周 旋，吳良歡，戴 鋒，董春華

生化抑制劑組合與施肥模式對黃泥田稻季田面水及滲漏液氮素動態(tài)變化的影響①

周 旋1,2,3，吳良歡2,3*，戴 鋒4，董春華1

(1 湖南省土壤肥料研究所，長沙 410125；2 教育部環(huán)境修復與生態(tài)健康重點實驗室/浙江大學環(huán)境與資源學院，杭州 310058；3 浙江省農業(yè)資源與環(huán)境重點實驗室/浙江大學環(huán)境與資源學院，杭州 310058；4 浙江奧復托化工有限公司，浙江上虞 312300)

采用二因素隨機區(qū)組設計，研究生化抑制劑組合 (N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT) 和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)) 與施肥模式(一次性施肥和分次施肥)互作對黃泥田稻季田面水和滲漏液氮(N)素濃度動態(tài)變化特征的影響。結果表明，黃泥田稻季田面水和滲漏液中N素形態(tài)分別以NH4+-N和NO– 3-N為主?；适┯煤螅咎锾锩嫠蠳H4+-N和總氮(TN)濃度于第1 天達到峰值后降低，第6 天分別降為峰值的57.9% ~ 69.1%、41.9% ~ 59.0%(一次性施肥)和29.9% ~ 60.7%、60.9% ~ 69.7%(分次施肥)；稻田滲漏液中NO– 3-N和TN濃度于第1 ~ 3 天達到峰值后降低，第6 天分別降為峰值的51.4% ~ 56.5%、56.6% ~ 61.6%(一次性施肥)和45.3% ~ 57.5%、51.1% ~ 59.6%(分次施肥)。不同施肥模式下，硝化抑制劑CP會提高田面水NH4+-N濃度，而脲酶抑制劑NBPT/NPPT或配施CP有效抑制脲酶活性，降低田面水NH4+-N峰值；CP顯著降低滲漏液NO– 3-N濃度，且CP或配施NBPT/NPPT有效抑制硝化作用，降低滲漏液NO– 3-N峰值。新型脲酶抑制劑NPPT單獨施用及與CP配施的稻田田面水和滲漏液N素濃度動態(tài)變化特征與NBPT相似。總之，生化抑制劑與適宜的氮肥運籌相結合更能有效延緩黃泥田中尿素水解，抑制硝化作用，減少N素徑流和滲漏損失。

脲酶抑制劑；硝化抑制劑；黃泥田；田面水；滲漏液

氮(N)素是農作物從土壤中吸收的主要營養(yǎng)元素，施用氮肥是獲得作物高產的主要措施。氮肥施用量過高不僅降低N素利用效率，而且會通過氨揮發(fā)、硝化/反硝化、淋溶及地表徑流等途徑損失，危及大氣、地下及地表水體環(huán)境等[1-4]。我國稻田單季氮肥用量平均為N 180 kg/hm2，較世界稻田平均氮肥施用高75% 左右[5]；太湖地區(qū)稻季化學氮肥投入量高達N 300 kg/hm2，以尿素為主[6]。

黃泥田是廣泛分布于南方省份的一種典型滲育型水稻土[7]，通常水分供應不足，磷、鉀養(yǎng)分缺乏，屬于中低產水稻田[8]。張宣等[9]研究認為，黃泥田地區(qū)漏肥現象較為嚴重，需實行分期施肥。此外，水稻生育前期重施氮肥，肥料利用效率低，浪費農業(yè)資源、增加生產成本，易造成面源污染[10-11]。

近年來，隨著農田氮磷流失引起的環(huán)境污染問題日益加重，環(huán)境友好型新型肥料的研發(fā)與施用成為研究熱點[12]。脲酶抑制劑與尿素一起施用可以延緩酰胺態(tài)氮向NH4+-N的轉化進程7 ~ 14 d，從而減少N素損失，提高氮肥利用率[13-15]。施用硝化抑制劑可以延緩NH4+-N向NO– 3-N的轉化，顯著降低N素的硝化/反硝化損失、徑流與淋溶損失等[16-18]。

我們前期室內研究結果表明，脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制劑2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)對黃泥田土壤中尿素轉化具有顯著的協同抑制效果[19]。浙江奧復托化工公司經多次篩選發(fā)現一款有良好應用前景的脲酶抑制劑：N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)，具有一定的抑制作用[20]。此外，由于普通氮肥的速溶性和施肥后降雨量的不可預測性，控制稻田N素徑流和淋溶流失的工作較為困難[21-22]。因此，開展脲酶抑制劑(NBPT/NPPT)和硝化抑制劑(CP)配施結合不同施肥模式對黃泥田稻季田面水和滲漏液N素動態(tài)變化特征的影響研究，旨在揭示黃泥田上合理的尿素與NBPT/NPPT和CP配施組合，尋找適合該地區(qū)水稻高產高效的施肥方式，為生化抑制劑直接配施農用、防控農業(yè)面源污染提供科學依據和技術途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年5—10月在浙江省金華市婺城區(qū)瑯琊鎮(zhèn)金朱村(29°01′19′′N，119°27′96′′E)進行。該區(qū)地處金衢盆地東緣，屬于中亞熱帶季風氣候，海拔86 m，年均降雨量1 424 mm，年均氣溫17.5 ℃。供試土壤為黃泥田水稻土，前茬為冬閑田。耕層土壤基本理化性質為pH(H2O) 5.31(土︰水=1︰1)，有機質25.60 g/kg，全氮1.87 g/kg，堿解氮118.40 mg/kg，有效磷7.21 mg/kg，速效鉀93.00 mg/kg。

1.2 供試材料

供試水稻品種為雜交秈稻“兩優(yōu)培九”。供試肥料品種氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)24% 乳油劑型為分析純，由浙江奧復托化工有限公司生產。

1.3 試驗設計

試驗采用生化抑制劑組合×施氮模式兩因素隨機區(qū)組設計，設置兩種施氮模式(一次性施肥和分次施肥)和6種生化抑制劑組合及不施氮處理(CK)，共13個處理(表1)。氮肥與抑制劑配施前將二者混合均勻。磷(P2O5)、鉀(K2O)用量分別為90 kg/hm2和120 kg/hm2。磷肥和鉀肥全部用作基肥于移栽前一次性施入。栽插密度為19.8 cm × 19.8 cm，25萬穴/hm2，每穴2苗。單季稻于2015年5月28日播種，6月21日移栽，10月14日收獲。小區(qū)面積30 m2(5 m × 6 m)，重復3次。每小區(qū)之間筑埂并用塑料薄膜包裹，區(qū)組間設排灌溝，單灌單排。田間其他管理按常規(guī)進行。

表1 氮肥施用方式

注：分次施肥(基肥、分蘗肥、穗肥)時間分別為6月21日、7月8日、8月10日。

1.4 田面水樣采集方法

參照文獻[23]，每次施肥后，從第2 天起早晨7:00左右用100 ml醫(yī)用注射器，不擾動水層，按照對角線取樣法，各小區(qū)取5點中上層田面水混合水樣約300 ml。采樣時間為施肥后的1、3、6、12 d。采樣結束后，迅速帶回實驗室分析，未能當日分析的水樣保存在4 ℃冰箱中，于次日分析。

1.5 滲漏水樣采集方法

參照文獻[24]，各小區(qū)埋設一根PVC管(直徑為20 cm，長度為80 cm)，每根管底部鉆兩排小孔。埋設深度為50 cm，滲水孔距表土25 ~ 35 cm，所收集滲漏水視為30 cm處混合水樣。底部用尼龍布將小孔包好，以防土壤堵塞而影響水分滲漏。頂部蓋蓋，以防雨水和灰塵進入。采樣時間為施肥后的1、3、6、12 d。采樣結束后，迅速帶回實驗室分析，未能當日分析的水樣保存在4 ℃冰箱中，于次日分析。

1.6 測定項目與方法

水樣NO– 3-N采用紫外分光光度法測定，水樣NH4+-N采用靛酚藍比色法測定，水樣總氮(TN)采用堿性過硫酸鉀-紫外分光光度法測定。

1.7 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0進行統計分析，處理間差異顯著性比較采用鄧肯氏新復極差檢驗法。

2 結果與分析

2.1 稻田田面水NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度動態(tài)變化

由圖1、2、3可知，黃泥田稻季田面水中N素形態(tài)以NH4+-N為主。每次施N后稻田田面水NH4+-N和TN濃度總體呈下降趨勢；基肥施用后第6 天分別降為峰值的57.9% ~ 69.1%、41.9% ~ 59.0%(一次性施肥)和29.9% ~ 60.7%、60.9% ~ 69.7%(分次施肥)。而田面水NO– 3-N濃度遠低于NH4+-N濃度，呈先升后降趨勢，于第3 天達到峰值；基肥施用后第6 天降為峰值的43.5% ~ 56.5%(一次性施肥)和38.5% ~ 53.7%(分次施肥)。分次施肥中，基肥施用后田面水NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度下降較緩，而后兩次施肥下降迅速，可能與水稻吸收利用及田面水溫度高、揮發(fā)損失快有關。

不同施肥模式下，基肥施用后第1 天施N處理稻田田面水NH4+-N濃度均顯著高于CK(圖1)。生化抑制劑組合和施肥模式分別對田面水NH4+-N濃度效應極顯著(<0.001)，兩者交互效應不顯著(>0.05) (表2)。U3處理基肥施用后第1 天田面水NH4+-N濃度較U處理降低22.5%。一次性施肥中，施N處理較CK處理增幅為10.2 ~ 23.4 mg/L；與U處理相比，U+NBPT、U+NPPT、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP處理田面水NH4+-N濃度分別降低48.1%、50.4%、23.4% 和24.0%，而U+CP處理增加4.4%。分次施肥中，施N處理較CK處理增幅為5.9 ~ 19.2 mg/L；與U3處理相比，U3+NBPT、U3+NPPT、U3+ NBPT+CP和U3+NPPT+CP處理田面水NH4+-N濃度分別降低58.5%、53.5%、20.5% 和13.1%，而U3+CP處理增加12.0%。說明黃泥田添加NBPT/NPPT可以有效延緩尿素水解，降低田面水NH4+-N濃度，而單獨添加CP抑制水相NH4+-N形態(tài)的轉化，會提高田面水NH4+-N濃度，增大N素徑流損失風險。

(一次性施肥處理后兩次數據分別對應分次施肥中分蘗肥和穗肥施用后同時間采樣分析，下圖同)

圖2 不同處理下稻田田面水NO– 3-N濃度動態(tài)變化

圖3 不同處理下稻田田面水TN濃度動態(tài)變化

表2 基肥施用后第1 天稻田田面水NH4+-N濃度的方差分析

2.2 稻田滲漏液NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度動態(tài)變化

由圖4、5、6可知，黃泥田稻季滲漏液中N素形態(tài)以NO– 3-N為主。每次施N后稻田滲漏液NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度總體呈先升后降趨勢，于第1 ~ 3 天達到峰值，且滲漏液NH4+-N濃度低于NO– 3-N濃度?；适┯煤蟮? 天，各處理NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度分別降為峰值的59.0% ~ 61.1%(一次性施肥)、56.3% ~ 60.0%(分次施肥)，51.4% ~ 56.5%(一次性施肥)、45.3% ~ 57.5%(分次施肥)和56.6% ~ 61.6%(一次性施肥)、51.1% ~ 59.6%(分次施肥)。

不同施肥模式下，基肥施用后第1 天施N處理稻田滲漏液NO– 3-N濃度均顯著高于CK處理(圖5)。生化抑制劑組合和施肥模式分別對滲漏液NO– 3-N濃度效應極顯著(<0.001)，兩者交互效應不顯著(>0.05)(表3)。U3處理基肥施用后第1 天滲漏液NO– 3-N濃度較U處理降低21.4%。一次性施肥中，施N處理較CK處理增幅為2.4 ~ 5.8 mg/L；與U處理相比，U+NBPT、U+NPPT、U+CP、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP處理滲漏液NO– 3-N濃度分別降低15.3%、7.1%、38.7%、22.9% 和32.5%。分次施肥中，施N處理較CK處理增幅為4.7 ~ 6.8 mg/L；與U3處理相比，U3+NBPT、U3+NPPT、U3+CP、U3+NBPT+CP和U3+NPPT+CP處理滲漏液NO– 3-N濃度分別降低7.5%、0.8%、31.5%、14.7% 和25.7%。說明黃泥田添加CP或配施NBPT/NPPT可以有效抑制尿素水解后的硝化作用，降低稻田滲漏液NO– 3-N濃度，減少N素滲漏損失，而單獨添加NBPT/NPPT對滲漏液NO– 3-N生成具有一定的抑制效果。

圖4 不同處理下稻田滲漏液NH4+-N濃度動態(tài)變化

圖5 不同處理下稻田滲漏液NO– 3-N濃度動態(tài)變化

圖6 不同處理下稻田滲漏液TN濃度動態(tài)變化

表3 基肥施用后第1 天稻田滲漏液NO– 3-N濃度的方差分析

3 討論

3.1 生化抑制劑組合與施肥模式對稻田田面水N素動態(tài)變化的影響

相關研究表明，施肥后田面水中TN量隨著時間的推移逐漸降低，NH4+-N量也逐漸降低，致使硝化作用形成的NO– 3-N量隨之減少，且NO– 3-N峰值滯后于NH4+-N[25]。王小治等[26]研究表明，稻田田面水NO– 3- N是由尿素水解產生的NH4+-N經硝化作用形成，淹水時硝化作用較弱，經水稻吸收、反硝化作用和N素淋失等途徑后，田面水中NO– 3-N濃度較低。本研究所得結果一致。NH4+-N是尿素施用3 ~ 5 d后稻田田面水中N素的主要形態(tài)[27-28]。潘圣剛等[23]研究發(fā)現，不同氮肥水平和施肥比例下稻田田面水NH4+-N和TN濃度在施肥后第1 天達到最大值后降低，第7 天分別降為峰值的7.88% ~ 17.84% 和29.71% ~ 45.55%。本研究中，基肥施用后，稻田田面水中NH4+-N和TN濃度于第1 天達到峰值后降低，第6 天分別降為峰值的57.9% ~ 69.1%、41.9% ~ 59.0%(一次性施肥)和29.9% ~ 60.7%、60.9% ~ 69.7%(分次施肥)。

田面水N素濃度過高，在一定程度上會增加N素徑流流失風險。氮肥施用水平會影響田面水中NH4+-N濃度，從而影響N素徑流損失[29]。潘圣剛等[23]研究發(fā)現，相同氮肥水平下，基:蘗:穗=30%︰20%: 50% 可以顯著降低田面水NH4+-N和TN濃度。本研究中，U3處理基肥施用后第1 天田面水NH4+-N濃度較U處理降低22.5%。分次施肥較一次性施肥能將施N量與水稻對N素的需求密切結合[30]，降低田面水N素峰值，顯著減少N素流失的幾率，同時降低NH3的揮發(fā)損失[31]。此外，本研究中前期田面水NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度下降較緩，后兩次施肥迅速下降，可能是由于苗期植株對N素吸收量低，而水稻后期生長快、根系發(fā)達，對N素吸收急劇增加，導致水相中NH4+-N含量下降較快[23]。相關研究表明，施肥后短期內稻田N素轉化較劇烈，控制N素田面流失主要時期為施肥后一周內[32-35]，本研究結果與此一致。

硝化抑制劑施用后會使田面水中N素更多地以NH4+-N形式存在[36-37]，水稻作為喜NH4+-N的作物，足量的NH4+-N能促進水稻對N素的吸收和利用[18,39]。俞巧鋼等[36]利用小粉土和青紫泥進行水稻盆栽試驗發(fā)現，添加3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(DMPP)的田面水NH4+-N濃度分別增加24.8% 和16.7%，NO– 3-N濃度分別降低47.7% 和70.9%，總無機N濃度分別下降13.5% 和23.1%。李華等[28]研究表明，抑制脲酶活性可能是降低稻田N素流失的主要途徑之一。本研究結果表明，添加CP能抑制黃泥田土壤水相NH4+-N的形態(tài)轉化，使田面水NH4+-N濃度增加，存在較大的N素流失風險，且易造成NH3的揮發(fā)損失。而添加NBPT/NPPT能有效抑制脲酶活性，使田面水NH4+-N濃度顯著降低，減少N素流失風險。

3.2 生化抑制劑組合與施肥模式對稻田滲漏液N素動態(tài)變化的影響

相關研究表明，NO– 3-N是稻田滲漏液N素的主要形式，NO– 3-N/TN的比值均在0.50以上[35,40]，且在土壤剖面的不同深度向下遞增[41]。潘圣剛等[42]研究發(fā)現，稻田滲漏液中NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度在施肥后第3 天達到最大后降低，第7 天分別降為峰值的5.6% ~ 16.9%、13.8% ~ 22.5% 和22.5% ~ 34.5%。本研究中，基肥施用后，稻田滲漏液中NO– 3-N和TN濃度第1 ~ 3 天達到峰值后降低，于第6 天分別降為峰值的51.4% ~ 56.5%、56.6% ~ 61.6%(一次性施肥)和45.3% ~ 57.5%、51.1% ~ 59.6%(分次施肥)。

潘圣剛等[42]研究發(fā)現，氮肥后移稻田滲漏液中NO– 3-N及TN濃度分別降低8.9% 和4.8%，對NH4+-N濃度影響不顯著。本研究中，U3處理基肥施用后第1 天滲漏液NO– 3-N濃度較U處理降低21.4%。稻田滲漏液中NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度均呈先升后降趨勢，且施肥后1周內是稻田N素滲漏流失的關鍵時期。

左海軍等[43]研究表明，控釋氮肥能控制養(yǎng)分釋放，將田間條件下N素釋放與作物吸肥的高峰期相吻合，顯著地降低其淋失率，從而提高肥料利用率。Li等[38]研究發(fā)現，DMPP與尿素混施較單施尿素的農田NO– 3-N淋溶量兩年分別減少44.9% 和47.3%，NH4+-N含量分別增加20.5% 和19.1%。費頻頻等[44]研究發(fā)現，添加抑制劑會提高稻田根層土壤滲漏水的NH4+-N和TN濃度，降低根層土壤滲漏水NO– 2-N和NO– 3-N濃度，減小施氮肥后稻田土壤滲漏水的NO– 3- N/TN比值，且氫醌(HQ)+雙氰胺(DCD)配施較單獨添加效果更明顯。洪瑜等[45]通過水稻土柱模擬滲濾試驗研究發(fā)現，整個水稻生育期增施DCD的全氮淋失量降低23.68% ~ 37.94%，NH4+-N淋失量降低30.94% ~ 46.69%，NO– 3-N淋失量降低25.46% ~ 39.77%。本研究結果表明，添加抑制劑CP或配施NBPT/NPPT有效抑制黃泥田土壤中硝化作用，降低滲漏液NO– 3-N濃度，使N更多地以NH4+-N形式保持在土壤中，減輕N素流失風險。

4 結論

抑制劑組合在黃泥田田間對N素流失的作用效果優(yōu)于僅添加NBPT/NPPT或CP。新型脲酶抑制劑NPPT單獨施用及與CP配施的稻田田面水和滲漏液N素濃度動態(tài)變化特征與NBPT相似。不同施肥模式下，CP會提高黃泥田稻季田面水NH4+-N濃度，而NBPT/NPPT或配施CP有效抑制脲酶活性，降低田面水NH4+-N的峰值，可以有效調控施肥前期田面水N素轉化過程，減少N素徑流損失風險。CP顯著降低黃泥田稻季滲漏液NO– 3-N濃度，且CP或配施NBPT/NPPT有效抑制硝化作用，降低滲漏液NO– 3-N的峰值，可以有效調控施肥后期滲漏液N素轉化過程，減少N素滲漏損失風險。

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Effects of Combined Biochemical Inhibitors and Fertilization Models on Nitrogen Dynamics in Surface Water and Leachate from Yellow Clayey Paddy Field

ZHOU Xuan1,2,3, WU Lianghuan2,3*, DAI Feng4, DONG Chunhua1

(1 Hunan Institute of Soil and Fertilizer, Changsha 410125, China; 2 Key Laboratory of Environmental Remediation and Ecosystem Health, Ministry of Education, College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China;3 Zhejiang Provincial Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment, College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 4 Zhejiang Aofutuo Chemical Co., Ltd, Shangyu, Zhejiang 312300, China)

An experiment was conducted to study the interaction effects of biochemical inhibitor combinations (N-(n-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT), N-(n-propyl) thiophosphoric triamide(NPPT) and 2-chloro-6-(trichloromethyl) pyridine (CP)) and fertilization models (one-off and three-time fertilization) on nitrogen (N) dynamic change characteristics in the surface water and leachate from yellow clayey paddy field using two factor randomized block design. The results showed that N losses of surface water and leachate from yellow clayey paddy field were given priority to NH4+-N and NO– 3-N, respectively. The peak values of NH4+-N and TN concentrations in the surface water from paddy field appeared within one day after basal application, and then decreased by 57.9% - 69.1% and 41.9% - 59.0% (one-off), 29.9% - 60.7% and 60.9% - 69.7% (three-time) till the 6thday, respectively. The peak values of NO– 3-N and TN concentrations in the leachates from paddy field appeared within 1 - 3 days after basal application, and then decreased by 51.4% - 56.5% and 56.6% - 61.6% (one-off), 45.3% - 57.5% and 51.1% - 59.6% (three-time) till the 6thday, respectively. Under different fertilization modes, CP increased NH4+-N concentration of surface water, and NBPT/NPPT or combined with CP effectively inhibited the activity of urease, and reduced the peak value of NH4+-N in the surface water. On the other hand, CP significantly decreased NO– 3-N concentration of the leachate, and CP or combined with NBPT/NPPT effectively inhibited nitrification, and reduced the peak value of NO– 3-N in the leachate. Application of a new urease inhibitor NPPT alone or combined with CP had the same effect on N dynamic change characteristics in the surface water and leachate from paddy field with NBPT. In conclusion, the integration and optimization of fertilization technique and combined inhibitors application can more effectively delay urea hydrolysis, inhibit nitrification, and reduce the runoff and leakage loss of N in yellow clayey paddy field.

Urease inhibitor; Nitrification inhibitor; Yellow clayey field; Surface water; Leachate

國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFD0800500)、苕溪流域農村污染治理技術集成與規(guī)?；こ淌痉俄椖?2014ZX07101-012)、國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目(2015CB150502)、浙江省“三農六方”科研協作計劃項目和浙江大學-浙江奧復托化工有限公司合作項目資助。

(finm@zju.edu.cn)

周旋(1986—)，男，四川攀枝花人，博士研究生，主要從事肥料與養(yǎng)分資源綜合管理研究。E-mail: zhouxuan_123@126.com

X522；S181

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.03.003