3,4-二甲基吡唑磷酸盐和琥珀酸在减少施肥次数同时维持安山土菜田产量的基础上降低氧化亚氮排放的研究

本研究针对高氮肥施用导致的N2O排放问题，系统评估了DCD、DMPP和DMPSA三种硝化抑制剂在安山土(Andosol)菜田的应用效果。通过三年六季田间试验发现，DMPP和DMPSA能在高温多雨条件下有效抑制硝化作用，减少N2O排放达81%和70%，同时实现施肥次数减半和氮肥用量降低30%，为可持续农业提供了重要实践方案。

　　

在全球粮食需求持续增长的背景下，氮肥的过度使用已成为环境领域的重大挑战。农业贡献了51%的人为N₂O排放，这种温室气体的增温潜能是CO₂的298倍。日本作为全球重要的蔬菜生产国，其白菜种植标准氮肥用量高达250 kg N ha^-1，但约半数氮素通过淋溶和气体排放流失。更棘手的是，日本47%的旱地属于独特的安山土(Andosol)，这种火山灰土壤具有低容重、高排水性等特点，传统硝化抑制剂如双氰胺(DCD)在高降雨的季风气候下效果有限。

针对这一难题，日本农业环境技术研究所的研究团队开展了为期三年的系统研究。他们创新性地对比了DCD与两种新型抑制剂——3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和3,4-二甲基吡唑琥珀酸(DMPSA)在白菜种植中的表现，研究成果发表在《Agriculture, Ecosystems》上。研究采用自动化气体采样系统监测温室气体通量，结合土壤无机氮动态分析和产量评估，揭示了DMPP和DMPSA在复杂田间条件下的卓越性能。

关键技术方法
研究团队建立了包含8种处理的田间试验：常规尿素(U-100)、DCD处理(10%添加量)、不同浓度的DMPP(0.5%-1%)和DMPSA(0.5%-1%)处理，以及70%减氮处理(DMPP-L70)。采用15个自动气体采样舱(8100 cm²)每两天采集N₂O和CH₄样品，通过配备⁶³Ni电子捕获检测器的气相色谱分析。土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量采用氯化钾浸提-连续流动分析仪测定。

研究结果

白菜产量和氮肥利用率
线性混合模型显示，所有施氮处理的白菜鲜重(42,015-46,425 kg ha^-1)显著高于零氮对照(21,924 kg ha^-1)，但不同硝化抑制剂处理间无显著差异。值得注意的是，DMPP-L70(175 kg N ha^-1)与常规施氮量(250 kg N ha^-1)产量相当，证明其可减少30%氮肥用量。氮肥利用率在春秋两季差异显著(春季63%-83% vs 秋季14%-31%)，但抑制剂处理间无统计学差异。

土壤无机氮动态
DMPP和DMPSA在所有生长季均能延长NH₄⁺-N留存时间：在春季低温(12.7-18.5°C)条件下维持7周，在秋季高温(22.6-24.2°C)下维持4-5周。而DCD仅在温度<20°C且降雨<68 mm时有效，在高温或暴雨(126.5 mm)后迅速失效。特别在2020年春季暴雨后，仅DMPSA-H100和DMPP仍保持硝化抑制效果。

氧化亚氮排放
DMPP-H100使N₂O排放显著降低81%(P<0.05)，年累积排放减少67%。DMPSA-H100效果次之，减排62%。而DCD仅在低温季节有效，年均减排32%但不显著。台风等极端降雨事件会削弱抑制剂效果，如2020年10月107.5 mm降雨导致所有处理NO₃^--N骤增。值得注意的是，白菜收获后残体分解引发的N₂O峰值(可能源于反硝化作用)不受前期抑制剂处理影响。

甲烷吸收
所有处理均表现为CH₄吸收汇(-2.54至-1.25 kg C ha^-1)，硝化抑制剂处理与常规尿素无显著差异，表明其对甲烷氧化菌(MMO)活性无显著影响。

结论与意义
该研究首次系统证实了DMPP和DMPSA在安山土菜田的适用性，解决了传统DCD在季风气候下的局限性。通过实现"一基施"替代传统"基施+追施"模式，不仅减少50%施肥劳动力成本，还能维持产量前提下降低30%氮肥用量。特别重要的是，DMPP在0.5%低添加量时仍保持效果，而DMPSA展现出与更多肥料配方的兼容性。这些发现为东亚多雨地区的温室气体减排提供了关键技术选项，对实现"双碳"目标下的农业转型具有重要实践价值。未来研究可拓展至其他蔬菜品种和非火山灰土壤，并探索抑制剂与有机肥配施的协同效应。