全 文 ：双氰胺对碳酸氢铵在土壤中氮素转化的影响 3
商照聪 3 3 　高子勤 3 3 3 　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110015)
【摘要】　采用室内培养试验方法 ,研究了双氰胺对碳酸氢铵中的铵态氮在土壤中动态变化的影响. 结果表明 ,
无论是碳铵与双氰胺的机械混施 ,还是含双氰胺的长效碳铵 ,在抑制铵态氮硝化产生硝态氮的同时对氨挥发也
有一定的抑制作用 ,使土壤在更长的时间内保持更高的铵态氮含量 ,并对碳铵施入后土壤的酸碱化强度起到了
缓冲作用. 添加双氰胺不但提高了碳铵的氮肥利用率 ,还减少了肥料氮素损失.
关键词 　碳酸氢铵 　双氰胺 　硝化抑制剂
Effect of dicyandiamide on nitrogen transformation of ammonium bicarbonate in soil. Shang Zhaocong and Gao Ziqin
( Institute of A pplied Ecology , Academia S inica , S henyang 110015) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . , 1999 , 10 ( 2) : 183～
185.
Incubation studies on the effect of dicyandiamide (DCD) on NH+4 2N dynamics of ammonium bicarbonate (AB) in soil
show that whether mechanical mixed with AB or being a component of slow releasing AB ,DCD inhibits the nitrifica2
tion of NH+4 2N and decreased the ammonium volatilization , which made soil preserve more NH+4 2N in a longer period
and buffered the intensity of soil acidification or alkalization after AB application. Adding DCD could increase the utility
efficiency of AB ,and decrease its nitrogen losses.
Key words 　Ammonium bicarbinate , Dicyandiamide , Nitrification inhibitor.
　　3 中国科学院农业重大支持项目.
　　3 3 现在上海化工研究院工作.
　　3 3 3 通讯联系人.
　　1998 - 01 - 14 收稿 ,1998 - 10 - 28 接受.
1 　引 　　言
碳酸氢铵 (简称碳铵) 是我国特有氮肥品种 ,易挥
发、结块 ,肥效期短 ,氮肥利用率通常只有 24 %～
31 % ,而产量却占我国氮肥总产量的一半左右. 所以 ,
基于我国经济发展水平 ,通过控制其在土壤中的转化
及去向增加作物的吸收量较之提高产量或化肥厂改产
等措施显得更为重要和实际.
提高碳铵氮素利用率除采取农业耕作措施及机械
造粒等途径外 ,研究表明添加硝化抑制剂是一项行之
有效的措施. 在众多已被试验证明具有硝化抑制作用
的化学试剂中 ,双氰胺 (DCD) 在近半个世纪以来研究
较多、应用较广 ,因其水可溶性、降解完全性及经济高
效性等优点倍受青睐. 但对于双氰胺与碳铵作用效果
的研究 ,国内已有一些报道[1 ] . 本文旨在通过试验 ,研
究碳铵在双氰胺的影响下在土壤中的动态变化.
2 　材料与方法
2. 1 　材料
供试土壤为采自沈阳市东陵天柱山的棕壤 ,采样深度为 0
～20cm ,风干后过 2mm 筛. 其基本化学性质见表 1.
　　供试碳酸氢铵及双氰胺 ( H2N2C(NH)2NH2CN ,N4 H4C2) 为
分析纯化学试剂 ,15 N 标记碳铵购自上海化工研究院 ,丰度为
5. 54 %. 长效碳酸氢铵 (NH4 HCO3·DCD)为普兰店化肥厂生产 ,
内含 4 ‰的双氰胺. 供试作物为沈免 91 春小麦.
表 1 　供试土壤的基本农化性质
Table 1 Basic agriochemical properties of tested soil
土壤
Soil
有机质
O. M.
全 N
Total
N
全 P
Total
P
全 K
Total
K
速 N
Avail2
able N
速 P
Avail2
able P
速 K
Avail2
able K
p H 3 CEC 　
(cmol ( + )
kg - 1)
(g·kg - 1) (mg·kg - 1)
棕壤1) 18. 7 0. 93 0. 31 15. 6 14. 3 4. 74 97. 1 5. 54 20. 283 土水比为 1 ¬2. 5 , 1) Brown earth.
2. 2 　试验方法
2. 2 . 1 室内土壤培养试验 　在长、宽各 10cm、高 6cm 的塑料盒
内装土 400g ,设 6 个处理 ,3 个重复 ,保持田间持水量 (40. 3 %)
的 60 % ,在 23 ℃下培养 100d. 处理设置为 :A) 空白对照 (不施
氮) ,B)普碳对照 ,加 1g 普通碳铵 ,C)加 1g 普碳及 5mg 双氰胺 ,
D)加 1g 普碳及 10mg 双氰胺 ,E)加 1g 普碳及 20mg 双氰胺 ,F)
加 1g 长效碳铵.
2. 2 . 2 温室盆栽小麦试验 　将过 2mm 筛的混拌好肥料的棕壤
6kg 装入底部有洞的塑料盆中 ,计 5 个处理 ,8 个重复. 处理设
置为 :A)空白对照 (只加 2g 分析纯 KH2 PO4) ,B)普碳对照 (较 A
加 4g 普碳 ,其中15N 标记碳铵 2g ,下同) ,C) 普碳追施 (底施各
1g 标记和非标记碳铵 ,分蘖期追施各 1g) ,D)混拌长碳 (底施 4g
普碳和 0. 0346g 双氰胺 ,约占施氮量的 5 %) ,E)混拌长碳 (底施
4g 普碳和 0. 0692g 双氰胺 ,约占施氮量的 10 %) .
3 　结果与分析
3 . 1 　硝态氮贮量的变化
从表 2 可看出 NO -3 2N 的变化值及动态过程 ,表
应 用 生 态 学 报 　1999 年 4 月 　第 10 卷 　第 2 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr. 1999 ,10 (2)∶183～185
明添加双氰胺能明显减少硝态氮贮量 ,推迟硝态氮出
现高峰. 在加入碳铵后 ,处理 B 在 7d 内只有少量硝态
氮产生 ,在第 15 天处理 B 硝态氮贮量达到高峰. 而处
理 C、D、E、F 在第 30 天时才略有增加 ,这种微增趋势
延续到第 50 天 ,在 70d 时均达到硝态氮高峰 ,证明双
氰胺能保持硝化抑制作用 ,延迟硝态氮高峰出现 55d
左右. 根据 Amberger 的研究 ,双氰胺在土壤中的硝化
抑制作用因温度、湿度、p H 和有机质含量不同 ,平均维
持 1～3 个月[6 ] . 这是因为双氰胺在第 70 天左右已降
解完全 ,失去硝化抑制作用 ,随着铵态氮的大量释放 ,
硝化作用达到高峰而产生高浓度的硝态氮. 处理 E 自
始至终在保持较高浓度铵态氮的同时 ,硝态氮含量一
直很低 ,可能是因为过高量的双氰胺已由抑制剂变为
杀菌剂 ,即使其降解完全后活性硝化菌的数量也很难
短时间内迅速增加. 培养至第 70 天 ,处理 C、D、F 的硝
态氮含量已高过处理 B ,意味着添加双氰胺在施肥中
后期仍能为作物提供较高的硝态氮供给强度. 整个培
养期间硝态氮累积量 ,处理 C、D、E、F 较 B 分别减少
18. 8 %、33. 5 %、54. 5 %和 13. 7 % ,从而能有效降低肥
料氮施入土壤后因硝态氮积累而产生的淋失及反硝化
损失 ,提高氮肥的有效性.
3 . 2 　铵态氮贮量的变化
土壤中铵态氮贮量变化主要取决于土壤阳离子交
换量及 p H 和基质铵. 加入双氰胺后 ,在土壤中能保持
相对较高的铵态氮贮量 ,且随双氰胺添加量的增加而
增加. 这可以在表 2 数据中得到充分反映. 培养至
100d 时 ,处理 C、D、E、F 仍较处理 B 含量增加 ,最后铵
态氮累积贮量也分别增加 19. 4 %、36. 1 %、50. 4 %和
11. 0 %. 这说明双氰胺能通过其硝化抑制功能延缓碳
铵的硝化速率 ,使施入的碳铵较长时间内以铵态氮这
一易于被土壤固持的形态存在. 铵态氮是作物可以直
接吸收利用的氮素主要形态之一 ,所以添加双氰胺能
提高土壤供氮能力 ,是实现持续、高效农业中作物丰产
的有效措施.
　　从表 2 可以看出 ,7d 内各处理铵态氮贮量均显著
减少 (处理A除外) ,处理间差异也不显著 ,这一阶段
表 2 　双氰胺对土壤中 NO -3 2N和 NH+4 2N的影响
Table 2 Effect of DCD on NO -3 2N and NH+4 2Nin soil( mg·kg - 1)
处理
Treat
ment
1d
NO -3 2N NH +4 2N 7dNO -3 2N NH +4 2N 15dNO -3 2N NH +4 2N 30dNO -3 2N NH +4 2N 50dNO -3 2N NH +4 2N 70dNO -3 2N NH +4 2N 100dNO -3 2N NH +4 2N 累积AccumulationNO -3 2N NH +4 2N 增加Increnased( %)NO -3 2N NH +4 2N
A 6. 1 410 12. 0 1017 2012 2118 22. 5 2213 27. 7 2111 20. 4 1118 10. 3 811 119. 2 9918
B 12. 4 41513 49. 1 25312 122. 3 10511 135. 5 5114 121. 0 4415 151. 6 4212 125. 4 4112 717. 3 95219
C 8. 5 42410 11. 1 26617 15. 4 15710 52. 4 8510 68. 7 9213 233. 4 6813 190. 3 4413 579. 8 113716 - 18. 8 19135
D 15. 0 41613 9. 3 29214 8. 1 22718 40. 1 9814 65. 5 11419 210. 8 9213 131. 0 5414 479. 8 129710 - 33. 5 36106
E 6. 8 41418 9. 1 29511 11. 7 25819 19. 8 10116 67. 2 12914 119. 5 12616 92. 0 10717 326. 1 143411 - 54. 5 50143
F 13. 4 40711 11. 3 24213 13. 8 17212 86. 8 5815 78. 2 7312 306. 3 5816 70. 1 4710 579. 9 105819 - 19. 2 11101
几乎没有硝化作用 ,主要是氨的挥发及铵的固持 ,这可
以从土壤 p H 的变化得到反映 (表 4) . 至第 15 天由于
硝化作用的影响 ,处理 B 的铵态氮贮量锐减 ,处理 C、
D、E、F 也因氨挥发及铵固持都有不同程度的降低 ,因
而同时期硝态氮没有明显增加. 至第 30 天各处理铵态
氮均明显减少 ,主要由硝化作用引起. 而手工添加双氰
胺的处理 C、D、E 因较强硝化抑制作用仍保持较高浓
度的铵态氮. 工业生产的长效碳铵未表现出对氮的抑
制.至第 50 天铵态氮贮量在 C、D、E、F 都有一定程度
的反弹 ,这是因为被土壤固持铵的释放速率大于其被
硝化的速率 ,从而证明硝化抑制剂增加土壤中非交换
性固定态铵的量[5 ] . 至第 100 天除 E 处理外 ,各处理
间铵态氮贮量已无显著差异.
3 . 3 　土壤无机态氮贮量
土壤无机态氮贮量通称土壤有效氮或速效氮 ,从
化学形态上包括铵态氮、硝态氮和亚硝态氮. 因亚硝化
作用和硝化作用是两个相互伴随发生的过程 ,通常亚
硝态氮含量很低 ,故本试验将其略去[3 ,4 ] . 土壤无机氮
是植物可直接吸收利用的氮 ,其贮量多少直接影响作
物的产量. 因此 ,生产上常将土壤中无机氮贮量测定的
数据作为指导科学施肥的依据.
由表 3 可以看出 ,无机氮贮量随铵态氮的消长而
消长. 在培养结束时 ,处理 C、D、E 的无机态氮贮量较
B 为多 ,其累积贮量较 B 也有一定程度的增加. 这说明
双氰胺在增加铵贮量、抑制硝化的同时 ,还能增加土壤
无机氮的贮量 ,能在氮肥施入后较长时间内维持均匀
较高的可利用氮供应强度 ,并能调节氮素供应形态. 据
此 ,根据作物的需肥特性及土壤性质 ,施用添加不同剂
量双氰胺的碳铵或长效碳铵能满足作物整个生长期内
的需肥 ,省去追肥.
3 . 4 　土壤 p H 值的动态变化
碳铵一经施入土壤就可能在土壤溶液中解离生成
铵离子和重碳酸根离子 ,并可能在施肥点周围继续分
解形成氨和 CO2 ,而 CO2 的溶解度小于氨 ,所以有使
土壤 p H 增高的趋势 ;但随着硝化作用的进行 ,土壤
p H又有下降的趋势 . 本试验结果表明添加双氰胺能
481 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
表 3 　双氰胺对土壤中 NH+4 2N+ NO -3 2N的影响
Table 3 Effect of DCD on NH+4 2N+ NO -3 2N in soil ( mg·kg - 1)
处理
Treatment
天数　Days
1 7 15 30 50 70 100
累　积
Accumulation
增　加
Increased( %)
A 10. 1 22. 7 42. 0 44. 8 48. 8 32. 2 18. 4 219. 0
B 427. 7 302. 3 227. 4 186. 9 165. 5 193. 8 166. 6 1670. 2
C 432. 5 277. 8 172. 4 137. 4 161. 0 301. 7 234. 6 1717. 4 2. 96
D 431. 3 301. 7 235. 9 138. 5 180. 4 303. 6 185. 4 1776. 8 6. 20
E 421. 6 304. 2 270. 6 121. 4 196. 6 246. 1 199. 7 1760. 2 5. 36
F 420. 5 253. 6 186. 0 145. 3 151. 4 364. 9 117. 1 1638. 8 - 1. 90
表 4 　双氰胺对土壤 pH值动态变化的影响
Table 4 Effect of DCD on dynamics of soil pH
处理
Treatment
天数　Days
1 2 3 4 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 60 70 100
A 5. 77 5. 91 5. 78 5. 86 5. 84 5. 70 5. 69 5. 71 5. 60 5. 72 5. 64 5. 56 5. 65 5. 61 5. 64 5. 71 5. 65
B 7. 64 8. 05 8. 25 8. 03 8. 02 7. 57 7. 41 6. 73 6. 17 6. 10 5. 40 5. 12 5. 18 5. 14 5. 04 4. 97 4. 87
C 7. 30 7. 89 8. 01 7. 67 7. 70 7. 75 7. 35 7. 11 7. 08 6. 93 7. 19 6. 83 6. 75 6. 92 5. 46 5. 21 5. 02
D 7. 21 7. 69 7. 92 7. 56 7. 37 7. 58 7. 45 7. 28 7. 23 7. 18 7. 24 7. 05 6. 89 6. 93 5. 73 5. 32 5. 01
F 7. 32 7. 91 7. 97 7. 70 7. 63 7. 73 7. 37 7. 15 7. 01 6. 97 7. 00 6. 72 6. 37 6. 24 5. 19 5. 00 4. 99
减弱土壤 p H 的升高及下降强度 (表 4) . 各处理在第 3
天都达到了最高 p H ,而以处理 B 的最高 ,这种高 p H
状态维持到第 10 天以后开始明显下降. 此期间是氨挥
发较强烈的阶段 ,双氰胺明显抑制 p H 增高幅度 ,p H
升高能显著提高氨挥发损失量 ,也是氨挥发量增加的
标志[5 ,7 ] . 所以 ,从此种意义上讲双氰胺有减少氨挥发
的功能 ,也就消除了有关硝化抑制剂可能增加氨挥发
的顾虑. 此后硝化作用使土壤 p H 逐渐降低 ,双氰胺的
硝化抑制作用又减缓了这种下降过程 ,即减弱了酸化
强度. 维持土壤较高 p H 值有利于提高硝化细菌的活
性 ,进而避免亚硝态氮的积累.
综合双氰胺对土壤铵态氮、硝态氮、无机氮贮量及
p H 等的影响 ,可知双氰胺对碳铵氮在土壤中转化的影
响可分为 3 个主要时期 :在前 10d 左右为氨挥发抑制
期 ,几乎没有硝化作用 ,故此间伴随大量铵的固持 ,氨
挥发损失较多 ,而双氰胺抑制 p H 升高 ,有减少氨态氮
损失的作用 ;10～30d 进入硝化抑制时期 ,双氰胺又能
使土壤胶体及溶液中保持较高浓度的铵态氮和较低浓
度的硝态氮 ,可降低硝态氮的淋失及反硝化损失 ,同时
保持适宜的 p H 值. 这个时期是双氰胺的直接作用期 ,
这种直接作用的延续期及效果受土壤性质、碳铵和双
氰胺添加量及温度、湿度等影响. 30d 后随着土壤中铵
态氮浓度的反弹、硝态氮的急剧增加和 p H 值骤降 ,进
入铵态氮释放期. 抑制期抑制作用越强 ,固持的氮素越
多 ,释放期释放的氮也相应增加. 就作用性质而言 ,双
氰胺对铵固持和释放的影响属间接作用 ,这种氮素中
后期的释放 ,大大改善了土壤供氮状况 ,且适应于作物
生长中期和后期对氮较多的需求 ,因此从农业角度看 ,
这一时期似乎更具增产意义.
3 . 5 　双氰胺对硝化细菌的影响
国内外研究表明 ,双氰胺具有专性亚硝化抑制作
用 ,特别是对欧洲亚硝化毛杆菌属. 这种影响可能是由
双氰胺的 C ≡N 基与亚硝化菌呼吸酶的巯基或重金属
基团反应所致[6 ] . 本试验采集处理 B、C、D、E 和 F 第
50 天时的土样做细菌培养 ,发现双氰胺能抑制亚硝化
细菌的活性 ,含双氰胺各处理较 B 活性菌数减少一个
数量级 ,抑制 21 %～90 %左右的亚硝化菌的活性 ,而
对硝化细菌几乎无抑制作用 ,其数量级均为 104 ,只有
处理 E 因双氰胺含量过高而抑制了硝化菌的活性 (表
5) . 这一方面验证了前人关于双氰胺亚硝化专性抑制
作用 ,同时测出了供试棕壤亚硝化及硝化菌数量级 ,随
双氰胺添加量增多 ,硝化抑制作用亦强 ,且双氰胺硝化
抑制作用可延长到 50d 以上.
表 5 　双氰胺对土壤中硝化细菌活性的影响
Table 5 Effect of DCD on nitrifying bacteria activity in soil( ×103ind·g - 1DW)
处理 Treatmont
B C D E F
亚硝酸菌 Nitrite bacteria 140 75 45 15 110
硝酸菌 Nitrate bacteria 20 20 20 9. 5 20
参考文献
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2 　D. C. Whitehead 等. 1992. 土壤表施 5 种氮化合物的氨挥发. 土壤学
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hibitor and future outlook. Com m u. Soil Sci . Plant A nal . , 20
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7 　Avnimelech , Y. et al . 1977. Ammonia volatilization from soils : Equi2
librium considerations. Soil Sci . Soc. A m . J . ,41 :1080～1084.
作者简介 　高照聪 ,男 ,25 岁 ,硕士 ,工程师 ,主要从事土壤生态
研究 ,发表论文多篇.
5812 期 　　　　　　　　　　　　　　商照聪等 :双氰胺对碳酸氢铵在土壤中氮素转化的影响