添加脲酶/硝化抑制劑條件下基于15N 示蹤的夏玉米當(dāng)季肥料氮去向研究

摘要： 【目的】以華北平原夏玉米為研究對象，利用高豐度15N 同位素示蹤方法，探究添加脲酶/硝化抑制劑條件下肥料氮的去向。【方法】于2022?06?25 至2022?10?09 在河北省廊坊市進(jìn)行試驗(yàn)。設(shè)置5 個處理：不施氮肥對照（CK）、單施尿素（U）、尿素+脲酶抑制劑（UI）、尿素+硝化抑制劑（NI）、尿素+脲酶抑制劑+硝化抑制劑（UI+NI） ，測定了氮素吸收量，監(jiān)測了累積NH3 揮發(fā)和N2O 排放量，并計(jì)算了肥料氮的氣態(tài)損失量和土壤氮肥殘留量?！窘Y(jié)果】與單施尿素處理相比，3 個添加抑制劑處理UI、NI 和UI+NI 的地上部吸氮量分別顯著提高了39.7%、33.1% 和41.8%，氮肥利用率分別顯著提高12.5、6.8 和12.3 個百分點(diǎn)，UI 和UI+NI 的提升效果顯著高于NI。與U 和NI 相比，UI 處理的土壤中肥料氮?dú)埩袅糠謩e提高了35.6% 和27.9%，UI+NI 分別提高了45.7% 和37.4%。與U 處理相比，NI 處理的NH3 揮發(fā)累積量無顯著差異，而UI 和UI+NI 處理土壤的NH3 揮發(fā)累積量分別顯著減少了14.3% 和11.6%；UI、NI 和UI+NI 處理土壤的N2O 累積排放量分別顯著降低了17.2%、19.9% 和34.5%，UI+NI 處理土壤的N2O 累積排放量又比UI 和NI 處理分別顯著降低了20.9% 和18.2%。【結(jié)論】尿素配合脲酶/硝化抑制劑施用顯著提高了夏玉米的氮素吸收量，添加脲酶抑制劑顯著提高了土壤中肥料氮?dú)埩袅浚瑴p少了累積NH3 揮發(fā)量和N2O 累積排放量，而添加硝化抑制劑增加土壤中肥料氮的殘留量和減少NH3 揮發(fā)的效果不顯著，但降低了N2O 累積排放量。同時配施脲酶抑制劑和硝化抑制劑處理增加了土壤中肥料氮的殘留量，降低NH3 揮發(fā)量和N2O 累積排放量的效果顯著優(yōu)于配施一種抑制劑，肥料氮的損失率降至3.7%。因此，在華北平原典型潮土區(qū)，夏玉米生產(chǎn)中推薦尿素同時配施脲酶抑制劑和硝化抑制劑，以減少肥料氮的氣態(tài)損失，提高氮肥當(dāng)季利用率。

關(guān)鍵詞： 夏玉米； 高豐度15N 尿素； 脲酶抑制劑； 硝化抑制劑； 氮肥當(dāng)季吸收量； 土壤殘留率； 氣態(tài)損失；肥料氮當(dāng)季損失率

氮肥在糧食生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，但是不合理施氮不僅導(dǎo)致氮肥利用率下降，也帶來一系列環(huán)境問題[1?2]。相關(guān)研究[3?7]表明，氮肥施入土壤后，其中僅有24.5%～51.1% 的氮被作物吸收，有29.1%～54.6% 的氮?dú)埩粼谕寥乐校?.7%～38.1% 的氮以不同途徑損失。其中NH3 揮發(fā)和N2O 排放是農(nóng)田土壤氮素氣態(tài)損失的主要途徑，朱兆良[8]對國內(nèi)農(nóng)田施用氮肥去向的研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，施入土壤中的尿素有11% 的氮以NH3 形式揮發(fā)，1% 左右的氮以N2O 形式排放。

氮肥去向受多種因素影響，包括作物種類、土壤類型、肥料種類及用量、施肥時間等。前人對此已有大量研究。優(yōu)化施氮水平下，冬小麥的氮肥利用率為48.4%～51.1%，土壤殘留率為26.7%～26.8%，損失率為22.2%～24.8%[9]，夏玉米的氮肥利用率為42.9%，土壤殘留率為50.0%，損失率約為7.0%[10]。左紅娟等[11]對不同地點(diǎn)農(nóng)田土壤中氮肥去向的研究表明，由于受土壤質(zhì)地的影響，河北省廊坊市和藁城市的氮肥利用率與河南省?？h的研究結(jié)果差異顯著。此外，不同施肥方式下土壤氮素去向也不盡相同。例如，根區(qū)施肥顯著提高了土壤殘留氮19.5%～28.5%，顯著降低了氮素?fù)p失43.8%～44.4% [12]?？茖W(xué)的氮肥管理方式，如應(yīng)用脲酶抑制劑、硝化抑制劑等，可以提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率，減少氮素?fù)p失。其中，脲酶抑制劑通過降低脲酶活性以延緩尿素水解，硝化抑制劑通過抑制氨氧化細(xì)菌的活性以延遲土壤中NH4+向NO2?的轉(zhuǎn)化[13]，從而減緩硝化作用進(jìn)程，減少N2O 的排放。與普通尿素處理相比，施用添加了脲酶抑制劑、硝化抑制劑的穩(wěn)定性氮肥顯著提高了玉米產(chǎn)量7.5%～11.1% 和氮素利用率10.2%～12.4%[14]，顯著增加了0—20 cm 土層土壤無機(jī)氮含量[15]，顯著減少N2O 排放5.4%～39.8%、NH3揮發(fā)30.7%～61.5%[16]。也有相關(guān)研究表明，施用硝化抑制劑會促進(jìn)NH3 揮發(fā)[17?18]。

目前，關(guān)于玉米季肥料利用特征及其去向已有不少研究，多數(shù)集中在肥料用量、肥料種類等因素對氮素去向的影響，但是利用15N 同位素示蹤技術(shù)對添加脲酶抑制劑、硝化抑制劑條件下玉米氮素吸收利用、土壤殘留及氣態(tài)損失的研究還較少。因此，本研究以華北平原夏玉米為研究對象，設(shè)置高豐度1 5N 同位素微區(qū)試驗(yàn)，探究添加脲酶抑制劑、硝化抑制劑條件下土壤中肥料氮的去向，并將其定量化表征，為黃淮海地區(qū)玉米氮素優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

于2022 年，在河北省廊坊市廣陽區(qū)萬莊鎮(zhèn)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院國際農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園（116°35′16′E，39°47′35′′N） 內(nèi)開展田間試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)位于中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為11.9℃，年平均無霜期為183 天左右，年平均降水量為554.9 mm，年平均日照時數(shù)在2660 h 左右。供試土壤為砂質(zhì)潮土。試驗(yàn)區(qū)0—100 cm 土層養(yǎng)分狀況見表1。