),年均温室气体排放总量(AE-GHG)可减少约0.29 t/hm2,温室气体排放强度(GHGI)可减少约0.01 t/t,主要归因于电力消耗的降低,减少了生产和传输过程中温室气体排放; 若将常规措施中的底肥(N)全部替换为有机肥,粮食产量在20年间不存在显著性差异(P=0.63),年均温室气体排放总量(AE-GHG)可减少约0.03 t/hm2,温室气体排放强度(GHGI)则基本无变化,虽然有机肥可带来更多的土壤固碳,但是若考虑到其堆肥生产排放和还田过程增加的油耗排放,其总体温室气体减排量并不明显。【结论】在华北平原当前情况下,农田温室气体减排措施应以减施化肥、 减少灌溉量为主要方向,可同时实现氮肥生产运输和农田土壤排放2个环节上的减排。年施用氮肥减少120 kg/hm2,灌溉量减少60 mm,20年内温室气体减排潜力约为1.45和0.29 t/(hm2·a)。     

硝化/脲酶抑制剂对秋马铃薯植株及土壤氮素利用的影响

通过添加硝化/脲酶抑制剂达到秋马铃薯生产中减氮增效的目的,为制定秋马铃薯的农田氮素管理措施及节肥增效策略提供依据.采用随机区组试验设计,设置30、60、90、120 kg/hm24个施氮水平与硝化/脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、双氰胺(DCD)、2-氯-6-三氯甲基吡啶(CP)、未添加硝化/脲酶抑制剂(C...     

脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田氨挥发的影响

采用密闭室间歇通气法和15N标记技术研究了尿素施入稻田后氨挥发损失特征以及脲酶抑制剂(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)对稻田氨挥发损失的影响。结果表明,稻田施用尿素后第4天氨挥发速率达到峰值,氨挥发损失主要发生在施肥后21天内。与单施尿素处理相比,添加NBPT处理的氨挥发速率峰值降低27.04%,累积氨挥发损失量降低21.65%;NBPT与DMPP配施时,氨挥发速率峰值降低12.95%,累积氨挥发损失量降低13.58%;而添加DMPP时,氨挥发速率峰值增加23.61%,累积氨挥发损失量与单施尿素的差异不显著。相关性分析表明,地表水中铵态氮浓度和pH值与氨挥发速率均达极显著正相关,说明二者是影响氨挥发速率的主要因素,而气温、 地温和水温与氨挥发速率的相关性不显著。与单施尿素相比,添加脲酶抑制剂可显著增加稻谷产量。脲酶抑制剂与硝化抑制剂配合施用可更有效地提高氮肥的回收率。综合降低氨挥发、 提高水稻产量及地上部氮肥回收率的效果,添加脲酶抑制剂以及脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施的两个处理效果较为理想,硝化抑制剂不宜单独添加。     

土壤pH值和含水量对土壤硝化抑制剂效果的影响

硝化抑制剂如2-氯-6-三氯甲基吡nitrapyrin,通常与氮肥配施来抑制硝化作用提高农田中肥料的利用率,但是其抑制效果会受到土壤理化性质的影响。采用新工艺重新合成后的新型nitrapyrin纯度高达98%,由于杂质减少而具有更好的硝化抑制效果。为了研究土壤pH值和含水量对新型nitrapyrin抑制效果的影响,明确nitrapyrin适合施用的土壤条件,采用室内培养试验,研究了在不同的土壤pH值和含水量下nitrapyrin对无机氮含量动态变化和硝化作用强度的影响,以及其硝化抑制率的变化规律。结果表明:随着土壤pH值的升高,铵态氮含量降低,硝态氮含量和表观硝化率呈现上升的趋势,并且在所有pH值处理下氮肥配施nitrapyrin均显著地降低了矿质氮库铵态氮的转化量,均不同程度地抑制了硝化作用;在培养的第9天,nitrapyrin在pH值7.70处理下对硝化作用抑制效果最好,硝化抑制率达到91.53%,但硝化抑制率的降低速率在高pH值处理上更快;在培养的第45天,当pH值为4.66时,硝化抑制率为36.43%,显著高于其他处理;在整个培养过程中,施用nitrapyrin能显著抑制各处理的硝化作用,硝化抑制率在不同土壤含水量上的表现为:40%WHC60%WHC80%WHC。可见,nitrapyrin更加适合施用在酸性土壤以及旱地土壤上,该研究可以为新型硝化抑制剂nitrapyrin在农田中施用的最优条件提供理论依据。     

生物质炭及硝化/脲酶抑制剂对滨海盐渍土土壤盐分及作物氮素吸收利用的影响

为研究生物质炭及硝化/脲酶抑制剂对滨海盐渍土土壤盐碱、氮素有效性、作物氮素吸收利用以及土壤氮平衡的影响,通过盆栽试验,共设9个处理:不施氮肥、常规化肥、生物质炭+常规化肥、常规化肥+硝化抑制剂DCD、常规化肥+脲酶抑制剂NBPT、常规化肥+DCD+NBPT、生物质炭+常规化肥+DCD、生物质炭+常规化肥+NBPT、生物...     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系对氮素环境承受力分析

通过田间试验研究了华北地区冬小麦/夏玉米轮作体系对氮素的环境承受力。结果表明,冬小麦和夏玉米达到最高产量时的施氮量分别是112和180.kg/hm2。氮肥利用率和农学利用率随施氮量的增加而降低,生理利用率表现出抛物线的趋势。在农户习惯施氮条件下,冬小麦和夏玉米的氮肥利用率分别是10%和6%,每千克氮肥分别增产2和3千克。灌水和集中降雨是引起土壤硝态氮明显下移的主要因素。氮素平衡计算的结果表明,低施氮量时,氮素盈余以残留Nmin为主,高量施氮则以表观损失为主。将收获后090.cm土壤中的硝态氮的量控制到150kg/hm2,可以在兼顾环境的前提下获得较高的产量;此时冬小麦季的施氮量是122.kg/hm2,产量(干物重)达到最高产量4331.kg/hm2;夏玉米季的施氮量是145.kg/hm2,产量(干物重)是7965.kg/hm2,达到最高产量的97%。     

RZWQM模拟小麦 玉米轮作系统氮素运移及损失特征

本文以位于华北平原的河北省农林科学院大河试验站冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,应用RZWQM(Root Zone Water Quality Model)模型对华北地区2010年冬小麦-夏玉米的1个轮作周期内土壤剖面水分和剖面硝态氮累积、作物产量、硝态氮淋失以及氨挥发进行模型模拟。本文利用并通过RZWQM模型在不同梯度施肥情况下讨论了施肥量对小麦-玉米轮作体系中硝态氮淋溶和氨挥发特性,并尝试通过拟合出的回归曲线来确定施氮量和硝态氮淋失和氨挥发之间的关系。设置冬小麦-夏玉米轮作周期施纯氮量分别为575 kg-hm-2(N3)、400 kg-hm-2(N2)、215 kg-hm-2(N1)和0 kg-hm-2(N0)4个处理,应用轮作周期中玉米数据进行模型参数率定,应用小麦进行模型参数的验证。结果表明:模型的玉米率定以及小麦验证的过程中结果偏差均在可接受范围内,剖面水分率定均方误差(RMSE)最高为0.019 cm3-cm-3,平均相对误差(MRE)最高为15.98%;剖面硝态氮累积验证结果 RMSE平均值为4.580 mg-kg-1,MRE平均值为52.63%。在模型验证的小麦-玉米季土壤基础上,硝态氮淋溶和氮挥发都与施氮量呈一定线性相关关系。综上结论,本试验结果能较好地模拟华北地区土壤剖面水分、硝态氮积累,以及施氮量对土壤硝态氮淋失和氨挥发的影响,为预测和估算土壤适宜施氮量提供了便捷可靠的方法。但RZWQM模型验证参数过程还需要进一步的校正与完善。     

不同农业管理措施对华北地区麦田温室气体排放的影响

利用静态暗箱-气相色谱法对华北地区4种农业管理措施下的小麦农田生态系统温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)的排放通量进行了观测,并对其综合增温潜势进行了估算。结果表明,麦季农田土壤是N_2O和CO_2的排放源,CH_4的吸收汇。与秸秆不还田(SN)相比,秸秆还田(SR)显著提高了CO_2和N_2O的排放量,但增加了CH_4的吸收量。通过施用新型肥料(SRC)或采用氮肥条施(SRR)的施肥方式,可以降低22.4%~35.5%的N_2O排放量,并增加9.3%~44.2%的CH_4吸收量。尤其是SRR可以抵消由于秸秆还田引起的N_2O增排。4种管理措施下的麦田是大气总温室气体的吸收汇,在秸秆还田基础上施用新型氮肥品种或采用氮肥条施的施肥方式,能够达到温室气体减排,且增产增效的效果。     

华北地区冬小麦主要气象灾害风险评价

为了对华北地区冬小麦生育期内遇到的主要气象灾害(干旱和干热风)的综合风险进行评价,根据气象灾害发生机理及区域环境特征建立危险性、暴露性和脆弱性评价模型,并构建综合风险模型,具体分析各地区综合风险的大小及主导风险因子,该文利用华北地区48个农气站冬小麦发育期资料(1981-2010年)和气象资料(1961-2010年)以及近50 a产量资料,将冬小麦全生育期划分为前期(播种期-起身期)、中期(拔节期-开花期)、后期(灌浆期-成熟期)3个阶段,并充分考虑了底墒形成期(播种当年7-9月)内的降水,分别基于水分亏缺指数和加权干热风日数构建了干旱、干热风等级指数,对华北地区冬小麦干旱、干热风灾害以及综合气象灾害风险进行分析。结果表明:危险性、脆弱性和暴露性的权重分别为0.3272、0.3116和0.3612。华北地区冬小麦农业气象灾害风险值有2个高值中心,一个位于冀鲁豫交汇处,一个位于河北省泊头、黄骅等地,风险值由中心向四周逐渐降低。根据该文构建的综合风险评估模型,将华北冬小麦种植区划分为5个不同风险等级区。评价结果具有较强的针对性,可以为华北各地区农业气象灾害风险管理提供参考。     

耕作方式对华北农田土壤有机碳储量及温室气体排放的影响

耕作方式能够改变土壤有机碳在土层中的分布,进而对土壤有机碳及土壤碳储量产生影响。该研究在模型调整的基础上选取了土壤有机碳(SOC)、土壤碳密度(SCD)、土壤呼吸(SR)以及生物量碳(BC)4个指标对DNDC(denitrification-decomposition)模型在华北麦-玉两熟农田的适用性进行验证,并用该模型模拟当地土壤碳储量(SCS)动态变化以及温室气体排放特征。结果表明,模型模拟值与实测值吻合良好,此模型可以适用于华北麦-玉两熟农田土壤有机碳的模拟研究;2001-2010年SOC和SCS逐年递增;对未来100a模拟发现,前15a旋耕(RT)和翻耕(CT)处理SOC增长迅速,而免耕(NT)SOC的剧烈增长趋势要持续近40a;对比各处理100a碳储量变化可知,前20aCT处理SCS最大,20a后NT处理SCS最大;各处理土壤全球变暖潜势(GWP)大小为CT>RT>NT。通过验证该文证明了DNDC模型可以较好地研究华北麦-玉两熟农田土壤碳循环;长久来看NT有利于农田SCS的积累以及GWP的降低。该研究能够为华北麦-玉两熟农作区固碳减排提供依据。     

施肥对板栗林土壤活性碳库和温室气体排放的影响

在浙江省临安市典型板栗林试验地,利用静态箱-气相色谱法测定了不同施肥条件下板栗林土壤CO2和N2O排放速率,同时测定了土壤水溶性有机碳（WSOC）和微生物量碳（MBC）含量。初步探讨了施肥对板栗林土壤活性碳库与温室气体排放速率的影响,以及土壤温室气体排放速率与活性碳库之间的关系。本试验设置不施肥（CK）、 无机肥（IF）、 有机肥 （OF）和有机无机混合肥（OIF,1/2无机肥和1/2有机肥）4个施肥处理。结果表明, 施肥1个月后,与不施肥（CK）处理相比,无机肥（IF）、 有机肥（OF）和有机无机混合肥（OIF）处理下土壤CO2排放速率分别增加了87%、 38%和61%, N2O排放速率分别增加了101%、 67%和95%; 而施肥6个月后,与CK处理相比,IF、 OF和OIF处理下土壤CO2 排放速率分别增加了51%、 43%和64%,N2O排放速率分别增加了21%、 29%和47%。同时,施肥显著增加板栗林土壤WSOC和MBC含量（P＜0.05）。此外,土壤CO2和N2O排放速率与WSOC含量均呈显著正相关（P0.05）,而与MBC含量没有显著的相关性。因此,施肥引起板栗林地土壤WSOC含量增加可能是导致板栗林地土壤温室气体排放增加的重要原因之一。     

控释掺混肥对麦玉轮作体系农田温室气体排放和硝态氮残留的影响

为阐明控释肥对冬小麦-夏玉米轮作体系作物产量、温室气体排放和硝态氮残留的影响,该研究以郑单958（夏玉米）和济麦22（冬小麦）为供试材料,设不施氮对照（CK）、常规施氮（FFP）、优化施氮（OPT）、含30%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含50%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF1）、含50%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含70%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF2）共5个处理,对比分析了不同处理的冬小麦、夏玉米及周年产量、温室气体排放和土壤硝态氮残留的差异。结果表明,施氮可显著提高麦玉轮作系统单季和周年作物产量（P<0.05）。与FFP相比,CRBF1和CRBF2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量分别提高了1.4%～3.0%、1.9%～3.4%和1.6%～3.1%（P>0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的土壤N₂O和CO₂的周年排放（P<0.05）。CRBF1和CRBF2处理的土壤N₂O周年排放总量较FFP处理显著降低了27.7%～34.6%（P <0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的周年全球增温潜势（GWP）（P<0.05）。CRBF1和CRBF2处理的周年GWP较FFP处理降低了4.2%和5.7%,其中CRBF2处理差异显著（P<0.05）。施氮降低了麦玉轮作体系的周年温室气体排放强度（GHGI）。CRBF1和CRBF2处理的周年GHGI较FFP处理降低了5.6%～8.6%（P>0.05）。与FFP相比,CRBF1和CRBF2处理的100~200 cm土层硝态氮残留降低30.6%～34.3%（P<0.05）,减少了硝态氮淋失风险。综上所述,控释掺混肥在稳定作物产量、减少温室气体排放和土壤硝态氮残留方面具有积极作用,研究结果可为麦玉轮作体系的轻简高效氮肥管理提供数据支持和理论支撑。     

Comparison of the effectiveness of a nitrification inhibitor, dicyandiamide, in reducing nitrous oxide emissions in four different soils under different climatic and management conditions

Nitrous oxide (N₂O) is a potent greenhouse gas and, in New Zealand, about one‐third of the total greenhouse gas emissions from the agricultural sector are of N₂O, mostly derived from animal excreta in grazed pasture soils. The aim of this study was to determine the effectiveness of a nitrification inhibitor, dicyandiamide (DCD), in reducing N₂O emissions from animal urine patches in four different soils located in different regions of New Zealand with different soil, climatic and management conditions. The four soils are Templeton fine sandy loam and Lismore stony silt loam in Canterbury in the South Island, Horotiu silt loam in the Waikato region and Taupo pumice sand near Lake Taupo, both in the North Island. Results showed that the application of a fine‐particle suspension nitrification inhibitor, DCD, to grazed pasture soils was very effective in reducing N₂O emissions in all four different soils. Total N₂O emissions (over 69–137 days) from animal urine patches ranged from 1 to 20.9 kg N₂O‐N ha^?1 without DCD. These were reduced to 0.31–5.7 kg N₂O‐N ha^?1 by the use of DCD, representing 61–73% reductions (with an average of 70% reduction). The N₂O‐N emission factor from animal urine N, EF₃, was reduced from an average of 0.9 to 0.3% by the use of DCD. These results demonstrate the potential of using nitrification inhibitors to mitigate N₂O emissions in a wide range of grazed pasture soils under different climatic and management conditions.