緩釋/控釋氮肥對土壤脲酶活性的影響

【摘要】 采用室內培養法，研究不同緩釋/控釋氮素肥料對土壤脲酶活性的影響，及不同培養時間脲酶活性的變化特點。研究表明：添加脲酶抑制劑及包膜肥料，在中前期對土壤脲酶有一定的抑制作用，添加兩種抑制劑和添加兩種抑制劑包膜的肥料對土壤脲酶活性影響最大，影響持續時間長。

【關鍵詞】 包膜肥料；緩釋/控釋肥料；養分釋放

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2018.03.014

Abstract： The way of culturing was used in the brown soil in the room. The effect on the soil urease activity of the different slowed/controlled release nitrogen fertilizer and the change characteristic of urease activity at the different culturing stage was monitored. Studies have shown：added urease inhibitor and coated fertilizer have certain inhibition to the soil urease in earlier stage. Added two kinds of inhibitor and their coated fertilizer have the largest effect on soil urease activity and the influence duration.

Key words： coated granular fertilizer；slowed/controlled release fertilizer；nutrient release

在中國，化肥是重要的生產資料之一，也是在農業生產過程中投入數量最大的生產資料。化肥為糧食高產提供了保障，同時在穩產和安全生產方面也起著決定性的作用。近年來，緩釋/控釋肥料的研究開發在中國發展迅速。中國是研究包膜肥料較早的國家之一，利用廢舊塑料、工農業廢棄物、添加生化抑制劑或以肥料包裹肥料的方式制造出緩釋/控釋的肥料是中國緩釋/控釋肥料的研究特點[1]。

目前在國內外的研究開發中，物理包覆（被）法和整體分散法是生產緩釋/控釋肥料的兩種方法，其生產工藝分別是利用膠囊技術形成一種新型組合物和肥料均勻地溶解或分散在聚合物中[2]，本實驗使用的就是在尿素肥料中加上脲酶和硝化抑制劑再將其包膜形成的緩釋/控釋肥料。

1 研究方案

本實驗研究的主要內容及基本要求是：采用室內培養的方法，研究不同種緩釋/控釋肥料施入土壤后對土壤脲酶活性的影響。緩釋/控釋氮肥用尿素加N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）、尿素添加NBPT包醋酸淀粉膜、尿素添加NBPT包丙烯酸樹脂膜等幾種，研究其施入土壤后不同時間對土壤脲酶活性的影響。

本實驗在室內采用恒溫（25±2℃）培養法，對未種植作物的施肥土樣進行研究。實驗每一周測定一次土壤中脲酶活性。研究不同種緩釋/控釋肥料施入土壤后在土壤中脲酶活性的變化。中國科學院沈陽生態實驗站提供潮棕土壤，土壤基本理化指標在實驗前測定完畢并記錄。

1.1 實驗設計

實驗共設10個處理，分別為：①空白，不施用任何肥料（CK），即無肥；②施用大顆粒尿素（處理1），即UREA；③N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）涂層大顆粒尿素（處理2），即NBPT+UREA；④雙氰胺（DCD）與N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）混合涂層大顆粒尿素（處理3），即DCD+NBPT+UREA；⑤大顆粒尿素醋酸淀粉酯膜（處理4），即SA+UREA；⑥大顆粒尿素包丙烯酸樹脂膜（處理5），即MMA+UREA；⑦N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）涂層大顆粒尿素包醋酸淀粉酯膜（處理6），即SA+NBPT+UREA；⑧N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）涂層大顆粒尿素包丙烯酸樹脂膜（處理7），即MMA+NBPT+UREA；⑨雙氰胺（DCD）與N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）混合涂層大顆粒尿素包醋酸淀粉酯膜（處理8），即SA+DCD+NBPT+UREA；⑩雙氰胺（DCD）與N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）混合涂層大顆粒尿素包丙烯酸樹脂膜（處理9），即MMA+DCD+NBPT+UREA。

試驗培養方法：采用500mL敞口塑料瓶裝土培養，裝施N量為1g/kg風干土596g/瓶，將風干土與相應的肥料充分混勻后裝瓶，瓶口蓋一層扎眼的塑料袋，每一處理進行3次重復。保持土壤含水量為20%，放入25±2℃恒溫箱培養，每一周采土壤一次測定土壤中脲酶活性。

室內培養實驗分析指標：土壤培養前測定其基本理化指標，培養后每周取樣，共取十一周。三次重復取樣，測定土壤脲酶活性。

1.2 脲酶活性的測定

1.2.1 測定原理

脲酶是一種專一性較強的酶，它能酶促尿素水解生成氨、二氧化碳和水，Rotini（1935）首先提出研究測定土壤脲酶，測定方法有很大發展，本實驗采用的是比色法。比色法以尿素為基質，根據脲酶酶促產物-氨在堿性介質中與苯酚-次氯酸鈉作用（在堿性溶液中及在亞硝基鐵氰化鈉催化劑存在下）生成藍色的靛酚，該生成物數量與氨濃度成正比。反應式如下：

NH3+NaOCl→NH2Cl+NaOH

NH2Cl+C6H5OH+NaOH→NH2C6H4OH+NaCl+H2O

NH2C6H4OH+NaOCl→NHC6H4O+NaCl+H2O

NHC6H4O+NaOCl→OC6H4NCl+NaOH

OC6H4NCl+C6H5OH+2NaOH→OC6H4NC6H4ONa（靛酚）+NaCl+H2O

此法的結果精確性較高，重現性較好。

1.2.2 操作步驟

在50mL三角瓶中放入風干土5g，隨后加入甲苯1mL，15分鐘后向燒杯內加入尿素液10mL，濃度為10%，同時加入檸檬酸鹽緩沖液20mL。將混合的樣品放入振蕩器中搖勻，并放入恒溫箱中培養24小時，溫度設置為37℃。培養后在樣品中取出3mL過濾液，并放入50mL容量瓶中，然后進行比色測定，并記錄繪制標準曲線。計算：以24h后1g土壤中NH3-N毫克數表示脲酶活性。

a×2=NH3-N（mg）

式中：a為標準曲線查得的NH3-N毫克數；2為換算成1克土的系數。

2 實驗結果

實驗數據采用Excel2002軟件分析，方差分析與多重比較采用SAS97軟件進行。

2.1 實驗土壤基本理化性質

對于不同理化性質的土壤，施用緩釋/控釋氮素肥料對土壤脲酶活性可能有不同的影響，本研究在潮棕壤上進行的，土壤理化性質見表1。

2.2 實驗結果

施用不同種緩釋/控釋氮素肥料，土壤脲酶活性發生變化，同一處理在不同培養時間土壤脲酶活性變化如圖1所示。

3 實驗分析及討論

不同處理同一時期土壤脲酶活性變化。

在培養第一周后，處理1、處理7和處理8土壤脲酶活性最強，三個樣品測量值差異不大，其中脲酶活性最高的是處理1。處理4、處理6、處理9、處理3和處理2，這些樣品的脲酶活性差異性不大，但其中脲酶活性較低的是處理3和處理2，說明這五種樣品的脲酶活性基本一致。脲酶抑制劑直接與尿素混合，對脲酶活性的抑制作用在培養第一周略高于醋酸酯膜包膜尿素和包裹脲酶抑制劑NBPT涂層尿素處理，及丙烯酸樹脂膜包尿素與硝化和脲酶抑制劑處理，第一周處理5脲酶活性很低，與處理2、處理3無顯著差異，在同一水平上。說明尿素包丙烯酸樹脂膜對尿素控制能力很強，在第一周尿素從膜內釋放水解的量很少，對土壤中脲酶的激活作用很小。

培養第二周后，處理9脲酶活性最高，其次為處理1。處理9、處理1、處理5、處理8之間脲酶活性無顯著差異，說明處理9、處理5和處理8三種包膜及包膜加抑制劑緩釋/控釋氮肥有一定量的尿素釋放出來，脲酶活性被激發，使脲酶活性高于其它處理。在第二周脲酶活性測量中，處理1、處理2、處理3、處理4、處理5、處理6、處理8的測量值沒有明顯變化，均較高。

第三周，處理3脲酶活性最高，與處理8、處理9在同一水平上，說明三種處理尿素水解速度加快，NBPT的抑制作用有所減弱。土壤脲酶活性測量樣品處理7、處理8、處理9、處理1、處理5的測量值差異性不大，土壤脲酶活性測量樣品處理6、處理5、處理4、處理2、處理1的測量值差異不大。說明在施肥第三周，施用處理6、處理5、處理4、處理2、處理1的肥料對脲酶活性的影響強度在一個水平上。

第四周，在所有樣品中，脲酶活性最高的是處理8，處理9和處理8基本相同。說明在包兩種膜和加入兩種抑制劑的尿素，尿素對脲酶的影響作用持續時間較長。處理3與處理9脲酶活性差異不顯著，但均較高。也說明兩種抑制劑的協同作用可以延續尿素轉化，使尿素釋放時間延長，能長期激活脲酶活性。

第五周，處理9、處理8脲酶活性最高，與其它處理差異顯著，說明與抑制劑共同對延緩尿素水解起到一定作用，讓尿素持續激活土壤脲酶活性。第五周處理6、處理3脲酶活性無顯著差異，脲酶活性沒有差異的是處理4、處理5、處理6，脲酶活性較低的樣品是處理7、處理1。在第五周，處理2脲酶活性最低，與其他處理差異顯著，其原因需進一步研究。

第六周，處理3、處理8、處理9脲酶活性的測量值基本相同，但樣品處理3脲酶活性最高，脲酶活性在同一水平上的還有處理4、處理5、處理6、處理7。說明在第六周，兩種包膜尿素與加入脲酶抑制劑NBPT再包兩種膜的尿素處理脲酶活性無顯著差異。而處理3、處理2和CK脲酶活性無顯著差異，說明在第六周此三種肥料對脲酶的影響具有相同的效果。

第七周，仍然是處理8、處理9和處理3脲酶活性最高，處理6、處理5、處理1無顯著差異，脲酶活性較高。而處理2與處理7脲酶活性最低，與對照CK無顯著差異，處理7經過一周后脲酶活性下降幅度如此之大，其原因有待進一步研究。

第八周，處于最高值的樣品有處理8、處理9，其脲酶活性與第六周、第七周表現相同，和其他的樣品有一定的差距。處理5脲酶活性較高，與其他處理差異顯著。說明尿素包丙烯酸樹脂膜對尿素的控制釋放在第八周仍有一定作用，使尿素的釋放對脲酶有一定激活效應。

第九周，處理3、處理8脲酶活性最高，二者無顯著差異。而處理4、處理5、處理6、處理9脲酶活性較高，互相間無顯著差異。說明到第九周，施用這幾種肥料對脲酶活性仍有一定的促進作用。而處理7脲酶活性較低，與其他處理差異顯著。而CK、處理1、處理2之間脲酶活性無顯著差異，最低，這與其尿素完全水解和無尿素刺激作用有關。

第十周，處理8脲酶活性最高，與其他處理差異顯著，與第九周表現相同，可能與包醋酸酯膜及兩種抑制劑的協同作用使尿素水解延緩，此時仍有尿素釋放而激發脲酶活性有關，需與尿素含量測定結合研究。處理3脲酶活性很高，與其它處理差異顯著，所采用肥料為兩種抑制劑的協同作用，可能與處理8的作用機理相同。在第十周，處理9、處理5脲酶活性也很高，二者之間無顯著差異，與其它處理差異顯著，這可以認為是丙烯酸樹脂膜的控制作用性能好，使尿素的水解作用延緩時間長，促進脲酶活化。

第十一周，處理8、處理9、處理3脲酶活性最高，與其它處理差異顯著，說明歷時77天后，采用兩種抑制劑的協同作用及協同包膜作用的肥料，對其尿素的水解控制能力仍較強。此時，殘存在土壤中的氮肥尿素對土壤脲酶起著激活作用。脲酶活性較高的是處理4、處理5，兩個樣品之間差異不大，但與其它樣品差異明顯。

4 結論

綜上分析可知，不同種緩釋/控釋尿素氮肥在同一培養時間土壤脲酶活性變化很大，這主要是受緩釋/控釋尿素氮肥釋放尿素、尿素水解和抑制劑控釋速度的影響。在培養第一、第二甚至是第三周，施用尿素的處理1脲酶活性很強，這與其促進脲酶活性作用有關。其它處理因對尿素的控釋性能不同及抑制劑的有效作用不同而有明顯差異。但前期第一周、第二周添加脲酶抑制劑的處理脲酶活性較弱，而中后期較強。包膜尿素的處理中后期脲酶活性總體上強于前期。在整個培養時期，處理3、處理8、處理9，即兩種抑制劑的協同作用及協同作用包膜處理脲酶活性均很高，而且中后期脲酶活性高于前期，其主要原因是前期有膜和抑制劑的作用，脲酶受到一定的抑制作用，而中后期尿素從膜中釋放出來及脲酶抑制劑失去作用，使得脲酶活性增強。

【參考文獻】

[1] 張民，史衍璽，楊守祥，等.控釋和緩釋肥的研究現狀與進展[J].化肥工業，2001（5）.

[2] 張民，楊越超，宋付朋，等.包膜控釋肥料研究與產業化開發[J].化肥工業，2005（2）.

[3] 周禮愷，土壤的脲酶活性與尿素肥料在土壤中的轉化[J].土壤學進展，1984（1）.