硫酸銨與尿素配比對土壤氮素形態、小油菜產量及氮素吸收的影響

閆雙堆 郭探文 張延慧 董馨宇 張怡爽 閆秋艷，3 劉利軍

（1山西農業大學資源環境學院，山西 太谷 030801；2山西農業大學農業資源與環境國家級實驗教學示范中心，山西 太谷 030801；3山西農業大學小麥研究所，山西 臨汾 041000；4山西省生態環境監測和應急保障中心，山西 太原 030027）

氮素是影響作物生長發育和養分積累的重要元素。氮肥的種類較多，按其化合物形態可以分為銨態氮肥、硝態氮肥、硝銨態氮肥、酰胺態氮肥和氰氨態氮肥［1］。不同形態氮肥的施用對土壤理化因子與作物生長的影響不同，如根據土壤類型、質地、結構狀況等因素進行合理施肥，選擇適宜的氮肥種類及施用方式，可達到最大增產效益?，F階段我國施用的氮肥以尿素為主［2］，但隨著國家環保、節能減排步伐的加快，工業副產物硫酸銨產能增加，生產成本低，且符合我國肥料級標準［3］，作為氮肥施用可以獲得更佳的經濟效益［4］。硫酸銨為作物提供氮素的同時又能提供硫素，是良好的生理酸性肥料，可施用于鹽堿土壤中［5］。生理酸性肥料硫酸銨替代尿素在小麥和玉米等作物上的研究表明，酸性物質可以提高作物對中微量元素的吸收及產量［6］。

小油菜（Brassica campestrisL.）是葉菜類的代表，營養豐富，復種指數高［7］，有關尿素對其生長影響的研究較多，而硫酸銨在小油菜栽培中的應用研究鮮有報道［8］，尤其是不同氮肥形態配施對其養分吸收及生長發育、品質影響的綜合研究更少。陳魏等［9］研究發現，對于蔬菜作物，銨態氮和硝態氮配合施用的效果優于單施效果，其最佳比例因作物生育期和作物種類而異；除了銨態氮外，添加適當比例的酰胺態氮素也對蔬菜的產量和品質有一定影響。

本試驗以小油菜為研究對象，利用盆栽試驗和大田試驗相結合的方法，探討硫酸銨與尿素不同配比對土壤氮素形態和植株產量及品質的影響，旨在篩選出硫酸銨與尿素最佳配比，實現工業副產硫酸銨的資源化利用與作物高產穩產的統一。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年5月12日至6月20日在山西農業大學新晨曦市場周邊農田（112°59′E，37°43′N）進行。供試土壤為石灰性褐土，土壤基本理化性質為pH 值8.17，有機質15.37 g?kg-1，全氮0.96 g?kg-1，全磷1.02 g?kg-1，全鉀25.95 g ?kg-1，堿解氮70.00 mg ?kg-1，有效磷15.91 mg?kg-1，速效鉀144.01 mg?kg-1。

1.2 試驗設計

在種植作物前，隨機采集耕層0～20 cm 的土壤樣品，進行風干，去除雜質后，將其研磨過篩并充分混勻，用于盆栽試驗。試驗用盆高度×底徑×口徑為23 cm×24 cm×29 cm，每盆裝土9 kg，共設7 個處理：CK（不施氮肥）、T1（100%尿素）、T2（10%硫酸銨+90%尿素）、T3（20%硫酸銨+80%尿素）、T4（40%硫酸銨+60%尿素）、T5（80%硫酸銨+20%尿素）、T6（100%硫酸銨），每處理4 次重復，共28 盆。施肥水平為N 0.30 g?kg-1風干土、P2O50.15 g?kg-1風干土、K2O 0.15 g?kg-1風干土。所有肥料均作為基肥于播種前施入土壤，將各肥料與土壤充分混勻后，裝盆育苗，小油菜出苗后，均勻定植7 株。各處理均在小油菜生長期間適期澆水，進行常規管理。

采用完全隨機設計方法進行小區試驗。小區面積為6 m×3 m，試驗7個處理同盆栽試驗，小區之間設置土壟隔離帶。除對照處理外，其余處理的氮、磷、鉀含量均相同，施肥水平為N 94.50 kg·hm-2、P2O547.25 kg·hm-2、K2O 47.25 kg·hm-2。所有肥料均作為基肥于播種前施入土壤，小油菜生長期間進行常規田間管理。

供試氮肥為尿素（含N 46%）和硫酸銨（含N 21%），磷肥和鉀肥選取過磷酸鈣（含P2O516%）和氯化鉀（含K2O 60%）。

供試作物為小油菜（Brassica chinensisL.），品種為四月慢，購自河北慶沛種業。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤樣品的采集與測定 作物收獲后，取0～20 cm 土層土壤，剔除雜物及根系后，一部分風干后過10和100目篩，用于全氮、堿解氮等指標含量測定，一部分鮮樣保存于4 ℃冰箱，用于銨態氮、硝態氮、微生物量氮含量及脲酶活性等的測定。其中，全氮含量采用半微量開氏法測定［10］；銨態氮、硝態氮含量采用2 mol·L-1KCl 浸提，Futura 流動分析儀（法國Alliance 公司）測定［10］；脲酶活性采用靛酚藍比色法［11］測定；微生物量碳、氮含量采用氯仿熏蒸-TOC法測定［10］。

1.3.2 植物樣品的采集與測定 植株鮮樣采集與測定：試驗結束后，將小油菜的根部用自來水輕輕沖洗。清潔后，用吸水紙吸干表面水分，測定其株高、根長和鮮重。采用水楊酸-硫酸比色法測定硝酸鹽含量［12］。植株干樣制備與測定：將植株清洗干凈，105 ℃殺青30 min，然后在70 ℃下烘至恒重，測定小油菜干重后粉碎，參照《土壤農化分析》［10］測定氮磷鉀含量。氮肥農學利用率計算公式如下［13］：

氮肥農學利用率（kg·kg-1）=（施氮區產量-對照區產量）/施氮量。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件處理數據，采用SPSS 19.0 軟件進行顯著性分析（P<0.05），采用Origin 2018軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 硫酸銨與尿素不同配比對土壤pH值的影響

盆栽和大田試驗均表明（圖1），與不施肥處理（CK）相比，施肥處理均使土壤pH 值降低。隨著硫酸銨配比增加，土壤pH 值整體逐漸降低，其中T6 處理pH 值最低。T1 和T2 處理間差異不顯著，其余處理較T1處理顯著降低。

圖1 不同處理對盆栽試驗（A）和大田試驗（B）土壤pH值的影響Fig.1 Effects of different treatments on soil pH value in pot experiment（A） and field experiment （B）

2.2 硫酸銨與尿素不同配比對土壤氮素形態的影響

由表1 可知，施肥處理較CK 處理均使土壤全氮含量增加。盆栽試驗中，與T1 處理相比，T4、T5 和T6 處理全氮含量顯著增加，分別增加了15.08%、16.62%和17.58%。其中，T6處理土壤全氮含量最高。大田試驗中，與T1處理相比，T3、T4、T5和T6處理全氮含量顯著增加，分別增加了4.06%、0.96%、2.90%和3.48%。其中，T3處理土壤全氮含量最高。

表1 不同處理對土壤全氮含量的影響Table 1 Effects of different treatments on soil total nitrogen content /（g·kg-1）

由圖2-A 可知，盆栽試驗各施肥處理土壤堿解氮含量均顯著高于CK 處理。施肥處理中，隨著硫酸銨配比增加，土壤堿解氮含量先降低后增加，其中T5 和T6 處理較高，且差異不顯著。由圖2-B 可知，與CK 處理相比，大田試驗施肥處理土壤堿解氮含量整體呈升高趨勢，與盆栽試驗結果一致。其中，T1、T2 和T3 處理間土壤堿解氮含量差異不顯著，T4、T5 和T6 處理顯著高于T1處理，T6處理土壤堿解氮含量最高。

圖2 不同處理對盆栽試驗（A）和大田試驗（B）土壤堿解氮含量的影響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，盆栽試驗中各施肥處理土壤NH4+-N含量較CK 處理均有不同程度的增加，增加幅度為2.38%～217.62%。T6 處理土壤NH4+-N 含量顯著高于其他處理。T2、T3、T5和T6處理土壤NH4+-N含量顯著高于T1 處理。施肥處理土壤NO3--N 含量較CK 顯著增加了332.10%～863.38%。與T1 處理相比，T2 處理土壤NO3--N含量顯著降低，其他處理土壤NO3--N含量則顯著提高。施肥處理土壤微生物量氮（microbial biomass nitrogen，MBN）含量較CK顯著增加了127.63%～337.88%。

表2 不同處理對土壤銨態氮（NH4+-N）、硝態氮（NO3--N）和微生物量氮（MBN）含量的影響Table 2 Effects of different treatments on soil ammonium nitrogen（ NH4+-N），nitrate nitrogen（ NO3--N） and microbial biomassnitrogen（ MBN） content（/mg·kg-1）

大田試驗中，僅T6 處理土壤NH4+-N 含量顯著高于其他處理，其他處理間無顯著差異。T1 處理土壤NO3--N 含量顯著高于其他施肥處理。與T1 處理相比，配施硫酸銨均降低了土壤NO3--N 含量，且T3 處理土壤NO3--N 含量最低。與CK 相比，施肥處理土壤MBN含量顯著增加了59.44%～223.21%。施肥處理中，隨著硫酸銨配比增加，土壤MBN 含量呈先升高后降低的趨勢?？梢姡涫┝蛩徜@有利于增加土壤NH4+-N含量，不利于增加MBN含量。

2.3 硫酸銨與尿素不同配比對土壤脲酶活性的影響

由圖3-A可知，盆栽試驗中，與CK相比，施肥處理均使土壤脲酶活性增加。與T1 處理相比，T2、T3 和T5處理顯著降低土壤脲酶活性，T1、T4 和T6 處理間差異不顯著。由圖3-B可知，大田試驗中，施肥處理土壤脲酶活性隨硫酸銨配比增加先降低后升高。與T1 處理相比，T2、T3 和T4 處理土壤脲酶活性顯著降低，T6 處理顯著提高。可見，與單一施用硫酸銨或尿素相比，硫酸銨和尿素配施可降低土壤脲酶活性。

圖3 不同處理對盆栽試驗（A）和大田試驗（B）土壤脲酶活性的影響Fig.3 Effects of different treatments on soil urease activity in the pot experiment （A） and field experiment （B）

2.4 硫酸銨與尿素不同配比對小油菜生長及養分吸收的影響

由表3 可知，與CK 相比，施肥均增加小油菜生長指標。施肥處理中，隨著硫酸銨配比增加，盆栽和大田試驗小油菜株高、根長和鮮重整體均呈先增加后降低的趨勢，其中T3 處理各生長指標達到最大值，T6 處理生長指標與T1處理整體差異不顯著。

表3 不同處理對小油菜生長性狀的影響Table 3 Effects of different treatments on growth traits of rape

由表4 可知，盆栽試驗中，各施肥處理間小油菜全氮含量差異不顯著。隨著硫酸銨配比增加，小油菜全磷含量呈先升高后降低的趨勢，T3 處理小油菜全磷含量最高。與T1處理相比，T2處理降低了小油菜全鉀含量，其余處理與T1 處理間無顯著差異。大田試驗中，與T1處理相比，其他施肥處理降低了小油菜的全氮含量。隨著硫酸銨配比增加，小油菜全氮含量呈先降低后升高的趨勢，T4處理全氮含量最低。除T6處理顯著低于其他施肥處理外，其他施肥處理間小油菜全磷含量無顯著差異。隨著硫酸銨配比增加，小油菜全鉀含量先降低后升高，但均低于T1處理。

表4 不同處理對小油菜養分含量的影響Table 4 Effects of different treatments on nutrient content of rape/%

由圖4-A 可知，盆栽試驗中，T1 和T5 處理小油菜硝酸鹽含量差異不顯著，T2、T3、T4 處理較T1 處理顯著降低小油菜硝酸鹽含量。所有施肥處理中，T3處理小油菜的硝酸鹽含量最低，較T1 顯著降低了37.72%。

圖4 不同處理對盆栽試驗（A）和大田試驗（B）小油菜硝酸鹽含量的影響Fig.4 Effects of different treatments on the nitrate content of rape in the pot experiment（A） and the field experiment （B）

由圖4-B可知，大田試驗中，與T1處理相比，T5處理顯著增加小油菜硝酸鹽含量，而T2、T3、T4 和T6 處理較T1 處理顯著降低小油菜硝酸鹽含量，其中T3 處理的硝酸鹽含量最低。

2.5 硫酸銨與尿素不同配比對小油菜產量和氮肥農學利用率的影響

由表5可知，盆栽試驗和大田試驗小油菜產量整體均隨硫酸銨配比增加呈先升高后降低的趨勢，且均在T3處理產量最高，說明20%硫酸銨與80%尿素配比對小油菜的增產效果最佳，盆栽試驗和大田試驗T3處理較T1處理分別增產45.31%和28.51%（平均36.91%）。

表5 不同處理對小油菜產量和氮肥農學利用率的影響Table 5 Effects of different treatments on yield and nitrogen agronomic utilization agronomic utilization of rape

由表5 還可知，盆栽試驗氮肥農學利用率表現為T3>T2>T4>T1>T5>T6，大田試驗氮肥農學利用率表現為T3>T4>T5>T1>T2>T6，說明單施硫酸銨比單施尿素的氮肥農學利用率低。盆栽試驗和大田試驗氮肥農學利用率均在T3 處理時最高，分別比T1 處理增加104.03%和68.04%（平均86.04%）。

3 討論

3.1 硫酸銨與尿素不同配比對土壤化學性質的影響

硫酸銨施入土壤首先表現為土壤pH 值的降低。本研究土壤為石灰性褐土，為堿性土壤（pH值=8.17），隨著硫酸銨配比增加，土壤pH 值呈下降趨勢，盆栽試驗在單施硫酸銨的處理中達到最低值8.07，但仍為堿性土壤。主要是因為硫酸銨施入土壤后水解成NH4+和SO42-，但植物吸收更多NH4+，在離子交換吸收過程中釋放出大量的H+，促使土壤pH 值下降，這與杜小平等［14］的研究結果一致。同時作物通過對銨態氮的優先吸收也可降低根際土的pH 值［15］。此外，有研究表明，含硫肥料也可通過增加作物葉片可溶性蛋白含量，降低土壤pH值［16］。

隨著硫酸銨配施濃度增加，土壤全氮、堿解氮和NH4+-N 含量均有增加趨勢，而且在硫酸銨的配比超過40%時增加顯著。單施硫酸銨處理NH4+-N 含量顯著高于其他配施處理，主要是由于硫酸銨施入土壤后產生大量NH4+-N，尿素施入土壤后則需在脲酶水解作用下產生NH4+-N，因此硫酸銨與尿素不同配比的NH4+-N含量低于單施硫酸銨處理［17］。盆栽和大田試驗土壤NO3--N 含量變化不一致，大田試驗中NO3--N 含量隨硫酸銨配比增加而降低，可能是因為大田試驗存在NO3--N 隨著土壤剖面下移或淋洗的現象，而本試驗研究主要關注了0～20 cm土層的變化情況。

20%硫酸銨與80%尿素配比下的土壤微生物量氮含量最高。20%硫酸銨與80%尿素配比處理小油菜根系對氮素的消耗較多，使得脲酶底物濃度降低，而土壤中不可用氮含量的增加抑制了脲酶的酶促反應，導致脲酶活性降低。說明相較單施尿素，硫酸銨與尿素配施可以降低土壤脲酶活性，而單施硫酸銨可以提高土壤脲酶活性。硫酸銨與尿素不同配比導致土壤中NH4+濃度不同，土壤中的銨為硝化作用提供底物，影響土壤中的硝化進程，從而影響土壤中微生物活動。土壤pH 值越高，硝化作用越強［18］。結合小油菜生長狀況來看，小油菜的根系較為濃密發達，其細根生物量較高，根系分泌有機物的增加會導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%硫酸銨與80%尿素配比時土壤微生物量氮含量最高。但當硫酸銨施用量過多時，會使微生物量氮含量下降，這主要是由土壤生理酸化所造成的環境脅迫所致。

3.2 硫酸銨與尿素不同配比對小油菜生長發育的影響

硫酸銨施入土壤后，NH4+和SO42-能被植物吸收利用，而尿素屬于酰胺態氮肥，施入土壤后經土壤脲酶作用水解成碳酸銨和碳酸氫銨后被植物吸收利用，均有助于增加植物生物量［19］。此外，硫酸銨作為一種含硫肥料，對作物增產具有一定優勢，且在喜硫作物上施用硫肥比一般作物更具有明顯的增產效果［16］。在我國南方，油菜施用硫肥可增產5.9%～36.8%［20］。王飛等［15］研究表明，與單施尿素相比，單施硫酸銨玉米產量增加36.0%。此外，姜舒雅等［21］研究指出施用硫酸銨能夠明顯提高木薯產量，促進養分吸收?？梢?，硫酸銨在供應氮素方面具有很好的替代作用，硫酸銨和尿素配施可充分調控小油菜的生物量，實現小油菜優質高產。

前人研究發現，施用硫酸銨處理較尿素顯著提高了水稻苗期地上部氮素累積量，但對根部氮素累積無顯著影響，可能是因為不同氮肥的施用影響了土壤氮素養分的存在形式和比例，硫酸銨較尿素顯著提高了土壤堿解氮和銨態氮含量［22］。小油菜是喜硝作物，硫酸銨與尿素配施增加了土壤中銨態氮含量，為作物提供氮素養分的同時，通過硝化作用轉化為硝態氮，而硝態氮有利于促進植株對K+的吸收［23］。但當土壤施氮量超過0.1 g?kg-1（土）時，小油菜對氮、磷、鉀的吸收增加不顯著甚至有降低的趨勢。這是由于氮肥含量過高會對作物產生毒害作用，抑制植株正常生長及對養分的吸收［24］。

梁宏玲等［25］在小油菜上使用硫酸銨的結果表明，隨著硫酸銨施用量的增加，小油菜產量先增加后降低，在銨態氮水平為0.2 g?kg-1時，小油菜的產量最高，此后，當施用水平達到0.6 g?kg-1時，小油菜出現幼苗死亡的現象，主要是由于小油菜硝酸鹽含量超標導致。氮肥施用量與蔬菜硝酸鹽積累密切相關，且存在正相關關系［25］。本研究發現，在同等氮水平下，與單施尿素相比，20%硫酸銨與80%尿素配比能顯著降低小油菜硝酸鹽含量。一方面是因為，硫酸銨中所含的硫元素參與植物體蛋白質的合成，其代謝關鍵酶與氮素同化密切相關，可提高作物產量，且能夠通過降低植物葉片相對電導率增加葉綠素含量［26］，顯著改善作物品質［27］。已有研究表明，硫酸銨對馬鈴薯葉片葉綠素含量提升具有一定促進作用［28］。另一方面，土壤中硫酸根濃度的增加抑制了油菜對硝酸鹽的吸收，從而降低了油菜對NO3--N 的吸收［14］。本研究中20%硫酸銨與80%尿素配比增產效果最佳，可能是由于土壤氮素形態在該配比條件下達到最優狀態，有利于小油菜對養分的吸收。

4 結論

本研究結果表明，與單施尿素相比，在石灰性褐土中適量添加硫酸銨酸性肥料可提高土壤活性氮組分以及微生物量氮含量，降低土壤脲酶活性，促進小油菜生長及其對養分的吸收，同時提高小油菜產量。其中20%硫酸銨與80%尿素配比的增產效果最佳。