硝化抑制剂对作物根际土壤pH及肥料利用率的影响

The Effect of Nitrification Inhibitor on Crop Rhizosphere Soil pH and Fertilizer Utilization Rate

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2025.03.003

杨自超 Zichao YANG , 任孟伟 Mengwei REN , 袁方方 Fangfang YUAN , 杨博兰 Bolan YANG , 钟雯瑾 Wenjin ZHONG , 刘建琦 Jianqi LIU , 刘锐杰 Ruijie LIU , 郭景丽 Jingli GUO , 岳艳军 Yanjun YUE

河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡 453731 Henan Xinlianxin Chemicals Group Co., Ltd., Xinxiang, Henan 453731, China

摘要：

为考察施用硝化抑制剂3, 4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)对农作物生长指标、干物质积累以及根际土壤pH、土壤中铵态氮和硝态氮含量、氮素和磷素利用率的影响，开展了盆栽试验。结果表明：添加DMPP处理的玉米株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量(SPAD值)、干物质积累均优于不添加DMPP处理的；在相同施磷水平下，添加DMPP处理的氮素相对吸收利用率和P₂O₅利用率较不添加DMPP处理的分别增加25.00%和14.00%；在相同施磷水平下，添加DMPP处理的土壤中铵态氮含量较不添加DMPP处理的提高30 mg/L左右。在氮肥中添加硝化抑制剂可以有效抑制铵态氮向硝态氮的转化，提升土壤中NH₄⁺含量，促进根系对NH₄⁺的吸收并释放出H⁺，增大根际土壤酸性，活化根际土壤中的磷，提高磷素和氮素的利用效率。

关键词：

硝化抑制剂; 3, 4-二甲基吡啶磷酸盐; 肥料利用率; 土壤pH;

Abstract：

A pot experiment is conducted to investigate the effects of the application of nitrification inhibitor 3, 4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) on crop growth indicators, dry matter accumulation, rhizosphere soil pH, ammonium and nitrate nitrogen content in the soil, and nitrogen and phosphorus utilization rate. The results show that the maize plants treated with DMPP have higher plant height, stem thickness, chlorophyll relative content (SPAD value) in leaves, and dry matter accumulation than those treated without DMPP. At the same phosphorus application level, the relative absorption utilization rate of nitrogen and phosphorus utilization rate of the treatment with DMPP increase by 25.00% and 14.00%, respectively, compared to the treatment without DMPP. At the same phosphorus application level, the ammonium nitrogen content in the soil treated with DMPP increases by about 30 mg/L compared to the soil treated without DMPP. Adding nitrification inhibitors to nitrogen fertilizers can effectively inhibit the conversion of ammonium nitrogen to nitrate nitrogen, increase the NH₄⁺ content in the soil, promote the absorption of NH₄⁺ by roots and release H⁺, increase the acidity of rhizosphere soil, activate phosphorus in rhizosphere soil, and improve the utilization rate of phosphorus and nitrogen.

Keyword：

nitrification inhibitor; 3, 4-dimethylpyrazole phosphate; fertilizer utilization rate; soil pH;

根际土壤一般是指作物根系周围数毫米范围内的微域土壤，该微区的物理、化学和生物学状况直接影响土壤中水分、养分的迁移转化速率和有效性，以及植物根系的吸收能力和生理活性₃^[1]。由于土壤中有效磷含量较低，且土壤对磷具有较强的固定作用，所以植物对施入土壤中的磷素的利用率通常较低^[2]。Li等^[3]的研究发现，在作物生长过程中可以通过根际有机酸的分泌来提高磷的有效性。Zhu等^[4]的研究指出，作物根系对土壤中铵离子的吸收可保证植物细胞内外的电中和，植物根系细胞向根系周围释放H⁺，H⁺的释放引起土壤pH下降，可以增强磷的活性，提高作物对磷的利用效率。陈永亮等^[5]的研究同样发现，因铵离子吸收引起根际土壤酸化，可提高根际土壤附近磷的有效性，同时植物对磷的吸收效率增大。NO^-容易通过淋溶作用从土壤中流失，这不仅会降低土壤中氮素含量，还会增加环境氮素的负荷，对环境造成污染。而硝化抑制剂能够抑制土壤中亚硝化细菌等微生物的活性，可减少NH₄⁺向NO₂^-、NO₃^-的转化^[6]。目前，国内外学者对硝化抑制剂提高氮肥利用率的研究较多，而关于硝化抑制剂影响根际土壤环境、提高磷利用率的相关研究较少。本文针对氮肥中添加硝化抑制剂对根际土壤pH及氮和磷吸收效率的影响开展相关研究，以期为肥料的高效利用提供一定的参考。

1 材料与方法

试验于2023年11月—2024年2月在河南省新乡市新乡县进行。

1.1 供试材料

供试土壤：类型为壤土，质地为黏壤，pH为7.8，w(全氮)为0.68 g/kg，w(有机质)为11.5 g/kg，w(速效钾)为121.3 mg/kg，w(速效磷)为30.1 mg/kg。

供试肥料：大颗粒尿素，w(N)为46%，河南心连心化学工业集团股份有限公司；过磷酸钙，w(P₂O₅)为12%，铜陵市九华山化工有限公司；氯化钾，w(K₂O)为60%，青海盐湖工业股份有限公司；3, 4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)，武威金仓生物科技有限公司。

供试作物：玉米，品种为郑单958。

1.2 试验设置

采用盆栽试验，共设置5个处理，每个处理设置3次重复。试验中氮源采用自制的硝化抑制剂型尿素(硝化抑制剂DMPP与黏结剂充分混合后，均匀涂覆于大颗粒尿素的表面，晾干后备用)，按试验设计(见表 1)中的要求与过磷酸钙、氯化钾进行掺混。每盆装土8 kg，施肥量为2 g/盆。

表 1

试验设计

处理	w(DMPP)/%	施磷量	肥料掺混配比
T1	0	不施磷	30-0-5
T2	0	施全量	30-5-5
T3	0.1	施全量	30-5-5
T4	0.1	减量20%	30-4-5
T5	0.1	减量40%	30-3-5

1.3 测定项目

土壤pH采用pH测量仪测定；土壤中铵态氮和硝态氮含量分别采用靛酚蓝比色法、双波长紫外分光光度法测定；株高用卷尺测量植株根部至叶片最顶端的高度；茎粗采用游标卡尺测量玉米植株根部；叶片叶绿素相对含量(SPAD值)采用便携式SPAD-502Plus型叶绿素仪测定；干物质烘干后，用天平直接称量干物质质量；植株中氮、磷的含量采用流动分析仪测定。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003和SPSS 19.0软件进行结果分析，运用最小显著差异法(LSD)对各处理的数据进行多重比较(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 硝化抑制剂对玉米生长指标的影响

硝化抑制剂对玉米生长指标的影响见表 2，表中同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)，下同。

表 2

硝化抑制剂对玉米生长指标的影响

处理	株高/cm			茎粗/mm			SPAD值
处理	2024-01-04	2024-01-14	2024-02-24	2024-01-04	2024-01-14	2024-02-24	2024-01-04	2024-01-14	2024-02-24
T1	40.00 b	47.33 b	69.33 c	3.65 ab	4.32 ab	6.10 c	36.28 a	34.08 a	33.35 b
T2	39.50 b	49.67 ab	75.00 bc	3.39 a	4.07 b	6.75 bc	34.23 a	35.53 a	33.67 ab
T3	42.50 ab	55.17 a	82.00 a	3.94 a	4.64 a	8.72 a	36.62 a	35.23 a	35.95 ab
T4	43.83 a	52.50 ab	79.33 ab	3.78 ab	4.42 ab	7.83 a	36.18 a	35.37 a	36.48 a
T5	41.33 ab	50.17 ab	72.17 bc	3.58 b	4.59 a	7.67 ab	34.72 a	34.43 a	36.33 a

从表 2可以看出：T2处理的玉米株高、茎粗、SPAD值优于T1处理的，但差异并不显著；在添加DMPP的条件下，随着施磷量的减少，玉米的株高、茎粗、SPAD值逐渐降低，但处理间差异不显著；在同一施磷水平下，T3处理的玉米株高、茎粗、SPAD值优于T2处理的，说明添加DMPP可以促进玉米的生长；T4处理的玉米株高、茎粗、SPAD值优于T2处理的，说明添加DMPP后，在一定范围内减施磷肥不会影响玉米的生长。

2.2 硝化抑制剂对玉米干物质积累的影响

硝化抑制剂对玉米干物质积累的影响见图 1，图中不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)。

图 1

硝化抑制剂对玉米干物质积累的影响

从图 1可以看出：在不添加DMPP的条件下，T2处理的玉米干物质积累高于不施磷处理的，但差异不显著；在同一施磷水平下，T3处理的玉米干物质积累高于T2处理的，差异不显著；T4处理的玉米干物质积累与T2处理的基本一致，说明添加DMPP可以保证在作物干物质积累不变的条件下减施磷肥。

2.3 硝化抑制剂对根际土壤pH和土壤中氮含量的影响

硝化抑制剂对根际土壤pH和土壤中氮含量的影响见图 2~图 4。

图 2

硝化抑制剂对根际土壤pH的影响

图 3

硝化抑制剂对土壤中硝态氮含量的影响

图 4

硝化抑制剂对土壤中铵态氮含量的影响

从图 2可以看出：施用肥料后，根际土壤pH均呈先下降后上升的趋势；在同一施磷水平下，T3处理的根际土壤pH下降幅度大于T2处理的，说明添加DMPP可以有效降低根际土壤pH；在施用DMPP的条件下，随着磷肥施用量的增加，根际土壤pH逐渐下降，说明施磷对根际土壤的pH也有一定的影响。

从图 3可以看出：T1、T2处理的土壤中硝态氮含量呈先增大后减小的变化趋势，而且不施磷处理的土壤中硝态氮含量高于施磷处理的；T3、T4、T5处理的土壤中硝态氮含量呈先增大后减小再增大的变化趋势；在同一施磷条件下，T3处理的土壤中硝态氮含量小于T2处理的，说明硝化抑制剂DMPP可以有效降低土壤中硝态氮含量。

从图 4可以看出：所有处理的土壤中铵态氮含量均呈先增大后减小的变化趋势，添加DMPP处理的土壤中铵态氮含量高于不添加DMPP处理的；在同一施磷水平下，T3处理的土壤中铵态氮含量较T2处理的高30 mg/L左右，说明添加DMPP可以有效抑制土壤中铵态氮向硝态氮的转化，提高土壤中铵态氮的含量。

2.4 硝化抑制剂对玉米氮素和P₂O₅利用率的影响

硝化抑制剂对玉米氮素、P₂O₅利用率的影响见表 3。其中：氮素相对吸收利用率=(其他处理作物吸收的氮素量-对照处理作物吸收的氮素量)/所施肥料中的氮素量×100%；P₂O₅利用率=(施磷区作物吸收P₂O₅量-无磷区作物吸收P₂O₅量)/所施肥料中P₂O₅的量×100%。

表 3

硝化抑制剂对玉米氮素、P₂O₅利用率的影响

处理	植株w(N)/%	植株m(N)/g	氮素相对吸收利用率/%	植株w(P₂O₅)/%	植株m(P₂O₅)/g	P₂O₅利用率/%
T1	2.71 b	0.24		0.27 e	0.024
T2	2.69 b	0.31	11.67	0.30 d	0.035	11.00
T3	3.16 a	0.46	36.67	0.34 b	0.049	25.00
T4	3.16 a	0.38	23.33	0.36 a	0.044	25.00
T5	3.12 a	0.35	18.33	0.34 c	0.038	23.33

从表 3可以看出：T3、T4、T5处理的氮素相对吸收利用率均高于T2处理的，说明添加DMPP可以有效提高作物对氮素的吸收利用效率，保证了玉米生长过程中对氮素养分的需求，为后期玉米籽粒养分积累、产量增加打下了基础；T3、T4、T5处理的P₂O₅利用率均高于T2处理的，说明添加DMPP可以活化根际土壤的磷，提高了磷的有效性，进而提高了玉米对磷的利用率。

3 结语

提高作物氮素利用率是施用硝化抑制剂的必然结果。王静等^[7]在安徽怀远县稻茬麦田上开展的抑制剂对稻茬小麦产量及氮素利用效率的影响试验结果表明，施用硝化抑制剂可显著提高氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮素吸收效率和氮肥偏生产力。本试验得到同样的结果，添加硝化抑制剂的T3处理的氮素相对吸收利用率比不添加硝化抑制剂的T2处理的提高25.00%；添加硝化抑制剂可以提高作物对磷的利用效率，T3处理的P₂O₅利用率比不添加硝化抑制剂T2处理的提高14.00%。分析其原因，可能是T3处理可以有效降低根际土壤pH，增大根际土壤酸性，从而活化根际土壤中的磷，提高了作物对P₂O₅的利用效率。

ckwx 参考文献

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