全 文 ：抑制剂及其组合对尿素15N在小麦土壤
系统中的行为和归宿的影响*
史 奕 徐星凯 周礼恺 (中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
O. Van Cleemput (比利时根特大学农业和应用生物科学院, Ghent B9000)
摘要 应用加有脲酶抑制剂( HQ)、硝化抑制剂( DCD)及其组合的标记尿素进行春小麦
盆栽试验.结果表明, 在生长季节结束时, 小麦回收,土壤残留和损失的肥料 N 各占施入 N
量的 17. 65~ 23. 69%、43. 72~ 56. 32%和 19. 99~ 36. 77% . 其中, 与单施尿素相比 ,两种
抑制剂配合使用处理的肥料 N 总回收率高 16. 78% ,小麦回收高 5. 96% . 施用氮肥对籽粒
贡献最大,占吸收肥料 N量 43. 3~ 62. 0% .
关键词 标记尿素 抑制剂 春小麦 尿素 N 归宿.
Effect of inhibitors and their combination on the behavior and fate of urea 15N in wheatsoil
system. Shi Y i, Xu Xingkai, Zhou Likai ( Institute of App lied Ecology , A cademia Sinica,
S henyang 110015) and Oswald Van Cleemput ( L aborator y of Applied Physical Chemistry ,
Faculty of Agr icultural and App lied Biological Sciences , Univer sity of Ghent, B9000
Ghent , Belgium ) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 1998, 9(2) : 168~ 170.
With the applicat ions of labeled 15Nurea plus hydroquinone, dicyandiamide and their combina
tio n, a pot experiment with spr ing wheat w as conducted. The result shows t hat at the end of
grow ing season, the plant recovery, the remainder in soil and the loss occupied 17. 65 ~
23. 69% , 43. 72~ 56. 32% and 19. 99~ 36. 77% of applied urea N , respectively . In compari
son with applying urea alone, a combined application of hydroquinone and dicyandiamide in
duced a 16. 78% higher total recovery and 5. 96% higher plant recovery. The applicat ion of
urea had a g reatest contr ibut ion to the N content of wheat grain, being 43. 3~ 62. 0% of the
15N uptake of whole plant.
Key words Labeled 15Nurea, Inhibitors, Spring wheat , Fate of ureaN.
* 辽宁省自然科学基金( 962140)和中比国际合作
资助项目.
1997- 08- 27收稿, 1997- 10- 20接受.
1 引 言
提高肥料利用率应考虑确保合理的作
物产量和最小的环境污染. 为了达到这个
目的,必须深入研究在不同施肥处理条件
下,肥料 N 在植物土壤大气系统中的行
为和归宿.先前一系列培养试验和盆栽试
验已经表明[ 3] , 氢醌、包被碳化钙及氢醌
和双氰胺混合施用都能提高尿素 N 的利
用率并减少 N2O 排放. 然而, 所有这些研
究都是应用非标记尿素, 为了获得更准确
的数据,现应用15N 标记尿素研究小麦生
长过程中,抑制剂及其组合对肥料 N 在植
物- 土壤系统中的行为和归宿的影响.
2 材料与方法
2. 1 试验材料
供试土样采自中国科学院沈阳农业生态实
验站( 41!31∀ N, 123!23∀ E) .供试土壤为草甸棕壤,
其基本理化性质如下 :全 N0. 11g#kg - 1, 全P 0. 06
g# kg- 1, 速效 N126. 6mg# kg- 1 , 速效 P ( P2O5 )
应 用 生 态 学 报 1998 年 4 月 第 9 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Apr. 1998, 9( 2)∃168~ 170
26. 5mg#kg- 1, 有机碳 1. 77g#kg - 1, pH6. 66 [ 2] . 供
试作物春小麦,品种沈免 91, 1996 年 3 月 25日播
种, 1996 年 6 月 28日收获 .标记尿素由上海化工
研究院生产,丰度为 5. 36Atom% .
2. 2 试验处理
试验共设 4 个处理: 1) 15N尿素( 15NU) , 2) 15
N尿素+ 脲酶抑制剂 HQ( 15NU+ HQ) , 3) 15N 尿
素+ 硝化抑制剂 DCD( 15NU+ DCD) , 4) 15N 尿素
+ 抑制剂组合( 15NU+ HQ+ DCD) . 每个处理重
复 10 次, 每盆装土 6kg , 施 1. 00g KH2PO4 作底
肥.标记尿素的用量为每盆 2. 000g, HQ 用量为尿
素的 0. 3% , DCD 为尿素 N 的 5% . 每盆保留 12
株小麦.试验在所内网室里进行.
2. 3 样品采集及分析
在春小麦生长过程中,共采集植物和土壤样
品 3次. 第一次是小麦播种后第 49 天(拔节期) ,
第二次是第 62 天(抽穗期) ,第三次是第 94 天(成
熟期) .植物样品分别采集地上和地下部分; 小麦
成熟时,分别采集穗、秆和根.
植物样品采集后,首先在 105!C 杀青 10min,
然后 60!C烘干, 粉碎过筛 ( < 0. 50mm ) , 用现代
凯氏法测定植物体 N 含量, 含15N 的滴定液蒸发
浓缩后用于15N/ 14N 分析测定[ 4] , 土壤样品经风
干和粉碎过筛 ( < 0. 25mm) , 用常规分析方法测
定总 N 量[ 2] , 含15N 的滴定液测定同植物样品.
15 N/ 1 4N 分析采用 JAS. CO150 型15N 分析
仪测定.
3 结果与讨论
3. 1 小麦不同生长时期对尿素 N 的吸收
从表 1可见, 小麦植株地上部分的 N
吸收在拔节期和抽穗期以处理15NU 最
高, 其次为15NU + DCD、15NU + HQ和
15NU + HQ + DCD, 不难看出, 抑制剂
HQ、DCD及其组合对尿素水解呈现出不
同程度的抑制效果.对于肥料 N 的吸收更
直接证明了这一点:从拔节期到抽穗期,处
理15NU + HQ+ DCD 的吸收肥料 N 量比
较低,明显受到 HQ 和 DCD的协同影响;
直到收获时, 该处理从肥料中吸收的 N 和
N 吸收总量才显著高于其它处理,并达到
极显著水平( P< 0. 01) . 在成熟期, 处理
15NU + HQ 也吸收较多的肥料 N, 证明
HQ 作为脲酶抑制剂在尿素水解进程中的
抑制作用不容置疑,符合先前的结果[ 5] .
3. 2 尿素 N在小麦各器官中的分配
评价一种新肥料, 除了肥料利用率和
作物产量是重要考核指标外,还应考虑作
物品质的改善和 N 在各器官的分配. 从表
2可以看出,除处理15NU + DCD外, 其它
表 1 不同生长时期小麦地上部分的 N吸收和肥料 N量*
Table 1 N uptake and Ndff by wheat plant at i ts different growing stage ( mg#pot- 1)
处 理
T reatment
拔节期 Elongat ion stage
N uptake Ndff
抽穗期 Heading stage
N uptake Ndff
成熟期 Maturity stage
N uptake Ndf f
% 96. 26( 2. 45) bc 54. 20( 4. 57) b 218. 59(0. 84) a 184. 15( 7. 81) b 296. 00( 7. 32) a 156. 08( 5. 41) a
& 76. 31( 1. 31) a 53. 98( 2. 62) b 194. 35(3. 11) a 154. 12( 1. 27) a 288. 95( 10. 47) a 172. 61( 3. 51) b
∋ 86. 41( 0. 31) b 54. 34( 0. 93) b 217. 86(2. 44) a 180. 34( 4. 02) b 293. 86( 5. 11) a 153. 50( 0. 71) a
( 70. 92( 1. 57) a 41. 45( 3. 00) a 213. 23(2. 12) a 176. 13( 7. 63) b 336. 20( 1. 07) b 204. 10( 0. 97) bc
* 括号内为标准差,相同字母表示 T - 检验结果差异不显著( p= 0. 05) Values in parentheses indicate standard error of
the means, and those followed the same let ter are not significantly diff erent ( p= 0. 05) . % . 15N- U, & . 15N- U+ HQ, ∋ .
15N- U+ DCD, (. 15N- U+ HQ+ DCD.下同 T he same below .
表 2 成熟期标记肥料 N在小麦各器官的分配
Table 2 Distribution of labeled fertili zer N in plant organs at maturity stage
处理
T reat
m ent
标记肥料 N Ndf f( mg#pot- 1)
籽粒
Seed
茎叶
S traw
根
Root
合计
Total
占吸收肥料 N 量的% % Ndff in plant
籽粒
Seed
茎叶
St raw
根
Root
% 101. 50( 2. 72) b 54. 58( 2. 78) a 7. 64( 0. 52) a 163. 72a 62. 0( 0. 017) b 33. 3( 0. 017) a 4. 7( 0002) a
& 104. 83( 1. 47) b 67. 78( 3. 38) b 8. 29( 0. 64) a 180. 90b 57. 9( 0. 008) b 37. 5( 0. 019) a 4. 6( 0. 002) a∋ 70. 84( 2. 84) a 82. 19( 2. 62) bc 9. 97( 0. 61)b 163. 00a 43. 3( 0. 017) a 50. 3( 0. 016) b 6. 1( 0. 004) b
( 135. 38( 6. 15)bc 68. 72( 5. 22) a 14. 67( 1. 00) bc 218. 77bc 61. 9( 0. 028) b 31. 4( 0. 024) a 6. 7( 0. 005) b
1692 期 史 奕等:抑制剂及其组合对尿素15N 在小麦土壤系统中的行为和归宿的影响
处理小麦植株吸收的肥料 N 绝大部分转
移到了籽粒中, 达 57. 9 ~ 62. 0% , 其次
是茎叶(包括糠壳)占31. 4~ 37. 5%, 根则
很少, 仅占 4. 7~ 6. 7%, 表明施用的氮肥
对籽粒的贡献最大[ 1] .
3. 3 春小麦对标记尿素 N 的回收率
由表 3可见,成熟时小麦吸收的肥料
N 量占施入 N量的 17. 65~ 23. 69%,其中
籽粒部分回收 7. 67~ 14. 66%, 在小麦植
株中占比较大的回收比例.虽然,小麦对尿
素 N 的利用率相对偏低, 但还是发现处
理15NU+ HQ+ DCD有最高的尿素 N 利
用率,并比单施尿素高 5. 96个百分点.
表 3 春小麦对标记肥料的 N素利用率(占施 N量%)
Table 3 Recovery of urea N by wheat plant (% of appl ied
N)
处理
T reat
m ent
籽 粒
Seed
茎 叶
S traw
根 系
Root
合 计
Total
% 10. 99( 0. 29)b 5. 91( 0. 30) a 0. 83( 0. 03)a 17. 73a
& 11. 35( 0. 37)b 7. 34( 0. 69) b 0. 90( 0. 09)a 19. 59b
∋ 7. 67( 0. 43) a 8. 90( 0. 38) bc 1. 08( 0. 11) b 17. 65a
( 14. 66( 0. 49) bc 7. 44( 0. 56) b 1. 59( 0. 17) bc 23. 69bc
3. 4 标记肥料 N 在小麦土壤大气系统
中的去向
表 4表明,从拔节期到成熟期 HQ 和
DCD配合施用的处理标记肥料 N 在土壤
中的残留始终高于其他处理, 与表 1 中处
理15NU + HQ + DCD 的 Ndff 吸收相吻
合,说明HQ和 DCD在尿素水解进程中的
协同作用保证了有效态 N 对植物生长的
长期供应.
表 4 小麦不同生育期标记肥料 N 在土壤中的残留率
(占施 N 量%)
Table 4 Recovery of labeled fertili zer N in soil at wheat
di fferent growing stage (% of applied N )
处 理
T reatment
拔节期
Elongation
stage
抽穗期
H eading
stage
成熟期
M aturity
stage
% 62. 52 48. 28 45. 50
& 62. 34 50. 27 43. 72
∋ 67. 49 50. 37 49. 86
( 75. 95 59. 96 56. 32
表 5表明, 成熟期小麦对标记肥料 N
的回收率在 17. 65~ 23. 69%之间, 标记肥
料 N 在土壤中的残留率为 45. 50 ~
56. 32% ,总损失为 19. 99~ 36. 77%.
表 5 成熟期标记肥料 N的去向(占施 N量%)
Table 5 Fate of labeled fertilizer N (% of applied N)
处 理
Treatm ent
作物吸收
Recovery
in plant
土壤残留
Recovery
in soil
总回收
Total N
recovery
损 失
N loss
% 17. 73 45. 50 63. 23 36. 77& 19. 59 43. 72 63. 30 36. 69
∋ 17. 65 49. 84 67. 49 32. 51( 23. 69 56. 32 80. 01 19. 99
所有加抑制剂的处理对肥料 N 的总
回收都高于单施尿素的对照. 特别是处
理15NU+ HQ + DCD比对照的总回收高
16. 78% ,损失仅占施入 N 量的 19. 99% .
在盆栽试验中有效地避免了土壤的淋溶损
失,所以这里的 N素总损失可归结为气态
损失,即 HQ 和 DCD的配合施用不但协同
抑制了尿素的缓慢水解, 使尿素的 N 长时
间供植物生长,而且还减少了尿素 N 以气
态形式向大气排放, 这对减少农田系统对
大气环境污染将有十分重要的意义.
在小麦收获后, HQ 和 DCD配合施用
还有 56. 32% 的标记肥料 N 残留在土壤
中,比单施尿素高 10. 82% .残留养分可被
后作吸收利用, 残留养分愈多, 后效也愈
大.另外,作物吸收肥料 N 偏低, 其原因是
所选春小麦品种的生育期相对较短.
参考文献
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