劉攀, 周華坤, 楊沖, 李香芬, 王文穎,*

1. 青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 西寧810008

2. 中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所, 西寧810008

1 前言

青藏高原是我國(guó)主要的畜牧業(yè)基地之一, 草地面積約 150 萬(wàn) km2, 占全國(guó)草地總面積的 37.64%;高寒草地不僅為當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈蜕鐣?huì)生產(chǎn)提供物質(zhì)基礎(chǔ), 還在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、固碳、遺傳基因資源、景觀、文化教育等方面具有極其重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能, 是保障我國(guó)生態(tài)安全的關(guān)鍵地區(qū)之一[1]。2005—2012年期間, 在“三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程”、“青海省天然草原退牧還草工程”、“荒山種草”、“天然草原保護(hù)”等工程項(xiàng)目的支持下, 累計(jì)在青藏高原三江源區(qū)完成“黑土灘”治理、建植人工、半人工草地338.4萬(wàn)畝, 在同德、興海、澤庫(kù)3縣建設(shè)人工飼草料基地5萬(wàn)畝[1]。建設(shè)穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的高寒人工草地, 關(guān)鍵要依靠?jī)?yōu)良牧草品種選育技術(shù)、牧草混播組合篩選技術(shù)、高產(chǎn)栽培耕作和施肥技術(shù)、高效病蟲鼠害防治技術(shù)和雜草防除等先進(jìn)技術(shù)手段, 才能保證青藏高原高寒地區(qū)人工草地建設(shè)和利用的可持續(xù)發(fā)展[2]。

草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中草畜平衡是至關(guān)重要的因素, 且不同發(fā)展階段草畜平衡的具體內(nèi)涵不同。第一個(gè)階段是在自然生產(chǎn)力條件下草地放牧系統(tǒng)的草畜平衡, 主要內(nèi)容是天然草場(chǎng)的生產(chǎn)力與牲畜飼養(yǎng)量之間的平衡。第二階段是在發(fā)展人工草地前提下的草畜平衡。主要內(nèi)容是適度建植人工草地開展種草養(yǎng)畜與天然草場(chǎng)合理利用并舉, 提高草畜平衡點(diǎn)[3-5]。第三個(gè)階段是營(yíng)養(yǎng)平衡階段, 隨著天然草原和人工草地潛力的不斷發(fā)揮, 在草畜平衡關(guān)系中出現(xiàn)一個(gè)制約因素即營(yíng)養(yǎng)要素的平衡。草地土壤中大部分氮素來(lái)自大氣氮沉降、豆科植物生物固氮、家畜糞便的再循環(huán)以及動(dòng)植物殘?bào)w的分解。隨著草畜平衡點(diǎn)的不斷提高, 長(zhǎng)期放牧使草地產(chǎn)出不斷增加, 導(dǎo)致土壤氮素水平不斷下降, 因此土壤氮素水平成為制約高寒草地生產(chǎn)潛力的主要因素[6-8]。

氮在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)過(guò)程可劃分為3個(gè)階段： 氮素的輸入(主要是生物固氮、氮沉降和施氮肥)、氮的轉(zhuǎn)化(主要包括礦化, 即氨化與硝化、反硝化和固持)和植物的氮吸收及沿食物網(wǎng)的營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞、氮素的輸出(主要是反硝化和氨揮發(fā))[9]。國(guó)際上,15N標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)廣泛用于研究植物對(duì)氮的吸收、利用及分配研究, 且取得了一些突破性的研究成果[10-13]。近年來(lái), 由于氮肥利用效率低使植物氮營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究日益受到重視。氮肥利用率受施肥水平、施肥方法、土壤性狀、氣象條件、植被類型等多種因素的影響, 平均利用率只有30%—35%[14-15]。減少氮肥氨揮發(fā)和硝化作用, 選育氮高效、耐低氮品種是提高氮利用率、減少環(huán)境污染與資源浪費(fèi), 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和草地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的主要途徑。

施肥是保持人工草地生產(chǎn)力可持續(xù)利用的主要措施之一。高寒人工草地主要以磷酸二銨作為基肥,尿素作為追肥。磷酸二銨施肥量為75—375 kg hm-2,含N量46%的成品尿素的施肥量75—300 kg hm-2。研究表明尿素中輔以脲酶抑制劑或硝化抑制劑可減緩?fù)寥乐心蛩仵０窇B(tài)氮水解以及NH4+-N至NO3--N的氧化, 減少 NH3揮發(fā)[14]。脲酶抑制劑和硝化抑制劑的作用機(jī)理不同。脲酶抑制劑可以延緩?fù)寥乐心蛩氐乃? 減少 NH3的揮發(fā)損失, 從而間接地延緩NH4+-N氧化為 NO3--N, 而硝化抑制劑則是直接抑制NH4+-N氧化為NO3--N, 并且減少NO3--N淋溶以及N2和N2O等氣態(tài)損失。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)是常用的兩種抑制劑。目前對(duì)青藏高原高寒人工草地建置過(guò)程中施入氮肥的氨揮發(fā)、氮肥在人工草地生態(tài)系統(tǒng)中的去向、增加氮肥利用率的措施等方面的基礎(chǔ)研究缺乏。因此, 本研究應(yīng)用15N示蹤技術(shù), 野外原位定量測(cè)量高寒燕麥人工草地施尿素后草地氨揮發(fā)速率、累計(jì)氨揮發(fā)量、氮素利用率及回收率, 研究尿素配施脲酶抑制劑 NBPT和硝化抑制劑DMPP對(duì)高寒燕麥草地NH3揮發(fā)、地上、地下初級(jí)生產(chǎn)力以及氮肥回收率的影響, 為高寒人工草地生態(tài)系統(tǒng)施肥技術(shù)和可持續(xù)利用發(fā)展模式提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究地區(qū)自然地理概況

該實(shí)驗(yàn)在青海省同德縣牧草良種繁殖場(chǎng)進(jìn)行,地處 35°15′N、100°39′E, 位于同德巴灘地區(qū), 海拔3280 m, 年均降水量429.8 mm, 年均溫0.2 ℃, 大于0 ℃的活動(dòng)積溫1503.0 ℃, 牧草生長(zhǎng)季內(nèi)的活動(dòng)積溫 1309.0 ℃, 無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期, 地勢(shì)平坦。天然草地植被類型為溫性草原, 以禾本科芨芨草(Achna-therum splendens)、針茅(Stipa capillata L.)、固沙草(O. thoroldii)、鳳毛菊(Saussurea japonica)、紫菀(Aster tataricus)等為優(yōu)勢(shì)種。土壤類型為暗栗鈣土, 土壤總碳 18.9 g·kg-1, 有機(jī)碳10.6 g·kg-1, 全氮 2.4 g·kg-1, 土壤pH為7.8。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 共設(shè)置5組2×3 m處理小區(qū), 每組3個(gè)重復(fù), 共15個(gè)處理小區(qū), 每個(gè)小區(qū)間距為1 m×1 m。分別為： (1)不施肥對(duì)照CK; (2)單施尿素CO(15NH2)2處理A1; (3)尿素CO(15NH2)2+脲酶抑制劑NBPT處理 A2; (4)尿素CO(15NH2)2+硝化抑制劑DMPP處理A3; (5)尿素CO(15NH2)2+硝化抑制劑 DMPP+脲酶抑制劑 NBPT處理 A4。各處理尿素施氮量均為 55.20 kg N·hm-2, 施肥時(shí)間為2015年7月初, 收獲時(shí)間為8月底。其中尿素CO(15NH2)215N豐度為10.15%, 購(gòu)自上海普振生物科技有限公司。硝化抑制劑DMPP與脲酶抑制劑 NBPT用量分別為施氮量的 1%和 0.5%。硝化抑制劑DMPP的施用量為552 g·hm-2; 脲酶抑制劑 NBPT的施用量為 276 g·hm-2。脲酶抑制劑NBPT為正丁基硫代磷酸三銨(C4H14N3PS)分析純?cè)噭? 硝化抑制劑 DMPP為 3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(C5H11N2O4P)分析純?cè)噭?/p>

2.3 氨揮發(fā)量的測(cè)定方法

土壤氨揮發(fā)采用“通氣法”測(cè)定[16]。在每個(gè)處理樣地內(nèi)插入直徑19.2 cm, 高度40 cm的PVC管, 其中20 cm插入土壤, 地上部分20 cm。氨氣回收裝置示意圖如圖1所示, 將兩塊厚度為2 cm、直徑為20 cm的海綿作為多孔吸收介質(zhì), 分別均勻的浸入 30 mL磷酸甘油溶液(50 mL磷酸+ 40 mL的丙三醇, 超純水定容至 1 L)后, 置于 PVC管中。上層海綿置于PVC管頂部, 防止空氣中的氨氣和灰塵進(jìn)入裝置內(nèi);下層海綿距土壤表面 10 cm, 用于吸收土壤揮發(fā)出的氨。燕麥地施肥后第1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11天測(cè)定氨揮發(fā)速率, 取出下層海綿, 裝入自封袋中置于-4℃冰箱中保存, 同時(shí)換取另一塊浸過(guò)磷酸甘油的海綿, 上層海綿視其干濕情況更換。將取出的海綿置于1L的燒杯中, 加入500 mL濃度為0.5 mol·L-1的K2SO4的溶液, 置于轉(zhuǎn)速為150 r·min-1的搖床上震蕩1h得到浸提液。連續(xù)流動(dòng)注射分析儀測(cè)定海綿浸提液中的NH4+-N濃度。

圖1 氨氣揮發(fā)吸收裝置示意圖Fig. 1 Schematic diagram of ammonia volatilization absorption device

2.4 地上組織、根系及土壤δ15N值的測(cè)定

由于青海省海南州同德縣8月底為一年中牧草生物量最高的時(shí)期, 而后牧草逐漸進(jìn)入枯黃期。因此8月底從每個(gè)處理樣地收集燕麥莖葉、根系和土壤分析樣品δ15N值及其地上、地下生物量。每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)采集3個(gè)0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm的土樣(直徑5.5 cm), 土樣立即轉(zhuǎn)入實(shí)驗(yàn)室過(guò)2 mm的土壤篩, 取出根系, 用自來(lái)水淋洗后, 用 0.5 mmol·L-1的 CaCl2溶液淋洗 10 min, 再用蒸餾水沖洗以去除附著在根系表面上的15N。收集的莖葉和根系80 ℃烘干, 研磨過(guò)100目篩, 土樣自然風(fēng)干后研磨過(guò)100目篩。在元素分析儀-連續(xù)流動(dòng)同位素比率質(zhì)譜儀(EA-IRMS)分析δ15N和氮含量(g·kg-1)。樣品經(jīng)EA燃燒, 氧化還原成可供質(zhì)譜測(cè)定的氣體, 并經(jīng)色譜分離, 由載氣(He)帶入質(zhì)譜儀進(jìn)行同位素比值測(cè)定。

2.5 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)處理

2.5.1 氨揮發(fā)速率的計(jì)算：

(1)式中：A為通氣法單個(gè)裝置每次測(cè)得的NH4+-N含量(mg N);B為捕獲裝置的橫截面積(m2);C為每次連續(xù)捕獲的時(shí)間(d)。試驗(yàn)中所獲得數(shù)據(jù)均為各處理3個(gè)重復(fù)數(shù)值的平均值。

2.5.2 氨揮發(fā)累積損失量的計(jì)算：

(2)式中：V1為各施肥處理下層海綿24 h氨的吸收量(mg·N);V0為無(wú)肥對(duì)照處理(CK)下層海綿24 h氨的吸收量(mg N)。

將不同時(shí)間的氨揮發(fā)損失量相加, 即為氨揮發(fā)累積損失量。試驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)為各處理3個(gè)重復(fù)數(shù)值的平均值。

2.5.3 氮素回收率的計(jì)算

氮肥利用率是指農(nóng)作物吸收的氮占施肥料總氮量的百分率, 通常它僅局限于氮肥施入后的當(dāng)季利用率[22]。基于氮質(zhì)量、施加的15N質(zhì)量和不同庫(kù)中回收的15N質(zhì)量計(jì)算15N回收率。

式(3)中,Fsample： 標(biāo)記樣品15N 原子百分超(%);Fref：背景(未標(biāo)記樣品)15N原子百分超(%);Ftrace： 示蹤劑原子百分超; Npool： 植物庫(kù)或土壤庫(kù)氮質(zhì)量(g N·m-2);Ntracer： 施加的氮質(zhì)量(g N·m-2)。

2.5.4 數(shù)據(jù)處理

采用單因素方差分析(one-way ANOVA,LSD)比較不同處理間各參數(shù)差異顯著性; 統(tǒng)計(jì)分析均在Excel 2007和 SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件上完成; 運(yùn)用OriginPro 8.0軟件制圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 高寒人工草地氮肥配施脲酶/硝化抑制劑處理下土壤氨揮發(fā)速率特征

圖2 尿素配施NBPT/DMPP處理下氨揮發(fā)速率Fig. 2 NH3 volatilization rate under different NBPT/DMPP combined nitrogen fertilization treatments

尿素配施脲酶/硝化抑制劑處理下土壤氨揮發(fā)速率特征見圖2。不施尿素對(duì)照CK處理氨揮發(fā)速率保持在最低水平, 變動(dòng)幅度范圍 4.13—7.11 g N·hm-2·d-1;單施尿素處理施肥后第 2天氨揮發(fā)速率達(dá)到最大值343.43 g N·hm-2·d-1, 第3天后進(jìn)入緩速揮發(fā)階段。尿素+DMPP處理氨氣揮發(fā)速率在第 2天達(dá)到最大值216.53 g N·hm-2·d-1, 第5 天出現(xiàn)小高峰44.06 g N·hm-2·d-1,之后進(jìn)入緩速揮發(fā)階段。尿素+ NBPT處理和尿素+DMPP+NBPT處理氨揮發(fā)速率均在第7天達(dá)到最大值, 分別為 43.19 g N·hm-2·d-1、34.55 g N·hm-2·d-1。與單施尿素處理相比, 尿素+NBPT處理和尿素+DMPP+NBPT處理氨揮發(fā)高峰出現(xiàn)時(shí)間延遲, 且氨揮發(fā)速率最大值分別降低87.42%和89.94%。

由表1可以看出, 施肥后第2天, 單施尿素處理氨揮發(fā)速率顯著高于其它處理, 尿素+DMPP氨揮發(fā)速率顯著高于尿素+NBPT、尿素+NBPT+DMPP處理, 且后兩者差異不顯著。施肥第9天后, 單施尿素氨揮發(fā)速率仍顯著高于其它組, 其它組間顯著不顯著。結(jié)果表明在同德高寒人工草地尿素配施脲酶/硝化抑制劑處理對(duì)降低草地氮肥氨揮發(fā)速率產(chǎn)生效果,但不同抑制劑效果不同。尿素+NBPT和尿素+NBPT+DMPP處理對(duì)于推遲氮肥氨揮發(fā)速率高峰出現(xiàn)時(shí)間和降低峰值都有明顯的作用。

3.2 高寒人工草地氮肥配施脲酶/硝化抑制劑處理下氨揮發(fā)累積損失量特征

尿素配施脲酶/硝化抑制劑處理下氨揮發(fā)累積損失量特征見圖3?？梢钥闯觯?單施尿素處理下 11天累計(jì)氨揮發(fā)量為727.77g N·hm-2, 且氨揮發(fā)主要集中在施入尿素后的前4天。尿素加入抑制劑對(duì)累計(jì)氨揮發(fā)的影響看： 尿素+DMPP、尿素+NBPT、尿素+NBPT+DMPP后燕麥地累計(jì)氨揮發(fā)量分別為439.30 g N·hm-2、94.85 g N·hm-2、80.01 g N·hm-2, 氨揮發(fā)主要集中在施入尿素的前7天, 較單施尿素氨揮發(fā)累積量分別降低了39.64%、86.97%、89.01%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明, 除尿素+NBPT+DMPP和尿素+NBPT之間氨揮發(fā)累積損失量差異不顯著外, 其余處理間差異顯著(P＜0.05)?？梢钥闯觯?尿素+NBPT 與尿素+NBPT+DMPP對(duì)降低氮肥氨揮發(fā)累積損失量的效果最好。

3.3 高寒人工草地氮肥配施脲酶/硝化抑制劑處理下初級(jí)生產(chǎn)力特征

高寒人工草地氮肥配施脲酶/硝化抑制劑處理下莖葉和根系凈初級(jí)生產(chǎn)力特征見表 2?？梢钥闯?不施肥對(duì)照處理高寒燕麥草地凈初級(jí)生產(chǎn)力為565.57 g·m-2·y-1, 施尿素處理凈初級(jí)生產(chǎn)力為652.36 g·m-2·y-1, 尿素+NBPT、尿素+DMPP、尿素+NBPT+DMPP 處理凈初級(jí)生產(chǎn)力為 678.33—704.41 g·m-2·y-1。

各處理下高寒人工草地莖葉初級(jí)生產(chǎn)力為504.01—613.33 g·m-2·y-1。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明： 所有施肥處理莖葉初級(jí)生產(chǎn)力顯著高于不施肥對(duì)照組,尿素+NBPT、尿素+DMPP顯著高于單施尿素、尿素+NBPT+DMPP。

表1 不同處理下氨揮發(fā)速率差異顯著性分析Tab. 1 Difference significance analysis of NH3 volatilization rate

圖3 尿素配施NBPT/DMPP處理下氨揮發(fā)累積損失量Fig. 3 The accumulated NH3 volatilization under NBPT/DMPP combined urea treatments

表 2 不同處理下高寒人工草地莖葉、根系初級(jí)生產(chǎn)力(g·m-2·y-1)Tab 2 The cauline leaf and root primary productivity of alpine oat land at different treatments (g·m-2·y-1)

各處理下高寒人工草地 0—10 cm 層地下根系初級(jí)生產(chǎn)力平均為72.37 g·m-2·y-1, 10—20 cm層平均為 8.10 g·m-2·y-1。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明： 所有施肥處理0—10 cm層根系顯著高于對(duì)照組; 10—20 cm層地下根系初級(jí)生產(chǎn)力各處理間無(wú)顯著差異性。

3.4 高寒人工草地氮肥配施脲酶/硝化抑制劑處理下15N在植物和土壤中的回收率

高寒人工草地15N標(biāo)記尿素配施脲酶/硝化抑制劑處理下,15N在植物莖葉、根系和土壤中回收率見表3。單施尿素處理15N總回收率(莖葉+根系+土壤)為 57.66%, 尿素+DMPP處理15N總回收率為58.07%, 尿素+NBPT、尿素+NBPT+DMPP處理15N總回收率分別為69.82%和79.80%。

不同處理中15N在植物莖葉中的回收率為28.45%—37.62%,15N在植物根系中的回收率為2.33%—2.68%,15N在0—40 cm土壤層中的回收率為25.90%—41.64%?？梢钥闯鍪┤胪寥赖?5N尿素經(jīng)過(guò)50天后主要分布在植物地上部分, 其次分布于土壤層中, 根系中分布的最少。土壤中15N標(biāo)記尿素主要分布在0—10 cm層。

植物莖葉氮回收率(氮素利用率)在尿素+NBPT處理最高, 達(dá)到37.62%, 其次為尿素+DMPP、尿素+NBPT+DMPP, 莖葉氮回收率為28.45%、35.63%。植物根系氮回收率(氮素利用率)各處理間差異不顯著, 僅為2.33%—2.68%。土壤中氮素回收率在尿素+ DMPP+NBPT處理中最高, 達(dá)到41.64%。其次為尿素+NBPT、單施尿素和尿素+DMPP處理, 氮素回收率為25%—29%。

從不同處理15N總回收率看： 除尿素+DMPP處理外, 尿素+NBPT和尿素+NBPT+DMPP處理可顯著提高尿素在草地生態(tài)系統(tǒng)中的回收率。與單施尿素相比, 效果最好的是尿素+DMPP+NBPT,氮回收率提高 22%; 其次是尿素+NBPT, 氮回收率提高了12%。尿素+DMPP處理不能顯著提高氮回收率。

表3 高寒人工草地15N尿素在植物和土壤中的回收率(%)Tab. 3 Recovery rates of 15N urea in plants and soils of alpine grassland (%)

4 討論

4.1 氮肥配施抑制劑對(duì)氨揮發(fā)速率動(dòng)態(tài)變化及氨揮發(fā)累積損失量的影響

在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中, 氨揮發(fā)是降低氮肥利用率的主要因素之一, 同時(shí)氨揮發(fā)也帶來(lái)一系列的環(huán)境問(wèn)題, 因此降低氨揮發(fā)損失量和提高氮肥利用率問(wèn)題已迫在眉睫。然而, 目前氮肥配施硝化抑制劑或脲酶抑制劑對(duì)氨揮發(fā)損失產(chǎn)生的影響的相關(guān)研究結(jié)果尚不統(tǒng)一。Freney等[17]與Chien等[18]通過(guò)研究尿素配施不同抑制劑對(duì)氨氣揮發(fā)的影響, 發(fā)現(xiàn)尿素+脲酶抑制劑NBPT、氮肥+硝化抑制劑PPDA(苯基磷酰二胺)+脲酶抑制劑NBPT可以推遲氨揮發(fā)出現(xiàn)的高峰且降低峰值。而張文學(xué)等[19]研究發(fā)現(xiàn)添加脲酶抑制劑NBPT并未影響到氨揮發(fā)速率高峰期出現(xiàn)的時(shí)間, 所有處理在施入尿素后第 4 天達(dá)到高峰期。有關(guān)青藏高原高寒草地氮肥配施脲酶抑制劑、硝化抑制劑的研究未見相關(guān)報(bào)道。本研究結(jié)果顯示尿素+NBPT+DMPP或尿素+NBPT對(duì)氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)時(shí)間較單施尿素處理有所滯后, 且峰值顯著降低。原因主要是脲酶抑制劑 NBPT和硝化抑制劑DMPP可分別減緩了土壤中尿素酰胺態(tài)氮至銨態(tài)氮的水解以及銨態(tài)氮至硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化, 土壤NH4+含量減少, 有效的抑制氨揮發(fā)損失[20]。也可能是因?yàn)橥聹匦圆菰斯げ莸赝寥牢⑸锾荚簇S富, 促進(jìn)微生物活動(dòng), 導(dǎo)致部分氮由礦化態(tài)轉(zhuǎn)化為固持態(tài)。此外, Freney等[17]與Soares等[21]認(rèn)為尿素+硝化抑制劑PPDA(苯基磷酰二胺)會(huì)增加氨揮發(fā)損失量。而本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn), 相較于單施尿素, 尿素+DMPP處理亦可降低氨揮發(fā)累積損失。目前, 對(duì)于氮肥配施硝化抑制劑是否促進(jìn)氨揮發(fā)損失報(bào)道不一, 可能與當(dāng)?shù)氐耐寥蕾|(zhì)地、氣候、抑制劑添加濃度有關(guān)[21]。

4.2 氮肥配施抑制劑對(duì)氮素利用率的影響

目前全球不同作物平均氮肥利用率僅為50%左右[23]。唐建陽(yáng)等[24]研究指出, 尿素+硝化抑制劑EP(2-cthymylpyrudine)或脲酶抑制劑 NBPT(N-丁基硫代磷酰二胺)可提高氮肥利用率, 減少氮素?fù)p失,而Shoji等[25]研究指出尿素+硝化抑制劑DCD(雙氰胺)對(duì)氮肥利用率無(wú)顯著作用, 卻增加了氮素的損失。在本研究中, 單施尿素處理下燕麥對(duì)氮肥的利用率為 31.68%, 尿素+DMPP處理下氮肥利用率為31.04%。但尿素+NBPT和尿素+NBPT+DMPP處理樣地燕麥對(duì)氮肥的利用率分別為40.10%和38.07%,比單施尿素提高8.42%和7.03%。由此結(jié)果可以得出,在高寒人工草地中, 尿素+DMPP處理燕麥對(duì)氮素利用率無(wú)顯著作用; 但尿素+NBPT和尿素+NBPT+DMPP均提高燕麥牧草氮素利用率, 且前者氮素利用率大于后者。

王文穎等[26]通過(guò)對(duì)青藏高原人工草地氮分流研究發(fā)現(xiàn)以 K15NO3為示蹤劑時(shí), 垂穗披堿草(Elymus nutans)、中華羊茅(Festuca. sinensis)和冷地早熟禾(Poa crymophila)三種牧草莖葉、根系及土壤15N回收率分別為6.61%、3.33%、24.88%; 以15NH4Cl為示蹤劑時(shí), 三種牧草莖葉、根系及土壤回收率分別為4.15%、3.54%、34.19%。本論文以尿素CO(15NH2)2為示蹤劑發(fā)現(xiàn), 燕麥莖葉、根系及土壤的回收率分別為 25.43%、2.33%、25.90%, 相較于其兩種氮素,CO(15NH2)2的氮素回收率效果更好, 且對(duì)于莖葉中15N利用率更高。

Templer等[27]綜述了15N示蹤研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)陸地生態(tài)系統(tǒng)平均保留了62.7%的15N。根據(jù)不同的回收時(shí)間, 生態(tài)系統(tǒng)平均總15N 回收分別是 59.60%(＜1周), 80.10%(1周—1月), 50.70%(1—3月), 69.4%(3—18月)和 61.6%(＞18月)。在本實(shí)驗(yàn)研究中, 高寒燕麥草地生態(tài)系統(tǒng)15N示蹤劑施用一個(gè)生長(zhǎng)季后, 不同處理樣地植物與土壤(0—40 cm)中15N回收率為57.58%—82.66%。與單施尿素比較, 除尿素配施DMPP外, 所有處理均能顯著提高15N在植物和土壤中的總回收率。與單施尿素相比較, 效果最好的是尿素+DMPP+NBPT, 氮回收率提高 22%, 其次是尿素+NBPT, 氮回收率提高了 12%。表明在同德暗栗鈣土, 除尿素+DMPP處理外, 添加脲酶抑制劑NBTP可有效提高尿素在高寒草地生態(tài)系統(tǒng)中的回收率。施入土壤的15N肥料經(jīng)過(guò)一個(gè)生長(zhǎng)季后主要分布在植物地上部分, 其次分布于土壤層中, 根系中分布的最少。

單施15N尿素肥料后, 42.34%的N素沒(méi)有在植物和土壤中回收到。流失的氮素一部分以氨揮發(fā)損失了, 另外一部分 NO3——N 通過(guò)反硝化作用以 N2O和N2的形式進(jìn)入大氣, 部分NO3——N通過(guò)淋溶作用流失, 這些都是示蹤氮肥可能流失的途徑。這些結(jié)果表明： 在同德人工草地生態(tài)系統(tǒng)施肥過(guò)程中降低氣態(tài)氮流失和土壤氮淋溶是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。同德暗栗鈣土尿素+DMPP對(duì)氮肥利用率無(wú)顯著作用。但尿素+NBPT, 尿素+NBPT+DMPP可以有效降低氮素的流失, 氮素流失分別為30.27%和20.29%。本研究結(jié)果表明, 在青藏高原高寒人工草地, NBPT對(duì)降低氨揮發(fā)損失及提高肥料利用率具有顯著效果,但與NBPT+DMPP配施的效果無(wú)顯著性差異, 因此在人工草地中如何科學(xué)合理的運(yùn)用脲酶抑制劑與硝化抑制劑更有效的提高氮肥的利用效率與增加產(chǎn)量、降低環(huán)境污染仍需進(jìn)一步研究。

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