摘要 脲酶抑制剂和硝化抑制剂可以减少农业土壤中的氮损失。然而，在滴灌系统下抑制剂对土壤N₂O排放的影响仍不清楚。通过盆栽和田间试验，使用两种抑制剂来探究抑制剂如何调节土壤氮转化和N₂O排放。盆栽试验包括三个处理：对照、尿素、尿素+N-(正丁基)硫代磷酸三酰胺（NBPT，脲酶抑制剂）。田间试验包括三个处理：对照、尿素、尿素+NBPT+2-氯-6-(三氯甲基)吡啶（nitrapyrin，硝化抑制剂）。在盆栽试验中，尿素+NBPT处理的脲酶抑制率在培养第14天为27.5%，与单独尿素处理相比，NH₄⁺-N显著降低了37–64%。在田间试验中，尿素+NBPT+nitrapyrin处理的硝化抑制率在小麦抽穗期和灌浆期施肥后第3天分别为47.7%和63.9%。与尿素处理相比，双抑制剂添加处理在抽穗期和灌浆期施肥后第5天的NO₃⁻-N浓度分别显著降低了32%和20%；两个小麦生育期的N₂O通量也分别降低了30.9%和33.3%。总体而言，添加抑制剂在盆栽试验的第14天和第35天分别减少了7.39%和7.44%的氮损失，在田间试验的两个小麦生育期分别减少了10.53%和6.65%的氮损失。路径和相关分析表明，在盆栽和田间试验中，N₂O排放与土壤NO₃⁻均显著相关。


引言


氮肥在提高作物生产力方面发挥着重要作用。根据联合国粮食及农业组织统计，约30–50%的产量增长归因于氮肥。因此，使用各种类型的氮肥是全世界提高作物产量的非常普遍的农业措施。然而，人们越来越关注过量使用氮肥造成的不利影响，包括土壤退化、土壤酸化和温室气体排放。


作为一种强效温室气体，N₂O在100年内的全球增温潜势分别是CO₂和CH₄的298倍和12倍。农业活动是最大的人为N₂O来源，每年2.8 Tg N，占总排放6.7 Tg N year⁻¹。氮肥施用率与N₂O排放的增加呈线性关系。


已做出许多努力来减少因过量施肥导致的土壤N₂O气态损失。最有前景的方法之一是在施用氮肥时联合使用脲酶抑制剂或硝化抑制剂。作为高性能脲酶抑制剂之一，N-(正丁基)硫代磷酸三酰胺（NBPT）已被证实对阻断尿素水解和延缓土壤NH₄⁺浓度增加具有满意效果。例如，使用NBPT可减少38.7%的NH₃损失。


另一方面，硝化抑制剂已被用作抑制土壤硝化和减少N₂O排放的有效工具。两种高效的硝化抑制剂，双氰胺（DCD）和3,4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP），可以抑制NO₃⁻淋溶和N₂O排放。然而，在过去40年中，最常用的硝化抑制剂之一是2-氯-6-(三氯甲基)吡啶（nitrapyrin），商品名为BN-Serve，在美国和中国具有广阔的市场应用前景。但其在石灰性土壤上对N₂O排放的影响尚不清楚。


相对于单独施用脲酶抑制剂或硝化抑制剂，双抑制剂的组合可能对减少NH₃和N₂O排放更有效。例如，NBPT加DCD减少了46.8%的N₂O排放和8–15%的NH₃挥发，NBPT加DMP平均减少了64%的N₂O排放。然而，很少有研究在滴灌条件下考察NBPT加nitrapyrin对石灰性土壤氮动态和N₂O排放的影响。我们假设双抑制剂的联合使用可以减少滴灌石灰性土壤中的N₂O排放和氮损失。


因此，开展了盆栽和田间试验。为了实现N₂O的实时观测数据，在盆栽试验中使用改良的Clark电极探头（N₂O-R微型传感器）。我们期望使用这项新技术监测土壤溶液中N₂O的动态变化。我们的目标是：(i) 探究脲酶抑制剂添加对N₂O通量的影响，(ii) 确定尿素与双抑制剂联合如何影响滴灌土壤中的氮动态和N₂O排放，(iii) 验证石灰性土壤中N₂O产生的可能途径。


材料与方法


土壤培养试验


土壤采自石河子大学农学试验站（44°18′N, 86°02′E），新疆。土壤被鉴定为耕作灰漠土（钙质冲积土）。土壤的理化性质如下：全氮0.95 g N·kg⁻¹，有机碳14.93 g kg⁻¹，NH₄⁺-N 15.75 mg kg⁻¹，NO₃⁻-N 17.63 mg kg⁻¹，Olsen-P 19.72 mg kg⁻¹，速效钾145.3 mg kg⁻¹，pH 7.76。三个处理包括CK（不施氮肥对照）、尿素（单独施用尿素）和尿素+NBPT。每个处理重复四次，其中一个用于通过N₂O-R微型传感器实时监测N₂O排放。


每个盆钵装入0.6 kg过2 mm筛的风干土。尿素和NBPT的施用量分别为0.4565 g和0.0023 g·盆⁻¹。将土壤、尿素和NBPT仔细混合，土壤含水量用去离子水调节至60%持水能力。所有盆钵在植物生长室中白天25°C、夜间15°C培养70天，每天补充水分以维持60%以上的含水量。


田间试验


田间试验在石河子大学农学试验站（44°18′N, 86°02′E）的小麦（Triticum aestivum Linn.）田中进行，新疆，中国。土壤类型及其特性与上述相同。该地点具有典型的温带大陆性气候，年平均气温25.5°C。年平均降水量204 mm。


三个处理分别为CK（不施氮肥对照）、尿素（单独施用尿素）和尿素+NBPT+nitrapyrin。每个处理重复三次。每个小区面积为36 m²（即4 m × 9 m）。每个小区有30行小麦。行1和2之间以及行3和4之间的间隔为0.15 m，行2和3之间的距离为0.3 m。每条滴灌管线控制四行小麦（例如，行1、2和行3、4）。使用春小麦（Triticum aestivum L. cv Xinchun 6）。小麦于2014年4月10日播种，种植密度为390,000株 hm⁻²。整个小麦生育期灌溉总量为4000 m³ hm⁻²。


尿素、nitrapyrin和NBPT在滴灌条件下施用于田间。尿素、nitrapyrin和NBPT的施用量分别为270 kg·N·hm⁻²、2.93 kg hm⁻²和5.87 kg hm⁻²。磷肥和钾肥在播种前施用。整个小麦生育期共滴灌10次，其中8次与尿素或尿素加nitrapyrin和NBPT联合施用。