脲酶/硝化抑制剂对沿淮平原糯稻养分吸收利用的影响

王静 王允青 万水霞 吴萍萍 叶寅 郭熙盛 吕国安

摘要：添加氮素抑制劑是减少氮素损失，提高水稻氮肥利用率的有效途径之一。本研究采用大田试验，研究脲酶抑制剂（N-丁基硫代磷酰三胺，NBPT）、硝化抑制剂（3、4-二甲基吡唑磷酸盐，DMPP）及其组合对沿淮平原糯稻生物量及氮、磷、钾吸收利用的影响。以常糯1号为材料，于2018年6-10月在安徽怀远县（沿淮平原典型水稻种植区）进行试验。试验设5个处理：①不施氮肥对照（CK）;②施尿素（U）;③施尿素+脲酶抑制剂（U+NBPT）;④施尿素+硝化抑制剂（U+DMPP）;⑤施尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂（U+DMPP+NBPT）。研究结果表明，尿素配施NBPT或者NBPT+DMPP均显著提高了水稻生物量（P<0.05），U+NBPT和U+DMPP+NBPT处理较U处理的生物量分别增加7.02%和7.99%，而尿素单独配施DMPP虽然增加了水稻生物量（增加幅度3.1%），但差异未达显著水平（P>0.05）。尿素配施NBPT/DMPP显著增加了水稻氮、磷吸收量（P<0.05），而钾素吸收量有降低的趋势，但差异未达显著水平（P>0.05）。U+NBPT、U+DMPP和U+DMPP+NBPT处理植物地上部分氮累积量较U处理分别增加9.6%、6.5%和12.2%，吸磷量分别增加了9.2%、10.4%和14.4%，吸钾量则分别降低了2.6%、3.7%和4.4%。综上，在沿淮平原糯稻种植体系中，尿素配施NBPT /DMPP可以有效地增加水稻生物量，提高氮素、磷素利用效率，NBPT和DMPP表现出协同增效作用。

关键词：脲酶抑制剂;硝化抑制剂;糯稻;生物量;养分吸收;沿淮平原

中图分类号：S143.1文献标识码：A文章编号：1000-4440（2020）01-0077-06

Abstract： Application of nitrogen inhibitor is an effective way of reducing nitrogen loss and improving fertilizer use efficiency of rice. In this study， field experiments were conducted to study the effects of urease inhibitor （N-n-butyl thiophosphoric triamide， NBPT] and nitrification inhibitor（3，4-dimethylpyrazole phosphate DMPP） on biomass and nutrient， phosphorus and potassium uptake of glutinous rice in plain along the Huaihe River. Using Changnuo 1 as test material， the experiment was conducted in Huaiyuan County， Anhui province from June 2018 to October 2018. There were five treatments， including no nitrogen fertilizer（CK）， urea only（U）， urea plus NBPT（U+NBPT）， urea plus DMPP（U+DMPP） and urea plus NBPT and DMPP（U+DMPP+NBPT）. The results showed that the rice biomass increased significantly in the treatments of U+NBPT and U+DMPP+NBPT. Compared with U treatment， the rice biomass of U+NBPT and U+DMPP+NBPT treatment increased by 7.02% and 7.99%， respectively. The biomass of rice increased by 3.1% in the treatment of U+DMPP， but the difference was not significant（P>0.05）. Furthermore， urea combined with NBPT or DMPP significantly increased the nitrogen and phosphorus absorption of rice（P<0.05）， while reduced the potassium absorption to some extent（P>0.05）. Compared with U treatment， the nitrogen accumulation of U+NBPT， U+DMPP and U+NBPT+DMPP treatments increased by 9.6%， 6.5% and 12.2%， the phosphorus accumulation increased by 9.2%， 10.4% and 14.4%， while the potassium accumulation decreased by 2.6%， 3.7% and 4.4%， respectively. In summary， adding urease inhibitor NBPT or nitrification inhibitor DMPP into urea could effectively improve biomass and nitrogen and phosphorus absorption of glutinous rice in plain along the Huaihe River， and the effect of urea added with NPBT and DMPP was best.

Key words：urease inhibitor;nitrification inhibitor;glutinous rice;biomass;nutrient uptake;plain along the Huaihe River

水稻是中国最主要的粮食作物之一，其种植面积约占谷物种植面积的1/3，产量约占谷物总产量的37%，居世界第一位。研究结果表明，增施化肥尤其是化学氮肥是促进水稻生长并提高产量的有效途径。目前，中国已成为世界上最大的氮肥生产和消费国[1]，而氮肥利用率却较低，稻田氮肥损失率高达30%～70%，远高于旱地的20%～50%[2]，进而带来一系列的经济、生态和社会的负面效应。因此，如何有效提高水稻氮肥利用率，保证作物高产并降低环境风险，是水稻生产与环境保护迫切需要解决的问题。

农业生态系统中氮素循环、转化过程复杂，氮素损失不可能完全避免，但可以通过合理的农业措施有效降低其损失。目前针对减少氮素损失，提高氮肥利用率的措施主要基于2个途径，一是通过改善施肥技术及肥水管理模式实现，另一途径则是从肥料改良入手，施用缓释肥及生化抑制剂等[3]。脲酶抑制剂和硝化抑制剂通过延缓尿素水解或减缓铵态氮向硝态氮的转化，调控土壤供氮强度，减少氮素损失，提高氮肥利用率[4]。但抑制效果同时受到土壤质地、有机质含量、温度、水分、pH、氮肥种类和耕作制度等的影响[5]。氮、磷、钾是水稻生长发育过程中必不可少的三大营养元素，它的丰缺程度直接影响水稻的生化代谢、生理特性、养分间的协同吸收利用及最终产量的形成[6-7]。

沿淮平原地处南北过渡地带，光、热、水资源充足，是中国重要的粮食生产基地。迄今，在具有南北气候过渡带复杂区域生态特征的沿淮区，关于脲酶/硝化抑制剂在沿淮糯稻上的应用效果研究较少，其对水稻氮、磷和钾吸收利用的影响如何尚不明确。鉴于此，本研究以目前应用较多的脲酶抑制剂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）为材料，研究其对中国沿淮平原糯稻产量、养分吸收利用等的影响，为优化沿淮稻田生态系统养分管理，减少农田面源污染提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

本试验设在安徽省蚌埠市怀远县河溜镇罗新庄村（117°3′53″E，32°58′58″N）。该区域位于黄淮海平原南缘，淮河中游，地貌以河间平原为主，兼有零星低丘、岗地。属于暖温带半湿润季风气候区，年平均气温15.3 ℃，年均日较差9.1 ℃，平均无霜期218 d，年均降雨量874.6 mm，年内降水分布不均匀，多集中分布在夏季（6-8月），年平均日照时数2 206 h。供试土壤为水稻土，试验前0～20 cm耕层土壤基本理化性质为：pH（水土质量比2.5∶1.0）6.46、有机质13.9 g/kg、全氮0.84 g/kg、碱解氮55.3 mg/kg、全磷0.42 g/kg、速效磷16.9 mg/kg、全钾13.5 g/kg、速效钾77.1 mg/kg，土壤阳离子交换量241.49 mmol/kg。

1.2试验设计

试验共设5个处理：①不施氮肥（CK）;②尿素（U）;③尿素+硝化抑制剂（U+DMPP）;④尿素+脲酶抑制剂（U+NBPT）;⑤尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂（U+NBPT+DMPP）。3次重复，完全随机区组排列。每个小区面积26 m2 （6.5 m×4.0 m），各小区以50 cm的分隔行隔开，且保持小区间的田埂高出土表上方30 cm，并用厚质农膜包裹田埂并压至犁底层以防止小区间相互串水串肥，实现各小区单灌单排。试验中氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）的用量分别为225 kg/hm2、90 kg/hm2和105 kg/hm2，氮肥、磷肥、钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。氮肥分3次施用，基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3（质量比），磷肥、钾肥作为基肥一次性施入。脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺 （NBPT），硝化抑制剂为3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP），用量均按对应处理尿素纯氮量的1%添加，与尿素混匀后施用。水稻品种为常糯1号，2018年6月26日移栽，10月26日收获，栽培管理措施同当地农民的常规管理保持一致。

1.3测定项目与方法

試验开始前采集0～20 cm 耕层土样，用于测定土壤pH以及有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量。于水稻成熟期在各小区取代表性稻株5穴，剪去根后， 烘干称质量并粉碎，用于测定籽粒和秸秆的氮、磷和钾含量以及实收每小区产量。土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾和植株氮、磷、钾含量均采用常规方法测定[8]。

1.4数据处理

干物质量与养分含量的乘积为养分积累量。采用Excel2010和SPSS19.0进行数据处理分析，并用LSD（Least significant difference test）进行样本平均数的差异显著性比较。

2结果与分析

2.1脲酶/硝化抑制剂对水稻生物量的影响

图1可以看出，所有施氮处理的籽粒产量、秸秆生物量和地上部分生物量均显著高于未施氮对照（CK）（P<0.05）。尿素配施NBPT/DMPP对水稻籽粒产量、秸秆生物量存在明显影响。与U处理相比，U+NBPT和U+DMPP+NBPT处理的籽粒产量分别增加6.8%和8.6%，秸秆生物量分别增加4.3%和5.5%，地上部分生物量分别增加7.02%和7.99%，且差异达到显著水平（P<0.05）。U+DMPP处理较U处理的籽粒产量、秸秆生物量和地上部分生物量分别增加4.3%、2.1%和3.1%，但差异未达到显著水平（P>0.05）。这说明，尿素添加NBPT或者DMPP+NBPT对沿淮水稻生物量的提高均有显著促进作用，NBPT和DMPP表现出协同增效作用。

2.2脲酶/硝化抑制剂对水稻植株含氮量和氮累积量的影响

由图2可以看出，所有施氮处理的籽粒、秸秆的含氮量均显著高于未施氮对照（CK）（P<0.05），这表明，施氮能够促进水稻对氮素的吸收利用。与U处理相比，尿素配施生化抑制剂，其水稻籽粒、秸秆含氮量有增加的趋势，但差异未达显著水平（P>0.05）。

不同处理对水稻籽粒、秸秆和地上部分氮累积量存在明显影响（图3）。所有施氮处理的籽粒、秸秆和地上部分的氮累积量均显著高于不施氮对照（CK）（P<0.05）。U处理的籽粒、秸秆和地上部分氮累积量分别为106.3 kg/hm2、81.1 kg/hm2和187.4 kg/hm2。与U处理相比，U+NBPT、U+DMPP和U+DMPP+NBPT处理籽粒氮累积量分别提高12.6%、9.4%和14.1%，秸秆氮累积量分别提高5.6%、2.7%和9.8%，地上部分氮累积量分别提高9.6%、6.5%和12.2%，其中除U+DMPP处理秸秆氮累积量与U处理差异未达显著水平之外（P>0.05），其余差异均达显著水平（P<0.05），这说明，添加NBPT/DMPP能够提高水稻对氮素的同化和吸收能力，为高产奠定基础。

2.3脲酶/硝化抑制剂对水稻植株含磷量和磷累积量的影响

由图4可以看出，与氮素相类似，所有施氮处理的籽粒、秸秆的含磷量均显著高于未施氮对照（CK）（P<0.05），这说明，施氮能够协同促进水稻对磷素的吸收利用。尿素配施NBPT/DMPP，其水稻籽粒、秸秆含磷量有增加的趋势，但差异未达显著水平（P>0.05）。

不同处理对水稻籽粒、秸秆和地上部分磷累积量存在明显影响（图5）。所有施氮处理的籽粒、秸秆和地上部分的磷累积量均显著高于不施氮对照（CK）（P<0.05）。U处理的籽粒、秸秆和地上部分磷累积量分别为26.3 kg/hm2、15.4 kg/hm2和41.7 kg/hm2。与U处理相比，U+NBPT、U+DMPP和U+NBPT+DMPP处理籽粒磷累积量分别提高10.9%、11.4%和14.7%，秸秆磷累积量分别提高6.5%、8.8%和13.8%，地上部分磷累积量分别提高9.2%、10.4%和14.4%，其中除了U+NBPT处理的秸秆磷累积量与U处理之间的差异未达显著水平之外（P>0.05），其余差异均达显著水平（P<0.05），这说明，添加NBPT/DMPP在提高水稻对氮素吸收的同时，也有利于提高水稻对磷素的同化和吸收能力。

2.4脲酶/硝化抑制剂对水稻植株含钾量和钾累积量的影响

由图6可以看出，与氮、磷相类似，所有施氮处理的籽粒、秸秆的含钾率均显著高于未施氮对照（CK）（P<0.05），这表明，施氮能够促进水稻对钾素的吸收利用。与氮、磷不同的是，尿素配施NBPT/DMP，其水稻籽粒、秸秆含钾量有下降的趋势，其中U+DMPP+NBPT处理与U处理秸秆含钾量之间的差异达显著水平（P<0.05）。

所有施氮处理的籽粒、秸秆和地上部分的钾累积量均显著高于不施氮对照（CK）（P<0.05）（图7）。U处理的籽粒、秸秆和植物钾累积量分别为26.5 kg/hm2、198.8 kg/hm2和225.4 kg/hm2。与U处理相比，U+NBPT、U+DMPP和U+DMPP+NBPT处理籽粒钾累积量分别降低了1.8%、2.8%和3.6%，秸秆钾累积量分别降低了2.7%、3.8%和4.9%，地上部分钾累积量分别降低了2.6%、3.7%和4.4%，但差异未达显著水平（P>0.05）。

2.5脲酶/硝化抑制剂对水稻-土壤体系中氮、磷、钾养分表观平衡的影响

肥料施入到土壤后会发生土壤吸附固定、作物吸收、以及径流和淋溶损失等复杂过程，本研究仅从作物土壤系统的养分投入与带走上简单计算肥料养分的表观平衡，即不考虑肥料养分挥发、径流和淋溶等损失，也不考虑沉降和灌水等其他途径带入的养分。如图8所示，当地常规施肥条件下（N 225 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 105 kg/hm2），氮、磷、钾的盈余量分别为37.6 kg/hm2、-2.4 kg/hm2和-138.2 kg/hm2。相比于常规施肥U处理，配施抑制剂的3个处理U+NBPT、U+DMPP和U+DMPP+NBPT氮素盈余量分别减少了17.9 kg/hm2、12.3 kg/hm2和22.9 kg/hm2（P<0.05），磷素盈余量分别减少3.9 kg/hm2、4.4kg/hm2和6.0 kg/hm2（P<0.05），而钾素盈余量分別增加了4.9 kg/hm2、7.4 kg/hm2和8.9 kg/hm2（P>0.05）。因此，尿素配施NBPT/DMPP显著提高了水稻氮的带走量，降低了其在土壤中的盈余，同时也显著加大了水稻对磷素的吸收带走量，而水稻对钾素吸收无显著影响。

3讨论

尿素配施脲酶/硝化抑制剂，其主要作用是减少氮素损失，提高肥料利用率。尿素施入水田后，在脲酶的作用下经氨基酸水解生成NH3的过程非常迅速，大概在2～10 d完全完成[9]，导致田面水中NH3含量迅速上升，造成严重的氨挥发损失，损失率可达施入氮量的9%～42%[10]。脲酶抑制剂与尿素一起施用延长了施肥点处尿素的扩散时间，并延缓了酰胺态氮向NH+4-N的转化进程，从而降低土壤溶液中NH+4-N和NH3的浓度，减少尿素对作物幼苗的毒性及NH3的挥发损失[11]，这对尿素氮养分释放速率与水稻氮养分需求的耦合起到有效调控作用[12]，从而促进水稻生长和氮素吸收利用。硝化抑制剂与氮肥配合施用可以抑制硝化细菌的活性，使施入土壤中的氮较长时间以NH+4-N的形态存在[13]，由于水稻是典型的喜铵作物，所以能促进水稻对氮素的吸收利用和生物量的形成。鲁艳红等[12]在湖南典型双季稻区的研究结果表明，脲酶抑制剂NBPT和硝化抑制剂双氰胺（DCD）均有利于提高早、晚稻产量、植株氮吸收量和氮素利用效率。周旋等[14]在南方黄泥田地区水稻的研究结果表明，不同施肥模式下，配施抑制剂组合促进抽穗后干物质生产和氮素积累，提高籽粒中的养分分配比例及氮素利用效率。与上述研究结果一致，在沿淮糯稻种植地区，尿素配施NBPT/DMPP均增加了水稻生物量和植株吸氮量，促进了水稻对氮素的吸收利用，提高了氮肥利用效率。

磷素营养是水稻生长发育不可缺少的重要因素，它既是构成水稻许多重要有机化合物的组成成分，同时又以多种方式参与水稻体内的代谢过程，对促进水稻生长发育和生理代谢，促进早熟、高产与优质都起着重要作用[15]。本研究结果表明，尿素配施NBPT/DMPP在促进水稻对氮素吸收的同时，显著增加了对磷素的吸收利用。这与前人的研究结果[14]相一致，其原因可能是，一方面，NBPT/DMPP通过调控氮素转化速率及氮素形态，促进了水稻根系的生长，增强了根系吸收利用養分的能力;另一方面，NBPT/DMPP能够增加土壤中NH+4-N含量并在一定时间内保持较高水平，水稻是喜铵作物，其根系在吸收NH+4时，向外排出质子以保持根系的电荷平衡，导致了根际周围pH值的下降，造成根际的酸化环境[13]，从而提高了土壤中固定态磷的有效性。

钾素是作物需要最多的阳离子营养元素之一，它能够促进植物光合作用及其产物的运输，并参与细胞渗透调节及有机酸的代谢。前人关于脲酶/硝化抑制剂对作物对钾素吸收的影响的研究结果并不完全一致[14，16]。周旋等[14]研究发现，不同施肥模式下，配施抑制剂组合能显著增加水稻钾吸收量;而许超等[16]研究却发现，含硝化抑制剂DMPP的氮肥降低了小白菜对K+吸收。本研究结果则显示，尿素配施NBPT/DMPP有降低水稻对钾素吸收利用的趋势，但差异未达显著水平。其原因可能是，在抑制剂NBPT/DMPP作用下，土壤溶液中NH+4保持较高水平，而K+与NH+4因具有相同的化合价及离子半径，在作物吸收上具有拮抗作用，较多的NH+4存在抑制了水稻对K+的吸收[17]。

沿淮平原糯稻种植体系中，尿素配施纯氮量1%的脲酶抑制剂（NBPT）或硝化抑制剂（DMPP）有利于提高水稻生物量，增加水稻氮、磷吸收量，减少其在土壤中的盈余，从而有利于提高氮、磷利用效率，NBPT效果优于DMPP，联合施用效果最为理想，表现出协同增效作用。

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（责任编辑：陈海霞）