1、硫代磷酸三酰胺PPD/PPA苯基磷酰二胺TPT硫代磷酰三胺PT磷酰三胺ATS硫代硫酸铵P-benzoquinoneP-苯醌CHTPT环已基硫代磷酸三酰胺环已基磷酰三酰胺HACTP六酰氨基环三磷*N-halo-2-oxaxolidinoneN-卤-2-唑艾杜烯NN-dihdo-2-imidazolidineNN-二卤-2-咪唑艾杜烯 硫代吡唑类 硫代吡啶类等脲酶抑制剂主要有无机物和有机物两大类（Bremner and Douglas, 1971）。无机物主要是分子量大于50的重金属化合物如Cu、Ag、Co、Ni等元素的不同价态离子；有机化合物包括对氨基苯磺酰胺、酚类、醌与取代醌类、酰胺类化合物与
2、其转化物等（Bremner and Douglas, 1971; Bundy and Bremner,1973; Martens and Bremner, 1984; MaCarty et al., 1990）。外脲酶抑制剂的研究进展20世纪30年代，Rotini报道了土壤脲酶的存在，40年代Cornad指出将某些物质施入土壤可以抑制脲酶活性，延长氮肥的有效期。到60年代对与脲酶抑制剂的研究开始，到1971年Bromner等人从130多种化合物中筛选出效果较好的脲酶抑制剂为苯醌和氢醌类化合物。Bundy等（1973）的实验明确苯醌的效果最好。进入80年代，国际上已开发了近70种有实用意义的脲酶
3、抑制剂，主要包括醌类、多羟酚类、磷酰胺类、重金属类以与五氯硝基苯等。1996年春，美国IMC-Agrotain公司以Agrotain商标在市场上销售。Agrotain是固体尿素和硝铵尿素液体肥料的添加剂，其活性成份是NBPT（浓度25%以上），溶剂是含10%N-甲基吡咯烷酮与无毒害的惰性缓冲溶液（Pedrazzini and Fillery ）。在土壤中该产品降解成N、P、S等各种营养成分,其推荐使用量是. hm2。该产品主要应用于播种前，尿素或其它含尿素肥料表施,也可用于追施、侧施、喷施和其它播种后施用。但是，该产品不能雨前施用,一旦降雨超过20mm，抑制剂的作用将大大降低。NBPT在那些作
4、物产量潜力高、土壤氮的水平低、土壤和环境条件都对氨的挥发损失有利的土壤上与氮肥配合施用将达到最好的效果（HendricksonLL,1987;Keerthisinghe,1995）。脲酶抑制剂NBPT能够有效的降低表施尿素或含尿素肥料的挥发损失，但是在作物增产上表现并不稳定（LeeJaeHong,1999,Grant,1999）目前Agrotain的使用主要集中在美国 ,其中施用作物主要为玉米。HQ（氢醌）的研究和应用主要集中在我国，80年代初，中国科学院应用生态研究所首先进展了系统研究。以周礼恺、志明为代表的土壤酶学工作者对氢醌对尿素的水解、氨的释出和挥发、硝化、反硝化、生物固持作用以与HQ
5、和硝化抑制剂DCD在尿素氮行为的协同作用、作物产量、环境效益评价等方面做了大量系统的实验室培养和田间实验（Zhao 1993，Chen,1998，利军等，1995.徐星凯，2000）。90年代初，开发出长效碳酸氢铵、长效尿素和一系列含尿素长效复料，并申请了专利。目前含有HQ、DCD和其它抑制剂的长效氮肥增效剂“肥隆、长效复添加剂NAM等、各种专用肥、冲施肥已经投入生产并大面积推广应用。进入90年代，研究方向由纯化合物或无机盐转向了天然物质，如腐植酸类。目前，世界肥料市场上已经申请专利并应用于农业生产的脲酶抑制剂有几十种，但只有NBPT和HQ已经得到了实际应用。1.4脲酶抑制剂对尿素水解的影响脲
6、酶抑制剂通过抑制脲酶的活性，抑制了尿素的水解，减少氨的挥发损失。实验明确，尿素在使用后自然挥发速率与土壤的脲酶活性、尿素施用量、温度、土壤水分和土壤pH有关。研究明确，在非酸性土壤中，通气性良好的条件下，脲酶抑制剂对尿素水解的抑制作用依次是N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）苯基磷酰二胺（PPD）氢醌（HQ）（VanCleemput and Wang,1991）。在施用1%脲酶抑制剂的HQ、PPD和NBPT分别使尿素水解推迟1天、2天和5天以上（Wang et al.,1991），而在非酸性土壤中差异并不明显。PPD在酸性土壤（pH5.6）上比在碱性土壤（pH7.4）上效果好，而NBPT在碱性土壤
7、上比PPD更有效（Beyrouty at al.,1998）。NBPT受土壤pH的影响较小，明确NBPT不仅适用于酸性还适用于碱性土壤（王小彬等，1998）。Byrnes和Amberger的试验明确，NBPT能有效的抑制土壤中尿素的水解。NBPT在旱田作用效果显著优于水田，这是因为旱田条件下NBPT转化为它的氧化产物（NBPTO）。田间试验发现，当PPD用量较高（占尿素的0.027%0.05%）时，脲酶的水解明显受到抑制；当用量较低（占尿素的00.013%）时，脲酶的水解几乎不受影响。1.5脲酶抑制剂对氨挥发的影响氨挥发是因为尿素的迅速水解，土壤中NH4+-N的浓度过高，植物来不与吸收或者土壤
8、没来得与固定，尤其是当pH较高时氨挥发损失非常严重。Oconnor的研究明确，NBPT和PPD对于抑制氨的挥发损失效果很显著，但它们对氨的挥发很大程度与土壤类型有关；当NBPT用量很低（占尿素用量的0.01%）就显示了效果，当NBPT用量超过0.1%时就不再有附加效益，在氨易于挥发的条件下，NBPT的效果等同于或好于PPD。在通气条件下NBPT可使氨的挥发损失从20%减少到3%。Buresh-RJ等人在菲律宾的水田试验明确，PPD只有在高N水平下才会延缓氨的挥发，而NBPT在各个水平和时期效果均显著。Bronson-KF等在玉米上的实验显示在施用12天后NBPT（0.5%w/w）降低氨挥发95
9、%97%，PPD为19%30%。多个试验都显示，NBPT对于玉米尿素表施情况下减少氨挥发造成的氮肥损失很有意义。PPD对减少稻田作物尿素撒施时氨挥发损失效果显著。Antisar-LV（1996）等的试验明确尿素表施情况下，抑制剂NBPT和PPD的用量越高抑制氨挥发的效果越好。Bremner和Chai证明，NBPT和环丙烷甲醛（CPCA）对NH3挥发的抑制效果较好，HQ处理的NH3挥发根本与对照相当，抑制效果最好的NBPT分别比CPCA、PPD和HQ减少NH3挥发6%、3%、45%（Bundy and Bremner，1974）。据研究，在正常水分条件下，HQ推迟了氨挥发的顶峰时间，并在培养前期
10、减少了氨挥发数量，这种现象的产生是由于尿素水解有所延缓和吸附氨量有所增多造成的。1.6脲酶抑制剂对硝化和反硝化作用的影响尿素水解的另一个结果是由于土壤pH和NH4+-N浓度的上升引起的NO2-N的累积。NO2-N的累积可能是因施用尿素导致pH升高，使硝化细菌受到抑制而引起的（Bremene et al，1989；荣华等，1996）。土壤中将NO2-N氧化为NO3-N的硝化细菌在NH4+-N浓度较高的碱性条件下比亚硝化细菌更为敏感（Bremene et al，1986）。嫌气条件下因缺氧而难以检测出NO2-N。在通气良好的条件下，NBPT和PPD能降低土壤中NO2-N的累积，增加NO3-N的积累
11、增加。在嫌气条件下，NO2-N的含量相当低（Wang,1991）。Bremener（1990）报道，NBPT不仅对尿素水解和减少氨挥发有影响，而且显著影响NO2-N的累积。NBPT用量为尿素的0.47%时，土壤中NO2-N的累积从11%降低到1%。Samater A H等（1994,1996）在9种比利时土壤上关于NO2-N积累做了试验，结果明确，当pH7时土壤显示较高的NH4+-N和NO3-N累积。王小彬等的试验显示，抑制剂与尿素表施时，因降低了氨的挥发，土壤中NO3-N含量有所增加，而尿素种旁施用时，脲酶抑制剂的有无对土壤NO3-N的含量影响不大。中国南方酸性水稻土，尿素作为基肥时氮的损失
12、在气温较低的月份以反硝化为主，在温度较高的月份，氨的挥发与反硝化作用同等重要。在石灰性土壤上，尿素的损失主要是氨挥发与反硝化损失。Phongan和Freney等在淹水田的研究明确，NBPT、PPD、NBPT+PPD处理，第9天当不加抑制剂的尿素完全水解时，各处理分别以尿素形态保存约42%、38%和46%。由此认为，如果脲酶抑制剂有效，氮将以尿素形态保存，氮的反硝化会相应的减少。对氢醌的研究明确，氢醌在4mg. kg-1时，能降低土壤中反硝化细菌的数目，从而减少气态损失，并且随氢醌施用量增加而增强。但也有研究明确，NBPT和PPD用量为0.47%时，对硝化或反硝化作用无抑制效果。证明尽管参加PP
13、D使尿素的氨挥发损失明显减少，但却促进反硝化作用增强（Bremner et al.,1986），特别是15N的示踪试验结果明确，不加抑制剂处理的表观反硝化引起的N损失远小于氨的挥发损失，证明大局部被保存的氮并未被反硝化而是被保存在土壤中。1.7脲酶抑制剂对氮肥利用率的影响施用脲酶抑制剂的主要目的就是提高氮肥的利用率。Rao等报道PPD不仅对尿素的水解，氨挥发和水稻产量有一定的影响，而且提高氮的利用率6.8%。Buresh等（1988）在水稻田上的试验也明确NBPT和PPD都能提高氮肥的利用率，Joo等在草坪和牧草也得出了一样的结论。（Li et al,1993）的研究报道，黑麦草的尿素氮吸收总
14、量因参加NBPT而提高，但却随使用氢醌而降低。氢醌处理的尿素氮损失再生长后期的增加估计与氢醌对硝化作用的抑制有关，还可能由于氢醌在土壤中的快速分解。然而，据周礼恺报道，氢醌用量为0.01%和0.02%时，可提高春小麦对尿素的利用率。国的苇等的试验发现，施用添加PPD、NBPT和HQ三种脲酶抑制剂的肥料的利用率均在30%以上，比不加脲酶抑制剂的尿素氮利用率的24.8%提高了5.2%左右。1.8脲酶抑制剂对作物发芽与出苗的影响当尿素施用过量或者不当，会引起作物“烧苗，实验明确添加脲酶抑制剂可以降低尿素施用过量或者部位不当造成的出苗率低和苗期生长毒害的影响，有利于作物苗期生长。研究明确，在不加脲酶抑
15、制剂NBPT的情况下，小麦的出苗率随种旁施用尿素氮量的增加而明显下降。然而使用种旁施用尿素对幼苗的危害随参加0.15%或0.25%（w/w）NBPT用量而减小（wang et al 1995;frency 1992）。Bremner等人研究了10种脲酶抑制剂对种子出苗的影响，NBPT和PPD有效的减轻尿素溶液对种子出苗的负效应，当NBPT的用量为尿素施用量的0.01%，尿素对种子萌发、幼苗生长和植株早期生长的负效应都相应较少。以小麦、燕麦和黑麦为材料的试验明确，参加0.01%的NBPT可消除或明显减小尿素肥料对种子出苗和苗期生长的负效用。Grant等研究明确，尿素种旁配施NBPT较不加抑制剂的
16、处理，出苗率提高了13%左右。NBPT与尿素表施时，对出苗影响不大，NBPT的用量0.15%和0.25%之间差异不显著。1.9脲酶抑制剂对作物产量的影响由于土壤环境的多变，脲酶抑制剂对田间试验中未表现稳定的增产效果。Grant等综合了NBPT通过降低尿素或含尿素肥料的挥发损失而增加产量的各种情形，得出结论：在那些作物产量潜力大，土壤氮的水平低，土壤和环境条件都对氨挥发有利的地区，施用NBPT将有最大收益。1993-1994年全美国脲酶抑制剂NBPT（Agrotain）在玉米上使用结果显示，NBPT平均增加玉米籽粒产量10蒲式耳/英亩。国。Phongpan等（1995）在为期三年的试验中研究了N
17、BPT对玉米产量的影响，通过使用NBPT，玉米籽粒产量可增加20%左右。但是也有试验未得出添加脲酶抑制剂的肥料增加作物产量。王小彬等（1994）对小麦田施用脲酶抑制剂NBPT的效果研究明确，0.15%与0.25%尿素量的NBPT仅增加了作物对氮的吸收，但是产量与无抑制剂处理没有显著差异。Li Liantie等报道，NBPT和PPD对黑麦草干物质重的影响并不显著。Schlegel和Tomar等人研究也显示玉米大田试验中参加NBPT和PPD产量并不是一直增加。徐星凯等报道HQ用量为0.01%和0.02%时，仅提高了春小麦对尿素氮的利用率。硝化抑制剂2.1硝化抑制剂与其原理硝化抑制剂是能够抑制土壤中
18、亚硝化细菌微生物活性的一类物质的总称。它进入土壤后能够抑制土壤中亚硝化、硝化、和反硝化作用，从而阻止NH4+-N向NO3-N的转化过程（AMBERGER,1989）。氮肥更长时间以NH4+-N形式保存在土壤中，供作物吸收利用，这不仅提高了肥效，还减少了NO3-N淋溶和反硝化造成的其他损失，同时许多研究明确，植物以NH4+-N形式吸收氮，还有一个好处，即导致根际周围pH下降，结果使土壤中固定的磷活化，增加了磷的吸收（爱文等，2004）。2.2硝化抑制剂的种类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。无机化合物主要以重金属盐类为主（武志杰和利军，2003），但由于重金属的施用容易造成
19、环境的二次污染，因此，其作为开发和应用受到了一定的限制。有机化合物主要分为含硫化合物、乙炔与乙炔基的取代物、氰胺类化合物和杂环氮化合物。表2硝化抑制剂种类与化学名称Table 2 Category and chemical name of nitrification inhibitorsNitrapyrinN-西吡DCD双氰胺CMP1-甲氨甲酰-3-甲基吡唑MP3-甲基吡唑C2H2乙炔Terrazole氯唑灵AM2-胺-4-氯-6-甲基嘧啶ST2-磺胺噻唑ATC4-胺-1，2，4-三氮作盐酸盐Sulfathiazole磺胺噻唑Thiourea硫脲Guanylthiourea脒基硫脲1-amid
20、ino-2-thiourea1-脒基-2-硫脲DMPP3，4-二甲基吡唑磷酸盐Ammonium thiosulfateEthylene Urea亚乙基脲Potassium azide叠氮钾Sodium azide叠氮钠Coated calcium carbide包被碳化钙2，5-dichloroaniline2，5-氯苯胺3-chloroacetaniline3-乙酰苯胺Toluene甲苯Carbon disulphide二硫化碳Phenylacetylene苯乙炔2-propyn-1-ol2-丙炔-1-醇DSCN-2，5二氯苯基琥珀酰胺MBT2-巯基苯并噻唑AOL氨氧化木质素2-amino-
21、4-chloro-6-methyl-pyrimidine2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶Propyne丙炔Methylfluoride氟代甲烷2.3国外硝化抑制剂的研究进展目前存在的硝化抑制剂分为天然存在的和人工合成的两种，天然存在的硝化抑制剂主要来自根系分泌物和有机质的分解产物，人造硝化抑制剂主要开始于美国、日本和德国。1918年首次报道了双氰胺（DCD）硝化抑制特性。1962年日本硫曹把硝化抑制剂硫脲作为化肥申请专利，1965年日本农林水产省认定它为硝化抑制剂。其他已经注册的抑制剂产品有AM、MBT、ASU、DCS和ST等。美国也在60年代由道化公司开发了西吡2-氯-6（三氯甲基）-吡啶，1
22、975年美国环保局正式批准在农业生产中应用。到了80年代，德国的SKW公司和BASF公司分别以Didin和Alzon商标将掺混DCD的肥料推广到市场。我国的硝化抑制剂始于60年代左右，科学家首先对美国的西吡进展了研究，后来全国一些化工、农业科研院所对其他十几种硝化抑制剂进展了筛选，到1981年我国正式通过鉴定的硝化抑制剂有西吡、脒基硫脲和双氰胺三个品种。90年代中国科学院应用生态研究所成功的研制了长效碳酸氢铵，对于提高碳铵的利用率，减少环境影响起到了一定的作用，田间试验表现出较好的效果。近几年，德国的BASF成功的研制了新型吡唑类硝化抑制剂DMPP（3,4-二甲基吡唑磷酸盐）经几年的田间试验表
23、现出较好的效果，但是较高的价格限制了其的大面积推广，国的武志杰等研究了DMPP与其改性物质DMP、DMPZP等抑制剂的室效果和田间效果。2.4硝化抑制剂对硝化作用的影响硝化抑制剂对硝化作用有着明显的抑制效果，使土壤中的NH4+-N可时间保持在较高水平就必然会相应地促进NH4+-N的作物吸收和微生物固持，其抑制效果除取决于土壤条件外，更取决于土壤中矿质N的形态与状况（朱兆良和文启孝，1992）。Chalk等研究明确，硝化抑制剂能显著抑制硝化活性较高的土壤中源于尿素水解后硝酸盐的形成，减少氨的氧化。徐星凯等（2000）研究证明，在小麦拔节期，大约所施尿素15N40%在无抑制剂的土壤中被氧化，而在土
24、壤中存在DCD或DCD+HQ时却不足10%，DCD可显著抑制NH4+-N的硝化作用长达2个月，促进肥料氮的微生物固持，从而有利于减少氮素损失，提高氮肥肥力。商照聪等（1999）通过采用室培养试验方法，研究双氰胺对碳酸氢铵中的NH4+-N在土壤中动态变化的影响，结果明确：无论是碳铵与双氰胺的机械混施，还是含双氰胺的长效碳铵，在抑制NH4+-N硝化产生NO3-N的同时对氨挥发也有一定的抑制作用，使土壤在更长的时间保持更高的NH4+-N含量，并对碳铵施入后土壤的酸碱化强度起到了缓冲作用添加双氰胺不但提高了碳铵的氮肥利用率还减少了肥料氮素损失。振华等（2005）通过室原状土柱模拟试验证明添加DCD的肥
25、料NH4+-N的氧化有很好的抑制，显著降低了NO3-N的含量。Zerlla等（2001）研究证明了在大田试验中每公顷施用0.51.5kgDMPP就可以有很好的硝化抑制效果，能够抑制硝化作用达410周。并且他比拟了DMPP与DCD的抑制效果，证明只有DCD量的1/10的DMPP，其硝化抑制效果就可以超过DCD，而且其硝化抑制作用持续时间更长。志梅等（2007）所作的DMP（3，5-二甲基吡唑）试验明确DMP对尿素的水解仅有短暂的抑制作用，但它可以在较长时间显著抑制土壤NH4+-N的氧化，且随着DMP的用量的增加，抑制效果逐渐增强。2.5硝化抑制剂对气体挥发的影响在硝化作用的进展的同时也伴随着反硝
26、化作用的发生。在酸性土壤上，尿素作基肥时，N损失主要以反硝经化作用为主；在石灰性土壤上，尿素氮肥的损失主要通过氨挥发和反硝化作用（BREMNER and KERKHOFF，1986）。澳大利亚的研究指出，在灌溉土壤上尿素氮的损失主要不是由NH3的挥发、NO3-N淋失或径流引起，而是由反硝化作用引起（SMITH et al，1989）。Wolt（2004）的试验证明，硝化抑制剂的施用对减少硝化作用过程中N2O的排放作用是直接的，而对反硝化过程的影响如此是间接。因此典型的硝化抑制剂对减少由反硝化过程中产生的NO和N2O的排放效果远远不如对硝化作用那么明显（Anderson et al,1993）。
27、硝化抑制剂能够抑制硝化速率，减缓NH4+-N向NO3-N的转化，从而减少氮素的反硝化损失和N2O的产生（利军等，1995；周礼恺等，1999）Kumar等（2000）研究明确，在土壤水分含量为田间持水量的80%时，DCD发施用可以减少来自于尿素肥料中N2O排放约一半。Xu等（2000）的研究明确，在排水良好的小麦-土壤系统中，N2O的排放主要来自硝化作用，DCD的施用可使小麦拔节期以前的N2O排放减少59.8%，使总的N2O的排放量降低22.3%，使小麦整个生长期以气态氮形式损失的总尿素氮量减少11.3%。Weiske等（2001）的连续3年田间试验结果明确，DCD、DMPP和ClMP（4-氯
28、-3-甲基吡唑）的施用三年平均使农田土壤中N2O的排放量分别降低25%，49%和26%，同时三年三种抑制剂减少CO2的排放量分别为7%，28%，6%。另外，据Lindau（1993）的研究明确，ECC和DCD的施用可使水稻CH4的排放量分别减少35%和14%。2.6硝化抑制剂与NO3-N淋溶在多雨地区或灌溉条件下，氮肥产生的NH4+-N在快速氧化成NO3-N后极易通过淋失损失，而使用的硫硝酸铵为氮源时，仅有20%被淋失到45cm的土层中，对照中如此有68%被淋失掉（Serna et al.,1994）。YADAV（1997）通过对Nitrapyrin连续6年的试验明确，硝酸盐的累积淋失量减少了
29、20%；通过添加DCD，减少休闲地土壤中NO3-N的淋失达25%50% （Francis et al,1995），田作物土壤中3年的平均淋失量减少21kg.hm2,减少尿素的氮素损失达48%（BALL et al,1999），减少奶牛场中的氮素损失达18%（Williamson et al, 1998）。Serna等（2000）通过柑橘试验证明，肥料施用后5天DMPP的施用否对N在土壤剖面中氮分布影响不大，占施用量氮80%以上的氮分布在0-15cm土层中，肥料施用20天之后，对照处理氮量的48%、26.7%和13.3%分别分布在0-15cm、15-30cm和30-45cm的土层中，而施用DMP
30、P的土壤中，三个土层中的氮量分别占施用氮总量的64%、19%和2.3%。在施肥后60天，对照处理淋溶到60cm土层以下的氮量已经占到施氮量的52.4%，而添加DMPP处理的土层仅有15.6%，DMPP的施用可以使得整个试验期间NO3-N的淋溶损失总量降低48.47%。国的俞巧钢等（2006）采用小粉土和青紫泥原状土柱种植青菜，结果明确：尿素添加DMPP对土壤氮素淋失的影响，在60天，与常规尿素相比，小粉土和青紫泥DMPP处理NO3-N的累积淋失量分别降低66.8%和69.4%。志梅等（2007）通过研究发现，40-100cm7%和44.70%2.7硝化抑制剂对作物产量和品质的影响由于硝化抑制剂能够
