硫酸铵与尿素配比对土壤氮素形态、小油菜产量及氮素吸收的影响

闫双堆 郭探文 张延慧 董馨宇 张怡爽 闫秋艳，3 刘利军

（1山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801；2山西农业大学农业资源与环境国家级实验教学示范中心，山西 太谷 030801；3山西农业大学小麦研究所，山西 临汾 041000；4山西省生态环境监测和应急保障中心，山西 太原 030027）

氮素是影响作物生长发育和养分积累的重要元素。氮肥的种类较多，按其化合物形态可以分为铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、酰胺态氮肥和氰氨态氮肥［1］。不同形态氮肥的施用对土壤理化因子与作物生长的影响不同，如根据土壤类型、质地、结构状况等因素进行合理施肥，选择适宜的氮肥种类及施用方式，可达到最大增产效益。现阶段我国施用的氮肥以尿素为主［2］，但随着国家环保、节能减排步伐的加快，工业副产物硫酸铵产能增加，生产成本低，且符合我国肥料级标准［3］，作为氮肥施用可以获得更佳的经济效益［4］。硫酸铵为作物提供氮素的同时又能提供硫素，是良好的生理酸性肥料，可施用于盐碱土壤中［5］。生理酸性肥料硫酸铵替代尿素在小麦和玉米等作物上的研究表明，酸性物质可以提高作物对中微量元素的吸收及产量［6］。

小油菜（Brassica campestrisL.）是叶菜类的代表，营养丰富，复种指数高［7］，有关尿素对其生长影响的研究较多，而硫酸铵在小油菜栽培中的应用研究鲜有报道［8］，尤其是不同氮肥形态配施对其养分吸收及生长发育、品质影响的综合研究更少。陈魏等［9］研究发现，对于蔬菜作物，铵态氮和硝态氮配合施用的效果优于单施效果，其最佳比例因作物生育期和作物种类而异；除了铵态氮外，添加适当比例的酰胺态氮素也对蔬菜的产量和品质有一定影响。

本试验以小油菜为研究对象，利用盆栽试验和大田试验相结合的方法，探讨硫酸铵与尿素不同配比对土壤氮素形态和植株产量及品质的影响，旨在筛选出硫酸铵与尿素最佳配比，实现工业副产硫酸铵的资源化利用与作物高产稳产的统一。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年5月12日至6月20日在山西农业大学新晨曦市场周边农田（112°59′E，37°43′N）进行。供试土壤为石灰性褐土，土壤基本理化性质为pH 值8.17，有机质15.37 g∙kg-1，全氮0.96 g∙kg-1，全磷1.02 g∙kg-1，全钾25.95 g ∙kg-1，碱解氮70.00 mg ∙kg-1，有效磷15.91 mg∙kg-1，速效钾144.01 mg∙kg-1。

1.2 试验设计

在种植作物前，随机采集耕层0～20 cm 的土壤样品，进行风干，去除杂质后，将其研磨过筛并充分混匀，用于盆栽试验。试验用盆高度×底径×口径为23 cm×24 cm×29 cm，每盆装土9 kg，共设7 个处理：CK（不施氮肥）、T1（100%尿素）、T2（10%硫酸铵+90%尿素）、T3（20%硫酸铵+80%尿素）、T4（40%硫酸铵+60%尿素）、T5（80%硫酸铵+20%尿素）、T6（100%硫酸铵），每处理4 次重复，共28 盆。施肥水平为N 0.30 g∙kg-1风干土、P2O50.15 g∙kg-1风干土、K2O 0.15 g∙kg-1风干土。所有肥料均作为基肥于播种前施入土壤，将各肥料与土壤充分混匀后，装盆育苗，小油菜出苗后，均匀定植7 株。各处理均在小油菜生长期间适期浇水，进行常规管理。

采用完全随机设计方法进行小区试验。小区面积为6 m×3 m，试验7个处理同盆栽试验，小区之间设置土垄隔离带。除对照处理外，其余处理的氮、磷、钾含量均相同，施肥水平为N 94.50 kg·hm-2、P2O547.25 kg·hm-2、K2O 47.25 kg·hm-2。所有肥料均作为基肥于播种前施入土壤，小油菜生长期间进行常规田间管理。

供试氮肥为尿素（含N 46%）和硫酸铵（含N 21%），磷肥和钾肥选取过磷酸钙（含P2O516%）和氯化钾（含K2O 60%）。

供试作物为小油菜（Brassica chinensisL.），品种为四月慢，购自河北庆沛种业。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品的采集与测定 作物收获后，取0～20 cm 土层土壤，剔除杂物及根系后，一部分风干后过10和100目筛，用于全氮、碱解氮等指标含量测定，一部分鲜样保存于4 ℃冰箱，用于铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量及脲酶活性等的测定。其中，全氮含量采用半微量开氏法测定［10］；铵态氮、硝态氮含量采用2 mol·L-1KCl 浸提，Futura 流动分析仪（法国Alliance 公司）测定［10］；脲酶活性采用靛酚蓝比色法［11］测定；微生物量碳、氮含量采用氯仿熏蒸-TOC法测定［10］。

1.3.2 植物样品的采集与测定 植株鲜样采集与测定：试验结束后，将小油菜的根部用自来水轻轻冲洗。清洁后，用吸水纸吸干表面水分，测定其株高、根长和鲜重。采用水杨酸-硫酸比色法测定硝酸盐含量［12］。植株干样制备与测定：将植株清洗干净，105 ℃杀青30 min，然后在70 ℃下烘至恒重，测定小油菜干重后粉碎，参照《土壤农化分析》［10］测定氮磷钾含量。氮肥农学利用率计算公式如下［13］：

氮肥农学利用率（kg·kg-1）=（施氮区产量-对照区产量）/施氮量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 软件处理数据，采用SPSS 19.0 软件进行显著性分析（P<0.05），采用Origin 2018软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 硫酸铵与尿素不同配比对土壤pH值的影响

盆栽和大田试验均表明（图1），与不施肥处理（CK）相比，施肥处理均使土壤pH 值降低。随着硫酸铵配比增加，土壤pH 值整体逐渐降低，其中T6 处理pH 值最低。T1 和T2 处理间差异不显著，其余处理较T1处理显著降低。

图1 不同处理对盆栽试验（A）和大田试验（B）土壤pH值的影响Fig.1 Effects of different treatments on soil pH value in pot experiment（A） and field experiment （B）

2.2 硫酸铵与尿素不同配比对土壤氮素形态的影响

由表1 可知，施肥处理较CK 处理均使土壤全氮含量增加。盆栽试验中，与T1 处理相比，T4、T5 和T6 处理全氮含量显著增加，分别增加了15.08%、16.62%和17.58%。其中，T6处理土壤全氮含量最高。大田试验中，与T1处理相比，T3、T4、T5和T6处理全氮含量显著增加，分别增加了4.06%、0.96%、2.90%和3.48%。其中，T3处理土壤全氮含量最高。

表1 不同处理对土壤全氮含量的影响Table 1 Effects of different treatments on soil total nitrogen content /（g·kg-1）

由图2-A 可知，盆栽试验各施肥处理土壤碱解氮含量均显著高于CK 处理。施肥处理中，随着硫酸铵配比增加，土壤碱解氮含量先降低后增加，其中T5 和T6 处理较高，且差异不显著。由图2-B 可知，与CK 处理相比，大田试验施肥处理土壤碱解氮含量整体呈升高趋势，与盆栽试验结果一致。其中，T1、T2 和T3 处理间土壤碱解氮含量差异不显著，T4、T5 和T6 处理显著高于T1处理，T6处理土壤碱解氮含量最高。

图2 不同处理对盆栽试验（A）和大田试验（B）土壤碱解氮含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on soil alkaline nitrogen content in the pot experiment（A） and field experiment （B）

由表2 可知，盆栽试验中各施肥处理土壤NH4+-N含量较CK 处理均有不同程度的增加，增加幅度为2.38%～217.62%。T6 处理土壤NH4+-N 含量显著高于其他处理。T2、T3、T5和T6处理土壤NH4+-N含量显著高于T1 处理。施肥处理土壤NO3--N 含量较CK 显著增加了332.10%～863.38%。与T1 处理相比，T2 处理土壤NO3--N含量显著降低，其他处理土壤NO3--N含量则显著提高。施肥处理土壤微生物量氮（microbial biomass nitrogen，MBN）含量较CK显著增加了127.63%～337.88%。

表2 不同处理对土壤铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）和微生物量氮（MBN）含量的影响Table 2 Effects of different treatments on soil ammonium nitrogen（ NH4+-N），nitrate nitrogen（ NO3--N） and microbial biomassnitrogen（ MBN） content（/mg·kg-1）

大田试验中，仅T6 处理土壤NH4+-N 含量显著高于其他处理，其他处理间无显著差异。T1 处理土壤NO3--N 含量显著高于其他施肥处理。与T1 处理相比，配施硫酸铵均降低了土壤NO3--N 含量，且T3 处理土壤NO3--N 含量最低。与CK 相比，施肥处理土壤MBN含量显著增加了59.44%～223.21%。施肥处理中，随着硫酸铵配比增加，土壤MBN 含量呈先升高后降低的趋势。可见，配施硫酸铵有利于增加土壤NH4+-N含量，不利于增加MBN含量。

2.3 硫酸铵与尿素不同配比对土壤脲酶活性的影响

由图3-A可知，盆栽试验中，与CK相比，施肥处理均使土壤脲酶活性增加。与T1 处理相比，T2、T3 和T5处理显著降低土壤脲酶活性，T1、T4 和T6 处理间差异不显著。由图3-B可知，大田试验中，施肥处理土壤脲酶活性随硫酸铵配比增加先降低后升高。与T1 处理相比，T2、T3 和T4 处理土壤脲酶活性显著降低，T6 处理显著提高。可见，与单一施用硫酸铵或尿素相比，硫酸铵和尿素配施可降低土壤脲酶活性。

图3 不同处理对盆栽试验（A）和大田试验（B）土壤脲酶活性的影响Fig.3 Effects of different treatments on soil urease activity in the pot experiment （A） and field experiment （B）

2.4 硫酸铵与尿素不同配比对小油菜生长及养分吸收的影响

由表3 可知，与CK 相比，施肥均增加小油菜生长指标。施肥处理中，随着硫酸铵配比增加，盆栽和大田试验小油菜株高、根长和鲜重整体均呈先增加后降低的趋势，其中T3 处理各生长指标达到最大值，T6 处理生长指标与T1处理整体差异不显著。

表3 不同处理对小油菜生长性状的影响Table 3 Effects of different treatments on growth traits of rape

由表4 可知，盆栽试验中，各施肥处理间小油菜全氮含量差异不显著。随着硫酸铵配比增加，小油菜全磷含量呈先升高后降低的趋势，T3 处理小油菜全磷含量最高。与T1处理相比，T2处理降低了小油菜全钾含量，其余处理与T1 处理间无显著差异。大田试验中，与T1处理相比，其他施肥处理降低了小油菜的全氮含量。随着硫酸铵配比增加，小油菜全氮含量呈先降低后升高的趋势，T4处理全氮含量最低。除T6处理显著低于其他施肥处理外，其他施肥处理间小油菜全磷含量无显著差异。随着硫酸铵配比增加，小油菜全钾含量先降低后升高，但均低于T1处理。

表4 不同处理对小油菜养分含量的影响Table 4 Effects of different treatments on nutrient content of rape/%

由图4-A 可知，盆栽试验中，T1 和T5 处理小油菜硝酸盐含量差异不显著，T2、T3、T4 处理较T1 处理显著降低小油菜硝酸盐含量。所有施肥处理中，T3处理小油菜的硝酸盐含量最低，较T1 显著降低了37.72%。

图4 不同处理对盆栽试验（A）和大田试验（B）小油菜硝酸盐含量的影响Fig.4 Effects of different treatments on the nitrate content of rape in the pot experiment（A） and the field experiment （B）

由图4-B可知，大田试验中，与T1处理相比，T5处理显著增加小油菜硝酸盐含量，而T2、T3、T4 和T6 处理较T1 处理显著降低小油菜硝酸盐含量，其中T3 处理的硝酸盐含量最低。

2.5 硫酸铵与尿素不同配比对小油菜产量和氮肥农学利用率的影响

由表5可知，盆栽试验和大田试验小油菜产量整体均随硫酸铵配比增加呈先升高后降低的趋势，且均在T3处理产量最高，说明20%硫酸铵与80%尿素配比对小油菜的增产效果最佳，盆栽试验和大田试验T3处理较T1处理分别增产45.31%和28.51%（平均36.91%）。

表5 不同处理对小油菜产量和氮肥农学利用率的影响Table 5 Effects of different treatments on yield and nitrogen agronomic utilization agronomic utilization of rape

由表5 还可知，盆栽试验氮肥农学利用率表现为T3>T2>T4>T1>T5>T6，大田试验氮肥农学利用率表现为T3>T4>T5>T1>T2>T6，说明单施硫酸铵比单施尿素的氮肥农学利用率低。盆栽试验和大田试验氮肥农学利用率均在T3 处理时最高，分别比T1 处理增加104.03%和68.04%（平均86.04%）。

3 讨论

3.1 硫酸铵与尿素不同配比对土壤化学性质的影响

硫酸铵施入土壤首先表现为土壤pH 值的降低。本研究土壤为石灰性褐土，为碱性土壤（pH值=8.17），随着硫酸铵配比增加，土壤pH 值呈下降趋势，盆栽试验在单施硫酸铵的处理中达到最低值8.07，但仍为碱性土壤。主要是因为硫酸铵施入土壤后水解成NH4+和SO42-，但植物吸收更多NH4+，在离子交换吸收过程中释放出大量的H+，促使土壤pH 值下降，这与杜小平等［14］的研究结果一致。同时作物通过对铵态氮的优先吸收也可降低根际土的pH 值［15］。此外，有研究表明，含硫肥料也可通过增加作物叶片可溶性蛋白含量，降低土壤pH值［16］。

随着硫酸铵配施浓度增加，土壤全氮、碱解氮和NH4+-N 含量均有增加趋势，而且在硫酸铵的配比超过40%时增加显著。单施硫酸铵处理NH4+-N 含量显著高于其他配施处理，主要是由于硫酸铵施入土壤后产生大量NH4+-N，尿素施入土壤后则需在脲酶水解作用下产生NH4+-N，因此硫酸铵与尿素不同配比的NH4+-N含量低于单施硫酸铵处理［17］。盆栽和大田试验土壤NO3--N 含量变化不一致，大田试验中NO3--N 含量随硫酸铵配比增加而降低，可能是因为大田试验存在NO3--N 随着土壤剖面下移或淋洗的现象，而本试验研究主要关注了0～20 cm土层的变化情况。

20%硫酸铵与80%尿素配比下的土壤微生物量氮含量最高。20%硫酸铵与80%尿素配比处理小油菜根系对氮素的消耗较多，使得脲酶底物浓度降低，而土壤中不可用氮含量的增加抑制了脲酶的酶促反应，导致脲酶活性降低。说明相较单施尿素，硫酸铵与尿素配施可以降低土壤脲酶活性，而单施硫酸铵可以提高土壤脲酶活性。硫酸铵与尿素不同配比导致土壤中NH4+浓度不同，土壤中的铵为硝化作用提供底物，影响土壤中的硝化进程，从而影响土壤中微生物活动。土壤pH 值越高，硝化作用越强［18］。结合小油菜生长状况来看，小油菜的根系较为浓密发达，其细根生物量较高，根系分泌有机物的增加会导致微生物量碳含量的增加，而且微生物的大量繁殖可能使微生物量氮含量增加。因此，本研究中20%硫酸铵与80%尿素配比时土壤微生物量氮含量最高。但当硫酸铵施用量过多时，会使微生物量氮含量下降，这主要是由土壤生理酸化所造成的环境胁迫所致。

3.2 硫酸铵与尿素不同配比对小油菜生长发育的影响

硫酸铵施入土壤后，NH4+和SO42-能被植物吸收利用，而尿素属于酰胺态氮肥，施入土壤后经土壤脲酶作用水解成碳酸铵和碳酸氢铵后被植物吸收利用，均有助于增加植物生物量［19］。此外，硫酸铵作为一种含硫肥料，对作物增产具有一定优势，且在喜硫作物上施用硫肥比一般作物更具有明显的增产效果［16］。在我国南方，油菜施用硫肥可增产5.9%～36.8%［20］。王飞等［15］研究表明，与单施尿素相比，单施硫酸铵玉米产量增加36.0%。此外，姜舒雅等［21］研究指出施用硫酸铵能够明显提高木薯产量，促进养分吸收。可见，硫酸铵在供应氮素方面具有很好的替代作用，硫酸铵和尿素配施可充分调控小油菜的生物量，实现小油菜优质高产。

前人研究发现，施用硫酸铵处理较尿素显著提高了水稻苗期地上部氮素累积量，但对根部氮素累积无显著影响，可能是因为不同氮肥的施用影响了土壤氮素养分的存在形式和比例，硫酸铵较尿素显著提高了土壤碱解氮和铵态氮含量［22］。小油菜是喜硝作物，硫酸铵与尿素配施增加了土壤中铵态氮含量，为作物提供氮素养分的同时，通过硝化作用转化为硝态氮，而硝态氮有利于促进植株对K+的吸收［23］。但当土壤施氮量超过0.1 g∙kg-1（土）时，小油菜对氮、磷、钾的吸收增加不显著甚至有降低的趋势。这是由于氮肥含量过高会对作物产生毒害作用，抑制植株正常生长及对养分的吸收［24］。

梁宏玲等［25］在小油菜上使用硫酸铵的结果表明，随着硫酸铵施用量的增加，小油菜产量先增加后降低，在铵态氮水平为0.2 g∙kg-1时，小油菜的产量最高，此后，当施用水平达到0.6 g∙kg-1时，小油菜出现幼苗死亡的现象，主要是由于小油菜硝酸盐含量超标导致。氮肥施用量与蔬菜硝酸盐积累密切相关，且存在正相关关系［25］。本研究发现，在同等氮水平下，与单施尿素相比，20%硫酸铵与80%尿素配比能显著降低小油菜硝酸盐含量。一方面是因为，硫酸铵中所含的硫元素参与植物体蛋白质的合成，其代谢关键酶与氮素同化密切相关，可提高作物产量，且能够通过降低植物叶片相对电导率增加叶绿素含量［26］，显著改善作物品质［27］。已有研究表明，硫酸铵对马铃薯叶片叶绿素含量提升具有一定促进作用［28］。另一方面，土壤中硫酸根浓度的增加抑制了油菜对硝酸盐的吸收，从而降低了油菜对NO3--N 的吸收［14］。本研究中20%硫酸铵与80%尿素配比增产效果最佳，可能是由于土壤氮素形态在该配比条件下达到最优状态，有利于小油菜对养分的吸收。

4 结论

本研究结果表明，与单施尿素相比，在石灰性褐土中适量添加硫酸铵酸性肥料可提高土壤活性氮组分以及微生物量氮含量，降低土壤脲酶活性，促进小油菜生长及其对养分的吸收，同时提高小油菜产量。其中20%硫酸铵与80%尿素配比的增产效果最佳。