尿素微米硫与脲酶及硝化抑制剂联用对氮素转化、损失及作物响应的协同效应研究

本研究针对氮肥利用率低和硫缺乏的农业难题，创新性地评估了含微米硫尿素(UREA-ES)与脲酶抑制剂(UI)和硝化抑制剂(NI)联用的协同效应。通过实验室和温室实验，发现UREA-ES40(40-0-0-13)和UREA-ES11(11-0-0-75)能显著延迟氨挥发(NH3)，UI+NI组合使硝化过程延缓70天，在75 kg N ha-1施用量下使高粱增产145%。该研究为同步提高氮硫利用效率提供了新策略，对减少农业面源污染具有重要实践意义。

　　

现代农业正面临两大紧迫挑战：氮肥利用率不足40%造成的资源浪费与环境污染，以及大气硫沉降减少导致的作物硫营养缺乏。传统尿素(UREA)在土壤中快速水解为NH₄⁺-N后，既易通过NH₃挥发损失（碱性土壤可达46%），又易经硝化转化为易淋失的NO₃^--N。与此同时，清洁能源政策使全球农田硫输入量预计将减少70-90%，但传统元素硫(ES)肥料因氧化缓慢难以满足作物需求。国际肥料发展中心(International Fertilizer Development Center)的研究团队创新性地将微米级硫(平均粒径30μm)与尿素共造粒，开发出UREA-ES系列肥料，并通过与N-(n-丁基)硫代磷酰三胺(NBPT)和双氰胺(DCD)等抑制剂的组合应用，系统评估了这种"氮硫协同"策略的环境与农学效应。

研究人员采用三重技术路线：通过12周室内培养监测Brownfield碱性砂壤土(pH 7.5)和Greenville酸性粘壤土(pH 5.9)中尿素水解、NH₄⁺-N和NO₃^--N的转化动态；设计28天密闭培养实验量化NH₃挥发损失；建立82天淋溶柱模拟380 mm降雨条件下的NO₃^--N淋失；最后通过高粱盆栽试验验证不同处理(75/150 kg N ha^-1)的农学效应。所有实验均设置UREA、UREA-ES40、UREA-ES11三种基础肥料，及其分别添加UI(0.13% NBPT)和UI+NI(0.13% NBPT+0.85% DCD)的组合，共10个处理。

氮素转化动力学
在碱性土壤中，UREA-ES40+UI+NI处理使尿素水解延迟至第7天，NH₄⁺-N峰值浓度(83%施氮量)出现时间比普通尿素延后3天。酸性土壤中，UREA-ES11+UI+NI使NH₄⁺-N在84天后仍保持16.1%的存留量，显著高于UREA的10%。这种持续性源于硫氧化产生的酸性微环境与DCD对亚硝酸菌的双重抑制。

氨挥发特征
UREA-ES11+UI使NH₃累积挥发量降至30.5%（UREA为46.4%），呈现明显的"硫-抑制剂协同效应"。UI+NI组合在UREA-ES处理中表现优于普通尿素，如UREA-ES40+UI+NI的NH₃损失比UREA+UI+NI低8.3个百分点，证实硫的存在可缓解NI导致的NH₄⁺积累风险。

淋溶规律
虽然82天总NO₃^--N淋失量无显著差异，但UI+NI处理使UREA-ES11在16-37天间的NO₃^--N淋失减少37%，氮素供应曲线与高粱需氮高峰更匹配。

作物响应
75 kg N ha^-1条件下，UREA-ES11+UI处理的高粱籽粒产量较UREA翻倍，总氮吸收量增加145%，同时硫吸收量提升86.8%。即使在150 kg N ha^-1高施用量下，UREA-ES仍保持12-35%的氮吸收优势。

该研究揭示了微米硫与抑制剂的协同机制：硫的逐步氧化创造酸性微环境，既延缓了NBPT降解（酸性条件下半衰期延长），又增强了DCD的硝化抑制效果；而抑制剂则通过调控氮转化时序，为硫氧化争取了关键窗口期。这种"时空耦合"效应使UREA-ES在75 kg N ha^-1低施用量下即可达到常规尿素高用量的效果，为2025年全球氮肥减量22 Tg的减排目标提供了可行路径。发表在《Nutrient Cycling in Agroecosystems》的这项成果，不仅为硫缺乏地区的精准施肥提供了新选择，其"元素硫作为天然缓释载体"的设计思路，更为新型环保肥料开发提供了理论范式。未来研究需在田间验证该技术对N₂O减排的贡献，并优化硫粒径分布以适应不同耕作制度需求。