氮素在农作物产量及品质形成中起着关键作用，作物的生长与氮肥的使用密不可分。施用氮肥能够显著提高农作物产量和经济效益^[1]。但近几年来，氮肥施用量与环境效益和农业效益相关性正在逐渐减弱^[2-4]。如何提高氮肥利用率，增加作物产量，减少环境污染迫在眉睫。通过氮肥总量控制^[5]、供应速率调控^[6]、氮素形态^[7]等，使作物氮形态的喜好特性匹配土壤肥料氮素供应是提高氮肥利用率的重要手段。通常认为不同作物的氮形态喜好不同，一般而言，旱地植物具有喜硝性，而水生植物或强酸性土壤植物则表现为喜铵性。如玉米^[8]、小麦^[9]在等氮量供应条件下，硝态氮增产效果比铵态氮更突出一些。在不同 pH 土壤中，氮素转化速率不同，土壤中铵硝含量也有所差异。如我国北方地区，土壤呈中性或碱性，硝化作用强，土壤无机氮以 NO₃^- 为主；南方地区多为酸性土，硝化作用弱，无机氮以 NH₄ ⁺ 为主^[10]。

目前，调控土壤铵硝比主要是通过均衡不同形态氮养分配比以及氮肥增效剂的添加进行实现。我国氮肥产品结构呈现单一化趋势，尿素占比 70%，硝态氮产品不足 1%，德国的铵、硝肥料占比达 2∶1，发展多形态氮协同供应产品，提高氮形态增效将是未来氮肥产品结构的发展目标^[5]。欧洲化学公司、德国巴斯夫生产硫硝酸铵类产品，相关技术被中国众多企业引进。该产品含有铵态氮以及硝态氮，满足作物对氮素正常生长发育需求，同时含有的硫元素可以增加蛋白质含量，具有提高精作作物抵抗寒冷、干旱以及品质的效果^[11]。草酰胺作为一种新型友好的缓释肥料，其氮素释放速率缓慢，在控制农业面源污染、实现轻简化施肥等方面具有重要意义，实际生产中可以采用与无机肥料配施的手段弥补初期养分供应不足的问题^[12]。

在土壤中，铵态氮及硝态氮可直接被作物所利用。酰胺态氮需要经过水解及在脲酶和微生物作用下转化为铵态氮才能够被作物吸收利用，因此，不同氮素形态在土壤中的结构变化产生具有时间差异的土壤供氮特征。前期人们只关注单施硫硝酸铵以及单施草酰胺在土壤中的氮素转化特征，而对于硫硝酸铵和草酰胺配施对土壤的氮素转化影响鲜见报道。硝化抑制剂 3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP） 近年来由于其突出的温室气体 N₂O 的减排效应备受关注，但它通过抑制铵态氮向硝态氮的转化调控土壤铵硝比进而影响土壤供氮效应方面却缺乏关注。本文通过对草酰胺与硫硝酸铵不同比例配施以及硝化抑制剂 DMPP 的添加对土壤铵硝动态的调控进行研究。选用不同 pH 土壤作为研究对象，探究不同肥料组合在不同类型土壤中土壤氮素供应情况，以期为绿色环保、高效的肥料发展提供理论基础和科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试肥料：硫硝酸铵（ASN），含 N 25%～27%，由德国狮马欧克集团公司生产，淡黄色颗粒固状；草酰胺（OA），分析纯，含 N 88.07%，由上海麦克林生化科技股份有限公司生产，白色粉末。

供试硝化抑制剂：DMPP，由上海金仓医药生物科技有限公司生产。

供试土壤：安徽潴育型水稻土和河北盐化潮土。新鲜土壤经人工筛除杂物如石块、植物和挑除植物根系等之后，自然风干过 2 mm 筛装袋备用。土壤基本理化性质见表1。

1.2 研究方法

试验于 2023 年 3—4 月在安徽省合肥市红四方绿色智能复合肥研究院进行，采用室内土壤培养方法，供试氮源为硫硝酸铵和草酰胺，用量为 100 mg/kg，每种土壤类型设置以下处理：ASN+OA 比例分别为 100%∶0%、0%∶100%、 25%∶75%、50%∶50%、75%∶25%，各比例均设置两个硝化抑制剂（DMPP）添加水平 0%、 0.8%（施氮量），各处理名称见表2，其中添加硝化抑制剂处理施氮量与单施氮肥处理施氮量相同，每个处理 3 次重复。培养开始前将风干后过 2 mm 筛的土壤置于恒温培养箱中，25℃、黑暗条件下进行预培养 4 d，使土壤活化。预培养结束后测定土壤含水量，根据土壤水分状况添加去离子水溶解硫硝酸铵、草酰胺和硝化抑制剂，均匀喷洒于土壤表面并充分混匀，装入 100 mL 白色塑料瓶（口径 5 cm）中，每瓶装 50 g，调节土壤含水量至土壤孔隙含水量（WFPS）的 60%，在室温条件下分别培养 1、3、5、10d（分别记作 D1、D2、D3、D4）。培养期间，每 2 d 采用称重法调节水分，使土壤含水量保持在 60% WFPS。

注：A 代表草酰胺；A 后面数字代表各肥料处理中草酰胺的比例（%）， D 代表添加 DMPP。

1.3 测定项目与方法

土壤含水量采用烘干法测定；土壤有机质采用重铬酸钾氧化-容量法测定；土壤全氮采用凯氏定氮法测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用 NH₄OAc 浸提-火焰光度法测定；土壤中铵态氮、硝态氮采用2 mol/L KCl 溶液浸提，在 180 r/min 振荡器中振荡 1 h，浸提液使用 AA3 型连续流动分析仪测定。

1.4 数据处理与统计分析

$\text{土壤表观硝化率}（\mathrm{\%}）=\frac{\text{硝态氮含量}（\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}）}{\text{铵态氮含量}（\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}）+\text{硝态氮含量}（\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}）}\times 100$

$\text{土壤铵硝比}=\frac{\text{铵态氮含量}（\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}）}{\text{硝态氮含量}（\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}）}$

$\text{土壤硝化抑制率}（\mathrm{\%}）=\text{不加抑制剂处理的硝态氮含量}（\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}）-\frac{\text{添加抑制剂处理的硝态氮含量}（\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}）}{\text{不加抑制剂处理的硝态氮含量}（\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}）}\times 100$

试验数据使用 Excel 2016 进行基础整理，采用 Origin 2022 进行图表制作，利用 SPSS 26.0 进行统计分析，对试验结果采用双因素方差分析，分析土壤类型和肥料类型对土壤铵态氮、硝态氮含量的交互作用和主要影响。

2 结果与分析

2.1 不同肥料处理对土壤氮素转化的影响

2.1.1 不同肥料处理对土壤铵、硝态氮含量的影响

土壤类型和肥料处理显著影响了不同时期土壤铵、硝态氮含量（P<0.05）（表3）。在整个培养周期内，各肥料处理铵态氮含量整体呈现先上升后下降的趋势，分别在第 3 d 到第 4 d 土壤铵态氮含量达到峰值。在不同土壤中，单施草酰胺处理在潮土中铵态氮含量峰值降低 33.4%，硝态氮含量峰值升高 62.1%，且峰值出现时间有所提前，加速铵态氮向硝态氮的转化。与单施草酰胺相比，硫硝酸铵的添加使得第 1 d 土壤铵、硝态氮含量分别提升 0.33～4.24 和 0.09～1.00 倍，二者的混合配施改变了单施草酰胺前期铵、硝态氮含量较低的现象。

2.1.2 不同肥料处理对土壤铵、硝态氮动态变化拟合

通过对土壤铵、硝态氮动态变化进行拟合分析（图1）发现，在培养开始时，两种土壤中的铵态氮含量与草酰胺比例呈负相关趋势。随着培养时间的延长，该趋势转变为正相关性。从图1b、d土壤硝态氮动态变化可知，整个培养周期内，土壤中硝态氮含量均随着草酰胺比例的上升而不断下降。造成土壤铵、硝态氮这种动态变化主要原因是硫硝酸铵与草酰胺本身氮素形态不同，不同氮素水解会产生时间效应差异，草酰胺中铵、硝态氮含量达到峰值时间相对较长，培养至第 10 d 时，单施草酰胺处理土壤中铵、硝态氮仍处于较高水平。

2.1.3 不同肥料处理对土壤铵硝比的影响

由于酰胺态氮分解和土壤硝化作用同时存在，为能更好地分析铵硝养分供应与肥料配比的关系，通过对不同肥料处理对土壤铵硝比的影响（图2） 发现，在水稻土和潮土不同肥料处理中，培养 1 d 时单施草酰胺处理土壤中的铵硝比处于最低水平，分别为 1.71、1.00，在第 2 d 时，该处理土壤铵硝比发生改变，直至培养结束，单施草酰胺处理铵硝比一直处于较高水平。而单施硫硝酸铵处理则呈现相反趋势。造成这种现象的主要原因与草酰胺中酰胺态氮的分解和土壤的硝化作用有关。二者混合配施第 1 d 单施草酰胺铵硝比在水稻土和潮土中分别提高 1.10、0.37，使得土壤铵硝比在短期内有所改变。

2.2 DMPP 配施不同肥料处理对土壤氮素转化的影响

2.2.1 DMPP 配施不同肥料处理对土壤铵、硝态氮含量的影响

通过双因素方差分析（表4）可知，在添加抑制剂 DMPP 的处理上，土壤类型与肥料处理对土壤中的铵、硝态氮含量影响均为显著水平（P<0.01），与未加抑制剂处理（表3）相比，抑制剂 DMPP 的添加使得土壤中铵态氮含量升高，硝态氮含量降低，抑制了土壤中铵态氮向硝态氮的转化。在第 1 d 时，与未加抑制剂各处理相比，抑制剂 DMPP 处理的土壤中铵态氮含量提高 4.22%～66.84%，硝态氮含量降低 7.09%～42.71%。同时抑制剂 DMPP 的存在增强了土壤类型对铵、硝态氮含量的影响，影响水平从显著（P<0.05） 变为极显著（P<0.01），主要是由于抑制剂 DMPP 应用效果与土壤 pH 有关，pH 较高土壤中，硝化活性一般较高，有利于硝化抑制剂效果的发挥。

注：不同大写字母和小写字母分别代表肥料处理的不同培养时间的显著差异（P<0.05）。下同。* 表示在 0.05 水平上显著，** 表示在 0.01 水平上显著，*** 表示在 0.001 水平上显著，ns 代表不显著。下同。

注：a、b 分别是酸性水稻土不同肥料处理铵、硝态氮含量变化拟合；c、d 分别是碱性潮土不同肥料处理铵、硝态氮含量变化拟合。

注：a、b 分别是酸性水稻土、碱性潮土不同肥料处理土壤铵硝比。不同大写、小写字母分别表示处理的不同培养时间差异显著（P<0.05）。下同。

2.2.2 DMPP 配施不同肥料处理对土壤铵硝比的影响

由于硝化抑制剂 DMPP 的添加，使得在肥料配比调控土壤铵硝供应的基础上，对铵硝比实现了进一步的调控（图3）。与图2 相比，抑制剂 DMPP 改变了水稻土培养前期各处理铵硝比值，使得第 1 d 土壤的铵硝比由 A0>A50>A100 变为 A100>A50>A0，同时，添加抑制剂 DMPP 使得各处理在培养周期内铵硝比有所提高，分别在水稻土和潮土中增加 0.07～3.44、0.05～1.72。抑制剂 DMPP 推迟了潮土中各处理铵硝比峰值出现时间，使得单施草酰胺处理峰值由第 2 d 变为第 3 d。这种变化过程均是由于抑制剂 DMPP 抑制铵态氮的转化，使得草酰胺分解形成的铵态氮逐渐累积导致。

注：a、b 分别是酸性水稻土、碱性潮土 DMPP 配施不同肥料处理的土壤铵硝比。

2.2.3 DMPP 配施不同肥料处理对土壤表观硝化率和硝化抑制率的影响

通过对土壤硝化抑制率数据分析（图4）发现，在不同肥料处理中，硝化抑制剂 DMPP 的添加使得不同土壤表观硝化率有所降低，在水稻土和潮土中土壤表观硝化率分别降低 3.48%～50.60%、1.93%～49.65%，酸性土（水稻土）中的土壤表观硝化率均明显低于碱性土（潮土），各处理之间均呈现显著性差异（P<0.05）。

分析肥料处理对 DMPP 的硝化抑制效果的影响随时间的变化趋势（图5）可知，随着培养时间的逐渐增加，添加抑制剂 DMPP 的各处理土壤硝化抑制率呈现逐渐上升的趋势。与单施草酰胺相比，单施硫硝酸铵的硝化抑制率峰值在水稻土和潮土中分别提高 14.03% 和 27.65%。

注：a、b 分别是酸性水稻土、碱性潮土中 4 个时期土壤表观硝化率。* 表示在 0.05 水平上显著，** 表示在 0.01 水平上显著，*** 表示在 0.001 水平上显著。

注：a、b 分别是酸性水稻土、碱性潮土中土壤硝化抑制率变化趋势。

3 讨论

3.1 草酰胺氮素释放规律

草酰胺进入土壤后，在脲酶及微生物作用下由酰胺态氮转化为铵态氮，之后通过土壤微生物硝化作用变成硝态氮。有研究表明，草酰胺的氮素释放期可持续 3～6 个月^[13-14]。郦志文^[12]通过对草酰胺氮素释放试验发现，草酰胺在培养至 50 d 时，随着氮素不断释放，土壤中铵态氮含量逐渐上升，之后由于其释放的铵态氮逐渐无法弥补硝化作用对铵态氮的消耗，使得土壤中的铵态氮含量逐渐下降，即在 6 个月的培养周期内，土壤中铵态氮含量整体呈现先上升后下降的变化趋势。本试验中土壤铵态氮含量在第 5～10 d 时就已达到峰值，造成这种现象的主要原因可能是施用草酰胺形态为粉末状，与颗粒状草酰胺相比，其氮素累计释放速率更快^[13]。除肥料颗粒粒径对草酰胺氮素释放周期产生影响外，草酰胺水解速度受到土壤中脲酶以及肥料强度等因素影响^[15]。土壤中脲酶含量越高，颗粒强度越低，其溶解速度也就越快。Li 等^[16]通过在不同土壤中的氮素释放特性发现相似结论，同时还发现 pH 也是影响土壤脲酶活性因素，从而间接影响草酰胺水解速度。本研究在不同 pH 土壤中，潮土铵态氮含量峰值均高于水稻土，第 5 d 时氮素释放已达到峰值，与第 10 d 时氮素释放达到峰值的水稻土相比，氮素释放周期短，从而使得不同土壤中铵、硝氮素供应有所差异。

3.2 DMPP 配施土壤氮素释放规律

硝化抑制剂 DMPP 主要通过抑制氨氮加氧酶的活性来抑制铵态氮向硝态氮的转化，进而达到减少 N₂O 排放、NO₃^- 淋洗的效果。与此相伴的减少土壤硝态氮含量、提高铵态氮含量的效果虽被广泛证明，但尚未应用到作物养分动态调控中。疏晴等^[17]研究发现，硝化抑制剂 DMPP 通过延缓土壤的硝化过程，使土壤中铵态氮含量提高 40％，硝态氮含量降低 2.3％，铵态氮供应时间延长 10～17 d。普通尿素在培养至 14 d 土壤中铵态氮出现峰值之后逐渐下降，而添加硝化抑制剂 DMPP 的尿素可以使得土壤中铵态氮含量峰值延长至 21 d 以后^[18]。越来越多的研究表明，硝化抑制剂 DMPP 具有提高铵态氮含量，延长氮素释放时间，从而达到调控土壤铵硝比的目的。本研究由于培养时间较短，仅为 10 d，硝化抑制剂 DMPP 在时间上的响应部分暂不明显，因此还需进行一步的研究。

尽管硝化抑制剂 DMPP 在调控土壤铵硝比方面效果显著，但硝化抑制剂 DMPP 很容易受外部环境和自身理化性质的影响，导致预测 DMPP 调控土壤铵硝比的效果存在困难，如薛妍等^[19]研究发现，土壤 pH 是影响抑制剂应用效果的重要因素，在一定范围内，随着土壤 pH 增大，抑制效果增强^[20]。在本研究中，硝化抑制剂 DMPP 在碱性潮土中的表观硝化率以及硝化抑制率远高于在酸性水稻土中，其硝化作用较明显，其结果与前人研究相一致。此外，抑制剂添加量也是影响作用效果的重要因素。研究发现，DMPP 施用量为 0.5～1.5 kg/hm² 时，就可在田间条件下使土壤硝化抑制时间持续 4～10 周，当均匀分布时，DMPP 0.39 μg/g 就可起到显著硝化抑制效果^[21]。大量研究表明，抑制剂 DMPP 添加量为氮素的 1% 左右即可达到最优应用效果，此时酸性水稻土、碱性潮土中的硝化抑制率最高可分别达到 41.73%、79.22%^[22-23]，本研究中的硝化抑制率在水稻土和潮土中最高分别为 38.76% 和 63.52%，均分别在最高硝化抑制率 41.73% 和 79.22% 范围之内，抑制剂 DMPP 效果显著，使得土壤中的铵、硝态氮含量有所改变，进而改变了土壤中的铵硝形态供应比率。

3.3 多形态氮供应对作物需求的影响

氮素是保证作物正常生长发育必需的营养元素之一，也是对作物产量和品质形成起重要作用的元素^[24]。多形态氮的协同供应对植物的生长、产量以及氮素吸收影响显著。由于各种作物的生理习性不同，不同作物对于氮素的形态需求和吸收能力有所差别。有研究表明，硝态氮对小麦和玉米等旱田作物生长的影响优于铵态氮，且供应混合氮源比供应单一氮源更有利于自身生长发育^[25]。当铵态氮含量增加时，会使得旱田作物对氮的利用率有所降低，对作物生物量以及氮素积累量产生影响^[26]，铵硝比为 1∶1 和 1∶3 时，更有利于玉米籽粒产量和收获指数的增加^[27]。而对于水稻等作物影响却呈现相反趋势，铵态氮更有利于水稻产量的提升，单施铵态氮处理水稻增产显著^[28]。

氮素形态、比例以及施用时期不同，也会对作物产生不同的生理效应，从而对植物生长和产量产生影响。彭之东^[27]研究发现，玉米在不同生长时期对不同氮素形态的吸收和利用存在明显差异，生长前期生物量在铵硝比为 3∶1 时积累最多，而生长后期铵硝比为 1∶3 时最高。然而，在不施肥土壤中能提供的铵、硝态氮含量极低，远不能满足作物的正常生长发育要求。大量研究发现，不同氮素形态以及硝化抑制剂 DMPP 的添加可以显著改变土壤的铵、硝态氮含量以及供应时间，从而对植株的生长发育产生影响。但是目前对于不同氮素形态以及硝化抑制剂 DMPP 的相关研究更多的是在土壤体系中的氮素动态变化，但在作物体系中尤其是涉及到根系生长和分泌物的改变等相关研究，还需要通过周期长的土壤-作物体系进行评估，从而筛选出适宜的氮素形态比例配方以及合适的 DMPP 添加量。

4 结论

肥料处理和土壤类型显著影响了不同时期土壤铵、硝态氮含量。草酰胺与硫硝酸铵不同比例肥料处理中，草酰胺前期土壤铵、硝态氮含量较低，后期较高，直至第 10 d 培养结束，缓释氮肥草酰胺在土壤中铵、硝态氮仍呈现一个较高水平。硫硝酸铵的添加可以提高前期土壤铵、硝态氮含量，改变土壤铵硝比。配施抑制剂 DMPP 的方式也可以达到改变土壤铵硝养分供应的目的，抑制土壤的硝化作用，提高铵硝比，降低表观硝化率。碱性土壤的硝化作用较强，导致培养期间碱性潮土中铵态氮含量降低，硝态氮含量升高。

参考文献