黃 強(qiáng)，鄭順林，2，郭 函，龔 靜，熊 湖，袁繼超，胡建軍

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130；2.農(nóng)業(yè)部薯類(lèi)作物遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都久森農(nóng)業(yè)科技有限公司,四川新都 610500；3.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物研究所，成都 610066)

氮素是馬鈴薯生長(zhǎng)必需元素之一[1]，氮肥不足，馬鈴薯矮弱，分枝少，開(kāi)花早，產(chǎn)量低[2]，氮肥過(guò)量，馬鈴薯貪青徒長(zhǎng)，環(huán)境污染嚴(yán)重。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)馬鈴薯氮肥利用效率為35% ～50%[3]，在部分地區(qū)利用效率只有20%[4]，造成大量的浪費(fèi)和環(huán)境壓力。當(dāng)前，減氮增效主要通過(guò)控制氮肥施用量[5]，優(yōu)化施用方法[6]，新型肥替代傳統(tǒng)肥料，配施有機(jī)和無(wú)機(jī)肥，添加氮增效劑等方法的綜合利用[7]。

馬鈴薯對(duì)氮素的吸收主要是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮[8]，吸收速率的峰值只在塊莖快速增長(zhǎng)期出現(xiàn)[9-11]。適量追施氮肥有利于馬鈴薯中后期生長(zhǎng)及塊莖產(chǎn)量的提高，但馬鈴薯對(duì)氮素的吸收受季節(jié)的影響嚴(yán)重。研究表明適量追肥對(duì)春馬鈴薯增產(chǎn)顯著，基肥對(duì)秋馬鈴薯增產(chǎn)顯著[12]。氮增效劑中脲酶抑制劑NBPT可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制脲酶活性延緩尿素水解，有效期15～20 d[13]，降低銨態(tài)氮積累和損失速率；硝化抑制劑DCD可通過(guò)抑制土壤氨氧化微生物(主要是AOA和AOB)活性，從而抑制硝態(tài)氮的產(chǎn)生，使得土壤中氮主要以銨態(tài)氮形式存在，以延長(zhǎng)供氮時(shí)間或者增加供氮強(qiáng)度，增加植株氮吸收量，進(jìn)而提高產(chǎn)量和氮素利用率[14]。同時(shí)大量研究也表明硝化/脲酶抑制劑施用效果受土壤類(lèi)型、pH 和溫濕度等條件的影響[15-18]。

目前，硝化/脲酶抑制劑在水稻[19]、玉米[20]和小麥[21]等作物上的研究較多，在馬鈴薯上還鮮有報(bào)道，特別是施肥方式和季節(jié)對(duì)其的影響。因此，研究不同施肥方式下硝化/脲酶抑制劑對(duì)春、秋季馬鈴薯生物量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及土壤礦質(zhì)氮影響，為制定春、秋馬鈴薯科學(xué)的農(nóng)田氮素管理措施提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)材料為‘川芋117’(四川2015年審定)，為保證材料的一致性，減少誤差，試驗(yàn)用種薯均選用20～25 g生理質(zhì)量均勻一致的馬鈴薯脫毒 原種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2017年1月上旬至5月上旬(春薯)和2017年9月上旬至12月下旬(秋薯)在成都溫江區(qū)進(jìn)行控制盆栽試驗(yàn)。 土壤基質(zhì)采用成都平原大田土壤與椰糠按1∶1.5的體積比混勻?；|(zhì)基礎(chǔ)養(yǎng)分為全氮11.33 g/kg，銨態(tài)氮11.85 mg/kg，硝態(tài)氮9.33 mg/kg，速效磷20.12 mg/kg，速效鉀39.34 mg/kg，春、秋季基質(zhì)相同。

試驗(yàn)采取施肥方式(A)與硝化/脲酶抑制劑類(lèi)型(B)二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在施入總氮一致條件下，施肥方式設(shè)3個(gè)水平：全基肥(A1)、70%基肥+30%苗期追肥(A2，一次追肥)、50%基肥+30%苗期追肥+20%結(jié)薯肥(A3，二次追肥)；脲酶/硝化抑制劑類(lèi)型設(shè)3個(gè)水平：雙氰胺(DCD)(B1)、正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)(B2)、以不添加作為對(duì)照(B3)，共9個(gè)處理，每處理重復(fù)3次(3盆為一重復(fù))。試驗(yàn)盆規(guī)格為38 cm×38 cm×30 cm，每盆6 kg土壤，播種4苗，播深5 cm。每盆共施10.86 g尿素、22.22 g硫酸鉀、12.53 g過(guò)磷酸鈣，每次施入尿素均為對(duì)應(yīng)處理尿素，NBPT和DCD用量均為尿素的1.0%。齊苗20 d后施入發(fā)棵肥，開(kāi)花期施入結(jié)薯肥。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

在馬鈴薯塊莖形成期( 春馬鈴薯4月6～8日，秋馬鈴薯11月4～7日)和塊莖成熟期( 春馬鈴薯5月16～18日，秋馬鈴薯12月18～20日)，采取馬鈴薯根際土風(fēng)干，備用，用于測(cè)定銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和脲酶；取馬鈴薯植株樣本分器官制樣,于105 ℃殺青,80 ℃烘至恒量后稱(chēng)量，用于測(cè)定干物質(zhì)量等指標(biāo)。土壤樣品分析方法采用《土壤農(nóng)化分析方法》[22]：土壤硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測(cè)定；土壤銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；土壤脲酶采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定。

1.4 計(jì)算公式

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 22統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Microsoft Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤銨態(tài)氮變化

由表1、表2可知，硝化/脲酶抑制劑和施肥方式對(duì)馬鈴薯生育后期土壤礦質(zhì)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響有顯著差異，且季節(jié)間存在一定影響。

從施肥方式上看，追施氮肥能提高馬鈴薯生育后期土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其中在CK處理中，一次追肥比全基肥和二次追肥處理的秋馬鈴薯塊莖形成期土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高14.1%和 30.4%，但差異不顯著，秋馬鈴薯提高875.6%和295.5%，差異極顯著。至塊莖成熟期時(shí)，秋馬鈴薯施加追肥處理的土壤銨態(tài)氮顯著高于全基肥處理，春馬鈴薯則無(wú)顯著差異。其主要原因可能是由于春、秋馬鈴薯不同的氮肥運(yùn)籌和土壤環(huán)境所致。

表1 不同施肥方式和硝化/脲酶抑制劑對(duì)春、秋馬鈴薯土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 1 Effects of different fertilization methods and nitrification/urease inhibitorson ammonium nitrogen mass fraction of potato soil in spring and autumn mg/kg

注：同列數(shù)據(jù)后的不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平差異顯著；n=3。下表同。

Note:The values within a column followed by different lowercase letters show statistically significant differences at the 0.05 probability level,as determined by Fisher’s least significant difference test;n=3. The same below.

從硝化/脲酶抑制劑上看，脲酶/硝化抑制劑提高了春、秋馬鈴薯生育后期土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且不同種植季節(jié)表現(xiàn)一定差異。其中在同種施肥方式下，一次追肥配施DCD和配施NBPT春、秋馬鈴薯塊莖形成期土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別比CK顯著提高124.3%、198.1%、31.0%和260.0%?？傮w表明施肥方式和脲酶/硝化抑制劑處理對(duì)秋馬鈴薯土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響效果均高于春馬鈴薯。

2.2 土壤硝態(tài)氮變化

從施肥方式上看(表2)，追施氮肥能提高馬鈴薯生育后期土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其中在CK中，一次追肥比全基肥和二次追肥處理的春馬鈴薯塊莖形成期土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高7.4%和52.6%，二次追肥差異顯著；秋馬鈴薯塊莖形成期土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高66.0%和45.6%，均差異顯著。在塊莖成熟期，各施肥方式對(duì)土壤硝態(tài)氮影響不顯著。

從硝化/脲酶抑制劑上看， DCD/NBPT的施用顯著提高春、秋馬鈴薯塊莖形成期土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其中在一次追肥處理下，配施DCD和NBPT比CK分別顯著提高春、秋馬鈴薯土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)18.4%和31.6%，33.9%和 31.6%。在塊莖成熟期，均無(wú)顯著差異。

2.3 土壤表觀硝化抑制率的變化

由表3可知，從施肥方式上看，追肥的施入能顯著提高春、秋馬鈴薯塊莖形成期土壤表觀硝化率，其中在CK處理中，二次追肥處理比全基肥處理提高183.5%和47.6%。主要原因是由于追肥的施入，致使土壤礦質(zhì)氮平衡被打破。

從硝化抑制劑上看，硝化抑制劑能有效地降低部分施肥方式下的土壤表觀消化率。其中一次施肥配施硝化抑制劑DCD顯著降低春、秋馬鈴薯塊莖形成期土壤表觀硝化抑制率，分別降低 58.6%和35.5%。硝化抑制劑對(duì)土壤表觀硝化率的作用在秋馬鈴薯苗期高于同時(shí)期的春馬 鈴薯。

表2 不同施肥方式和硝化/脲酶抑制劑對(duì)春、秋馬鈴薯土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 2 Effects of different fertilization methods and nitrification/urease inhibitors on nitrate nitrogen mass fraction of potato soil in spring and autumn mg/kg

2.4 土壤脲酶活性變化

土壤脲酶是一種重要的土壤水解酶，它能夠催化尿素水解生成氨、二氧化碳和水，也是表征土壤氮素狀況的酶之一。由表4可知，硝化/脲酶抑制劑能有效地降低土壤脲酶活性，但不同施肥方式下土壤脲酶活性也存在差異。

硝化/脲酶抑制劑能顯著抑制馬鈴薯塊生育后期土壤脲酶活性。其中在同種施肥方式下，一次追肥配施DCD和NBPT比CK顯著降低了春、秋馬鈴薯塊莖形成期土壤脲酶活性的49.7%、49.4%和56.8%、26.7%。主要原因是硝化/脲酶抑制劑對(duì)土壤脲酶產(chǎn)生抑制作用。

2.5 馬鈴薯形態(tài)及產(chǎn)量的變化

2.5.1 植株干物質(zhì)量 由表5和表6可知，馬鈴薯干物質(zhì)及產(chǎn)量受到施肥方式和硝化/脲酶抑制劑共同影響，同時(shí)季節(jié)間還存在一定差異。

表3 不同施肥方式和硝化/脲酶抑制劑對(duì)春、秋馬鈴薯土壤表觀硝化率的影響Table 3 Effects of different fertilization methods and nitrification/urease inhibitors on apparent nitrification of potato soils in spring and autumn %

表4 不同施肥方式和硝化/脲酶抑制劑對(duì)春秋馬鈴薯土壤脲酶活性的影響Table 4 Effects of different fertilization methods and nitrification/urease inhibitors on soil urease activity of potato in spring and autumn mg/(g·d)

表5 不同施肥方式和硝化/脲酶抑制劑對(duì)馬鈴薯單株全干物質(zhì)量的影響Table 5 Effects of different fertilization methods and nitrification/urease inhibitors on total dry matter quantity of potato plants g

從施肥方式上看，追施氮肥能顯著提高馬鈴薯塊莖形成期及成熟期干物質(zhì)量，且對(duì)春馬鈴薯干物質(zhì)量提高效果優(yōu)于秋馬鈴薯。其中在CK處理中，二次追肥比全基肥處理的春、秋馬鈴薯塊莖形成期、成熟期干物質(zhì)量顯著提高了89.0%、 57.8%、61.4%、23.7%。主要原因可能是氮肥的追加減輕了氮肥對(duì)馬鈴薯苗期的抑制作用和增加生育后期氮素供應(yīng)水平。

從硝化/脲酶抑制劑上看，配施硝化/脲酶抑制劑在與一次追肥配施下均增加了馬鈴薯干物質(zhì)量，在與二次追肥配施下均減少了馬鈴薯干物質(zhì)量。其中在相同施肥方式下，一次追肥配施 DCD與配施NBPT比CK分別提高了春、秋馬鈴薯塊莖成熟期干物質(zhì)量20.6%和40.7%、22.8%和22.1%；二次追肥配施DCD和NBPT比CK分別降低了春、秋馬鈴薯塊莖成熟期干物質(zhì)量27.1%和4.7%、26.3%和10.3%，但未達(dá)到顯著差異水平。可能是硝化/脲酶抑制劑延遲了氮肥供應(yīng)時(shí)間，錯(cuò)開(kāi)了馬鈴薯氮素吸收高峰期所致。

2.5.2 馬鈴薯單株產(chǎn)量變化 從施肥方式上看，追肥能顯著提高春、秋馬鈴薯產(chǎn)量(表6)，且在CK中，二次追肥方式增產(chǎn)效果優(yōu)于一次追肥方式；對(duì)春馬鈴薯效果優(yōu)于秋馬鈴薯。其中在CK處理下，一次追肥和二次追肥比全基肥春、秋馬鈴薯單株產(chǎn)量分別提高35.0%和136.1%、34.1%和 46.9%，二次追肥處理達(dá)到顯著差異。

從硝化/脲酶抑制劑上看，硝化/脲酶抑制劑在與一次追肥配施下增加了馬鈴薯產(chǎn)量，與二次追肥配施下降低了馬鈴薯產(chǎn)量。其中在同種施肥方式下,一次追肥配施DCD和配施NBPT比CK春、秋馬鈴薯產(chǎn)量分別提高53.3%、 112.0%、 28.4%和8.4%；二次追肥配施DCD比CK降低的春、秋馬鈴薯產(chǎn)量分別為69.3%、 25.1%，春馬鈴薯均達(dá)顯著差異水平，二次追肥配施NBPT減產(chǎn)差異不顯著?？梢?jiàn)，合理配施硝化/脲酶抑制劑能有效增加馬鈴薯產(chǎn)量，且不同種植季節(jié)對(duì)氮增效劑增產(chǎn)效果存在差異。

表6 不同施肥方式和硝化/脲酶抑制劑對(duì)春、秋馬鈴薯單株產(chǎn)量的影響Table 6 Effects of different fertilization methods and nitrification/urease inhibitors on yield of per potato plants in spring and autumn g

3 討 論

3.1 配施硝化/脲酶抑制劑對(duì)春、秋季馬鈴薯產(chǎn)量的影響

馬鈴薯在不同生育時(shí)期對(duì)氮的需求表現(xiàn)為“兩頭輕中間重”的規(guī)律[1]，在塊莖膨大期適當(dāng)提高土壤供氮能力有利于馬鈴薯生長(zhǎng)與產(chǎn)量的增加[24-26]。脲酶/硝化抑制劑能通過(guò)抑制土壤脲酶活性[13]或者氨氧化等菌群活性[14]，減緩尿素分解、抑制礦質(zhì)氮轉(zhuǎn)化以延長(zhǎng)或者調(diào)整氮供應(yīng)時(shí)間，提高氮素利用效率[19]；合理施加追肥能有效地減少前期氮素?fù)p失，提高后期土壤供氮能力，增加馬鈴薯成熟期干物質(zhì)量及產(chǎn)量[27]。但土壤礦質(zhì)氮供應(yīng)能力受到施肥方式與添加劑的共同影響，添加劑采用合適的施肥方式才能效益最大化。本試驗(yàn)表明追施氮肥能有效地減少苗期氮損失，提高馬鈴薯塊莖形成期土壤礦質(zhì)氮濃度，延長(zhǎng)馬鈴薯的生育期，提高產(chǎn)量；但硝化/脲酶抑制劑的使用雖然能提高馬鈴薯生育中后期土壤礦質(zhì)氮的供應(yīng)能力，但對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)及產(chǎn)量的增加效果卻存在較大差異。一次追肥配施脲酶/硝化抑制劑提高了春、秋馬鈴薯干物質(zhì)量及產(chǎn)量，但二次追肥配施則造成減產(chǎn)。主要原因是結(jié)薯肥的施入和氮肥作用的后移，塊莖形成期馬鈴薯土壤氮素濃度過(guò)高，造成二次追肥處理徒長(zhǎng)貪青，擾亂了馬鈴薯物質(zhì)分配，最終減產(chǎn)。本試驗(yàn)也表明，在二次追肥配施下，DCD處理減產(chǎn)程度高于NBPT處理，主要原因是脲酶抑制劑NBPT可以延緩尿素水解為銨態(tài)氮[13]，在一定時(shí)期內(nèi)減少土壤無(wú)機(jī)氮濃度；而硝化抑制劑DCD可以阻斷銨態(tài)氮的硝化作用[16]，總體增加土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，與王小彬等[28]的NBPT減少抑苗危害和貪青徒長(zhǎng)結(jié)果 一致。

土壤表觀硝化率表征土壤中銨態(tài)氮的硝化作用強(qiáng)度和作用時(shí)間，表觀硝化率越高，氨氧化強(qiáng)度越大[29]，本試驗(yàn)表明硝化抑制劑DCD與一次追肥配施能有效地降低土壤表觀消化率，與現(xiàn)有結(jié)論一致[29]。脲酶是一種專(zhuān)一性酶[13]，施入土壤中的尿素只能在脲酶的參與下才能水解，其活性可以用來(lái)表征土壤氮素狀況[30]。脲酶抑制劑可以競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制脲酶活性[31]。本試驗(yàn)表明脲酶能顯著抑制脲酶活性，延緩尿素分解，提高氮肥利用效率，與張學(xué)文等[16]的NBPT可以抑制土壤脲酶活性結(jié)果一致。

3.2 季節(jié)對(duì)硝化/脲酶抑制劑的影響

硝化/脲酶抑制劑效果受到溫度、濕度、土壤、pH的影響[15-18]，春秋馬鈴薯氮肥運(yùn)籌差異明顯。由于光溫等原因，春馬鈴薯前期生長(zhǎng)較慢，中后期生長(zhǎng)較快，光合能力強(qiáng)、光飽和點(diǎn)高，對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)需求較大，秋馬鈴薯中后期生長(zhǎng)較慢，對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)需求較低，施加追肥對(duì)春馬鈴薯增產(chǎn)作用優(yōu)于秋馬鈴薯[27]。本試驗(yàn)表明，硝化/脲酶抑制劑和追肥對(duì)春馬鈴薯的增產(chǎn)效果大于秋馬鈴薯，與已有的研究結(jié)果一致；但氮增效劑對(duì)土壤氮素的影響卻是秋馬鈴薯大于春馬鈴薯。主要原因是氮增效劑在銨態(tài)氮濃度較高的條件下，亞硝化細(xì)菌更為敏感，抑制效果最好[28]，春馬鈴薯中后期對(duì)氮素的快速吸收，塊莖形成期至成熟期土壤銨態(tài)氮量低于秋馬鈴薯，導(dǎo)致硝化/脲酶抑制劑對(duì)秋馬鈴薯土壤氮素的影響程度高于春馬鈴薯。據(jù)報(bào)道：硝化抑制劑DCD作用隨著施用時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減弱[29]。本試驗(yàn)表明硝化抑制劑對(duì)春馬鈴薯苗期土壤表觀消化率的抑制效果低于秋馬鈴薯，主要原因可能是秋馬鈴薯播種后發(fā)芽較快，施肥至苗期時(shí)間遠(yuǎn)短于春馬鈴薯。

4 結(jié) 論

硝化/脲酶抑制劑與氮肥合理配施，能顯著降低土壤脲酶活性，提高馬鈴薯生長(zhǎng)后期土壤礦質(zhì)氮和土壤氮代謝活性，與馬鈴薯氮吸收特性更加匹配；從而提高馬鈴薯干物質(zhì)量及產(chǎn)量。硝化/脲酶抑制劑和施肥方式對(duì)春馬鈴薯的影響高于秋馬鈴薯，在盆栽條件下春馬鈴薯采用一次追肥與NBPT配施方式最優(yōu)，秋馬鈴薯采用一次追肥與DCD配施方式最優(yōu)。