脲酶/硝化抑制劑對沿淮平原糯稻養分吸收利用的影響

王靜 王允青 萬水霞 吳萍萍 葉寅 郭熙盛 呂國安

摘要：添加氮素抑制劑是減少氮素損失，提高水稻氮肥利用率的有效途徑之一。本研究采用大田試驗，研究脲酶抑制劑（N-丁基硫代磷酰三胺，NBPT）、硝化抑制劑（3、4-二甲基吡唑磷酸鹽，DMPP）及其組合對沿淮平原糯稻生物量及氮、磷、鉀吸收利用的影響。以常糯1號為材料，于2018年6-10月在安徽懷遠縣（沿淮平原典型水稻種植區）進行試驗。試驗設5個處理：①不施氮肥對照（CK）;②施尿素（U）;③施尿素+脲酶抑制劑（U+NBPT）;④施尿素+硝化抑制劑（U+DMPP）;⑤施尿素+脲酶抑制劑+硝化抑制劑（U+DMPP+NBPT）。研究結果表明，尿素配施NBPT或者NBPT+DMPP均顯著提高了水稻生物量（P<0.05），U+NBPT和U+DMPP+NBPT處理較U處理的生物量分別增加7.02%和7.99%，而尿素單獨配施DMPP雖然增加了水稻生物量（增加幅度3.1%），但差異未達顯著水平（P>0.05）。尿素配施NBPT/DMPP顯著增加了水稻氮、磷吸收量（P<0.05），而鉀素吸收量有降低的趨勢，但差異未達顯著水平（P>0.05）。U+NBPT、U+DMPP和U+DMPP+NBPT處理植物地上部分氮累積量較U處理分別增加9.6%、6.5%和12.2%，吸磷量分別增加了9.2%、10.4%和14.4%，吸鉀量則分別降低了2.6%、3.7%和4.4%。綜上，在沿淮平原糯稻種植體系中，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表現出協同增效作用。

關鍵詞：脲酶抑制劑;硝化抑制劑;糯稻;生物量;養分吸收;沿淮平原

中圖分類號：S143.1文獻標識碼：A文章編號：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

水稻是中國最主要的糧食作物之一，其種植面積約占谷物種植面積的1/3，產量約占谷物總產量的37%，居世界第一位。研究結果表明，增施化肥尤其是化學氮肥是促進水稻生長并提高產量的有效途徑。目前，中國已成為世界上最大的氮肥生產和消費國[1]，而氮肥利用率卻較低，稻田氮肥損失率高達30%～70%，遠高于旱地的20%～50%[2]，進而帶來一系列的經濟、生態和社會的負面效應。因此，如何有效提高水稻氮肥利用率，保證作物高產并降低環境風險，是水稻生產與環境保護迫切需要解決的問題。

農業生態系統中氮素循環、轉化過程復雜，氮素損失不可能完全避免，但可以通過合理的農業措施有效降低其損失。目前針對減少氮素損失，提高氮肥利用率的措施主要基于2個途徑，一是通過改善施肥技術及肥水管理模式實現，另一途徑則是從肥料改良入手，施用緩釋肥及生化抑制劑等[3]。脲酶抑制劑和硝化抑制劑通過延緩尿素水解或減緩銨態氮向硝態氮的轉化，調控土壤供氮強度，減少氮素損失，提高氮肥利用率[4]。但抑制效果同時受到土壤質地、有機質含量、溫度、水分、pH、氮肥種類和耕作制度等的影響[5]。氮、磷、鉀是水稻生長發育過程中必不可少的三大營養元素，它的豐缺程度直接影響水稻的生化代謝、生理特性、養分間的協同吸收利用及最終產量的形成[6-7]。

沿淮平原地處南北過渡地帶，光、熱、水資源充足，是中國重要的糧食生產基地。迄今，在具有南北氣候過渡帶復雜區域生態特征的沿淮區，關于脲酶/硝化抑制劑在沿淮糯稻上的應用效果研究較少，其對水稻氮、磷和鉀吸收利用的影響如何尚不明確。鑒于此，本研究以目前應用較多的脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）和硝化抑制劑3、4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP）為材料，研究其對中國沿淮平原糯稻產量、養分吸收利用等的影響，為優化沿淮稻田生態系統養分管理，減少農田面源污染提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗區概況

本試驗設在安徽省蚌埠市懷遠縣河溜鎮羅新莊村（117°3′53″E，32°58′58″N）。該區域位于黃淮海平原南緣，淮河中游，地貌以河間平原為主，兼有零星低丘、崗地。屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區，年平均氣溫15.3 ℃，年均日較差9.1 ℃，平均無霜期218 d，年均降雨量874.6 mm，年內降水分布不均勻，多集中分布在夏季（6-8月），年平均日照時數2 206 h。供試土壤為水稻土，試驗前0～20 cm耕層土壤基本理化性質為：pH（水土質量比2.5∶1.0）6.46、有機質13.9 g/kg、全氮0.84 g/kg、堿解氮55.3 mg/kg、全磷0.42 g/kg、速效磷16.9 mg/kg、全鉀13.5 g/kg、速效鉀77.1 mg/kg，土壤陽離子交換量241.49 mmol/kg。

1.2試驗設計

試驗共設5個處理：①不施氮肥（CK）;②尿素（U）;③尿素+硝化抑制劑（U+DMPP）;④尿素+脲酶抑制劑（U+NBPT）;⑤尿素+硝化抑制劑+脲酶抑制劑（U+NBPT+DMPP）。3次重復，完全隨機區組排列。每個小區面積26 m2 （6.5 m×4.0 m），各小區以50 cm的分隔行隔開，且保持小區間的田埂高出土表上方30 cm，并用厚質農膜包裹田埂并壓至犁底層以防止小區間相互串水串肥，實現各小區單灌單排。試驗中氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）的用量分別為225 kg/hm2、90 kg/hm2和105 kg/hm2，氮肥、磷肥、鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。氮肥分3次施用，基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3（質量比），磷肥、鉀肥作為基肥一次性施入。脲酶抑制劑為N-丁基硫代磷酰三胺 （NBPT），硝化抑制劑為3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP），用量均按對應處理尿素純氮量的1%添加，與尿素混勻后施用。水稻品種為常糯1號，2018年6月26日移栽，10月26日收獲，栽培管理措施同當地農民的常規管理保持一致。

1.3測定項目與方法

試驗開始前采集0～20 cm 耕層土樣，用于測定土壤pH以及有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。于水稻成熟期在各小區取代表性稻株5穴，剪去根后， 烘干稱質量并粉碎，用于測定籽粒和秸稈的氮、磷和鉀含量以及實收每小區產量。土壤pH、有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和植株氮、磷、鉀含量均采用常規方法測定[8]。

1.4數據處理

干物質量與養分含量的乘積為養分積累量。采用Excel2010和SPSS19.0進行數據處理分析，并用LSD（Least significant difference test）進行樣本平均數的差異顯著性比較。

2結果與分析

2.1脲酶/硝化抑制劑對水稻生物量的影響

圖1可以看出，所有施氮處理的籽粒產量、秸稈生物量和地上部分生物量均顯著高于未施氮對照（CK）（P<0.05）。尿素配施NBPT/DMPP對水稻籽粒產量、秸稈生物量存在明顯影響。與U處理相比，U+NBPT和U+DMPP+NBPT處理的籽粒產量分別增加6.8%和8.6%，秸稈生物量分別增加4.3%和5.5%，地上部分生物量分別增加7.02%和7.99%，且差異達到顯著水平（P<0.05）。U+DMPP處理較U處理的籽粒產量、秸稈生物量和地上部分生物量分別增加4.3%、2.1%和3.1%，但差異未達到顯著水平（P>0.05）。這說明，尿素添加NBPT或者DMPP+NBPT對沿淮水稻生物量的提高均有顯著促進作用，NBPT和DMPP表現出協同增效作用。

2.2脲酶/硝化抑制劑對水稻植株含氮量和氮累積量的影響

由圖2可以看出，所有施氮處理的籽粒、秸稈的含氮量均顯著高于未施氮對照（CK）（P<0.05），這表明，施氮能夠促進水稻對氮素的吸收利用。與U處理相比，尿素配施生化抑制劑，其水稻籽粒、秸稈含氮量有增加的趨勢，但差異未達顯著水平（P>0.05）。

不同處理對水稻籽粒、秸稈和地上部分氮累積量存在明顯影響（圖3）。所有施氮處理的籽粒、秸稈和地上部分的氮累積量均顯著高于不施氮對照（CK）（P<0.05）。U處理的籽粒、秸稈和地上部分氮累積量分別為106.3 kg/hm2、81.1 kg/hm2和187.4 kg/hm2。與U處理相比，U+NBPT、U+DMPP和U+DMPP+NBPT處理籽粒氮累積量分別提高12.6%、9.4%和14.1%，秸稈氮累積量分別提高5.6%、2.7%和9.8%，地上部分氮累積量分別提高9.6%、6.5%和12.2%，其中除U+DMPP處理秸稈氮累積量與U處理差異未達顯著水平之外（P>0.05），其余差異均達顯著水平（P<0.05），這說明，添加NBPT/DMPP能夠提高水稻對氮素的同化和吸收能力，為高產奠定基礎。

2.3脲酶/硝化抑制劑對水稻植株含磷量和磷累積量的影響

由圖4可以看出，與氮素相類似，所有施氮處理的籽粒、秸稈的含磷量均顯著高于未施氮對照（CK）（P<0.05），這說明，施氮能夠協同促進水稻對磷素的吸收利用。尿素配施NBPT/DMPP，其水稻籽粒、秸稈含磷量有增加的趨勢，但差異未達顯著水平（P>0.05）。

不同處理對水稻籽粒、秸稈和地上部分磷累積量存在明顯影響（圖5）。所有施氮處理的籽粒、秸稈和地上部分的磷累積量均顯著高于不施氮對照（CK）（P<0.05）。U處理的籽粒、秸稈和地上部分磷累積量分別為26.3 kg/hm2、15.4 kg/hm2和41.7 kg/hm2。與U處理相比，U+NBPT、U+DMPP和U+NBPT+DMPP處理籽粒磷累積量分別提高10.9%、11.4%和14.7%，秸稈磷累積量分別提高6.5%、8.8%和13.8%，地上部分磷累積量分別提高9.2%、10.4%和14.4%，其中除了U+NBPT處理的秸稈磷累積量與U處理之間的差異未達顯著水平之外（P>0.05），其余差異均達顯著水平（P<0.05），這說明，添加NBPT/DMPP在提高水稻對氮素吸收的同時，也有利于提高水稻對磷素的同化和吸收能力。

2.4脲酶/硝化抑制劑對水稻植株含鉀量和鉀累積量的影響

由圖6可以看出，與氮、磷相類似，所有施氮處理的籽粒、秸稈的含鉀率均顯著高于未施氮對照（CK）（P<0.05），這表明，施氮能夠促進水稻對鉀素的吸收利用。與氮、磷不同的是，尿素配施NBPT/DMP，其水稻籽粒、秸稈含鉀量有下降的趨勢，其中U+DMPP+NBPT處理與U處理秸稈含鉀量之間的差異達顯著水平（P<0.05）。

所有施氮處理的籽粒、秸稈和地上部分的鉀累積量均顯著高于不施氮對照（CK）（P<0.05）（圖7）。U處理的籽粒、秸稈和植物鉀累積量分別為26.5 kg/hm2、198.8 kg/hm2和225.4 kg/hm2。與U處理相比，U+NBPT、U+DMPP和U+DMPP+NBPT處理籽粒鉀累積量分別降低了1.8%、2.8%和3.6%，秸稈鉀累積量分別降低了2.7%、3.8%和4.9%，地上部分鉀累積量分別降低了2.6%、3.7%和4.4%，但差異未達顯著水平（P>0.05）。

2.5脲酶/硝化抑制劑對水稻-土壤體系中氮、磷、鉀養分表觀平衡的影響

肥料施入到土壤后會發生土壤吸附固定、作物吸收、以及徑流和淋溶損失等復雜過程，本研究僅從作物土壤系統的養分投入與帶走上簡單計算肥料養分的表觀平衡，即不考慮肥料養分揮發、徑流和淋溶等損失，也不考慮沉降和灌水等其他途徑帶入的養分。如圖8所示，當地常規施肥條件下（N 225 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 105 kg/hm2），氮、磷、鉀的盈余量分別為37.6 kg/hm2、-2.4 kg/hm2和-138.2 kg/hm2。相比于常規施肥U處理，配施抑制劑的3個處理U+NBPT、U+DMPP和U+DMPP+NBPT氮素盈余量分別減少了17.9 kg/hm2、12.3 kg/hm2和22.9 kg/hm2（P<0.05），磷素盈余量分別減少3.9 kg/hm2、4.4kg/hm2和6.0 kg/hm2（P<0.05），而鉀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顯著提高了水稻氮的帶走量，降低了其在土壤中的盈余，同時也顯著加大了水稻對磷素的吸收帶走量，而水稻對鉀素吸收無顯著影響。

3討論

尿素配施脲酶/硝化抑制劑，其主要作用是減少氮素損失，提高肥料利用率。尿素施入水田后，在脲酶的作用下經氨基酸水解生成NH3的過程非常迅速，大概在2～10 d完全完成[9]，導致田面水中NH3含量迅速上升，造成嚴重的氨揮發損失，損失率可達施入氮量的9%～42%[10]。脲酶抑制劑與尿素一起施用延長了施肥點處尿素的擴散時間，并延緩了酰胺態氮向NH+4-N的轉化進程，從而降低土壤溶液中NH+4-N和NH3的濃度，減少尿素對作物幼苗的毒性及NH3的揮發損失[11]，這對尿素氮養分釋放速率與水稻氮養分需求的耦合起到有效調控作用[12]，從而促進水稻生長和氮素吸收利用。硝化抑制劑與氮肥配合施用可以抑制硝化細菌的活性，使施入土壤中的氮較長時間以NH+4-N的形態存在[13]，由于水稻是典型的喜銨作物，所以能促進水稻對氮素的吸收利用和生物量的形成。魯艷紅等[12]在湖南典型雙季稻區的研究結果表明，脲酶抑制劑NBPT和硝化抑制劑雙氰胺（DCD）均有利于提高早、晚稻產量、植株氮吸收量和氮素利用效率。周旋等[14]在南方黃泥田地區水稻的研究結果表明，不同施肥模式下，配施抑制劑組合促進抽穗后干物質生產和氮素積累，提高籽粒中的養分分配比例及氮素利用效率。與上述研究結果一致，在沿淮糯稻種植地區，尿素配施NBPT/DMPP均增加了水稻生物量和植株吸氮量，促進了水稻對氮素的吸收利用，提高了氮肥利用效率。

磷素營養是水稻生長發育不可缺少的重要因素，它既是構成水稻許多重要有機化合物的組成成分，同時又以多種方式參與水稻體內的代謝過程，對促進水稻生長發育和生理代謝，促進早熟、高產與優質都起著重要作用[15]。本研究結果表明，尿素配施NBPT/DMPP在促進水稻對氮素吸收的同時，顯著增加了對磷素的吸收利用。這與前人的研究結果[14]相一致，其原因可能是，一方面，NBPT/DMPP通過調控氮素轉化速率及氮素形態，促進了水稻根系的生長，增強了根系吸收利用養分的能力;另一方面，NBPT/DMPP能夠增加土壤中NH+4-N含量并在一定時間內保持較高水平，水稻是喜銨作物，其根系在吸收NH+4時，向外排出質子以保持根系的電荷平衡，導致了根際周圍pH值的下降，造成根際的酸化環境[13]，從而提高了土壤中固定態磷的有效性。

鉀素是作物需要最多的陽離子營養元素之一，它能夠促進植物光合作用及其產物的運輸，并參與細胞滲透調節及有機酸的代謝。前人關于脲酶/硝化抑制劑對作物對鉀素吸收的影響的研究結果并不完全一致[14，16]。周旋等[14]研究發現，不同施肥模式下，配施抑制劑組合能顯著增加水稻鉀吸收量;而許超等[16]研究卻發現，含硝化抑制劑DMPP的氮肥降低了小白菜對K+吸收。本研究結果則顯示，尿素配施NBPT/DMPP有降低水稻對鉀素吸收利用的趨勢，但差異未達顯著水平。其原因可能是，在抑制劑NBPT/DMPP作用下，土壤溶液中NH+4保持較高水平，而K+與NH+4因具有相同的化合價及離子半徑，在作物吸收上具有拮抗作用，較多的NH+4存在抑制了水稻對K+的吸收[17]。

沿淮平原糯稻種植體系中，尿素配施純氮量1%的脲酶抑制劑（NBPT）或硝化抑制劑（DMPP）有利于提高水稻生物量，增加水稻氮、磷吸收量，減少其在土壤中的盈余，從而有利于提高氮、磷利用效率，NBPT效果優于DMPP，聯合施用效果最為理想，表現出協同增效作用。

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（責任編輯：陳海霞）