解析氮肥抑制剂在肥料中的应用

解析氮肥抑制剂在肥料中的应用

张正杰

四川络布新材料科技有限公司 四川省成都市610000

摘要：近几年随着全球粮食危机不断爆发，粮食生产越来越受到重视。氮肥具有改善农作物品质和提高农作物产量的作用，是影响粮食产量的重要因素之一。为了提高农作物产量和氮肥利用率，采用硝化抑制剂和脲酶抑制剂是调控土壤氮素转化及阻控农田土壤氮素损失有效措施。氮肥施用后除去被农作物吸收利用的部分，其余以氨挥发、硝化与反硝化、淋溶和径流等形式流失，因此提高氮肥利用率、减少环境污染是研究重点。在肥料中加入抑制剂减少氮的流失是提高氮肥利用率、减少环境污染的重要方法。

关键词：硝化抑制剂；脲酶抑制剂；产量品质；氮肥利用率

引言

为解决我国粮食需求，高产增效成为我国近些年农业生产的目标，化学肥料因为方便、高效而迅速成为主导肥源。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。据联合国粮农组织（FAO）统计，全球粮食产量50%的增加量应归功于氮肥的施用。目前，我国氮肥当季利用率只有30%~40%，而在部分发达国家，氮肥当季利用率可以达到70%。氮肥施用后部分被农作物吸收，其余部分以氨挥发、硝化与反硝化、淋溶和径流等形式流失，不仅浪费氮肥资源，而且会造成环境污染。因此，提高氮肥利用率、减少环境污染是研究的重点。在氮肥中加入抑制剂来减少氮素损失，是提高氮利用率、减少环境污染的重要方法。

1硝化抑制剂

硝化抑制剂能有效降低堆肥中氮素损失。硝化抑制剂不仅可以有效减少尿素中氮的损失，而且可以显著控制有机肥，甚至是畜禽粪便中氮素损失。有学者在牛粪尿混合物中发现，添加双氰胺能有效降低混合物中硝态氮的淋失量，而且双氰胺添加量越大，其效果越明显。随后更多的研究者把硝化抑制剂直接应用于高温堆肥过程中，并取得了很好的效果。

硝化抑制剂主要是通过抑制亚硝化细菌的活性，阻止NH4+-N的第一步氧化，从而减少NO3--N的累积，使氮肥长时间以NH4+-N的形式保持在土壤中，供农作物吸收，进而减少NO3--N的淋溶和反硝化造成的气态氮损失，适合与各种铵态氮肥或尿素配合使用。目前，大多数研究集中于控制温室气体排放和提高农作物产量2个方面。硝化抑制剂能够使N2O排放降低8%~57%，而且由于其能有效降低氮素损失，延长肥效，可以使玉米、小麦、水稻产量分别增加15%~20%、15%~20%和8.6%[1]。然而，硝化抑制剂对NH3排放的影响尚未取得共识。

2脲酶抑制剂

脲酶抑制剂可以抑制脲酶活性，减缓尿素水解速率，减少土壤中NH4+-N含量，从而降低NH3排放，降低幅度为22%~89%。此外，脲酶抑制剂由于减少了土壤硝化作用的底物含量，N2O排放降低了10%~35%。硝化抑制剂的存在增加了NH3排放的潜在风险，因此目前较多研究关注硝化抑制剂和脲酶抑制剂联合施用对NH3和N2O排放的影响，并取得了较好的效果。

脲酶抑制剂主要分为无机化合物和有机化合物两大类：无机化合物是一些相对分子质量大于50的重金属化合物，比如Cu、Ag、Pb、Hg、Co等元素的不同价态盐；有机化合物包括对氨基苯磺酰胺、羟基草氨酸盐、二硫代氨基甲酸盐、有机汞化合物、酚类、醌及取代醌类、磷酰胺类化合物及其转化物等。无机化合物中，金属抑制剂的Ag盐和Hg盐抑制效果最好；而磷酰胺类化合物中，抑制效果最好的是NBPT和PPD[2]。如果仅仅从抑制效果方面来看，有机化合物中的二元酚和醌类的效果良好，例如对苯二酚（HQ）、邻苯二酚和P-苯醌，虽然HQ对脲酶活性的抑制率和抑制时间与HQ施加量成正比，但HQ的抑制作用受土壤脲酶活性的影响较大。

20世纪以来脲酶抑制剂在全球范围内发展迅速，在稳定性肥料生产应用方面，美国柯氏农业服务公司的核心脲酶抑制剂NBPT，经过田间广泛使用证实其可以显著地降低脲酶的催化分解速率从而减少因氨挥发造成的氮养分损失，同时其本身出色的抑制作用能够有效地增加农作物产量因而被广泛使用。

3氮肥抑制剂在肥料中的添加应用

在农业生产应用中有一定规模的稳定性肥料主要有稳定性尿素、稳定性复合肥、稳定性掺混肥和稳定性水溶肥。但是在肥料生产过程中因为生产工艺及氮素形态不同，需要依据实际情况和需求有选择性地加入脲酶抑制剂及硝化抑制剂。

3.1脲酶抑制剂NBPT在肥料中的添加应用

脲酶抑制剂NBPT需要与尿素混合施用于土壤中，为了保证NBPT与尿素能够混合均匀且充分与土壤接触，NBPT一般采用以下两种方式加入尿素中：（1）熔融内置法，在尿素生产过程中将NBPT加入尿素料浆中，生产出含有NBPT的尿素颗粒；（2）外包涂法，在已经成型的尿素颗粒表面包裹一层NBPT水溶液。熔融内置法的优点是能够将NBPT均匀地加入尿素颗粒内部，其缺点是NBPT的熔点为58~60℃，尿素熔化的温度在130℃左右，而且在高温和高pH条件下NBPT的稳定性较差，容易分解，从而造成NBPT不必要的损失。外包涂法的优点是在合适的温度下将NBPT溶液喷涂到尿素颗粒表面，在此过程中NBPT的稳定性和保留率高；其缺点也很明显，NBPT只能分布在尿素颗粒表面，而且想要将NBPT溶解成液体还需要加入特殊的溶剂，从而增加了生产成本，不同溶剂对NBPT的稳定性也存在影响。相关文献公开了使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为NBPT的溶解剂，NBPT在NMP中溶解度高，并且溶液具有较好的热稳定性，便于NBPT以常规的形式存储、泵送和运输

[3]。此外，还公开了一种用于肥料改进的脲酶抑制剂的液体制剂，这种制剂主要由对环境无危害的非质子和质子溶剂组成，其在安全性和稳定性上比现有的溶剂优良。

3.2硝化抑制剂DMPP在肥料中的添加应用

DMPP是一种新型、高效的硝化抑制剂，毒理学、生态毒理学测验和应用实验表明，DMPP与其他常用的硝化抑制剂相比，具备以下特殊优点：

（1）用量小，每公顷使用DMPP0.5~1.5kg就可以取得优良的硝化抑制效果。（2）DMPP不仅能够保障自身不被淋失，而且还能够有效降低NO3--N淋失，DMPP的添加不会对环境及农作物的生长造成危害。当DMPP用量为规范用量的2.6倍时，生菜叶片边沿没有灼伤现象出现，二双氰胺（DCD）用量为标准用量的1.1倍时，就能引起大面积的叶片灼伤。（3）抑制作用持续时间长。（4）DMPP与肥料结合在一起，价格便宜，迁移性小。模拟试验表明，10d土培试验中大约80%的DMPP处在0~5cm土层内；14C标记DMPP同位素渗透试验表明，施用肥料约5d后，42.4%的14C处在0~30cm土层中[4]。

就目前来说，国内外广泛研究和应用的DMPP都存在一定的缺陷，DMPP的硝化抑制率除了受到自身特性的影响外还与降解速率、土壤温度、湿度、pH、抑制剂用量和氮肥种类等有关，特别是在我国南方地区，由于土壤中水含量高，大多数的硝化抑制剂易被淋洗、潮解，严重降低了抑制硝化作用的能力。

DMPP的使用效果受到两方面的影响：其一为土壤环境；其二为肥料中碱性物质。因为DMPP是由3，4-二甲基吡唑和磷酸反应形成的，容易与肥料中的碱性物质例如尿素、磷酸二铵等发生反应生成易挥发的3，4-二甲基吡唑，这就极大地限制了DMPP的应用范围和其在肥料货架期的稳定性。正是由于DMPP的这种不稳定性导致其无法在肥料生产过程中进行内添加。

4结束语

综上所述，我国稳定性肥料产业仍在不断创新与发展，脲酶抑制剂和硝化抑制剂在土壤中的应用已经得到了较为系统的研究。未来，稳定性肥料将进一步推进抑制剂的研发创新，实现不同种类氮肥、复合肥专用抑制剂的开发。今后，新型脲酶抑制剂与硝化抑制剂的筛选与合成将向着环境友好、稳定高效的方向发展。

参考文献

[1] 曾祥明 肖焱波 段慧明.硝化抑制剂DMPP在肥料上的应用[J].长江蔬菜，2015(7):64-65

[2] 陶甄 李中阳 李松旌等.硝化抑制剂、脲酶抑制剂与生物炭复配对土壤温室气体排放的影响[J].农业环境科学学报，2022，41(06):1368

[3] 余锋.脲酶/硝化抑制剂对水稻产量和温室气体排放的影响[D].扬州大学，2022(05)

[4] 范会 姜姗姗 魏荧.农田土壤施用系列新型氮肥后气态氮（NH3和N2O）减排效果比较：以夏玉米季为例[J].环境科学，2016，37(08):2906