脲酶抑制剂氢醌对土壤尿素氮转化的影响

本文根据用标记和非标记尿素进行的培养试验,论述了氢醌对于尿素的水解、氨的释出和挥发、硝化和反硝化作用以及生物固持的影响。得出的结论是:氢醌的作用不仅在于延缓尿素的水解和减少随之而来的氨的挥发,更重要的,是影响了尿素水解产物进一步转化的进程,增强了尿素氮对于作物的有效持续供应和减少了它的总损失。本文认为,在脲酶抑制剂的研究中,着眼点当不仅在于它们的直接作用,而更需要涉及对尿素氮转化的一系列过程的影响。这样,才能对抑制剂的作用机理有更深入的了解,对它的作用效果有更全面的评价。     

抑制剂尿素施用对芹菜生长和品质的影响

在盆栽条件下,研究了添加硝化抑制剂双氰胺、硝化抑制剂3,5-二甲基吡唑、硝化抑制剂双氰胺与脲酶抑制剂氢醌组合的尿素(D-U、DMP-U、H-D-U)对芹菜生长及硝酸盐含量等影响。结果表明,施用抑制剂尿素能提高芹菜的地上部干重及其占总生物量的比例,降低芹菜叶、茎中的硝酸盐含量,提高芹菜叶、茎中的维生素C、氨基酸和粗蛋白的含量。H-D-U对减少芹菜体内的硝酸盐累积具有最明显的效果。     

脲酶抑制剂氢醌对土壤脲酶活性,氨挥发和硝化的抑制动态

1.氢醌对土壤脲酶活性的抑制率及其持续的时间同氢醌浓度成正相关,与土壤脲酶活性成负相关。2.氢醌能有效地抑制施入土壤中尿素氨的挥发,而对铵盐和尿素的硝化强度产生强烈抑制。3.在麦秸还田土壤中,由于脲酶活性增高而提高了施入尿素的水解速度,故需提高氢醌用量;但由于麦秸的“氮因子效应”又固定了尿素分解产物及其氧化产物,从而弥补了氢醌失效后可能造成氮素的继续损失。     

氢醌和双氰胺对种稻土壤N2O和CH4排放的影响

通过盆栽试验,研究了脲酶抑制剂氢醌（ＨＱ）、硝化抑制剂双氰胺（ＤＣＤ）及二者的组合（ＨＱ＋ＤＣＤ）对种稻土壤Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放的影响．结果表明,在未施麦秸粉时,所有施抑制剂的处理均较单施尿素的能显著减少水稻生长期供试土壤Ｎ２Ｏ和ＣＨ４的排放．特别是ＨＱ＋ＤＣＤ处理,其Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放总量分别约为对照的１／３和１／２．而在施麦秸粉后,该处理的Ｎ２Ｏ排放总量为对照的１／２,但ＣＨ４排放总量却较少差别．不论是Ｎ２Ｏ还是ＣＨ４的排放总量,施麦秸粉的都比未施的高出１倍和更多．因此,单从土壤源温室气体排放的角度看,将未腐熟的有机物料与尿素共施,并不是一种适宜的施肥制度．供试土壤的Ｎ２Ｏ排放通量,与水稻植株的ＮＯ－３Ｎ含量和土表水层中的矿质Ｎ量分别呈显著的指数正相关和线性正相关;ＣＨ４的排放通量则与水稻植株的生长量和土表水层中的矿质Ｎ量呈显著的线性负相关．在Ｎ２Ｏ与ＣＨ４的排放间,未施麦秸粉时存在着定量的相互消长关系;施麦秸粉后,虽同样存在所述关系,但难以定量化．     

生物炭配施硝化/脲酶抑制剂对亚热带水稻土活性氮气体排放的影响

探究施用生物炭和脲酶抑制剂/硝化抑制剂对亚热带水稻土氮素硝化过程的调控作用、氨挥发和N₂O排放的温室效应潜能的影响,确定生物炭与硝化和脲酶抑制剂的最佳组合,可为削减施用氮肥带来的活性氮气体排放对环境的负面风险提供理论依据。本研究采用室内好气培养试验方式,以单施尿素(N)为对照,设置7个试验处理[尿素+生物炭(NB),尿素+硝化抑制剂(N+NI),尿素+脲酶抑制剂(N+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(N+NIUI),尿素+硝化抑制剂+生物炭(NB+NI),尿素+脲酶抑制剂+生物炭(NB+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂+生物炭(NB+NIUI)],观测生物炭与脲酶抑制剂(NBPT)/硝化抑制剂(DMPP)配施下土壤无机氮含量、N₂O排放及氨挥发的变化动态。结果表明: 1)培养期间,与N处理(5.11 mg N·kg^-1·d^-1)相比,NB处理的土壤硝化速率常数显著增加33.9%,N+NI处理显著降低22.9%;NB处理显著提高了氨氧化细菌(AOB)丰度,增幅达56.0%。2)与N处理相比,N+NI和NB+NI处理的NH₃累积排放量均显著增加约49%;N+UI处理降低了NH₃累积损失量,NB+UI处理抑制效果更明显。3)各处理的N₂O排放速率高峰均出现在施肥后前10 d;NB处理的N₂O排放高峰出现最早,N处理排放速率最高(5.87 μg·kg^-1·h^-1);硝化抑制剂与脲酶抑制剂配施减少土壤N₂O排放的效果最佳。综合计算各处理直接N₂O和间接N₂O(NH₃)排放产生的温室效应潜能(GWP)发现,N+NI和NB+NI处理较N处理分别增加了34.8%和40.9%,而NB和NB+UI处理的GWP显著降低了45.9%和60.5%。因此,生物炭与脲酶抑制剂配施对降低土壤活性氮气体排放所产生的温室效应潜能效果最佳。     

30种芳香植物水浸提液对尿素水解和硝化作用的抑制效果

采用室内培养实验,研究了17科30种芳香植物水浸提液对3种土壤中尿素水解和硝化作用的抑制效果。结果表明:浸提液能够对尿素水解起抑制作用的芳香植物有22种,其中5种的抑制效果优于脲酶抑制剂氢醌(HQ);30种芳香植物浸提液均能够抑制硝化作用,其中11种的硝化抑制效果优于双氰胺(DCD);菊科植物洋甘菊(Chamomila recutita)和芸香科植物桔子花(Citrus reticulata)既能有效抑制尿素水解,又能有效减缓NH4+的硝化,是尿基氮肥增效剂的最佳选择。研究还表明,洋甘菊和桔子花粉末在培养后的24~36h脲酶抑制率最高,在培养后的7~14 d硝化抑制率最高,且抑制效果随粉末用量的增加而增强。     

脲酶-硝化抑制剂对减缓尿素转化产物氧化及淋溶的作用

利用原状土柱模拟试验,研究了脲酶抑制剂氢醌(HQ),硝化抑制剂包被碳化钙(ECC)和双氰胺(DCD)以及它们的不同组合对尿素转化产物土壤持留、氧化以及淋溶的影响.结果表明,与其它抑制剂处理相比,HQ+DCD组合能有效抑制尿素水解产物的氧化,使其以交换态NH₄⁺的形式在土壤中长时间持留;氧化作用的抑制不仅减少了氧化产物NO₃^-的累积,也降低了NO₃^-淋溶潜势,使其淋入下层土壤的深度仅限在5～10 cm范围内,且淋溶量显著降低.     

脲酶-硝化抑制剂对减缓尿素转化产物氧化及淋溶的作用

利用原状土柱模拟试验,研究了脲酶抑制剂氢醌(HQ),硝化抑制剂包被碳化钙(ECC)和双氰胺(DCD)以及它们的不同组合对尿素转化产物土壤持留、氧化以及淋溶的影响.结果表明,与其它抑制剂处理相比,HQ+DCD组合能有效抑制尿素水解产物的氧化,使其以交换态NH₄⁺的形式在土壤中长时间持留;氧化作用的抑制不仅减少了氧化产物NO₃^-的累积,也降低了NO₃^-淋溶潜势,使其淋入下层土壤的深度仅限在5～10 cm范围内,且淋溶量显著降低.     

与氮转化有关的土壤酶活性对抑制剂施用的响应

利用室内模拟培养试验,研究好气条件下施用尿素后土壤脲酶、脲酸还原酶、亚硝酸还原酶和羟胺还原酶活性对脲酶抑制剂氢醌（HQ）与硝化抑制剂包被碳化钙（ECC）和双氰胺（DCD）组合（HQ ECC、HQ DCD）的响应、结果表明,HQ DCD组合与其它抑制剂处理相比能更有效地降低土壤脲酶活性,增加硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、羟胺还原酶活性,不同处理土壤脲酶、亚硝酸还原酶和羟胺还原酶活性与土壤NH4^ 、NO3^-、NH3挥发和N2O排放速率间存在不同形式的显著相关关系：土壤脲酶、亚硝酸还原酶和羟胺还原酶活性之间存在不同形式的显著正相关关系。     

几种控释氮肥减少氨挥发的效果及影响因素研究

采用“静态吸收法”和“土柱淋溶法”、室内模拟试验,研究几种控释氮肥施入土壤后的氨挥发损失情况、N溶出速率、土壤脲酶活性及pH值变化的关系．结果表明,施氮450mg·kg^-1土时,3种控释氮肥氨挥发损失氮总量分别比普通尿素减少49．7％、28．0％和71．2％;施氮600mg·kg^-1土时,3种控释氮肥氨挥发损失氮总量分别比普通尿素减少34．6％、12．3％和69．9％．控释氮肥能显著降低土壤氨挥发量,减少因施肥而引起的大气环境污染．控释氮肥氨挥发量与不同氮肥引起的土壤脲酶活性、pH值、土壤中氮溶出速率密切相关．土壤的氨挥发总量与肥料在土壤中溶出总量的相关系数达到0．9533,在肥料施入的前期土壤氨挥发量同土壤脲酶活性、pH值的相关系数达到0．9533和0．9908。     

Effect of phenylphosphorodiamidate on urea hydrolysis,ammonia volatilization and rice growth in an alkali soil

Summary In order to improve nitrogen recovery by rice, the effect of a urease inhibitor phenylphosphorodiamidate (PPD) on the efficiency of fertilizer urea was studied in laboratory and greenhouse. Addition of PPD to urea (5% w/w) delayed urea hydrolysis by 3 to 4 days and reduced ammonia volatilization from 45% (without PPD) to 8.5% (with PPD). Ammonia volatilization obeyed first order kinetics. Urea hydrolysis was sufficiently strongly inhibited to match the nitrification potential of the soil. N application to rice by three different modes showed that a delayed mode (4 splits) was superior to two conventional modes (3 splits) in nitrogen recovery and fertilizer efficiency since it met nitrogen requirement of plants at reproductive stage. In 2 out of 3 modes of application, there was a 14% increase (relative) in grain yields and dry matter, and 6.8% increase in N uptake efficiency on application of PPD along with urea. The results indicate that urease inhibitors like PPD can be effectively used to block urea hydrolysis, reduce ammonia volatilization losses and improve N use efficiency by rice.     

新型磷酰胺类脲酶抑制剂对不同质地土壤尿素转化的影响

施用脲酶抑制剂是降低尿素水解、减少氨气挥发损失、提高作物氮(N)肥利用率的重要途径之一.采用室内恒温、恒湿模拟试验方法,在25 ℃黑暗条件下培养,研究新型磷酰胺类脲酶抑制剂N-丙基磷酰三胺(NPPT)的脲酶抑制效果,比较其与N-丁基磷酰三胺(NBPT)在不同尿素用量条件下不同质地土壤中对脲酶的抑制差异.结果表明: 在壤土和黏土中,尿素作用时间≤9 d,添加抑制剂可以将尿素水解时间延长3 d以上.砂土中,尿素分解过程相对缓慢,添加抑制剂显著降低土壤脲酶活性,抑制NH₄⁺-N生成.在培养期间,不同尿素用量条件下,脲酶抑制剂在不同质地土壤中的抑制效果表现为高施N量优于低施N量.培养第6天,在尿素用量250 mg N·kg^-1条件下,NBPT和NPPT在砂土中脲酶抑制率分别为56.3%和53.0%,在壤土中分别为0.04%和0.3%,在黏土中分别为4.1%和6.2%;尿素用量500 mg N·kg^-1,NBPT和NPPT在砂土中脲酶抑制率分别为59.4%和65.8%,在壤土中分别为14.5%和15.1%,在黏土中分别为49.1%和48.1%.不同质地土壤中脲酶抑制效果表现为砂土>黏土>壤土.不同抑制剂处理在培养期间土壤NH₄⁺-N含量呈现先上升后下降的趋势,而NO₃^--N含量和表观硝化率均呈现逐渐上升的趋势.与单施尿素处理相比,添加脲酶抑制剂NBPT和NPPT显著增加土壤中的残留尿素态N,降低NH₄⁺-N生成.新型脲酶抑制剂NPPT在不同质地土壤中的抑制效果与NBPT相似,是一款有效的脲酶抑制剂.     

脲酶/硝化抑制剂在黑土和褐土中对尿素氮转化的调控效果

本试验研究脲酶/硝化抑制剂不同组合在黑土和褐土中对尿素水解和硝化作用的调控效果,旨在筛选出适合东北黑土、褐土的高效抑制剂组合。采用室内恒温、恒湿培养试验,以不施氮肥(CK)和施用普通尿素肥料(U)为对照,研究分别添加脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)及其与硝化抑制剂双氰胺(DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、2-氯-6(三氯甲基)-吡啶(CP)、2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶(AM)、3-甲基吡唑(MP)组合制成的6种高效稳定性尿素在黑土和褐土中的尿素水解和氨氧化特征。在培养125 d内分别取土壤样品15次,通过测定2种土壤中尿素态氮、铵态氮和硝态氮含量,及氨氧化作用强度,计算硝化抑制率,确定最适合2种土壤的抑制剂或组合。结果表明: 尿素在黑土和褐土中水解时间约7 d,添加NBPT以及其与不同硝化抑制剂组合均能将尿素水解时间延长21 d以上。与U处理相比,添加抑制剂可显著增加土壤NH₄⁺-N含量,降低NO₃^--N生成量,维持土壤中高NH₄⁺-N含量的时间更久。黑土中,添加硝化抑制剂的处理均能显著抑制土壤硝化作用,有效硝化抑制时间超过125 d;DMPP、CP与NBPT配施使黑土NH₄⁺-N含量提高1.6～1.8倍,培养125 d时其硝化抑制率分别为47.9%和24.1%。褐土中,U处理培养80 d左右基本完成硝化过程,而添加硝化抑制剂使硝化过程延长至少30 d;DCD、DMPP与NBPT配施使土壤NH₄⁺-N含量提高2.1～3.4倍,培养125 d时其硝化抑制率分别为25.3%和23.2%。因此,尿素与NBPT+DMPP和NBPT+DCD制成的高效稳定性尿素分别在黑土和褐土中施用效果最好,其次分别是NBPT+CP和NBPT+DMPP。     

持续施用缓/控释尿素条件下水田土壤NH3挥发与N2O排放特征

以持续9年施用不同缓／控释尿素的水田棕壤为试验对象,以普通大颗粒尿素为对照,研究了持续施用不同缓／控释尿素条件下水田土壤NH₃挥发与N₂O排放特征.结果表明: 与普通大颗粒尿素(U)相比,除1% 3,4－二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)+U处理 NH₃挥发增加了25.8%外,其他缓／控释尿素肥料处理对NH₃有明显的减排效果.树脂包膜尿素(PCU)对NH₃减排效果最明显,为73.4%,硫包膜尿素(SCU)为72.2%,0.5% N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)+1% DMPP+U为71.9%,1% 氢醌(HQ)+3% 双氰胺(DCD)+U为46.9%,0.5% NBPT+U为43.2%,1% HQ+U为40.2%,3% DCD+U为25.5%, 1% DMPP均与施用普通大颗粒尿素差异显著;所有缓／控释尿素处理与对照相比均可显著减少N₂O排放.1% DMPP+U对N₂O减排效果最明显,为74.9%,PCU为62.1%,1% HQ+3% DCD+U为54.7%,0.5% NBPT+1% DMPP+U为42.2%,3% DCD+U为35.9%,1% HQ+U为28.9%,0.5% NBPT+U为17.7%,SCU为14.5%,均与施用普通大颗粒尿素差异显著.比较0.5% NBPT+1% DMPP+U、SCU、PCU对NH₃和N₂O减排的综合效果,3种肥料作用相近,且均明显优于其他处理,但包膜材料的成本较抑制剂高数倍.因此,同时添加脲酶和硝化抑制剂的缓释尿素是减少水田氮素损失及环境污染的首选氮肥.     

脲酶抑制剂氢醌的环境效应评价

本文根据用标记和非标记氢醌进行的模拟、盆栽和田间定位试验,结合国内外文献有关氢醌的环境常数,论述了氢醌在土壤-植物系统的去向和代谢途径、对土壤酶活性的影响及其环境效应。得出的结论是:作为脲酶抑制剂使用的微量氢醌(0.3—0.4％,与尿素重量比),不会从土壤中淋失和挥发,在土壤和植物中没有累积,对与碳、氮和磷转化有关的土壤酶活性很少影响。在土壤中,它将通过氧化、臭氧化和生物学降解,经由环断裂生成二元酸或参与腐殖物质的合成。在植物体内,主要通过糖苷化得到同化和利用。因此,氢醌作为脲酶抑制剂在农业生产中应用是安全的。