添加脲酶/硝化抑制剂条件下基于^(15)N示踪的夏玉米当季肥料氮去向研究

【目的】以华北平原夏玉米为研究对象,利用高丰度15N同位素示踪方法,探究添加脲酶/硝化抑制剂条件下肥料氮的去向。【方法】于2022−06−25至2022−10−09在河北省廊坊市进行试验。设置5个处理:不施氮肥对照(CK)、单施尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂(UI)、尿素+硝化抑制剂(NI)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(UI+NI),测定了氮素吸收量,监测了累积NH3挥发和N_(2)O排放量,并计算了肥料氮的气态损失量和土壤氮肥残留量。【结果】与单施尿素处理相比,3个添加抑制剂处理UI、NI和UI+NI的地上部吸氮量分别显著提高了39.7%、33.1%和41.8%,氮肥利用率分别显著提高12.5、6.8和12.3个百分点,UI和UI+NI的提升效果显著高于NI。与U和NI相比,UI处理的土壤中肥料氮残留量分别提高了35.6%和27.9%,UI+NI分别提高了45.7%和37.4%。与U处理相比,NI处理的NH3挥发累积量无显著差异,而UI和UI+NI处理土壤的NH3挥发累积量分别显著减少了14.3%和11.6%;UI、NI和UI+NI处理土壤的N_(2)O累积排放量分别显著降低了17.2%、19.9%和34.5%,UI+NI处理土壤的N_(2)O累积排放量又比UI和NI处理分别显著降低了20.9%和18.2%。【结论】尿素配合脲酶/硝化抑制剂施用显著提高了夏玉米的氮素吸收量,添加脲酶抑制剂显著提高了土壤中肥料氮残留量,减少了累积NH3挥发量和N_(2)O累积排放量,而添加硝化抑制剂增加土壤中肥料氮的残留量和减少NH3挥发的效果不显著,但降低了N_(2)O累积排放量。同时配施脲酶抑制剂和硝化抑制剂处理增加了土壤中肥料氮的残留量,降低NH3挥发量和N_(2)O累积排放量的效果显著优于配施一种抑制剂,肥料氮的损失率降至3.7%。因此,在华北平原典型潮土区,夏玉米生产中推荐尿素同时配施脲酶抑制剂和硝化抑制剂,以减少肥料氮的气态损失,提高氮肥当季利用率。

不同生物硝化抑制剂对红壤性水稻土N_(2)O排放的影响及其机制

为揭示不同生物硝化抑制剂(BNIs)对红壤性水稻土N2O排放的影响差异及作用机制,通过21 d的土柱淹水培养试验,比较了三种BNIs 1,9-癸二醇(1,9-D)、亚麻酸(LN)和3-(4-羟基苯基)丙酸甲酯(MHPP)与化学合成硝化抑制剂双氰胺(DCD)对土壤N_(2)O排放及相关硝化、反硝化功能基因的影响。结果表明:不同BNIs(1,9-D、LN、MHPP)可以显著平均降低土壤N_(2)O日排放峰值40.1%;1,9-D和MHPP可分别抑制N_(2)O排放总量44.5%和43.9%,而DCD和LN对N2O排放总量没有显著影响。1,9-D和MHPP对AOA(氨氧化古菌)、AOB(氨氧化细菌)硝化菌和nirS、nirK型反硝化菌的调控均有所不同,1,9-D可以同时抑制AOA、AOB和nirS微生物的生长;MHPP仅可以抑制AOA的生长;其中,AOA-amoA和nirS基因丰度与土壤N_(2)O的排放呈显著正相关关系。同时,1,9-D和MHPP均增加了nosZ基因丰度及其与AOA-amoA+AOB-amoA、nirS+nirK和AOA-amoA+AOB-amoA+nirS+nirK的比值,且nosZ基因丰度及其相关比值与土壤N2O排放均呈显著负相关关系。总之,生物硝化抑制剂1,9-D和MHPP引起的AOA-amoA和nosZ基因丰度变化在红壤性水稻土N_(2)O减排方面发挥了重要的作用。

添加脲酶/硝化抑制剂对棉花养分吸收和产量的影响

【目的】研究添加脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)对棉花养分吸收和产量的影响。【方法】采取大田试验,供试棉花品种为新陆早64号和鲁棉研24号,共设置4个处理:不施氮肥(N_(0))、施氮肥(N_(300))、氮肥+脲酶抑制剂(N_(300)+NBPT)、氮肥+硝化抑制剂(N_(300)+DMPP)。【结果】与N_(0)相比,所有施氮处理均显著增加棉花生物量,促进棉花植株对养分氮、磷和钾的吸收。氮肥利用率从高到低顺序为N_(300)+DMPP>N_(300)+NBPT>N_(300)。施加氮肥和脲酶/硝化抑制剂均能显著提高棉花产量。鲁棉研24号养分吸收、氮肥利用率以及产量均优于新陆早64号,但生物量却显著低于新陆早64号。【结论】添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂可以促进棉花植株对养分的吸收利用,并提高氮肥利用率和棉花产量。

硝化/脲酶抑制剂和生物炭对设施农业土壤微生物及碳氮循环影响的研究进展

在我国设施农业生产快速发展的形势下,肥料的高投入量和低利用率的问题亟待解决。氮肥以硝态氮淋溶、温室气体排放的方式释放到自然环境中,在影响土壤微生物环境和碳氮循环过程的同时,加剧生态污染。针对氮肥高投入量带来的设施农业土壤养分流失问题,了解硝化/脲酶抑制剂和生物炭对设施土壤微生物及碳氮循环的影响机制,对维持微生物群落动态平衡、温室气体减排、提高设施农业生产力具有重要指导意义。本文综述硝化/脲酶抑制剂、生物炭影响土壤养分循环的作用机制,对多种抑制剂的现存优缺点和生物炭特性进行系统分析,总结三者近年来在设施农业中的研究应用进展,包括硝化/脲酶抑制剂和生物炭的单独施用与联合施用对微生物活性、温室气体排放、土壤质量、作物产量的影响,探究3种物质在田间的最佳施用方式及施用量。考虑到硝化/脲酶抑制剂和生物炭在现阶段的应用仍存在局限性,本文在讨论新型硝化/脲酶抑制剂发展现状的同时,对3种物质未来发展趋势和使用方法进行展望,以期为硝化抑制剂、脲酶抑制剂、生物炭在设施农业中的合理应用提供科学依据。

多形态氮和硝化抑制剂协同供应对土壤氮素转化的影响

氮养分增效对提高作物产量、品质具有重要意义,其中铵硝协同的养分形态调控策略是手段之一。为探究有机氮无机氮源配施、施用硝化抑制剂两种养分动态调控手段对土壤铵硝动态的影响,采用室内土壤培养试验,设置不同比例的硫硝酸铵和草酰胺配施处理5个,硫硝酸铵:草酰胺比例分别为100%:0%、0%:100%、25%:75%、50%:50%、75%:25%,每组处理另设置添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)处理,用以探究不同氮源配施抑制剂DMPP处理对潮土(pH8.25)和水稻土(pH5.48)氮素转化的影响。结果表明,缓释氮肥草酰胺与硫硝酸铵配施显著影响土壤铵硝养分供应形式和速率。直至第10d培养结束,缓释氮肥草酰胺在土壤中的铵、硝态氮仍呈现一个较高水平。抑制剂DMPP的添加可提高所有处理的铵态氮含量,降低硝态氮含量,提高土壤铵硝比,降低土壤表观硝化率。综上所述,草酰胺与硫硝酸铵的不同比例以及配施抑制剂DMPP的方式可以实现对土壤中铵硝比例的改变,提高肥料利用率。

硝化抑制剂双氰胺施用对水稻产量和温室气体排放的影响

为探究施用硝化抑制剂双氰胺对水稻产量和温室气体排放的影响,以常规粳稻品种南粳9108为供试材料进行盆栽试验,设置常规氮肥(CK)和常规氮肥配施硝化抑制剂双氰胺(DCD)2个处理。采用静态箱-气相色谱法连续监测稻田温室气体排放动态变化。结果表明,与CK相比,DCD显著提高了水稻产量(15.1%)和地上部生物量(28.4%),并且显著降低了稻田甲烷(CH_(4))累积排放量(22.2%)、氧化亚氮(N_(2)O)累积排放量(56.0%)、综合温室效应(GWP)(24.4%)和温室气体排放强度(GHGI)(31.7%)。可见,常规氮肥配施硝化抑制剂双氰胺可以协同实现水稻丰产和稻田温室气体减排。

硝化/脲酶抑制剂对半干旱区马铃薯土壤氮素利用的影响

通过盆栽试验,研究硝化/脲酶抑制剂对半干旱区马铃薯生产中减氮增效提质的影响,为马铃薯绿色种植的氮素管理提供新思路。采用双因素试验设计,设置4个施氮量与4种硝化/脲酶抑制剂配施处理方式,研究对马铃薯植株光合作用、产量、土壤氮素含量等的影响。研究发现,硝化/脲酶抑制剂配施可降低叶片中硝态氮含量,增加硝酸还原酶活性,降低土壤在高氮水平(N4)下氮素含量,提高净光合速率和叶绿素含量,显著提高干物质累积和产量,在高氮(120 kg/hm2)水平下,硝化/脲酶抑制剂的作用效果为T1(NBPT)>T2(DCD)>T3(CP)。

尿素配施硝化抑制剂对油菜苗期镉累积及土壤微生物群落的影响

通过田间试验探究硝化抑制剂(NIs)DCD、DMPP不同配施浓度对土壤理化性质及油菜吸收积累Cd的影响。结果表明:与单施尿素(CK)相比,尿素配施不同浓度DCD、DMPP均能降低土壤pH值,土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量增加8.17%~56.73%,硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量降低3.47%~21.64%;与CK相比,尿素配施DCD、DMPP均能显著增加土壤有效态Cd含量,并使油菜根部Cd含量显著增加13.36%~47.40%,油菜茎叶部Cd含量显著增加8.38%~29.78%;尿素配施DCD、DMPP降低了油菜根际微生物群落多样性和丰度,改变了微生物门水平的群落结构,DCD、DMPP使硝化螺旋菌门丰度占比降低1.34%、2.10%。

氮素抑制剂研究进展

氮素抑制剂具有提高作物产量和氮肥利用率、减少施氮成本和环境污染风险等优点,为现代农业绿色高效发展提供了技术途径,其主要包括硝化抑制剂和脲酶抑制剂。就硝化抑制剂和脲酶抑制剂的研发历史、作用机制及应用效果进行了归纳与总结,并对其未来的研究方向进行展望,以期为氮素抑制剂的开发与利用提供参考。

DCD在不同质地土壤上的硝化抑制效果和剂量效应研究

通过硝化抑制剂抑制土壤硝化作用是实现作物铵硝混合营养和提高氮肥利用率的重要途径之一。本试验采用室内模拟的方法,在人工气候室(25℃)黑暗培养条件下,应用新疆石灰性土壤研究了不同剂量的双氰胺(dicyandiamide,DCD)在砂土、壤土、黏土3种不同质地土壤中对土壤硝态氮、铵态氮转化的影响及DCD的剂量效应和硝化抑制效果。处理30 d内,各剂量DCD处理对砂土的硝化抑制率为96.5%～99.4%(平均值为98.3%),在黏土上为66.9%～85.6%(平均值为77.6%),在壤土上为49.3%～79.4%(平均值为67.7%),总体硝化抑制率表现为砂土>黏土>壤土。在砂土上DCD的剂量效应不明显,DCD用量从纯氮的1.0%增加到7.0%时,土壤中硝态氮含量仅增加1.9～10.7 mg.kg-1(培养30 d时);而在壤土和黏土中,土壤硝态氮含量随DCD浓度的增加而显著下降,存在明显剂量效应。这说明施用DCD可显著抑制新疆石灰性土壤的硝化作用过程,在砂土、壤土、黏土中DCD的最佳浓度分别为纯氮用量的6.0%、7.0%和7.0%,并在培养30 d内发挥显著作用。

减氮配施硝化抑制剂与菌剂对温室黄瓜产量品质和土壤氮素损失的影响

通过探究减氮配施硝化抑制剂DMPP与微生物菌剂及二者联合施用对温室黄瓜土壤氮素各主要途径损失及黄瓜对氮素吸收利用的影响,并结合黄瓜产量和品质,旨在筛选出温室黄瓜生产的适宜氮素损失调控措施。以黄瓜品种“津绿20-10”为试验材料进行田间小区试验,设置6个处理,分别为不施氮对照(CK)、常规施氮(CN)、减氮(RN)、减氮+DMPP(RND)、减氮+微生物菌剂(RNM)、减氮+DMPP+微生物菌剂(RND+M)。监测分析了土壤氧化亚氮(N 2 O)排放、氨(NH 3)挥发和土壤剖面硝态氮(NO_(3)^(-)-N)累积量,以及黄瓜对氮素的吸收利用、产量和品质指标。结果表明:(1)与CN相比,RN、RND、RNM和RND+M能够促进黄瓜对氮素的吸收和利用,提高氮素利用率。等氮条件下,RND+M可使黄瓜地上部植株氮素总吸收量增加18.93%,尤其是氮肥表观利用率(REN)和农学效率(AEN),分别达到25.30%和41.16 kg/kg(p<0.05),表现出明显的正协同效应,且优于硝化抑制剂或菌剂单施效果。(2)RN、RND、RNM和RND+M较CN可使土壤N 2 O排放显著降低26.38%~41.45%、NH 3挥发明显减少28.82%~37.70%,0—120 cm土壤剖面NO_(3)^(-)-N累积显著降低13.07%~62.32%;等氮条件下,RNM处理对土壤N 2 O排放和NH 3挥发影响不大,但能显著降低90—120 cm土层NO_(3)^(-)-N累积量,较RN降低27.35%。RND和RND+M可使N 2 O排放分别降低20.11%和20.47%,0—120 cm土壤剖面NO_(3)^(-)-N累积量分别降低30.06%和24.70%,减少氮素在土壤中的累积和淋失风险,但增加NH 3挥发风险(p>0.05),总体表现为RND≈RND+M≥RNM≈RN。(3)RND+M处理产量为70.32 t/hm^(2),节本增收较RN增加5150元/hm^(2),且其在提高黄瓜果实品质方面效果较明显,可溶性蛋白含量较RN及RNM处理分别提高16.36%与4.01%。综合经济效益和环境效益,尤其是土壤可持续发展角度考虑,试验条件下,追施氮素316 kg/hm^(2),同时配施2%纯氮量的DMPP与75 L/hm^(2)菌剂,是实现温室黄瓜增产提质、绿色高质量发展的适宜氮素损失调控措施。

施氮方式与添加脲酶/硝化抑制剂对稻季NH_(3)挥发和N_(2)O排放的影响

【目的】分析施肥方式及添加脲酶/硝化抑制剂对稻田NH3挥发和N_(2)O排放的影响,基于稻田NH_(3)和N_(2)O减排的效果评价优化施肥措施的可行性。【方法】在太湖地区开展为期两年的稻季田间小区试验,供试脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT),硝化抑制剂为对羟基苯丙酸甲酯(MHPP),用量为施氮量的1%。设置6个处理:1)不施氮肥对照(CK);2)表施尿素N 300 kg/hm^(2)(当地常规施肥,CN);3)表施尿素N 225 kg/hm2(RNB);4)尿素N 225 kg/hm^(2),50%表施,50%深施(RND);5)表施尿素N 225 kg/hm^(2)+NBPT+MHPP(RNB+DI);6)尿素N 225 kg/hm^(2)+NBPT+MHPP,50%表施,50%深施(RND+DI)。每次施肥后两周内,用密闭式抽气法监测稻田NH3挥发,在水稻生育期内用静态箱—气相色谱法监测稻田N2O排放。【结果】1) NH_(3)挥发主要发生在每次施氮后7天内,CN、RNB和RNB+DI处理基肥和分蘖肥施用后的NH3挥发量占总挥发量的86.63%~91.76%;稻季N_(2)O排放峰期主要出现在每次施肥后一周内和中期烤田期。2) RNB比CN处理可减少NH3挥发总量29.69%~39.41%和N_(2)O排放总量13.43%~23.37%。3) RND比RNB处理可减少NH_(3)挥发总量53.50%~72.05%和N2O排放总量16.66%~23.43%。4) RNB+DI比RNB处理可减少NH3挥发总量9.57%~22.27%和N_(2)O排放总量8.77%~15.67%。5) RND+DI比CN处理可减少NH3挥发总量76.89%~82.29%和N_(2)O排放总量37.98%~48.71%。【结论】尿素总氮投入减少25%,50%由撒施改为基肥深施,并添加脲酶/硝化抑制剂,可显著减少稻季NH3挥发和N2O总排放,特别是降低NH3挥发的效果更佳;将这3种措施组合集成的RND+DI处理减排效果最佳。该综合集成措施的实际操作性强,为在水稻生产上推广应用提供了技术支撑。

不同硝化抑制剂对稻季N_(2)O排放、NH_(3)挥发和水稻产量的影响

为了筛选出水稻生产中应用效果更佳的硝化抑制剂,在太湖地区开展水稻季田间小区试验,尿素中分别添加化学合成硝化抑制剂2-氯-6-三氯甲基吡啶(CP)和3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)以及生物硝化抑制剂对羟基苯丙酸甲酯(MHPP),探讨3种不同硝化抑制剂对水稻季N_(2)O排放、NH_(3)挥发、水稻产量和氮肥利用率的影响。结果表明,与单施尿素处理相比,尿素添加3种硝化抑制剂能显著减少N_(2)O排放总量,抑制效果表现为DMPP(31.71%)>MHPP(30.40%)>CP(27.83%),不同硝化抑制剂间减排效果无显著差异;添加硝化抑制剂均显著增加了NH_(3)挥发总量,促进作用表现为CP(58.7%)>DMPP(40.3%)>MHPP(25.3%),不同硝化抑制剂间差异显著;添加硝化抑制剂的增产幅度为MHPP(4.9%)>CP(3.3%)>DMPP(1.1%),不同硝化抑制剂间无显著差异;氮肥表观利用率显著增加,表现为MHPP(15.7%)>CP(13.8%)>DMPP(10.9%),但不同硝化抑制剂间无显著差异;综合考虑活性气态氮损失量和水稻产量,3种硝化抑制剂相比单施尿素均显著增加了单位产量活性气态氮排放强度,增加幅度表现为CP(50.3%)>DMPP(35.0%)>MHPP(17.8%),CP显著高于DMPP和MHPP。综合比较,生物硝化抑制剂MHPP在水稻生产中增效减排的作用优于化学合成硝化抑制剂CP和DMPP,但在生产应用中要与其他NH_(3)挥发减排措施相结合,更好地发挥其增效减排潜力,推动农业绿色可持续发展。

生物硝化抑制剂对黔西南黄壤硝化作用及N_(2)O排放的影响

为探索生物硝化抑制剂对贵州黔西南地区黄壤硝化作用及氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,通过3周的室内培养试验,研究两种生物硝化抑制剂(对羟基苯丙酸甲酯(MHPP)和丁香酸(SA))对黄壤中的无机态氮素含量、氨氧化微生物功能基因以及N_(2)O排放量的影响。结果表明,与对照CK相比,MHPP和SA在黄壤上均能明显抑制硝化作用,对土壤硝化速率的抑制率分别为6%~43%和5%~51%。MHPP和SA均抑制了黄壤氨氧化古菌AOA(12%~22%,27%~41%)与氨氧化细菌AOB(6%~19%,26%~46%)amoA基因的丰度。整个培养期内,黄壤NO_(3)^(-)-N含量与AOB的amoA基因丰度显著正相关,而与AOA的amo A基因丰度无显著相关,表明AOB对黄壤硝化作用起了主导作用。在N_(2)O排放方面,MHPP和SA分别显著抑制了黄壤51%和21%的N_(2)O排放积累量,MHPP的减排效果优于SA。MHPP降低了黄壤N_(2)O排放的峰值,而SA主要延缓了黄壤N_(2)O排放高峰的出现。总之,生物硝化抑制剂MHPP和SA在贵州黔西南黄壤上具有氮肥减施增效的潜力,这为今后烤烟新型绿色专用肥的开发提供了理论依据。

交替滴灌配施硝化抑制剂对夏玉米土壤氨挥发和土壤酶活性的影响

【目的】寻求灌水方式和施加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸(DMPP)对施肥后夏玉米田土壤氨挥发影响和土壤氮素转化过程的关键驱动因子。【方法】采用通气法,设置常规浅埋滴灌施加DMPP(DI+DMPP)、浅埋交替滴灌施加DMPP(ADI+DMPP)、常规浅埋滴灌不施加DMPP(DI+NO)、浅埋交替滴灌不施加DMPP(ADI+NO)共4个处理,研究灌水方式与添加硝化抑制剂对玉米生育期内氨挥发速率、氨挥发累积量和土壤酶活性的影响。【结果】(1)在玉米不同生育阶段,灌水方式和施加DMPP对氨挥发速率的影响不同,其中,施加DMPP可显著提高拔节期、抽雄期、灌浆期的土壤氨挥发速率;交替滴灌只对大喇叭口期的土壤氨挥发速率有显著降低作用。(2)交替滴灌较常规滴灌显著降低了12.70%~45.45%的氨挥发累积量,然而,施加DMPP处理对玉米土壤氨挥发累积量有显著促进作用。【结论】交替滴灌灌水而不施加硝化抑制剂DMPP的组合处理(ADI+NO)在氨挥发减排方面效果最优。

不同硝化抑制剂对黑土N_(2)O的减排效果

【目的】施用硝化抑制剂是削减农田N_(2)O排放的有效措施,本文研究不同种类硝化抑制剂对土壤N_(2)O排放的影响,为选择高效硝化抑制剂以实现黑土N_(2)O减排提供科学依据。【方法】在黑龙江省东部典型旱作黑土区进行田间试验。设置6个处理:不施氮肥(N0),常规施氮(N_(2)00),减氮20%(N160),减氮20%分别配施硝化抑制剂双氰胺(N160+DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(N160+DMPP)和2-氯-6(三氯甲基)-吡啶(N160+CP)。测定全年土壤N_(2)O排放通量,同步测定土壤温度和含水量以及玉米生长季土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和可溶性有机碳(DOC)含量。【结果】施氮显著提高了土壤NH_(4)^(+)-N含量,且各施氮处理间差异不显著。施用硝化抑制剂处理降低了土壤NO_(3)^(-)-N含量,DCD和DMPP处理的NO_(3)^(-)-N含量接近N0水平。氮肥减施及其配合硝化抑制剂施用对土壤DOC含量影响较小。土壤N_(2)O排放主要发生在玉米生长季(5~10月),占全年N_(2)O排放总量的79%~95%。DCD和DMPP显著降低N_(2)O排放高峰的峰值和频次。N_(2)00处理土壤N_(2)O年累积排放量为3.83 kg/hm^(2),显著高于N0处理的0.76 kg/hm^(2);与N_(2)00相比,减氮20%的N160处理N_(2)O年累积排放量降低了31%(2.65 kg/hm^(2));N160+DCD和N160+DMPP进一步将N_(2)O年排放量降至0.98和1.34 kg/hm^(2),减排效率为63%和49%,而N160+CP的减排效果不明显(2.58 kg/hm^(2))。N160+DCD和N160+DMPP处理N_(2)O排放系数分别为0.14%和0.36%,显著低于其他处理(1.14%~1.53%)。施氮显著增加玉米产量,但是N_(2)00和N160处理单位产量N_(2)O排放强度比N0处理分别增加3.5和2.1倍,而N160+DCD和N160+DMPP处理的单位产量N_(2)O排放强度可降至N0水平【结论】氮肥减施可显著降低旱作黑土N_(2)O排放,减氮配合施用硝化抑制剂DCD和DMPP能够进一步显著降低N_(2)O年排放量。不同硝化抑制剂减排效果差异显著,DCD的减排效率最高,DMPP次之,CP较差。硝化抑制剂施用不影响玉米产量,但DCD和DMPP可显著降低单位产量N_(2)O排放强度。因此,在东北旱作黑土区推荐施用硝化抑制剂尤其是DCD,以减少土壤N_(2)O排放,推动玉米种植业的可持续发展。

生物反硝化抑制剂原花青素对土壤氮转化及植物生长的影响

我国农业生产氮肥投入量大,但利用率低,氮素损失严重。其中,由反硝化过程产生的氮素损失占比最高可达50%以上,有效调控土壤反硝化过程对于减少农业生态系统氮素损失、降低氮素环境污染具有重要意义。生物反硝化抑制剂(biodenitrification inhibitors,BDIs)是一类植物分泌的次生代谢产物,其中的原花青素已被证实可促进土壤氮素储存并增加作物产量,有望成为一种高效且绿色的氮素调控物质。本文系统梳理了BDIs的发现及其反硝化抑制机制,总结了目前国内外BDIs研究领域的主要进展,并对未来研究方向进行了展望,以期为BDIs施用技术及产品的开发、农产品质量的提升及现代农业绿色健康发展提供借鉴。

氮肥减施下添加硝化抑制剂对夏玉米氮素累积转运和产量的影响

为明确硝化抑制剂对夏玉米氮素高效利用的影响,通过连续2年田间试验研究不同氮肥减施水平下添加硝化抑制剂(2-氯-6-三氯甲基吡啶)对夏玉米产量和氮素累积转运及利用的影响。结果表明,氮肥减施20%并添加硝化抑制剂不影响玉米植株各器官及总干物质的累积量,各器官的氮素累积量及植株的总氮吸收量未出现下降趋势,其产量与正常施氮处理无显著差异。随着施氮量的增加,玉米植株的氮素转运量呈先增后降趋势,其中减氮20%配施硝化抑制剂处理的氮素转运量和转运率均最高,分别为62.41 kg·hm^(-2)和44.54%,对籽粒氮素贡献率达33.96%。氮肥偏生产力随施氮量的增加而下降,平均为58.94 kg·kg^(-1);每生产100 kg籽粒平均需吸收纯氮1.96 kg,以减氮10%处理最高。综合玉米产量、氮素转运累积和利用等因素,在常规施氮的基础上氮肥减施20%,并配施硝化抑制剂2-氯-6-三氯甲基吡啶,既能够保证玉米高产、稳产,又能够促进农田生态系统中氮素的高效利用,达到节本增效的目的。

硝化抑制剂对水稻秧苗生长及土壤养分变化的影响

为解决传统育秧肥料后期供肥不足现象,通过2年的水稻育秧试验,探究不同用量硝化抑制剂(双氰胺,DCD)对水稻育秧肥料养分释放的影响。试验于2019年设3个处理:CK(不添加DCD)、NI1(添加0.05%DCD)、NI2(添加0.1%DCD);2020年额外增加1个处理:NI3(添加0.2%DCD)。结果表明,与CK相比,NI1处理和NI2处理总体提高了水稻育秧后期(28~35 d)秧苗素质(株高、叶龄、叶长、茎基宽);而NI3处理水稻秧苗素质则和CK无显著差异。添加硝化抑制剂可以明显提高水稻叶绿素含量(SPAD值),随着育秧时间延长和硝化抑制剂用量增加,对SPAD值提升效果越明显。添加硝化抑制剂会减少水稻育秧前期(10 d)土壤铵态氮(NH+4-N)含量,但是会增加育秧后期(25~35 d)土壤NH+4-N含量,并在育秧结束时显著提高土壤全氮含量。因此,添加硝化抑制剂在水稻育秧后期能够明显增加土壤氮素残留,低用量硝化抑制剂在一定程度上还可以提高水稻秧苗素质。但是,在实际应用中需要注意高用量硝化抑制剂对水稻秧苗素质的负面效果。

生物炭配施硝化抑制剂降低稻田土壤NH_(3)和N_(2)O排放的微生物机制

【目的】研究生物炭和硝化抑制剂对稻田土壤主要活性氮气体(NH_(3)和N_(2)O)排放的影响及机制,以提升施用生物炭与硝化抑制剂的减排效果。【方法】采集浙江典型水稻土进行盆栽试验。试验设置5个处理:不施氮肥(N0)、仅施尿素(Urea)、尿素配施硝化抑制剂(DMPP)、尿素配施生物炭(BC)、尿素配施硝化抑制剂和生物炭(BCDM)。从水稻插秧后开始,利用密闭箱−气相色谱法和Drage-Tube法分别监测土壤N_(2)O及NH_(3)排放,在基肥、分蘖肥和穗肥后,取田面水和渗漏水样,测定无机氮浓度。在水稻收获后,采集鲜土提取土壤微生物DNA,利用qPCR技术分析测定氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)的amoA以及氧化亚氮还原酶nosZ的基因拷贝数。【结果】施基肥后,各处理没有显著提升田面水中的NH_(4)^(+)-N浓度;追施分蘖肥和穗肥后,BC和DMPP处理显著提升田面水NH_(4)^(+)-N浓度,最高达35.4 mg/L;BCDM及DMPP处理分别降低田面水NO_(3)^(−)-N浓度达80.0%及56.9%。与Urea处理相比,BC和DMPP单施或配施均显著降低田面水累计氮损失量,降幅最大为95.6%(BCDM)。Urea处理20和40 cm深度土层的累积渗漏氮损失量为N 3.67 kg/hm^(2),BC、BCDM及DMPP处理分别降低了累积渗漏氮损失量16.5%、27.9%及37.4%。与Urea处理相比,BC、DMPP和BCDM处理分别显著降低N_(2)O累积排放量约31.5%、64.0%和57.6%;施加DMPP使氨累积排放量显著增加了10.5%,而BC与DMPP配施或BC单独施用降低了氨累积排放,降幅分别为25.2%和21.6%。水稻生育期内,BC、BCDM、DMPP、N0和Urea处理由氨排放带来的N_(2)O间接排放对N_(2)O总排放的贡献率分别为83.9%、90.2%、90.5%、52.9%和82.0%。qPCR结果显示,与Urea处理相比,BC、DMPP和BCDM处理土壤AOA的amoA基因拷贝数较Urea处理增加48.0%~73.4%,AOB的基因拷贝数降低了62.7%~195.6%(P<0.05)。DMPP和BCDM处理nosZ基因拷贝数较Urea处理分别增加了3.7%和14.8%。【结论】生物炭和DMPP与尿素同时基施可显著降低土壤amoA-AOB基因拷贝数,减缓土壤铵离子的硝化过程,从而降低NO_(3)^(−)-N浓度,减少稻田田面水、渗漏水中的无机氮浓度;增加N_(2)O还原酶nosZ基因拷贝数,促进N_(2)O还原能力,降低N_(2)O(N_(2)O直接排放和NH_(3)带来的间接排放)总排放量32.2%,是同时有效减少N_(2)O排放和氨挥发的有效措施。