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DMPP的理化性质、作用机理及应用效果

2016/9/21 10:47:05  作者:腾准&思域


 

硝化抑制剂(nitrification inhibitor)是具有抑制亚硝化细菌(Nitrosmonas)等活动功能的一类物质。它在土壤中能抑制亚硝化、硝化、反硝化细菌的活性,从而阻碍NH4-NNO3-N转化,控制土壤中的氮尽量以NH4-N的形式存在,减少氮肥以NO3-N形式淋失及脱氮后以气体状态释放到大气中。因此硝化抑制剂在提高氮肥利用率,增加作物产量和改善作物品质的同时,能降低施肥对地下水及大气的污染。在环境污染日益严重和大量施用化肥的今天,硝化抑制剂研制与应用日益受到人类的高度重视。

 

1962Goring首次提出氮吡啶作为硝化抑制剂后,新的硝化抑制剂不断问世,至今人类已经发现以吡唑、嘧啶、吡啶、噻唑、硫脲和酰胺类化合物等为主的硝化抑制剂几百种,但目前只有两种硝化抑制剂能在农业生产中规模化推广应用,它们即是双氰胺(DCD)和2--6-(三氯甲基)吡啶(nitrapyrin)。可是,双氰胺和2--6-(三氯甲基)吡啶也存在着明显的缺陷,双氰胺只有在施用量达15-30kg/hm2时才有效,这导致其费用较高;2--6-(三氯甲基)吡啶本身是含氯的有机物,在土壤中长期施用时,会对环境产生不良影响。因此,各国科研人员都在致力于寻求新的、理想的硝化抑制剂。后来德国BASF公司研制出了名为DMPP的硝化抑制剂,该硝化抑制剂于1999年得到德国政府的批准后,在德国及欧洲进行大量的田间应用试验,这些实验结果表明:DMPP是一种高效、安全、无毒和较为廉价的硝化抑制剂。因此,DMPP得以在德国及欧洲得到商业化生产,并在农业生产中规模化应用。目前,德国COMPO集团公司及其下属工厂每年生产并销售大量的掺和了DMPP的氮肥和复合肥。

 

  DMPP作为一种较为理想的新型硝化抑制剂,自在2001年汉诺威举办的14届世界植物营养会议上提交有关DMPP10篇论文后,引起了各国有关科研人员的极大关注,现将其有关文献作如下综述。

 

1 DMPP的特性与作用机理

 

1.1DMPP及其理化性质

 

  DMPP的化学名称3,4-Dimethylpyrazol phosphate,中文名3,4二甲基吡唑磷酸盐,商品名为ENTECR。它是一种灰白色粉状物质,分子量194.2,熔点165℃,密度1.51g/cm-3(20),水中溶解度为132g/L-1(Ph3.0,25)pH2.5-3.0,蒸汽压小于10-4Pa(20)DMPP属于吡唑类物质,广泛存在于自然界之中。

 

1.2 DMPP的作用机理

 

DMPP是通过硝化作用的第一步发挥其功效的。即在一定的时间内可降低土壤中铵氧化细菌(以Nitrosomonas为代表)的活性,进而阻碍NH4-NNO3-N的转化,避免氮肥被淋失或挥发。它对硝化反应过程的第二步没有作用,但只要硝化反应的第一步被抑制,整个硝化反应就会受到抑制。

 

1.3 DMPP的应用优点

 

  理想的硝化抑制剂,应该具备以下条件:专门抑制铵态氮向硝态氮的转化;对植物、人、动物和其它微生物无毒害作用;在土壤中的移动性与铵态氮相当,能与氮肥一起在土壤中均匀分布;抑制作用较稳定,有效期能持续数周至数月的时间;价格较低,以利于制作商品肥料。

  德国科研人员对DMPP的大量实验室试验与田间试验证明:DMPP正是目前具备以上条件的硝化抑制剂之一,它的特点及优点可概括为:①不会对植物产生毒害作用;②在土壤中能完全分解;③在所收获的农产品中没有残留;④对其它土壤微生物无毒害作用;⑤在土壤中无淋失现象;⑥对人体的皮肤或眼睛等无刺激性;⑦用量低,0.5-1.5kg/hm2的用量即可达到最佳效果;⑧在土壤中有效期可达4-10周。因此,DMPP完全符合化学品管理办法与肥料法规定,得到德国及欧盟,乃至国际社会的承认。

 

2 DMPP的应用效果

 

在农业应用中,DMPP可以以固体颗粒与肥料混合使用,也能以液体形式与液体肥料混施,而不影响其作用效果。COMPO公司据此生产并出售多个含有DMPP品种的特殊肥料,如ENTEC perfekt,ENTEC avant,Nitrophoska perfekt ENTEC26等。添加有DMPP的肥料在欧盟国得到广泛应用,其主要施用对象有:麦类、蔬菜类及甜菜、玉米、马铃薯、葡萄、苹果、水稻、柑橘等。DMPP的主要效果有以下几个方面:

 

2.1抑制硝化作用,减少氮肥淋失或挥发,提高肥料利用率。

 

  含有DMPP的肥料施入土壤后,能明显抑制铵态氮向硝态氮的转化,使土壤较长时间地保持更多的铵态氮,从而改变土壤中的铵态氮与硝态氮比,以便作物对氮肥的吸收和利用。Zerlla等人在冬小麦、玉米、水稻的试验表明:含DMPP氮肥比对照(不添加DMPP的氮肥)减少硝态氮淋失量13.1%,提高氮肥利用率7.2%-16.7%,增加土壤中铵态氮的含量(见表一)。Pasda等人认为,这部分增加的铵态氮会产生以下优点:第一,植物吸收铵态氮比硝态氮所消耗的能量更少,特别是在高量施用氮肥时;其二,铵态氮可以直接参与蛋白质的合成;第三,铵态氮能促进多胺、赤霉素和细胞分裂素的合成,其中赤霉素和细胞分裂素能延缓衰老和降低叶绿素的分解。Weiske等人从室内培养试验的研究得出:加DMPP到氮肥中,可使N2O释放量比不加的对照降低40%-47%Scheffer的试验可看出,通过施用带有DMPP的氮肥能减少氮被向下淋洗量,降低化肥对地下水的污染,在施用同量同种氮肥的情况下,掺施DMPP的试验区渗漏水中NO3-含量只有63mg L-1,而无DMPP的试验区则高达106mg/L-1

 

 

2.2 促进作物对营养元素的吸收

 

Pasda推论,因DMPP能使氮肥施入土壤后,在一定时期内大量以铵态氮的形式存在,这会降低作物根际的pH值,低pH值能改善其它营养元素的有效性,以利于作物吸收,特别是微量元素。

 

2.3提高农作物的品质

 

有些作物,特别是叶类蔬菜容易积累NO3-,人类食用后对身体健康不利,应用DMPP硝化抑制剂能降低NO3-在作物体内和收获物中的积累,因而可以改善农产品的品质。据Pasda等人报道,施用DMPP可明显降低蔬菜NO3-的含量,并使叶菜变成深绿色。COMPO的试验结果显示,在胡萝卜、花菜莴苣、菠菜等蔬菜上,与不施DMPP相比,施DMPPNO3-9%-52%,而且施DMPP的蔬菜还具有生长整齐,收获期提早和叶色深绿等的特点。COMPO公司的有关实验还证明,施DMPP能提高玉米、水稻等籽粒中的蛋白质含量。

 

2.4提高作物产量

 

  大量研究证明,DMPP能使作物增产。Pasda的试验中,在尿素中加施DMPP(用量是氮肥施用量的1%)比单施尿素的增产效果是:冬小麦0.24t/hm2,水稻0.43t/hm2,玉米0.24t/hm2,马铃薯1.9t/hm2,甜菜0.24t/hm2,胡萝卜1.9t/hm2,莴苣1.7t/hm2,洋葱1.0t/hm2,花菜2.3t/hm2,青蒜3.1t/hm2,芹菜1.9t/hm2,其中除胡萝卜、洋葱、莴苣和芹菜外,其余增产效果达到显著水平。(表二)。BanulsCarrasco也报道,在尿素和硫硝酸铵肥中加入DMPP比不加的显著提高玉米与小麦等作物的产量。来自COMPO公司的试验结果显示,施用含DMPP的肥料可比施普通肥料使葡萄增产4.3%、苹果增产9.9%、甜菜、冬小麦、水稻、玉米、马铃薯、生菜、洋葱、芹菜、青蒜、胡萝卜、红萝卜、花椰菜分别提高产量2.7%2.9%4.0%4.7%1.1%3.1%5.0%5.7%6.4%11.5%12.5% 。因此,从现有的材料来看,DMPP对作物均有不同程度的增产作用,没有出现降低产量的效应。

 

 

2.5 提高施肥的经济效益

 

  DMPP的肥料不但能通过增产来提高经济效益,还能因减少施肥的作业次数和减少肥料用量增加经济效益。据COMPO公司报道,在许多作物上,DMPP能在不影响产量的情况下,约可节约氮肥施用量20kg/hm2.另外,因DMPP的效果能维持4-10周,施氮肥1次既可以满足许多作物整个生长期的需求,减少施肥投资和降低施肥机械对土壤的压实机会。

2DMPP对部分作物的增产效应

 

3 影响DMPP作用的因子

 

  影响DMPP发挥硝化抑制剂作用的因素有:DMPP本身用量、氮肥种类、气候条件、土壤类型、土壤酸碱度、土壤结构、作物种类、栽培措施等。据目前的试验结果来看,温度及土壤类型对其抑制作用的发挥影响比较大,初步表现出温度越高或土壤质地越轻,其抑制硝化作用的效果越差。

 

4 小结

 

  DMPP作为一种新型硝化抑制剂,其在降低氮肥损失,减少环境污染,提高氮肥利用率,增加作物产量和改善农产品质量等方面产生效果。但任何硝化抑制剂要发挥其作用都与温度、土壤水分、土壤ph值、土壤通气性、硝化微生物的数量、土壤类型及氮肥种类密切相关。

 

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