添加脲酶/硝化抑制劑對棉花養分吸收和產量的影響

摘 要：【目的】研究添加脲酶抑制劑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）對棉花養分吸收和產量的影響。

【方法】采取大田試驗，供試棉花品種為新陸早64號和魯棉研24號，共設置4個處理：不施氮肥（N0）、施氮肥（N300）、氮肥+脲酶抑制劑（N300+NBPT）、氮肥+硝化抑制劑（N300+DMPP）。

【結果】與N0相比，所有施氮處理均顯著增加棉花生物量，促進棉花植株對養分氮、磷和鉀的吸收。氮肥利用率從高到低順序為N300+DMPP＞N300+NBPT＞N300。施加氮肥和脲酶/硝化抑制劑均能顯著提高棉花產量。魯棉研24號養分吸收、氮肥利用率以及產量均優于新陸早64號，但生物量卻顯著低于新陸早64號。

【結論】添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑可以促進棉花植株對養分的吸收利用，并提高氮肥利用率和棉花產量。

關鍵詞：棉花；脲酶抑制劑；硝化抑制劑；養分吸收；產量

中圖分類號：S562 文獻標志碼：A 文章編號：1001-4330（2024）04-0814-09

0 引 言

【研究意義】棉花是重要的經濟作物之一［1］。新疆是我國的優質棉主產區［2］。2022年我國棉花總產量597.7×104 t，比2021年增長4.3%［3］。若氮肥施用不合理，則增加肥料投入成本，導致土壤酸化板結［4］。氮肥施用中，作物吸收僅占35%［5］，施入土壤中的氮肥主要是尿素，土壤中的脲酶可以迅速將尿素水解成NH3［6］。因此，提高棉田生態系統氮肥利用率，對促進棉花植株對養分的利用及提高氮肥利用率有實際意義。【前人研究進展】棉田土壤中若施入過量氮肥將降低農業經濟效益［7-8］。抑制脲酶活性技術是提高尿素利用率最有效的方法之一［9］。在氮肥中添加氮肥抑制劑可以減少氮素損失，提高氮肥的利用率［10］。脲酶抑制劑能抑制土壤中脲酶的活性，抑制尿素水解，延緩酰胺態氮向NH＋4-N的轉化進程，減少氨（NH3）的揮發，從而提高氮肥利用率［11］。硝化抑制劑能抑制NH＋4-N氧化為NO3--N，使土壤中NH＋4-N濃度較長時間處于一個較高水平，進而減少硝酸鹽（NO3--N）的淋溶損失［12］。由于氮素抑制劑自身的性質以及在土壤中的降解特性，會受到土體環境和氣候條件等的影響，使得不同抑制劑或者同一抑制劑在相同處理下表現出不一樣的調控效果［13-15］。【本研究切入點】目前，關于脲酶抑制劑和硝化抑制劑對尿素在土壤中氮素轉化、氮的損失等研究已有報道，但其在棉田的應用效果研究鮮見報道，尤其是對棉花氮、磷和鉀吸收、分配與利用的影響、棉花增產效果尚不明確［16］。【擬解決的關鍵問題】選擇脲酶抑制劑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，設置4個處理，分析其對棉花生物量、養分吸收利用及產量的影響，為優質棉花施肥應用提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2022年在新疆石河子天業生態示范園（86°4′11″E，44°21′14″N）進行，供試土壤類型為灰漠土，質地為壤土，年均降水量為180～270 mm，年均蒸發量為1 000～1 600 mm。供試耕層土壤有機質9.44 g/kg，pH為8.32，堿解氮77.63 mg/kg，銨態氮1.05 mg/kg，硝態氮11.40 mg/kg，速效磷21.25 mg/kg，速效鉀377 mg/kg。供試棉花品種為新陸早64號和魯棉研24號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用田間小區定位試驗，共設置4個處理：不施氮肥（N0）、施氮肥（N300）、氮肥+脲酶抑制劑（N300+NBPT）、氮肥+硝化抑制劑（N300+DMPP）。N300是指尿素施用量為300 kg/hm2；脲酶抑制劑和硝化抑制劑分別為N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）和3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP），施用量均為3 kg/hm2。采用完全隨機區組排列，每個處理3次重復，共12個小區，每個小區面積為60 m2。

魯棉研24號采用1膜3行方式，行距為70 cm；新陸早64號采用1膜6行方式，行距配置為（60+10）cm；株距均為10 cm。于2022年4月27日播種，播種后滴出苗水45 mm。棉花全生育期共灌水9次，灌溉總量為450 mm，從蕾期開始至吐絮前結束。試驗中施加的尿素，其中20%作基肥，在播種前一次性施入，其余作追肥，在棉花生長期分5次隨水滴施。供試鉀肥（硫酸鉀）和磷肥（重過磷酸鈣）全部作基肥，用量分別為K2O 60 kg/hm2和P2O5105 kg/hm2，在棉花播種前1次性全部施入。脲酶抑制劑和硝化抑制劑均與尿素混勻后施用，其它田間管理措施同大田。

1.2.2 樣品采集與測定

試驗前取0～20 cm耕層土樣用于測定土壤基礎指標。從2022年7月16日開始采集耕層0～20 cm土壤樣品，連續采集一個灌溉周期（6次）土壤，采樣時間為每天11：00，按照五點法采集土樣，并混勻、除雜、過1 mm篩，裝自封袋，放置在4℃冰箱中保存，用于測定土壤銨態氮和硝態氮的含量。于棉花花鈴期，在每個小區隨機采取3株棉花，將葉、莖和蕾鈴分別剪下，在105℃下殺青30 min，再于75℃下烘干48 h，稱重，記錄干物質的重量。將烘干的植株粉碎，用于植株的N、P、K含量測定；在棉花收獲期測定棉花棉籽產量，最后計產。

土壤銨態氮和硝態氮以及棉花植株全氮、全磷和全鉀的測定均參照《土壤農化分析》［17］方法。土壤銨態氮含量采用KCl浸提-靛酚藍比色法測定，硝態氮含量采用雙波長紫外分光光度法測定；植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮-奈氏比色法，全磷采用H2SO4-H2O2消煮-釩鉬黃比色法測定，全鉀采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度計法測定。

1.3 數據處理

數據計算和繪圖用Microsoft Excel 2016軟件進行。數據采用SPSS21.0統計分析軟件Duncan法（Plt;0.05）進行分析，均為平均值±標準差。

氮肥利用率（nitrogen recovery efficiency，NRE，%）＝（施氮區地上部分總吸氮量-無氮區地上部分總吸氮量）/所施肥料中氮素的總量×100%［14］。

2 結果與分析

2.1 脲酶/硝化抑制劑對棉花總生物量的影響

研究表明，魯棉研24號和新陸早64號所有施氮處理的莖、葉、蕾鈴和總生物量均顯著高于未施氮處理N0，新陸早64號所有處理的莖、葉、蕾鈴和總生物量均較魯棉研24號高。與N300處理相比，新陸早64號N300+NBPT和N300+DMPP處理的莖生物量分別增加15.8%和7.4%，葉生物量差異不明顯，蕾鈴生物量分別增加37.3%和50.5%，總生物量分別增加21.1%和29.3%；魯棉研24號N300+NBPT和N300+DMPP處理的莖生物量分別增加25.4%和18.1%，葉生物量分別增加15.4%和19.8%，蕾鈴生物量分別增加33.7%和34.9%，總生物量分別增加24.2%和27.4%，且差異均達到顯著水平（Plt;0.05）。圖1

2.2 脲酶/硝化抑制劑對棉花養分吸收的影響

2.2.1 脲酶/硝化抑制劑對棉花總N吸收量影響

研究表明，魯棉研24號和新陸早64號所有施氮處理的莖、葉、蕾鈴和總N吸收量均高于未施氮處理N0，魯棉研24號所有處理的莖、葉、蕾鈴和總N吸收量均高于新陸早64號。與N300處理相比，新陸早64號N300+DMPP處理莖、葉、蕾鈴和總N吸收量分別顯著增加27.3%、34.0%、22.3%和26.2%，N300+NBPT處理蕾鈴和總N吸收量分別顯著增加12.9%和7.8%；魯棉研24號N300+NBPT處理莖和蕾鈴總N吸收量差異不顯著，但葉和總N吸收量分別顯著增加27.7%和10.8%，N300+DMPP處理莖、葉、蕾鈴和總N吸收量分別顯著增加45.7%、38.0%、13.9%和24.2%。圖2

2.2.2 脲酶/硝化抑制劑對棉花總P吸收量影響

研究表明，魯棉研24號和新陸早64號所有施氮處理的莖、葉、總P吸收量均高于未施氮處理N0，魯棉研24號所有施氮處理蕾鈴和總P吸收量高于新陸早64號。與N300處理相比，新陸早64號N300+NBPT和N300+DMPP處理的莖、葉P吸收量差異均不顯著；N300+NBPT處理的蕾鈴和總P吸收量分別顯著增加47.4%和27.3%；魯棉研24號N300+NBPT處理的莖P吸收量顯著增加36.2%，葉、蕾鈴和總P吸收量差異均不顯著；N300+DMPP處理的莖和葉P吸收量分別增加60.1%和51.7%，但蕾鈴P吸收量下降26.9%，總的P吸收量差異不顯著。圖3

2.2.3 脲酶/硝化抑制劑對棉花總K吸收量影響

研究表明，魯棉研24號和新陸早64號所有施氮處理的莖、葉、總K吸收量均高于未施氮處理N0。與N300處理相比，新陸早64號N300+NBPT處理莖K吸收量顯著增加29.5%，N300+DMPP處理的蕾鈴和總K吸收量分別顯著增加44.3%和30.5%；魯棉研24號N300+NBPT處理的莖、葉、蕾鈴和總K吸收量分別增加19.7%、12.4%、80.9%和50.5%；N300+DMPP處理的莖、葉、蕾鈴和總K吸收量分別增加37.0%、28.5%、60.2%和47.3%。圖4

2.3 脲酶/硝化抑制劑對棉花產量的影響

研究表明，所有施氮處理均顯著高于不施氮肥處理N0。魯棉研24號的所有施氮處理均顯著高于新陸早64號。與N300處理相比，N300+NBPT和N300+DMPP處理均顯著增加，新陸早64號分別增加9.2%和6.9%，魯棉研24號分別增加5.4%和6.0%。圖5

2.4 脲酶/硝化抑制劑對棉花氮肥利用率影響

研究表明，魯棉研24號氮肥利用率高于新陸早64號。2個品種的N300+DMPP處理氮肥利用率均最高，分別達到了64.64%和68.94%，其次是N300+NBPT處理，N300處理最低。表1

3 討 論

3.1 不同氮肥抑制劑對棉花生物量的影響

脲酶抑制劑和硝化抑制劑可以減少肥料損失，提高尿素利用率［18］。在不同施肥模式下，尿素配施氮肥抑制劑可以促進植株干物質生產和氮素積累［19］，與研究結果相似，因為脲酶抑制劑會減緩酰胺態氮向銨態氮轉化進程，從而降低土壤中NH3的濃度，減少尿素對植株的毒性及NH3的揮發損失［20］，對尿素氮養分釋放速率與棉花氮養分需求的耦合起到有效調控作用［16］，從而促進棉花生長和氮素吸收利用；硝化抑制劑可以抑制硝化細菌的活性，使土壤中的氮大多以銨態氮的形態存在［21］，最終促進棉花對氮素的吸收利用和生物量的形成。研究還發現，新陸早64號（1膜6行）總生物量顯著高于魯棉研24號（1膜3行），是因為不同行距配置下，生物量的大小主要取決于棉花種植的密度，而1膜6行的密度大于1膜3行，使得1膜6行干物質積累量大。

3.2 不同氮肥抑制劑對棉花養分吸收的影響

姚云柯［22］、王靜［18］等研究表明，同等量尿素情況下，添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑的處理植株氮磷含量均顯著增加。研究也發現，氮肥抑制劑DMPP和NBPT均能提高棉花植株氮含量，脲酶抑制劑和硝化抑制劑均可以增加土壤對NH＋4離子的吸附作用，從而緩解棉花養分損失，這與很多大田試驗規律相似［23-24］，但研究中施加脲酶抑制劑和硝化抑制劑磷含量的變化均不顯著，可能是氮肥抑制劑通過調控氮素轉化速率及氮素形態，影響了棉花根系的生長，因而影響根系吸收利用磷的能力。研究還發現，含脲酶/硝化抑制劑的處理均增加了棉花對鉀的吸收，與周旋等［19］的研究結果一致。是因為施加脲酶抑制劑和硝化抑制劑導致土壤中NH＋4處于較高水平，而K+和NH＋4存在拮抗作用，相互競爭，最終抑制鉀的含量。研究中，魯棉研24號氮磷鉀養分總的吸收量均高于新陸早64號，是因為魯棉研24號個體優勢較大，個體優勢所需養分的量大于魯棉研24號密度優勢所需的量。

3.3 不同氮肥抑制劑對棉花產量和氮肥利用率的影響

作物產量和氮肥利用率是評價施肥是否合理的重要指標［25-26］。脲酶抑制劑和硝化抑制劑屬于緩控釋肥料，可以減少氮肥損失，使得氮肥在土壤中殘留的時間更長，增加氮肥的利用率［27］。研究表明［28-29］，脲酶抑制劑和硝化抑制劑有利于促進作物生長，增加氮肥利用率，提高作物產量。Byrnes等［30］分析發現，脲酶抑制劑確實可以減少氨揮發損失，但增產效果卻未達顯著水平；Wilson等［31］發現，硝化抑制劑雖提高了作物對肥料氮的吸收，但對作物產量沒有顯著影響。試驗研究結果則顯示，脲酶抑制劑和硝化抑制劑均可以提高氮肥利用率，從而增加作物產量。脲酶抑制劑會延遲尿素向NH＋4的轉化［32］，抑制NH3的揮發損失，使氨態氮的釋放趨于平緩、長效，改善了棉花植株氮素營養條件，增加了氮肥利用率［33］；硝化抑制劑能夠抑制硝化反應進行，即抑制氨氧化作用［28，29］，刺激微生物活性，利用微生物的固持作用，使得更多的NH＋4-N被固定在土壤中［29］。研究還發現，新陸早64號（1膜6行）的產量低于魯棉研24號（1膜3行），與前人［34］研究結果相似，是因為種植行距大小會顯著影響棉花產量，1膜3行的行距大，密度小，棉花個體優勢較為突出，使得棉花單鈴重和單株鈴數增加［35］，彌補了密度低、株數少的劣勢。

4 結 論

4.1

添加尿素、脲酶抑制劑和硝化抑制劑均能顯著提高了棉花莖、葉、蕾鈴和總生物量，新陸早64號總生物量分別提高了49.1%、21.1%和29.3%，魯棉研24號總生物量分別提高了98.4%、27.4%和27.6%。尿素、脲酶抑制劑和硝化抑制劑均可以促進棉花植株對養分氮、磷和鉀的吸收，提高氮肥的利用效率，最終提高棉花產量。新陸早64號（1膜6行）和魯棉研24號（1膜3行）添加尿素棉花產量分別提高了19.6%和47.8%，添加脲酶抑制劑分別提高了9.2%和5.4%，添加硝化抑制劑分別提高了6.9%和6.0%。

4.2 魯棉研24號（1膜3行）總生物量小于新陸早64號（1膜6行），但養分氮、磷和鉀的吸收量、氮肥利用率以及產量均高于新陸早64號。

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