硝化抑制劑2-氯-6-三氯甲基吡啶在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用研究進(jìn)展及其影響因素

張忠慶，高 強(qiáng)

（吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

近年來，在化肥減施政策的引導(dǎo)下，我國(guó)氮肥利用率由原來的25%左右上升到32%左右，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美地區(qū)（歐洲為52%，美國(guó)和加拿大為68%）和世界平均水平（42%）［1］。未被利用的氮進(jìn)入水體和大氣中［2］，造成的環(huán)境污染等問題日益突出［3-4］，減少氮肥投入和提高氮素的利用率是緩解該問題的有效途徑。硝化抑制劑2-氯-6-三氯甲基吡啶（CP）通過抑制土壤硝化功能微生物活性，延緩?fù)寥乐袖@態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，提高土壤銨態(tài)氮含量，進(jìn)而減少氮素淋溶損失以及N2O排放，提高氮素利用率［5-7］，目前已經(jīng)被較為廣泛地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。2013年，國(guó)家將穩(wěn)定性肥料納入生產(chǎn)許可管理，指出在肥料中添加硝化抑制劑的肥料叫作穩(wěn)定性肥料Ⅱ型，因此硝化抑制劑CP成為穩(wěn)定性肥料Ⅱ型的重要技術(shù)核心之一。為此，本文系統(tǒng)綜述了國(guó)內(nèi)外CP的研發(fā)歷程和作用機(jī)理，評(píng)述了施用CP的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，闡述了CP在土壤中硝化抑制效果的影響因素，并展望了未來的研究方向，以期為充分發(fā)揮CP潛力、降低氮肥用量和提高氮肥利用效率提供一定的參考價(jià)值。

1 硝化抑制劑CP特性

2-氯-6-三氯甲基吡啶，英文名稱為Nitrapyrin，簡(jiǎn)稱CP，是一種白色晶狀固體物質(zhì)，分子量230.9，熔點(diǎn)62～63℃，幾乎不溶于水（＜0.01 g/100 mL，18 °C），易溶于甲醇、乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑。CP在土壤中易水解成6-氯吡啶羧酸和氯化氫，造成揮發(fā)損失；應(yīng)用于高有機(jī)質(zhì)土壤時(shí)，易被吸附而降低有效性；易于光解，不適合表施。

2 硝化抑制劑CP研發(fā)歷程

國(guó)外對(duì)CP的研發(fā)進(jìn)行了大量的研究工作。1962年首次報(bào)道了CP具有硝化抑制特性［8］。1974年DOW化學(xué)公司使用CP開發(fā)出一種硝化抑制產(chǎn)品“N-server”并于1976年商業(yè)化。1975年美國(guó)環(huán)保局正式批準(zhǔn)并在農(nóng)業(yè)上大面積推廣使用，美國(guó)每年有超過1000萬hm2的農(nóng)田應(yīng)用這個(gè)產(chǎn)品，主要使用的作物為玉米［9］。自2009年起，DOW化學(xué)公司又推出CP的一種新劑型（Instinct），并在美國(guó)取得專利；2013年，“Instinct”引入中國(guó)，中文命名為“伴能”，同年DOW化學(xué)公司和中化化肥簽署戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議，其下屬全資子公司——中化（煙臺(tái)）作物營(yíng)養(yǎng)有限公司成功開發(fā)出“伴能”緩釋玉米專用肥“藍(lán)力士”，2014年中化“藍(lán)力士”上市。國(guó)內(nèi)對(duì)CP也開展了廣泛的研發(fā)，其中具有代表性的為中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，在CP與脲酶抑制劑和其他硝化抑制劑復(fù)配研究方面做出了突出貢獻(xiàn)［10］。同時(shí)，浙江奧復(fù)托公司針對(duì)傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的CP純度較低問題，采用現(xiàn)代先進(jìn)化學(xué)工藝成果生產(chǎn)出純度高達(dá)98%的CP原藥，使產(chǎn)品具有更好的硝化抑制效果。同時(shí)針對(duì)國(guó)內(nèi)不同作物、不同土壤類型和區(qū)域氮肥施用特征等，成功制備出CP乳油和CP水乳劑等多種劑型，以適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐需求，并形成“NMAX”系列產(chǎn)品，如“NMAX氮定”“NMAX氮伴”“NMAX土地精”等，在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的推廣和應(yīng)用。針對(duì)CP易被高有機(jī)質(zhì)土壤吸附而有效性較低這一問題，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)新型肥料研發(fā)團(tuán)隊(duì)Zhang等［11］根據(jù)區(qū)域典型黑土性質(zhì)，采用原位聚合法，以改性蜜胺樹脂為壁材制備了CP微囊，嘗試通過改變CP劑型來提高其在黑土中的有效性，初步研究發(fā)現(xiàn)該方法能實(shí)現(xiàn)CP在黑土中的緩慢釋放，提高了CP的有效性，延長(zhǎng)作用時(shí)間，減少用量，并且合成時(shí)以水為介質(zhì)，減少了有機(jī)物用量，對(duì)環(huán)境更友好。

3 硝化抑制劑CP作用機(jī)制

CP能夠有效地抑制硝化反應(yīng)，減緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，從而減少氮肥的淋溶損失［12-13］。當(dāng)氨或者銨鹽被施入土壤后會(huì)發(fā)生硝化作用，即銨態(tài)氮在微生物作用下被氧化為硝態(tài)氮。硝化作用大致可以分為兩個(gè)步驟：第一步為氨氧化細(xì)菌將銨態(tài)氮氧化為亞硝態(tài)氮，中間產(chǎn)物為NH2OH，N2O由這一步產(chǎn)生；第二步為NO2-被亞硝酸氧化細(xì)菌氧化為NO3-；這兩步反應(yīng)只要有一步受到抑制，整個(gè)反應(yīng)就會(huì)被抑制［14］。現(xiàn)有研究普遍認(rèn)為，硝化抑制劑CP是通過抑制硝化反應(yīng)的第一步來發(fā)揮硝化抑制作用的。對(duì)現(xiàn)有關(guān)于CP硝化抑制作用機(jī)理的報(bào)道進(jìn)行總結(jié)，主要包含以下3個(gè)方面：（1）CP通過螯合氨氧化過程中相關(guān)酶的Cu組分抑制硝化過程［15］；（2）CP通過抑制氨氧化過程中起著電子傳遞、調(diào)節(jié)還原劑濃度作用的細(xì)胞色素氧化酶活性抑制硝化過程［16］；（3）通過影響氨氧化細(xì)菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）的活性來抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程，從而使整個(gè)硝化過程被抑制［17-18］。

4 硝化抑制劑CP生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

4.1 環(huán)境中CP殘留及測(cè)定方法

目前美國(guó)、日本和韓國(guó)規(guī)定糧食作物及其副產(chǎn)品中CP的最大殘留限量范圍為0.1～0.6 mg/kg，我國(guó)香港地區(qū)規(guī)定在谷物、高粱及玉米中CP及其代謝物6-氯吡啶甲酸之和的建議最高限量為0.1 mg/kg，小麥的建議限量為0.5 mg/kg。我國(guó)GB 2763-2019尚未制定CP最大殘留限量，CP在土壤中的殘留限量國(guó)內(nèi)外均未制定。采用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)CP及其主要代謝產(chǎn)物6-氯吡啶甲酸進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，能夠?yàn)榧Z食作物及土壤中CP的最大殘留限量標(biāo)準(zhǔn)制定及CP的環(huán)境歸屬提供技術(shù)支持。國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于CP的測(cè)定方法進(jìn)行了廣泛研究，主要包括氣相色譜法［19］、高效液相色譜法［20-21］、氣相色譜-質(zhì)譜法［22-23］等。Emily等［22］采用氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)美國(guó)中西部的農(nóng)業(yè)土壤、地下排水溝和溪流中CP進(jìn)行了檢測(cè)，并指出CP施用土壤后的環(huán)境命運(yùn)主要是吸附到土壤上以及通過淋溶和地表徑流進(jìn)行轉(zhuǎn)移；孫靈慧等［23］選擇相對(duì)安全的衍生試劑濃硫酸，對(duì)樣品前處理過程進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)合氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法，建立起高粱、小麥和玉米等糧食作物中CP殘留量的分析方法。

4.2 對(duì)N2O排放的影響

化學(xué)氮肥施入土壤中短期內(nèi)會(huì)引起土壤N2O釋放量的增加，在造成氮肥損失的同時(shí)，還會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染。國(guó)內(nèi)外專家在不同的施肥方式、土壤類型和土壤利用方式等對(duì)CP影響N2O的排放方面進(jìn)行了大量研究，大部分研究表明，CP能減少室內(nèi)培養(yǎng)和田間土壤中N2O的排放，不同施肥方式、不同土壤類型和土壤不同利用方式等對(duì)CP減少N2O的排放影響較大，但是在土壤團(tuán)聚體尺度探究CP影響N2O排放機(jī)制方面還缺乏相應(yīng)研究。在室內(nèi)靜態(tài)培養(yǎng)試驗(yàn)方面，楊柳青等［24］采用室內(nèi)靜態(tài)培養(yǎng)方法研究了CP對(duì)石灰性潮土N2O減排效果，CP能夠降低87.4%～99.6%的N2O排放，氮素轉(zhuǎn)化過程中只有0.03%～0.84%的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2O；Cai等［25-26］在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下研究發(fā)現(xiàn)砂質(zhì)壤土添加CP后N2O排放量減少了60%～74%；Chen等［27］通過實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)試驗(yàn)研究了CP對(duì)澳大利亞南部地區(qū)土壤在受控濕度和溫度下N2O排放的影響，CP處理下累計(jì)N2O排放量減少65%以上。在田間靜態(tài)箱法試驗(yàn)方面，魏珊珊等［28］研究發(fā)現(xiàn)施氮量為270 kg/hm2時(shí)配合CP使用能減少土壤N2O排放；賴晶晶等［29］研究發(fā)現(xiàn)CP對(duì)紫色土N2O產(chǎn)生速率表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制效果。Yu等［30］研究發(fā)現(xiàn)在地膜覆蓋條件下使用CP減少了棉花田間23%～39% N2O的排放。Zhang等［31］研究表明集約化蔬菜生產(chǎn)過程中CP顯著降低了N2O年排放量的16.5%。Liu等［32］研究發(fā)現(xiàn)在滴灌施肥循環(huán)中，尿素和CP共同使用可顯著降低6、7、8月N2O的平均排放通量6.6%～21.8%，施用CP比單純施用尿素顯著減少了14.3%的季節(jié)N2O排放量，與單獨(dú)施用尿素相比，尿素加CP降低了季節(jié)性N2O排放因子（EF）32.4%。Martins等［33］在對(duì)熱帶酸性土壤上進(jìn)行的田間試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，玉米播種期間施用尿素（N 50 kg/hm2）后30 d內(nèi)，CP使N2O累積排放量減少了49%。Cui等［34］研究了CP對(duì)中國(guó)北部典型的3種耕地土壤中N2O排放和氨氧化微生物群落的影響，在沖積土、黑土和水稻土中，尿素添加CP分別減少了N2O 2.9、0.4和2.2 pM/（g·h）排放。Tyler等［35］研究發(fā)現(xiàn)CP和尿素共同使用能顯著降低美國(guó)中西部排水不良的粘質(zhì)土壤中N2O的排放。Bhandari等［36］對(duì)CP影響華北平原冬小麥土壤N2O排放進(jìn)行了研究，指出添加CP能顯著降低N2O排放，并且建議在華北平原應(yīng)用CP時(shí)降低20%氮的施用量，以增加冬小麥的經(jīng)濟(jì)效益并減輕華北平原的環(huán)境污染。但也有研究表明CP對(duì)田間N2O的排放影響不大，如Parkin等［37］在評(píng)價(jià)CP與無水氨共同使用對(duì)N2O排放量的影響時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，1年內(nèi)CP可使秋末春初N2O排放量減少0.62 kg/hm2，但2年的N2O累積年排放量并沒有明顯減少；Niu等［38］研究表明，CP處理的NO排放量顯著低于單獨(dú)施氮處理，但對(duì)N2O排放量沒有影響。

4.3 對(duì)硝態(tài)氮淋溶損失的影響

硝態(tài)氮含量過高會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)牲畜和人類造成危害［39］，這是現(xiàn)階段全球范圍內(nèi)最主要的環(huán)境問題之一［40］。延緩銨態(tài)氮在土壤中被微生物氧化為硝態(tài)氮，是減少硝態(tài)氮被淋洗的有效途徑，目前使用最多的方法之一就是利用硝化抑制劑來抑制硝化作用的發(fā)生［41］。CP通過抑制土壤中銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，增加易被土壤吸附的銨態(tài)氮含量來減少硝態(tài)氮的淋溶和徑流，極大地降低了硝態(tài)氮隨地表徑流水流失的風(fēng)險(xiǎn)，并且提高了一些喜好銨態(tài)氮的淹水作物對(duì)氮素的利用率。在CP硝化抑制的作用下，土壤中存在大量的銨態(tài)氮，有效促進(jìn)了農(nóng)作物對(duì)其吸收，同時(shí)土壤膠體又能高效吸附銨態(tài)氮減少其流失，降低硝態(tài)氮的徑流損失。土壤中鹽基離子淋失量的降低，可能正是CP的施用導(dǎo)致植株對(duì)鹽基離子吸收量增加以及土壤pH升高的重要原因之一［6，42-43］。已經(jīng)有研究表明，硝化抑制劑CP可以防止美國(guó)秋季施氮通過淋洗和反硝化從根區(qū)流失氮的更大風(fēng)險(xiǎn)造成的損失，與單獨(dú)使用無水氨相比，使用CP可以減少10%的硝酸鹽淋失［44-45］；Rory等［46］在加拿大主要谷物和油料種子種植區(qū)建立了21項(xiàng)研究試驗(yàn)，以評(píng)估2種市售配制的CP產(chǎn)品（eNtrench和N-Serve）在穩(wěn)定土壤中銨態(tài)氮和防止氮流失方面的功效，添加CP處理秋季土壤中增加了21%～63%的銨態(tài)氮和10%～19%的總礦質(zhì)氮。而Jeffrey等［47］在氮肥和CP混合使用對(duì)玉米-大豆輪作地下排水系統(tǒng)中硝酸鹽損失的影響研究中指出，CP并沒有減少硝態(tài)氮的排放。

4.4 CP對(duì)土壤硝化功能微生物活性的影響

土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮可以通過硝化反應(yīng)過程和硝酸鹽異化還原成銨（DNRA）過程實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化，其中硝化反應(yīng)過程包括由氨氧化細(xì)菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）和硝化細(xì)菌（NOB）引發(fā)的傳統(tǒng)硝化反應(yīng)和由完全氨氧化細(xì)菌（Comammox Nitrospira）引導(dǎo)的一步硝化反應(yīng)過程?，F(xiàn)有研究表明，CP通過影響AOB和AOA的活性來來抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程，從而使整個(gè)硝化過程被抑制［17-18］，添加CP可以影響土壤中氨氧化功能微生物的活性和群落多樣性，但是不同土壤類型及環(huán)境條件下CP對(duì)硝化功能微生物活性產(chǎn)生影響也不盡相同。劉濤等［48］研究表明尿素添加CP分次隨水滴施可調(diào)控土壤的微生態(tài)環(huán)境，在一定程度上提高土壤微生物的代謝能力，增加微生物群落功能多樣性，緩解因長(zhǎng)期施用無機(jī)氮肥導(dǎo)致的土壤微生物活性降低；王雪薇等［49］發(fā)現(xiàn)CP對(duì)石灰性土壤AOA與AOB群落結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生明顯影響。Lehtovirta-Morley等［50］發(fā)現(xiàn)在土壤中添加CP能顯著降低amoA基因豐度。Fisk等［51］研究發(fā)現(xiàn)，CP能夠降低夏季休耕土壤有機(jī)質(zhì)礦化引起的硝化作用，但對(duì)高溫下amoA基因的豐度影響不大。Faeflen等［52］在酸性黃壤添加CP導(dǎo)致硝態(tài)氮濃度顯著降低，AOB豐度在孵育過程中略有增加，但CP顯著降低AOB-amoA基因拷貝數(shù)約80%，而對(duì)AOA豐度影響僅在培養(yǎng)的最后2周開始顯著。Xi等［53］研究發(fā)現(xiàn)，CP降低了菜地土壤中細(xì)菌amoA基因的凈硝化速率，抑制了細(xì)菌amoA基因的突變，但對(duì)細(xì)菌amoA基因沒有影響，土壤pH值是影響AOA和AOB豐度和群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子。Cui等［34］研究了CP對(duì)中國(guó)北部典型的3種耕地土壤中N2O排放和氨氧化微生物群落的影響，發(fā)現(xiàn)尿素和CP對(duì)土壤N2O排放的弱刺激和抑制作用與土壤AOB豐度的弱效應(yīng)相對(duì)應(yīng)，3種土壤N2O排放量的變化與AOA豐度均無顯著相關(guān)性。Gu等［54］對(duì)中國(guó)華南地區(qū)氮肥利用率較低的黃壤稻田土壤進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，CP對(duì)AOA有抑制作用，但對(duì)AOA和AOB群落結(jié)構(gòu)沒有影響，CP改善氮素利用率和抑制潛在硝化速率是由于抑制AOA的生長(zhǎng)引發(fā)的。呼娟娟等［55］在對(duì)有機(jī)無機(jī)肥配合生化抑制劑影響土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化研究中發(fā)現(xiàn)，在有機(jī)肥替代40%化肥的常規(guī)氮用量下，添加CP能顯著降低與有機(jī)碳礦化相關(guān)的土壤微生物量和酶活性，特別是纖維素酶活性，進(jìn)而抑制土壤中有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化。

硝酸鹽異化還原成銨（DNRA）微生物是土壤微生物的重要組成部分［56］，在硝酸鹽還原過程中具有重要貢獻(xiàn)［57-58］，近年來成為了氮循環(huán)研究的熱點(diǎn)［59-63］。DNRA過程是以NO3-、NO2-為電子受體，氧化NADH產(chǎn)生NH4+，存在于細(xì)菌和真菌中［58］，該過程能夠?qū)⑾鯌B(tài)氮轉(zhuǎn)化為更容易被植物利用的銨態(tài)氮。硝化抑制劑CP和DNRA功能微生物均能提高土壤銨態(tài)氮含量，其中DNRA是通過相關(guān)功能微生物作用使硝態(tài)氮向銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化來提高土壤銨態(tài)氮含量。目前關(guān)于通過外界因子調(diào)控DNRA過程來影響土壤銨態(tài)氮含量的研究成為熱點(diǎn)。最新研究表明，CP通過刺激DNRA速率降低凈硝化速率，對(duì)DNRA過程有促進(jìn)作用［64］，但其對(duì)土壤銨態(tài)氮增加的潛勢(shì)和微生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制不詳，同時(shí)關(guān)于硝化抑制劑CP提高土壤銨態(tài)氮含量方面的研究均忽略了CP介導(dǎo)DNRA過程對(duì)增加土壤銨態(tài)氮的貢獻(xiàn)。

4.5 CP對(duì)氮素利用率的影響

CP施入土壤后能顯著抑制硝化細(xì)菌的活性，延緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，提高土壤銨態(tài)氮含量，減少氮素淋溶和溫室氣體排放，進(jìn)而提高氮素利用率。魏珊珊等［28］研究發(fā)現(xiàn)氮肥噴涂CP可使氮肥利用率提高7.1%～8.9%。Bhandari等［36］研究表明使用CP可使氮農(nóng)學(xué)利用率提高1.74%～10.83%。劉濤等［48］在田間滴灌條件下，研究了尿素添加CP可提高棉田氮肥利用率11.5%～12.5%；Ren等［65］研究表明在淹水地區(qū)施用CP可使玉米氮素利用率提高9%～13%；Martins等［33］發(fā)現(xiàn)播種期施用CP的熱帶酸性土壤可提高氮素回收率53%。因此，CP施入土壤能顯著提高氮素利用率已是定論，但不同劑型CP對(duì)提高氮素利用率的機(jī)理不同，特別是近年來CP新劑型的不斷研發(fā)，其中CP微囊劑型實(shí)現(xiàn)了CP的緩慢釋放，與傳統(tǒng)劑型相比硝化抑制時(shí)間更長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了較長(zhǎng)時(shí)間保持土壤中銨態(tài)氮含量，勢(shì)必進(jìn)一步提高氮素利用率，但仍然有必要開展CP微囊劑型代替?zhèn)鹘y(tǒng)劑型提高氮利用率機(jī)制方面的基礎(chǔ)研究。

4.6 CP對(duì)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

CP是否可以提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，現(xiàn)有研究結(jié)果不一。但大部分研究表明，施加CP可以顯著提高葉片、莖稈和根系中氮的累積量和干物質(zhì)產(chǎn)量。魏珊珊等［28］研究發(fā)現(xiàn)施氮量為270 kg/hm2時(shí)配合CP使用能提高夏玉米產(chǎn)量；劉濤等［48］研究表明CP能使皮棉產(chǎn)量提高4.1%～4.4%；王雪薇等［49］發(fā)現(xiàn)CP處理的小青菜地上部分鮮重提高了17.6%，同時(shí)可顯著提高葉片維生素C含量和葉片氨基酸含量；Parkin等［37］和Randall等［45］均研究發(fā)現(xiàn)CP與無水氨共同使用能提高玉米產(chǎn)量；Nelson［66］研究表明，當(dāng)在滴灌施肥時(shí)使用CP能增加玉米產(chǎn)量；Vetsch等［67］在春季降水量大于正常值的年份使用CP能夠增加玉米產(chǎn)量；Ren等［65］研究發(fā)現(xiàn)淹水地區(qū)使用CP可使玉米產(chǎn)量提高22%～33%，增產(chǎn)機(jī)制為使用CP有效緩解了淹水引起的干物質(zhì)積累下降，增加了穗干物質(zhì)的分配比例，為淹水夏玉米提供了充足的“源”物質(zhì)，改善了籽粒灌漿特性，從而導(dǎo)致玉米產(chǎn)量的增加；Martins等［33］在熱帶酸性土壤上進(jìn)行的田間試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，播種期使用CP玉米產(chǎn)量提高1.5 t/hm2；而Niu等［38］通過田間試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)硝化抑制劑CP對(duì)砂壤土玉米產(chǎn)量沒有影響?；旌瞎?yīng)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮可以改變作物代謝途徑，改善土壤中源庫(kù)關(guān)系，進(jìn)而促進(jìn)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的提升［68-70］，土壤銨態(tài)氮供應(yīng)潛勢(shì)是影響作物生長(zhǎng)的重要因素，因此硝化抑制劑CP提高土壤銨態(tài)氮含量的能力及持久性是影響不同作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的核心機(jī)制。

目前造成研究結(jié)果不一致的原因可能有以下幾點(diǎn)：普通劑型CP在生育期前期抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化使得土壤中含有一定濃度的銨態(tài)氮，進(jìn)而增加作物生育前期生物質(zhì)量，后期由于CP不起作用或者起的作用很小，不能使土壤中保持一定濃度的銨態(tài)氮，增產(chǎn)效果不理想；也從側(cè)面解釋了使用普通劑型CP能夠使生育期較短的葉菜類作物增加產(chǎn)量而在生育期較長(zhǎng)的收獲籽粒類作物上增產(chǎn)效果沒有定論的原因［5］。而微囊劑型CP能夠?qū)崿F(xiàn)CP在土壤中的緩慢釋放，減少了土壤有機(jī)質(zhì)的吸附作用，提高了CP有效性，能夠較長(zhǎng)時(shí)間提高土壤中銨態(tài)氮含量［8］。因此，微囊劑型CP使作物整個(gè)生育期的土壤保持一定濃度銨態(tài)氮含量是實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的關(guān)鍵機(jī)理。同時(shí)，還應(yīng)該考慮CP對(duì)不同收獲類型作物（收獲籽粒、塊莖和植株葉片等）和不同喜氮類型作物（喜銨態(tài)氮和喜硝態(tài)氮）產(chǎn)量的影響等，進(jìn)一步豐富CP影響作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)理論內(nèi)涵。

5 CP硝化抑制作用效果的影響因素

CP的作用效果在不同的環(huán)境條件下表現(xiàn)出一定的差異。CP硝化抑制效率的高低、有效期長(zhǎng)短及使用效果受到添加水平、土壤質(zhì)地、溫度、水分、相關(guān)酶活性、酸堿度等諸多因素的共同影響。

5.1 添加水平

CP的用量是影響其作用效果的重要因素，不同用量抑制效果不同，具有明顯的劑量效應(yīng)。王雪薇等［49］采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，在對(duì)CP抑制石灰性土壤硝化作用比較及用量研究中指出，在0.1%～0.2%濃度范圍內(nèi)有明顯的劑量效應(yīng)，0.25%～0.5% CP的硝化抑制率為98.9%～99.9%；周旋等［71］研究發(fā)現(xiàn)，CP對(duì)黃泥田土壤尿素態(tài)氮轉(zhuǎn)化的影響過程中表現(xiàn)出較強(qiáng)的劑量效應(yīng)，不同劑量CP效果表現(xiàn)為0.6%＞0.3%＞0.15%；Lehtovirta-Morley等［50］研究指出CP在添加濃度分別為1.0、10.0和50.0μmol/L時(shí)硝化抑制率分別為15%、92%和100%；而吳曉榮等［72］在研究硝化抑制劑對(duì)典型茶園土壤尿素硝化過程的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，尿素+0.27% CP和尿素+0.54% CP 2個(gè)劑量在培養(yǎng)期間對(duì)4種茶園土壤的硝化抑制率接近甚至超過100%。

5.2 土壤質(zhì)地

土壤質(zhì)地被認(rèn)為是影響CP作用效果的最重要因素。一般情況下，土壤質(zhì)地越輕，其抑制效果越強(qiáng)烈，但是作用時(shí)間越短；原因主要在于土壤對(duì)CP的有效吸附，進(jìn)而控制土壤微域點(diǎn)位的硝化進(jìn)程，高粘粒和粉粒含量的土壤使CP被強(qiáng)烈吸附，CP在土壤中不易均勻分布，硝化作用受到的抑制較弱。顧艷等［73］采用室內(nèi)培養(yǎng)的方法研究了CP在砂土和粘土上的硝化抑制效果，在砂土上的硝化抑制率為40.0%～91.4%，在粘土上為18.5%～53.3%，硝化抑制效果表現(xiàn)為砂土＞粘土；劉濤等［74］于室內(nèi)培養(yǎng)研究CP在石灰性土壤中的硝化抑制效果，使用CP的土壤銨態(tài)氮含量較單施硫酸銨的土壤表觀硝化率隨培養(yǎng)進(jìn)程增加減慢，在砂土中的硝化抑制率高于粘土；Zhao等［64］采用15N示蹤室內(nèi)培養(yǎng)法，研究了CP對(duì)亞熱帶濕潤(rùn)地帶性酸性土（pH=5.26）和非地帶性堿性土（pH=7.62）初期（前24 h）氮素動(dòng)態(tài)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CP通過影響不同的氮素轉(zhuǎn)化過程，降低了2種土壤的凈硝化速率。Zhang等［75］對(duì)CP在黑土、黑鈣土和白漿土3種不同類型土壤中的吸附動(dòng)力學(xué)和等溫吸附作用進(jìn)行了研究，3種類型土壤對(duì)CP的吸附動(dòng)力學(xué)過程可以用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合（R2＞0.8907），等溫吸附線可以用Langmuir方程擬合（R2＞0.9400），3種類型土壤對(duì)CP的最大吸附量呈現(xiàn)黑土＞白漿土＞黑鈣土的趨勢(shì)。

5.3 土壤溫度

土壤溫度是影響CP抑制效果以及有效抑制作用時(shí)間長(zhǎng)短的重要因素之一。隨著溫度升高，銨態(tài)氮的硝化作用加強(qiáng)。原因在于溫度升高可加速CP在土壤中的移動(dòng)，同時(shí)銨態(tài)氮在土壤中的移動(dòng)也隨著溫度升高而加快。另外，CP的抑制效果隨著溫度升高而降低，還可能是因?yàn)楦邷卦黾恿宋⑸锏幕钚?，加速了CP在土壤中的降解［76-77］。隨著溫度升高，硝化抑制劑CP有效性降低，但研究主要集中在25到35℃的溫度下［27，78］。Fisk等［51］研究發(fā)現(xiàn)，CP在高溫下（40℃）仍然能夠抑制半干旱土壤中的硝化作用，而不會(huì)影響其他氮轉(zhuǎn)化率，該發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了CP在夏季休耕期間對(duì)種植季節(jié)外礦化土壤的硝化作用的控制。

5.4 土壤濕度

土壤濕度不同，CP作用效果也不同。土壤水分含量對(duì)CP抑制效果的影響較為復(fù)雜。在一定的范圍內(nèi)，土壤濕度越大，CP作用效果越明顯。這可能是由于高濕度增加了土壤的基質(zhì)勢(shì)，減少了土壤對(duì)CP的吸附，使CP易在土壤局部形成高濃度區(qū)域，保護(hù)銨態(tài)氮不被氧化。土壤含水量超過一定范圍將促進(jìn)CP在土壤中發(fā)生移動(dòng)，由于銨態(tài)氮的擴(kuò)散比CP的移動(dòng)要快，當(dāng)兩者之間的距離超過CP硝化抑制的作用范圍時(shí)，其抑制效果就明顯減弱。Gu等［79］系統(tǒng)研究了土壤含水量對(duì)CP抑制效果的影響，在整個(gè)培養(yǎng)過程中，施用CP能顯著抑制各處理的硝化作用，硝化抑制率在不同土壤含水量上的表現(xiàn)為：40%田間持水量（WHC）＞ 60% WHC＞80% WHC。

5.5 土壤酸堿度

在一定pH值范圍內(nèi)，隨土壤pH值升高，CP硝化抑制效果下降。pH值較高的土壤中硝化活性較高，因而有利于CP作用效果的發(fā)揮，但弱堿性的環(huán)境使土壤中微生物的活性也較高，氨氧化細(xì)菌活性增強(qiáng)，又會(huì)使CP的作用效果受到影響，導(dǎo)致土壤中銨態(tài)氮含量降低。土壤pH值的變化首先影響土壤CP的保持，而間接影響土壤中硝化作用過程。Gu等［79］系統(tǒng)研究了土壤pH值對(duì)CP抑制效果的影響，不同pH值處理下氮肥配施CP均顯著地降低了礦質(zhì)氮庫(kù)銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化量，均不同程度地抑制了硝化作用；在培養(yǎng)的第9 d，CP在酸堿度為中性時(shí)對(duì)硝化作用的抑制效果最好，硝化抑制率達(dá)到91.53%，但硝化抑制率的降低速率在高pH值處理更快；在培養(yǎng)的第45 d，當(dāng)土壤為酸性時(shí)，硝化抑制率為36.43%。

5.6 其他硝化抑制劑的協(xié)同效應(yīng)

硝化抑制劑CP和其他硝化抑制劑配合使用能提高有效性。周旋等［71］指出，CP與正丁基硫代磷酰三胺（NBPT）配合使用表現(xiàn)出對(duì)氮素轉(zhuǎn)化明顯的協(xié)同抑制效果，NBPT 0.5%+CP 0.3%組合抑制效果最佳。周旋等［80］還指出，在不同施肥模式下，硝化抑制劑CP會(huì)提高田面水銨態(tài)氮濃度，而脲酶抑制劑NBPT、正丙基硫代磷酰三胺（NPPT）或配施CP可有效抑制脲酶活性，降低田面水銨態(tài)氮峰值，CP或配施NBPT、NPPT有效抑制硝化作用，降低滲漏液硝態(tài)氮峰值。油倫成等［81］探討了CP與其他硝化抑制劑和氮肥增效劑組合對(duì)黑土和褐土中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化特征的影響，指出在濕潤(rùn)地區(qū)pH值較低的酸性土壤上，N+CP或N+CP+N-guard、N+CP+DCD組合的硝化抑制效果顯著且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；而在干旱半干旱的堿性土壤上，N+CP+DCD組合的硝化抑制效果和持續(xù)時(shí)間優(yōu)于其他組合。崔磊等［10］研究了添加不同種類硝化抑制劑的高效穩(wěn)定性氯化銨氮肥在黑土中的施用效果，研究發(fā)現(xiàn)CP+DMPP組合玉米的氮肥吸收利用率顯著高于CP+DCD組合。

5.7 CP劑型

劑型是影響CP有效性的一個(gè)重要因素，但是相關(guān)研究較少［82］。顧艷等［73］選用CP乳油劑和水乳劑2種劑型，分別研究了它們?cè)谏巴梁驼惩辽系南趸种菩Ч蛣┝啃?yīng)，結(jié)果表明，乳油劑和水乳劑在砂土和粘土上的最佳施用濃度均為純氮量的0.3%，最佳濃度下在砂土上的施用效果為乳油劑＞水乳劑，在粘土上的施用效果為水乳劑＞乳油劑。這可能與不同劑型的CP在不同質(zhì)地土壤中的遷移能力不同有關(guān)，其確切原因有待深入研究。因此，通過改變CP的劑型探討提高CP在不同類型土壤中的有效性，為CP增效方面的研究提供了一個(gè)新的思路。

5.8 土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)硝化抑制劑的吸附可以減少抑制劑的揮發(fā)損失量，有利于抑制劑在土壤中的存留，但同時(shí)使硝化抑制劑受到了非生物學(xué)保護(hù)，從而在一定程度上降低其生物活性。此外，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)硝化抑制劑的吸附與有機(jī)質(zhì)的組成成分及抑制劑本身的極性有關(guān)［83-85］。土壤有機(jī)質(zhì)能夠吸附硝化抑制劑，是影響硝化抑制劑有效性的重要因素［86-88］。已有研究表明，CP在農(nóng)業(yè)上使用時(shí)易被土壤有機(jī)質(zhì)吸附［89］，特別是應(yīng)用于高有機(jī)質(zhì)的土壤時(shí)，其有效性明顯降低［90］。Fisk等［51］研究CP降低土壤有機(jī)質(zhì)氮素的硝化作用和土壤amoA基因的豐度時(shí)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期作物殘留增加的土壤有機(jī)質(zhì)，降低了CP的有效性，具體表現(xiàn)為標(biāo)記銨態(tài)氮的保留率降低。Zhang等［91-92］探討了黑土去除有機(jī)質(zhì)前后對(duì)硝化抑制劑CP吸附作用的機(jī)理，揭示了黑土有機(jī)質(zhì)主要組分胡敏酸（HA）和富里酸（FA）對(duì)硝化抑制劑CP的吸附作用及其微觀機(jī)理，指出黑土對(duì)CP的吸附動(dòng)力學(xué)過程表現(xiàn)為初始的快速吸附階段和隨后的慢速吸附階段，符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程（R2≥0.8907，P＜0.05），吸附等溫線符 合Langmuir方 程（R2＞0.9400，P＜0.05）；去 除有機(jī)質(zhì)前后黑土對(duì)CP的最大吸附量（qm）和吸附常數(shù)Kf值與有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)顯著二次函數(shù)相關(guān)性（R2≥0.6484，P＜0.05）。有機(jī)質(zhì)組成成分HA和FA是有機(jī)質(zhì)吸附CP的主要因素。Jacinthe等［93］通過對(duì)CP與HA和FA的相互作用，比較了HA和FA對(duì)CP的吸附性能，研究結(jié)果表明，HA吸附的CP比FA的多，而HA是一種較好的吸附劑，對(duì)CP具有較好的吸附作用。紅外光譜提供的證據(jù)表明，吸附主要是通過一種離子結(jié)合機(jī)制產(chǎn)生的，這一機(jī)制涉及的是CP吡啶環(huán)的氮以及腐殖質(zhì)材料帶負(fù)電荷的官能團(tuán)。有機(jī)質(zhì)能夠降低硝化抑制劑的使用效果，主要原因歸納起來有以下幾個(gè)方面：一是有機(jī)質(zhì)能夠?qū)е孪趸种苿┑慕到?，或是其吸附作用降低了硝化抑制劑的活性；二是有機(jī)質(zhì)對(duì)硝化抑制劑的吸附雖然能夠減少其揮發(fā)損失量，但同時(shí)也使硝化抑制劑受到了非生物學(xué)保護(hù)，從而在一定程度上降低了其生物活性，影響硝化抑制效果；三是有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤能夠給微生物提供更好的能量來源，所以微生物的活性較強(qiáng)，增加了對(duì)硝化抑制劑的降解作用，也因此降低了硝化抑制劑的效果；四是有機(jī)質(zhì)對(duì)硝化抑制劑的吸附與有機(jī)質(zhì)的組成成分及抑制劑本身的極性有關(guān)，黃腐酸極性較強(qiáng)，因此其對(duì)水溶性較高、極性亦較強(qiáng)的硝化抑制劑的吸附能力比水溶性較低、極性較弱的硝化抑制劑強(qiáng)。

6 展望

減少氮肥使用和提高氮肥利用率是增加作物產(chǎn)量和同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，也是減少氮肥造成農(nóng)業(yè)面源污染等環(huán)境問題的重要手段。CP作為一種高效的硝化抑制劑，能夠有效降低氮肥損失，提高肥料利用率，減少環(huán)境污染，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等，具有較好的應(yīng)用前景，需要進(jìn)一步深入研究。如何發(fā)揮其最優(yōu)的抑制效果還有待進(jìn)一步研究。主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）針對(duì)CP易揮發(fā)、光解和易被土壤有機(jī)質(zhì)吸附而降低有效性等問題，需探索通過研制CP新劑型來實(shí)現(xiàn)CP緩慢釋放，進(jìn)而深入探索提高CP在土壤中有效性的系統(tǒng)研究。

（2）針對(duì)CP影響DNRA功能微生物活性方面研究缺失，需開展硝化抑制劑CP通過激發(fā)DNRA微生物活性促進(jìn)硝態(tài)氮向銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化方面的機(jī)理研究。

（3）針對(duì)CP是否能夠提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量尚無確切論斷，需開展CP對(duì)不同種類作物產(chǎn)量影響的對(duì)比分析研究，找出CP影響作物產(chǎn)量的關(guān)鍵機(jī)制。

（4）針對(duì)CP減少氮素?fù)p失的效應(yīng)方面研究單一，需要開展其減少氮素?fù)p失的綜合環(huán)境效應(yīng)的全方位研究。