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硝化抑制剂对土壤的硝化抑制效应及其微生物作用机理

刘倩  
【摘要】:[目的]通过硝化抑制剂抑制土壤硝化作用是实现作物铵硝混合营养和提高氮肥利用率的重要途径之一。通过室内模拟试验对不同硝化抑制剂的作用效果进行研究,了解不同剂型硝化抑制剂新疆3种不同质地土壤中的剂量效应,并选择各硝化抑制剂的最佳用量施用在盆栽试验中,通过各硝化抑制剂对土壤-植物系统中作物氮素吸收、生长和土壤与氮素转化关键过程的酶学与分子生物学研究,揭示硝化抑制剂的作用机理。以期为硝化抑制剂在新疆的大面积施用提供理论依据。 [方法]本文通过室内模拟试验对3种硝化抑制剂在新疆3种不同质地土壤中的作用效果进行研究,了解不同种类和剂量的硝化抑制剂对土壤无机氮形态转化(NH4+、NO3-)的影响,以及对土壤硝化作用过程和土壤表观硝化率的影响,选择出不同种类的硝化抑制剂在不同质地土壤中的最佳用量;同时,将室内模拟试验选择出的各种硝化抑制剂的最佳用量施用在小青菜盆栽试验中,通过各种硝化抑制剂对小青菜生长及品质、盆栽土壤中无机氮形态转化(NH4+、NO3-).通过土壤酶学和基于土壤微生物分子生态的手段提取土壤DNA,并通过PCR-DGGE对参与土壤硝化过程的氨氧化细菌和氨氧化古菌的多态性进行了研究。 [主要结果] 1)DCD在砂土上各浓度处理的硝化抑制率为96.5%-99.3%(98.3%),在粘土上为34.0%-85.6%(77.6%),在壤土中硝化抑制率为49.3%-79.4%(67.6%),总体硝化抑制率表现为砂土粘土壤土。在砂土上DCD的剂量效应不明显,如DCD用量从纯氮的1%增加到7%时,土壤中N03--N含量在30 d时仅增加了1.9~10.7 mg·kg-1,而在壤土和粘土中,土壤N03--N含量随DCD浓度的增加而显著下降,存在明显的剂量效应。施用DCD可显著抑制新疆石灰性土壤的硝化作用过程,在砂土、壤土、粘土中DCD的最佳浓度分别为纯氮用量的6%、7%、7%,并在30d内发挥显著的作用。 2) DMPP在砂土上的施用效果最好,在30 d时各浓度处理的硝化抑制率为96.2%-99.7%(98.9%),壤土中硝化抑制率为96.4%-99.4%(98.2%),粘土中硝化抑制率为93.0%-98.5%(96.6%),在3种质地土壤中总体表现为DMPP的施用效果是砂土壤土粘土。 3) Nitrapyrin(剂型1)在砂土上的施用效果最好,在30 d时各浓度处理的硝化抑制率为98.9%-99.95%(99.5%),壤土中硝化抑制率为41.7%-99.6%(85.6%),粘土中硝化抑制率为48.2%-81.7%(68.5%)。在3种质地土壤中总体表现为剂型1的施用效果是砂土壤土粘土。剂型1的剂量效应在砂土中不明显,而在壤土和粘土中,土壤NO3--N含量随剂型1浓度的增加而显著下降,存在明显的剂量效应,而且在浓度由0.25%增加到0.5%时其硝化抑制率并无差异(p0.05)。在砂土、壤土、粘土中剂型1的最佳浓度分别为尿素用量的0.1%、0.25%、0.3%。 4) Nitrapyrin(剂型2)在砂土上的施用效果最好,在30d时各浓度处理的硝化抑制率为97.9%-99.7%(98.5%),壤土中硝化抑制率为40.2%-95.5%(77.6%),粘土中硝化抑制率为38.9%-92.2%(62.6%),在3种质地土壤中总体表现为剂型2的施用效果是砂土壤土粘土。剂型2的剂量效应在砂土中不明显,而在壤土和粘土中,土壤NO3--N含量随剂型2浓度的增加而显著下降,存在明显的剂量效应。在砂土、壤土、粘土中剂型2的最佳浓度分别为尿素用量的0.1%、0.4%、0.45%。 5)7%DCD、1%DMPP、0.25%剂型1、0.1%剂型2对砂土的硝化抑制率均达到了99%以上,且四者之间并无显著差异(p0.05),4种硝化抑制剂在砂土上的效果较为一致。在壤土上,4种硝化抑制剂的作用效果为0.5%剂型11%DMPP0.4%剂型27%DCD。在粘土中,硝化抑制效果总体表现为1%DMPP0.45%剂型27%DCD0.3%剂型1。 6)添加硝化抑制剂显著抑制土壤中NH4+向NO3-的转化。不论与Urea还是ASN配施,土壤的硝化抑制效果均表现为DMPPNitrapyrin DCD。 7)施用硝化抑制剂能够提高土壤中过氧化氢酶、蛋白酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、羟胺还原酶活性,降低土壤中脲酶活性。施用硝化抑制剂对土壤中氨氧化细菌、氨氧化古菌的结构多样性产生一定的影响。 8)与Urea、ASN处理相比,在两种氮源上施用硝化抑制剂均能提高小青菜产量及干物质重和品质、叶片中SPAD值,同时能够降低小青菜叶片和叶柄中硝酸盐含量。如在相同施氮条件下,小青菜生长初期(15 d)时Urea+DCD、Urea+DMPP、Urea+Nitrapyrin处理叶片中的N03--N含量与Urea相比分别降低了10.8%、17.8%、1.6%,叶柄中的N03--N含量分别降低了3.7%、14.3%、1.0%;ASN+DCD、ASN+DMPP、ASN+Nitrapyrin处理叶片中的NO3--N含量与ASN相比分别降低了11.2%、22.6%、8.9%,叶柄中的NO3--N含量分别降低了24.0%、22.6%、14.8%。与Urea相比,Urea+DCD、Urea+DMPP、Urea+Nitrapyrin处理产量分别增加了18.2%、14.5%、17.7%,干物质重分别增加了13.7%、18.8%、23.5%。 [结论] 1)三种硝化抑制剂均能显著抑制土壤的硝化作用,DCD硝化抑制效果总体表现为砂土粘土壤土,而Nitrapyrin、DMPP硝化抑制效果总体表现为砂土壤土粘土。不同NI剂型在相同剂量的硝化抑制效应表现DCD Nitrapyrin(剂型1、剂型2)DMPP。 2)1%-7%(基于纯氮量)的DCD仅在壤土与粘土中存在明显的硝化抑制作用的剂量效应;在1%-7%(基于纯氮量)的浓度范围内,DMPP对3种土壤的硝化抑制作用无显著的剂量效应;0.1%-0.5%(基于尿素量)的Nitrapyrin(剂型2)仅在壤土与粘土中存在明显的硝化抑制作用的剂量效应;Nitrapyrin(剂型1)在低浓度(0.1%-0.25%)条件下存在明显的剂量效应,当用量大于0.25%剂量效应不明显,因此Nitrapyrin(剂型1)的最佳施用剂量为基于尿素施用量的0.25%。 3)施用DCD、DMPP、Nitrapyrin3种硝化抑制剂均可减少小青菜地上部NO3-的含量,提高小青菜的产量和品质。 4)硝化抑制剂对土壤氮素转化的酶活性和氨氧化细菌与氨氧化古菌群落结构和遗传多样性有明显的影响。


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