氮(N)素是农作物从土壤中吸收的主要营养元素，施用氮肥是获得作物高产的主要措施。氮肥施用量过高不仅降低N素利用效率，而且会通过氨挥发、硝化/反硝化、淋溶及地表径流等途径损失，危及大气、地下及地表水体环境等^[1-4]。我国稻田单季氮肥用量平均为N 180 kg/hm²，较世界稻田平均氮肥施用高75%左右^[5]; 太湖地区稻季化学氮肥投入量高达N 300 kg/hm²，以尿素为主^[6]。

黄泥田是广泛分布于南方省份的一种典型渗育型水稻土^[7]，通常水分供应不足，磷、钾养分缺乏，属于中低产水稻田^[8]。张宣等^[9]研究认为，黄泥田地区漏肥现象较为严重，需实行分期施肥。此外，水稻生育前期重施氮肥，肥料利用效率低，浪费农业资源、增加生产成本，易造成面源污染^[10-11]。

近年来，随着农田氮磷流失引起的环境污染问题日益加重，环境友好型新型肥料的研发与施用成为研究热点^[12]。脲酶抑制剂与尿素一起施用可以延缓酰胺态氮向NH₄⁺-N的转化进程7 ~ 14 d，从而减少N素损失，提高氮肥利用率^[13-15]。施用硝化抑制剂可以延缓NH₄⁺-N向NO₃^--N的转化，显著降低N素的硝化/反硝化损失、径流与淋溶损失等^[16-18]。

我们前期室内研究结果表明，脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)对黄泥田土壤中尿素转化具有显著的协同抑制效果^[19]。浙江奥复托化工公司经多次筛选发现一款有良好应用前景的脲酶抑制剂：N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)，具有一定的抑制作用^[20]。此外，由于普通氮肥的速溶性和施肥后降雨量的不可预测性，控制稻田N素径流和淋溶流失的工作较为困难^[21-22]。因此，开展脲酶抑制剂(NBPT/NPPT)和硝化抑制剂(CP)配施结合不同施肥模式对黄泥田稻季田面水和渗漏液N素动态变化特征的影响研究，旨在揭示黄泥田上合理的尿素与NBPT/NPPT和CP配施组合，寻找适合该地区水稻高产高效的施肥方式，为生化抑制剂直接配施农用、防控农业面源污染提供科学依据和技术途径。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验于2015年5-10月在浙江省金华市婺城区琅琊镇金朱村(29°01′19′′N，119°27′96′′E)进行。该区地处金衢盆地东缘，属于中亚热带季风气候，海拔86 m，年均降雨量1 424 mm，年均气温17.5 ℃。供试土壤为黄泥田水稻土，前茬为冬闲田。耕层土壤基本理化性质为pH(H₂O) 5.31(土:水=1:1)，有机质25.60 g/kg，全氮1.87 g/kg，碱解氮118.40 mg/kg，有效磷7.21 mg/kg，速效钾93.00 mg/kg。

1.2 供试材料

供试水稻品种为杂交籼稻“两优培九”。供试肥料品种氮肥为尿素(含N 46%)，磷肥为过磷酸钙(含P₂O₅ 12%)，钾肥为氯化钾(含K₂O 60%)。N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)24%乳油剂型为分析纯，由浙江奥复托化工有限公司生产。

1.3 试验设计

试验采用生化抑制剂组合×施氮模式两因素随机区组设计，设置两种施氮模式(一次性施肥和分次施肥)和6种生化抑制剂组合及不施氮处理(CK)，共13个处理(表 1)。氮肥与抑制剂配施前将二者混合均匀。磷(P₂O₅)、钾(K₂O)用量分别为90 kg/hm²和120 kg/hm²。磷肥和钾肥全部用作基肥于移栽前一次性施入。栽插密度为19.8 cm × 19.8 cm，25万穴/hm²，每穴2苗。单季稻于2015年5月28日播种，6月21日移栽，10月14日收获。小区面积30 m²(5 m × 6 m)，重复3次。每小区之间筑埂并用塑料薄膜包裹，区组间设排灌沟，单灌单排。田间其他管理按常规进行。

1.4 田面水样采集方法

参照文献[23]，每次施肥后，从第2天起早晨7:00左右用100 ml医用注射器，不扰动水层，按照对角线取样法，各小区取5点中上层田面水混合水样约300 ml。采样时间为施肥后的1、3、6、12 d。采样结束后，迅速带回实验室分析，未能当日分析的水样保存在4 ℃冰箱中，于次日分析。

1.5 渗漏水样采集方法

参照文献[24]，各小区埋设一根PVC管(直径为20 cm，长度为80 cm)，每根管底部钻两排小孔。埋设深度为50 cm，渗水孔距表土25 ~ 35 cm，所收集渗漏水视为30 cm处混合水样。底部用尼龙布将小孔包好，以防土壤堵塞而影响水分渗漏。顶部盖盖，以防雨水和灰尘进入。采样时间为施肥后的1、3、6、12 d。采样结束后，迅速带回实验室分析，未能当日分析的水样保存在4 ℃冰箱中，于次日分析。

1.6 测定项目与方法

水样NO₃^--N采用紫外分光光度法测定，水样NH₄⁺-N采用靛酚蓝比色法测定，水样总氮(TN)采用碱性过硫酸钾-紫外分光光度法测定。

1.7 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0进行统计分析，处理间差异显著性比较采用邓肯氏新复极差检验法。

2 结果与分析 2.1 稻田田面水NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN浓度动态变化

由图 1、2、3可知，黄泥田稻季田面水中N素形态以NH₄⁺-N为主。每次施N后稻田田面水NH₄⁺-N和TN浓度总体呈下降趋势; 基肥施用后第6天分别降为峰值的57.9% ~ 69.1%、41.9% ~ 59.0%(一次性施肥)和29.9% ~ 60.7%、60.9% ~ 69.7%(分次施肥)。而田面水NO₃^--N浓度远低于NH₄⁺-N浓度，呈先升后降趋势，于第3天达到峰值; 基肥施用后第6天降为峰值的43.5% ~ 56.5%(一次性施肥)和38.5% ~ 53.7%(分次施肥)。分次施肥中，基肥施用后田面水NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN浓度下降较缓，而后两次施肥下降迅速，可能与水稻吸收利用及田面水温度高、挥发损失快有关。

不同施肥模式下，基肥施用后第1天施N处理稻田田面水NH₄⁺-N浓度均显著高于CK(图 1)。生化抑制剂组合和施肥模式分别对田面水NH₄⁺-N浓度效应极显著(P < 0.001)，两者交互效应不显著(P > 0.05) (表 2)。U3处理基肥施用后第1天田面水NH₄⁺-N浓度较U处理降低22.5%。一次性施肥中，施N处理较CK处理增幅为10.2 ~ 23.4 mg/L; 与U处理相比，U+NBPT、U+NPPT、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP处理田面水NH₄⁺-N浓度分别降低48.1%、50.4%、23.4%和24.0%，而U+CP处理增加4.4%。分次施肥中，施N处理较CK处理增幅为5.9 ~ 19.2 mg/L; 与U3处理相比，U3+NBPT、U3+NPPT、U3+ NBPT+CP和U3+NPPT+CP处理田面水NH₄⁺-N浓度分别降低58.5%、53.5%、20.5%和13.1%，而U3+CP处理增加12.0%。说明黄泥田添加NBPT/NPPT可以有效延缓尿素水解，降低田面水NH₄⁺-N浓度，而单独添加CP抑制水相NH₄⁺-N形态的转化，会提高田面水NH₄⁺-N浓度，增大N素径流损失风险。

2.2 稻田渗漏液NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN浓度动态变化

由图 4、5、6可知，黄泥田稻季渗漏液中N素形态以NO₃^--N为主。每次施N后稻田渗漏液NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN浓度总体呈先升后降趋势，于第1 ~ 3天达到峰值，且渗漏液NH₄⁺-N浓度低于NO₃^--N浓度。基肥施用后第6天，各处理NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN浓度分别降为峰值的59.0% ~ 61.1%(一次性施肥)、56.3% ~ 60.0%(分次施肥)，51.4% ~ 56.5%(一次性施肥)、45.3% ~ 57.5%(分次施肥)和56.6% ~ 61.6%(一次性施肥)、51.1% ~ 59.6%(分次施肥)。

不同施肥模式下，基肥施用后第1天施N处理稻田渗漏液NO₃^--N浓度均显著高于CK处理(图 5)。生化抑制剂组合和施肥模式分别对渗漏液NO₃^--N浓度效应极显著(P < 0.001)，两者交互效应不显著(P > 0.05)(表 3)。U3处理基肥施用后第1天渗漏液NO₃^--N浓度较U处理降低21.4%。一次性施肥中，施N处理较CK处理增幅为2.4 ~ 5.8 mg/L; 与U处理相比，U+NBPT、U+NPPT、U+CP、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP处理渗漏液NO₃^--N浓度分别降低15.3%、7.1%、38.7%、22.9%和32.5%。分次施肥中，施N处理较CK处理增幅为4.7 ~ 6.8 mg/L; 与U3处理相比，U3+NBPT、U3+NPPT、U3+CP、U3+NBPT+CP和U3+NPPT+CP处理渗漏液NO₃^--N浓度分别降低7.5%、0.8%、31.5%、14.7%和25.7%。说明黄泥田添加CP或配施NBPT/NPPT可以有效抑制尿素水解后的硝化作用，降低稻田渗漏液NO₃^--N浓度，减少N素渗漏损失，而单独添加NBPT/NPPT对渗漏液NO₃^--N生成具有一定的抑制效果。

3 讨论 3.1 生化抑制剂组合与施肥模式对稻田田面水N素动态变化的影响

相关研究表明，施肥后田面水中TN量随着时间的推移逐渐降低，NH₄⁺-N量也逐渐降低，致使硝化作用形成的NO₃^--N量随之减少，且NO₃^--N峰值滞后于NH₄⁺-N^[25]。王小治等^[26]研究表明，稻田田面水NO₃^-- N是由尿素水解产生的NH₄⁺-N经硝化作用形成，淹水时硝化作用较弱，经水稻吸收、反硝化作用和N素淋失等途径后，田面水中NO₃^--N浓度较低。本研究所得结果一致。NH₄⁺-N是尿素施用3 ~ 5 d后稻田田面水中N素的主要形态^[27-28]。潘圣刚等^[23]研究发现，不同氮肥水平和施肥比例下稻田田面水NH₄⁺-N和TN浓度在施肥后第1天达到最大值后降低，第7天分别降为峰值的7.88% ~ 17.84%和29.71% ~ 45.55%。本研究中，基肥施用后，稻田田面水中NH₄⁺-N和TN浓度于第1天达到峰值后降低，第6天分别降为峰值的57.9% ~ 69.1%、41.9% ~ 59.0%(一次性施肥)和29.9% ~ 60.7%、60.9% ~ 69.7%(分次施肥)。

田面水N素浓度过高，在一定程度上会增加N素径流流失风险。氮肥施用水平会影响田面水中NH₄⁺-N浓度，从而影响N素径流损失^[29]。潘圣刚等^[23]研究发现，相同氮肥水平下，基:蘖:穗=30%:20%: 50%可以显著降低田面水NH₄⁺-N和TN浓度。本研究中，U3处理基肥施用后第1天田面水NH₄⁺-N浓度较U处理降低22.5%。分次施肥较一次性施肥能将施N量与水稻对N素的需求密切结合^[30]，降低田面水N素峰值，显著减少N素流失的几率，同时降低NH₃的挥发损失^[31]。此外，本研究中前期田面水NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN浓度下降较缓，后两次施肥迅速下降，可能是由于苗期植株对N素吸收量低，而水稻后期生长快、根系发达，对N素吸收急剧增加，导致水相中NH₄⁺-N含量下降较快^[23]。相关研究表明，施肥后短期内稻田N素转化较剧烈，控制N素田面流失主要时期为施肥后一周内^[32-35]，本研究结果与此一致。

硝化抑制剂施用后会使田面水中N素更多地以NH₄⁺-N形式存在^[36-37]，水稻作为喜NH₄⁺-N的作物，足量的NH₄⁺-N能促进水稻对N素的吸收和利用^{[18, 39]}。俞巧钢等^[36]利用小粉土和青紫泥进行水稻盆栽试验发现，添加3, 4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)的田面水NH₄⁺-N浓度分别增加24.8%和16.7%，NO₃^--N浓度分别降低47.7%和70.9%，总无机N浓度分别下降13.5%和23.1%。李华等^[28]研究表明，抑制脲酶活性可能是降低稻田N素流失的主要途径之一。本研究结果表明，添加CP能抑制黄泥田土壤水相NH₄⁺-N的形态转化，使田面水NH₄⁺-N浓度增加，存在较大的N素流失风险，且易造成NH₃的挥发损失。而添加NBPT/NPPT能有效抑制脲酶活性，使田面水NH₄⁺-N浓度显著降低，减少N素流失风险。

3.2 生化抑制剂组合与施肥模式对稻田渗漏液N素动态变化的影响

相关研究表明，NO₃^--N是稻田渗漏液N素的主要形式，NO₃^--N/TN的比值均在0.50以上^{[35, 40]}，且在土壤剖面的不同深度向下递增^[41]。潘圣刚等^[42]研究发现，稻田渗漏液中NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN浓度在施肥后第3天达到最大后降低，第7天分别降为峰值的5.6% ~ 16.9%、13.8% ~ 22.5%和22.5% ~ 34.5%。本研究中，基肥施用后，稻田渗漏液中NO₃^--N和TN浓度第1 ~ 3天达到峰值后降低，于第6天分别降为峰值的51.4% ~ 56.5%、56.6% ~ 61.6%(一次性施肥)和45.3% ~ 57.5%、51.1% ~ 59.6%(分次施肥)。

潘圣刚等^[42]研究发现，氮肥后移稻田渗漏液中NO₃^--N及TN浓度分别降低8.9%和4.8%，对NH₄⁺-N浓度影响不显著。本研究中，U3处理基肥施用后第1天渗漏液NO₃^--N浓度较U处理降低21.4%。稻田渗漏液中NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN浓度均呈先升后降趋势，且施肥后1周内是稻田N素渗漏流失的关键时期。

左海军等^[43]研究表明，控释氮肥能控制养分释放，将田间条件下N素释放与作物吸肥的高峰期相吻合，显著地降低其淋失率，从而提高肥料利用率。Li等^[38]研究发现，DMPP与尿素混施较单施尿素的农田NO₃^--N淋溶量两年分别减少44.9%和47.3%，NH₄⁺-N含量分别增加20.5%和19.1%。费频频等^[44]研究发现，添加抑制剂会提高稻田根层土壤渗漏水的NH₄⁺-N和TN浓度，降低根层土壤渗漏水NO- 2-N和NO₃^--N浓度，减小施氮肥后稻田土壤渗漏水的NO₃^-- N/TN比值，且氢醌(HQ)+双氰胺(DCD)配施较单独添加效果更明显。洪瑜等^[45]通过水稻土柱模拟渗滤试验研究发现，整个水稻生育期增施DCD的全氮淋失量降低23.68% ~ 37.94%，NH₄⁺-N淋失量降低30.94% ~ 46.69%，NO₃^--N淋失量降低25.46% ~ 39.77%。本研究结果表明，添加抑制剂CP或配施NBPT/NPPT有效抑制黄泥田土壤中硝化作用，降低渗漏液NO₃^--N浓度，使N更多地以NH₄⁺-N形式保持在土壤中，减轻N素流失风险。

4 结论

抑制剂组合在黄泥田田间对N素流失的作用效果优于仅添加NBPT/NPPT或CP。新型脲酶抑制剂NPPT单独施用及与CP配施的稻田田面水和渗漏液N素浓度动态变化特征与NBPT相似。不同施肥模式下，CP会提高黄泥田稻季田面水NH₄⁺-N浓度，而NBPT/NPPT或配施CP有效抑制脲酶活性，降低田面水NH₄⁺-N的峰值，可以有效调控施肥前期田面水N素转化过程，减少N素径流损失风险。CP显著降低黄泥田稻季渗漏液NO₃^--N浓度，且CP或配施NBPT/NPPT有效抑制硝化作用，降低渗漏液NO₃^--N的峰值，可以有效调控施肥后期渗漏液N素转化过程，减少N素渗漏损失风险。