氮源与稳定剂对加拿大西部春小麦肥料配方的协同调控机制研究

《Canadian Journal of Soil Science》：The influence of nitrogen source and stabilization in fertilizer formulations on Western Canadian spring wheat

本研究针对加拿大草原地区氮肥利用率低、损失严重的问题，系统评估了不同氮源配方（尿素、ASN、CAN）及氮稳定剂（DMPSA、NBPT）对春小麦生产力的影响。通过两年田间试验发现，条施尿素在暗灰色淋溶土中表现稳定，而硝化抑制剂DMPSA与CAN配方在特定土壤中展现出协同增效潜力。研究为优化4R养分管理策略提供了实证依据，对实现加拿大2030年化肥温室气体减排目标具有重要参考价值。

　　

在加拿大广袤的麦田里，春小麦作为最重要的谷类作物，其产量和品质直接关系到国家农业经济命脉。然而一个令人担忧的现象是，尽管1990年至2022年间氮肥使用量增长了130%，但作物对氮肥的利用率却始终徘徊在50%-60%的低水平，这意味着有近半数的肥料通过氨挥发、硝酸盐淋溶和反硝化作用等途径白白流失。这些损失的氮素不仅造成经济损失，更转化为氧化亚氮等温室气体，加剧气候变化。面对加拿大政府提出的"到2030年将化肥温室气体排放减少30%"的宏伟目标，如何通过改进施肥技术提高氮肥利用率已成为当务之急。

在此背景下，阿尔伯塔大学可再生资源系的Kris G. Guenette、Guillermo Hernandez-Ramirez和Sheri Strydhorst等研究人员在《Canadian Journal of Soil Science》上发表了一项重要研究，系统探讨了氮源选择和稳定剂添加对加拿大西部春小麦生长的综合影响。该研究创新性地将传统尿素与新型氮肥配方（硫酸铵硝酸铵ASN和硝酸铵钙CAN）进行对比，并首次在加拿大草原条件下评估了硝化抑制剂DMPSA（3,4-二甲基吡唑琥珀酸）与脲酶抑制剂NBPT（正丁基硫代磷酸三酰胺）单独及复合使用的效果。

研究人员在阿尔伯塔省的两个典型土壤类型区——暗灰色淋溶土（Barrhead）和暗褐色黑钙土（Lethbridge）开展了为期两年的田间试验。研究采用随机区组设计，设置了12个处理组合，包括不同氮源配方及其与稳定剂的组合。通过综合运用土壤理化性质分析、植物营养诊断、产量构成测定和氮素利用效率评估等方法，系统追踪了肥料在土壤-植物系统中的转化与利用过程。

研究方法主要包括：田间试验设计采用随机区组设计，在两种典型土壤类型区设置12个处理组合；土壤与植物监测使用Decagon 5TM土壤温湿度探头和EM50数据记录器监测土壤环境，通过手持式GreenSeeker测量归一化植被指数(NDVI)；土壤氮素动态分析采用分层取样和化学提取法测定铵态氮(NH₄⁺)和硝态氮(NO₃^-)含量；作物生产力评估通过测定籽粒产量、蛋白质含量、千粒重等指标，计算农学效率(AE)；统计分析方法使用R和SigmaPlot软件进行方差分析和多重比较。

土壤参数研究结果显示，施肥处理对土壤pH值影响较小，但电导率(EC)在添加DMPSA的处理中显著降低。在暗褐色黑钙土中，CAN+DMPSA处理使0-15cm土层电导率降低19%，尿素+DMPSA处理则降低38%。土壤氮素吸收量在尿素+NBPT处理中显著低于其他处理，表明脲酶抑制剂可能延缓了氮素释放过程。

营养浓度分析表明，施肥处理显著提高了植株氮素吸收，且植物氮吸收量与籽粒产量呈显著正相关（ρ=0.859）。不同小麦品种对氮素的响应存在差异，其中加拿大西部琥珀杜伦麦(CWAD)在90 kg N ha^-1施氮量下表现出更高的养分吸收能力。值得注意的是，含有附加营养元素的肥料（如ASN中的硫和CAN中的钙）并未显著提高相应元素的植株浓度。

籽粒产量方面，在暗灰色淋溶土中，尿素处理表现出最稳定的产量响应，而ASN和CAN的产量表现波动较大。添加DMPSA对CAN产量有正向影响（提高2.1%），但对尿素的增效作用不一致（仅63%的比较显示增产）。尿素+NBPT处理的产量显著低于未稳定化尿素，双抑制剂（NBPT+DMPSA）处理也未表现出显著优势。

作物生产力综合评价显示，施肥处理对作物生物量有显著促进作用，但不同处理间农学效率差异不显著。在暗褐色黑钙土中，CAN配方在40 kg N ha^-1施氮量下表现出较高的农学效率，暗示硝态氮基肥料在特定条件下可能具有利用优势。

研究结论与讨论部分指出，条施尿素在加拿大草原条件下仍是最可靠的氮肥选择。条施施肥技术本身已能有效减少氮素损失，这使得不同氮源配方间的差异变得不显著。硝化抑制剂DMPSA与CAN配方展现出一定的协同潜力，特别是在提高农学效率方面，但这种效应受土壤类型和环境条件强烈调控。

该研究的重要发现在于揭示了氮稳定剂的效果高度依赖于土壤环境条件。在有机质含量较高的暗灰色淋溶土中，丰富的氮矿化作用可能掩盖了稳定剂的增效潜力；而在灌溉条件下的暗褐色黑钙土中，硝态氮的淋溶风险可能使硝化抑制剂发挥更大作用。这一发现对区域化施肥管理具有重要指导意义。

研究还指出，经济因素是实现技术推广的关键制约。替代氮源配方（ASN和CAN）的氮含量仅为尿素的60%，这意味着要达到相同施氮量需要更多肥料，从而增加运输成本和碳排放。此外，硝态氮基肥料长期使用可能加剧土壤酸化，这一潜在风险也需要在技术推广中予以考虑。

这项研究为加拿大草原地区的氮肥管理提供了重要科学依据，强调了因地制宜选择施肥策略的重要性。研究结果支持在当前农业实践中继续以条施尿素为主要氮肥选择，同时为特定条件下使用稳定剂改良的氮肥配方提供了参考框架。随着气候变化对农业生产的影响日益加剧，这种基于实证的养分管理策略将为实现农业可持续发展目标发挥关键作用。