脲酶/硝化抑制剂缓释肥对番茄养分吸收和土壤肥力的影响

姚云柯，徐卫红，周 豪，王卫中，李舒婷，王崇力，陈序根，赵婉伊

(西南大学资源环境学院，重庆 400715)

【研究意义】蔬菜是具有生长期长 、需肥量大等特点的高效益作物[1-2]，因此生产中需大量施肥才能满足其正常生长对养分的需求，这不仅费工费时，又因传统化肥存在肥料利用率低、淋失严重、氨挥发量大以及作物吸收和养分释放不协调的特点，容易导致资源浪费和土壤、大气、水体的污染以及农产品质量的下降[3-6]，不仅降低了蔬菜种植效益，又对环境产生负面影响。【前人研究进展】缓/控释肥是根据作物养分需求规律，控制肥料的释放期，使肥料在土壤中的释放延缓，让其作物养分吸收与养分释放相协调的一类新型肥料[7]。缓释肥具有安全、对植物根系无害的优点，可以节约生产成本，降低劳动力，解决施用普通化肥对土壤、农产品和环境的危害以及肥料利用率低的问题[8]。石岳峰等[9]在对不同类型氮肥对夏玉米产量、氮肥利用率及土壤氮素影响的研究中发现，与普通化肥相比，缓/控释掺混氮肥将玉米的肥料利用率提高了18.2 %～31.8 %。于淑芳等[10]研究发现，在小麦玉米收获后，与普通尿素处理的深层土壤相比，施用缓/控释氮肥处理的深层土壤硝酸盐数量减少、氮素向土壤深层移动能力降低，从而减少地下水体的污染。孙克君、毛小云等[11]和李伟、李絮花等[12]均报道缓释肥具有减少土壤氮挥发、养分淋溶和提高作物产量、肥料利用效率的特点，降低环境的污染的作用。缓释肥可分为化学型缓释肥和物理型缓释肥，化学型缓释肥指在肥料中添加硝化抑制剂、脲酶活性抑制剂等，物理型缓释肥指包膜肥料等。近年来，国内外已经成功筛选出了上百种硝化抑制剂和脲酶抑制剂，使缓释肥在蔬菜种植方面得到了大范围的利用。脲酶抑制剂能够抑制土壤脲酶的活性，减少酰胺态有机氮转化为无机态铵态氮的速度，从而减少铵态氮肥的挥发和硝化。硝化抑制剂可以抑制铵态氮肥向硝态氮肥的转化。两者配合可以延缓肥料供氮，调高肥料氮的有效性，减少过量硝态氮淋失对环境的影响[9]。目前，国内缓/控释肥料研究主要集中在小麦、玉米等粮食作物的应用上[10-13]，而在果类蔬菜上的研究报道较少[14]。番茄(LycopersiconesculentumL.)色泽鲜艳、营养丰富、味道香甜，是种植度较广的果类蔬菜之一。但因其需肥量大，生产中容易过量施肥，养分投入量大且比例不合理，导致养分供应出现障碍、肥料利用率下降，使番茄品质下降的现象时有发生。【本研究切入点】本研究采用盆栽试验研究了含有脲酶抑制剂 N-丁基硫代磷酰三胺(nBPT)或氢醌(HQ)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)且富含中微量元素和有机质的自制番茄专用缓释复混肥对番茄生物量、氮磷钾养分吸收利用、土壤养分含量以及土壤酶活性的影响，【拟解决的关键问题】以期为缓/控释肥在果类蔬菜上的生产应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验土壤为采自重庆九龙坡蔬菜基地的pH值为6.03酸性紫色土，供试土壤的基本农化性状为有机质16.54 g·kg-1、全氮0.62 g·kg-1、碱解氮102.8 mg·kg-1、有效磷26.18 mg·kg-1、速效钾(K2O) 95.5 mg·kg-1。供试番茄(LycopersiconesculentumL.) 为由重庆农科院蔬菜花卉研究所提供的“德福mm-8”幼苗。

供试肥料包括普通复合肥(OCF)、商品缓释肥(MSRF)、番茄专用缓释肥(TSRF1和TSRF2)及番茄专用肥(TCF)。其中TSRF1和TSRF2为有机—无机非包膜养分结构型缓释肥料，TSRF1含有脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(nBPT)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)，TSRF2含有脲酶抑制剂氢醌(HQ)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)。番茄专用缓释肥(TSRF1和TSRF2)及番茄专用肥(TCF)均为西南大学自制的由优质有机肥与N、P、K及少量中微量元素组成的无机肥原料混合而成复混肥料(12-7-18)；普通复合肥(OCF)为贵州西洋普通复合肥(15-15-15)；商品缓释肥(MSRF)为青岛住商非包膜缓释复合肥(26-6-8)。

1.2 试验方法

于2014年3-7月在西南大学资源环境学院温室进行盆栽试验。试验采用随机区组设计，共设5组处理，即肥料施用为①自制番茄专用缓释肥TSRF1；②自制番茄专用缓释肥TSRF2；③自制番茄专用肥TCF；④贵州西洋普通复合肥OCF；⑤青岛住商非包膜缓释复合肥MSRF[14-15]。每个处理3个重复，随机排列。栽培容器采用17 cm×20 cm的塑料花盆，每盆前后总共加入肥料含N量一定，为180 mg·kg-1，进行等N量施入后各组处理结果的对比，且每盆加入5 kg的过40目筛的风干土样与基肥混匀，每盆移栽番茄幼苗2株，培养期间，采用称重法调节土壤含水量维持在田间持水率的60 %。各组处理施肥方式略有不同，在保证施肥含N总量一定下，TSRF1、TSRF2和MSRF3组处理基肥时一次性施入，而对于TCF和OCF，基肥时按照N总量的50 %施入、开花期按照N总量的30 %进行追肥、盛果期按照N总量的20 %进行第2次追肥[14-15]。

表1 不同施肥处理番茄干物质量

注：表中数据为平均值±标准差；同列不同小写字母表示各处理差异达0.05水平，下同。

Note: Data in this table for mean± SD. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences of each treatment reached 0.05 level, the same as below.

第一次结果后开始记产，移栽幼苗后120 d收获，采集植物的分根、茎、叶、果实进行干重称量和氮磷钾含量的测定(105 ℃下杀青15 min，60 ℃下烘干称重，磨碎后过30目筛)[14-15]。收获后，将盆内土倒出除去植物根系、石块等非土壤性物质后用宝塔法混匀、四分法取样、风干、研磨过筛后进行土壤养分含量及酶活性的测定。

1.3 测定方法

土壤碱解氮、速效钾、有效磷、有机质分别采用扩散法、醋酸铵—火焰光度计法、碳酸氢钠—分光光度法、重铬酸钾容量法测定[16]。土壤脲酶活性、过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、磷酸酶活性的测定方法分别为苯酚钠比色法、高锰酸钾滴定法、3，5-二硝基水杨酸法以及磷酸苯二钠比色法[17]。

植株N(P/K)养分吸收量=植株干物质量×N(P/K)养分含量[14-15]。

N(P/K)相对利用效率={[专用肥或缓释肥处理植株吸N(P/K)量-普通复合肥处理植株吸N(P/K)量/施N(P/K)量×100 %]}[14-15]。

1.4 数据统计分析

本次试验采用Excel 2003进行数据处理，SPSS18.0进行显著性分析，试验结果为3次重复测定的平均值。

2 结果与分析

2.1 番茄专用缓释肥对其生物量的影响

由表1可知，不从植株各器官干物质量的总体表现(果实>茎>叶>根系)。不同处理番茄果实干重与植株总干量结果均为TSRF2> TSRF1> MSRF> TCF> OCF， TSRF2处理的果实干重与植株总干量较MSRF、TCF和OCF分别增加了7.32 %、29.75 %、32.67 %和7.24 %、18.18 %、31.40 %；TSRF1处理的果实干重与植株总干量分别增加了1.94 %、23.24 %、26.01 %和 2.96 %、13.45 %、26.15 %。TSRF2处理果实干重与植株总干量分别为62.54 和115.33 g·pot-1，TSRF1处理果实干重与植株总干量分别为59.40 和110.72 g·pot-1，两者差异显著，以TSRF2处理效果最好。

2.2 番茄专用缓释肥对其NPK养分含量的影响

由表2可知，番茄各器官的氮素含量总体表现为果实>叶>茎>根，TSRF1/TSRF2> MSRF> TCF> OCF(根、茎氮含量TSRF1>TSRF2，叶、果实氮含量TSRF2>TSRF1)。番茄专用缓释肥与其他肥料相比显著增加了番茄植株的氮含量。TSRF1处理的番茄根、茎氮含量较MSRF、TCF和OCF处理分别增加了84.8 %、115.9 %、138.1 %、和 7.2 %、17.2 % 、18.9 %；TSRF2处理的叶片、果实氮含量较MSRF、TCF和OCF处理分别增加了23.4 %、23.91 %、29.5 % 和15.9 %、23.6 %、25.5 %。

表2 各施肥处理番茄NPK养分含量

表3 不同施肥处理番茄NPK养分吸收量

注： N相对利用效率(relative utilization efficiency, RUE) =[(专用肥或缓释肥处理植株吸氮量-普通复合处理植株吸氮量)/施氮量×100 %)]，磷、钾同上。

Note: Relative utilization efficiency (RUE) = [(N uptake of plant under special fertilizer or slow release fertilizer treatment-N uptake of plant under ordinary compound fertilizer treatment) / N fertilizing amount × 100 %)]. The same to phosphorus and potassium.

从不同施肥方式番茄植株器官的P含量总体表现也以果实>叶>茎>根，TSRF1/TSRF2> MSRF>TCF>OCF。对于不同施肥方式番茄植株器官的K含量以TSRF2> TSRF1> MSRF> TCF>OCF；TSRF2、TSRF1、MSRF处理的番茄K含量为果实>根>茎>叶；TCF和OCF处理的番茄K含量为果实>茎>根>叶。相比于其他处理，施番茄专用缓释肥处理提高了番茄植株对NPK养分含量。

2.3 番茄专用缓释肥对NPK养分吸收量及养分相对利用效率的影响

从表3可知，不同施肥处理番茄NPK吸收量表现为TSRF1/TSRF2>MSRF>TCF>OCF(其中N、K的吸收量为TSRF2>TSRF1，P的吸收量为TSRF1>TSRF2)；番茄植株对NPK吸收总体表现为K和N远大于P。与MSRF、TCF和OCF处理比较，TSRF1、TSRF2处理的N吸收量分别提高了12.57 %、36.39、49.75 %和24.38 %、50.71 %、65.47 %。番茄专用缓释肥处理也增加了P、K的吸收量。同时，与普通复合肥OCF相比，自制专用缓释肥、商品缓释肥、自制专用肥均提高了NPK养分利用率，NPK相对利用率为N1.90 %～14.94 %、P5.05 %～20.53 %、K 4.68 %～21.95 %。其中自制专用缓释肥处理的相对养分利用效率最高，N、K的利用效率以TSRF2处理最大，N、K相对利用率为14.94 %和21.95 %；TSRF1处理的P相对利用率最大，为20.53 % 。不同施肥处理NPK相对利用效率的大小与NPK养分吸收量相吻合。

2.4 专用缓释肥对土壤有机质及NPK养分含量的影响

由表4可知，与番茄种植前的土壤相比较(土壤有机质16.54 g·kg-1、碱解氮102.8 mg·kg-1、有效磷26.18 mg·kg-1、速效钾(K2O)95.5 mg·kg-1)，各施肥处理均提高了土壤中有机质和NPK养分含量。土壤NPK养分含量在不同施肥处理中从高到低依次为OCF> TCF> MSRF> TSRF1/TSRF2。各组处理中土壤碱解氮含量、有效磷含量和土壤速效钾含量均以OCF处理最高，分别为247.03、45.18和89.40 mg·kg-1，土壤碱解氮含量以TSRF1处理最少为151.49 mg·kg-1，土壤有效磷、速效钾含量以TSRF2处理最少，分别为28.96和74.93 mg·kg-1。OCF处理土壤碱解氮含量、有效磷含量和速效钾含量较TCF、MSRF、TSRF1、TSRF2处理高0.55 %～63.07 %、1.68 %～19.31 %和13.01 %～56.01 %。

表4 不同施肥处理对土壤养分的影响

表5 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

土壤有机质含量在不同施肥处理中从高到低依次为TSRF1>TSRF2>TCF>MSRF>OCF，TSRF1处理有机质含量最高为55.73 g·kg-1，OCF处理最低为36.17 g·kg-1。TSRF1处理较TCF、MSRF、OCF处理有机质含量增加21.49 %～54.08 %。

2.5 专用缓释肥对土壤酶活性的影响

土壤脲酶是一种能将酰胺态氮(尿素)水解成植物直接吸收利用的铵态氮的酶类，它的存在能直接控制土壤的供氮能力[9,15]。由表5可知，各施肥处理的土壤脲酶活性从高到低为OCF>TCF>MSRF>TSRF1>TSRF2，以TSRF1和TSRF2处理土壤脲酶活性最低，两者差异达到显著水平。TSRF1和TSRF2较OCF处理土壤脲酶活性降低了66.19 % 和60.14 %。TSRF1和TSRF2中的脲酶抑制剂降低了土壤脲酶的活性，使土壤肥料中无机态氮释放变缓，协调了养分释放与作物吸收的矛盾，也降低了多余铵态氮的损失。

土壤过氧化氢酶与土壤呼吸能力有关，其活性大小又与土壤有机质积累程度有关[15]。土壤过氧化氢酶活性以TSRF1处理最高，其次为TSRF2，两者差异不大。土壤过氧化氢酶活性最低为OCF处理，TSRF1处理较OCF、TCF、MSRF增加了0.06～0.13 mL·g-1·20 min。TSRF1和TSRF2处理土壤过氧化氢酶活性较其他处理高，其土壤氧化能力强，有机质合成加快，因此与有机质含量也吻合。

土壤磷酸酶是一类催化土壤有机磷转化成无机磷的酶类，其活性大小与有机质含量相关[15]。如表5所示，不同施肥处理土壤磷酸酶活性从高到低为TSRF2> TSRF1> TCF> MSRF> OCF，最高为TSRF2(2.90 mg·g-1·h-1)，其次为TSRF1(2.79 mg·g-1·h-1)，TSRF2较OCF、TCF、MSRF增加14.17 %～35.51 %。

土壤蔗糖酶能增加土壤中易溶性营养物质，一般情况下，土壤越肥，土壤蔗糖酶活性越强，但又与土壤有机质、氮、磷含量，微生物数量及土壤呼吸强度有关[15]。土壤蔗糖酶活性以TSRF2处理最高为5.08 mg·mL-1·d-1，其次为TSRF2(5.03 mg·mL-1·d-1)，OCF处理最低(2.57 mg·mL-1vd-1)。与OCF处理相比，TSRF1和TSRF2专用缓释肥处理显著增加了土壤中蔗糖酶的活性，分别提高了95.72 %和97.67 %，由此表明番茄专用缓释肥对于提高土壤蔗糖酶活性效果明显。

3 讨 论

现阶段通过施肥调控将土壤有效养分保持在适当的范围，使作物有足够营养吸收保持高产，同时又不污染环境，这一策略已经成为作物施肥希望达到的标准[18]。有资料显示，缓释肥处理的番茄产量比普通复合肥处理结果平均增加63.1 %，且一次性施用缓释肥料的大棚辣椒产量明显好于其他肥料[19-20]。本研究发现，自制番茄专用缓释肥(TSRF2或TSRF1)显著提高了番茄植株茎、根、果实干重和总干重。原因可能是脲酶/硝化抑制剂专用缓释肥(TSRF1和TSRF2)控制了养分释放，使养分释放速度慢、时间长，遵循作物需肥规律，使养分发挥了最大增产效率。

番茄植株收获后土壤中有机质含量以番茄专用缓释肥处理(TSRF1/TSRF2)最高，而土壤碱解氮含量、有效磷含量和土壤速效钾含量均以OCF处理最高，番茄专用缓释肥处理最低，这可能与番茄专用缓释肥中脲酶/硝化抑制剂有关。在一定时间段内，番茄专用缓释肥中的脲酶/硝化抑制剂减缓了养分释放速度，使有效态养分含量降低。而番茄专用缓释肥处理的土壤有机质含量高，可能是因为自制缓释肥中含有大量优质有机质所致。自制专用肥(TCF)处理的土壤中有机质含量第二则印证了这一观点。该结果与朱洪霞[22]、 孙鸿彬[23]、 董燕[24]报道相似。番茄专用缓释肥(TSRF1和TSRF2)与其他施肥处理相比提高了土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、磷酸酶的含量，但降低了土壤脲酶的含量。TSRF1和TSRF2因为脲酶/硝化抑制剂作用抑制了土壤脲酶活性，从而降低了氨挥发、硝化和反硝化作用。该结果也与本试验的土壤碱解氮含量变化特征吻合。

本试验中，不同施肥处理番茄NPK吸收量表现为TSRF1/TSRF2>MSRF>TCF>OCF，番茄自制缓释肥 (TSRF1和TSRF2) 处理的番茄植株对NPK养分吸收量最大，且NPK相对养分利用效率也以TSRF1和TSRF2处理最高。该结果与朱国梁等[21]报道相似。本试验也发现，与自制番茄专用缓释肥相比，不含脲酶硝化抑制剂其他配料几乎一样的自制专用复合肥TCF在提高番茄产量、养分吸收量和养分利用效率方面优势不大。原因可能是番茄专用缓释肥含有独特的脲酶/硝化抑制剂，能使酰胺态有机氮转化减慢，抑制铵态氮的硝化，减少铵态氮的挥发和硝态氮的淋失，提高养分的有效性，使番茄专用缓释肥在番茄植株生长后期，其他非释缓肥养分挥发淋失导致供养不足时，依然能够利用脲酶/硝化抑制剂的作用，稳定地释放养分以满足番茄植株所需营养，提高NPK的养分吸收量，使番茄产量增加有关。而商品缓释肥对番茄植株的影响效果不如番茄专用缓释肥，可能与番茄专用缓释肥是根据番茄需肥特性研发而来，同时还添加了优质有机质有关。

4 结 论

(1)自制脲酶/硝化抑制剂缓释肥(TSRF1和TSRF2)较MSRF、TCF和OCF提高了番茄果实干重与植株总干量。番茄植株NPK吸收量和各器官NPK养分含量以TSRF1/TSRF2>MSRF>TCF>OCF。

(2)与普通复合肥OCF相比，自制专用缓释肥、商品缓释肥、自制专用肥均提高了NPK养分利用率，且自制专用缓释肥处理的NPK养分相对利用效率最高。

(3)在各施肥处理中，土壤碱解氮含量、有效磷含量和速效钾含量均以OCF> TCF>MSRF>TSRF1/TSRF2。土壤有机质含量以番茄专用缓释肥(TSRF1和TSRF2)最高。番茄专用缓释肥(TSRF1和TSRF2)还提高了土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和磷酸酶的活性，降低了土壤脲酶的活性。自制脲酶/硝化抑制剂缓释肥(TSRF1和TSRF2)含有脲酶/硝化抑制剂，抑制了脲酶活性和硝化作用，减缓了酰胺态有机氮像有效氮的转化和肥料养分释放的速度，使土壤有效养分含量与作物养分需求之间形成平衡，减少了养分的损失，增强了番茄NPK养分吸收量，同时含有大量优质有机质，最终增加了番茄生物量，提高了养分利用效率。

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