新型尿素在不同含水量土壤中铵态氮和硝态氮转化规律的研究

张斌强， 张 晓， 陈 宏， 杨清俊， 王春芳， 曹 艳， 李海营， 张佩利， 郭景丽

(河南心连心化学工业集团股份有限公司 河南新乡 453731)

随着《到2020年化肥使用量零增长行动方案》的公布，高效肥产品越来越受市场欢迎，其中新型尿素(如含腐殖酸尿素、含氨基酸尿素、包膜尿素等)在氮肥产品中已经达到一定占比。新型尿素在不同区域的施用效果存在一定差异，这与新型尿素施用后的作用原理有关[1]，应根据实际环境条件和不同作物对养分需求的差异[2]，选择合适的新型尿素产品。本文考察了河南心连心化学工业集团股份有限公司生产的4种新型尿素在不同含水量土壤中铵态氮、硝态氮的转化情况，以期为新型尿素的施用提供指导依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用室内沙培方式。通过前期田间调研，土壤采样点选在河南省新乡市朗公庙镇永安村东(东经113°51′18″，北纬35°12′41″)，于2020年7月在长×宽为120 m×80 m的沙地按照S形多点采样法选取10个点，采取深度为0～20 cm的土壤样品并混合。采集的土壤样品在实验室自然晾干后，用2 mm的土样筛过筛，去除肉眼可见的碎石、植株残体等杂质，所有土壤充分混合后备用。经测定，供试土壤中铵态氮、硝态氮质量浓度分别为4.6、15.5 mg/L，pH为8.02。

供试肥料为缓释尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制剂尿素、含腐殖酸尿素及农用普通尿素，均由河南心连心化学工业集团股份有限公司生产并提供。

1.2 试验方法

在供试土壤中分别加入农用普通尿素、缓释尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制剂尿素和含腐殖酸尿素，尿素施用水平均为333 mg/kg，约为实际田间尿素施用水平的2倍，以不施尿素为空白对照(CK)，设定土壤低含水量(1%田间持水量)和高含水量(20%田间持水量)2个水平，共计12个处理，每个处理重复15次。

试验步骤：称取风干土壤样品1 kg，调节土壤含水量水平，然后放入一次性塑料碗中；除CK不施肥以外，将农用普通尿素、缓释尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制剂尿素及含腐殖酸尿素分别与不同含水量土壤混匀，盖上塑料盖；将所有塑料碗统一放置于实验室操作台，每天记录实验室室温，通过称重确认土壤含水量并及时补充水分以弥补蒸发损失的水量；在第0～14天取出每个处理的1个重复土壤样品，采用ASI土壤养分分析检测方法测定土壤中铵态氮和硝态氮含量。

1.3 数据处理

采用Excel 2016对试验数据进行整理并制作图表，SPSS 22.0软件分析各处理间的差异显著性，土壤净氮矿化速率R矿和土壤净氮硝化速率R硝按式(1)和式(2)计算[3]：

R矿=(BN-AN)/t

(1)

R硝=(B硝-A硝)/t

(2)

式中：BN——培养后无机氮(铵态氮和硝态氮)含量，mg/L；

AN——培养前无机氮(铵态氮和硝态氮)含量，mg/L；

B硝——培养后硝态氮含量，mg/L；

A硝——培养前硝态氮含量，mg/L；

t——对应土壤取样天数，d。

2 结果与分析

2.1 不同处理的土壤中铵态氮和硝态氮含量的动态变化

2.1.1 不同处理的土壤中铵态氮含量变化特征

不同处理的土壤中铵态氮含量变化特征见图1。

由图1可知：前6 d各处理的高含水量土壤中铵态氮含量高于低含水量土壤的，之后铵态氮在2种土壤中的含量出现不同变化趋势。

由图1(a)可知：在低含水量土壤中，施用含硝化抑制剂尿素和含腐殖酸尿素的土壤中铵态氮含量从第7天开始出现明显增加，施用含氨基酸尿素的土壤中铵态氮从第8天开始增加，而施用缓释尿素和农用普通尿素的土壤中铵态氮含量在整个试验期间变化较小，未超过土壤中铵态氮含量的中水平(按照ASI土壤养分评价系统，铵态氮质量浓度≤15 mg/L为缺乏水平，15～25 mg/L为低水平，25～50 mg/L为中水平，≥50 mg/L为高水平[4])；施用含氨基酸尿素和含硝化抑制剂尿素的土壤中铵态氮含量在第9天均出现下降，施用含腐殖酸尿素的土壤中铵态氮含量在第10天出现下降，这与铵态氮大量转化为硝态氮有关；之后，施用含硝化抑制剂尿素、含氨基酸尿素、含腐殖酸尿素的土壤中铵态氮含量分别在第11天、第12天和第13天提高至中水平。

由图1(b)可知：在高含水量土壤中，各处理的土壤中铵态氮含量从第1天开始就出现差异，其中施用农用普通尿素和含氨基酸尿素的土壤中铵态氮含量相近且略高于施用其他3种新型尿素的；从第2天或第3天开始，施用5种尿素的土壤中铵态氮含量变化幅度较大，其中施用缓释尿素的土壤中铵态氮含量在前7 d高于或接近高水平；从第8天到试验结束，施用缓释尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制剂尿素、含腐殖酸尿素的土壤中铵态氮含量一直处于低水平或缺乏水平。

2.1.2 不同处理的土壤中硝态氮含量变化特征

不同处理的土壤中硝态氮含量变化特征见图2。

由图2可知：在整个培养期间，与低含水量土壤相比，高含水量土壤中硝态氮含量变化较大，在第7天之后，4种新型尿素与农用普通尿素处理的土壤中硝态氮含量在2种土壤中的变化不一致，这与邬刚等[5]的研究规律较为一致。

由图2(a)可知：在低含水量土壤中，施用含硝化抑制剂尿素、含腐殖酸尿素的土壤中硝态氮含量从第8天开始增加，其中施用含腐殖酸尿素的土壤中硝态氮含量在第8天达到高水平(按照ASI土壤养分评价系统，硝态氮含量水平的划分同铵态氮的)，在第12天短暂下降后，第14天继续增加，这与低含水量土壤中施用含腐殖酸尿素在第7天开始土壤中铵态氮含量持续增加有关；施用含硝化抑制剂尿素的土壤中硝态氮含量在第8天和第12天增加，这与低含水量土壤中施用含硝化抑制剂尿素的土壤中铵态氮含量在第7天和第11天增加有关；含氨基酸尿素的土壤中硝态氮含量从第10天开始增加直至高水平，之后又下降；施用农用普通尿素和缓释尿素的土壤中硝态氮含量在整个试验过程中一直处于中水平以下。

由图2(b)可知：在高含水量土壤中，施用农用普通尿素、缓释尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制剂尿素的土壤中硝态氮含量在第7天达到高水平，其中土壤中硝态氮含量以施用含硝化抑制剂尿素的处理最高，施用含腐殖酸尿素的土壤中硝态氮含量从第8天开始增加并达到高水平；之后施用缓释尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制剂尿素和含腐殖酸尿素的土壤中硝态氮含量维持在高水平，而施用农用普通尿素的土壤中硝态氮含量分别在第8天、第11天、第12天下降至中水平；CK的土壤中硝态氮含量在第7天开始增加，其原因是在第4天、第7天CK的土壤中铵态氮含量增加，这为土壤中硝态氮含量增加提供了基础。

2.2 不同处理的土壤净氮硝化及矿化速率的变化特征

2.2.1 不同处理的土壤净氮硝化速率的变化特征

不同处理的土壤净氮硝化速率的变化特征见图3。

由图3可知：在整个培养期间，各处理的土壤净氮硝化速率在2种土壤中的变化趋势差异较大，其中含氨基酸尿素、含硝化抑制剂尿素和含腐殖酸尿素在低含水量土壤中的土壤净氮硝化速率变化幅度较大，其他处理的变化幅度较小且为负值，这与路天慧[6]的研究结果相似。

由图3(a)可知：在低含水量土壤中，施用含硝化抑制剂尿素的土壤净氮硝化速率有3个高点，分别出现在第4天、第8天和第12天；施用含腐殖酸尿素的土壤净氮硝化速率有2个高点；施用含氨基酸尿素的土壤净氮硝化速率在前11 d基本不变且其数值较低，在第12天提高至3.22 mg/(L·d)；施用农用普通尿素和缓释尿素的土壤净氮硝化速率变化幅度较小且均为负值。

由图3(b)可知：在高含水量土壤中，各处理的土壤净氮硝化速率变化趋势不一致，除CK外，施用5种尿素的土壤净氮硝化速率在试验过程中均为正值，施用农用普通尿素、缓释尿素、含氨基酸尿素、含硝化抑制剂尿素的土壤净氮硝化速率在第7天出现明显提高的现象，而施用含腐殖酸尿素的土壤净氮硝化速率在第8天出现明显提高的现象；在试验过程中，施用缓释尿素、含腐殖酸尿素的土壤净氮硝化速率变化趋势较为一致，基本在第8天到第11天呈下降趋势，之后土壤净氮硝化速率在8 mg/(L·d)附近波动；含氨基酸尿素的土壤净氮硝化速率从第7天开始提高，第9天达到峰值，之后下降至8 mg/(L·d)附近趋于稳定；含硝化抑制剂尿素的土壤净氮硝化速率从第6天上升为正值，第7天大幅提高之后开始下降，第10天之后稳定在约8 mg/(L·d)至试验结束(第13天出现下降)；CK的土壤净氮硝化速率在第7天至第9天为正值，结合土壤中铵态氮含量在第4天、第7天增加以及硝态氮含量从第7天开始增加，表明土壤中的有机态氮转化为无机态氮。

2.2.2 不同处理的土壤净氮矿化速率的变化特征

不同处理的土壤净氮矿化速率的变化特征见图4。

由图4可知：在整个培养期间，5个施尿素处理的土壤净氮矿化速率在2种土壤中的差异较大，其中施用农用普通尿素和缓释尿素的土壤净氮矿化速率在低含水量土壤中的变化幅度较小且变化趋势基本一致。

由图4(a)可知：在低含水量土壤中，5个施尿素处理的土壤净氮矿化速率变化趋势不一致，其中施用含硝化抑制剂尿素、含腐殖酸尿素的土壤净氮矿化速率变化幅度较大且平均土壤净氮矿化速率为正值；含硝化抑制剂尿素的土壤净氮矿化速率在第4天、第7天和第12天大幅增加，含腐殖酸尿素的土壤净氮矿化速率在第7天和第12天大幅增加并在第11天下降且维持在正值以上；含氨基酸尿素的土壤净氮矿化速率仅在第12天大幅增加，其他时间点的土壤净氮矿化速率相对不高。

由图4(b)可知：在高含水量土壤中，5种施尿素处理的土壤净氮矿化速率的变化趋势相对一致，其中施用含氨基酸尿素、含腐殖酸尿素的土壤净氮矿化速率在前4 d呈下降趋势，施用农用普通尿素、缓释尿素、含硝化抑制剂尿素的土壤净氮矿化速率在前4 d呈先上升后下降的趋势；从第4天之后，5种施尿素处理的土壤净氮矿化速率变化趋势基本一致，从第4天到第7天、第8天到第13天呈先上升后下降的趋势，但施用农用普通尿素和缓释尿素的土壤净氮矿化速率在第11天出现小幅度下降；除第4天施用含硝化抑制剂尿素和第7天施用含腐殖酸尿素的土壤净氮矿化速率为负值外，5种施尿素处理的土壤净氮矿化速率在其他时间点均为正值，与王鹏等[7]的研究中数值均为正值略有出入，可能与试验环境和测定误差有关。

3 结语

农用普通尿素受土壤含水量影响较大，墒情好的条件下可以持续转化，适合在墒情好的区域生长周期较短的作物上施用；在土壤含水量低的情况下，土壤净氮矿化速率较低，适合在干旱区域生长周期较长的作物上施用。缓释尿素受土壤含水量影响较大，但在墒情好的情况下，前期转化适量铵态氮后，土壤净氮矿化速率呈上下波动的规律，土壤中铵态氮含量缓慢下降，可减少氨的挥发损失，在生长周期长的作物上施用较农用普通尿素更利于实现提高氮肥利用率的目的。含氨基酸尿素在干旱条件下施用，其前期土壤中铵态氮含量和土壤净氮矿化速率优于其他尿素的，适合施用于水资源缺乏区域和前期需氮多的作物。含硝化抑制剂尿素的养分释放周期长且受土壤含水量影响小，适合在墒情受天气影响大的区域内生长周期长、生育期内需氮高峰少的作物上施用。含腐殖酸尿素受土壤含水量影响小，适合在墒情受天气影响大的区域内生长周期长、生育期内存在不间断需氮高峰的作物施用；若用于追肥，需较常规施肥时间提前5～7 d。