硝化抑制剂DMPP对氮素转化的影响及其作用机理研究

摘要

尿素是我国农业生产中应用较为广泛的肥料，但在一般情况下，尿素的利用率很低。尿素施入土壤后在脲酶的作用下水解成氨，经硝化作用转化为易于移动的硝态氮，增加了氮素淋失和N2O排放的风险。因此，调控硝化过程是减少氮素损失的有效途径。目前的研究表明，施用硝化抑制剂是一种有效的氮肥管理措施，能通过抑制氨的氧化，有效减少施肥导致的氮素淋失和N2O排放，提高氮肥利用率。3，4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)是一种新型的硝化抑制剂，具有用量低、抑制效果好的优点，并且对土壤和作物均没有毒害作用。本研究旨在调查DMPP在特定土壤上的抑制效果和影响范围，了解DMPP在土壤微生物学和酶学上的作用，探讨DMPP的作用机制，为DMPP的合理施用提供理论依据。具体研究结果如下:　　 1、硝化抑制剂DMPP在不同土壤中的抑制效果不同。在培养期内，四种土壤的pH和铵态氮含量呈先上升后下降的趋势，硝态氮含量和表观硝化率呈逐渐上升的趋势。与单施尿素相比，施用DMPP显著增加了土壤pH和铵态氮含量，降低了硝态氮含量和表观硝化率。在水稻土和潮土中，单施尿素处理的硝化过程到第14天时基本完成，施用DMPP使硝化过程延长了28天完成。在黑土和红壤中，尤其是红壤，硝化过程相对缓慢，施用抑制剂虽然降低了土壤的表观硝化率，但降低的程度低于水稻土和潮土。　　 2、硝化抑制剂DMPP改变了土壤微域环境（包括水平和垂直方向）中的氨氧化细菌群落结构，这种改变与土壤pH和无机氮的变化有关。在施肥区内，施用DMPP显著提高了土壤pH、铵态氮含量和无机氮总量，同时显著降低了土壤中硝态氮的含量，表现出强烈的抑制作用。在0-5cm范围内（包括水平和垂直方向），DMPP的抑制作用随着与施肥区距离的增加而逐渐减弱。单施尿素时，DGGE条带数量在水平和垂直方向上均是从施肥区开始逐渐减少，与铵态氮含量的变化趋势一致。相反，施用DMPP时，DGGE条带数量在水平和垂直方向的0-5cm内均呈增加趋势。两个处理相比，施用DMPP处理的条带数量在0-3cm内低于单施尿素处理，而在3-5cm内则高于单施尿素处理。DGGE条带的DNA序列分析表明本试验中氨氧化细菌的主要种类属于亚硝酸螺菌。　　 3、硝化抑制剂DMPP通过抑制氨氧化细菌的生长有效延缓了土壤中的硝化过程。施用DMPP显著减少了氨氧化细菌的数量，提高了土壤pH和铵态氮含量，降低了亚硝态氮和硝态氮含量，而对氨氧化细菌群落结构无明显影响。随着培养时间的延长，DMPP的抑制效果逐渐减弱。在培养的前35天，不同用量DMPP处理之间的氨氧化细菌数量无显著差异，从第35天起0.5％DMPP处理的氨氧化细菌数量显著高于1％DMPP和2％DMPP处理。　　 4、施用硝化抑制剂DMPP对尿素水解过程和硝态氮的还原过程无显著影响。在整个培养期内，土壤脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和羟胺还原酶活性在单施尿素处理和施用DMPP的处理之间均无显著差异，且在不同用量的DMPP处理之间也无显著差异。　　 5、施用DMPP显著减少了温室气体N2O和CO2的排放量，但是增加了氨的挥发。与单施尿素相比，施用DMPP延长了氨挥发的持续时间，显著增加了氨挥发总量。不同处理土壤中的N2O和CO2释放趋势相似，二者的释放高峰在单施尿素处理中处于培养前期（1-7天），而在施用DMPP的处理中处于培养后期（20-35天）。与单施尿素相比，施用DMPP显著减少了N2O和CO2的排放总量。不同用量的DMPP对氨挥发量无显著影响，但是1％DMPP处理的N2O和CO2排放量显著低于0.5％DMPP处理，且与2％DMPP处理无显著差异，因此推断DMPP在潮土中的适宜用量为施肥氮量的1％。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 文献综述

1 氮肥的施用及对环境的影响

1．1 氮肥在农业生产中的施用现状

1．2 氮肥的损失及其对环境的影响

2 硝化抑制剂的作用机理

2．1 硝化作用

2．2 硝化作用的抑制机理

3 硝化抑制剂的作用效果

3．1 对土壤中氮素转化的影响

3．2 对硝酸盐淋失的影响

3．3 对温室气体排放的影响

3．4 对作物产量和品质的影响

4 硝化抑制剂的使用现状和问题

5 新型硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)的研究概况

5．1 DMPP的性质和作用机理

5．2 DMPP的应用效果

5．3 影响DMPP作用的因素

6 研究目的和意义

第二章 硝化抑制剂DMPP对不同土壤中氮素转化的影响

1 材料与方法

1．1 供试土壤

1．2 试验设计

1．3 测定方法

1．4 数据分析

2 结果与分析

2．1 硝化抑制剂DMPP对不同类型土壤pH的影响

2．2 硝化抑制剂DMPP对不同类型土壤NH4+-N含量的影响

2．3 硝化抑制剂DMPP对不同类型土壤NO3--N含量的影响

2．4 硝化抑制剂DMPP对不同类型土壤表观硝化率的影响

3 讨论

4 本章小结

第三章 DMPP对肥际微域中氮素转化和氨氧化细菌群落结构的影响

1 材料与方法

1．1 供试土壤

1．2 试验设计

1．3 测定方法

1．4 数据分析

2 结果与分析

2．1 硝化抑制剂DMPP对微域土壤pH的影响

2．2 硝化抑制剂DMPP对微域土壤无机氮含量的影响

2．3 硝化抑制剂DMPP对微域土壤氨氧化细菌群落结构的影响

3 讨论

4 本章小结

第四章 不同用量的DMPP对氮素转化和氨氧化细菌的影响

1 材料与方法

1．1 供试土壤

1．2 试验设计

1．3 测定方法

1．4 数据分析

2 结果与分析

2．1 不同用量的DMPP对土壤pH的影响

2．2 不同用量的DMPP对土壤NH4+-N含量的影响

2．3 不同用量的DMPP对土壤NO3--N含量的影响

2．4 不同用量的DMPP对土壤NO2--N含量的影响

2．5 不同用量的DMPP对表观硝化率的影响

2．6 不同用量的DMPP对土壤氨氧化细菌数量的影响

2．7 不同用量的DMPP对土壤氨氧化细菌群落结构的影响

3 讨论

4 本章小结

第五章 不同用量的DMPP对与氮素转化相关的土壤酶活性的影响

1 材料与方法

1．1 供试土壤

1．2 试验设计

1．3 测定方法

1．4 数据分析

2 结果与分析

2．1 不同用量的DMPP对土壤脲酶活性的影响

2．2 不同用量的DMPP对土壤硝酸还原酶活性的影响

2．3 不同用量的DMPP对土壤亚硝酸还原酶活性的影响

2．4 不同用量的DMPP对土壤羟胺还原酶活性的影响

3 讨论

4 本章小结

第六章 不同用量的DMPP对气体损失的影响

1 材料与方法

1．1 供试土壤

1．2 试验设计

1．3 测定方法

1．4 数据分析

2 结果与分析

2．1 不同用量的DMPP对土壤氨挥发的影响

2．2 不同用量的DMPP对土壤N2O排放的影响

2．3 不同用量的DMPP对土壤CO2排放的影响

3 讨论

4 本章小结

第七章 全文结论和展望

1 全文结论

2 创新点

3 存在的主要问题

4 研究展望

参考文献

致谢

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