全 文 ：脲酶/ 硝化抑制剂对土壤有效态氮、微生物量氮
和小麦氮吸收的影响 3
焦晓光1 ,2 　梁文举1 ,2 3 3 　陈利军1 　姜　勇1 　闻大中1
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016 ;2 中国科学院研究生院 ,北京 100039)
【摘要】　研究了脲酶抑制剂 (NBPT) 、硝化抑制剂 (DCD) 及二者组合在草甸棕壤上施用对尿素态 N 转化
及土壤总有效态 N、微生物量 N 的影响. 结果表明 ,尿素配施 NBPT、DCD 及抑制剂组合能够增加尿素水
解后土壤 NH +4 含量 2 %～53 % ,显著降低了氧化态 N 的浓度 ,抑制了土壤中铵态 N 的氧化 ,增加土壤总
有效 N 34 %～44 % ,小麦吸 N 量增加 0126 %～6179 % ,其中以脲酶抑制剂与硝化抑制剂组合的效果最明
显. 抑制剂施用增加了微生物在小麦生长初期对有效态 N 固持 ,有利于后期土壤有效态 N 的矿化.
关键词 　脲酶抑制剂 　硝化抑制剂 　有效态 N 　微生物量 N 　小麦 N 吸收
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 10 - 1903 - 04 　中图分类号 　S14311 　文献标识码 　A
Effects of urease/ nitrif ication inhibitors on soil available N and microbial biomass N and on N uptake of
wheat.J IAO Xiaoguang1 ,2 ,L IAN G Wenju1 ,2 ,CHEN Lijun1 ,J IAN G Yong1 ,WEN Dazhong1 (1 Institute of A p2
plied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016 , China ; 2 Graduate School of Chinese Academy
of Sciences , Beijing 100039 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (10) :1903～1906.
With an aquic brown earth as test soil ,this paper studied the effects of urease inhibitor (NBPT) ,nitrification in2
hibitor (DCD) and their combinations on the dynamics of soil available N and microbial biomass N. The results
showed that the treatments of inhibitors ,especially the combined application of NBPT and DCD ,could increase
soil NH +4 2N by 2 %～53 % ,inhibit NH+4 oxidation ,decrease soil NO -3 2N concentration ,increase soil total avail2
able N by 34 %～44 % ,and increase wheat N uptake by 0126 %～6179 %. The best treatment was urease in2
hibitor combined with nitrification inhibitor. The application of inhibitors increased soil microbial biomass N im2
mobilization at the early growth stage of wheat ,and promoted soil N mineralization at filling stage.
Key words 　Urease inhibitor , Nitrification inhibitor , Available N , Microbial biomass N , N uptake of wheat .
3 国家“863”计划项目 (2004AA246020)和中国科学院沈阳生态实验
站基金资助项目 (SYZ0204) .3 3 通讯联系人.
2003 - 12 - 31 收稿 ,2004 - 03 - 30 接受.
1 　引 　　言
单施脲酶抑制剂或硝化抑制剂可减缓尿素酰胺
态氮至铵态氮的水解及铵态氮至 NO -3 的氧化 ,以及
NH3 的挥发、NO -3 的淋溶、N2 和 N2O 等氮素损
失[3 ,9 ,10 ,11 ] .但是两者分别使用只能对尿素 N 转化的
某一特定部分进行控制 ,二者结合使用对尿素氮转化
进行全程控制.目前对脲酶抑制剂 HQ 和硝化抑制剂
DCD 组合研究较多 ,研究结果显示二者组合延缓尿素
水解 ,减少 NO -3 累积和 NH3 挥发及 N2O 的排放 ,增
加土壤 N 素肥力、作物 N 的吸收和籽实量[6 ,7 ,9 ,20 ,21 ] .
与 HQ 相比 , NBPT 是一种效果更好的脲酶抑制
剂[1 ,2 ] ,但是对脲酶抑制剂 NBPT 与硝化抑制剂 DCD
组合研究较少 ,尤其是对土壤 N 转化、土壤微生物量
N 的研究少有报道 ,因此本试验以脲酶抑制剂 NBPT
和硝化抑制剂 DCD 组合为研究对象 ,探讨其对土壤
N 的转化、土壤微生物量 N 及小麦对 N 的吸收的影
响 ,为其推广提供理论依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料
本试验在中国科学院沈阳生态实验站 (41°31′N ,123°24′
E)进行. 该站位于下辽河平原 ,属暖温带半湿润大陆性气
候 ,年平均气温 7～8 ℃,年降雨量 650～700 mm , ≥10 ℃活
动积温 3 300～3 400 ℃,无霜期 147～164 d. 供试土壤为草
甸棕壤 ,耕层土壤 (0～20 cm) 全 N 0186 g·kg - 1 ,有机质
16147 g·kg - 1 ,全磷 0167 g·kg - 1 ,速效磷 11120 mg·kg - 1 ,速
效钾 90110 mg·kg - 1 ,p H 617 ,NH +4 2N 7103 mg·kg - 1 、NO -3 2
N 6114 mg·kg - 1 . 供试作物为春小麦 ( Triticum aestivum
L . ) ,品种为辽春 12. 供试肥料中氮肥为普通尿素 ,按 225 kg
·hm - 2纯 N 施入 ,每个小区施 115 kg 尿素 ;磷肥为重过磷酸
钙 ,按 146 kg·hm - 2 P2O5 施入 ;钾肥为硫酸钾 ,按 135 kg·
hm - 2 K2O 施入. 脲酶抑制剂采用 N2丁基硫代磷酰三胺
(NBPT , thiophosphric triamide) , 硝化抑制剂采用双氰胺
应 用 生 态 学 报 　2004 年 10 月 　第 15 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2004 ,15 (10)∶1903～1906
(DCD ,dicyandiamide) ,分别按照尿素施入量的的 1 %和 2 %
与尿素配合施入.
212 　试验方法
试验共设 4 个处理 :1) 对照施用普通尿素处理 (CK) ;2)
普通尿素配施脲酶抑制剂处理 (NBPT) ;3)普通尿素配施硝化
抑制剂处理 (DCD) ;4)普通尿素配施脲酶抑制剂处理和硝化
抑制剂处理 (NBPT + DCD) . 每个处理设 3 次重复 ,NPK保持
一致 ,尿素均为一次性基施 ,小区面积 30 m2 ,随机排列.
213 　样品的采集与测定
分别在春小麦的分蘖期 (5 月 1 日) 、孕穗期 (5 月 19
日) 、扬花期 (6 月 2 日) 、灌浆期 (6 月 16 日) 、成熟期 (7 月 5)
分别采集土壤和植株样 ,土壤取样深度为 0～20 cm. 土壤和
植株全 N 常规法测定. 土壤 NO -3 2N 和 NH+4 2N 用 2 mol·L - 1
的 KCl 浸提蒸馏法测定 [4 ] . 土壤微生物量 N 的测定方法为 :
称取过 2 mm 筛的新鲜土样 (相当于 25 g 干土重) ,放入真空
干燥器内 ,同时放入盛有无醇氯仿的烧杯 ,抽真空使氯仿沸
腾 2 min ,在 25 ℃下放置 24 h ,取出烧杯反复抽真空以排除
氯仿 ,随后用 100 ml 015 mol·L - 1 K2 SO4 振荡 30 min ,过滤
后用日本岛津 TOCVCPH分析仪测定其中的 N ,同时测定未
灭菌土壤中的 N 量 ,计算得出土壤微生物量 N 含量 [17 ] .
3 　结果与讨论
311 　对土壤 N H +4 2N 含量的影响
抑制剂施用对土壤 N H +4 2N 含量的影响见图 1.
NBPT、NBPT + DCD 处理的土壤 N H +4 2N 变化趋势
一致. 从分蘖期到孕穗期 ,土壤中 N H +4 2N 含量增
加 ,在小麦孕穗期达到峰值后 ,N H +4 2N 含量随时间
逐渐降低 ;DCD 处理土壤 N H +4 2N 含量随小麦生育
期的延长而下降 ,证明 DCD 对土壤铵态 N 的硝化
抑制效果随时间逐渐降低[12 ,16 ] . 从小麦孕穗期后 ,
土壤中 N H +4 2N 含量降低 ,这与小麦植株对氮的吸
收增强、土壤微生物固持及硝化作用有关 ,并不是完
全损失掉了.
在小麦孕穗期前 ,与单施尿素处理相比 ,3 个配
图 1 　小麦不同生育时期土壤 NH +4 2N 含量的变化
Fig. 1 Soil NH +4 2N content at different stage of wheat growth.
1) NBPT ;2) DCD ;3) NBPT + DCD. 下同 The same below.
施抑制剂处理可使土壤中 N H +4 2N 含量显著增加 ;
孕穗期之后 , NBPT + DCD 处理使土壤中 N H +4 2N
含量显著高于其他 3 个处理. 显然 ,在维持土壤中
N H +4 2N 水平方面 ,NBPT + DCD 组合在尿素施入土
壤后的一段时间内存在着一定的协同作用 ,这种协
同作用使土壤中 N H +4 2N 含量保持在较高水平.
312 　对土壤 NO -3 2N 含量的影响
旱作系统中 ,DCD 及 NBPT + DCD 处理能使土
壤中 NO -3 2N 在较长时间内维持在一个较低水平
(表 1) . Chalk 等[5 ]研究表明 ,硝化抑制剂能显著抑
制硝化作用 ,减少尿素水解后硝酸盐的形成. 单施尿
素处理与尿素配施 NBPT 在小麦整个生育期内 ,土
壤中 NO -3 2N 含量变化不太明显 ,而 DCD 及 NBPT
+ DCD 处理在小麦成熟时 ,土壤中 NO -3 2N 含量明
显高于小麦前几个生长期 ,这与 DCD 抑制硝化作用
减弱及土壤中大量 N H +4 2N 氧化有关. 在小麦的分
蘖期 ,与单施尿素相比 ,NBPT 能显著抑制尿素水解
后 NO -3 2N 的形成. 随后 ,由于 NBPT 对土壤中硝态
氮形成抑制的时间较短 [15 ] ,使单施尿素处理与
NBPT 处理土壤中 NO -3 2N 含量差异不明显.
表 1 　小麦不同生育期土壤 NO -3 2N含量
Table 1 Soil NO -3 2N content at different stage of wheat growth( mg·
kg - 1)
处理
Treatment
5 月 1 日
1 May
5 月 19 日
19 May
6 月 2 日
2 J une
6 月 16 日
16 J une
7 月 5 日
5 J uly
CK 46153a 42191a 50126a 65117a 76129a
NBPT 26153ab 50198a 31185ab 48119b 74124a
DCD 14178b 19190b 21193b 28177c 66109ab
NBPT + DCD 11153c 33193ab 24134b 46170b 62163b
表中数据为 3 次重复的平均值 ,同一列中不同字母表示新复极差检
验差异显著. Mean values of 3 replicates in a column followed by differ2
ent letter ( s) are significantly different by Duncan’s multiple range test
( P ≤0105) . 下同 The same below.
313 　对土壤 N H +4 氧化的影响
尿素施入土壤后 ,在土壤脲酶的作用下 ,土壤尿
素快速水解 ,释放出来的 N H +4 将进行硝化作用. 表
2 显示 ,在小麦的整个生育期内 ,单施尿素处理土壤
中 N H +4 的硝化作用始终保持在最高水平. 尿素 +
NBPT 处理与单施尿素处理只有微小差别 ,但是尿
素配施硝化抑制剂 DCD 及其与脲酶抑制剂 NBPT
组合处理显著抑制了土壤 N H +4 的硝化 ,这种抑制
作用在小麦分蘖期和孕穗期表现尤为明显. 所以 ,硝
化抑制剂 DCD 及其与脲酶抑制剂 NBPT 组合能够
显著降低小麦在生长旺盛期土壤中尿素水解由铵的
硝化作用而导致的氮素损失[7 ] . 在 3 个配施抑制剂
处理中 ,以 NBPT + DCD 组合处理对 N H +4 的硝化
作用抑制最明显. Paola 等[15 ]研究表明 ,单独使用
4091 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
NBPT 能抑制氨挥发 ,增加土壤 N H +4 含量. 与 DCD
结合施用既可抑制氨挥发 ,又能抑制 N H +4 的氧化 ,
使土壤 N H +4 在短期内含量增加 ,因此 N H +4 的氧化
低于 DCD 处理.
表 2 　土壤中 NH+4 的表观硝化率
Table 2 Apparent nitrif ication rate of NH+4 in soil( %)
处理
Treatment
5 月 1 日
1 May
5 月 19 日
19 May
6 月 2 日
2 J une
6 月 16 日
16 J une
7 月 5 日
5 J uly
CK 67133a 68179a 72115a 74152a 84167a
NBPT 60174a 66196a 63194ab 70156a 78179ab
DCD 34102b 46199b 54192b 63143b 82121a
NBPT + DCD 35107b 44191b 59180b 62129b 68180b
硝化率 ( %) = [ NO -3 2N/ (NH +4 2N + NO -3 2N) ] ×100.
314 　对土壤总有效态 N 量的影响
N H +4 、NO -3 是作物较易利用的 N 素形态. 以往
的研究已证明 ,硝化抑制剂与脲酶抑制剂结合施用
能延缓尿素水解 ,延长 N H +4 在土壤中停留时间 ,减
少土壤中 NO -3 的累积[3 ] ,因此研究抑制剂对有效
态 N 的影响是十分必要的. 从表 3 可见 ,在小麦生
长前期 ,与单施尿素相比 ,尿素配施 NBPT、尿素配
施硝化抑制剂 DCD 及其与脲酶抑制剂组合处理土
壤总有效态 N 量低 ;在小麦生长后期土壤中总有效
态 N 量高于单施尿素处理 ,这有利于小麦在生长前
期累积的干物质向籽粒中运移. 陈利军等[8 ]研究表
明 ,抑制剂组合不仅可抑制尿素水解和硝化作用的
发生 ,更重要是可增加土壤总有效态 N 的含量.
表 3 　小麦不同生育期土壤总有效态 N含量
Table 3 Soil total available N content at different stage of wheat growth
( mg·kg - 1)
处理
Treatment
5 月 1 日
1 May
5 月 19 日
19 May
6 月 2 日
2 J une
6 月 16 日
16 J une
7 月 5 日
5 J uly
CK 69111a 62138ab 69166a 87145a 90110a
NBPT 43167b 76113a 49181ab 68130ab 94122a
DCD 43144b 42138b 39194b 45135b 80139b
NBPT + DCD 32187b 75156a 51174a 74197a 91103a
315 　对土壤微生物量 N 的影响
不同施肥处理土壤微生物量 N 的动态变化见
图 2. 在小麦灌浆期有一个相对的高峰 ,小麦对 N 的
吸收量增加 ,土壤微生物量 N 明显下降. 4 个处理土
壤微生物量 N 的变化趋势基本一致 ,所不同的是土
壤微生物量 N 的含量不同. 在扬花期前微生物量 N
均呈递增的趋势 ,说明在这期间表现出的是土壤微
生物量 N 的累积效应 ,即微生物对 N 的固持作用大
于矿化作用. 随着小麦的生长 ,对土壤中 N 的需求
逐渐加大 ,土壤中的有效态 N 已被作物大量消耗 ,
使土壤中 N 素亏缺 ,微生物生长受到抑制 ,微生物
分解后释放的 N 被植物迅速吸收利用 ,微生物量 N
开始一直下降. 这与 Ladd 等[14 ]提出的微生物量 N
对土壤 N 素是一个重要的暂时贮存库的观点相一
致. 4 个处理中以施用脲酶抑制剂 ( NBPT) 及与
DCD 组合处理在小麦生育后期提供较多的易矿化
N ,原因是同时施用 2 种抑制剂既能抑制脲酶对尿
素的水解 ,同时又能抑制硝化作用 ,延长 N H +4 在土
壤中存留的时间 ,这更说明土壤微生物对 N 的固持
利用 N H +4 优于 NO -3 [13 ] . 施用硝化抑制剂 (DCD) 处
理也能维持土壤中 N H +4 在较高水平 ,因此在作物
生长前期 3 个处理均比普通尿素处理 (CK) 能促进
微生物对肥料 N 的固持 ,这与 Wang 等[19 ]的研究结
果相一致.
图 2 　小麦不同生育时期土壤微生物量 N 的变化
Fig. 2 Changes of soil microbial biomass N at different stage of wheat
growth.
316 　对小麦 N 吸收的影响
在小麦各生育时期 ,各处理小麦植株吸 N 量的
变化规律相类似 ,但各处理在不同的生育期小麦的
吸 N 量不同 (表 4) . 在小麦的成熟期 ,与对照相比 ,
NBPT、DCD、NBPT + DCD 处理小麦吸 N 量分别提
高了 0126 %、1157 %、6179 % ,这主要是由于施用抑
制剂后延长了土壤中有效态 N 在土壤中停留时间 ,
促进了小麦对 N 的吸收 ,说明环境中 N 总量的多少
决定了作物对 N 的利用状况. 王小彬等[18 ]研究表
明 ,尿素在配施抑制剂因减缓尿素的水解而增加 N
的有效性 ,同时也提高了作物的吸 N 量.
表 4 　小麦不同生育期植株吸 N量的变化
Table 4 Changes of plant N uptake at different stage of wheat growth
( mg·kg - 1)
处理
Treatment
5 月 1 日
1 May
5 月 19 日
19 May
6 月 2 日
2 J une
6 月 16 日
16 J une
7 月 5 日 3
5 J uly
CK 31856a 21641a 11262a 01988a 3183a
NBPT 31775a 21830a 11346a 11066a 3184a
DCD 31937a 21822a 11260a 01922a 3189a
NBPT + DCD 41379b 21860a 11451a 11076a 4109a3 茎 + 籽粒的吸氮量 N uptake by stem and seed.
4 　结 　　论
NBPT、DCD、NBPT + DCD 处理均能使硝态 N
509110 期 　　　　　　　焦晓光等 :脲酶/ 硝化抑制剂对土壤有效态氮、微生物量氮和小麦氮吸收的影响 　　　　　　　　　　　
在较长时间内保持较低的水平 ,增加 N H +4 2N 的含
量 ,显著抑制土壤中 N H +4 的氧化 ,增加土壤中总有
效态 N ,提高了作物对 N 的有效性 ,增加微生物对
N H +4 2N 的固持作用 ,以利于在土壤缺 N 时满足作
物对 N 的需要. 3 个配施抑制剂处理中 ,以脲酶抑制
剂 NBPT 和硝化抑制剂DCD 组合效果最明显 ,这将
为尿素与脲酶抑制剂 NBPT 和硝化抑制剂 DCD 组
合用于麦田上提供了一定的理论依据.
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作者简介 　焦晓光 ,女 ,1976 年生 ,在读博士 ,主要从事新型
肥料研究 ,已发表文章 4 篇. E2mail :xgjiao76 @sohu. com
6091 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷