新型尿素在不同含水量土壤中銨態氮和硝態氮轉化規律的研究

張斌強， 張 曉， 陳 宏， 楊清俊， 王春芳， 曹 艷， 李海營， 張佩利， 郭景麗

(河南心連心化學工業集團股份有限公司 河南新鄉 453731)

隨著《到2020年化肥使用量零增長行動方案》的公布，高效肥產品越來越受市場歡迎，其中新型尿素(如含腐殖酸尿素、含氨基酸尿素、包膜尿素等)在氮肥產品中已經達到一定占比。新型尿素在不同區域的施用效果存在一定差異，這與新型尿素施用后的作用原理有關[1]，應根據實際環境條件和不同作物對養分需求的差異[2]，選擇合適的新型尿素產品。本文考察了河南心連心化學工業集團股份有限公司生產的4種新型尿素在不同含水量土壤中銨態氮、硝態氮的轉化情況，以期為新型尿素的施用提供指導依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗采用室內沙培方式。通過前期田間調研，土壤采樣點選在河南省新鄉市朗公廟鎮永安村東(東經113°51′18″，北緯35°12′41″)，于2020年7月在長×寬為120 m×80 m的沙地按照S形多點采樣法選取10個點，采取深度為0～20 cm的土壤樣品并混合。采集的土壤樣品在實驗室自然晾干后，用2 mm的土樣篩過篩，去除肉眼可見的碎石、植株殘體等雜質，所有土壤充分混合后備用。經測定，供試土壤中銨態氮、硝態氮質量濃度分別為4.6、15.5 mg/L，pH為8.02。

供試肥料為緩釋尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制劑尿素、含腐殖酸尿素及農用普通尿素，均由河南心連心化學工業集團股份有限公司生產并提供。

1.2 試驗方法

在供試土壤中分別加入農用普通尿素、緩釋尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制劑尿素和含腐殖酸尿素，尿素施用水平均為333 mg/kg，約為實際田間尿素施用水平的2倍，以不施尿素為空白對照(CK)，設定土壤低含水量(1%田間持水量)和高含水量(20%田間持水量)2個水平，共計12個處理，每個處理重復15次。

試驗步驟：稱取風干土壤樣品1 kg，調節土壤含水量水平，然后放入一次性塑料碗中；除CK不施肥以外，將農用普通尿素、緩釋尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制劑尿素及含腐殖酸尿素分別與不同含水量土壤混勻，蓋上塑料蓋；將所有塑料碗統一放置于實驗室操作臺，每天記錄實驗室室溫，通過稱重確認土壤含水量并及時補充水分以彌補蒸發損失的水量；在第0～14天取出每個處理的1個重復土壤樣品，采用ASI土壤養分分析檢測方法測定土壤中銨態氮和硝態氮含量。

1.3 數據處理

采用Excel 2016對試驗數據進行整理并制作圖表，SPSS 22.0軟件分析各處理間的差異顯著性，土壤凈氮礦化速率R礦和土壤凈氮硝化速率R硝按式(1)和式(2)計算[3]：

R礦=(BN-AN)/t

(1)

R硝=(B硝-A硝)/t

(2)

式中：BN——培養后無機氮(銨態氮和硝態氮)含量，mg/L；

AN——培養前無機氮(銨態氮和硝態氮)含量，mg/L；

B硝——培養后硝態氮含量，mg/L；

A硝——培養前硝態氮含量，mg/L；

t——對應土壤取樣天數，d。

2 結果與分析

2.1 不同處理的土壤中銨態氮和硝態氮含量的動態變化

2.1.1 不同處理的土壤中銨態氮含量變化特征

不同處理的土壤中銨態氮含量變化特征見圖1。

由圖1可知：前6 d各處理的高含水量土壤中銨態氮含量高于低含水量土壤的，之后銨態氮在2種土壤中的含量出現不同變化趨勢。

由圖1(a)可知：在低含水量土壤中，施用含硝化抑制劑尿素和含腐殖酸尿素的土壤中銨態氮含量從第7天開始出現明顯增加，施用含氨基酸尿素的土壤中銨態氮從第8天開始增加，而施用緩釋尿素和農用普通尿素的土壤中銨態氮含量在整個試驗期間變化較小，未超過土壤中銨態氮含量的中水平(按照ASI土壤養分評價系統，銨態氮質量濃度≤15 mg/L為缺乏水平，15～25 mg/L為低水平，25～50 mg/L為中水平，≥50 mg/L為高水平[4])；施用含氨基酸尿素和含硝化抑制劑尿素的土壤中銨態氮含量在第9天均出現下降，施用含腐殖酸尿素的土壤中銨態氮含量在第10天出現下降，這與銨態氮大量轉化為硝態氮有關；之后，施用含硝化抑制劑尿素、含氨基酸尿素、含腐殖酸尿素的土壤中銨態氮含量分別在第11天、第12天和第13天提高至中水平。

由圖1(b)可知：在高含水量土壤中，各處理的土壤中銨態氮含量從第1天開始就出現差異，其中施用農用普通尿素和含氨基酸尿素的土壤中銨態氮含量相近且略高于施用其他3種新型尿素的；從第2天或第3天開始，施用5種尿素的土壤中銨態氮含量變化幅度較大，其中施用緩釋尿素的土壤中銨態氮含量在前7 d高于或接近高水平；從第8天到試驗結束，施用緩釋尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制劑尿素、含腐殖酸尿素的土壤中銨態氮含量一直處于低水平或缺乏水平。

2.1.2 不同處理的土壤中硝態氮含量變化特征

不同處理的土壤中硝態氮含量變化特征見圖2。

由圖2可知：在整個培養期間，與低含水量土壤相比，高含水量土壤中硝態氮含量變化較大，在第7天之后，4種新型尿素與農用普通尿素處理的土壤中硝態氮含量在2種土壤中的變化不一致，這與鄔剛等[5]的研究規律較為一致。

由圖2(a)可知：在低含水量土壤中，施用含硝化抑制劑尿素、含腐殖酸尿素的土壤中硝態氮含量從第8天開始增加，其中施用含腐殖酸尿素的土壤中硝態氮含量在第8天達到高水平(按照ASI土壤養分評價系統，硝態氮含量水平的劃分同銨態氮的)，在第12天短暫下降后，第14天繼續增加，這與低含水量土壤中施用含腐殖酸尿素在第7天開始土壤中銨態氮含量持續增加有關；施用含硝化抑制劑尿素的土壤中硝態氮含量在第8天和第12天增加，這與低含水量土壤中施用含硝化抑制劑尿素的土壤中銨態氮含量在第7天和第11天增加有關；含氨基酸尿素的土壤中硝態氮含量從第10天開始增加直至高水平，之后又下降；施用農用普通尿素和緩釋尿素的土壤中硝態氮含量在整個試驗過程中一直處于中水平以下。

由圖2(b)可知：在高含水量土壤中，施用農用普通尿素、緩釋尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制劑尿素的土壤中硝態氮含量在第7天達到高水平，其中土壤中硝態氮含量以施用含硝化抑制劑尿素的處理最高，施用含腐殖酸尿素的土壤中硝態氮含量從第8天開始增加并達到高水平；之后施用緩釋尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制劑尿素和含腐殖酸尿素的土壤中硝態氮含量維持在高水平，而施用農用普通尿素的土壤中硝態氮含量分別在第8天、第11天、第12天下降至中水平；CK的土壤中硝態氮含量在第7天開始增加，其原因是在第4天、第7天CK的土壤中銨態氮含量增加，這為土壤中硝態氮含量增加提供了基礎。

2.2 不同處理的土壤凈氮硝化及礦化速率的變化特征

2.2.1 不同處理的土壤凈氮硝化速率的變化特征

不同處理的土壤凈氮硝化速率的變化特征見圖3。

由圖3可知：在整個培養期間，各處理的土壤凈氮硝化速率在2種土壤中的變化趨勢差異較大，其中含氨基酸尿素、含硝化抑制劑尿素和含腐殖酸尿素在低含水量土壤中的土壤凈氮硝化速率變化幅度較大，其他處理的變化幅度較小且為負值，這與路天慧[6]的研究結果相似。

由圖3(a)可知：在低含水量土壤中，施用含硝化抑制劑尿素的土壤凈氮硝化速率有3個高點，分別出現在第4天、第8天和第12天；施用含腐殖酸尿素的土壤凈氮硝化速率有2個高點；施用含氨基酸尿素的土壤凈氮硝化速率在前11 d基本不變且其數值較低，在第12天提高至3.22 mg/(L·d)；施用農用普通尿素和緩釋尿素的土壤凈氮硝化速率變化幅度較小且均為負值。

由圖3(b)可知：在高含水量土壤中，各處理的土壤凈氮硝化速率變化趨勢不一致，除CK外，施用5種尿素的土壤凈氮硝化速率在試驗過程中均為正值，施用農用普通尿素、緩釋尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制劑尿素的土壤凈氮硝化速率在第7天出現明顯提高的現象，而施用含腐殖酸尿素的土壤凈氮硝化速率在第8天出現明顯提高的現象；在試驗過程中，施用緩釋尿素、含腐殖酸尿素的土壤凈氮硝化速率變化趨勢較為一致，基本在第8天到第11天呈下降趨勢，之后土壤凈氮硝化速率在8 mg/(L·d)附近波動；含氨基酸尿素的土壤凈氮硝化速率從第7天開始提高，第9天達到峰值，之后下降至8 mg/(L·d)附近趨于穩定；含硝化抑制劑尿素的土壤凈氮硝化速率從第6天上升為正值，第7天大幅提高之后開始下降，第10天之后穩定在約8 mg/(L·d)至試驗結束(第13天出現下降)；CK的土壤凈氮硝化速率在第7天至第9天為正值，結合土壤中銨態氮含量在第4天、第7天增加以及硝態氮含量從第7天開始增加，表明土壤中的有機態氮轉化為無機態氮。

2.2.2 不同處理的土壤凈氮礦化速率的變化特征

不同處理的土壤凈氮礦化速率的變化特征見圖4。

由圖4可知：在整個培養期間，5個施尿素處理的土壤凈氮礦化速率在2種土壤中的差異較大，其中施用農用普通尿素和緩釋尿素的土壤凈氮礦化速率在低含水量土壤中的變化幅度較小且變化趨勢基本一致。

由圖4(a)可知：在低含水量土壤中，5個施尿素處理的土壤凈氮礦化速率變化趨勢不一致，其中施用含硝化抑制劑尿素、含腐殖酸尿素的土壤凈氮礦化速率變化幅度較大且平均土壤凈氮礦化速率為正值；含硝化抑制劑尿素的土壤凈氮礦化速率在第4天、第7天和第12天大幅增加，含腐殖酸尿素的土壤凈氮礦化速率在第7天和第12天大幅增加并在第11天下降且維持在正值以上；含氨基酸尿素的土壤凈氮礦化速率僅在第12天大幅增加，其他時間點的土壤凈氮礦化速率相對不高。

由圖4(b)可知：在高含水量土壤中，5種施尿素處理的土壤凈氮礦化速率的變化趨勢相對一致，其中施用含氨基酸尿素、含腐殖酸尿素的土壤凈氮礦化速率在前4 d呈下降趨勢，施用農用普通尿素、緩釋尿素、含硝化抑制劑尿素的土壤凈氮礦化速率在前4 d呈先上升后下降的趨勢；從第4天之后，5種施尿素處理的土壤凈氮礦化速率變化趨勢基本一致，從第4天到第7天、第8天到第13天呈先上升后下降的趨勢，但施用農用普通尿素和緩釋尿素的土壤凈氮礦化速率在第11天出現小幅度下降；除第4天施用含硝化抑制劑尿素和第7天施用含腐殖酸尿素的土壤凈氮礦化速率為負值外，5種施尿素處理的土壤凈氮礦化速率在其他時間點均為正值，與王鵬等[7]的研究中數值均為正值略有出入，可能與試驗環境和測定誤差有關。

3 結語

農用普通尿素受土壤含水量影響較大，墑情好的條件下可以持續轉化，適合在墑情好的區域生長周期較短的作物上施用；在土壤含水量低的情況下，土壤凈氮礦化速率較低，適合在干旱區域生長周期較長的作物上施用。緩釋尿素受土壤含水量影響較大，但在墑情好的情況下，前期轉化適量銨態氮后，土壤凈氮礦化速率呈上下波動的規律，土壤中銨態氮含量緩慢下降，可減少氨的揮發損失，在生長周期長的作物上施用較農用普通尿素更利于實現提高氮肥利用率的目的。含氨基酸尿素在干旱條件下施用，其前期土壤中銨態氮含量和土壤凈氮礦化速率優于其他尿素的，適合施用于水資源缺乏區域和前期需氮多的作物。含硝化抑制劑尿素的養分釋放周期長且受土壤含水量影響小，適合在墑情受天氣影響大的區域內生長周期長、生育期內需氮高峰少的作物上施用。含腐殖酸尿素受土壤含水量影響小，適合在墑情受天氣影響大的區域內生長周期長、生育期內存在不間斷需氮高峰的作物施用；若用于追肥，需較常規施肥時間提前5～7 d。