铵态氮肥与硝化抑制剂配合施用改良酸性土壤的方法及其应用

摘要

铵态氮肥与硝化抑制剂配合施用改良酸性土壤的方法及其应用，所述铵态氮肥为尿素和碳酸氢铵，硝化抑制剂为双氰胺。当化学氮肥施用量为200-400mgN/kg土时，双氰胺用量为5-50mg/kg土。具体施用方法为：将氮肥与双氰胺混合施于表层土壤，并与土壤充分混合即可。该方法利用某些铵态氮肥水解过程释放羟基的特点，在施肥的同时改良土壤酸度，将传统方法中施用铵态氮肥加速土壤酸化变为本方法改良酸性土壤，变不利为有利。

说明书

 

技术领域

本发明属于土壤改良和土壤调节技术领域，涉及利用铵态氮肥和硝化抑制剂配合施用改良酸性土壤的方法及其应用。

 

背景技术

近年来的研究发现，我国农田土壤呈加速酸化的趋势，与80年代中期开展的第二次土壤普查时的情况比，20年内土壤pH平均下降0.13-0.80个pH。铵态氮肥大量施用被认为是加速我国农田土壤酸化的主要原因，其对土壤酸化的贡献平均为20-221kmol H⁺/ha/a (Guo et al., 2010. Science 327:1008-1010.)。自然条件下，氮往往不存在盈余的情况。而人为过量施用化学氮肥，导致土壤中发生硝化反应并释放H⁺，加速土壤酸化。特别在我国长江以南地区，这一地区大多数土壤本身呈酸性反应，氮肥对酸化的加速作用更大 (Ju et al., 2009. PNAS 106: 3041–3046)。

低pH的酸性条件下土壤中由铵态氮转化为硝态氮的硝化反应受到抑制，但尿素和碳酸氢铵施加到土壤后发生水解反应，并释放羟基，导致土壤pH升高，这一过程促进了土壤中硝化反应的发生，从而加速了土壤酸化(蔡祖聪, 赵维. 土壤学报, 2009. 46(5): 795–801.)。如能采取有效手段控制施肥后土壤硝化反应，但不影响氮肥的水解反应，那么施氮肥不仅不会加速土壤酸化，还能对已发生酸化的土壤起到一定程度的改良作用，变不利为有利。而且抑制铵态氮肥的硝化反应还能降低氮肥的淋失风险，因为土壤带负电荷，对铵态氮有很强的吸持能力，但对硝态氮有排斥作用。

 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种利用硝化抑制剂双氰胺抑制铵态氮肥在土壤中硝化反应的方法及其应用，充分利用尿素和碳酸氢铵水解反应释放的羟基提高土壤pH，改良酸性土壤。抑制铵态氮肥的硝化反应还降低氮肥的淋失风险，提高氮肥利用率。

技术方案：铵态氮肥与硝化抑制剂配合施用改良酸性土壤的方法，所述铵态氮肥为尿素或碳酸氢铵，硝化抑制剂为双氰胺，当铵态氮肥施用量为200-400mg N/kg土时，双氰胺用量为5-50 mg/kg土。将铵态氮肥与双氰胺混合施于表层土壤，并与土壤充分混合即可。铵态氮肥与硝化抑制剂配合施用改良酸性土壤的方法可以用于玉米、油菜、小麦和芝麻种植。

有益效果：当向酸性土壤中添加尿素和碳酸氢铵，培养过程中氮肥的水解作用导致土壤pH升高，但随后发生的铵态氮的硝化作用导致土壤pH下降。但如果在添加尿素和碳酸氢铵的同时添加硝化抑制剂双氰胺，则可有效抑制氮肥水解后土壤pH的下降。以宜兴湖白土为例，当氮肥添加水平为200mg N/Kg，如同时添加双氰胺85天培养实验结束时土壤pH相对对照处理提高1.24-1.30单位；当氮肥添加水平为400mg N/kg，同时添加双氰胺使土壤pH相对对照提高2.00-2.08单位。因此，将硝化抑制剂双氰胺与尿素或碳酸氢铵配合施用，不仅抑制了硝化反应，减缓其对土壤酸化的加速作用，而且对酸性土壤起到改良作用。为追求高产，我国农田氮肥施用量很高，这不仅大大加速土壤酸化，而且肥料利用率往往较低，还造成严重的水体富营养化。添加双氰胺，不仅增加土壤pH，还提高氮肥利用率，减少氮肥损失及其对地表水和地下水的污染。双氰胺在土壤中分解产物为铵和二氧化碳，不会残留有害物质在土壤中。因此，本发明在施肥的同时通过双氰胺调节土壤酸度，配合种植旱作作物如玉米、油菜、小麦和芝麻等，达到既改良酸性土壤，同时提高氮肥利用率，是一种对环境较友好的改良方法。

 

附图说明

图1为宜兴湖白土在不同尿素添加水平下，使用双氰胺提高土壤pH的动态效果，图中■对照，▲200 mgN/kg，●400 mgN/kg，□对照+DCD，△200 mgN/kg+DCD，○400 mgN/kg +DCD；

图2为宜兴湖白土在不同碳铵添加水平下，使用双氰胺提高土壤pH的动态效果，图中■对照，▲200 mgN/kg，●400 mgN/kg，□对照+DCD，△200 mgN/kg+DCD，○400 mgN/kg +DCD；

图3为宜兴湖白土在不同尿素添加水平下，使用双氰胺提高土壤铵态氮的动态效果，图中■对照，▲200 mgN/kg，●400 mgN/kg，□对照+DCD，△200 mgN/kg+DCD，○400 mgN/kg +DCD；

图4为宜兴湖白土在不同碳铵添加水平下，使用双氰胺提高土壤铵态氮的动态效果，■对照，▲200 mgN/kg，●400 mgN/kg，□对照+DCD，△200 mgN/kg+DCD，○400 mgN/kg +DCD；

图5为宜兴湖白土在不同尿素添加水平下，使用双氰胺提高土壤硝态氮的动态效果，图中■对照，▲200 mgN/kg，●400 mgN/kg，□对照+DCD，△200 mgN/kg+DCD，○400 mgN/kg +DCD；

图6为宜兴湖白土在不同碳铵添加水平下，使用双氰胺提高土壤硝态氮的动态效果，图中■对照，▲200 mgN/kg，●400 mgN/kg，□对照+DCD，△200 mgN/kg+DCD，○400 mgN/kg +DCD；

图7 盆栽条件下尿素与双氰胺配合施用2个月后土壤pH比较；

图8 盆栽和不种植物条件下尿素和双氰胺配合施用2个月后土壤铵态氮和硝态氮含量比较；

图9 盆栽和种玉米条件下尿素和双氰胺配合施用2个月后土壤铵态氮和硝态氮含量比较。

 

具体实施方式

实施例1

尿素、碳酸氢铵与双氰胺配合施用对土壤酸度的改良效果——称取350g过20目的风干土样于一组塑料杯中，分别设置对照(不加氮肥和双氰胺)、对照（加双氰胺）、200 mg N/kg 尿素、200mg N/kg 碳酸氢铵、200mg N/kg尿素+双氰胺、200mg N/kg碳酸氢铵+双氰胺、400mg N/kg尿素、400mg N/kg碳酸氢铵、400mg N/kg尿素+双氰胺和400mg N/kg碳酸氢铵+双氰胺几种组合进行处理。将土壤、氮肥和双氰胺充分混合后将水分含量调节至田间持水量的60%,然后恒温30℃培养，每隔5天调节土壤含水量。在培养的第2、4、9、16、26、36、46、57、72、85天取样测定土壤pH、氨态氮和硝态氮。

当不添加化肥和双氰胺时，培养过程中土壤pH逐渐下降(图1)，主要由于土壤中残留的铵态氮发生了硝化作用(图3和图5)。添加双氰胺抑制了土壤pH的下降，85天培养结束时，土壤pH相对不加双氰胺的对照提高0.64。添加尿素和碳酸氢铵处理，培养开始后由于氮肥的水解作用，土壤pH迅速升高（图1和图2），但随后土壤pH迅速下降，至85天培养结束时，土壤pH与对照相近。土壤pH的下降主要由于氮肥中的铵态氮发生硝化反应所致，因为随着培养时间增加，土壤铵态氮含量下降，硝态氮含量不断增加(图3-图6)。但当氮肥与双氰胺同时添加时，土壤pH的下降趋势受到明显的抑制，培养实验结束时添加200mg N/kg处理土壤pH相对对照提高1.24-1.30；添加200mg N/kg处理土壤pH相对对照提高2.00-2.08(图1和图2)。双氰胺对硝化反应的抑制是土壤pH提高的主要原因，图3-图6结果显示，添加双氰胺处理在整个培养过程中土壤铵态氮保持很高水平，而土壤硝态氮处于很低水平。

因此，同时添加双氰胺和尿素或碳酸氢铵，由于抑制了土壤中铵态氮向硝态氮转化的硝化反应，发挥了氮肥水解对土壤酸度的改良作用，使土壤pH大幅度提高。这一过程也减少了氮肥的损失及其对地表水的污染。

 

实施例2

盆栽条件下尿素与双氰胺配合施用对红壤酸度的改良效果-盆栽实验在日光温室中进行，每盆装土5.5 kg，添加150mg N/kg尿素和7.5mg/kg双氰胺，与表层土壤充分混合后每盆播种玉米5粒，进行日常管理。18天后将每盆定植为3株，2个月后将玉米收获。采集土壤样品，测定土壤pH、铵态氮和硝态氮含量。结果表明，无论是否种植植物，尿素与双氰胺同时添加处理的土壤pH均高于单独添加尿素处理(图7)，说明在盆栽条件下双氰胺也可以通过抑制硝化作用，发挥尿素的水解作用提高土壤pH。不种植物情况下，添加双氰胺处理土壤铵态氮含量高于不添加双氰胺处理，硝态氮情况相反，说明双氰胺对硝化反应起了抑制作用(图8)。种植玉米情况下，单施尿素处理土壤硝态氮高于铵态氮，尿素与双氰胺配合施用处理，由于作物对氮素的吸收，铵态氮和硝态氮都处于较低水平(图9)。由于尿素与双氰胺配合施用提高了土壤pH，因此促进玉米生长，与单施尿素相比，将尿素与双氰胺配合施用地上部干物质重量提高110%，玉米植株株高增加22%。