全 文 ：中国生态农业学报 2012年 1月 第 20卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2012, 20(1): 19−23


* 国家自然科学基金面上项目(31000940, 41071197)资助
** 通讯作者: 田玉华(1980—), 女, 助理研究员, 主要从事农田氮肥与环境研究。E-mail: yhtian@issas.ac.cn
彭玉净(1986—), 女, 主要从事稻田氮肥与环境研究。E-mail: yjpeng@issas.ac.cn
收稿日期: 2011-04-11 接受日期: 2011-07-29
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00019
添加脲酶抑制剂 NBPT对麦秆还田稻田氨挥发的影响*
彭玉净1,2 田玉华1** 尹 斌1
(1. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室 中国科学院南京土壤研究所 南京 210008;
2. 中国科学院研究生院 北京 100049)
摘 要 氨挥发是稻田氮素损失的重要途径, 为探明脲酶抑制剂 NBPT 对小麦秸秆还田稻田中氨挥发的影响,
采用密闭室通气法, 在太湖地区乌珊土上, 研究了脲酶抑制剂 n-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)对小麦秸秆还田稻
田中施肥后尿素水解和氨挥发动态变化的影响。结果表明: 稻田氨挥发损失主要集中在基肥和分蘖肥时期。
添加 NBPT 可明显延缓尿素水解, 推迟田面水 NH4+-N 峰值出现的时间, 并降低 NH4+-N 峰值, 降低了田面水
氨挥发速率和挥发量。NBPT 的效果在基肥和分蘖肥施用后尤为明显, 不加 NBPT 时施入的尿素在 2~3 d 内基
本水解彻底, NH4+-N 和氨挥发速率在第 2 d 即达到峰值, 两次施肥后 NH4+-N 峰值分别为 132.3 mg·L−1 和 66.3
mg·L−1, 氨挥发峰值为 15.6 kg·hm−2·d−1 和 10.4 kg·hm−2·d−1; 而添加 NBPT 后, NH4+-N 峰值推迟至施肥后第 4 d
出现, NH4+-N 峰值降至 70.7 mg·L−1 和 51.6 mg·L−1, 氨挥发峰值降至 4.7 kg·hm−2·d−1 和 2.6 kg·hm−2·d−1。添加
NBPT使稻田氨挥发损失总量从 73.3 kg(N)·hm−2(占施氮量的 24.4%)降低至 34.5 kg(N)·hm−2(占施氮量的 11.5%),
降低 53%。在添加小麦秸秆稻田中添加 NBPT 通过延缓尿素水解而显著降低了氨挥发损失。
关键词 稻田 小麦秸秆 尿素 脲酶抑制剂(NBPT) 氨挥发 田面水
中图分类号: S143.1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)01-0019-05
Effects of NBPT urease inhibitor on ammonia volatilization in
paddy fields with wheat straw application
PENG Yu-Jing1,2, TIAN Yu-Hua1, YIN Bin1
(1. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture; Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences,
Nanjing 210008, China; 2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract While ammonia volatilization is the main mode of nitrogen loss in paddy fields, urease inhibitors are known to effec-
tively inhibit urease activity, delay urea hydrolysis and reduce ammonia emission. Urease inhibitors have, however, not been widely
applied in paddy fields. In this study, the effects of NBPT urease inhibitor on the dynamic changes in urea hydrolysis and ammonia
volatilization in wheat-straw incorporated gley paddy soils in Taihu Lake region were investigated via the dynamic chamber method.
Results showed that ammonia volatilization mainly occurred during basal and tillering fertilization periods. While the highest ammo-
nia volatilization was at basal fertilization stage, the lowest was at booting fertilization stage. Ammonia volatilization mainly oc-
curred within three days after fertilization. Applying NBPT one day before fertilization significantly retarded urea hydrolysis, de-
layed occurring time and decreased value of NH4+-N peak and reduced rate and amount of ammonia volatilization of surface water.
After basal and tillering fertilization, urea hydrolysis ended within 2~3 days after fertilization, NH4+-N and ammonia volatilization
peaks occurred on the second day under non-NBPT treatment. Peak values of NH4+-N of basal and tillering fertilization were 132.3
mg·L−1and 66.3 mg·L−1, respectively. Also ammonia volatilization peak values were 15.6 kg·hm−2·d−1 and 10.4 kg·hm−2·d−1, respec-
tively. Under NBPT treatment, however, the peak of NH4+-N occurred 4 days after fertilization after which it dropped to 70.7 mg·L−1
and then to 51.6 mg·L−1. After 4 days of fertilization, ammonia volatilization peak dropped to 4.7 kg·hm−2·d−1 and then to 2.6
kg·hm−2·d−1. Total ammonia volatilization dropped from 73.3 kg(N)·hm−2 (24.4% of applied N) to 34.5 kg(N)·hm−2 (11.5% of applied
N) after NBPT application, a drop of 53%. NBPT application in wheat-straw incorporated paddy fields significantly reduced ammo-
20 中国生态农业学报 2012 第 20卷


nia volatilization by delaying urea hydrolysis. It was recommended that NBPT urease inhibitor could be used as nitrogen fertilizer
additive to inhibit ammonia loss in paddy fields.
Key words Gley paddy field, Wheat straw, Urea, NBPT urease inhibitor, Ammonia volatilization, Field surface water
(Received Apr. 11, 2011; accepted Jul. 29, 2011)
我国是世界上氮肥消耗量最多的国家, 占世界
氮肥消耗量的 30%左右, 其中稻田氮肥用量约占我
国氮肥总消费量的 24%左右, 主要是尿素 [1], 而氮
肥的当季作物利用率仅为 30%~35%[2], 甚至更低[3]。
氨挥发是稻田氮肥损失的主要途径之一, 可占施氮
量的 10%~60%[4]。农田生态系统的氨排放与一系列
的生态环境问题密切相关, 如水体富营养化、土壤
酸化、生物多样性减少等, 农田氨挥发研究已成为
近年来国内外农田氮肥研究的热点之一[5−6]。
稻–麦轮作是太湖地区典型的耕作方式 , 为解
决秸秆焚烧带来的资源浪费和环境污染问题 , 并
达到培肥的目的 , 在水稻季进行部分或全部麦秆
还田已成为一种趋势。有关秸秆还田对土壤养分、
理化性质、水稻生长等方面的影响已开展了许多研
究, 如长期秸秆还田可以提高土壤的养分水平, 改
善土壤结构和理化性状[7−8]。然而, 有研究表明新鲜
秸秆以及植物残留物的存在可增加土壤脲酶活性 ,
进而促进尿素的氨挥发损失[9]。脲酶抑制剂通过抑制
土壤脲酶活性, 延缓尿素水解, 但受土壤性质和环境
影响较大[10−11]。现今国内外发现的脲酶抑制剂有机
和无机化合物有几百种, 主要有重金属盐类、多元
酸和醌类等[12], 广泛采用的主要有 NBPT(n-丁基硫
代磷酰三胺)和 HQ(氢醌)[13]。
采用合适的脲酶抑制剂是一项有效降低稻田氨
挥发损失的技术措施, NBPT是目前商品化的土壤脲
酶抑制剂之一, 是一种较弱的植物或微生物脲酶抑
制剂, 而其在土壤中衍生的 NBPTO 为一种有潜力
的脲酶抑制剂。NBPT 在非酸性、通气性良好的农
田中, 对于延缓尿素水解, 提高尿素氮肥的利用率
十分有效[14−16], 而在水稻田中对氮肥损失的影响结
果不一致[17]。在秸秆还田的淹水稻田中, NBPT对于
氨挥发的效果还不清楚, 相关研究还少有报道。
本研究采用密闭室通气法研究了部分秸秆还田
下 NBPT 对稻田施肥后尿素水解动态、氨挥发速率
和损失量的影响, 同时监测了氨挥发的相关影响因
素, 旨在阐明脲酶抑制剂(NBPT)对部分秸秆还田情
况下稻田氨挥发过程和数量的影响, 为减少稻田氮
肥损失、提高氮肥利用率提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验在中国科学院常熟农业生态实验站
(120o41′88″ E, 31o32′93″N)进行。该站位于太湖流域,
属亚热带湿润气候区, 年均气温 15.5 , ℃ 年均降雨
量 1 038 mm, 无霜期 224 d。6~10月份日照强烈, 最高
气温 38 ℃左右。土壤为普通潜育水耕人为土(乌栅土),
0~15 cm土壤有机质含量 35.0 g·kg−1、全氮2.01 g·kg−1、
速效氮(无机氮)12.4 mg·kg−1、速效磷 5.0 mg·kg−1、速
效钾 121.3 mg·kg−1、CEC 17.7 cmol·kg−1, pH 7.35。
1.2 试验设计
在水稻品种、磷钾肥用量、小麦秸秆还田量、
田间基本管理如灌水、植保等相同的条件下, 设置
对照 CK(不施氮肥 )、N1(施氮 300 kg·hm−2)和
N1+NBPT(施氮 300 kg·hm−2、添加脲酶抑制剂
NBPT)3 个处理, 每个处理 3 个重复, 氮肥品种为尿
素(N 460 g·kg−1), 磷肥为过磷酸钙(P2O5 160 g·kg−1),
钾肥为氯化钾(K2O 600 g·kg−1)。根据当地农民习惯,
氮肥分 3 次施用, 基肥∶分蘖肥∶孕穗肥=5∶3∶2,
3 次施肥时间分别为 6 月 23 日、7 月 8 日、8 月 10
日, 每次施肥均在傍晚进行, 脲酶抑制剂为氮肥用
量的 0.14%, 溶于适量水中于施肥前一天施用, 与
田面水均匀混合。磷肥用量为 90 kg(P2O5)·hm−2, 钾
肥为 90 kg(K2O)·hm−2, 磷钾肥做基肥与氮肥一起一
次性施入, 6月 20日将小麦秸秆与 0~10 cm土层混
匀并做淹水处理, 秸秆用量 4.8 t·hm−2。水稻于 2010
年 6月 22日移栽, 10月 20日收获。
为更好地控制各处理间除氮肥和脲酶抑制剂以
外的其他条件(如灌水、施肥均匀性等)的一致性, 本
试验采用田间大型盆栽法, 盆栽用桶直径 35 cm, 高
度 42 cm, 为保证水稻生长水热条件与田间一致, 将
桶的下半部埋入田中, 上方 15 cm露出地面, 每盆装
表层水稻土 12 kg(折合成干土), 种植 3株水稻, 品种
为当地“常优 3 号”, 除收获前 2 周停止灌水, 其余时
间保持 3~5 cm水层, 灌溉水为试验地点旁的河水。
1.3 监测内容与方法
氨挥发采用密闭室通气法[18−19]并加以改进, 为
减少抽气过程中空气中颗粒物对测定结果的干扰 ,
挥发氨的吸收液改为 0.01 mol·L−1的稀硫酸, 每天抽
气结束后将吸收液带回实验室, 采用靛酚蓝比色法
测定挥发量。每天上午 7:00~9:00和下午 15:00~17:00
分别进行 2 h的抽气, 以这 4 h的通量值作为每天氨
挥发的平均通量计算全天的氨挥发量, 以 CK 处理
的氨挥发量作为背景值, 直至两施氮处理的氨挥发
量与背景值相近时终止本次施肥氨挥发的测定。
第 1期 彭玉净等: 添加脲酶抑制剂 NBPT对麦秆还田稻田氨挥发的影响 21


施肥后每天清晨定时测定田面水 pH, 用注射器
在每盆选 5 点混合采集田面水样品, 带回实验室后
过滤, 采用靛酚蓝比色法测 NH4+-N浓度, 二乙酰异
肟异丙醇−安替比林法测定尿素浓度[20]。
所得数据采用 Excel和 SAS统计分析软件处理。
2 结果与分析
2.1 脲酶抑制剂 NBPT对稻田氨挥发动态的影响
稻田 3 次施肥后氨挥发损失主要发生在基肥和
分蘖肥时期 , 这两次施肥氨挥发持续时间长 , 达
7~10 d, 而孕穗肥施用后氨挥发量很小, 且持续时
间短, 仅 2 d, 之后几乎检测不到氨挥发(图 1)。这与
基蘖肥施氮量大 , 此时水稻秧苗较小 , 需氮量少 ,
吸收氮能力弱有关; 至孕穗肥施用时, 水稻生长旺
盛, 养分需求量大, 同时冠层的覆盖对藻类光合作
用以及由此而引起的 pH 持续上升也有抑制作用[21],
导致穗肥期的氨损失远低于基蘖肥时期。
NBPT 对氨挥发抑制效果显著, 在基肥和分蘖
肥时期, 添加 NBPT 对于推迟氨挥发峰值出现的时
间以及降低峰值有明显效果。不添加 NBPT 时, 氨
挥发在施肥后 1~2 d 即达到峰值, 峰值分别为 15.6
kg(N)·hm−2·d−1和 10.4 kg(N)·hm−2·d−1; 而施用 NBPT
后, 基肥和分蘖肥氨挥发峰值出现时间分别推迟了
4 d和 2 d, 相应的基肥、分蘖肥氨挥发峰值分别下降
至 4.7 kg(N)·hm−2·d−1 和 2.6 kg(N)·hm−2·d−1 (图 1), 表
明在稻田中施用 0.14%的 NBPT 对氨挥发的进程有
明显抑制作用。
已有研究表明, NBPT在旱地上对氨挥发有明显
抑制作用[14−15], 在水田中抑制氨挥发的结果不一致,
主要原因是 NBPT 需要转化为氧化态后才能发挥抑
制作用, 转化需要的时间因环境气候条件不同而不
同, 若直接施用氧化态的 NBPT(NBPTO)对于抑制
水田氨的挥发有显著效果[22]。本研究中, NBPT在施
肥前 1 d 随灌溉水施入并进行搅拌混匀, 促进了氧化
过程的进行, 使其抑制效果得以发挥。
2.2 NBPT对氨挥发相关影响因素的影响
2.2.1 田面水 NH4+-N浓度动态变化
田面水 NH4+-N 浓度是决定稻田氨挥发量的最
主要因素之一。从图 2可知, 田面水 NH4+-N浓度与
氨挥发通量的变化趋势一致。高浓度的 NH4+-N为氨
挥发提供了丰富的底物 , 这与以往研究认为的
NH4+-N浓度与氨挥发量呈正相关的结果吻合[23−24]。
NBPT 推迟了基肥和分蘖肥施用后田面水
NH4+-N 峰值出现的时间, 降低了相应的峰值。添加
NBPT 将基肥时期 NH4+-N 峰值从 132.3 mg(N)·L−1
下降至 70.7 mg(N)·L−1, 将分蘖肥时期 NH4+-N峰值
从 66.3 mg·L−1降至 51.6 mg·L−1。对于孕穗肥, NH4+-N
浓度在施肥后 3 d即降至背景值, N1处理的 NH4+-N
在施肥后第 1 d即达到峰值(50.8 mg·L−1), 第 2 d降
至 10 mg·L−1 以下 ; 而 N1+NBPT 处理的田面水
NH4+-N 浓度始终低于 10 mg·L−1, 这与该时期施氮
量不高, 水稻需氮量大, 生长旺盛有关。
2.2.2 田面水尿素[(NH2)2CO]浓度动态变化
田面水中的尿素浓度可直接验证 NBPT 对尿素
水解速率影响程度。尿素浓度与 NH4+-N浓度存在相
互消长的关系(图 2, 图 3), NBPT通过抑制尿素水解,
降低了田面水中 NH4+-N的浓度。N1+NBPT处理施
肥后第 1 d尿素态浓度最高, 之后缓慢下降。其中水
稻基肥期尿素在水中存留时间较长, 为 9 d; 分蘖肥
时期在施肥 4 d后监测不到尿素; 孕穗肥时期, 只在
施肥后第 1 d能监测到尿素的存在, 第 2 d即降至背
景值。然而, N1处理在基肥施用后第 3 d、两次追肥
后第 2 d, 尿素浓度就已降至背景值(图 3), 表明尿素
几乎全部水解, N1处理中尿素的快速水解使田面水
中的 NH4+-N浓度迅速升高。证实了 NBPT对于稻田
尿素水解抑制作用显著。



图 1 脲酶抑制剂 NBPT对添加小麦秸秆稻田中不同施肥期(依次为基肥期、分蘖期、穗肥期)氨挥发动态的影响
Fig. 1 Effects of urease inhibitor NBPT on dynamics of ammonia volitilization in different fertilization stages (basal, tillering and
booting stages) during rice growth period with wheat straw incorporation
22 中国生态农业学报 2012 第 20卷


2.2.3 田面水 pH动态变化
pH 是影响氨挥发的另一个重要因素, pH 升高
可迅速加剧氨挥发[25−26]。从图 4可以看出稻田施肥
后田面水 pH均在 7以上, 有利于氨挥发的进行。在
相同施肥及气象条件下, 施肥后 N1+NBPT 处理的
pH大多低于N1处理, 尤其在基肥施用后氨挥发严重
的第 3~4 d, N1+NBPT处理的 pH明显低于 N1处理
(图 4)。尿素水解过程可使 pH增加, NBPT可通过抑
制尿素水解而减弱由此引起的 pH 的升高, 利于降低
氨挥发损失。值得指出的是, 穗肥期田面水 pH 较基
肥和分蘖肥时期低, 原因可能与水稻冠层对藻类光
合作用以及由此而引起的 pH上升受到抑制有关[21]。
2.3 NBPT对稻田氨挥发总量的影响
整个水稻季 N1 处理的氨挥发量显著高于
N1+NBPT处理, 添加 NBPT使得稻田氨挥发损失总
量从 73.3 kg(N)·hm−2(施肥量的 24.4%)下降至 34.5
kg(N)·hm−2(占施肥量的 11.5%), 减少 53%, 表明施
用 NBPT可显著降低稻田的氨挥发损失。各生育期的
氨挥发损失量表现为: 基肥期>分蘖肥期>穗肥期, 其
中基肥和分蘖肥时期占总损失量的 90%以上(表 1)。



图 2 脲酶抑制剂 NBPT对添加小麦秸秆稻田不同施肥期(依次为基肥期、分蘖期、穗肥期)田面水 NH4+-N浓度的影响
Fig. 2 Effects of urease inhibitor NBPT on dynamics of ammonium concentrations of surface water in different fertilization stages
(basal, tillering and booting stages) during rice growth period with wheat straw incorporation



图 3 脲酶抑制剂 NBPT对添加小麦秸秆稻田不同施肥期(依次为基肥期、分蘖期、穗肥期)田面水尿素浓度动态的影响
Fig. 3 Effects of urease inhibitor NBPT on dynamics of urea concentrations of surface water in different fertilization stages (basal,
tillering and booting stages) during rice growth period with wheat straw incorporation



图 4 脲酶抑制剂 NBPT对添加小麦秸秆稻田不同施肥期(依次为基肥期、分蘖期、穗肥期)田面水 pH动态的影响
Fig. 4 Effects of urease inhibitor NBPT on dynamics of pH in surface water in different fertilization stages (basal, tillering and
booting stages) during rice growth period with wheat straw incorporation

表 1 不同处理下水稻各生育期氨挥发量与损失率
Table 1 Ammonia volatilization loss and loss rate in various fertilization stages during rice growth under different fertilization treatments
kg(N)·hm−2
处理 Treatment 基肥期 Basal stage 分蘖肥期 Tillering stage 穗肥期 Booting stage 总损失 Total loss
N1 46.4a(30.9%) 23.7a(26.3%) 3.2a(5.4%) 73.3a(24.4%)
N1+NBPT 22.9b(15.3%) 9.3b(10.4%) 2.3a(3.8%) 34.5b(11.5%)
括号内数据表示氨挥发量占施氮量的比例, 处理间不同字母表示在 0.05水平差异显著。The number in parentheses indicates the percentage
of ammonia volitilization amount to applying amount of N fertilizer. Different letters indicate significant difference between treatments at 5% level.
第 1期 彭玉净等: 添加脲酶抑制剂 NBPT对麦秆还田稻田氨挥发的影响 23



3 讨论与结论
在小麦秸秆还田情况下, 稻田氨挥发集中在基
肥和分蘖肥时期, 以基肥时期损失量最大, 占整个
稻季氨挥发损失量的 62%~66%, 其次是分蘖肥时期,
占损失量的 27%~32%, 孕穗肥时期挥发量较小, 占
总损失的 4%~7%。
施用脲酶抑制剂 NBPT 通过抑制尿素水解, 进
而延迟了稻田田面水 NH4+-N 浓度和氨挥发峰值出
现的时间, 未加 NBPT 时, 其峰值出现在施肥后的
第 2~3 d, 施用NBPT使得峰值出现时间推迟了 2~4 d。
添加 NBPT 使稻田氨挥发损失量从 73.3 kg(N)·hm−2
降至 34.5 kg(N)·hm−2, 损失率从 24.4%降至 11.5%,
减少 53%。施用脲酶抑制剂减缓稻田尿素水解, 降
低氨挥发的效果显著, 与在旱地上添加相近浓度的
NBPT 对氨挥发的抑制效果一致[27]; 且水稻产量和
吸氮量有所提高, 肥料氮的土壤残留量增加(数据未
列出), 表明在淹水稻田中添加 NBPT 可有效降低氮
肥损失, 以及由氨挥发及其沉降引起的环境影响。
NBPT 是减少稻田氨挥发损失、促进稻田保氮
的一项有效措施。在本研究中, NBPT在施肥前 1 d
施入田中 , 留有一定的时间促使抑制剂有效态
(NBPTO)的形成, 效果发挥显著。但 NBPT在不同类
型水稻田的最佳施用量、施用方法和施用时间还需
进一步研究。一种好的脲酶抑制剂除可以抑制土壤
脲酶外, 还应注重添加脲酶抑制剂与其他措施相结
合, 如与硝化抑制剂结合, 效果或许会更佳。另外,
还应该考虑其成本及环境污染问题, 为大面积推广
脲酶抑制剂提供科学依据。
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