土壤硝化作用的抑制剂调控及其机理
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的. 任何一种农用化学品在农业生产中的应用都应 以对环境包括土壤 、大气和水体不造成污染 ,以保证 农业生产的可持续发展为前提. 研究表明 ,多数具有 硝化抑制作用的化合物对动物和微生物可能都具有 一定的毒性 ,属于生物毒性化合物 [ 10 ]. 而作为理想 的抑制剂 ,其本身及其降解产物对环境及农产品应 该是无污染的 ,对其他土壤 (微 )生物 、动物和人类 应该是低毒甚至无毒的 [ 11 ].
人工合成的硝化抑制剂 ,从化学形态上讲 ,主要 分为无机和有机化合物两大类. 无机化合物以重金 属盐类为主 ,但由于重金属的施用易造成环境的二 次污染 ,因此 ,其作为硝化抑制剂的开发和应用价值 受到一定的限制. 有机硝化抑制剂主要分为以下四 大类 : 21211 含硫化合物 这是众所周知的一类硝化抑制 剂. 含硫的氨基酸如蛋氨酸和甲硫氨酸均可抑制土 壤硝化作用的进行 ,但二者对硝化作用的抑制是由 于其生物降解形成的挥发性含硫化合物如 CS2 在发 挥作用 [ 18 - 19 ]. 其他的含硫化合物如二甲硫 (又称甲 硫醚 ) 、二甲基二硫醚 、二硫化碳 、烷基硫醇 、乙硫 醇 、硫代乙酰胺 、硫代硫酸 、硫代氨基甲酸盐等对土 壤硝化作用也均具有一定的抑制效应 [ 10, 20 ] ,其中二 甲硫 、二甲基二硫醚的硝化抑制效果较弱 ; CS2 施入
应 用 生 态 学 报 2008年 6月 第 19卷 第 6期 Chinese Journal of App lied Ecology, Jun. 2008, 19 (6) : 1389- 1395
土壤硝化作用的抑制剂调控及其机理 3
1)专一性 ( Specificity). 这种化合物应该能够专 一性地抑制 NH4 +到 NO2 - 的氧化 ,即抑制参与该氧 化过程的亚硝化微生物的活性 ,而对 NO2 - 到 NO3 的氧化以及土壤中的其他生物化学过程不会产生负 面影响. 氰酸盐 、碘酸盐和氯酸盐是通过抑制硝化杆 菌的活性及细胞色素 c2系统来抑制 NO2 - 到 NO3 的氧化 ,尽管也可称其为硝化抑制剂 ,但从生态环境 角度考虑 ,不能列为理想的抑制剂范畴.
6期 孙志梅等 :土壤硝化作用的抑制剂调控及其机理
1391
土壤后可迅速扩散 ,对氨氧化的抑制效应较强 ,但其 化学性质不稳定 ,易挥发 、易燃 ,在土壤中存留时间 短 ;乙硫醇与欧洲亚硝化单胞菌属 (N itrosom onas eu2 ropaea)之间的作用比较复杂 ,既可抑制氨的氧化 , 也可抑制羟胺的氧化 , 但对氨氧化的抑制效应更 强 [ 19, 21 ] . 此外 ,硫脲 、烯丙基硫脲 、烯丙基硫醚等对 土壤硝化作用也均具有显著的抑制效应 ,但烯丙基 硫脲是一种基于结构的可逆的非竞争性抑制剂 ,而 烯丙基硫醚是一种专性的 、基于结构的不可逆的氨 单加氧酶 (AMO )的灭活剂 ,它们对不同类型土壤中 硝化菌的抑制程度不同 ,可能与不同土壤中有机质 含量不同以及不同系统中的硝化菌群落对该抑制剂 的敏感程度不同有关 [ 18, 20 ] . 21212 乙炔及乙炔基取代物 乙炔是 1978年在 N i2 trosom onas eu ropaea的纯培养试验中被首次发现对 自养硝化作用具有抑制效应的化合物 ,在压力低至 011 Pa时即可发挥作用 ,压力为 10 Pa时即可完全 抑制纯培养条件下 N. eu ropaea参与的硝化作用 ,对 催化硝化作用的 AMO 具有自我钝化作用 ,是一种 专性的非竞争性抑制剂 [ 12 ] . 很多乙炔基取代物如 22 乙炔基吡啶 、苯基乙炔等都是具有潜在硝化抑制作 用的化合物 ,其中 22乙炔基吡啶的抑制效果在被供 试的 21种非气态乙炔衍生物 、14 种吡啶类化合物 中是最好的. 然而被羧基取代的乙炔却没有这种功 能 ,可能与羧基本身带负电荷 ,与 AMO 活性位点的 亲和力较低有关 [ 22 ]. 乙炔的有效性受土壤条件影响 很大 ,在粘粒和有机质含量较高的土壤中 ,乙炔的施 用效果较差. 当土壤水分含量较高时 ,也会影响乙炔 在土体中的扩散 ,从而影响其硝化抑制效果 [ 23 ]. 21213 氰胺类化合物 此类化合物中最有代表性的 就是双氰胺. 双氰胺 (DCD )是 1918 年被首次报道 具有硝化抑制特性的化合物 ,七 、八十年代美国开始 把它作为一种商品在农业上推广应用. 前西德 SKW 公司利用双氰胺的硝化抑制特性注册了商品名为 D idin的硝化抑制剂产品 [ 24 ] . DCD 的硝化抑制效果 显著 ,在 T < 15 ℃条件下 ,其抑制率可达 80%以上 , 抑制作用可持续 6 个月 ; DCD 含氮量高 ( 6617% ) , 施到土壤中后 ,本身就可以起到一种缓释氮肥的作 用 [ 25 ] ;且 其 在 土 壤 中 可 完 全 降 解 为 CO2 、NH3 和 H2 O ,对环境无污染 ; DCD 挥发性小 ,适宜与固体氮 肥配合施用 [ 22 ] ,且由于其较易溶于水 ,所以除了和 肥料混合作抑制剂施用外 ,还可以与液态的有机肥 如牛粪或畜禽粪便结合施用来延缓硝化作用 ,以减 少硝态氮的淋溶损失 [ 26 ]. 因此 , DCD 受到世界各国
4)经济性 ( Economy). 硝化抑制剂是作为肥料 添加剂施用的 ,因此必须廉价易得 ,而且高效 ,这样 才能保证施用时的低用量 ,从而降低施用成本 ,并使 其对环境可能带来的二次污染的风险降到最低.
5)环保性 ( Environmentality). 健康的环境对保 证陆地生态系统的完整性以及对逆境如干旱 、气候 变化 、污染 、病虫害袭击的缓冲性等都是非常重要
孙志梅 1,2 武志杰 13 3 陈利军 1 贾立斌 3
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳 110016; 2 河北农业大学资源与环境学院 , 河北保定 071001; 3 中国国土资源经济 研究院 , 北京 101149)
摘 要 既要保证氮肥在优质高效农业生产中的促进作用 ,又要保证农业和环境的可持续发 展 ,如何提高氮肥利用率 、减轻氮肥污染成了解决问题的关键. 从氮素在土壤中的生物化学转 化过程入手 ,通过抑制剂的施用来调控氮素的转化 ,减缓硝化过程的进行 ,是解决该问题的一 种有效措施. 本文从硝化抑制剂的定义 、筛选硝化抑制剂的条件 、国内外较受关注的硝化抑制 剂品种以及硝化抑制机理等几个方面对目前的研究进展进行综述 ,并提出目前研究中存在的 问题及今后的研究方向.
2)可移动性 (Mobility). 该化合物在土壤中的移 动速度应该与肥料或营养液 ,特别是与 NH4 + 的相 对移动速度接近 ,与氮肥一起在土壤中均匀分布. 具 有较高蒸汽压的化合物或水溶性较高的化合物在土 壤中的移动速度较快 ,不仅易造成在土壤剖面中与 NH4 +的分离现象 ,影响其硝化抑制效果 ,而且还容 易造成对土体及水体的潜在污染.
Key words: soil nitrification; nitrification inhibitor; regulation m echanism.
氮肥的施用在促进现代农业生产快速发展的同 时 ,也给人类赖以生存的环境带来了巨大的风险. 因 此 ,如何加强农业生产中的氮素管理 ,既保证氮肥施 用对农业生产的促进作用 ,又保证农业和环境的可 持续发展 ,最终实现氮肥施用的经济效益 、生态效益 和社会效益的统一 ,一直是土壤肥料领域和环境领 域关注的热点. 研究表明 ,从氮素在土壤中的生物化 学转化过程入手 ,通过抑制剂的施用来调控氮素的 转化 ,减缓硝化过程的进行 ,是实现氮肥高效管理与 利用的有效手段 [ 1 - 3 ] ,特别是在减少硝酸盐淋溶损 失和氮氧化物排放方面具有显著作用 [ 2, 4 - 6 ] ,其在提 高氮肥利用率 、减轻环境污染方面已显示了广阔的
应用前景. 本文对理想硝化抑制剂的定义及条件 、现
3 国家“十一五 ”科技支撑计划项目 (2006BAD10B01)和国家粮食丰 产科技工程河北省课题资助项目 (2006BAD02A08). 3 3 通讯作者. E2mail: wuzj@ iae. ac. cn 2008209227收稿 , 2008204202接受.
关键词 土壤硝化作用 硝化抑制剂 调控机理 文章编号 1001- 9332 (2008) 06- 1389- 07 中图分类号 S143. 1; X501 文献标识码 A
Regula tion of so il n itr if ica tion w ith n itr if ica tion inh ib itors and rela ted m echan ism s. SUN Zhi2 mei1, 2 , WU Zhi2jie1 , CHEN L i2jun1 , J IA L i2bin3 (1 Institu te of A pplied Ecology, Ch inese A cadem y of S ciences, S henyang 110016, Ch ina; 2 College of R esou rce and Environm en ta l S cience, A g ricu ltu ra l U n iversity of Hebei, B aod ing 071001, Hebei, Ch ina; 3 Ch inese A cadem y of L and and R esou rce Eco2 nom ics, B eijing 101149, Ch ina) . 2Ch in. J. A ppl. Ecol. , 2008, 19 ( 6) : 1389- 1395. Abstract: To imp rove the use efficiency of fertilizer N while alleviate its pollution is one of the keys in ensuring the high yield and good quality of agricultural p roducts and the sustainable developm ent of agriculture and environm ent, for which, app lying nitrification inhibitors to retard the course of soil nitrification is an efficient measure. In this review, the definition, screening criteria, m ajor va2 rieties being w idely used, and action mechanism s of nitrification inhibitors were introduced, and the existing p roblem s and p rospects in related researches were discussed.
有硝化抑制剂品种及其抑制机理进行了综述 ,并提 出了目前研究中存在的问题及今后的研究方向 ,以 期对利用生物化学技术调控氮素转化 ,进而实现氮 肥高效管理提供理论借鉴.
1 硝化抑制剂的定义及筛选硝化抑制剂的条件
在温度 、水分 、pH 等环境条件适宜的情况下 ,土 壤中内源或外源铵的硝化作用会迅速发生 ,且由于 其中间产物和终产物的特殊性 ,最终引起一系列经 济 、环境和生态问题. 多年来 ,人们试图通过加入某 种化合物来延缓该过程的发生 ,因此提出了硝化抑 制剂的概念. 从广义上来讲 ,凡能够延缓硝化过程反 应链中任一步或几步反应的化合物都可以称之为硝 化抑制剂 [ 7 ]. 但由于对 NO2 - 氧化为 NO3 - 过程的抑 制会导致土壤中亚硝酸盐的累积 ,而 NO2 - 对许多 微生物都有高度毒性 ,且易于参加反应 ,形成毒性更
2 硝化抑制剂种类来自百度文库
国际上对硝化抑制剂的研究起步较早 ,迄今为 止 ,已发现有数百种化合物显示了或强或弱的硝化 抑制效应 [ 12 - 14 ]. 从来源上讲 ,硝化抑制剂可以分为 自然提取物和人工合成的化合物两大类. 211 自然提取物
自然提取物在被发现具有硝化抑制作用之前一 般是作为有机肥施用的. 如印度楝树 ,其有效成分可 用丙酮 、酒精等有机溶剂提取 ,每公顷施用 20 ～40 kg的楝树饼 ,并在 28 ℃下培养 ,其硝化抑制时间可 达 160 d,且可提高水稻产量 [ 7 ]. B ending等 [ 15 ]发现 , 十字花科植物在生物降解过程中会产生很多具有硝 化抑制特性的低分子量挥发性含硫化合物 ,其中异 硫氰酸盐可显著降低土壤中氨氧化菌的数量并抑制 其生长. 最新研究表明 ,很多植物在生长过程中也可 分泌或合成一些具有硝化抑制特性的化合物 ,并将 这种抑制作用称为生物硝化抑制作用 ( biological ni2 trification inhibition, BN I) [ 14, 16 ]. 尽管这种抑制作用 的强弱因植物品种的不同而有很大差异 ,但在热带 放牧草场中却是一种普遍存在的现象. 在连续 10年 种植湿生臂形草 (B rach ia ria hum id icola )的土壤上 , 由于根系分泌的具有硝化抑制作用的化合物的累积 效应 , 对 土 壤 硝 化 作 用 的 总 抑 制 率 可 达 90% 以 上 [ 14 ] ,且牧草对具有硝化抑制作用的化合物的分泌 受土壤 NH4 + 2N 的诱导 ,与供应 NO3 - 2N 的处理相 比 ,供应 NH4 + 2N 的植株 BN I2化合物的分泌量可提 高近 3倍 [ 17 ] . 212 人工合成的化合物
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应 用 生 态 学 报 19卷
强的化合物 ; 与 NO3 - 一样 ,其移动性较强 ,容易造 成环境污染. 因此 ,理想的硝化抑制剂应该是只能专 一性抑制亚硝化单胞菌属 (N itrosom onas)的活性 ,从 而抑制硝化作用第一步反应的化合物 [ 8 ]. 对土壤硝 化作用的抑制是筛选硝化抑制剂的首要条件. 此外 , 理想的硝化抑制剂还应该符合以下要求 :
3)持续稳定性 ( Persistence). 抑制剂的抑制效 应与其在土壤中的存留稳定性高度相关 [ 9 ]. 一旦抑 制剂降解 ,其有效性就会明显减弱 ,甚至消失 ,土壤 硝化速率就会迅速恢复. 因此 ,作为抑制剂的化合物 应该能在足够的时间内保持一定的活性和稳定性. 容易降解的化合物或化合物本身及其降解产物挥发 性较强时均不宜用作硝化抑制剂.
人工合成的硝化抑制剂 ,从化学形态上讲 ,主要 分为无机和有机化合物两大类. 无机化合物以重金 属盐类为主 ,但由于重金属的施用易造成环境的二 次污染 ,因此 ,其作为硝化抑制剂的开发和应用价值 受到一定的限制. 有机硝化抑制剂主要分为以下四 大类 : 21211 含硫化合物 这是众所周知的一类硝化抑制 剂. 含硫的氨基酸如蛋氨酸和甲硫氨酸均可抑制土 壤硝化作用的进行 ,但二者对硝化作用的抑制是由 于其生物降解形成的挥发性含硫化合物如 CS2 在发 挥作用 [ 18 - 19 ]. 其他的含硫化合物如二甲硫 (又称甲 硫醚 ) 、二甲基二硫醚 、二硫化碳 、烷基硫醇 、乙硫 醇 、硫代乙酰胺 、硫代硫酸 、硫代氨基甲酸盐等对土 壤硝化作用也均具有一定的抑制效应 [ 10, 20 ] ,其中二 甲硫 、二甲基二硫醚的硝化抑制效果较弱 ; CS2 施入
应 用 生 态 学 报 2008年 6月 第 19卷 第 6期 Chinese Journal of App lied Ecology, Jun. 2008, 19 (6) : 1389- 1395
土壤硝化作用的抑制剂调控及其机理 3
1)专一性 ( Specificity). 这种化合物应该能够专 一性地抑制 NH4 +到 NO2 - 的氧化 ,即抑制参与该氧 化过程的亚硝化微生物的活性 ,而对 NO2 - 到 NO3 的氧化以及土壤中的其他生物化学过程不会产生负 面影响. 氰酸盐 、碘酸盐和氯酸盐是通过抑制硝化杆 菌的活性及细胞色素 c2系统来抑制 NO2 - 到 NO3 的氧化 ,尽管也可称其为硝化抑制剂 ,但从生态环境 角度考虑 ,不能列为理想的抑制剂范畴.
6期 孙志梅等 :土壤硝化作用的抑制剂调控及其机理
1391
土壤后可迅速扩散 ,对氨氧化的抑制效应较强 ,但其 化学性质不稳定 ,易挥发 、易燃 ,在土壤中存留时间 短 ;乙硫醇与欧洲亚硝化单胞菌属 (N itrosom onas eu2 ropaea)之间的作用比较复杂 ,既可抑制氨的氧化 , 也可抑制羟胺的氧化 , 但对氨氧化的抑制效应更 强 [ 19, 21 ] . 此外 ,硫脲 、烯丙基硫脲 、烯丙基硫醚等对 土壤硝化作用也均具有显著的抑制效应 ,但烯丙基 硫脲是一种基于结构的可逆的非竞争性抑制剂 ,而 烯丙基硫醚是一种专性的 、基于结构的不可逆的氨 单加氧酶 (AMO )的灭活剂 ,它们对不同类型土壤中 硝化菌的抑制程度不同 ,可能与不同土壤中有机质 含量不同以及不同系统中的硝化菌群落对该抑制剂 的敏感程度不同有关 [ 18, 20 ] . 21212 乙炔及乙炔基取代物 乙炔是 1978年在 N i2 trosom onas eu ropaea的纯培养试验中被首次发现对 自养硝化作用具有抑制效应的化合物 ,在压力低至 011 Pa时即可发挥作用 ,压力为 10 Pa时即可完全 抑制纯培养条件下 N. eu ropaea参与的硝化作用 ,对 催化硝化作用的 AMO 具有自我钝化作用 ,是一种 专性的非竞争性抑制剂 [ 12 ] . 很多乙炔基取代物如 22 乙炔基吡啶 、苯基乙炔等都是具有潜在硝化抑制作 用的化合物 ,其中 22乙炔基吡啶的抑制效果在被供 试的 21种非气态乙炔衍生物 、14 种吡啶类化合物 中是最好的. 然而被羧基取代的乙炔却没有这种功 能 ,可能与羧基本身带负电荷 ,与 AMO 活性位点的 亲和力较低有关 [ 22 ]. 乙炔的有效性受土壤条件影响 很大 ,在粘粒和有机质含量较高的土壤中 ,乙炔的施 用效果较差. 当土壤水分含量较高时 ,也会影响乙炔 在土体中的扩散 ,从而影响其硝化抑制效果 [ 23 ]. 21213 氰胺类化合物 此类化合物中最有代表性的 就是双氰胺. 双氰胺 (DCD )是 1918 年被首次报道 具有硝化抑制特性的化合物 ,七 、八十年代美国开始 把它作为一种商品在农业上推广应用. 前西德 SKW 公司利用双氰胺的硝化抑制特性注册了商品名为 D idin的硝化抑制剂产品 [ 24 ] . DCD 的硝化抑制效果 显著 ,在 T < 15 ℃条件下 ,其抑制率可达 80%以上 , 抑制作用可持续 6 个月 ; DCD 含氮量高 ( 6617% ) , 施到土壤中后 ,本身就可以起到一种缓释氮肥的作 用 [ 25 ] ;且 其 在 土 壤 中 可 完 全 降 解 为 CO2 、NH3 和 H2 O ,对环境无污染 ; DCD 挥发性小 ,适宜与固体氮 肥配合施用 [ 22 ] ,且由于其较易溶于水 ,所以除了和 肥料混合作抑制剂施用外 ,还可以与液态的有机肥 如牛粪或畜禽粪便结合施用来延缓硝化作用 ,以减 少硝态氮的淋溶损失 [ 26 ]. 因此 , DCD 受到世界各国
4)经济性 ( Economy). 硝化抑制剂是作为肥料 添加剂施用的 ,因此必须廉价易得 ,而且高效 ,这样 才能保证施用时的低用量 ,从而降低施用成本 ,并使 其对环境可能带来的二次污染的风险降到最低.
5)环保性 ( Environmentality). 健康的环境对保 证陆地生态系统的完整性以及对逆境如干旱 、气候 变化 、污染 、病虫害袭击的缓冲性等都是非常重要
孙志梅 1,2 武志杰 13 3 陈利军 1 贾立斌 3
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳 110016; 2 河北农业大学资源与环境学院 , 河北保定 071001; 3 中国国土资源经济 研究院 , 北京 101149)
摘 要 既要保证氮肥在优质高效农业生产中的促进作用 ,又要保证农业和环境的可持续发 展 ,如何提高氮肥利用率 、减轻氮肥污染成了解决问题的关键. 从氮素在土壤中的生物化学转 化过程入手 ,通过抑制剂的施用来调控氮素的转化 ,减缓硝化过程的进行 ,是解决该问题的一 种有效措施. 本文从硝化抑制剂的定义 、筛选硝化抑制剂的条件 、国内外较受关注的硝化抑制 剂品种以及硝化抑制机理等几个方面对目前的研究进展进行综述 ,并提出目前研究中存在的 问题及今后的研究方向.
2)可移动性 (Mobility). 该化合物在土壤中的移 动速度应该与肥料或营养液 ,特别是与 NH4 + 的相 对移动速度接近 ,与氮肥一起在土壤中均匀分布. 具 有较高蒸汽压的化合物或水溶性较高的化合物在土 壤中的移动速度较快 ,不仅易造成在土壤剖面中与 NH4 +的分离现象 ,影响其硝化抑制效果 ,而且还容 易造成对土体及水体的潜在污染.
Key words: soil nitrification; nitrification inhibitor; regulation m echanism.
氮肥的施用在促进现代农业生产快速发展的同 时 ,也给人类赖以生存的环境带来了巨大的风险. 因 此 ,如何加强农业生产中的氮素管理 ,既保证氮肥施 用对农业生产的促进作用 ,又保证农业和环境的可 持续发展 ,最终实现氮肥施用的经济效益 、生态效益 和社会效益的统一 ,一直是土壤肥料领域和环境领 域关注的热点. 研究表明 ,从氮素在土壤中的生物化 学转化过程入手 ,通过抑制剂的施用来调控氮素的 转化 ,减缓硝化过程的进行 ,是实现氮肥高效管理与 利用的有效手段 [ 1 - 3 ] ,特别是在减少硝酸盐淋溶损 失和氮氧化物排放方面具有显著作用 [ 2, 4 - 6 ] ,其在提 高氮肥利用率 、减轻环境污染方面已显示了广阔的
应用前景. 本文对理想硝化抑制剂的定义及条件 、现
3 国家“十一五 ”科技支撑计划项目 (2006BAD10B01)和国家粮食丰 产科技工程河北省课题资助项目 (2006BAD02A08). 3 3 通讯作者. E2mail: wuzj@ iae. ac. cn 2008209227收稿 , 2008204202接受.
关键词 土壤硝化作用 硝化抑制剂 调控机理 文章编号 1001- 9332 (2008) 06- 1389- 07 中图分类号 S143. 1; X501 文献标识码 A
Regula tion of so il n itr if ica tion w ith n itr if ica tion inh ib itors and rela ted m echan ism s. SUN Zhi2 mei1, 2 , WU Zhi2jie1 , CHEN L i2jun1 , J IA L i2bin3 (1 Institu te of A pplied Ecology, Ch inese A cadem y of S ciences, S henyang 110016, Ch ina; 2 College of R esou rce and Environm en ta l S cience, A g ricu ltu ra l U n iversity of Hebei, B aod ing 071001, Hebei, Ch ina; 3 Ch inese A cadem y of L and and R esou rce Eco2 nom ics, B eijing 101149, Ch ina) . 2Ch in. J. A ppl. Ecol. , 2008, 19 ( 6) : 1389- 1395. Abstract: To imp rove the use efficiency of fertilizer N while alleviate its pollution is one of the keys in ensuring the high yield and good quality of agricultural p roducts and the sustainable developm ent of agriculture and environm ent, for which, app lying nitrification inhibitors to retard the course of soil nitrification is an efficient measure. In this review, the definition, screening criteria, m ajor va2 rieties being w idely used, and action mechanism s of nitrification inhibitors were introduced, and the existing p roblem s and p rospects in related researches were discussed.
有硝化抑制剂品种及其抑制机理进行了综述 ,并提 出了目前研究中存在的问题及今后的研究方向 ,以 期对利用生物化学技术调控氮素转化 ,进而实现氮 肥高效管理提供理论借鉴.
1 硝化抑制剂的定义及筛选硝化抑制剂的条件
在温度 、水分 、pH 等环境条件适宜的情况下 ,土 壤中内源或外源铵的硝化作用会迅速发生 ,且由于 其中间产物和终产物的特殊性 ,最终引起一系列经 济 、环境和生态问题. 多年来 ,人们试图通过加入某 种化合物来延缓该过程的发生 ,因此提出了硝化抑 制剂的概念. 从广义上来讲 ,凡能够延缓硝化过程反 应链中任一步或几步反应的化合物都可以称之为硝 化抑制剂 [ 7 ]. 但由于对 NO2 - 氧化为 NO3 - 过程的抑 制会导致土壤中亚硝酸盐的累积 ,而 NO2 - 对许多 微生物都有高度毒性 ,且易于参加反应 ,形成毒性更
2 硝化抑制剂种类来自百度文库
国际上对硝化抑制剂的研究起步较早 ,迄今为 止 ,已发现有数百种化合物显示了或强或弱的硝化 抑制效应 [ 12 - 14 ]. 从来源上讲 ,硝化抑制剂可以分为 自然提取物和人工合成的化合物两大类. 211 自然提取物
自然提取物在被发现具有硝化抑制作用之前一 般是作为有机肥施用的. 如印度楝树 ,其有效成分可 用丙酮 、酒精等有机溶剂提取 ,每公顷施用 20 ～40 kg的楝树饼 ,并在 28 ℃下培养 ,其硝化抑制时间可 达 160 d,且可提高水稻产量 [ 7 ]. B ending等 [ 15 ]发现 , 十字花科植物在生物降解过程中会产生很多具有硝 化抑制特性的低分子量挥发性含硫化合物 ,其中异 硫氰酸盐可显著降低土壤中氨氧化菌的数量并抑制 其生长. 最新研究表明 ,很多植物在生长过程中也可 分泌或合成一些具有硝化抑制特性的化合物 ,并将 这种抑制作用称为生物硝化抑制作用 ( biological ni2 trification inhibition, BN I) [ 14, 16 ]. 尽管这种抑制作用 的强弱因植物品种的不同而有很大差异 ,但在热带 放牧草场中却是一种普遍存在的现象. 在连续 10年 种植湿生臂形草 (B rach ia ria hum id icola )的土壤上 , 由于根系分泌的具有硝化抑制作用的化合物的累积 效应 , 对 土 壤 硝 化 作 用 的 总 抑 制 率 可 达 90% 以 上 [ 14 ] ,且牧草对具有硝化抑制作用的化合物的分泌 受土壤 NH4 + 2N 的诱导 ,与供应 NO3 - 2N 的处理相 比 ,供应 NH4 + 2N 的植株 BN I2化合物的分泌量可提 高近 3倍 [ 17 ] . 212 人工合成的化合物
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应 用 生 态 学 报 19卷
强的化合物 ; 与 NO3 - 一样 ,其移动性较强 ,容易造 成环境污染. 因此 ,理想的硝化抑制剂应该是只能专 一性抑制亚硝化单胞菌属 (N itrosom onas)的活性 ,从 而抑制硝化作用第一步反应的化合物 [ 8 ]. 对土壤硝 化作用的抑制是筛选硝化抑制剂的首要条件. 此外 , 理想的硝化抑制剂还应该符合以下要求 :
3)持续稳定性 ( Persistence). 抑制剂的抑制效 应与其在土壤中的存留稳定性高度相关 [ 9 ]. 一旦抑 制剂降解 ,其有效性就会明显减弱 ,甚至消失 ,土壤 硝化速率就会迅速恢复. 因此 ,作为抑制剂的化合物 应该能在足够的时间内保持一定的活性和稳定性. 容易降解的化合物或化合物本身及其降解产物挥发 性较强时均不宜用作硝化抑制剂.