緩/控釋氮肥對土壤硝酸還原酶活性的影響

【摘要】 在土壤上采用盆栽試驗方法，研究了玉米苗期不同緩/控釋氮肥（尿素包膜、尿素涂層脲酶抑制劑nBPT及尿素與脲酶抑制劑結合包膜肥料，采用兩種膜材料包膜）氮素釋放特點及其對土壤生物學活性的影響。通過對土壤中NH4+-N、NO3--N、NO2--N和CO（NH2）2-N含量分析，評價玉米苗期不同緩/控釋氮肥的養分釋放特性；通過對土壤脲酶、微生物量C的分析，評價不同緩/控釋氮肥對土壤生物學活性的影響。對不同緩/控釋氮肥的作用效果進行評估，研究分析不同緩/控釋氮肥控釋養分的可能機理以及不同包膜材料控制尿素溶出的性能。

【關鍵詞】 包膜肥料；緩/控釋肥料；養分釋放

【DOI編碼】 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，是農業生產中最重要的生產資料之一。目前，我國在化肥應用方面還存在很多問題，主要表現在以下幾方面：其一，化肥利用率還很低；其二，化肥生產品種單一；其三，肥料的養分釋放速度不能人為控制，釋放速度太快，作物來不及吸收，損失嚴重。因此，減緩、控制肥料的溶解和釋放速度已成為提高作物對肥料利用效率的有效途徑之一。

為了使肥料養分釋放速率與植物養分吸收速率盡量吻合，近年來，以尿素為主的緩釋/控釋肥料和復合肥料已成為全球肥料工業發展的主流。考慮我國農業可持續發展及21世紀16億人口糧食的需求，同時面對全球化經濟的挑戰，特別是我國加入WTO后，國外農產品對我國市場的沖擊，選擇能大力促進“兩高兩優”（高產、高效、優質、結構優化）農業發展、增強我國農業科技儲備、提高農業科技創新水平、促進農業科技產業化的緩釋/控釋復合肥料技術和精確技術，進而長期的定向研究和發展，形成系統的肥料創新體系，為我國農業科技水平的提高和農業高新技術產業化，不斷做出基礎性、前瞻性、戰略性的重大貢獻，是21世紀我國肥料科學的主要研究方向和任務[1]。

1 研究方案

1.1 研究目標

通過分析不同種緩釋/控釋氮素肥料在土壤中的物理、化學及生物作用，研究這些緩釋/控釋氮素肥料的緩釋、控釋性能和機制，掌握其氮素利用率和控制氮素損失的程度。

1.2 研究內容

研究不同種緩釋/控釋氮素肥料施入土壤后，對土壤硝酸還原酶活性的影響，主要采用室內培養方法進行研究。緩釋/控釋氮素肥料用雙氰胺（DCD）作硝化抑制劑，采用尿素添加DCD、尿素添加DCD包醋酸淀粉膜及尿素添加DCD包丙烯酸樹脂膜等幾種肥料，研究其施入土壤中不同時間對土壤硝酸還原酶活性的影響。

1.3 試驗要求

在室內恒溫（23℃-27℃）條件下，對未種植作物的施肥土樣進行研究。試驗每一周測定一次土壤中硝酸還原酶活性。

1.4 試驗步驟

1.4.1 供試緩釋/控釋氮素肥料的研制

采用硝化抑制劑DCD（雙氰胺）涂層尿素后包膜、硝化抑制劑DCD（雙氰胺）與脲酶抑制劑Nbpt[N-丁基硫代磷酸酰三胺，（n-Butyl）thiophosphoric triamide]混合后涂層尿素及涂層尿素后包膜、大顆粒尿素直接包膜制備緩釋/控釋氮素肥料，選用醋酸酯和丙烯酸樹脂兩種包膜材料[2]。

1.4.2 試驗設計

試驗共設10個處理，分別設：①空白，不施用任何肥料（ck）；②施用大顆粒尿素（處理1）；③雙氰胺（DCD）涂層大顆粒尿素（處理2）；④大顆粒尿素包醋酸酯膜（處理3）；⑤大顆粒尿素包丙烯酸樹脂膜（處理4）；⑥雙氰胺（DCD）與N-丁基硫代磷酰三胺（nBPT）混合涂層大顆粒尿素（處理5）；⑦雙氰胺（DCD）涂層大顆粒尿素包醋酸酯膜（處理6）；⑧雙氰胺（DCD）涂層大顆粒尿素包丙烯酸樹脂膜（處理7）；⑨雙氰胺（DCD）與N-丁基硫代磷酰三胺（nBPT）混合涂層大顆粒尿素包醋酸酯膜（處理8）；⑩雙氰胺（DCD）與N-丁基硫代磷酰三胺（nBPT）混合涂層大顆粒尿素包丙烯酸樹脂膜（處理9）。

利用500mL敞口塑料瓶裝土培養，裝風干土596g/瓶，放N量1gN/kg土。將土與相應的肥料量充分混合均勻后裝瓶，瓶口蓋一層扎眼的塑料袋，每一處理9次重復。

土壤來自中國科學院沈陽生態實驗站，為潮淙土壤。實驗前測定土壤基本理化指標。室內培養實驗分析指標：三次重復取樣，含有硝化抑制劑的肥料每周測定一次硝酸還原酶活性。

1.4.3 硝酸還原酶活性測定

1）原理

利用KNO3作底物，將土壤樣品置于一封閉試管中，在25℃條件下淹水培養24h。亞硝酸還原酶通過加入2，4-二硝基酚抑制。培養結束后，釋出的NO2-用KCl溶液浸提，在520nm下比色測定。

2）步驟

①稱取5g鮮土于三只試管中，吸取4mL的2，4-DNP，1mL底物溶液，50mL蒸餾水于試管中，使土壤與溶液混合均勻，旋上試管塞，將其中兩只試管于25℃條件下培養24h（樣品），余下的試管于-20℃條件下培養24h（對照），培養結束后將對照試管在室溫條件下解凍；

②向所有試管中加入10mL KCl溶液，混合均勻后立即過濾；

③吸取5mL濾液，3mL NH4Cl緩沖液（0.19M，pH8.5），2mL顯色劑于試管中，混合均勻，在室溫下顯色15min，在520nm下以試劑做空白測定樣品和對照的吸光度；

④標準曲線的制作：吸取5mL標準曲線液，同濾液方法顯色和比色。

3）結果計算

硝酸還原酶活性=（S-C）×20/（5×5×а%）

=ugN/g干土[?]24h

其中：S——樣品的均值（ugN）；C——對照的值（ugN）；20——浸提液的總體積（mL）；5——吸取濾液的量（mL）；5——鮮土重（g）；а%——水分系數（%）。

2 實驗結果

供試土壤為中國科學院沈陽生態實驗站內的草甸棕壤，土壤基本理化性質見表1。

表1 土壤基本理化性質

3 實驗分析

在培養第一周后，處理4、處理7和處理8土壤硝酸還原酶活性最強，三者之間無顯著差異，處理7硝酸還原酶活性最高，而與其他處理間差異顯著，說明土壤施用尿素后，對硝酸還原酶活性有激活作用；而處理4和處理8在膜的作用下，硝酸還原酶抑制劑DCD沒有起到抑制硝酸還原酶活性的作用；處理1、處理6和處理9之間硝酸還原酶活性無顯著差異，說明此三種處理硝酸還原酶活性基本在同一水平上，硝酸還原酶抑制劑直接與尿素混合，對硝酸還原酶活性的抑制作用在培養第一周略低于DCD涂層大顆粒尿素包醋酸脂膜處理，及丙烯酸樹脂膜包尿素與硝化和脲酶抑制劑處理；第一周處理5硝酸還原酶活性很低，說明DCD與NBPT混合涂層對尿素控制能力很強，在第一周尿素從膜內釋放水解的量很少，對土壤中脲酶的激活作用很小，僅明顯高于對照，對照CK因沒有尿素施入，所以硝酸還原酶活性最低，與其它處理差異顯著。

培養第二周后，處理7硝酸還原酶活性最高，其次為處理6，但相比第一周活性都明顯下降，說明各種包膜及包膜加抑制劑緩釋/控釋氮肥都起到抑制性作用，抑制了氮的釋放；處理1、處理4在第二周硝酸還原酶活性均較低，說明在這一時期硝酸還原酶抑制劑乃具有一定的作用，同是說明丙烯酸樹脂膜的抑制作用很大。

第三周，處理7脲酶活性最高，與處理2、 處理3 在同一水平上，說明三種處理尿素水解速度加快，DCD的抑制作用有所減弱；處理3、處理8、處理9、土壤硝酸還原酶活性無顯著差異，說明在施肥第三周，施用處理3、處理8、處理9的肥料對硝酸還原酶活性的影響強度在一個水平上。

第四周，處理9硝酸還原酶活性最高，說明在包兩種膜和加入兩種抑制劑的尿素，尿素對脲酶的影響作用持續時間較長；處理6與處理7硝酸還原酶活性差異不顯著，但均較高，也說明兩種膜的作用可以延續尿素轉化，使尿素釋放時間延長，能長期激活硝酸還原酶活性；第四周，處理1、處理4之間硝酸還原酶活性無顯著差異，在所有處理中硝酸還原酶活性最低，兩者無顯著差異，這可能與醋酸酯膜控制能力差有關。其原因需近一步研究。

第五周，處理9硝酸還原酶活性最高，與處理1差異顯著，同樣表現出抑制劑的協同作用對尿素延緩水解，使得尿素對土壤硝酸還原酶有持續的激活作用；在第五周處理6、處理7硝酸還原酶活性無顯著差異，處理2、處理3、處理8硝酸還原酶活性無顯著差異，基本處于統一水平線；在第五周，處理1硝酸還原酶活性最低，與其他處理差異顯著，其原因需進一步研究。

第六周，處理7硝酸還原酶活性最高，與處理9無顯著差異；處理2、處理3、處理6、處理8硝酸還原酶活性無顯著差異，在同一水平，說明在第六周，醋酸脂膜的尿素處理硝酸還原酶活性增強；而處理1、處理5和CK硝酸還原酶活性無顯著差異，說明在第六周此三種肥料對硝酸還原酶的影響具有相同的效果。

第七周，處理3硝酸還原酶活性最高，處理7無顯著差異，硝酸還原酶活性較高；而處理1與處理8脲酶活性最低，與對照CK無顯著差異，處理8經過一周后硝酸還原酶活性下降幅度如此之大，其原因有待進一步研究。

第八周，處理7硝酸還原酶活性與第六周、第七周表現相同，均處于較高水平，與其它處理差異顯著；處理2硝酸還原酶活性較高，與其他處理差異顯著。說明尿素包丙烯酸樹脂膜對尿素的控制釋放在第八周仍有一定作用，使尿素的釋放對硝酸還原酶有一定抑制效應。

第九周，處理2硝酸還原酶活性最高，與處理7二者無顯著差異；而處理3、處理6、處理8、處理9硝酸還原酶活性也相對較高，互相間無顯著差異。說明到第九周，施用這幾種肥料對硝酸還原酶活性仍有一定的促進作用；而處理4硝酸還原酶活性較低，與其他處理差異顯著，而CK、處理4之間硝酸還原酶活性最低且無顯著差異，這與其尿素完全水解和無尿素刺激作用有關。

第十周，所有的處理基本都降到最低，說明到了第10周，硝酸還原酶的活性最弱。

4 結論

綜上分析可知，不同種緩釋/控釋尿素氮肥在同一培養時間土壤硝酸還原酶活性變化很大，這主要是受緩釋/控釋尿素氮肥釋放尿素、尿素水解和抑制劑控釋速度的影響。在培養第一周，施用尿素的處理8硝酸還原酶活性很強，這與其促進硝酸還原酶活性作用有關。第二周開始其它處理因對尿素的控釋性能不同及抑制劑的有效作用不同而有明顯差異。在整個培養時期，處理1、處理4、處理5，即兩種抑制劑的協同作用及協同作用包膜處理硝酸還原酶活性均很低，而且中后期硝酸還原酶活性有所增加，其主要原因是前期有膜和抑制劑的作用，硝酸還原酶受到一定的抑制作用。

【參考文獻】

[1] 杜昌文，周健民，王火焰.高分子載體控釋尿素的研制[J].土壤學報，2004（6）.

[2] 孫克君，盧其明，毛小云，等.復合控釋材料的控釋性能、肥效及其成膜特性研究[J]；土壤學報，2005（1）.

[3] 樊小林，廖宗文.控釋肥料與平衡施肥和提高肥料利用率[J].植物營養與肥料學報，1998（3）.

[4] 王長軍，蒙靜，武東波，等.緩控釋肥在玉米上的應用效果研究[J].現代農業科技，2014（10）.