生化抑制劑組合對(duì)黃泥田土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響及其環(huán)境生態(tài)效應(yīng).pdf

1、尿素是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氮(N)肥種類，如何減少稻田尿素N損失對(duì)提高水稻氮肥利用率、減少環(huán)境污染至關(guān)重要。從土壤中N素生物化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程入手，采用脲酶/硝化抑制劑進(jìn)行雙重調(diào)控，是從源頭上控制農(nóng)田N素污染、實(shí)現(xiàn)高效利用尿素N的有效措施。本文采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)研究脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制劑2-氯-6-（三氯甲基）吡啶(CP)及其兩者組合對(duì)尿素態(tài)N在黃泥田土壤中的轉(zhuǎn)化作用效果及氨(NH3)揮發(fā)累積特性的影響，以

2、及土壤溫度和含水量互作對(duì)生化抑制劑組合抑制N素轉(zhuǎn)化效果的影響;對(duì)比土壤或純脲酶中N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)與NBPT抑制尿素水解效果，評(píng)價(jià)抑制脲酶性能，并通過分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)模擬研究其與洋刀豆脲酶的相互作用機(jī)制。采用土柱淋溶試驗(yàn)，研究N肥配施生化抑制劑組合對(duì)N、鉀(K)在黃泥田土體中淋溶損失，及土壤CO2、CH4和N2O累積排放和全球增溫潛勢(shì)(GWP)的影響。采用田間試驗(yàn)研究生化抑制劑組合與施肥模式互作對(duì)黃泥田水稻產(chǎn)量、群體質(zhì)

3、量和養(yǎng)分利用率、稻季田面水和滲漏液N素濃度動(dòng)態(tài)變化、NH3揮發(fā)及稻季溫室氣體（CH4和N2O）排放通量的影響。取得的主要研究結(jié)果如下:
　　1.生化抑制劑組合對(duì)黃泥田土壤尿素態(tài)氮轉(zhuǎn)化及氨揮發(fā)累積特性的影響:不同劑量NBPT處理可以緩釋尿素施入3～9d，有效抑制土壤脲酶活性，減緩尿素分解，顯著降低NH3揮發(fā)速率峰值34.98％。不同劑量CP處理可以有效抑制NH4+-N向NO3--N轉(zhuǎn)化，其有效調(diào)控時(shí)間長(zhǎng)達(dá)72d以上，但加劇NH3的揮

4、發(fā)損失，顯著增加NH3揮發(fā)速率峰值10.89％。NBPT+CP組合既能緩釋尿素3～9d，有效抑制脲酶活性，減緩尿素水解，又能保持土壤中較高NH4+-N含量的時(shí)間超過72d，且降低施肥初期的NH3揮發(fā)速率，減少NH3揮發(fā)損失。在黃泥田土壤中施用生化抑制劑時(shí)，NBPT和CP選用范圍分別為≤0.5％和≤0.3％。
　　2.NPPT與NBPT的脲酶抑制效應(yīng)比較:壤土和黏土中，尿素作用時(shí)間≤9d，NBPT/NPPT可以延長(zhǎng)尿素水解時(shí)間超過3

5、d。砂土中，尿素分解過程相對(duì)緩慢，NBPT/NPPT顯著降低土壤脲酶活性，抑制NH4+-N生成。不同尿素用量條件下，脲酶抑制劑在不同質(zhì)地土壤中脲酶抑制效果表現(xiàn)為高施N量?jī)?yōu)于低施N量，且砂土＞黏土＞壤土。不同劑量NPPT與土壤或洋刀豆脲酶反應(yīng)顯著抑制脲酶活性，延緩尿素水解，效果與NBPT類似。分子對(duì)接顯示，NPPT/NBPT與洋刀豆脲酶之間的作用模式相似:兩者均滲入脲酶活性催化位點(diǎn)，與洋刀豆脲酶催化部位的鎳離子和不同氨基酸的殘基密切結(jié)合。

6、模擬計(jì)算得出，NPPT和NBPT與洋刀豆脲酶的結(jié)合能(ΔGdock)分別為-66.04kcal·mol-1和-66.36kcal·mol-1。NPPT由于其產(chǎn)品熱穩(wěn)定性高、適于尿素融漿的加工過程，有利于尿基肥料應(yīng)用在以后的生產(chǎn)中。
　　3.土壤溫度和含水量互作對(duì)生化抑制劑組合抑制氮素轉(zhuǎn)化效果的影響:土壤溫度和土壤含水量對(duì)生化抑制劑組合在黃泥田土壤中抑制尿素水解效應(yīng)顯著，以土壤溫度影響更大。隨著土壤溫度增加，尿素水解轉(zhuǎn)化增強(qiáng)，有效作

7、用時(shí)間降低，硝化作用增強(qiáng)，脲酶和硝化抑制效應(yīng)減弱;隨著土壤含水量降低，尿素水解轉(zhuǎn)化緩慢，有效作用時(shí)間延長(zhǎng)，硝化作用減弱，脲酶和硝化抑制效應(yīng)增強(qiáng)。不同土壤溫度和含水量條件下，NBPT/NPPT或配施CP處理有效抑制黃泥田土壤中脲酶活性，延緩尿素水解;CP或配施NBPT/NPPT處理有效抑制NH4+-N向NO3--N轉(zhuǎn)化，保持土壤中較高NH4+-N含量長(zhǎng)時(shí)間的存在。黃泥田土壤中生化抑制劑組合最佳應(yīng)用的土壤溫度和含水量分別為25℃和60％WH

8、C。
　　4.氮肥配施生化抑制劑組合對(duì)黃泥田土壤氮、鉀淋溶損失及溫室氣體排放的影響:不同N肥種類NBPT處理可以有效抑制淋溶液中NH4+-N生成，延緩淋洗出峰時(shí)間，減少NH4+-N流失;CP處理可以有效抑制NH4+-N向NO3--N轉(zhuǎn)化，減少NO3--N流失，有效調(diào)控時(shí)間超過72d;NBPT+CP組合既能保持土壤中較高NH4+-N含量，又能降低淋溶液中NO3--N濃度。與單施NBPT相比，配施CP可以減少黃泥田土壤中NO3-淋溶，

9、增加土壤晶格對(duì)K+的吸附，減輕K+淋失風(fēng)險(xiǎn)，有效時(shí)間長(zhǎng)達(dá)72d。不同種類N肥添加CP延遲并顯著降低N2O排放通量峰值。CP或配施NBPT分別減少土壤N2O排放量32.66％和24.72％（尿素）、29.85％和29.44％（尿素硝銨）;尿素配施NBPT顯著減少N2O排放量10.56％。添加抑制劑有效減少各種N肥的GWP，以NBPT+CP組合降幅最大(24.68％)。
　　5.生化抑制劑組合與施肥模式對(duì)黃泥田水稻產(chǎn)量、群體質(zhì)量、養(yǎng)分

10、累積及利用率的影響:尿素分次施用處理水稻產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益較一次性施用處理分別顯著提高14.2％和14.6％;水稻有效莖蘗數(shù)、有效葉面積指數(shù)(LAI)、抽穗至成熟期干物質(zhì)累積和抽穗期SPAD值分別提高0.8％、24.0％、9.3％和1.5％;水稻成熟期N、P、K吸收量分別提高11.0％、0.9％、4.2％;N肥吸收利用率和N肥農(nóng)學(xué)利用率分別顯著提高27.5％和70.8％。不同施肥模式下，配施生化抑制劑組合(NBPT/NPPT+CP)顯著提高

11、水稻有效莖蘗數(shù)及莖蘗成穗率，增大有效LAI，增加抽穗期SPAD值，提高水稻粒葉比，改善源庫關(guān)系;增加水稻N、P、K吸收量，促進(jìn)抽穗后干物質(zhì)生產(chǎn)和N素積累，提高籽粒中的養(yǎng)分分配及N素利用效率。
　　6.生化抑制劑組合與施肥模式對(duì)黃泥田稻季田面水和滲漏液氮素動(dòng)態(tài)變化、氨揮發(fā)及溫室氣體排放的影響:尿素分次施用處理稻季NH3揮發(fā)凈損失率較一次性施用處理顯著降低24.6％;CH4和N2O排放總量、GWP及GHGI分別顯著降低13.5％、20

12、.7％、14.4％和25.0％。不同施肥模式下，CP顯著提高稻季田面水NH4+-N濃度和NH3揮發(fā)速率峰值，增加稻田NH3揮發(fā)損失量，而NBPT/NPPT或配施CP有效降低田面水NH4+-N和NH3揮發(fā)速率峰值，減少稻田NH3揮發(fā)損失量;CP顯著降低稻季滲漏液NO3--N濃度和N2O排放通量峰值，減少稻季CH4和N2O排放總量，而CP或配施NBPT/NPPT有效降低滲漏液NO3--N峰值，減少稻季CH4和N2O排放，降低GWP和GHGI