氮肥增效剂的应用与展望

Application and Prospect of Nitrogen Fertilizer Synergist

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2023.01.002

胡佳玉 Jiayu HU , 张晶 Jing ZHANG , 孔波 Bo KONG , 王庆彬 Qingbin WANG , 胡承孝 Chengxiao HU

1 新型肥料湖北省工程实验室/华中农业大学微量元素研究中心湖北武汉 430070 Hubei Provincial Engineering Laboratory for New-Type Fertilizer/Micro-Elemental Research Center of Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei 430070, China 2 华中农业大学理学院湖北武汉 430070 College of Science of Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei 430070, China 3 山东蓬勃生物科技有限公司山东泰安 271099 Shandong Pengbo Biotechnology Co., Ltd., Tai′an, Shandong 271099, China

Author notes:

Correspondence to: 胡承孝(1964—), 男, 博士, 教授, 长期从事作物施肥理论、技术及新型肥料研究; hucx@mail.hzau.edu.cn

摘要：

氮肥增效剂是提高氮肥利用率、减少氮环境排放的重要手段之一。通过文献分析, 比较了硝化抑制剂、脲酶抑制剂、氨稳定剂、内生菌提取物ZNC、植物源硝化抑制剂(BNIs)等氮肥增效剂的作用和应用效果。硝化抑制剂、脲酶抑制剂、氨稳定剂在提高氮肥利用率、作物产量、农产品品质以及减少温室气体排放、氮损失等方面效果显著, ZNC和BNIs分别在增效、减排等方面具有特殊作用。提出按照减量增效、内生增效、整合增效深入推进氮肥增效剂的研究和应用, 以生物源(如ZNC和BNIs)增效剂为主导, 以物理性(如腐殖酸)增效剂为支撑, 以化学性(如对苯二酚、双氰胺等)增效剂为辅助, 积极推进增效剂向绿色、少量、高效转变。

关键词：

氮肥利用率; 温室气体; 硝化抑制剂; 脲酶抑制剂; 氨稳定剂; 氮肥增效剂; 展望;

Abstract：

Nitrogen fertilizer synergist is one of the most important means to improve the utilization rate of nitrogen fertilizer and reduce nitrogen environmental emission. Through literature analysis, the effects and application results of nitrogen fertilizer synergists such as nitrification inhibitors, urease inhibitors, ammonia stabilizers, endophytic fungus extract ZNC, and biological nitrification inhibitors (BNIs) are compared. Nitrification inhibitors, urease inhibitors, and ammonia stabilizers have significant effects on improving nitrogen fertilizer utilization, crop yield, product quality, and reducing greenhouse gas emissions and nitrogen losses. ZNC and BNIs have special effects on efficiency enhancement and emission reduction, respectively. It is proposed that the research and application of nitrogen fertilizer synergists should be further promoted according to the reduction, endogenous and integrated synergism. Taking the synergists from biological sources (such as ZNC and BNIs) as the key material, physical (such as humic acid) synergists as supporting material and chemical (such as hydroquinone, dicyandiamide, etc.) synergists as supplement material to actively promote the transformation of synergists to a greener product with lower dose usage and higher efficiency.

Keyword：

nitrogen fertilizer utilization rate; greenhouse gas; nitrification inhibitor; urease inhibitor; ammonia stabilizer; nitrogen fertilizer synergist; expectation;

我国是世界氮肥生产和施用的第一大国，尤其在蔬菜、果树、花卉等经济效益较高的作物生产中，氮肥用量是普通大田作物的数倍甚至数十倍^[1]，氮肥超量施用现象十分普遍，但我国氮肥表观利用率仅为30%~35%，远低于世界平均水平^[2]。氮肥增效剂一直被认为是提高氮肥利用率的重要手段之一，主要包括硝化抑制剂、脲酶抑制剂、氨稳定剂及其他新型增效剂^[3]。本文通过文献分析，比较不同氮肥增效剂在提高作物氮肥利用率、生物量和产量及改善农产品品质、减少温室气体排放等方面的效果，为高效、合理利用氮肥增效剂提供参考。

1 氮肥增效剂的作用

1.1 硝化抑制剂

硝化抑制剂是能够抑制土壤中硝化细菌、亚硝化细菌等微生物活性的物质的总称，适宜配合铵态氮肥或尿素施用^[4]。现已发现有数百种化合物具有硝化抑制效应，主要有氰胺类、含氮杂环化合物、含硫化合物、烃类及其衍生物等四大类^[5]，其中双氰胺(DCD)、3, 4-甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、1-甲基吡唑-1-羧酰胺(CMP)、2-氯-6-三氯甲基吡啶(CP)、乙炔(C₂H₂)等已在农业生产上得到应用^[6]。但DCD需达到氮肥用量的10%才有显著的硝化抑制效果，且作为水溶性制剂易淋溶流失，存在环境污染风险^[7-8]。

硝化抑制剂通过抑制土壤中发生的硝化、亚硝化及反硝化过程，延缓土壤中铵态氮向硝态氮转化，延长作物吸收、利用矿化态氮的时间。土壤中参与亚硝化反应的细菌主要有亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属和亚硝化叶菌属；参与硝化反应的细菌主要有硝化杆菌属、硝化刺菌属和硝化球菌属^[9]。反硝化作用一般发生在嫌气或低氧的环境，NO₃^-在硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、一氧化氮还原酶、氧化亚氮还原酶的催化作用下依次还原为NO₂^-、NO、N₂O、N₂，参与反应的细菌主要有假单胞菌属、产碱杆菌属^[10]。

DCD的氨基(—NH₂)和亚氨基(=NH)与NH₃结构相似，以底物竞争形式干扰氨氧化细菌(AOB)对底物的利用^[11]；Nuti等^[12]认为，DCD能抑制AOB呼吸作用的电子转移并干扰细胞色素氧化酶的功能。DMPP仅抑制氨氧化过程中NH₄⁺向NH₂OH的转化^[13]；Kong等^[14]发现DMPP抑制了氨氧化古菌(AOA)和AOB的细胞特异性活性。CP是氨单加氧酶(AMO)的一种催化底物，但对AMO的亲和能力弱，通过氧化产物6-氯吡啶甲酸螯合AMO活性位点上的Cu²⁺产生抑制作用^[15]。乙炔作为AMO的底物，参与催化氧化生成高活性不饱和环氧化物，并与催化氧化反应的蛋白质发生共价结合使其失活而抑制硝化作用^[16]。

1.2 脲酶抑制剂

脲酶抑制剂是一类能抑制土壤中脲酶活性的物质的总称，在减缓尿素氮转化、抑制氨挥发、延长氮供应时间等方面有突出作用。国际上已开发了70多种脲酶抑制剂，主要包括重金属离子类(如阴离子、过渡金属离子)、羟肟酸类(如乙酰氧肟酸)、磷酰胺类[如正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、环乙基磷酸三酰胺(CNPT)、硫代磷酰三胺(TPT)、磷酰三胺(PT)、正丙基硫代磷酰三胺(NPPT)等]、磷酸盐类、杂环类化合物、金属配合物等，其中应用较为广泛的主要有NBPT/n-(正丁基)硫代磷酰三胺(nBTPT)、对苯二酚(HQ)和苯基磷酰二胺/苯基磷酸二酰胺(PPD/PPDA)等3种^[17]。

有机小分子类脲酶抑制剂控制尿素水解的作用机制主要有：①非竞争性抑制，即醌类和酚类脲酶抑制剂与脲酶的巯基(—SH)发生作用，形成硫桥(—S—S—)抑制脲酶活性；②竞争性抑制，即酰胺类脲酶抑制剂含有的N、O原子与脲酶的Ni原子对接形成配位体(Ni—O、Ni—N)，降低尿素与脲酶活性中心结合的概率；③部分脲酶抑制剂通过微生物活性抑制或延缓脲酶的形成，间接抑制尿素的水解作用；④重金属离子(如Ag⁺、Hg²⁺)与脲酶结合改变了脲酶活性中心和结构，导致丧失分解尿素的能力。

NBPT结构基团中的硫基(—S)和正丁胺基[—NH(CH₂)₃CH₃]增加了NBPT与脲酶结合的概率，—NH₂易与脲酶活性部位—SH结合^[18]。HQ通过氧化还原作用使4~8个—SH变成—S—S—而降低脲酶活性^[19]。PPD与尿素分子结构非常相似且亲和力极高，其本身及其水解产物磷酰二胺(DAP)能占据酶活性中心或引起酶蛋白三级结构改变产生位阻效应，阻碍酶活性中心与尿素底物结合，抑制尿素分解^[20]。

1.3 氨稳定剂

氨稳定剂是一类可以减少氨挥发损失的物质的总称，主要包括无机酸、有机酸、无机盐类及具有吸附性能的天然物质等，其中农业生产上应用较多的有沸石、腐殖酸和麦饭石。氨稳定剂较少单独使用，通常与抑制剂类增效剂混合或与肥料混合，用于开发基质复合与胶黏型缓/控释肥料^[9]。

1.3.1 沸石

天然沸石是一种铝硅酸盐矿物，因Al³⁺替代Si⁴⁺使铝氧四面体出现负电荷点且需阳离子来补偿；沸石内部具有较多的孔隙和通道，比表面积大，易与土壤中的阳离子发生交换和吸附作用^[21-22]。因此，沸石可以增强土壤对NH₄⁺的吸附能力从而提高有效性^[23-24]。

1.3.2 腐殖酸

腐殖酸调节植物-土壤体系氮素利用的机制：①促进植物根系硝酸盐吸收同化相关基因的表达，如腐殖酸使玉米根系硝酸盐吸收相关的基因(ZmNRT2.1和MHA2)及硝酸盐同化基因(NR1)均显著上调表达^[25-26]；②驱动植物根系内硝酸盐转运，2种高亲和力硝酸盐转运系统，即组成型高亲和力转运系统(cHATS)和诱导型高亲和力转运系统(iHATS)，均因腐殖酸刺激H⁺-ATP酶活性产生质子驱动硝酸盐的转运^[27]；③抑制AOA、AOB等微生物群落组成和数量变化，延缓NO₃^-、NO₂^-的生成^[28]；④腐殖酸的官能团与脲酶的—SH作用形成较大粒径的络合物从而抑制脲酶的活性^[29]，尤其是腐殖酸能长时间稳定脲酶活性，使尿素缓慢分解并提高氮肥利用率^[30]。因此，腐殖酸既能够促进氮素吸收、同化、转运，又能够抑制脲酶转化。

2 氮肥增效剂的应用

2.1 硝化抑制剂

2.1.1 提高氮肥利用率

不同硝化抑制剂可提高氮肥利用率(NUE)4.19%~69.9%，平均增幅为17.1%，其中CaC₂、DMPP、DCD的NUE提高幅度均高于30%，见表 1^[31-39]。

表 1

不同硝化抑制剂提高作物NUE的效果

硝化抑制剂	作物	土壤类型	NUE提高幅度/%
DMPP	小麦	黄泥土	69.9
DMPP	甜瓜	砂质壤土	54.5
CP	糯玉米	黄红壤	13~24
	玉米	淋溶土	30
	棉花	黏土	10.7
吡啶、吡唑类混合物	玉米	黑土	4.19~10.23
CaC₂	小麦、棉花	砂质黏壤土	61.1
DCD	甜瓜	砂质壤土	42.1
CP+NBPT	水稻	草甸黑土	15.6

2.1.2 提高作物产量

不同硝化抑制剂可提高作物产量-0.5%~134.4%，平均增产16.4%，其中DCD的增产效果大多在10%以上，优于其他硝化抑制剂，见表 2^{[38, 40-53]}。

表 2

不同硝化抑制剂提高作物产量的效果

硝化抑制剂	作物	土壤类型	增产率/%
CP	玉米	壤土	4~13
	玉米	粉砂壤土	17
	玉米	黑土	5.68~7.84
	棉花	黏土	4.1
DCD	小白菜	菜园土	10
	牧草	沙壤土	33
	棉花	壤土	6.4~13.0
	水稻	水稻土	-0.5~25.4
	冬小麦-夏玉米	潮土	76.6~134.4，29.7~86.3
	小豆	潮褐土	-0.5~6.8
DMPP	水稻	潜育型水稻土	4.3
	小麦	黏壤土	21~25
	芹菜		3.81
	黄瓜		6.7~11.6
	冬小麦	黏壤土	17.37

2.1.3 改善农产品品质

各种硝化抑制剂均可降低作物产品器官中硝态氮含量，并提高可溶性糖、可溶性蛋白、抗氧化物(如维生素C)的含量，显著改善农产品品质(见表 3)^{[51, 54-57]}。

表 3

不同硝化抑制剂改善农产品品质的效果

硝化抑制剂	作物	土壤类型	改善农产品品质的效果
CP	菜心	红壤	硝态氮含量降低46.4%
DCD	油菜	潮土	硝态氮含量降低，可溶性糖含量提高
DCD	菠菜		硝态氮积累量降低18%~61%
DMPP	苹果		花青素含量增加49.58%~50.06%，糖酸比增加32.38%~34.45%
DMPP	芹菜		可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C和纤维素含量显著提高，茎、叶中硝态氮含量分别降低14.06%、41.91%

2.1.4 减少土壤温室气体排放

N₂O是一种能破坏大气臭氧层的温室气体，土壤中发生的硝化和反硝化过程是N₂O产生的主要途径，菜地因施用氮肥产生的N₂O排放量占中国农田总排放量的20%左右^[58-59]。硝化抑制剂可使施入土壤的氮素更多的以铵态氮的形式存在，进而减少N₂O的排放。硝化抑制剂在不同氮肥水平下均能减少N₂O的排放，减排效果随施氮量的增加而增大^[60]。硝化抑制剂一般可减少N₂O排放量10.0%~98.0%，平均为28.1%；可减少CO₂排放量26.9%~56.4%，平均为42.5%；可减少NO累积排放量25.0%~77.0%，平均为51.0%^{[47, 50, 52, 58-69]}。硝化抑制剂减少土壤温室气体排放的效果见表 4。

表 4

硝化抑制剂减少土壤温室气体排放的效果

硝化抑制剂	作物	土壤类型	减排效果
CP+DCD	夏稻-冬小麦	粉质黏土	分别减少N₂O排放48.8%~53.5%、29.5%~31.3%
CP+DCD	水稻	红棕紫泥	分别减少N₂O排放24.0%、11.0%
CP	玉米	红壤	降少N₂O排放60.2%
CP		黏壤土	土壤孔隙含水量(WFPS)为40%、60%时，分别减少N₂O排放65.0%~97.0%、92.0%~98.0%
DCD	马铃薯	黏壤土	分别减少N₂O、NO排放83.0%、77.0%
		草甸黑土	减少N₂O排放21.6%
		褐土	N₂O减排率为24.6%~57.5%
	冬小麦-夏玉米	潮土	N₂O排放通量减少25.6%~32.1%，N₂O年度累积排放减少23.1%~31.1%
	黑麦草，白三叶草	砂土、砂壤土	减少N₂O排放61.0%~73.0%
	黄瓜	石灰性褐土	分别减少NO_x、N₂O排放76.5%、21.8%
		菜地	分别减少N₂O、CO₂排放91.6%、56.4%
DMPP	黄瓜		分别减少N₂O、CO₂排放20.4%~38.2%、26.9%~30.4%
		草甸黑土	减少N₂O排放78.3%
		褐土	N₂O减排率为66.7%~85.5%
		淋溶土	N₂O年排放、排放因子分别降低29.9%、47.9%
		黏壤土	WFPS为40%、60%时，分别减少N₂O排放83.0%~91.0%、93.0%~95.0%
	小麦	黏壤土	减少N₂O排放10.0%~15.0%
	三叶草-黑麦草	黏壤土	分别减少N₂O、NO排放29.0%、25.0%

2.2 脲酶抑制剂

2.2.1 提高NUE

脲酶抑制剂可以提高NUE 7.1%~54.9%，平均为10.1%，见表 5^[70-74]。

表 5

脲酶抑制剂提高NUE的效果

脲酶抑制剂	作物	土壤类型	NUE提高幅度/%
NBPT	水稻	红壤	19.4
	水稻	水稻土	10.0
	水稻	水稻土	40.6~54.9
	水稻	水稻土	17.8~19.1
	玉米-小麦	潮土	8.3、7.1

2.2.2 提高作物产量

脲酶抑制剂能够延长氮肥供应时间，提高作物根系活力和固氮酶活性，促进作物生长^[20]；增产效果显著，可提高作物产量1.83%~50.4%，平均为9.5%，见表 6^{[49, 70, 75-79]}。

表 6

脲酶抑制剂提高作物产量的效果

脲酶抑制剂	作物	土壤类型	增产率/%
NBPT	玉米	黄壤	3.14~8.65
	早、晚稻	红壤	16.2~18.2、21.0~22.9
	水稻	水稻土	6.8
	马铃薯	壤土	24.5~50.4
	水稻	红壤	1.83~14.74
HQ	小麦	黑土	11.0
HQ	黑麦草	砂质壤土	9.6

2.2.3 减少温室气体排放

脲酶抑制剂可以减少氨挥发11.8%~78.0%，平均为37.0%；此外，还可以分别减少CH₄、N₂O排放7.8%~58.2%、11.7%~62.3%，平均分别为25.8%、35.9%。脲酶抑制剂减少温室气体排放的效果见表 7^[79-86]。

表 7

脲酶抑制剂减少温室气体排放的效果

脲酶抑制剂	作物	土壤类型	减排效果
NBPT	水稻	乌栅土	减少NH₃排放52.9%
		砖红壤	减少NH₃排放54.0%~78.0%
		灰漠土	减少N₂O排放40%
NBPT、NPPT	马铃薯		分别减少NH₃、N₂O排放11.8%、11.7%
NBPT、NPPT	水稻	水稻土	NBPT和NPPT分别减少CH₄排放15.9%、21.4%，减少N₂O排放18.6%、14.4%
NBPT+生物炭	小麦	粉质壤土	分别减少NH₃、N₂O排放69%、53%
HQ		潜育型水稻土	分别减少CH₄、N₂O排放25.8%、17.9%
HQ	黑麦草	砂质壤土	分别减少NH₃、N₂O排放30.0%、40.7%
HQ+DCD	水稻	砂壤土	施用秸秆和不施用秸秆分别减少CH₄排放7.8%、58.2%，减少N₂O排放50.1%、62.3%
HQ+DCD	黑麦草	砂质壤土	分别减少NH₃、N₂O排放34.1%、50.0%

2.3 氨稳定剂

2.3.1 提高NUE和产量

氨稳定剂沸石、生物炭、腐殖酸依次提高NUE 0.63%~85.2%、8.0%~35.9%、1.87%~93%，平均分别为17.4%、4.7%、24.0%；依次平均提高作物产量42.3%、12.6%、13.2%。氨稳定剂提高NUE和作物产量的效果见表 8^{[22, 84, 87-99]}。

表 8

氨稳定剂提高NUE和作物产量的效果

氨稳定剂	作物	土壤类型	NUE提高幅度/%	增产率/%
沸石	玉米	砂壤土	13.91~19.15	17.6~38.1
	玉米	赤红壤	20.4~28.8，54.3~60.0
	菜豆	砂壤土		6.1~57.3，-37.2~99.6，-3.7~31.8
	水稻	粉质壤土	20.7~85.2
	水稻	潮土	0.63~3.58	0.81~9.21
生物炭	小麦	黏壤土	30.1~35.9，14.1~14.3	55.6~72.5，18.9~26.9
生物炭	小麦	粉质壤土	8.0	13
腐殖酸	玉米	潮土	1.87~59.86	30.11~63.06
	玉米	潮土	5.9~8.6	5.5~7.3
	小麦	黄褐土	5.9
	苹果	壤土	5.08~13.34	5.4~17.8
	杨梅	红壤、黄壤		13.0~13.4
	草莓	壤土		10.80
	葡萄	草甸土		29.93~62.16
	小麦-玉米	砂壤褐土	小麦：37~91	小麦：15~28
	小麦-玉米	砂壤褐土	玉米：78~93	玉米：8~10

2.3.2 改善农产品品质

氨稳定剂可降低农产品的硝酸盐含量，提高维生素C、可溶性糖、蛋白质含量，进而显著改善农产品品质。氨稳定剂改善农产品品质的效果见表 9^{[95-98, 100-101]}。

表 9

氨稳定剂改善农产品品质的效果

氨稳定剂	作物	土壤类型	改善农产品品质的效果
沸石	玉米	砂、黏壤土	粗蛋白质含量提高6.35%~7.33%
沸石	草莓	壤土	维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量分别提高11.51%、26.27%、20.54%
腐殖酸	苹果	壤土	果实硬度提高2.8%~13.3%，可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量依次提高9.3%~26.4%、8.9%~25.8%、0.6%~2.6%，糖酸比提高8.3%~22.7%
	葡萄	草甸土	维生素C、可溶性糖含量分别提高37.36%~48.35%、23.16%~34.49%
	生姜	砂壤土	蛋白质、姜辣素含量分别提高3.0%、2.1%，硝酸盐含量降低1.4%
	杨梅	红壤、黄壤	维生素C、可溶性固形物含量分别提高18.56%~24.76%、18.40%~19.54%

2.3.3 减少氮损失

表 10结果^{[84, 102-110]}表明：氨稳定剂沸石既降低了氨挥发累积速率，减少氨挥发损失6%~ 48.7%(平均为30.7%)，又减少了氮淋失-7.7%~ 36.7%(平均为22.7%)；生物炭具有吸附NH₄⁺或NH₃的能力，可减少NH₃、N₂O挥发损失20%左右；腐殖酸进入土壤后能抑制施肥区尿素的水解，减少氨挥发损失13.39%~40.9%(平均为26.1%)、氮淋失52.1%，但也有报道腐殖酸会提高土壤脲酶活性，促进NH₃挥发^[111-112]。

表 10

氨稳定剂减少氨挥发或氮淋失的效果

氨稳定剂	作物	土壤类型	减少氨挥发或氮淋失的效果
沸石	油菜	砂质土	减少氮淋失9.7%~28.4%，9.6%~34.3%，11.3%~36.7%
	向日葵	砂壤土	减少氮淋失9.7%~29.0，-7.7%~23.1%
		砂壤土	分别减少NO₃^--N淋失26%，22%
			降低堆肥过程中NH₃挥发累积速率27.9%，48.7%
			减少堆肥过程中NH₃挥发37%
		砂壤土	减少NH₃挥发6%~15%
		老成土	显著减少NH₃挥发
生物炭	小麦	粉质壤土	分别减少NH₃、N₂O挥发26.9%、23.5%
腐殖酸	水稻	黏土	减少NH₃挥发13.39%~24.70%
腐殖酸	玉米	潮土	减少NH₃挥发40.9%，氮肥损失率降低52.1%

3 新型肥料增效剂

3.1 内生菌提取物ZNC

内生菌提取物ZNC的商品名为“智能聪”，来源于沙棘内生菌宛氏拟青霉。ZNC的田间施用量很少，效果却非常明显，一方面可提高NUE或氮含量，增加作物产量或生物量-22.1%~64.2%(平均18.1%)；另一方面可提高植株超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性，促进新生器官(如根、芽)发育，降低病害发生率0.70%~74.4%(平均为20.5%)。ZNC是通过激发植物自身代谢活力，促进养分吸收利用和植株生长发育，增强抗性，提高产量(见表 11)^[113-122]。

表 11

内生菌提取物ZNC的作用及效果

作用	作物	土壤类型	效果
提高肥效、增加产量	小麦	湿润淋溶土	产量、NUE分别提高23.6%、10.1%
	拟南芥		植物氮含量分别增加245%、447%
	小麦	盐化潮土	千粒质量、产量分别提高18.6%、27.8%
	水稻	草甸白浆土	增产5.9%
	烟草	沙壤土	分别增产6.0%、5.4%
	马铃薯	棕壤土	增产7.9%~15.2%
	樱桃萝卜		鲜质量增加-22.1%~64.2%
促进生长、增强抗性	烟草	沙壤土	病毒病、根茎病、叶斑类病害发病率分别下降1.45%~5.20%、0.70%~1.93%、3.73%~6.54%
	烟草		花叶病毒相对数量降低了74.4%
	水稻		地上部生物量及叶片中的SOD、CAT、POD活性分别提高7.9%~20.4%、22.2%~46.9%、-1.8%~9.6%、6.4%~18.5%
	拟南芥		增强对病原菌Pst DC3000的抗性
	小麦、大豆、玉米、棉花		小麦、大豆、玉米、棉花根长分别增加12.7%~22.3%、1.7%~17.1%、10.5%~18.9%、9.4%~19.4%，小麦、玉米芽长分别增加53.4%~63.9%、34.0%~47.3%

ZNC的田间高效施用技术和作用机制都亟需进一步的研究。

3.2 植物源硝化抑制剂

植物源硝化抑制剂(BNIs)是一种环境友好型抑制剂，是由植物根系产生和分泌，现已发现湿生臂形草^[123]、高粱^[124]、水稻^[125]、苦楝树^[126]、杨梅^[127]等能够释放生物硝化抑制剂。BNIs主要通过抑制氨单加氧酶和羟胺氧化还原酶来抑制硝化作用，不同来源BNIs的抑制方式不同，见表 12^[124-131]。

表 12

植物源硝化抑制剂的来源和作用机制

分类	来源	生物硝化抑制剂	作用机制
杨梅科	杨梅	儿茶素、没食子酸
禾本科	湿生臂形草	亚油酸、α-亚麻酸	氨单加氧酶、羟胺氧化还原酶
	水稻	1, 9-癸二醇	氨单加氧酶
	高粱	高粱醌、对羟基苯丙酸甲酯(MHPP)、樱花素	氨单加氧酶、羟胺氧化还原酶
	大赖草		氨单加氧酶、羟胺氧化还原酶
木本科	印度卡兰贾树	水黄皮素
	木槿	草酸、柠檬酸、琥珀酸
	苦楝树	Nimin

BNIs通过抑制土壤硝化细菌和反硝化细菌的活性，减少因硝化和反硝化作用引起的氮素损失及温室气体排放。已有研究发现，BNIs可提高NUE 2.6%~6.7%(平均4.5%)，增加产量5.6%~ 39.4%(平均10.3%)，减少N₂O排放18.1%~96%(平均40.0%)，表明植物源硝化抑制剂在减少N₂O排放方面的潜力巨大。植物源硝化抑制剂的作用和效果见表 13^{[128, 132-137]}。

表 13

植物源硝化抑制剂的作用及效果

作用	抑制剂	作物	效果
提高肥效、增加产量	MHPP	苋菜、小白菜、蕹菜、香菜	NUE和产量分别提高6.7%、6.7%
	亚油酸、α-亚麻酸	玉米	NUE和产量分别提高3.1%、5.6%
	Nimin、水黄皮素	牧草-玉米(轮作)	提高NUE 2.6%~6.2%
		水稻	提高产量20.7%~39.4%
减少排放	亚油酸、α-亚麻酸	大豆	减少N₂O排放90%
	MHPP	苋菜、小白菜、蕹菜、香菜	减少N₂O排放18.1%
	水黄皮素		减少N₂O排放92%~96%
	1, 9-癸二醇		减少N₂O排放48%

4 讨论与展望

基于文献数据，对NUE的提高，硝化抑制剂平均为17.1%，脲酶抑制剂平均为10.1%，氨稳定剂沸石、生物炭、腐殖酸依次为17.4%、4.7%、24.0%，ZNC和BNIs平均在7.0%左右，表明硝化抑制剂的效果较为突出和显著。硝化抑制剂平均减少N₂O、CO₂、NO排放分别为28.1%、42.5%、51.0%；脲酶抑制剂平均减少氨挥发37.0%，平均减少CH₄、N₂O排放分别为25.8%、35.9%；沸石和腐殖酸平均减少氨挥发分别为30.7%、26.1%，BNIs平均减少N₂O排放40.0%；即在减少温室气体排放方面，硝化抑制剂的效果较好，脲酶抑制剂的效果较广，BNIs的潜力巨大。在作物增产方面，硝化抑制剂、脲酶抑制剂平均增产分别为16.4%、9.5%，氨稳定剂沸石、生物炭、腐殖酸平均增产依次为42.3%、12.6%、13.2%，ZNC和BNIs平均增产分别为18.1%、10.3%，各增效剂大多增产15%左右。在改善作物品质方面，硝化抑制剂尤其是DCD可以显著降低农产品中硝酸盐的积累量，并提高可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C的含量，氨稳定剂尤其是腐殖酸能够显著提高维生素C、可溶性糖的含量及糖酸比，ZNC能增强植物抗性、降低病害发生率。总体而言，硝化抑制剂、脲酶抑制剂、氨稳定剂在提高NUE、产量、产品品质和减少温室气体排放、氮损失等方面都有显著的作用和效果；ZNC和BNIs分别在氮肥增效、温室气体减排等方面具有特殊作用。

硝化抑制剂、脲酶抑制剂大多为化学合成，既存在用量大、价格贵的问题，又存在环境污染和生态安全风险，如醌类化合物易伤害土壤微生物、作物，CP施用量为8.0~14.0 mg/kg时可使大豆地上部和地下部生物量减少50%^[138]。氨稳定剂主要通过吸附等物理过程以及促进作物利用来提高NUE，环境污染、生态安全风险不大，但也存在用量过大及资源不足的问题。为此，相关研究人员通过实施新的策略以达到提高NUE和减少氮环境污染的目的：①氮肥减量与增效配合，如氮肥减量20%配合增效剂使玉米增产10.24%~17.05%，实现减氮不减产^[139]；②配合增效，即2种或2种以上的氮肥增效剂配合使用，如HQ配合DCD可减少CH₄排放量58%^[140]，DMPP配合生物炭显著降低了中性水稻土的AOB丰度并分别提高水稻籽粒产量、NUE为8.5%、10.6%^[102]；③开发新型多功能产品，如湖南泰谷生态工程有限公司开发了一种由多种植物粉末、黄腐酸、植物生长调节剂等配制而成的氮肥有机增效剂^[141]。

《“十四五”全国农业绿色发展规划》中提出：以化肥减量增效为重点，集成推广科学施肥技术；开发农业生态价值，落实2030年前力争实现碳达峰的要求，研发种养业生产过程温室气体减排技术。这意味着氮肥增效剂在化肥减量增效、温室气体减排中的作用将得到进一步的重视和充分发挥。基于氮肥增效剂已有的研究和应用，以推动农业绿色发展为主导，围绕投入品绿色、减量，建议按照减量增效、内生增效、整合增效深入推进氮肥增效剂的研究和应用：①减量增效，即基于作物养分科学定量以减少肥料尤其氮肥用量的条件下，研究和评价增效剂的作用和效果，避免增效剂屏蔽过量施肥的低效；②内生增效，即基于作物自身代谢活力、能力，在促进养分吸收利用和生长发育的前提下，研究和揭示增效剂的作用和机制，避免增效剂遮挡化学过程的负效；③整合增效，即基于作物生长环境因子、过程，在保障植株健康和生态安全的基础上，整合和发挥增效剂的作用和功能。因此，应全链条研究和设计肥料增效剂，即以生物源(如ZNC和BNIs)增效剂的“促生”作用为主导，以物理性(如腐殖酸)增效剂的“载体”作用为支撑，以化学性(如HQ、DCD等)增效剂的“靶向”作用为辅助，积极推进增效剂向绿色、少量、高效转变。

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