NBPT和DMPP對隴中半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

楊新強　孫建好　李偉綺　陳亮之　趙建華　景龍

摘要：為了提高氮肥的利用效率，降低氮肥造成的環(huán)境污染，探索氮肥增效劑在隴中旱作丘陵區(qū)的適應(yīng)性，在隴中丘陵區(qū)旱作農(nóng)業(yè)條件下，設(shè)常規(guī)施肥、尿素氮減量20%添加NBPT、尿素氮減量20%添加DMPP、尿素氮減量20%、不施氮肥5個處理，研究增效劑NBPT 和DMPP對隴中半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響。結(jié)果表明，常規(guī)施肥馬鈴薯產(chǎn)量均高于尿素氮減量20%的處理，處理間差異不顯著，但與不施氮肥差異顯著。其中尿素氮減量20%的處理中，以添加DMPP處理產(chǎn)量最高，為13 000 kg/hm2，較不施氮肥處理增產(chǎn)17.72%；其次是添加NBPT處理，較不施氮肥處理增產(chǎn)13.41%；氮減量20%，且不添加DMPP和NBPT處理排名第3，較不施氮肥處理增產(chǎn)12.59%；另外，尿素氮減量20%添加DMPP處理的氮肥農(nóng)學效率、氮肥偏生產(chǎn)力、水分利用效率和降水利用效率較相同施氮量處理均有一定幅度的提升。因此，DMPP在隴中旱作馬鈴薯田使用對其產(chǎn)量和水分利用效率具有一定的提升作用。

關(guān)鍵詞：DMPP；NBPT；產(chǎn)量；綠色生產(chǎn)；水分利用效率；馬鈴薯

中圖分類號：S532? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-2172（2023）10-0917-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.10.006

Effects of NBPT and DMPP on Potato Yields and Water Use Efficiencies

in the Semi-arid Areas of Central Gansu

YANG Xinqiang 1， SUN Jianhao 1， LI Weiqi 1， CHEN Liangzhi 1， ZHAO Jianhua 1， JING Long 2

（1. Institute of Soil and Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Lijiabu Township Government， Anding District， Dingxi， Dingxi Gansu 743017， China）

Abstract： In order to increase the utilization efficiency of nitrogen fertilizer and decrease the environmental pollution caused by nitrogen fertilizer， an utilization test using nitrogen fertilizer synergist NBPT and DMPP was carried out under dry farming management in the hilly areas of central Gansu to explore the adaptability of nitrogen fertilizer synergist， where the effects of synergists NBPT and DMPP on potato yields and water use efficiencies were studied using five treatments including conventional fertilization， NBPT addition with 20% reduction in urea nitrogen， DMPP addition with 20% reduction in urea nitrogen， 20% reduction in urea nitrogen， and no fertilization（CK）. Results showed， except for treatment of no fertilization（CK）， potato yield of conventional fertilization was highest in all treatments， but difference among them was not significant and? significant compared with CK. DMPP treatment with 20% reduction in urea nitrogen had the highest yield（13 000 kg/ha）， which enhanced by 17.72% than CK， following by NBPT treatment， which increased by 13.41% and 12.59% than CK， respectively. On the other hand， the nitrogen fertilizer efficiency， nitrogen fertilizer partial productivity， water use efficiency， and precipitation use efficiency under the DMPP treatment with 20% reduction in urea nitrogen were significantly improved compared to the same nitrogen application rate treatment. Therefore， DMPP has further promotion potential of yield and water use efficiency improvement for potato cultivated in the dryland of central Gansu.

Key words： DMPP; NBPT; Yield; Green Production; Water use efficiency; Potato

農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展是我國的基本國策之一，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心是提高資源利用效率［1 ］，而化肥不合理施用是制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一。目前中國的氮肥使用量占全球的30%，而氮肥利用率僅為25%～40%，比發(fā)達國家低10%～25%［2 - 4 ］。近年來，隨著氮肥投入量過多和不科學施用，導致土壤顯著酸化、能源消耗、水污染、農(nóng)民收益降低等問題［5 ］。如何提高氮肥的利用效率、降低氮肥過度使用所形成的環(huán)境污染早已成為全世界農(nóng)業(yè)存在的重要問題。向氮肥中添加增效劑來調(diào)節(jié)氮素在土壤中的轉(zhuǎn)化過程是一項很有發(fā)展?jié)摿η铱尚械牡使芾泶胧?。目前，主流的氮肥增效劑有兩種，一種是硝化抑制劑（DMPP），另一種是脲酶抑制劑（NBPT）。DMPP可通過抑制土壤氨氧化微生物（主要是AOA和AOB）活性，從而抑制硝態(tài)氮的產(chǎn)生，使得土壤中氮主要以銨態(tài)氮形式存在，以延長供氮時間或者增加供氮強度，增加植株氮吸收量，進而提高產(chǎn)量和氮素利用率［6 ］ ；NBPT可通過競爭性抑制脲酶活性延緩尿素水解，有效期15～20 d［7 ］，降低銨態(tài)氮積累和損失速率。據(jù)統(tǒng)計，2018年全世界穩(wěn)定性肥料共施用1 570萬t，其中添加脲酶增效劑820萬t，添加硝化增效劑260萬t；美國1 200萬t尿素硝銨肥（UAN）幾乎全部添加肥料增效劑；歐洲法規(guī)要求尿素必須添加增效劑。

目前，國內(nèi)對氮肥增效劑的研究主要集中在室內(nèi)盆栽、東北壤土、銀川灰鈣土、農(nóng)學效率、土壤肥力、小麥產(chǎn)量等方面［8 - 15 ］。甘肅70%左右的耕作區(qū)為旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，對氮肥增效劑在隴中旱作黃土丘陵區(qū)的適應(yīng)性研究尚為空白。針對隴中土壤氮素氨揮發(fā)嚴重、土壤硝化速率過快、氮肥利用率不高的問題，我們引進了新型肥料增效劑NBPT 和DMPP，通過田間試驗探尋干旱區(qū)馬鈴薯化肥減施的技術(shù)途徑，為旱區(qū)馬鈴薯增產(chǎn)增效減排的綜合栽培技術(shù)集成提供科學依據(jù)，為當?shù)伛R鈴薯產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展提供科技支撐。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗區(qū)概況

試驗設(shè)在甘肅省定西市安定區(qū)李家堡村的甘肅農(nóng)業(yè)大學旱作農(nóng)業(yè)綜合實驗站。該區(qū)屬中溫帶半干旱偏旱區(qū)，海拔1 947 m，年平均日照時數(shù)2 477 h，太陽輻射量為593 kJ/cm2。年均氣溫6.4 ℃，≥0 ℃積溫為2 934 ℃，≥10 ℃積溫為? ? 2 239 ℃，年均無霜期為140 d。年平均降水量為390 mm，年際、年內(nèi)變化大，年蒸發(fā)量1 531 mm。由于2022年降水量較往年明顯偏低，4 — 10月份的累計降水量只有250 mm（圖1）。試驗區(qū)土壤為黃綿土，土質(zhì)較綿軟，土層深厚，質(zhì)地均勻，貯水性能良好。耕層土壤（0～20） cm含有機質(zhì)11.92 g/kg、全氮0.78 g/kg、全磷1.81 g/kg，土壤容重1.17 g/cm3，凋萎含水率7.3%，飽和含水率28.6%，pH 8.36。

1.2? ?供試材料

供試肥料為尿素（N≥46%，由中國石油天然氣股份有限公司生產(chǎn)）；普通過磷酸鈣（P2O5 ≥16%，由云南金星化工有限公司生產(chǎn)）；增效劑NBPT（脲酶抑制劑）、DMPP（硝化抑制劑），均由武威金倉生物科技有限公司生產(chǎn)。指示馬鈴薯品種為隴薯10號，由甘肅一航薯業(yè)科技發(fā)展有限責任公司提供。

1.3? ?試驗設(shè)計

試驗共設(shè)5個處理，處理1，當?shù)爻Ｒ?guī)施肥，N 200 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；處理2，氮減量20%+NBPT（施N量的0.2%），N 160 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；處理3，氮減量20%+DMPP（施N量的1%），N 160 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；處理4，氮減量20%， N 160 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；處理5，不施氮肥（CK），施P2O5 150 kg/hm2。試驗采用隨機區(qū)組排列，3次重復。小區(qū)面積30 m2（5 m×6 m）。采用壟作黑膜覆蓋栽培技術(shù)，行距50 cm，株距40 cm，播種密度為5.0萬株/hm2。于2022年5月20播種，10月25日收獲。NBPT、DMPP和磷肥作為基肥一次性施入，尿素75%作為基肥，25%在盛花期追肥。馬鈴薯生長期內(nèi)，人工除草，及時防治病蟲害，其他管理同大田。收獲前按小區(qū)隨機取樣10株進行考種，并調(diào)查塊莖性狀，按小區(qū)單收計產(chǎn)。

1.4? ?測定項目與方法

1.4.1? ? 氮肥偏生產(chǎn)力? ? 氮肥偏生產(chǎn)力（partial factor productivity from applied N，PFPN），指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量，即PFPN=Y/F，式中，Y為施氮后所獲得的籽粒產(chǎn)量，F(xiàn)代表氮肥的投入量。

1.4.2? ? 氮肥農(nóng)學效率? ? 氮肥農(nóng)學效率（Agronomic efficiency of applied N，AEN），指單位施氮量所增加的作物籽粒產(chǎn)量，計算公式如下：

AEN=（Y-Y0）/F

式中，Y為施肥后所獲得的作物產(chǎn)量，Y0為不施肥條件下作物的產(chǎn)量，F(xiàn)代表化肥的投入量。

1.4.3? ? 水分利用效率? ? 水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）是作物消耗單位水量生產(chǎn)出的產(chǎn)量，籽粒產(chǎn)量水分利用效率計算公式如下：

WUE=Y/ET

式中，Y為籽粒產(chǎn)量，ET為作物一生的耗水量。

1.4.4? ? 降水利用效率

RUE=Y/P

式中，RUE為降水利用效率，Y為馬鈴薯產(chǎn)量，P為生育期降水量。

1.5? ?數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2016進行試驗數(shù)據(jù)整理匯總，用SPSS 19.0對產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學效率、氮肥偏生產(chǎn)力、作物水分利用效率等進行方差分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?NBPT和DMPP對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表1可知，在隴中丘陵區(qū)旱作農(nóng)業(yè)條件下，常規(guī)施肥處理1的馬鈴薯產(chǎn)量最高，達13 800 kg/hm2，較CK增產(chǎn)24.97%；處理3次之，為13 000 kg/hm2，較CK增產(chǎn)17.72%；處理2居第3位，為12 523 kg/hm2，較CK增產(chǎn)13.41%；處理4最低，為12 433 kg/hm2，較CK增產(chǎn)12.59%。對各處理馬鈴薯產(chǎn)量進行方差分析表明，處理1與CK差異顯著，與其余處理差異均不顯著。在尿素氮減量20%的情況下，處理3和處理2產(chǎn)量較處理4分別提高567、90 kg/hm2。因處理1（常規(guī)施肥）施氮量最大，故產(chǎn)量相對最高；處理2、處理3的施氮量一致，產(chǎn)量差異不顯著。但是減少了施氮量，也就減少了農(nóng)戶的成本和對環(huán)境的污染。據(jù)測算，在減少施肥量20%的情況下，保持產(chǎn)量不變，可以增加產(chǎn)投比12.5%左右。所以在尿素、磷酸二銨等氮肥中添加肥料增效劑是一種經(jīng)濟可行、綠色環(huán)保的措施。綜上分析，2種增效劑尤其是DMPP在隴中旱作丘陵區(qū)及類似生態(tài)區(qū)域有較好的適用性。可見，在隴中旱作丘陵區(qū)，氮肥的施用量依然是影響馬鈴薯產(chǎn)量最重要的因素。

2.2? ?NBPT和DMPP對氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學效率的影響

由表2可知，各處理的氮肥偏生產(chǎn)力由高到低依次為處理3、處理2、處理4、處理1。其中處理3最高，為81.25 kg/kg，較處理1提高17.8%；其次是處理2，為78.26 kg/kg，較處理1提高13.4%；處理4居第3，為77.71 kg/kg，較處理1提高12.6%，處理間差異不顯著。氮肥農(nóng)學效率處理3、處理2、處理4均低于處理1，其中處理3較高，為12.23 kg/kg，較處理1降低11.2%；其次是處理2，為9.24 kg/kg，較處理1降低32.9%；處理4居第3，為8.68 kg/kg，較處理1降低37.0%。處理1與處理3差異不顯著，與處理2和處理4差異顯著?？梢娫诔Ｒ?guī)處理施氮量200 kg/hm2的基礎(chǔ)上，施氮量減量20%處理的氮肥偏生產(chǎn)力高于常規(guī)施肥處理，氮肥的施用量多，氮肥偏生產(chǎn)力反而降低；尿素氮減量20%處理的氮肥農(nóng)學效率均低于常規(guī)施肥處理。

2.3? ?NBPT和DMPP對水分利用效率和降水利用效率的影響

由于試驗站地處隴中旱作丘陵區(qū)，素有“十年九旱”之稱，降水的利用效率對農(nóng)作物生產(chǎn)意義重大。由表3可知，水分利用效率和降水利用效率均以處理1最高，分別達59.6、55.2 kg/（mm·hm2），處理1與CK 差異顯著，與其余處理差異不顯著；其次是處理3，分別為56.2、52.0 kg/（mm·hm2）；CK處理最低，分別為47.7、44.2 kg/（mm·hm2）?？梢?，不同處理降水利用效率和水分利用效率的變化趨勢一致，說明降水量仍是影響隴中旱作丘陵區(qū)作物水分利用效率和產(chǎn)量的最重要限制因子。

3? ?討論與結(jié)論

馬鈴薯在不同生育時期對氮的需求表現(xiàn)為“兩頭輕中間重”的規(guī)律［16 ］，在塊莖膨大期適當提高土壤供氮能力有利于馬鈴薯生長與產(chǎn)量的增加［17 - 19 ］。DMPP和NBPT增效劑能通過抑制土壤脲酶活性或者氨氧化等菌群活性［6 - 7 ］，減緩尿素分解、抑制礦質(zhì)氮轉(zhuǎn)化以延長或者調(diào)整氮供應(yīng)時間，提高氮素利用效率［20 - 21 ］。一般情況下，土壤中NO3--N是NH4+-N的8倍，土壤黏土層不能吸附硝態(tài)氮，其會隨水流失。DMPP有效抑制了土壤亞硝化細菌的活性，從而有效阻止并延緩了銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的自然轉(zhuǎn)化，在土壤中將氮肥保持在較多的銨態(tài)氮營養(yǎng)狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，DMPP和NBPT大幅提高氮肥的利用效率12%～13%，提高作物產(chǎn)量7%～13%，2種肥料增效劑的組合則可以減少50% N2O氣體損失，30%的NO3--N的損失，53% NH3氣體損失。且DMPP和NBPT無毒無害不揮發(fā)，在土壤中完全分解，最終產(chǎn)物為PO43-、H2O、CO2、氮氧化物等，對土壤、微生物、水體、人畜等無風險［21 ］。如果能夠在隴中乃至更多的地方推廣使用，將對當?shù)氐募Z食安全、農(nóng)民增收、生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生巨大的推動作用。

試驗結(jié)果表明，在尿素氮減量20%的情況下，馬鈴薯產(chǎn)量以添加DMPP處理產(chǎn)量最高，為13 000 kg/hm2，較不施氮肥處理增產(chǎn)17.72%；其次是添加NBPT處理，為12 523 kg/hm2，較不施氮肥處理增產(chǎn)13.41%；不添加DMPP和NBPT處理排第3，為12 433 kg/hm2，較不施氮肥處理增產(chǎn)12.59%。添加NBPT和DMPP處理的馬鈴薯產(chǎn)量較常規(guī)施肥處理分別提高90、567 kg/hm2。在氮肥農(nóng)學效率和氮肥偏生產(chǎn)力方面，在尿素氮減量20%的情況下，添加DMPP處理能夠明顯提高氮肥的偏生產(chǎn)力，較常規(guī)施肥處理提高12.6%～17.8%。尿素氮減量20%添加DMPP處理的氮肥農(nóng)學效率、氮肥偏生產(chǎn)力、水分利用效率和降水利用效率較相同施氮量處理均有一定幅度的提升。綜上分析，DMPP既可以提高馬鈴薯的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，也能提高其氮肥偏生產(chǎn)力，在平均降水不到400 mm的隴中旱作丘陵區(qū)具有較好的適應(yīng)性。

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收稿日期：2023 - 05 - 18；修訂日期：2023 - 09 - 19

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2021YFD1900704）。

作者簡介：楊新強（1981 — ），男，甘肅靖遠人，助理研究員， 主要從事肥料增效劑與土壤培肥方面的研究工作。Email：278830045@qq.com。

通信作者：孫建好（1972 — ），男，甘肅永登人，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)資源高效利用方面的研究工作。Email：441597097@qq.com。