肥料添加劑NAM對鹽漬土壤理化性質及水稻氮肥農學利用效率的影響

孫艷　張士榮　丁效東　曾路生　丁芳　王玲莉　石元亮

摘要：采用田間試驗法，研究肥料中添加NAM抑制劑對鹽漬土壤理化性質及水稻氮肥農學利用效率的影響。試驗設置不施肥（對照）、常規施肥、常規施肥添加NAM、常規施肥80%添加NAM四個處理。結果表明，添加NAM抑制劑可明顯提高土壤有機質、堿解氮、速效鉀含量，有效降低土壤電導率和pH值。與對照相比，常規施肥添加NAM處理的0～10、10～20 cm土層中土壤有機質分別增加90.52%、83.60%;全氮含量分別增加111.11%、122.22%。添加NAM處理的土壤CEC值高于對照，而ESP值明顯低于對照，說明NAM抑制劑可有效影響鹽漬化土壤理化性質。NAM抑制劑可提高水稻對全氮、全磷、全鉀養分的吸收;與不施肥對照相比，常規施肥并添加NAM處理水稻增產22.39%。肥料減施20%添加NAM處理，其產量與常規施肥處理相當，但卻有更高的氮肥農學利用效率。說明肥料中添加NAM抑制劑可明顯提高氮肥利用率，這對節約肥料用量、促進水稻增產和減少農田面源污染具有重要意義。

關鍵詞：NAM; 氮肥農學利用效率; 土壤養分; 水稻; 鹽漬土壤

中圖分類號：S511.062文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2020）04-0086-06

Abstract The field tests were carried out to study the effects of adding NAM inhibitor into fertilizer on the physical and chemical properties of saline-alkline soil and agricultural utilization efficiency of nitrogen fertilizer in rice. Four treatments were set as control（no fertilization）， conventional fertilization， conventional fertilization with NAM， and 80% of conventional fertilization with NAM. The results indicated that the addition of NAM inhibitor could significantly increase the contents of organic matter， alkali nitrogen and available potassium， and effectively reduce the soil conductivity and pH value. Compared with the control treatment， the soil organic matter content in the 0 ～ 10-cm and 10 ～ 20-cm soil layers increased by 90.52% and 83.60%?respectively， and the total nitrogen content increased by 111.11% and 122.22% respectively under the treatment of conventional fertilization with NAM. Adding NAM increased the soil CEC value but decreased the ESP value compared with the control， which indicated that the NAM inhibitor could effectively affect the properties of saline soil. The NAM inhibitor also increased the absorption of total nitrogen， total phosphorus and total potassium of rice. Conventional fertilizer with NAM increased the rice yield by 22.39% compared with the control. When the fertilizer was reduced by 20% and added with the NAM inhibitor， the yield of rice was equivalent to that of the conventional fertilization， however， it had higher nitrogen agronomic utilization efficiency. In conclusion， the addition of NAM inhibitor in fertilizer could significantly improve the utilization rate of nitrogen fertilizer， which is of great significance for saving fertilizer， increasing rice yield and reducing non-point source pollution.

Keywords NAM; Nitrogen fertilizer agronomic utilization efficiency; Soil nutrients; Rice; Saline soil

聯合國糧農組織（FAO）的統計資料表明，目前世界禾谷類作物氮肥利用率約為33%，發達和發展中國家的氮肥利用率分別為42%和29%[1]。我國施用氮肥普遍存在利用率低、肥效期短、損失嚴重等突出問題，農田氮肥表觀利用率在30%～35%，全國農業生產中氮肥的損失率高達30%～50%[2]。

氮素通過氨揮發、硝態氮淋溶及反硝化等途徑損失，引起地下水污染、水體富營養化、大氣溫室氣體增加等問題[3]。因此，在保證作物產量前提下，提高氮肥利用率、減少環境負面影響已經成為世界農業領域和環境領域的研究熱點。串麗敏等[4]研究表明，硝化抑制劑對土壤的硝化作用有顯著的抑制效果，使土壤中銨態氮庫較長時間保持在較高水平，相應地促進作物對銨態氮的吸收和微生物固持。Zerulla[5]、Pasda[6]等研究認為，硝化抑制劑能通過抑制亞硝化細菌活性有效延緩?NH+4-N 向移動性強的NO-3-N轉化，減少肥料氮的淋溶損失，提高肥料利用率?，F有研究表明，對銨態氮肥及產銨氮肥來說，抑制劑的使用能延緩或抑制其硝化作用，這是減少氮素損失、提高氮肥利用率及減低環境危害的重要措施[7]。抑制劑在我國肥料改良、提高肥料利用率及改革施肥方式等方面起到積極作用，并且以效果明顯及價格低的優勢在農業生產中得到廣泛應用[8，9]。

土壤鹽漬化是21世紀以來地球面臨的一個十分嚴峻的問題[10]。聯合國糧農組織的資料表明，世界鹽漬土面積約為9.54×108?hm2[11]。鹽漬土的理化性狀相對于普通土壤較差[12]。由于大量Na+依附于土壤膠體表面，把土壤膠體表面上的Ca2+、Mg2+等離子置換下來，導致土粒分散，嚴重破壞土壤結構。一般情況下，其孔隙度較小，通氣透水性都較差，土壤易于板結，且碳、氮礦質化程度都較低，嚴重抑制土壤酶活性，進而對土壤微生物活動和土壤離子的動態變化以及土壤中腐殖質等有機質的轉化產生影響[13]。鹽漬化不但會使耕地生產力降低，還會嚴重制約耕地的可持續性利用，繼而影響我國農業可持續發展。因此，土壤鹽漬化是一個十分棘手的世界性難題[14，15]。在中國，人口持續增長對糧食的需求日益增大，導致耕地壓力越來越重。研究如何提高鹽堿地肥料利用效率，對于發揮耕地的增產潛力、確保其可持續利用具有重要意義。

NAM是一種長效復合肥添加劑，是由脲酶抑制劑、硝化抑制劑和磷素活化劑復配而成，使肥料中氮素具有長效緩釋功能，對磷素具有活化和保護作用。古慧娟等[16]研究認為施用NAM添加劑，在一定時間內，使土壤NH+4-N保持較高水平，延緩土壤NH+4-N向NO-3-N的轉化，減少氮素損失，從而保證有效氮能夠滿足作物后期的生長需要。本試驗采用大田試驗法研究肥料添加NAM抑制劑對鹽漬土理化性質、水稻產量及氮肥利用效率的影響，以期為NAM在鹽堿地改良中的推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗于2018年6—10月在山東省東營市勝坨鎮進行。該區地處東經118°5′，北緯38°15′，年均氣溫12.5℃，多年平均降水量550～600 mm，7—8月降水量約占全年的50%，無霜期206 d。供試土壤為鹽漬化水稻土，利用黃河水灌溉種植水稻。土壤有機質含量13.3 g/kg、堿解氮54.5 mg/kg、速效磷43.2 mg/kg、速效鉀57.8 mg/kg，pH值8.5，電導率741 μS/cm。

供試抑制劑NAM為灰白色粉末，溶于水，熔點170℃，常溫下儲存穩定，主要成分是脲酶抑制劑、硝化抑制劑和磷活化劑，由中國科學院沈陽應用生態研究所研發并提供。

1.2 試驗設計及方法

試驗設置4個處理，分別為CK：不施肥料;常規施肥：復合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）750 kg/hm2做基肥，尿素225 kg/hm2做追肥;常規施肥+NAM：常規施肥總量添加NAM抑制劑充分混勻后一次性基施;常規施肥80%+NAM：常規施肥總量的80%添加NAM抑制劑做基肥。其中，NAM按氮素總量的0.7%加入。隨機區組排列，重復3次。小區面積30 m2。小區之間有高20 cm、寬30 cm的土壤隔離。當地常規品種，先育秧后于6月16日插秧移栽，每公頃種植密度為24萬穴。常規施肥處理中，水稻返青期和分蘗期各追肥一次。灌溉水源為黃河水，進水溝與排水溝分離。水稻生長期間保持2～6 cm 的水面，當地常規管理，10月15日收獲。

1.3 測定指標及方法

水稻收獲后分別采集0～10、10～20 cm土壤樣品，參考鮑士旦[17]的方法測定土壤有機質、全氮、堿解氮、速效鉀、土壤電導率、pH值及土壤陰陽離子濃度等。

收獲期每小區采集水稻植株樣品，測定小區產量。植株全氮用半微量蒸餾法、全磷用釩鉬黃分光光度計法、全鉀用火焰光度計法測定。

1.4 數據分析及計算

土壤堿化度的計算：堿化度（ESP）指土壤膠體吸附的交換性Na+占陽離子交換量（CEC）的百分率。ESP=交換性Na+ /CEC×100% 。

肥料偏生產力（kg/kg）=施肥后所得作物產量/化肥純養分投入量;氮肥農學利用率（kg/kg）=（施氮處理產量-[JP]不施氮處理產量）/施氮量。

試驗數據用Microsoft Excel 2007軟件進行整理及作圖，用SPSS 20.0軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 NAM抑制劑對鹽漬土壤理化性質的影響

由表1看出，0～10 cm土層，常規施肥+NAM處理的土壤有機質含量顯著高于CK、常規施肥和常規施肥80%+NAM處理，分別提高90.52%、35.47%和30.49%;10～20 cm土層，分別提高83.60%、14.83%和28.90%。常規施肥+NAM處理的全氮、速效鉀等土壤養分含量也高于其它處理。其中，0～10 cm土層全氮含量分別比CK、常規施肥和常規施肥80%+NAM處理提高111.11%、25.47%和30.39%;10～20 cm土層，分別提高122.22%、19.40%和52.38%。說明肥料中添加抑制劑可以有效提高土壤養分含量，具有保肥及延長肥效的作用。常規施肥80%+NAM處理的土壤有機質、堿解氮和速效鉀含量基本顯著高于CK，但與常規施肥處理差異不顯著，說明在添加NAM抑制劑的前提下，減少氮肥用量20%依然可以使土壤保持較高的養分含量，對提高肥料利用率和保護環境具有重要意義。添加NAM的兩處理土壤電導率較CK和常規施肥處理低，說明抑制劑可以降低土壤的電導率，從而減少土壤鹽漬化。從表1中還可看出，10～20 cm土層pH值略高于0～10 cm土層，這可能是土壤中的鹽離子隨水下滲造成的。

2.2 NAM抑制劑對鹽漬土壤水溶性陽離子的影響

由圖1可以看出，水稻鹽漬土中水溶性Na+含量較其它陽離子高，而常規施肥+NAM處理中Na+含量明顯低于CK、常規施肥、常規施肥80%+NAM處理，0～10 cm土層分別降低16.66%、32.10%、30.96%，10～20 cm土層[JP]分別降低24.67%、37.63%、34.83%。相對于常規施肥處理，常規施肥+NAM處理的土壤中水溶性Na+含量明顯降低，說明NAM抑制劑可以有效降低鹽漬土中的水溶性Na+含量，起到改良鹽漬土的作用。常規施肥+NAM處理和常規施肥80%+NAM處理的土壤中Mg2+和Ca2+含量均高于CK和常規施肥處理，說明施用NAM可使土壤中含有較高的水溶性Mg2+和Ca2+，有利于土壤理化性質的改善，從而促進作物生長。各處理土壤中K+含量均較高，可能是因為當地習慣將K2SO4型復合肥作為鉀肥施用。

2.3 NAM抑制劑對鹽漬土壤水溶性陰離子的影響

由圖2可以看出，常規施肥+NAM處理的HCO3-含量低于CK、常規施肥、常規施肥80%+NAM處理，0～10 cm土層分別降低12.38%、8.91%、11.54%，10～20 cm土層分別降低15.89%、12.62%、11.76%。常規施肥80%+NAM處理的水溶性HCO-3含量低于CK，表層土壤低0.10 mg/kg，亞表層土壤低0.50 mg/kg，與常規施肥處理差異不顯著。說明NAM抑制劑可以有效減少鹽漬土壤中的HCO-3含量，改善鹽漬土的理化性質，進而起到改良鹽漬土的作用。此外，試驗地土壤中的CO2-3含量極低，各處理間Cl-含量無明顯差異。各處理中SO2-4含量較高，這是由于K2SO4作為鉀肥提高了土壤SO2-4含量。

2.4 抑制劑NAM對鹽漬土壤堿化度的影響

陽離子交換量是評估土壤保肥能力和供肥能力的重要指標。陽離子交換機制對土壤中養分的保持和供應起著重要作用，當土壤溶液中陽離子吸附在膠體上時，表示陽離子養分的暫時保蓄，即保肥過程。由表2看出，0～10 cm土層，常規施肥+NAM處理的交換性Na+含量分別比CK、常規施肥、常規施肥80%+NAM處理降低24.51%、20.62%、17.20%，10～20 cm土層分別降低35.05%、32.98%、29.21%。常規施肥80%+NAM處理的土壤交換性Na+含量與CK相比，表層土壤中低0.36 cmol/kg，亞表層土壤中低0.32?cmol/kg，略低于常規施肥處理。土壤中交換性Na+含量較高，則不利于土壤的通氣透水，影響作物生長，說明施用NAM有利于提高土壤的通氣透水性。添加NAM的兩個施肥處理土壤CEC值均高于CK和常規施肥處理，其中常規施肥+NAM處理的CEC值比CK和常規施肥處理分別高6.50、2.30 cmol/kg，常規施肥80%+NAM處理的CEC值分別高4.60、0.40 cmol/kg，說明NAM抑制劑能提高鹽漬土壤的保肥性能。此外，不同施肥處理間ESP值差異不顯著，但均顯著低于CK，其中常規施肥+NAM處理表現為最低。說明施用NAM抑制劑可以降低水稻田鹽漬土壤的堿化度，有利于改良堿化土壤的理化性質。

2.5 抑制劑NAM對水稻植株N、P、K吸收的影響

由圖3看出，水稻植株的全氮含量最高，常規施肥+NAM處理的水稻含氮量顯著高于其它三個處理;添加NAM的兩處理水稻含鉀量無顯著差異，但均顯著高于CK和常規施肥處理。常規施肥+NAM處理的水稻含氮量比CK和常規施肥處理分別高4.77 g/kg和3.72 g/kg，含鉀量分別高2.56 g/kg和2.24 g/kg;常規施肥80%+NAM處理比二者分別高1.23 g/kg和0.18 g/kg，含鉀量分別高2.52 g/kg和2.20 g/kg。各處理間的水稻含磷量均無顯著差異，但其在不同處理中的變化趨勢與全氮、全鉀相似。說明在鹽漬土中添加NAM抑制劑能促進水稻對氮、磷、鉀的吸收。

2.6 NAM抑制劑對水稻產量及氮肥利用效率的影響

由表3看出，常規施肥+NAM處理的水稻產量分別比CK、常規施肥、常規施肥80%+NAM處理增產22.39%、2.50%、0.82%;常規施肥80%+NAM處理的水稻產量與CK和常規施肥[JP]處理相比分別增產21.40%和1.66%，說明施用抑制劑能提高水稻產量。添加NAM的兩處理水稻產量相當，但兩者的肥料偏生產力和氮肥農學利用效率均高于其它處理，特別是常規施肥80%+NAM處理的肥料偏生產力和氮肥農學利用效率顯著高于常規施肥處理。說明水稻氮肥利用效率有較大的提升潛力，添加NAM抑制劑能夠提高氮素有效性，從而為提高水稻產量作貢獻，對節約氮肥、提高氮肥利用率和保證較高的經濟效益有重要意義。

3 討論與結論

Prakasa等[18]經大量田間試驗表明，添加抑制劑的氮肥利用率比對照明顯提高，有的達到20%～30%。焦曉光等[19]研究表明，脲酶抑制劑和硝化抑制劑使NO-3-N在較長時間內保持較低水平，顯著抑制土壤中NH+4的氧化，且微生物量的增多也加大了土壤對NH+4-N的固持作用，利于土壤缺氮時滿足作物對氮的需求，其結論與本研究結果一致。孫愛文[20]、Chaves[21]等研究表明，氮以銨態氮的形式被植物吸收還可以增加其對磷的吸收。陳利軍等[22]研究表明NAM能抑制NH+4-N向NO-3-N的轉化，減少N2O的排放，節約肥料，減少能源消耗，降低溫室氣體的排放，對全球氣候變暖有一定的緩解作用。本研究表明，常規施肥80%+NAM處理與常規施肥處理相比，顯著提高了肥料利用率，在維持作物產量的基礎上節約了投入，對當前的生態環境及食品安全等都具有重要意義，這與古慧娟等[16]的研究結果相一致。本研究表明，肥料中添加NAM抑制劑能提高氮肥農學利用效率使水稻高產，而Dewi等[23]也報道施用脲酶抑制劑包被的尿素能抑制脲酶活性，從而減少氮素損失，提高肥料的利用效率，使玉米獲得更高產量。

添加NAM可增加鹽漬土壤的養分含量及水溶性Ca2+和Mg2+含量，降低土壤中水溶性Na+和HCO-3含量;添加NAM的土壤CEC值顯著高于其它處理，而土壤ESP值和電導率明顯低于其它處理。陽離子交換量既能直接反映土壤可以提供速效養分的數量，也能表示土壤保肥能力、緩沖能力的大小[24]。施用抑制劑可以提高鹽漬土壤的保肥能力和供肥能力，降低鹽漬土壤的堿化作用，有效地改良鹽漬土壤。同時添加NAM可提高水稻的全氮、全磷和全鉀含量，對水稻增產作用效果顯著。NAM的有效期較長，可在作物生長后期維持有效養分的釋放。因此，農業生產中，使用NAM抑制劑具有較大的增產潛力和發展前景。

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