脲酶抑制剂LIMUS对我国农田氨减排及作物产量和氮素利用的影响

【摘要】：尿素是我国目前最普遍施用的氮肥形态,占我国氮肥用量的50%以上,对保障我国粮食安全起到重要作用。但我国较低的氮肥利用率(平均35%)导致氮肥资源浪费和环境问题,其中氨挥发是主要损失途径之一,在一些石灰性土壤上氨挥发损失高达30%以上。脲酶抑制剂通过抑制脲酶活性减缓尿素的水解,从而起到降低尿素氨挥发损失的有效手段,但脲酶抑制剂的田间效果受到产品本身活性以及土壤环境因素的影响。LIMUS是德国巴斯夫(BASF SE)公司研发的一种新型脲酶抑制剂,该产品是在N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)基础上改进而成。目前,我国尚缺乏针对这一新产品农田氨减排、氮肥利用率以及作物产量效果的系统研究。对此,本研究通过中国河南西平、河北曲周、陕西杨凌的冬小麦以及北京上庄、河北曲周和吉林梨树的玉米田间试验,结合全国不同地区多个农田土壤室内培养试验,来探索新型脲酶抑制剂LIMUS对尿素氨挥发的减排效果及对作物产量和氮素利用的影响。论文的主要结果总结如下： (1)采用德尔格氨管法(DTM法)对不同施氮处理下的农田氨挥发进行了原位监测。发现,小麦季普通尿素处理氨挥发占施氮量的10～25%,添加LIMUS的尿素优化处理氨挥发仅占施氮量的0～6%；玉米季普通尿素处理氨挥发占施氮量的3～57%,添加LIMUS的尿素优化处理氨挥发仅占施氮量的0～26%。与普通尿素相比,添加LIMUS的尿素能显著减少氮肥氨挥发损失,氨的减排率高达65～100%。 (2)和常规尿素(农民传统)处理相比,施用添加LIMUS的尿素优化处理各试验点的小麦、玉米产量均没有表现出显著的增产效应,但增加了氮肥利用率。在曲周点,施用添加LIMUS的尿素处理能提高氮肥利用率11～23个百分点,在优化施氮基础上,进一步减氮20%并添加LIMUS的处理可以在保障作物产量的同时,氮肥利用率高达65～76%。分析表明,LIMUS在增加产量及氮肥利用率上的效果主要取决于土壤本身的供氮量及氨挥发损失的潜力。 (3)小麦和玉米体系的氮素表观平衡结果显示,与优化处理相比,农民传统处理因施氮量过高,氮增产效应不显著,导致0～1m土壤中大量的硝态氮残留(平均120～170kg N ha-1),氮素表观损失严重(平均100～120kg N ha-1),其中氨挥发损失(30～40kg N ha-1)约占总损失的1/3,而其他损失途径(淋洗、硝化、反硝化等)约占总损失的2/3。与农民传统处理比较,小麦季氮肥优化潜力为38～44%,玉米季氮肥优化潜力为25～50%。 (4)通过室内培养试验探讨了我国不同地区37个农田土壤表施尿素后的氨挥发潜力及LIMUS对氨减排的效果,研究发现多数中性和石灰性土壤表施尿素后均迅速产生较高的氨挥发,而LIMUS均能显著推迟氨排放出现时间、并降低氨排放强度,体现良好的减排效果。此外,通过比较不同浓度下的NBPT及LIMUS对德国Lihof、我国曲周和上庄三种土壤的氨减排效果,发现在相对较低的浓度下LIMUS表现出比NBPT更好的氨减排效果,说明LIMUS对尿素水解的抑制效果优于常用的脲酶抑制剂产品。