缓/控释氮肥对土壤硝酸还原酶活性的影响

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  【摘要】 在土壤上采用盆栽试验方法,研究了玉米苗期不同缓/控释氮肥(尿素包膜、尿素涂层脲酶抑制剂nBPT及尿素与脲酶抑制剂结合包膜肥料,采用两种膜材料包膜)氮素释放特点及其对土壤生物学活性的影响。通过对土壤中NH4+-N、NO3--N、NO2--N和CO(NH2)2-N含量分析,评价玉米苗期不同缓/控释氮肥的养分释放特性;通过对土壤脲酶、微生物量C的分析,评价不同缓/控释氮肥对土壤生物学活性的影响。对不同缓/控释氮肥的作用效果进行评估,研究分析不同缓/控释氮肥控释养分的可能机理以及不同包膜材料控制尿素溶出的性能。
  【关键词】 包膜肥料;缓/控释肥料;养分释放
  【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2018.02.015
  Effects of Slow/Controlled Release Nitrogen Fertilizers on
  Soil Nitrate Reductase
  SUI Xin
  (Tieling Institute of Food Inspection,Tieling 112000,China)
  Abstract: Potted experimentation was used in the brown soil in this paper. The characteristic of nitrogen release and the effect on the soil biological activity of the different slowed/controlled release nitrogen fertilizer was monitored at the corn seedling stage. The characteristic of nutrient release of different slowed/controlled release nitrogen fertilizers was estimated in seedling stage of the corn by analyzing the amount of NH4+-N, NO2--N, NO2--N and CO(NH2)2-N in the soil;Estimating the effect on the biological activity by analyzing soil enzyme and microbial biomass C. The probable mechanism of the controlling nutrient release for the slowed/controlled fertilizers was studied and the capability of the controlling urea dissolution was evaluated with the different coated materials.
  Key words: coated granular fertilizer;slowed/controlled release fertilizer;nutrient release
  肥料是植物的糧食,是农业生产中最重要的生产资料之一。目前,我国在化肥应用方面还存在很多问题,主要表现在以下几方面:其一,化肥利用率还很低;其二,化肥生产品种单一;其三,肥料的养分释放速度不能人为控制,释放速度太快,作物来不及吸收,损失严重。因此,减缓、控制肥料的溶解和释放速度已成为提高作物对肥料利用效率的有效途径之一。
  为了使肥料养分释放速率与植物养分吸收速率尽量吻合,近年来,以尿素为主的缓释/控释肥料和复合肥料已成为全球肥料工业发展的主流。考虑我国农业可持续发展及21世纪16亿人口粮食的需求,同时面对全球化经济的挑战,特别是我国加入WTO后,国外农产品对我国市场的冲击,选择能大力促进“两高两优”(高产、高效、优质、结构优化)农业发展、增强我国农业科技储备、提高农业科技创新水平、促进农业科技产业化的缓释/控释复合肥料技术和精确技术,进而长期的定向研究和发展,形成系统的肥料创新体系,为我国农业科技水平的提高和农业高新技术产业化,不断做出基础性、前瞻性、战略性的重大贡献,是21世纪我国肥料科学的主要研究方向和任务[1]。
  1 研究方案
  1.1 研究目标
  通过分析不同种缓释/控释氮素肥料在土壤中的物理、化学及生物作用,研究这些缓释/控释氮素肥料的缓释、控释性能和机制,掌握其氮素利用率和控制氮素损失的程度。
  1.2 研究内容
  研究不同种缓释/控释氮素肥料施入土壤后,对土壤硝酸还原酶活性的影响,主要采用室内培养方法进行研究。缓释/控释氮素肥料用双氰胺(DCD)作硝化抑制剂,采用尿素添加DCD、尿素添加DCD包醋酸淀粉膜及尿素添加DCD包丙烯酸树脂膜等几种肥料,研究其施入土壤中不同时间对土壤硝酸还原酶活性的影响。
  1.3 试验要求
  在室内恒温(23℃-27℃)条件下,对未种植作物的施肥土样进行研究。试验每一周测定一次土壤中硝酸还原酶活性。
  1.4 试验步骤
  1.4.1 供试缓释/控释氮素肥料的研制
  采用硝化抑制剂DCD(双氰胺)涂层尿素后包膜、硝化抑制剂DCD(双氰胺)与脲酶抑制剂Nbpt[N-丁基硫代磷酸酰三胺,(n-Butyl)thiophosphoric triamide]混合后涂层尿素及涂层尿素后包膜、大颗粒尿素直接包膜制备缓释/控释氮素肥料,选用醋酸酯和丙烯酸树脂两种包膜材料[2]。
  1.4.2 试验设计   试验共设10个处理,分别设:①空白,不施用任何肥料(ck);②施用大颗粒尿素(处理1);③双氰胺(DCD)涂层大颗粒尿素(处理2);④大颗粒尿素包醋酸酯膜(处理3);⑤大颗粒尿素包丙烯酸树脂膜(处理4);⑥双氰胺(DCD)与N-丁基硫代磷酰三胺(nBPT)混合涂层大颗粒尿素(处理5);⑦双氰胺(DCD)涂层大颗粒尿素包醋酸酯膜(处理6);⑧双氰胺(DCD)涂层大颗粒尿素包丙烯酸树脂膜(处理7);⑨双氰胺(DCD)与N-丁基硫代磷酰三胺(nBPT)混合涂层大颗粒尿素包醋酸酯膜(处理8);⑩双氰胺(DCD)与N-丁基硫代磷酰三胺(nBPT)混合涂层大颗粒尿素包丙烯酸树脂膜(处理9)。
  利用500mL敞口塑料瓶装土培养,装风干土596g/瓶,放N量1gN/kg土。将土与相应的肥料量充分混合均匀后装瓶,瓶口盖一层扎眼的塑料袋,每一处理9次重复。
  土壤来自中国科学院沈阳生态实验站,为潮淙土壤。实验前测定土壤基本理化指标。室内培养实验分析指标:三次重复取样,含有硝化抑制剂的肥料每周测定一次硝酸还原酶活性。
  1.4.3 硝酸还原酶活性测定
  1)原理
  利用KNO3作底物,将土壤样品置于一封闭试管中,在25℃条件下淹水培养24h。亚硝酸还原酶通过加入2,4-二硝基酚抑制。培养结束后,释出的NO2-用KCl溶液浸提,在520nm下比色测定。
  2)步骤
  ①称取5g鲜土于三只试管中,吸取4mL的2,4-DNP,1mL底物溶液,50mL蒸馏水于试管中,使土壤与溶液混合均匀,旋上试管塞,将其中两只试管于25℃条件下培养24h(样品),余下的试管于-20℃条件下培养24h(对照),培养结束后将对照试管在室温条件下解冻;
  ②向所有试管中加入10mL KCl溶液,混合均匀后立即过滤;
  ③吸取5mL滤液,3mL NH4Cl缓冲液(0.19M,pH8.5),2mL显色剂于试管中,混合均匀,在室温下显色15min,在520nm下以试剂做空白测定样品和对照的吸光度;
  ④标准曲线的制作:吸取5mL标准曲线液,同滤液方法显色和比色。
  3)结果计算
  硝酸还原酶活性=(S-C)×20/(5×5×а%)
  =ugN/g干土[?]24h
  其中:S——样品的均值(ugN);C——对照的值(ugN);20——浸提液的总体积(mL);5——吸取滤液的量(mL);5——鲜土重(g);а%——水分系数(%)。
  2 实验结果
  供试土壤为中国科学院沈阳生态实验站内的草甸棕壤,土壤基本理化性质见表1。
  表1 土壤基本理化性质
  3 实验分析
  在培养第一周后,处理4、处理7和处理8土壤硝酸还原酶活性最强,三者之间无显著差异,处理7硝酸还原酶活性最高,而与其他处理间差异显著,说明土壤施用尿素后,对硝酸还原酶活性有激活作用;而处理4和处理8在膜的作用下,硝酸还原酶抑制剂DCD没有起到抑制硝酸还原酶活性的作用;处理1、处理6和处理9之间硝酸还原酶活性无显著差异,说明此三种处理硝酸还原酶活性基本在同一水平上,硝酸还原酶抑制剂直接与尿素混合,对硝酸还原酶活性的抑制作用在培养第一周略低于DCD涂层大颗粒尿素包醋酸脂膜处理,及丙烯酸树脂膜包尿素与硝化和脲酶抑制剂处理;第一周处理5硝酸还原酶活性很低,说明DCD与NBPT混合涂层对尿素控制能力很强,在第一周尿素从膜内释放水解的量很少,对土壤中脲酶的激活作用很小,仅明显高于对照,对照CK因没有尿素施入,所以硝酸还原酶活性最低,与其它处理差异显著。
  培养第二周后,处理7硝酸还原酶活性最高,其次为处理6,但相比第一周活性都明显下降,说明各种包膜及包膜加抑制剂缓释/控释氮肥都起到抑制性作用,抑制了氮的释放;处理1、处理4在第二周硝酸还原酶活性均较低,说明在这一时期硝酸还原酶抑制剂乃具有一定的作用,同是说明丙烯酸树脂膜的抑制作用很大。
  第三周,处理7脲酶活性最高,与处理2、 处理3 在同一水平上,说明三种处理尿素水解速度加快,DCD的抑制作用有所减弱;处理3、处理8、处理9、土壤硝酸还原酶活性无显著差异,说明在施肥第三周,施用处理3、处理8、处理9的肥料对硝酸还原酶活性的影响强度在一个水平上。
  第四周,处理9硝酸还原酶活性最高,说明在包两种膜和加入两种抑制剂的尿素,尿素对脲酶的影响作用持续时间较长;处理6与处理7硝酸还原酶活性差异不显著,但均较高,也说明两种膜的作用可以延续尿素转化,使尿素释放时间延长,能长期激活硝酸还原酶活性;第四周,处理1、处理4之间硝酸还原酶活性无显著差异,在所有处理中硝酸还原酶活性最低,两者无显著差异,这可能与醋酸酯膜控制能力差有关。其原因需近一步研究。
  第五周,处理9硝酸还原酶活性最高,与处理1差异显著,同样表现出抑制剂的协同作用对尿素延缓水解,使得尿素对土壤硝酸还原酶有持续的激活作用;在第五周处理6、处理7硝酸还原酶活性无显著差异,处理2、处理3、处理8硝酸还原酶活性无显著差异,基本处于统一水平线;在第五周,处理1硝酸还原酶活性最低,与其他处理差异显著,其原因需进一步研究。
  第六周,处理7硝酸还原酶活性最高,与处理9无显著差异;处理2、处理3、处理6、处理8硝酸还原酶活性无显著差异,在同一水平,说明在第六周,醋酸脂膜的尿素处理硝酸还原酶活性增强;而处理1、处理5和CK硝酸还原酶活性无显著差异,说明在第六周此三种肥料对硝酸还原酶的影响具有相同的效果。
  第七周,处理3硝酸还原酶活性最高,处理7无显著差异,硝酸还原酶活性较高;而处理1与处理8脲酶活性最低,与对照CK无显著差异,处理8经过一周后硝酸还原酶活性下降幅度如此之大,其原因有待进一步研究。
  第八周,处理7硝酸还原酶活性与第六周、第七周表现相同,均处于较高水平,与其它处理差异显著;处理2硝酸还原酶活性较高,与其他处理差异显著。说明尿素包丙烯酸树脂膜对尿素的控制释放在第八周仍有一定作用,使尿素的释放对硝酸还原酶有一定抑制效应。
  第九周,处理2硝酸还原酶活性最高,與处理7二者无显著差异;而处理3、处理6、处理8、处理9硝酸还原酶活性也相对较高,互相间无显著差异。说明到第九周,施用这几种肥料对硝酸还原酶活性仍有一定的促进作用;而处理4硝酸还原酶活性较低,与其他处理差异显著,而CK、处理4之间硝酸还原酶活性最低且无显著差异,这与其尿素完全水解和无尿素刺激作用有关。
  第十周,所有的处理基本都降到最低,说明到了第10周,硝酸还原酶的活性最弱。
  4 结论
  综上分析可知,不同种缓释/控释尿素氮肥在同一培养时间土壤硝酸还原酶活性变化很大,这主要是受缓释/控释尿素氮肥释放尿素、尿素水解和抑制剂控释速度的影响。在培养第一周,施用尿素的处理8硝酸还原酶活性很强,这与其促进硝酸还原酶活性作用有关。第二周开始其它处理因对尿素的控释性能不同及抑制剂的有效作用不同而有明显差异。在整个培养时期,处理1、处理4、处理5,即两种抑制剂的协同作用及协同作用包膜处理硝酸还原酶活性均很低,而且中后期硝酸还原酶活性有所增加,其主要原因是前期有膜和抑制剂的作用,硝酸还原酶受到一定的抑制作用。
  【参考文献】
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  [2] 孙克君,卢其明,毛小云,等.复合控释材料的控释性能、肥效及其成膜特性研究[J];土壤学报,2005(1).
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  [4] 王长军,蒙静,武东波,等.缓控释肥在玉米上的应用效果研究[J].现代农业科技,2014(10).
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