華 瑤，陸玉芳，高維常，祖韋軍，施衛(wèi)明，郭亞利

生物硝化抑制劑對黔西南黃壤硝化作用及N2O排放的影響①

華 瑤1，陸玉芳1，高維常2，祖韋軍3，施衛(wèi)明1，郭亞利4*

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2 貴州省煙草科學(xué)研究院煙草行業(yè)山地烤煙品質(zhì)與生態(tài)重點實驗室，貴陽 550081；3 貴州省畢節(jié)市農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與資源保護站，貴州畢節(jié) 551700；4 貴州省煙草公司黔西南州公司，貴州興義 562400)

為探索生物硝化抑制劑對貴州黔西南地區(qū)黃壤硝化作用及氧化亞氮(N2O)排放的影響，通過3周的室內(nèi)培養(yǎng)試驗，研究兩種生物硝化抑制劑(對羥基苯丙酸甲酯(MHPP)和丁香酸(SA))對黃壤中的無機態(tài)氮素含量、氨氧化微生物功能基因以及N2O排放量的影響。結(jié)果表明，與對照CK相比，MHPP和SA在黃壤上均能明顯抑制硝化作用，對土壤硝化速率的抑制率分別為6% ～ 43% 和5% ～ 51%。MHPP和SA均抑制了黃壤氨氧化古菌AOA(12% ～ 22%，27% ～ 41%)與氨氧化細菌AOB(6% ～ 19%，26% ～ 46%)基因的豐度。整個培養(yǎng)期內(nèi)，黃壤NO3–-N含量與AOB的基因豐度顯著正相關(guān)，而與AOA的基因豐度無顯著相關(guān)，表明AOB對黃壤硝化作用起了主導(dǎo)作用。在N2O排放方面，MHPP和SA分別顯著抑制了黃壤51% 和21% 的N2O排放積累量，MHPP的減排效果優(yōu)于SA。MHPP降低了黃壤N2O排放的峰值，而SA主要延緩了黃壤N2O排放高峰的出現(xiàn)?？傊锵趸种苿㎝HPP和SA在貴州黔西南黃壤上具有氮肥減施增效的潛力，這為今后烤煙新型綠色專用肥的開發(fā)提供了理論依據(jù)。

硝化作用；生物硝化抑制劑；黃壤；硝化速率；氨氧化微生物；N2O

氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一直大量使用的肥料，我國氮肥利用率大約在30% ～ 40%，而其他未被植物利用的氮素通過淋溶作用、硝化、反硝化、揮發(fā)等多種途徑流失[1-2]。硝化作用是土壤氮素循環(huán)中重要的一環(huán)，指NH4+-N通過微生物在好氧條件下轉(zhuǎn)化為NO3–-N的過程[3]。硝化作用在未受到干擾的自然生態(tài)系統(tǒng)中并不強烈，但在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中硝化速率大幅提高，相當量的氮素通過硝化–反硝化途徑損失[4]。這不僅導(dǎo)致氮肥利用率低下，而且NO3–-N與土壤結(jié)合性差，易通過淋溶流失，污染環(huán)境。氧化亞氮(N2O)是一種強溫室氣體，目前全球因人類活動造成的N2O排放70% 來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其中硝化和反硝化過程是農(nóng)業(yè)土壤N2O的主要來源[5-6]。因此，如何提高氮肥利用率以及減少N2O排放一直備受關(guān)注[7]。

硝化抑制劑是一種能夠延緩硝化作用發(fā)生的化合物統(tǒng)稱。研究表明，施用硝化抑制劑可有效減緩氮素轉(zhuǎn)化和硝酸鹽積累，對N2O也有減排效應(yīng)[8]。目前硝化抑制劑可分為合成硝化抑制劑和生物硝化抑制劑。合成硝化抑制劑在農(nóng)業(yè)上已經(jīng)得到廣泛使用，主要包括雙氰胺(Dicyandiamide，DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(3,4-dimethylpyrazole phosphate，DMPP)、2-氯-6-三氯甲基吡啶(2-chloro-6-trichloromethyl pyridine，CP)這三大類和其他一些化合物。已有大量研究表明合成硝化抑制劑能有效提高氮素利用和減少N2O排放[[9-13]。然而人工合成的硝化抑制劑也有其自身的缺點，例如成本較高、造成環(huán)境安全威脅等[14]。隨著對植物根系分泌物的研究發(fā)展，人們逐步認識到一些植物根系能夠釋放一些抑制硝化作用的物質(zhì)，被稱為生物硝化抑制劑[15]。目前已從植物根系分泌物中提取鑒定的生物硝化抑制劑有熱帶牧草分泌的臂形草內(nèi)脂(Brachialactone)[16]，高粱源的對羥基苯丙酸甲酯(Methyl 3-(4-hydroxyphenyl)propionate，MHPP)[17]和高粱酮(Sorgoleone)[18]，水稻源的1,9-癸二醇(1,9-Decanediol)[19]和丁香酸(Syringic acid，SA)[20]，以及玉米分泌的玉米酮(Zeanone)[21]等。相比于合成硝化抑制劑，生物硝化抑制劑在土壤中抑制效果與機制研究還處于起步階段[22]，目前尚未在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的要求下，環(huán)境友好型的生物硝化抑制劑具有良好的發(fā)展?jié)摿屯茝V價值[23]。

黃壤是一種廣泛分布于貴州高原地帶的地帶性土壤，也是黔西南地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)土壤，這種土壤質(zhì)地黏、保肥能力弱，且所處地區(qū)水土流失嚴重[24]。有關(guān)提高黃壤烤煙氮肥利用率的農(nóng)藝措施已取得了一定的進展，包括合理施氮量、施用氮肥增效劑、生物質(zhì)炭及綠肥還田等[25-28]，但還需尋求提高該區(qū)域烤煙氮肥減施增效的新策略。生物硝化抑制劑MHPP和1,9-癸二醇在堿性潮土、中性水稻土和酸性紅壤中的室內(nèi)培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，生物硝化抑制劑的硝化抑制效果與土壤類型密切相關(guān)[29-30]。生物硝化抑制劑還具有土壤N2O減排的潛力，1,9-癸二醇能明顯減少酸性紅壤N2O的排放量[30]。MHPP在石灰性紫色土上對N2O排放有較好的抑制作用，其抑制率達到76%[31]。此外，也有田間試驗表明，MHPP與根區(qū)施肥配合能夠減少水稻土的N2O排放[32]。然而，生物硝化抑制劑對黃壤硝化過程及N2O排放的調(diào)控效果尚未明確。本研究選取兩種較易獲得的生物硝化抑制劑MHPP和SA，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗，探討其對貴州黔西南地區(qū)黃壤無機氮含量變化、硝化速率、氨氧化微生物功能基因豐度和N2O排放的影響，以期揭示上述兩種生物硝化抑制劑對黃壤硝化作用及N2O排放的影響，為田間條件下進一步效果驗證及研發(fā)烤煙新型綠色專用肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試的酸性黃壤于2021年7月采自貴州省黔西南布依族苗族自治州興義市(105°2'59"E，25°11'43"N)。該區(qū)域?qū)賮啛釒降丶撅L(fēng)濕潤氣候，平均海拔1 300 m，雨量充沛，日照長，年平均氣溫在15 ～ 18 ℃，年均降水量1 531.6 mm，無霜期達300 d左右。供試土壤采自耕地表層，剔除雜質(zhì)后風(fēng)干并過2 mm篩，儲存于室溫下備用。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 供試材料

供試氮肥(NH4)2SO4(分析純)由南京化學(xué)試劑股份有限公司生產(chǎn)，供試生物硝化抑制劑為丁香酸 (SA，Sigma-Aldrich，美國)和對羥基苯丙酸甲酯(MHPP，Technologies GmbH，德國)。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 試驗分為兩組，第一組試驗采用100 mL塑料瓶于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，第二組采用100 mL玻璃瓶培養(yǎng)，兩組試驗各設(shè)3個處理，每個處理設(shè)置3個重復(fù)，分別為：①CK ((NH4)2SO4)；②MHPP處理((NH4)2SO4+MHPP)；③SA處理((NH4)2SO4+SA)。結(jié)合文獻[20,30]中普遍采用的硝化抑制劑濃度和前期預(yù)試驗測試篩選中得到的最佳濃度，各處理(NH4)2SO4加入量均為N 100 mg/kg土，MHPP和SA加入量均為500 mg/kg土。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

稱取10 g干土置于培養(yǎng)瓶中，加蒸餾水調(diào)節(jié)土壤含水量至40% WHC(田間最大持水量)，25 ℃恒溫遮光培養(yǎng)，預(yù)培養(yǎng)1 d后，使用一次性針筒(帶針頭)吸取1.6 mL (NH4)2SO4和生物硝化抑制劑處理液施加，使其盡可能均勻地混入土壤中，此時土壤含水量調(diào)節(jié)至60% WHC。第一組試驗使用封口膜封好瓶口并均勻扎小孔以保證通氣，后放入25℃恒溫培養(yǎng)箱繼續(xù)遮光培養(yǎng)21 d。培養(yǎng)期間，每隔2 d打開封口膜稱重加水使水分保持在60% WHC，在添加處理液后的第7、14、21 天進行土壤破壞性采樣，一部分土壤樣品用于基本理化性質(zhì)分析，剩余部分經(jīng)過冷凍干燥后在–80 ℃條件下保存用于土壤微生物分析。第二組試驗用橡皮塞密封后放入25 ℃恒溫培養(yǎng)箱遮光培養(yǎng)，在加入處理液后的第1、2、3、4、5、6、7、10、14、21 天進行氣體收集，每次采樣前將玻璃瓶排氣后密閉23 h，用25 mL針筒注射器反復(fù)3次抽提后采集20 mL氣體注入真空瓶內(nèi)，用于測定N2O濃度。

1.3.2 測定方法 NH4+-N、NO3–-N使用1 mol/L的KCl溶液浸提。取5 g土樣加50 mL KCl溶液振蕩1 h，靜置30 min后過濾得到浸提液，使用紫外可見分光光度計(D-8，南京菲勒儀器公司)測定濃度。N2O氣體濃度使用氣相色譜儀(GC7820A，Agilent Technologies, Inc., USA)測定。

稱取約0.25 g土壤樣品，土壤總DNA使用SPINeasy DNA Kit For Soil(MP Biomedicals公司)試劑盒提取，使用微量紫外分光光度計(Nanodrop ND-1000)檢測提取DNA的濃度和純度，提取完成后于4 ℃保存?zhèn)溆?。使用定量PCR儀(Light Cyler 480Ⅱ，Roche Company)分別對氨氧化功能基因AOA-(引物基因為、)、AOB-(引物基因為、)進行擴增，其引物序列、擴增條件及標線制作詳見Lu等[30]。PCR 擴增反應(yīng)體系為10 μL，包括：5 μL的SYBR?Premix EX TaqTM(Takara)，上、下游引物(10 μmol/L)各0.4 μL，1.0 μL的DNA 模板和3.2 μL無酶水。

1.4 計算公式

1)土壤硝化速率。

R= [(NO3–-N)–(NO3–-N)0] /(1)

式中：R表示硝化速率，mg/(kg·d)；為間隔時間，d；(NO3–-N)0和(NO3–-N)分別為0、時的NO3–-N含量，mg/kg。平均硝化速率根據(jù)時間加權(quán)計算得出。

2)土壤N2O排放速率。

(/m)(dd)273/(273/(2)

式中：表示氣體的排放速率，N2O-N μg/(kg·h)；為N2O摩爾質(zhì)量，28 g/mol；m為氣體的摩爾體積，22.4 L/mol；d/d為單位時間內(nèi)培養(yǎng)瓶內(nèi)氣體濃度增加量，10–9/h；為培養(yǎng)時的溫度，℃；為培養(yǎng)瓶中氣體的有效空間體積，L；為置于培養(yǎng)瓶中烘干土重，kg。

3)生物硝化抑制劑對土壤的硝化作用的抑制率和對N2O氣體排放總量的抑制率。

(–)×100 (3)

式中：表示抑制率，%；為對照組處理的硝化速率或N2O排放總量，為添加生物硝化抑制劑處理組的硝化速率或N2O排放總量，mg/(kg·d) 或N2O-N μg/kg。其中N2O氣體排放總量可根據(jù)上述排放速率公式由各時間段氣體的平均排放速率進行時間加權(quán)計算得出。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，其中不同處理之間樣品的差異顯著性比較采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和Tukey檢驗。圖表和土壤氨氧化菌基因拷貝數(shù)與土壤NO3–-N含量的關(guān)系用Origin 2018 進行繪制和線性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物硝化抑制劑處理對土壤無機氮含量的影響

如圖1A所示，黃壤的NH4+-N含量隨著培養(yǎng)時間的延長呈下降趨勢，CK處理在21 d已被基本消耗完全。與CK相比，從培養(yǎng)開始到21 d內(nèi)，SA處理顯著抑制了NH4+-N的消耗(<0.05)，而MHPP僅在培養(yǎng)0 ～ 14 d內(nèi)具有顯著抑制效應(yīng)(<0.05)，隨著培養(yǎng)時間的延長抑制效應(yīng)不顯著。在培養(yǎng)0 ～ 14 d內(nèi)，SA處理的NH4+-N含量均顯著高于MHPP處理。培養(yǎng)期間3種處理下土壤中NO3–-N含量均呈上升趨勢(圖1B)。在0 ～ 14 d內(nèi)，MHPP和SA處理下NO3–-N含量顯著低于對照組CK(<0.05)；并且SA處理的NO3–-N含量顯著低于MHPP處理。從黃壤NH4+-N和NO3–-N含量的動態(tài)變化看出，MHPP和SA均顯著抑制黃壤NH4+-N向NO3–-N的轉(zhuǎn)化，且SA的抑制效果顯著強于MHPP。土壤無機氮含量呈先下降后上升(圖1C)，與CK相比，SA處理下無機氮含量在不同的培養(yǎng)時間均無顯著變化，而在7 d和14 d時，MHPP處理的無機氮含量有顯著降低趨勢(<0.05)。

(圖中小寫字母不同表示同一時期不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同)

2.2 不同生物硝化抑制劑處理對土壤硝化速率的影響

如表2所示，隨著培養(yǎng)時間的延長，CK處理的硝化速率逐漸下降。在0 ～ 14 d內(nèi)，與CK相比，MHPP和SA處理的硝化速率均顯著降低(<0.05)，后隨培養(yǎng)時間延長到21 d無顯著差異。在第7、14、21 天時，MHPP和SA的抑制率分別為43%、51%，26%、32% 和6%、5%。與對照組CK相比，前0 ～ 14 d期間，兩者均能顯著抑制黃壤的表觀硝化速率，且0 ～ 7 d時抑制效果更強，SA對硝化速率的抑制強于MHPP。

2.3 不同生物硝化抑制劑處理下土壤氨氧化菌豐度及其與硝態(tài)氮含量的關(guān)系

通過熒光定量PCR測定了硝化作用關(guān)鍵功能菌——氨氧化古菌(AOA)和氨氧化細菌(AOB)的基因豐度(圖2)。在整個培養(yǎng)期間內(nèi)，CK處理下AOA豐度無明顯變化(圖2A)。與CK相比，0 ～ 21 d內(nèi)MHPP和SA處理的AOA豐度均顯著降低(<0.05)，并且SA處理的AOA豐度均顯著低于MHPP處理(<0.05)。MHPP和SA對AOA的抑制率分別在12% ～ 22% 和27% ～ 41%，其中第14 天時，兩者的抑制效率均達到最高。

表2 不同時間段各處理下的土壤硝化速率及其硝化抑制率

注：同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示同一時間段不同處理間差異顯著(<0.05)。

從培養(yǎng)開始到結(jié)束，CK處理下AOB豐度呈持續(xù)增加趨勢(圖2B)。與AOA相似，整個培養(yǎng)期間內(nèi)，與CK相比，SA處理的AOB豐度顯著降低(<0.05)；而MHPP處理在0 ～ 14 d內(nèi)顯著抑制了AOB豐度，隨著培養(yǎng)時間延長，到21 d時已無顯著抑制作用。并且0 ～ 21 d期間，SA處理的AOB豐度始終顯著低于MHPP處理。MHPP和SA對AOB的抑制率分別在6% ～ 19% 和26% ～ 46%。綜上，MHPP和SA對兩種氨氧化微生物均有抑制作用，且SA的抑制效果均強于MHPP，這也與硝化速率抑制結(jié)果一致。

圖2 不同處理下土壤中AOA-amoA(A)和AOB-amoA(B)基因拷貝數(shù)

如圖3所示，Pearson相關(guān)性進一步分析表明，黃壤NO3–-N含量與AOB豐度呈顯著正相關(guān)(2=0.641，<0.001)，而與AOA豐度無顯著相關(guān)性(2=0.031，0.375)。這表明MHPP和SA這兩種生物硝化抑制劑在黃壤中的抑制效果主要是通過對AOB起主要調(diào)控作用。

圖3 土壤中AOA-amoA(A)和AOB-amoA(B)基因豐度與NO3–-N含量的相關(guān)性

2.4 不同生物硝化抑制劑處理對土壤N2O排放的影響

由圖4A可知，CK處理下N2O排放速率于第一天達到最高峰902.84 ng/(kg·h) 后，逐漸持續(xù)下降；MHPP處理下N2O排放速率也在第一天達到最高峰192.10 ng/(kg·h)，之后開始緩慢持續(xù)下降。與CK和MHPP不同，SA處理下N2O排放速率在1 ～ 2 d處于非常低的狀態(tài)，從第2天開始逐漸上升，第4天達到峰值281.59 ng/(kg·h)后開始逐漸下降，SA延緩了N2O排放的高峰時間與峰值。從N2O排放積累量來看(圖4B)，MHPP和SA處理下N2O排放量均得到顯著抑制；其中SA對N2O排放的抑制率為21%，而MHPP達到51%，可見，MHPP對黃壤N2O的減排效果強于SA。

3 討論

3.1 生物硝化抑制劑對土壤硝化作用的影響

盡管本研究供試黃壤pH為5.63，屬于酸性土壤，但添加氮肥和兩種生物硝化抑制劑后，黃壤中NH4+-N含量下降的同時伴隨著NO3–-N含量的同步快速升高，表明酸性黃壤的硝化作用較強。這可能是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料的大量施用和耕作模式的改變大大加速了酸性土壤的硝化作用[33]。培養(yǎng)21 d內(nèi)，MHPP和SA抑制劑處理下土壤NH4+-N消耗速率和NO3–-N產(chǎn)生速率均顯著低于CK對照，可見生物硝化抑制劑MHPP和SA均能抑制酸性黃壤的硝化作用。已有研究表明MHPP在紫色土、酸性紅壤和酸性火山灰土上均有顯著的抑制效果[18,30–31,34]。對于新發(fā)現(xiàn)的生物硝化抑制劑SA，目前僅在中性水稻土上證實了其硝化抑制效應(yīng)[20]，本研究發(fā)現(xiàn)其在酸性黃壤上也能顯著抑制NH4+-N的硝化過程，這進一步拓寬了SA潛在的作用范圍。相對于化學(xué)合成硝化抑制劑，生物硝化抑制劑由于其對AOA的調(diào)控作用可能在酸性土壤上硝化抑制效應(yīng)更好[30,35]。在培養(yǎng)的前14 d內(nèi)，SA在黃壤上的抑制效果略強于MHPP，這可能是由于含有對位羧基的酚酸SA在酸性黃壤上比酚酸甲酯MHPP更穩(wěn)定。此外，MHPP處理下的土壤無機氮含量有明顯下降(圖1C)，這與MHPP在其他土壤上的效果一致[34,36]，可能是因為MHPP易作為碳源被異養(yǎng)微生物分解利用，增強了微生物對氮的固定。然而，SA在整個培養(yǎng)周期內(nèi)對黃壤無機氮含量沒有顯著影響，這與SA在水稻土上的結(jié)果類似[20]，很大程度上能排除SA對土壤硝化作用的間接影響。MHPP和SA兩者對土壤無機氮動態(tài)的不同響應(yīng)表明不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的生物硝化抑制劑可能存在不同的硝化抑制機理，可能是與兩者被微生物利用的難易程度有關(guān)。

圖4 不同處理下土壤N2O排放速率(A)和N2O排放積累量(B)的變化

氨氧化微生物是土壤硝化作用的關(guān)鍵微生物[37]。本研究發(fā)現(xiàn)MHPP和SA均能顯著抑制AOB-和AOA-的基因豐度，這與以往MHPP和SA在其他土壤類型上對AOA和AOB的雙抑制作用一致[20,34,36]。其他生物硝化抑制劑1,9-癸二醇和高粱酮也能同時作用于土壤AOA和AOB[30,38]。然而，黃壤的硝化作用主要由氨氧化細菌AOB主導(dǎo)，本研究中相關(guān)性分析表明黃壤NO3–-N含量僅與AOB-基因豐度呈顯著正相關(guān)，與AOA無顯著相關(guān)性。由于以往研究發(fā)現(xiàn)DCD等化學(xué)合成硝化抑制劑主要在AOB占主導(dǎo)的土壤上起作用[39]，這些合成硝化抑制劑在黃壤上可能也具有較好的抑制效應(yīng)，未來可以與生物硝化抑制劑的效果進行比較。此外，從抑制效果看，SA對土壤AOB-的抑制效應(yīng)強于MHPP，這能進一步解釋為什么SA對黃壤硝化速率的抑制效果強于MHPP。通過研究不同生物硝化抑制劑在不同土壤中的生態(tài)適應(yīng)機制將有助于更好地了解BNIs在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景[23]。

3.2 生物硝化抑制劑對N2O排放的影響

本研究還首次明確了生物硝化抑制劑MHPP和SA對黃壤N2O排放均有顯著抑制作用。有意思的是，MHPP在黃壤上對N2O的減排效果優(yōu)于SA，這與上述兩者在黃壤上對硝化速率及氨氧化微生物的抑制效果相反。除硝化作用以外，土壤反硝化作用也是N2O排放的重要途徑[40]。已有研究表明，合成硝化抑制劑DMPP等不僅能夠抑制硝化作用，也能夠通過促進N2O對N2的轉(zhuǎn)化而影響反硝化作用來減少N2O排放[41-42]。因此，BNIs也有可能影響反硝化作用從而抑制N2O的排放，關(guān)于MHPP和SA對黃壤N2O排放的抑制機制問題還需進一步探索。

從N2O排放的動態(tài)過程來看，MHPP與SA抑制黃壤N2O排放的機制也可能不同。MHPP處理與CK對照的趨勢一致，N2O排放的最高峰均是在第1天，MHPP主要通過降低N2O排放的峰值而起到減排作用。但SA處理不僅將黃壤N2O的峰值推后至第4天，而且基本上完全抑制了前2 d N2O的排放，后期又產(chǎn)生了較大的N2O排放量，可能原因有：①培養(yǎng)初期，高濃度的酚酸SA對土壤硝化微生物或反硝化細菌可能產(chǎn)生較大的毒性[43]，導(dǎo)致初始2 d內(nèi)SA處理下N2O排放被完全抑制了。隨著培養(yǎng)時間的增加，SA逐漸分解，毒性降低，土壤微生物的硝化作用或反硝化作用快速恢復(fù)。②酚酸類SA具有抗氧化性，其具有較好的自由基清除活性[44]，添加到土壤中會降低體系中的O2含量與氧化還原電位，從而抑制土壤硝化并可能促進反硝化過程中N2/N2O的比例[45]。SA對黃壤N2O排放的延遲效應(yīng)，可能有利于烤煙前期吸收更多未被硝化的礦質(zhì)氮，降低土壤中的氮濃度和反硝化潛力，從而減少烤煙生產(chǎn)中前期的氮損失[46]。

4 結(jié)論

生物硝化抑制劑MHPP和SA對黔西南黃壤的硝化作用和N2O排放均有顯著抑制作用，其中SA對硝化速率的抑制效果強于MHPP，而MHPP對N2O排放量的抑制效果強于SA。MHPP和SA顯著抑制了氨氧化菌AOA和AOB豐度，同時主要通過調(diào)節(jié)AOB豐度從而抑制黃壤硝化作用?？梢姡琈HPP和SA在貴州黔西南黃壤上具有氮肥減施增效的潛力，這為今后烤煙新型綠色專用肥的開發(fā)提供了理論依據(jù)。MHPP和SA在黃壤上對N2O的減排機理及其田間效果驗證有待進一步研究。

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Effects of Biological Nitrification Inhibitors on Nitrification and N2O Emissions of Yellow Soil in Southwestern Guizhou

HUA Yao1, LU Yufang1, GAO Weichang2, ZU Weijun3, SHI Weiming1, GUO Yali4*

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 Upland Flue-Cured Tobacco Quality & Ecology Key Laboratory of China Tobacco, Guizhou Academy of Tobacco Science, Guiyang 550081, China; 3 Bijie Agricultural Ecological Environment and Resource Protection Station, Bijie, Guizhou 551700, China; 4 Qianxinan Branch Company, Guizhou Tobacco Company, Xingyi, Guizhou 562400, China)

In order to investigate the effects of biological nitrification inhibitors (BNIs) on nitrification and nitrous oxide (N2O) emission on yellow soil in Southwestern Guizhou, a three-week soil incubation experiment was conducted to explore the effects of two BNIs (methyl 3-(4-hydroxyphenyl) propionate (MHPP) and syringic acid (SA)) on soil inorganic nitrogen content,gene expression of ammonia-oxidizing microorganism and N2O production. The results show that compared with the control (CK), MHPP and SA can significantly inhibit the nitrification process with the inhibition rates of 6%–43% and 5%–51%, respectively. Moreover, MHPP and SA both reduce the abundance of ammonia-oxidizing archaea (AOA) by 12%–22% and 27%–41%, and the abundance of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) by 6%–19% and 26%–46%. Meanwhile, nitrate nitrogen content in yellow soil is significantly positively correlated with AOB abundance during the whole incubation, but has no significant correlation with AOA abundance, indicating that AOB plays a dominant role in the nitrification process. In terms of N2O emission, MHPP and SA show strong inhibitory effects of 51% and 21% on total N2O cumulative production, respectively, and the reduction of MHPP is better than SA. MHPP decreases N2O peak while SA mainly delays the emergence of the peak of N2O production rate. This study indicates biological nitrification inhibitors MHPP and SA have the potential to reduce nitrogen fertilizer consumption and increase nitrogen use efficiency of the yellow soil in Southwestern Guizhou, which provides a theoretical basis for the development of new green fertilizers for flue-cured tobacco in the future.

Nitrification; Biological nitrification inhibitors; Yellow soil; Nitrification rate; Ammonia-oxidizing microorganisms; N2O

S143.1+6

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.03.007

華瑤, 陸玉芳, 高維常, 等. 生物硝化抑制劑對黔西南黃壤硝化作用及N2O排放的影響. 土壤, 2023, 55(3): 512–519.

中國煙草總公司貴州省公司重點研發(fā)項目(2021XM19)資助。

(63806188@qq.com)

華瑤 (1996—)，女，江蘇無錫人，碩士研究生，主要從事生物硝化抑制劑方面的研究。E-mail: fjsk167@163.com