摘 要：【目的】研究添加脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）和硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）对棉花养分吸收和产量的影响。
【方法】采取大田试验，供试棉花品种为新陆早64号和鲁棉研24号，共设置4个处理：不施氮肥（N0）、施氮肥（N300）、氮肥+脲酶抑制剂（N300+NBPT）、氮肥+硝化抑制剂（N300+DMPP）。
【结果】与N0相比，所有施氮处理均显著增加棉花生物量，促进棉花植株对养分氮、磷和钾的吸收。氮肥利用率从高到低顺序为N300+DMPP＞N300+NBPT＞N300。施加氮肥和脲酶/硝化抑制剂均能显著提高棉花产量。鲁棉研24号养分吸收、氮肥利用率以及产量均优于新陆早64号，但生物量却显著低于新陆早64号。
【结论】添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂可以促进棉花植株对养分的吸收利用，并提高氮肥利用率和棉花产量。
关键词：棉花；脲酶抑制剂；硝化抑制剂；养分吸收；产量
中图分类号：S562 文献标志码：A 文章编号：1001-4330（2024）04-0814-09
0 引 言
【研究意义】棉花是重要的经济作物之一［1］。新疆是我国的优质棉主产区［2］。2022年我国棉花总产量597.7×104 t，比2021年增长4.3%［3］。若氮肥施用不合理，则增加肥料投入成本，导致土壤酸化板结［4］。氮肥施用中，作物吸收仅占35%［5］，施入土壤中的氮肥主要是尿素，土壤中的脲酶可以迅速将尿素水解成NH3［6］。因此，提高棉田生态系统氮肥利用率，对促进棉花植株对养分的利用及提高氮肥利用率有实际意义。【前人研究进展】棉田土壤中若施入过量氮肥将降低农业经济效益［7-8］。抑制脲酶活性技术是提高尿素利用率最有效的方法之一［9］。在氮肥中添加氮肥抑制剂可以减少氮素损失，提高氮肥的利用率［10］。脲酶抑制剂能抑制土壤中脲酶的活性，抑制尿素水解，延缓酰胺态氮向NH＋4-N的转化进程，减少氨（NH3）的挥发，从而提高氮肥利用率［11］。硝化抑制剂能抑制NH＋4-N氧化为NO3--N，使土壤中NH＋4-N浓度较长时间处于一个较高水平，进而减少硝酸盐（NO3--N）的淋溶损失［12］。由于氮素抑制剂自身的性质以及在土壤中的降解特性，会受到土体环境和气候条件等的影响，使得不同抑制剂或者同一抑制剂在相同处理下表现出不一样的调控效果［13-15］。【本研究切入点】目前，关于脲酶抑制剂和硝化抑制剂对尿素在土壤中氮素转化、氮的损失等研究已有报道，但其在棉田的应用效果研究鲜见报道，尤其是对棉花氮、磷和钾吸收、分配与利用的影响、棉花增产效果尚不明确［16］。【拟解决的关键问题】选择脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）和硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）为材料，设置4个处理，分析其对棉花生物量、养分吸收利用及产量的影响，为优质棉花施肥应用提供技术指导。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验于2022年在新疆石河子天业生态示范园（86°4′11″E，44°21′14″N）进行，供试土壤类型为灰漠土，质地为壤土，年均降水量为180～270 mm，年均蒸发量为1 000～1 600 mm。供试耕层土壤有机质9.44 g/kg，pH为8.32，碱解氮77.63 mg/kg，铵态氮1.05 mg/kg，硝态氮11.40 mg/kg，速效磷21.25 mg/kg，速效钾377 mg/kg。供试棉花品种为新陆早64号和鲁棉研24号。
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
采用田间小区定位试验，共设置4个处理：不施氮肥（N0）、施氮肥（N300）、氮肥+脲酶抑制剂（N300+NBPT）、氮肥+硝化抑制剂（N300+DMPP）。N300是指尿素施用量为300 kg/hm2；脲酶抑制剂和硝化抑制剂分别为N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）和3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP），施用量均为3 kg/hm2。采用完全随机区组排列，每个处理3次重复，共12个小区，每个小区面积为60 m2。
鲁棉研24号采用1膜3行方式，行距为70 cm；新陆早64号采用1膜6行方式，行距配置为（60+10）cm；株距均为10 cm。于2022年4月27日播种，播种后滴出苗水45 mm。棉花全生育期共灌水9次，灌溉总量为450 mm，从蕾期开始至吐絮前结束。试验中施加的尿素，其中20%作基肥，在播种前一次性施入，其余作追肥，在棉花生长期分5次随水滴施。供试钾肥（硫酸钾）和磷肥（重过磷酸钙）全部作基肥，用量分别为K2O 60 kg/hm2和P2O5105 kg/hm2，在棉花播种前1次性全部施入。脲酶抑制剂和硝化抑制剂均与尿素混匀后施用，其它田间管理措施同大田。
1.2.2 样品采集与测定
试验前取0～20 cm耕层土样用于测定土壤基础指标。从2022年7月16日开始采集耕层0～20 cm土壤样品，连续采集一个灌溉周期（6次）土壤，采样时间为每天11：00，按照五点法采集土样，并混匀、除杂、过1 mm筛，装自封袋，放置在4℃冰箱中保存，用于测定土壤铵态氮和硝态氮的含量。于棉花花铃期，在每个小区随机采取3株棉花，将叶、茎和蕾铃分别剪下，在105℃下杀青30 min，再于75℃下烘干48 h，称重，记录干物质的重量。将烘干的植株粉碎，用于植株的N、P、K含量测定；在棉花收获期测定棉花棉籽产量，最后计产。
土壤铵态氮和硝态氮以及棉花植株全氮、全磷和全钾的测定均参照《土壤农化分析》［17］方法。土壤铵态氮含量采用KCl浸提-靛酚蓝比色法测定，硝态氮含量采用双波长紫外分光光度法测定；植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮-奈氏比色法，全磷采用H2SO4-H2O2消煮-钒钼黄比色法测定，全钾采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法测定。
1.3 数据处理
数据计算和绘图用Microsoft Excel 2016软件进行。数据采用SPSS21.0统计分析软件Duncan法（Plt;0.05）进行分析，均为平均值±标准差。
氮肥利用率（nitrogen recovery efficiency，NRE，%）＝（施氮区地上部分总吸氮量-无氮区地上部分总吸氮量）/所施肥料中氮素的总量×100%［14］。
2 结果与分析
2.1 脲酶/硝化抑制剂对棉花总生物量的影响
研究表明，鲁棉研24号和新陆早64号所有施氮处理的茎、叶、蕾铃和总生物量均显著高于未施氮处理N0，新陆早64号所有处理的茎、叶、蕾铃和总生物量均较鲁棉研24号高。与N300处理相比，新陆早64号N300+NBPT和N300+DMPP处理的茎生物量分别增加15.8%和7.4%，叶生物量差异不明显，蕾铃生物量分别增加37.3%和50.5%，总生物量分别增加21.1%和29.3%；鲁棉研24号N300+NBPT和N300+DMPP处理的茎生物量分别增加25.4%和18.1%，叶生物量分别增加15.4%和19.8%，蕾铃生物量分别增加33.7%和34.9%，总生物量分别增加24.2%和27.4%，且差异均达到显著水平（Plt;0.05）。图1
2.2 脲酶/硝化抑制剂对棉花养分吸收的影响
2.2.1 脲酶/硝化抑制剂对棉花总N吸收量影响
研究表明，鲁棉研24号和新陆早64号所有施氮处理的茎、叶、蕾铃和总N吸收量均高于未施氮处理N0，鲁棉研24号所有处理的茎、叶、蕾铃和总N吸收量均高于新陆早64号。与N300处理相比，新陆早64号N300+DMPP处理茎、叶、蕾铃和总N吸收量分别显著增加27.3%、34.0%、22.3%和26.2%，N300+NBPT处理蕾铃和总N吸收量分别显著增加12.9%和7.8%；鲁棉研24号N300+NBPT处理茎和蕾铃总N吸收量差异不显著，但叶和总N吸收量分别显著增加27.7%和10.8%，N300+DMPP处理茎、叶、蕾铃和总N吸收量分别显著增加45.7%、38.0%、13.9%和24.2%。图2
2.2.2 脲酶/硝化抑制剂对棉花总P吸收量影响
研究表明，鲁棉研24号和新陆早64号所有施氮处理的茎、叶、总P吸收量均高于未施氮处理N0，鲁棉研24号所有施氮处理蕾铃和总P吸收量高于新陆早64号。与N300处理相比，新陆早64号N300+NBPT和N300+DMPP处理的茎、叶P吸收量差异均不显著；N300+NBPT处理的蕾铃和总P吸收量分别显著增加47.4%和27.3%；鲁棉研24号N300+NBPT处理的茎P吸收量显著增加36.2%，叶、蕾铃和总P吸收量差异均不显著；N300+DMPP处理的茎和叶P吸收量分别增加60.1%和51.7%，但蕾铃P吸收量下降26.9%，总的P吸收量差异不显著。图3
2.2.3 脲酶/硝化抑制剂对棉花总K吸收量影响
研究表明，鲁棉研24号和新陆早64号所有施氮处理的茎、叶、总K吸收量均高于未施氮处理N0。与N300处理相比，新陆早64号N300+NBPT处理茎K吸收量显著增加29.5%，N300+DMPP处理的蕾铃和总K吸收量分别显著增加44.3%和30.5%；鲁棉研24号N300+NBPT处理的茎、叶、蕾铃和总K吸收量分别增加19.7%、12.4%、80.9%和50.5%；N300+DMPP处理的茎、叶、蕾铃和总K吸收量分别增加37.0%、28.5%、60.2%和47.3%。图4
2.3 脲酶/硝化抑制剂对棉花产量的影响
研究表明，所有施氮处理均显著高于不施氮肥处理N0。鲁棉研24号的所有施氮处理均显著高于新陆早64号。与N300处理相比，N300+NBPT和N300+DMPP处理均显著增加，新陆早64号分别增加9.2%和6.9%，鲁棉研24号分别增加5.4%和6.0%。图5
2.4 脲酶/硝化抑制剂对棉花氮肥利用率影响
研究表明，鲁棉研24号氮肥利用率高于新陆早64号。2个品种的N300+DMPP处理氮肥利用率均最高，分别达到了64.64%和68.94%，其次是N300+NBPT处理，N300处理最低。表1
3 讨 论
3.1 不同氮肥抑制剂对棉花生物量的影响
脲酶抑制剂和硝化抑制剂可以减少肥料损失，提高尿素利用率［18］。在不同施肥模式下，尿素配施氮肥抑制剂可以促进植株干物质生产和氮素积累［19］，与研究结果相似，因为脲酶抑制剂会减缓酰胺态氮向铵态氮转化进程，从而降低土壤中NH3的浓度，减少尿素对植株的毒性及NH3的挥发损失［20］，对尿素氮养分释放速率与棉花氮养分需求的耦合起到有效调控作用［16］，从而促进棉花生长和氮素吸收利用；硝化抑制剂可以抑制硝化细菌的活性，使土壤中的氮大多以铵态氮的形态存在［21］，最终促进棉花对氮素的吸收利用和生物量的形成。研究还发现，新陆早64号（1膜6行）总生物量显著高于鲁棉研24号（1膜3行），是因为不同行距配置下，生物量的大小主要取决于棉花种植的密度，而1膜6行的密度大于1膜3行，使得1膜6行干物质积累量大。
3.2 不同氮肥抑制剂对棉花养分吸收的影响
姚云柯［22］、王静［18］等研究表明，同等量尿素情况下，添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂的处理植株氮磷含量均显著增加。研究也发现，氮肥抑制剂DMPP和NBPT均能提高棉花植株氮含量，脲酶抑制剂和硝化抑制剂均可以增加土壤对NH＋4离子的吸附作用，从而缓解棉花养分损失，这与很多大田试验规律相似［23-24］，但研究中施加脲酶抑制剂和硝化抑制剂磷含量的变化均不显著，可能是氮肥抑制剂通过调控氮素转化速率及氮素形态，影响了棉花根系的生长，因而影响根系吸收利用磷的能力。研究还发现，含脲酶/硝化抑制剂的处理均增加了棉花对钾的吸收，与周旋等［19］的研究结果一致。是因为施加脲酶抑制剂和硝化抑制剂导致土壤中NH＋4处于较高水平，而K+和NH＋4存在拮抗作用，相互竞争，最终抑制钾的含量。研究中，鲁棉研24号氮磷钾养分总的吸收量均高于新陆早64号，是因为鲁棉研24号个体优势较大，个体优势所需养分的量大于鲁棉研24号密度优势所需的量。
3.3 不同氮肥抑制剂对棉花产量和氮肥利用率的影响
作物产量和氮肥利用率是评价施肥是否合理的重要指标［25-26］。脲酶抑制剂和硝化抑制剂属于缓控释肥料，可以减少氮肥损失，使得氮肥在土壤中残留的时间更长，增加氮肥的利用率［27］。研究表明［28-29］，脲酶抑制剂和硝化抑制剂有利于促进作物生长，增加氮肥利用率，提高作物产量。Byrnes等［30］分析发现，脲酶抑制剂确实可以减少氨挥发损失，但增产效果却未达显著水平；Wilson等［31］发现，硝化抑制剂虽提高了作物对肥料氮的吸收，但对作物产量没有显著影响。试验研究结果则显示，脲酶抑制剂和硝化抑制剂均可以提高氮肥利用率，从而增加作物产量。脲酶抑制剂会延迟尿素向NH＋4的转化［32］，抑制NH3的挥发损失，使氨态氮的释放趋于平缓、长效，改善了棉花植株氮素营养条件，增加了氮肥利用率［33］；硝化抑制剂能够抑制硝化反应进行，即抑制氨氧化作用［28，29］，刺激微生物活性，利用微生物的固持作用，使得更多的NH＋4-N被固定在土壤中［29］。研究还发现，新陆早64号（1膜6行）的产量低于鲁棉研24号（1膜3行），与前人［34］研究结果相似，是因为种植行距大小会显著影响棉花产量，1膜3行的行距大，密度小，棉花个体优势较为突出，使得棉花单铃重和单株铃数增加［35］，弥补了密度低、株数少的劣势。
4 结 论
4.1
添加尿素、脲酶抑制剂和硝化抑制剂均能显著提高了棉花茎、叶、蕾铃和总生物量，新陆早64号总生物量分别提高了49.1%、21.1%和29.3%，鲁棉研24号总生物量分别提高了98.4%、27.4%和27.6%。尿素、脲酶抑制剂和硝化抑制剂均可以促进棉花植株对养分氮、磷和钾的吸收，提高氮肥的利用效率，最终提高棉花产量。新陆早64号（1膜6行）和鲁棉研24号（1膜3行）添加尿素棉花产量分别提高了19.6%和47.8%，添加脲酶抑制剂分别提高了9.2%和5.4%，添加硝化抑制剂分别提高了6.9%和6.0%。
4.2 鲁棉研24号（1膜3行）总生物量小于新陆早64号（1膜6行），但养分氮、磷和钾的吸收量、氮肥利用率以及产量均高于新陆早64号。
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