全 文 ：稻田脲酶抑制剂对15N2尿素
去向的影响
陈　苇　卢婉芳
(中国水稻研究所　杭州　310006)
此文于 1996 年 1 月 6 日收到。
本文属中国科学院南京土壤研究所土壤圈开放实验室自然科学基金的研究项目。
尿素施入稻田后迅速水解成 N H +4 ,两天后水层 HN +4 2N 含量即达峰值 ,混施脲
酶抑制剂后 ,峰值可推迟 1 天 ,峰高降低。15N 示踪试验表明 : PPD 和 NBPT 两种抑
制剂能明显促进水稻对氮素的吸收 ,亦提高水稻对尿素氮的利用率 ,减少损失率 ,并
在一定程度上具有增产效果 ,尤其是在高氮水平下 ,效果更为明显 ,而 HQ 则较差。
稻草的施用对水稻生长有一定的影响 ,降低了水稻对肥料氮素的吸收 ,但能提高肥料
氮素在土壤中的残留量。
关键词 :水稻 　尿素 　脲酶抑制剂 　15N 示踪 　稻草
前 　　　言
尿素施入稻田后 ,在土壤脲酶的作用下迅速转化为 (N H4) 2CO2 ,其转化速率受土壤脲酶
活性的影响。一般来说 ,有机质较高的土壤 ,往往其脲酶活性也较强 ,但也与土壤有机质的组
成有一定的关系。水层中 N H +4 2N 浓度的增加会引起 p H 值的快速上升 ,从而促使稻田氨挥
发损失 ,降低氮肥利用率。一般稻田尿素的氮肥利用率仅为 25 %～40 %[1 ] ,因此 ,如何提高稻
田尿素的氮肥利用率已成为许多研究人员非常关心的问题 ,其中通过施用脲酶抑制剂来缓解
尿素的水解速率是一种较为简便有效的方法[2 ] ,其抑制机理主要是堵塞了土壤脲酶对尿素水
解的活性位置 ,以降低尿素水解速率和稻田水层中的 N H +4 含量[3 ] ,协调水稻氮素吸收与土壤
供氮能力 ,促进稻株对肥料氮素的吸收 ,提高尿素的氮肥利用率[4 ,7 ] ,最终降低稻田的氨挥发
损失和减少氨挥发对环境的污染。PPD 和 NBPT 是较为有效的两种脲酶抑制剂 ,能明显地延
缓尿素的分解和降低稻田水层中的 N H +4 2N 含量 ,阻止水层过高的 p H 值产生[8 ] 。但脲酶抑
制剂的效果受到许多因素的影响 ,如 :抑制剂用量、土壤理化性质、温度、有机肥和施肥量等。
作为脲酶抑制剂一般需具备以下条件 :高效 ,施用量应低于尿素用量的 2 % ;低毒 ,不易在土壤
中产生残留 ;低价。本试验选用了 3 种脲酶抑制剂进行田间和盆栽试验 ,深入研究它们对水稻
生长和肥料氮素平衡的影响。
材 料 与 方 法
试验材料 　脲酶抑制剂为 PPD (苯基磷酸二酰胺) 、NBPT (N2丁基硫代磷酸三亚胺) 、HQ
151　核 农 学 报　1997 ,11 (3) :151～156Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
(氢醌) 。15 N 2尿素 ,丰度为 10111 %。田间试验供试土壤为青紫泥水稻土 ,其土壤有机碳
2412g·kg - 1 ,全 N 2159g·kg - 1 ;p H619 ;质地属粘壤。盆栽试验供试土壤为浙江衢县红壤水稻
土 ,其有机碳 11146g·kg - 1 ;全 N113g·kg - 1 ;p H611 ;质地属中壤。供试稻种为早籼中 156。
试验方法 　11 脲酶抑制剂的田间试验 :试验在中国水稻研究所试验区进行。共设置 5 个
处理 ,即 : PPD、NBPT、HQ、NU I(无脲酶抑制剂)和 CK(无抑制剂、无氮肥) ,小区面积 21m2 ,随
机区组排列 ,4 次重复 ,5 月 11 日移栽。各处理施氮量均为 120kg·ha - 1 ,氯化钾 150kg·ha - 1 ,
过磷酸钙 375kg·ha - 1 ,P、K 均作基肥施用。以尿素作为氮源 ,1/ 3 作基肥 ,2/ 3 在移栽后 10 天
1 次追施。脲酶抑制剂按尿素追肥量的 1 %混合施用 ,即 2161kg·ha - 1 。追肥后 1、2、3、4、5、7
和 14 天分别采集稻田水层样 ,测定其尿素氮和铵态氮含量。
21 脲酶抑制剂15N2 尿素盆栽试验 :试验在中国水稻研究所网室进行。采用直径 20cm、高
20cm 的塑料桶 ,各处理均准确加入过 2mm 筛的浙江衢县红壤风干土 4kg。每盆分别施入
P2O5 、K2O 75 和 100mg·kg - 1 ,各盆均以 15N2尿素 (丰度为 10111 %) 作氮源 ,基追肥比例 1∶1 ,
移栽后 10 天追施氮肥 ,基追肥中脲酶抑制剂施用量均为尿素用量的 115 %。5 月 11 日移栽 ,
秧龄 31 天 ,每盆 3 穴 ,每穴 3 本 ,7 月 29 日收获。收获后分别测定稻草、谷粒和土壤中的氮素
含量和 15N 丰度值。试验重复 4 次 ,随机排列。
(1)稻草与脲酶抑制剂对水稻氮素平衡的影响 :试验设置 PPD、NBPT、HQ、NU I 和 CK5
个主处理 ,副处理为无稻草和施稻草。总施氮量为每公斤风干土 100mgN ,稻草作基肥与土壤
混匀 ,其施用量为风干土重的 0115 %。(2)施氮水平对脲酶抑制剂效果的影响 :试验设置 4 个
氮素水平作为主处理 ,总施氮量分别为 :50 (N1) 、100 (N2) 、150 (N3) 和 200mgN·kg - 1土 (N4) ;
设 PPD、NBPT、HQ 和 NU I 为 4 个脲酶抑制剂副处理。
测试方法 　尿态氮采用比色法 (Mulvaney 和 Bremner ,1979) ;铵态氮采用靛酚蓝比色法 ;
土壤和植株全氮采用瑞典 Tecator 1030 凯氏自动定氮仪测定 ;肥料、土壤和植株15N 丰度值采
用德国 Finnigan MA T Detlta E 型同位素质谱计测定。
结 果 与 讨 论
(一)脲酶抑制剂对尿素水解的抑制作用
稻田水层中 N H +4 2N 含量的高低对氨挥发损失有直接影响。稻田追施尿素后 ,尿素迅速
分解成 (N H4) 2CO2 ,1 周后水层中几乎检测不出 (N H2) 2CO2N 的存在 (表 1) ,而水层 N H +4 2N
含量逐日上升 ,2～3 天后即达到峰值 ,随后慢慢下降 ,2 周后与 CK 处理已无差别。脲酶抑制
剂对水层中 N H +4 2N 含量的影响非常大 ,无抑制剂 NU I 处理追肥后 2 天即达到 17150μgN·
ml - 1的最高值 ,而施用脲酶抑制剂可使峰值推迟 1 天出现 ,而且峰值高度也显著降低 ,平均只
有 12182μgN·ml - 1 。从水层 (N H2) 2CO2N 的含量来看 ,施入抑制剂后各日水层 (N H2) 2CO2N
含量明显高于 UN I 处理 ,前 3 天表现尤为突出。PPD 能更有效地降低尿素的水解速率和水层
N H +4 2N 含量 ,而 HQ 对抑制尿素水解和降低水层 N H +4 2N 含量的效果较差。
(二)稻草对脲酶抑制效果的影响
稻草施入稻田后 ,在分解过程中需要吸收部分肥料氮素 ,在不增加施氮量情况下 ,植株长
势往往偏弱。从表 2 可以看出 :施用稻草处理的地上部生物量平均比无稻草处理的 4919g·盆 - 1
251 核　农　学　报 11 卷
表 1 　脲酶抑制剂对稻田水层尿态氮和铵态氮浓度的影响
Table 1 　Effect of urease inhibitors on concentration of (NH2) 2CO2N and NH +4 2N in paddy water (μgN·ml - 1)
处理
Treatment
追肥后天数
Days after top dressing
1 2 3 4 5 7 10 14
NH +4 2N
PPD 0176 2130 10103 10100 6114 2100 1150 0164
NBPT 6193 12120 12185 10141 9164 2143 2105 0150
HQ 9175 13193 15158 9161 5158 3103 0190 0136
NU I 7127 17150 13188 10124 7105 2189 1153 0151
CK 0152 0156 0170 0175 0153 0135 0136 0138
(NH2) 2CO2N
PPD 90160 31125 12195 4183 1134 0151 0100
NBPT 82106 25114 11151 4125 1169 0152 0100
HQ 51188 14122 7107 2156 1101 0100
NU I 53171 12145 7111 2153 0164 0100
低 1814 % ,谷粒产量平均低 2517 % ,但各抑制剂处理之间的差异较大 ,施用 PPD 或 NBPT
后 ,一定程度上能改善稻草对水稻生长的不利影响。同样 ,水稻对氮素的吸收也明显地受到稻
草的影响 (表 3) ,无稻草各处理的植株中 ,平均氮素累积量和肥料氮素吸收量 (除 CK) 每盆分
别达 59610 和 20318mgN ,而施入稻草后平均只有 49218 和 13718mgN ,分别下降了 1713 %和
3214 %。脲酶抑制剂的施用大大地提高了水稻氮素累积量和对肥料氮素的吸收量 ,同时也有
利于植株氮素向谷粒中的转运。其中 PPD 处理植株中的平均氮素累积量、肥料氮吸收量和谷
粒氮素转运率均为最高 ,比 NU I 处理分别提高 3112 %、3616 %和 1919 %。
表 2 　等氮条件下脲酶抑制剂对水稻农艺性状的影响
Table 2 　Effect of urease inhibitors on agronomic characteristics of rice at the same level of urea2N
处理
Treatment
谷粒产量
Grain weight (g·pot - 1)
地上部生物量
Shoot biomass(g·pot - 1)
谷草比
Grain/ straw (w/ w)
无稻草
No straw applied
施稻草
Straw applied
无稻草
No straw applied
施稻草
Straw applied
无稻草
No straw applied
施稻草
Straw applied
PPD 3417 3214 6313 5818 1121 1123
NBPT 3016 3511 5814 6011 1110 1141
HQ 2916 1411 5512 3611 1116 0164
NU I 2616 1012 5210 2916 1105 0153
CK 719 414 2018 1911 0162 0130
氮肥施入土壤后 ,部分被水稻植株吸收利用 ,而大部分残留于土壤成为后茬可利用的氮 ,
以及以氨挥发、反硝化作用回归大气造成损失 ,即构成了肥料氮素的 3 个去向。稻草和脲酶抑
制剂的施用很大程度上影响了氮素的去向[5 ,6 ] 。NU I 处理施入稻草后 ,15 N2尿素利用率显著
下降 ,而损失率明显上升 ,分别为 24124 %和 4617 % (图 1) ,而不施稻草的15 N2尿素利用率达
4114 % ,损失率仅为 4118 %。但施稻草对提高肥料氮素在土壤中的残留有一定的作用 ,其残
留率高达 2911 % ,比不施稻草高出 1119 个百分点。不施稻草情况下 ,脲酶抑制剂能显著提高
15 N 利用率 ,降低15N 损失率 ,利用率比 NU I 提高了 417～1811 个百分点 ,而损失率降低了 419
～2218 个百分点 ,同时 ,土壤残留率也略有提高。尽管施用稻草后各抑制剂处理的利用率有所
351　3 期 稻田脲酶抑制剂对15N2尿素去向的影响
下降 ,损失率有所上升 ,但一定程度上抵销了稻草带来的负效应。其中 PPD 的增效作用最强。
表 3 　等氮条件下脲酶抑制剂对水稻氮素吸收的影响
Table 3 　Effect of urease inhibitors on N absorption of rice plants at the same level of urea2N
处理
Treatment
氮素累积量
Total uptake of N in plant
(mgN·pot - 1)
谷粒氮/ 总吸氮
Grain N/ total N
(w/ w)
肥料 N 吸收量
Uptake of fertilizer N
(mgN·pot - 1)
无稻草
No straw applied
施稻草
Straw applied
无稻草
No straw applied
施稻草
Straw applied
无稻草
No straw applied
施稻草
Straw applied
PPD 780 696 0169 0167 238 177
NBPT 707 710 0166 0171 227 175
HQ 620 459 0167 0151 184 102
NU I 594 421 0163 0146 166 97
CK 234 178 0138 0131 / /
图 1 　脲酶抑制剂对15N2尿素去向的影响
Fig. 1 　Effect of urease inhibtiors
on fate of 15N2urea
(三)脲酶抑制剂在不同施肥水平下的抑制效果
氮肥的施用量不仅对水稻生长起着极其重要的作用 ,而且对肥料氮素的去向也有重要的
影响。施氮量从 N1 (50mgN·kg - 1土)增至 N3 (150mgN·kg - 1土) 水平时 (表 4) ,水稻的谷粒产
量、地上部生物量、氮素累积量和谷粒氮素转运率均逐渐增加 ,分别平均从 1812g·盆 - 1 、
4117g·盆 - 1 、494mgN·盆 - 1和 57 %升至 3711g·盆 - 1 、6918g·盆 - 1 、945mgN·盆 - 1和 69 % ,并达
到最高值 ,而过量的氮施入开始造成下降。但是水稻吸收肥料氮素则是随着施氮量的增加而
增加 ,由 N1平均每盆的 115mgN 升至 N4的 337mgN。
从肥料氮素去向来看 (表 5) ,15N 利用率与施氮量呈反比 ,随着施氮量的增加而降低 ,平均
从 N1的 5716 %降至 N4的 4211 % ;而15N 损失率则与施氮量成正比 ,从 N1的 2017 %升至 N4
的 3910 % ;土壤15N 残留率受施氮量的影响较小 ,徘徊于 20 %上下。
脲酶抑制剂的施用对水稻的生长影响极大。在低氮 (N1) 条件下 ,施用脲酶抑制剂降低了
土壤对水稻的供氮速率 ,影响了水稻对肥料氮素的吸收 ,明显表现出水稻生长受到抑制 (表
4) ,随着施氮量的增加 ,脲酶抑制剂的负效应很快消失 ,而其增效作用逐渐体现出来 ,表现出提
高水稻氮素累积量和地上部生物量 ,促进水稻对肥料氮素的吸收 ,并增加谷粒产量。尤其是在
高氮 (N4) 、NU I 处理已发生严重毒害情况下 ,脲酶抑制剂的效果更佳 ,能在很大程度上缓解高
氮对水稻植株的毒害 ,基本维持水稻正常生长。在不同的施氮量下 ,抑制剂对肥料氮素去向的
451 核　农　学　报 11 卷
表 4 　不同施肥量下脲酶抑制剂对农艺性状和氮素吸收的影响
Table 4 　Effect of urease inhititors on agronomic chacracteristic and absorption
of N in rice plants at diffenent level of urea
处理
Treatment
脲酶抑制剂
Urease
inhibitor
谷粒产量
Grain weight
(g·pot - 1)
地上部生物量
Shoot biomass
(g·pot - 1)
氮素累积量
Total uptake of N
in plant
(mgN·pot - 1)
谷粒氮/ 总吸氮
Grain N/ total N
肥料 N 吸收量
Uptake of
fertilizer N
(mgN·pot - 1)
PPD 1214 3610 427 0146 115
N1 NBPT 1210 3414 443 0146 114
HQ 2413 4813 537 0168 116
NU I 2410 4812 567 0167 116
PPD 3417 6313 780 0169 238
N2 NBPT 3016 5814 707 0166 227
HQ 2916 5512 620 0167 185
NU I 2616 5210 594 0163 166
PPD 4113 7319 950 0172 319
N3 NBPT 3618 6717 1049 0169 324
HQ 3613 6916 963 0168 256
NU I 3411 6718 817 0165 239
PPD 2119 5017 866 0155 384
N4 NBPT 1916 4416 923 0141 390
HQ 816 2418 621 0132 305
NU I 312 1516 340 0123 269
表 5 　不同施肥量下脲酶抑制剂对15 N2尿素去向的影响
Table 5 　Effect of urease inhibitors on 15N2urea fate at diffenent level of urea
处理
Treatment
脲酶抑制剂
Urease inhibitor
15N 利用率
15N utilization efficiency( %)
15N 残留率
15N residue ( %)
15N 损失率
15N lose ( %)
PPD 5716 2215 1919
N1 NBPT 5619 2315 1916
HQ 5812 2015 2113
NU I 5717 2015 2118
PPD 5915 2115 1910
N2 NBPT 5617 2016 2217
HQ 4611 1710 3619
NU I 4114 1711 4115
PPD 5312 2015 2613
N3 NBPT 5411 1915 2614
HQ 4217 1812 3911
NU I 3919 1715 4216
PPD 4810 2010 3210
N4 NBPT 4817 1915 3118
HQ 3811 1813 4316
NU I 3316 1810 4814
551　3 期 稻田脲酶抑制剂对15N2尿素去向的影响
影响也有所不同 ,低氮 (N1)条件下各处理的氮素去向几乎无差异 ,随着施氮量的增加 ,添加抑
制剂能提高肥料15N 利用率和降低15N 损失率 (表 5) ,15N 利用率从 NU I 的平均 43125 %提高
至 4613 %～5416 % ,15N 损失率从 NU I 的 3816 %下降至 3512 %～2413 %。
综上所述 ,在中高氮施肥水平下 ,脲酶抑制剂不仅对改善水稻生长、提高氮肥利用率和降
低氮肥损失率以及提高水稻谷粒产量具有很好的作用 ,而且在一定程度上对减少稻田氨挥发
引起的环境污染等也具有一定的效果 ,其中以 PPD 和 NBPT 的效果较佳。但在低氮施肥水
平下施用 PPD 和 NBPT 脲酶抑制剂 ,虽然降低了尿素的水解速率 ,但同时也降低了土壤的供
氮水平 ,难以完全满足水稻对氮的需求 ,反而不利于水稻的生长 ,最终造成减产。
参 考 文 献
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lated oxidized and reduced soils. Soil Sci Plant Anal ,1989 ,20 (7～8) :775～778
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1988 ,52 (3) :856～861
EFFECT OF PADDY UREASE INHIBITORS
ON FATE OF 15 N2UREA
Chen Wei 　Lu Wanfang
( China National Rice Research Instit ute , Hangz hou 　310006)
ABSTRACT
Urea applied to the paddy f ield rapidly released ammonium( NH+4 ) through hydrolysis. The
released NH+4 2N usually reached to a maximum value 2 days after the application. The maximum
value was found to be lower and delay 1 day when a mixture of urea and urease inhibitors was
applied. Based on 15 N tracing in the urea , it was found that the t wo urease inhibitors ,
phenylphosphordiamidate( PPD) and N2( N2buty1) thiophosphoric triamide ( NBPT) , could en2
hance the eff iciency of urea util ization by rice plants due to more absorption and also stimulated
rice growth. The grain yields were higher in the treatments applied with the mixture containing
PPD or NBPT, esspecially at high N level , than that in the treatment applied with urea only.
However ,the urea inhibitor , hydropquinone( HQ) , had far less effect than PPD and NBPT in
the experiment. The application of rice stra w was found to reduce the urea2N absorption by rice
plants but increase its residue in the soil .
Key words :Rice ,urea ,urease inhibitor ,t racing , 15N ,rice st raw
651 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1997 ,11 (3) :151～156