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文章编号 :100028551 (2002) 0220109206
植物性脲酶抑制剂对作物营养
和土壤特性的影响
王正银　徐卫红　黄　云　袁吕江　贾中原　周　军　丁淑英
(西南农业大学 ,重庆　400716)
摘要 :采用15N2尿素进行盆栽试验 ,研究了 4 种植物材料 ( P1 、P2 、P3 、P4 ) 作脲酶抑制剂
对高粱和水稻营养效应及土壤特性的影响。结果表明 ,4 种植物性脲酶抑制剂对水
稻和 P1 对高粱生长、地上部干重有明显的提高作用 ,且植株叶绿素 aΠb 值变幅小。
植物性脲酶抑制剂 (除 P3 外) 提高水稻叶片氨基酸含量 1219 %～2511 %和植株氮素
利用率 512 %～717 % ,亦促进高粱植株对氮素的利用。4 种植物性脲酶抑制剂提高
两种作物氮素表观利用率 413 %～1912 %和水稻磷、钾吸收量 ,而对高粱磷、钾吸收有
降低作用。植物性脲酶抑制剂能提高两种作物的土壤碱解氮含量。淹水条件下植物
性脲酶抑制剂持续作用时间相对较短 ,水稻生长 36d ,土壤脲酶活性变化不大 ;高粱
生长 48d ,土壤脲酶活性降低 1015 %～1813 %。
关键词 :植物性脲酶抑制剂 ;高粱 ;水稻 ;营养效应 ;土壤特性
收稿日期 :2000208228
基金项目 :中国科学院南京土壤研究所土壤圈物质循环开放研究实验室基金项目和重庆市科委资助项目
作者简介 :王正银 (1953～) ,男 ,四川剑阁人 ,硕士 ,西南农业大学资源环境学院植物营养学教授 ,主要从事施肥处理与
技术、植物营养与品质等研究
近几十年来的研究证实 ,脲酶抑制剂可减缓尿素水解和氨的挥发 ,并提高氮素利用
率[1～5 ] 。其中 ,高效、廉价、无毒害、无污染的脲酶抑制剂是近年来研究的重要方向。本试验在
前期研究基础上 ,用对土壤脲酶有较强抑制剂作用的 4 种植物材料 ,通过15 N2尿素盆栽试验研
究其对高粱、水稻营养和土壤特性的影响 ,以期为大田应用提供科学依据。
1 　材料与方法
111 　供试材料
供试土壤为中性紫色土 ,土壤有机质和全氮含量分别为 1014 和 0184gΠkg ,有效氮、磷、钾
分别为 10819、2217 和 11710mgΠkg ,CEC 38107c mol ( + )Πkg ,脲酶活性 13169mg NH32NΠkg·24h ,
pH615 ;供试作物为高粱 (泸杂 4 号)和水稻 (岗优多系杂种 1 代) ;用作脲酶抑制剂的 4 种植物
材料代号分别为 P1 、P2 、P3 和 P4 。
112 　试验方法
盆栽试验在西南农业大学玻璃温室内进行。用无孔白瓷盆钵 (14cm ×8cm) ,高粱试验每
901核 农 学 报　2002 ,16 (2) :109～114
Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
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盆装风干土 800g ,水稻试验每盆装风干土 600g。试验设 CK1 ( PK) 、CK2 (NPK肥) 、NPK肥基础
上分别加入 HQ、P1 、P2 、P3 、P4 ,共 7 个处理。氮肥为15 N2尿素 (丰度为 11159 %) ,两种作物施氮
量均为 120mgNΠ盆 ;磷、钾肥分别为 KH2 PO4 (分析纯) 和 K2 SO4 (分析纯) ,高粱试验每盆施用
64mgP2O5 和 96mgK2O ,水稻试验每盆施 48mgP2O5 和 72mgK2O ;植物性脲酶抑制剂用量为每盆
018g ,HQ 用量每盆 010625mg(溶解后施用) ,各抑制剂与氮肥混合 ,再与磷、钾肥和土壤混匀 ,一
次基施 ,生长期间不再追肥。试验设 4 次重复 ,随机排列。
将高粱种子在 28 ℃恒温下催芽 2d ,每盆播入 8 粒发芽一致的种子 ,待长至 2 叶时定苗 5
株。生长期间适时浇水保持土壤湿润 ,水稻种子在 28 ℃恒温催芽 ,培养至幼苗 2 叶时移栽 ,每
盆植 5 株。每天定时加水 ,保持 2～4cm 水层。在两种作物表现出明显缺氮时 (高粱生长 48d ,
水稻生长 38d) 收获 ,测定植株高度、地上部和根系重、叶片叶绿素和氨基酸含量。植株样品在
80 ℃下杀酶 5min ,65 ℃下烘干、称重 ,样品磨细过 015mm 筛 ,取样测定植株氮、磷、钾含量 ,并取
样测定15N。将盆钵中土壤混合后取样 ,风干磨细过 1mm 筛 ,测定土壤碱解氮和脲酶活性。
113 　测定方法
土壤基本理化性状和植物 N、P、K含量均采用常规分析方法测定[6 ] ,土壤脲酶活性用关松
荫的方法测定[7 ] ,植株氨基酸用茚三酮法、叶绿素用分光光度法测定[8 ] ,植株15 N 用质谱法由中
国科学院南京土壤研究所土壤与环境测试中心测定。
2 　结果与讨论
211 　植物性脲酶抑制剂对高粱和水稻生长的影响
21111 　株高 　除植物性脲酶抑制剂 P1 使高粱株高增高 318cm 外 ,其余各处理对高粱和水稻
株高均无明显影响 ,表明 4 种植物性脲酶抑制剂对作物株高无不良影响 (表 1) 。
表 1 　脲酶抑制剂对作物株高的影响
Table 1 　Influence of urease inhibitor on the height of plant (cm)
处理 treatment CK1 CK2 HQ P1 P2 P3 P4
高粱 sorghum(48d) 5314 6310 6313 6618 6315 6218 6314
水稻 rice (38d) 3913 4915 4919 5018 5017 5010 4916
21112 　生物量 　在高粱试验中 ,脲酶抑制剂 HQ 和 P1 处理的植株地上部干重较 CK2 明显提
高 ,并以 HQ 处理增量达显著 ,P1 和 P4 显著提高高粱根系重 ,但 P2 、P3 、P4 却显著降低高粱地上
部干重 ,P2 还降低根系重。可见 ,4 种植物材料仅 P1 对旱作高粱生长表现为正效应 ,是一种理
想的脲酶抑制剂。4 种植物材料对水稻均显著和极显著提高地上部和根系干重 ,其增量相当
于或优于 HQ ,并以 P1 对地上部重、P4 对根系重的增加作用量突出 ,明显优于 HQ 处理 ,表明供
试植物性脲酶抑制剂宜用于水稻土壤。植物性脲酶抑制剂对两种作物生物量的影响不一致 ,
这与用化学脲酶抑制剂的研究结果相似[9～11 ] ,说明作物种类、环境条件等也是影响植物性脲酶
抑制剂生物效应的重要因素 (表 2) 。
212 　植物性脲酶抑制剂对作物叶绿素和水稻氨基酸含量的效应
011 核　农　学　报 16 卷
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表 2 　不同处理作物生物量比较
Table 2 　Comparison of crop biomass
in different treatments (gΠpot)
处理
treatment
高粱 sorghum
地上部
above2ground parts 根系roots 水稻 rice地上部above2ground parts 根系roots
CK1 3191d 1162c 1198c 1173d
CK2 7110b 2122ab 4163b 2120c
HQ 7170a 2108b 4190ab 2124c
P1 7133ab 2144a 5117a 2142ab
P2 6153c 1185c 5100a 2153b
P3 6123c 2113b 4190ab 2170b
P4 6148c 2148a 4196ab 3103a21211 　叶绿素 　叶绿素是重要的光合色素 ,施用脲酶抑制剂的 5 个处理均较 CK2 使高粱叶片叶绿素a、b 和 总 量 大 幅 度 ( 2115 % ～8216 %) 提高 ,而叶 aΠ叶 b 值仅 HQ和 P1 处理高于 CK2 ,其余处理明显下降 ,这一变化特点与高粱地上部干重变化趋势一致 (表 2) ,二者间呈极显著正相关 (r = 01932 3 3 ) 。业已清楚 ,叶 aΠ叶 b 值越高 ,则意味着叶绿素吸收 660～700mm 波长光的
能力越强 ,越有利于 PSI的作用[12 ] ,
从而促进植株正常生长。与高粱不同 ,除 HQ 处理使水稻叶绿素 a、b 和总量提高外 ,施用植物
性脲酶抑制剂各处理的叶绿素保持不变或略有降低 ,但其叶 aΠ叶 b 值却与 CK2 无明显差异 ,而
这些处理的植株干重明显高于 CK2 。由此认为 ,植株性脲酶抑制剂对淹水条件下尿素分解的
延缓作用 ,使水稻氮素营养协调 ,并提高植株干重 ,不影响叶绿素的组分。
21212 　氨基酸 　水稻叶片氨基酸含量 ,除施用 P3 者较 CK2 降低 518 % ,其余植物性脲酶抑制
剂均明显提高叶片氨基酸含量 (1219 %～2511 %) 。通常土壤中的氮素经作物根系吸收同化后
以氨基酸和酰胺的形式运输 ,植株组织中氨基酸的含量往往反映根系生理活性及植株氮代谢
强弱[13 ] 。因此 ,植物性脲酶抑制剂 P1 、P2 和 P4 以及化学脲酶抑制剂 HQ 对水稻氮素吸收和同
化均有良好作用 ,并以前者优于后者。
表 3 　脲酶抑制剂对作物叶绿素和水稻氨基酸的影响
Table 3 　Influence of urease inhibitor on the chlorophyll of crops and
the content of amino acid in rice plant
处理
treatment
高粱 sorghum
叶绿素 b
chl . b
(mgΠg) 叶绿素 achl . a(mgΠg) 叶 aΠ叶 bchl . aΠchl . b 叶绿素总量total chl .(mgΠg) 水稻 rice叶绿素 achl . a(mgΠg) 叶绿素 bchl . b(mgΠg) 叶 aΠ叶 bchl . aΠchl . b 叶绿素总量total chl .(mgΠg) 氨基酸amino acid(mgΠkg)
CK1 01526 01657 0180 11183 01754 01631 1120 11385 23316
CK2 01608 01516 1118 11124 01865 01702 1123 11567 33112
HQ 01624 01463 1135 11087 01936 01772 1121 11708 36614
P1 01754 01627 1120 11381 01804 01681 1118 11485 41414
P2 01908 01853 1106 11761 01866 01699 1124 11565 37410
P3 01892 01942 0195 11834 01882 01750 1118 11632 31210
P4 01920 01855 1108 11775 01805 01659 1122 11464 37414
213 　植物性脲酶抑制剂对作物吸收利用15N2尿素氮的作用
21311 　高粱 　植物性脲酶抑制剂对高粱植株地上部和根系15 N atom、APE、Ndff 较 CK2 略有降
低 ,但植株全氮量高。使高粱氮素利用率较低 (2818 %～3313 %) ,植物性脲酶抑制剂 ( P3 除外)
111　2 期 植物性脲酶抑制剂对作物营养和土壤特性的影响
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仍使高粱氮素利用率有所提高 ,其中以 P1 处理增量最大 ,达 319 % ,且与 HQ 处理接近。植物
性脲酶抑制剂提高高粱氮素表观利用率 618 %～1912 % ,以 P1 提高量最大 ,并与 HQ 相当 (表
4) 。高粱氮素表观利用率较氮素利用率高 3516 %～4919 % ,这可能是氮素利用率的两种计算
方法所表征的意义不同 ,以及施用化学氮肥对土壤氮的交互作用 (激发效应)所致[14 ] 。
表 4 　不同处理高粱植株吸氮和氮素利用率
Table 4 　Uptake and utilization rate of nitrogen in sorghum plant in different treatments
处理
treatment
地上部 above2ground parts
15N
atom
( %)
Ndff
( %)
全氮量
total N
mgΠpot 15N 吸收量15N uptake(mgΠpot) 根系 roots15Natom( %) Ndff( %) 全氮量total N(mgΠpot) 15N 吸收量15N uptake(mgΠpot) 15N 总吸收量15N totaluptake(mgΠpot) 氮素利用率utili. rateof N( %) 总吸收量total Nuptake(mgΠpot) 氮素表观利用率apparent utili.rate of N ( %)
CK1 01422 0 5617 0 01455 0 1018 0 0 0 6715 0
CK2 3118 2412 12114 2914 3110 23120 2212 512 3416 2818 14316 6314
HQ 3118 2412 14816 3610 3110 23120 1713 410 4010 3313 16519 8210
P1 3112 2317 14212 3317 3102 22150 2414 515 3912 3217 16616 8216
P2 2197 2214 13216 3318 3100 22132 1912 413 3811 3118 15118 7012
P3 3103 2219 13012 2918 2193 21171 2214 419 3417 2819 15216 7019
P4 3106 2311 13611 3119 2193 21171 2213 418 3617 3016 15814 7518
21312 　水稻 　植物性脲酶抑制剂对水稻15 N atom、APE、Ndff 的影响不大 ,由于植株全氮量增
加 ,故除 P3 外其余处理氮素利用率提高 512 %～717 % ,均大于 HQ(414 %) 。显然 ,植物性脲酶
抑制剂对水稻吸收尿素氮的增效作用优于高粱 ,表明作物种类和环境条件是制约植物性脲酶
抑制剂对尿素氮利用效率的重要因素。同样植物性脲酶抑制剂提高水稻氮素表观利用率
413 %～1517 % , P1 和 P4 的作用与 HQ 相当 (表 5) ;水稻氮素表观利用率高于氮素利用率
1319 %～3010 % ,其值大大低于高粱 ,表明施氮条件下作物种类对土壤氮素的依存率不同 ,对
肥料氮的利用效率产生明显差异。
表 5 　不同处理水稻植株吸氮和氮素利用率
Table 5 　Uptake and utilization rate of nitrogen in rice plant in different treatments
处理
treatment
地上部 above2ground parts
15N
atom
( %)
Ndff
( %)
全氮量
total N
(mgΠpot) 15N 吸收量15N uptake(mgΠpot) 根系 roots15Natom( %) Ndff( %) 全氮量total N(mgΠpot) 15N 吸收量15N uptake(mgΠpot) 15N 总吸收量15N totaluptake(mgΠpot) 氮素利用率utili. rateof 15N( %) 总吸收量total Nuptake(mgΠpot) 氮素表观利用率apparent utili.rate of N ( %)
CK1 01531 0 2717 0 01610 0 1319 0 0 0 4116 0
CK2 6142 5117 9212 4716 5174 5117 2510 1112 5819 4911 11712 6310
HQ 6117 4915 11012 5415 5142 4915 2311 918 6412 5318 13313 7614
P1 6136 5111 11116 5711 5170 5111 2417 1110 6811 5618 13613 7817
P2 6125 5012 10619 5417 5172 5112 2413 1019 6516 5417 13112 7417
P3 6118 4916 9319 4615 5157 4916 2814 1214 5819 4911 12213 6713
P4 6141 5116 10112 5118 5156 5116 3018 1314 6512 5413 13310 7612
214 　植物性脲酶抑制剂对作物磷、钾营养的效应
21411 　磷 　除 P3 降低高粱根系含磷和吸磷量、P1 和 P2 提高地上部含磷量外 ,其余抑制剂处
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理对高粱植株含磷和吸磷量影响不大 ,P1 对水稻根系含磷量无影响 ,其余施用植物性脲酶抑
制剂各处理明显提高水稻植株含磷量和吸磷量 (表 6) 。
21412 　钾 　高粱植株含钾量受脲酶抑制剂的影响不大 ,但 P2 、P3 、P4 却大幅度降低植株吸钾
量 ;水稻植株地上部和根系 (P4 除外) 含钾量几乎不受植物性脲酶抑制剂影响 ,植株吸钾量明
显提高 (表 6) 。由此可认为 ,水稻植株生物量增加 (表 2)与植株吸收三要素的增加关系密切。
215 　植物性脲酶抑制剂对土壤碱解氮和脲酶活性的影响
土壤碱解氮通常表征土壤氮素供应状况。由表 7 可知 ,高粱生长 48d 后 ,施用脲酶抑制剂
处理的土壤碱解氮含量均略有提高 (增量 < 5 %) ;水稻生长 36d ,土壤碱解氮含量提高 213 %～
1012 % ,以 P3 处理为最高 ,该处理植株氮素利用率低 (表 5) 。比较两种作物的土壤碱解氮含
量 ,高粱土壤大大低于水稻土壤 ,其原因可能是高粱对土壤氮的依赖高于水稻 (表 4) 。
表 6 　各处理作物植株磷、钾含量和吸收量
Table 6 　Uptake and utilization rate of nitrogen in rice plant in different treatments
处理
treatment
高粱 sorghum 水稻 rice
全磷 total P 全钾 total K 全磷 total P 全钾 total K
地上部
above ground
parts ( %)
根系
roots
( %)
吸收量
uptake
(mgΠpot) 地上部above groundparts ( %) 根系roots( %) 吸收量uptake(mgΠpot) 地上部above groundparts ( %) 根系roots( %) 吸收量uptake(mgΠpot) 地上部above groundparts ( %) 根系roots( %) 吸收量uptake(mgΠpot)
CK1 0113 0114 1117 1162 0175 7515 0147 0114 1118 2116 1148 6814
CK2 0116 0116 1419 1198 0175 15712 0138 0118 2118 2113 1118 12416
HQ 0125 0116 2216 2104 0171 17118 0147 0123 2811 2129 1126 14014
P1 0121 0116 1913 1192 0171 15811 0143 0126 2819 2115 1120 14010
P2 0120 0119 1616 2102 0179 14615 0144 0117 2610 2111 1115 13415
P3 0117 0112 1312 1199 0168 13818 0141 0123 2612 2118 1113 13711
P4 0116 0118 1418 1179 0179 13516 0144 0133 3216 2110 1110 13715
表 7 　脲酶抑制剂对土壤脲酶活性和碱解氮的影响
Table 7 　Influence of urease inhibitor on the activities of soil urease and alkali2hydrolyzable nitrogen
处理 treatment
高粱 sorghum 水稻 rice
脲酶 urease 碱解氮 alkali2hydrolyzable N 脲酶 urease 碱解氮 alkali2hydrolyzable N
NH32N
(mgΠg·48h) ( ±%) N(mgΠg·48h) ( ±%) NH32N(mgΠg·48h) ( ±%) N(mgΠg·48h) ( ±%)
CK1 12176 210 4811 0 11110 212 8013 - 1313
CK2 12151 0 4811 0 10186 0 9216 0
HQ 10129 - 1718 4919 317 10167 - 118 8717 - 416
P1 11118 - 1016 5015 419 11157 615 9417 213
P2 10164 - 1416 5015 419 10190 014 9612 319
P3 10122 - 1813 4817 112 10168 - 117 10210 1012
P4 10128 - 1718 4917 314 10173 - 112 9919 719
　　盆栽高粱收获后各处理土壤脲酶活性较 CK2 降低 1016 %～1813 % ,而水稻收获后取样测
定结果 ,P3 处理土壤脲酶活性略有降低 ( < 2 %) ,P1 处理脲酶活性提高 ,表明植物性脲酶抑制
剂的持续作用效果以旱作大于淹水土壤条件。
311　2 期 植物性脲酶抑制剂对作物营养和土壤特性的影响
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EFFECTS OF PLANT UREASE INHIBITOR ON CROP NUTRITION
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WANG Zheng2yin 　XU Wei2hong 　HUANG Yun 　YUAN Lu2jiang
J IA Zhong2yuan 　ZHOU Jun 　DING Shu2ying
( Southwest Agricultural University , Chongqing 　400716)
ABSTRACT :A pot experiment was conducted to investigate the effects of 15 N2urea and 4 kinds of
plant materials( P1 , P2 , P3 and P4 ) as urease inhibitor on sorghum and rice nutrition and soil char2
acters. The results indicated that the growth , above2ground parts and roots weight of rice and
sorghum were respectively promoted by 4 plant urease inhibitors and P1 with little change of chl .
aΠchl . b ratios in these treatments. The content of amino acid in rice leaf and utilization rate of
nitrogen by rice were enhanced by 1219 %～2511 %and 512 %～717 %respectively , and the utili2
zation rate of nitrogen by sorghum was improved by urease inhibitor treatments ( except P1 ) .
Plant urease inhibitor could obviously increase the apparent utilization rate of nitrogen by 413 %
～1912 %for two crops and improve phosphorus and potassium uptake by rice plant but decrease
phosphorus and potassium uptake by sorghum plant. The contents of soil alkali2hydrolyzable ni2
trogen were increased by plant urease inhibitor under two cultivated condition. The inhibition
time of plant urease inhibitor to soil urease was short and it disappeared at 36 days of rice growth
under flooded condition , while the activites of soil urease were decreased by 1016 %～1813 %at 48
days of sorghum growth in upland soil .
Key words :plant urease inhibitor ;sorghum ; rice ; nutrition ; soil chareacter
411 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (2) :109～114