DCD在不同质地土壤上的硝化抑制效果和剂量效应研究刘倩

中国生态农业学报2011年7月第19卷第4期ChineseJournalofEco-Agriculture,Jul.2011,19(4):765−770*教育部高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目(V200704)和浙江省重大科技项目和浙江奥复托化工有限公司项目资助**通讯作者:梁永超(1961~),男,博士,教授,主要从事植物抗逆营养生理与生态研究。E-mail:[e-mail]刘倩(1987~),女,硕士研究生,研究方向为干旱区植物营养生理。E-mail:[e-mail]收稿日期:2010-10-10接受日期:2011-02-28DOI:10.3724/SP.J.1011.2011.00765DCD在不同质地土壤上的硝化抑制效果和剂量效应研究*刘倩1褚贵新1刘涛1王健1冶军1王飞1梁永超1,2**(1.石河子大学农学院新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室石河子832003;2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业部作物营养与施肥重点实验室北京100081)摘要通过硝化抑制剂抑制土壤硝化作用是实现作物铵硝混合营养和提高氮肥利用率的重要途径之一。本试验采用室内模拟的方法,在人工气候室(25℃)黑暗培养条件下,应用新疆石灰性土壤研究了不同剂量的双氰胺(dicyandiamide,DCD)在砂土、壤土、黏土3种不同质地土壤中对土壤硝态氮、铵态氮转化的影响及DCD的剂量效应和硝化抑制效果。处理30d内,各剂量DCD处理对砂土的硝化抑制率为96.5%~99.4%(平均值为98.3%),在黏土上为66.9%~85.6%(平均值为77.6%),在壤土上为49.3%~79.4%(平均值为67.7%),总体硝化抑制率表现为砂土黏土壤土。在砂土上DCD的剂量效应不明显,DCD用量从纯氮的1.0%增加到7.0%时,土壤中硝态氮含量仅增加1.9~10.7mg·kg−1(培养30d时);而在壤土和黏土中,土壤硝态氮含量随DCD浓度的增加而显著下降,存在明显剂量效应。这说明施用DCD可显著抑制新疆石灰性土壤的硝化作用过程,在砂土、壤土、黏土中DCD的最佳浓度分别为纯氮用量的6.0%、7.0%和7.0%,并在培养30d内发挥显著作用。关键词双氰胺硝化抑制剂硝态氮铵态氮硝化抑制率土壤质地中图分类号:S143文献标识码:A文章编号:1671-3990(2011)04-0765-06Nitrificationinhibitionanddose-dependenteffectofdicyandiamideonsandy,loamyandclayeysoilsLIUQian1,CHUGui-Xin1,LIUTao1,WANGJian1,YEJun1,WANGFei1,LIANGYong-Chao1,2(1.KeyLaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionGroup;CollegeofAgronomy,ShiheziUniversity,Shihezi832003,China;2.KeyLaboratoryofCropNutritionandFertilization,MinistryofAgriculture;InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)AbstractAmmoniumandnitratearethemainformsofavailablenitrogen(N)forplant.NitrateisthedominantformofNinup-landsoilsinaridregions.However,nitratecaneasilyleachthroughsoilprofiles.Furthermore,NcaneasilybelostintheformofNOxvia(de)nitrification.InhibitingtheprocessesofnitrificationinsoilthroughnitrificationinhibitorsisthereforecriticalforoptimizingsoilNH4+/NO3−ratioandimprovingtheefficiencyofNfertilizers.Asoneofthemostcommonnitrificationinhibitors,dicyandiamide(DCD)wasappliedatdifferentrates(0%,1.0%,2.0%,3.0%,3.5%,4.0%,4.5%,5.0%,6.0%and7.0%ofappliedN)inthisstudy.Andincubationexperimentwasconductedinsandy,loamyandclayeydesertsoilsat25ºCtoinvestigatetheinhibitioneffect,dose-dependenteffectsofDCDonsoilnitrificationinaridregions.ThestudymayfurtherenhanceourexistingknowledgeonthemechanismsofDCDinhibitednitrification.Theresultsshowedthatduring30daysofincubation,DCDexhibitedsignificantinhibi-tioneffectsonnitrificationinallthetestedsoiltypes.Nitrificationinhibitionrateswere96.5%~99.4%insandysoil,66.9%~85.6%inclayeysoiland49.3%~79.4%inloamysoil.Forthethreesoiltypes,DCDnitrificationinhibitionefficacywasinthefollowingorder:sandysoilclayeysoilloamysoil.WhenDCDapplicationrateincreasedfrom1.0%to7.0%ofappliednitrogen,nitrateconcen-766中国生态农业学报2011第19卷trationinsandysoilmerelyincreasedfrom1.9to10.7mg·kg−1.ThissuggestedthatDCDdosedidnotsignificantlyaffectnitrificationinsandysoils.However,soilnitrateconcentrationinloamyandclayeysoilsdecreasedsharplywithincreasingratesofDCD,indi-catingsignificantdoseeffectonsoilnitrification.Inconclusion,DCDsignificantlyinhibitedsoilnitrificationincalcareousdesertsoils.TherecommendedoptimumapplicationratesofDCDinsandy,clayeyandloamysoilswere6.0%,7.0%and7.0%ofappliednitrogen,respectively.KeywordsDicyandiamide,Nitrificationinhibitor,Nitratenitrogen,Ammoniumnitrogen,Nitrificationinhibitionrate,Soiltexture(ReceivedOct.10,2010;acceptedFeb.28,2011)氮素是作物养分需求量最大的元素之一,也是对作物产量和品质形成起重要作用的元素[1]。我国的氮肥用量占世界氮肥用量的30.1%[2],并出现进一步增加态势。然而氮肥利用率往往不高,研究表明我国氮肥利用率仅为35%左右[3],单位使用量的增产效益自20世纪90年代逐渐下降。故氮素养分资源的高效利用与氮肥合理施用一直以来都是研究的重点,且主要集中在氮高效基因型育种[4−6]、氮肥施用技术[7−8]、新型氮肥[9−10]及其增效剂使用等方面[10−11]。最近研究表明,通过铵、硝混合营养可显著提高小麦[12]、棉花[13−14]、小白菜[15]、菠菜[16]等作物的产量与品质。然而要达到铵硝混合营养,必需通过硝化抑制剂控制作物根区铵、硝供给比例。众所周知,旱地土壤中氮素的供应形态绝大多数是以硝态氮(NO3−-N)为主,即使施用铵态氮(NH4+-N)肥或尿素,其在很短时间内也将转化为NO3−-N。高效硝化抑制剂及其科学使用方法是实现作物铵硝混合营养的必要前提,硝化抑制剂主要通过抑制土壤中的亚硝化单胞菌属(NitrosomonasH.)的数量与种群结构,减少微生物分泌氨单加氧酶和羟胺还原酶的数量或降低其活性,从而抑制土壤中NH4+被氧化为NO2−,最终达到抑制土壤硝化作用和优化控制土壤中一定硝铵(NH4+/NO3−)比例的目的。双氰胺(DCD)是一种具有挥发性弱、易溶、残留低的硝化抑制剂[17]。国内外有关DCD的研究多侧重于其对不同土壤的抑制效果,或者多集中于南方酸性土壤中施用效果[18−21],在干旱区石灰性土壤上关于DCD的硝化抑制效应及其剂量方面的研究并不多见。新疆是目前全国面积最大的节水滴灌区,氮肥往往是通过滴灌管道以“少量薄肥、多次勤施”的方式进行施用,这为通过硝化抑制剂优化调控滴灌作物根区NH4+/NO3−比例,进而建立促进作物生长和节肥增效的施氮新技术提供了可能性。本试验比较系统地研究了DCD在北疆不同质地石灰性土壤中硝化抑制作用的强度与剂量效应,旨在探讨滴灌条件下DCD的施用剂量与施用方法,为硝化抑制剂的合理使用提供理论参考。1材料与方法1.1试验材料供试土壤为新疆石灰性土壤——灌溉灰漠土(calcaricfluvisals,FAO),采自新疆石河子莫索湾垦区147团,其基本理化性质见表1。新鲜土样剔除杂物及残留根系,风干后过2mm筛备用。双氰胺(dicyandia-mide,DCD,含量98.0%,分析纯,上海山浦化工有限公司生产)用量分别为:纯氮量的0%(对照,用CK表示)、1.0%、2.0%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、6.0%和7.0%共10个水平,每处理3次重复。供试氮肥(硫酸铵,ammoniumsoleplate,ASN,含量99.0%)用量为每1kg风干土纯氮0.5g。将相当于1kg烘干土的鲜土与所需ASN和DCD充分混匀,装入长30cm、宽18cm的密封袋中,在靠近土壤上方1cm处扎1横排通气小孔(共6个,每个直径0.5cm)以创造好气环境,然后置于25℃人工气候室中恒温黑暗培养。培养期间,每天采用称重法补水1次,使土壤含水量保持在田间持水量的60%~65%,并使补水后土水充分混匀,在培养试验开始后的第2d、4d、8d、10d、15d、25d、30d分别取样,每次取样25g左右,每次取样后,土样立即用2.0mol·L−1KCl溶液浸提,浸提溶液放置于−20℃冰箱(防止土壤无机氮的转化)保存待测。表1供试土壤基本养分状况Table1Nutrientscontentsintestedsoils机械组成Mechanicalcomposition(%)土壤质地SoiltexturepH有机质Organicmatter(g·kg−1)全氮Totalnitrogen(g·kg−1)碱解氮Availablenitrogen(mg·kg−1)速效磷Availab