脲酶抑制剂的作用机理与效应

脲酶抑制剂的作用机理与效应 吉林农业科学—文章编号———脲酶抑制剂的作用机理与效应郑福丽李彬李晓云石元亮中科院沈阳应用生态研究所沈阳北京科技大学冶金与生态 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术学院北京吉林省职业师范学院经济技术学院长春摘要综述了脲酶抑制剂作用机理及脲酶抑制剂对农作物生长和产量的影响总结了脲酶抑制剂对抑制尿素水解、减少氨气挥发损失和氮素总损失的作用以及对环境保护的效应等。关键词脲酶抑制剂氮肥农业环境中图分类号文献标识码尿素肥料具有许多优良特性近二三十年来已日益成为世界尤其是亚洲肥料市场最重要的固体氮肥约占世界氮素肥料生产及消费量的。美国氮肥消费中约为尿素而亚洲为固体尿素和含有尿素的液体化肥加拿大的尿素形态氮占总肥料氮消费的。在年全世界万 农用纯氮中万 是酰胺态氮并以尿素的形式用在农业和非农业的行业上【。在我国据统计年氮肥生产中尿素为万 、碳铵为万 、硝铵为万 、氯铵为万 尿素居氮肥消费之首。然而众所周知尿素施人土壤后损失严重尤其是在 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 施的情况下氨气挥发严重有时氨挥发损失达尿素的肥料利用率仅达因此如何减少氨气的挥发提高氮肥利用率就成为一个重要的问题。尿素施人土壤后在土壤脲酶的作用下迅速水解生成氨气水解快土壤氨分压高挥发加剧因此氨挥发程度与土壤脲酶活性有关人们便把如何抑制脲酶活性作为减少氨挥发损失的重要途径从而推动了对脲酶抑制剂的研究。虽然国外在年代初期就发现了土壤中脲酶的存在然而直到年代在研究出一种快速评价抑制脲酶活性的方法后人们才对化合物抑制土壤中尿素水解的效果给予评价。能够抑制土壤脲酶活性的有机无机化合物有许多种随着研究的深人人们逐渐把注意力转移到有机类化合物上目前已成为这一领域的研究热点【。本文总结了国内外几年的研究结果就脲酶抑制剂的作用机理及在农业中的应用效果进行了归纳以供参考。脲酶抑制剂的作用机理综合已有研究结果脲酶抑制剂控制尿素水解的作用机理主要有种学说第由于一的氧化降低脲酶活性。脲酶是一种分子量为的含镍酶„有个半胱氨酰基个巯基半胱氨酰残基。其中有个巯基对酶的活性具有重要意义。醌类和酚类脲酶抑制剂对土壤脲酶的抑制作用具有相同的机制主要作用于对脲酶活性具有重要意义的巯基一。半胱氨酰的一基被醌氧化脱氢形成 — 的胱氨酰从而降低了脲酶的活性强度【。第争夺配位体降低脲酶活性。年 等人解释了尿素、氧肟酸、酰胺类脲酶抑制剂 竞争脲酶活性部位的机制认为脲酶抑制剂是通过与尿素竞争脲酶活性部位起作用的。氧肟酸与脲酶反应简式如下收稿日期—基金项目中科院创新基金项目 —作者简介郑福丽一女山东潍坊人硕士主要从事植物营养研究。现工作于山东省农科院。 万方数据吉林农业科学 卷脲酶分子中含有两个原子第个氧肟酸脲酶原子与两个咪唑环相连另一个原子也与 ?一一?两个咪唑环相连同时还连有个水分子和羧…? 。。、一酸分子两个原子之间有氨基甲酸桥相连 。。 。弋。、。、鼍—?、。、?当尿素分子与脲酶反应时尿素分子中的“。、。““舢”?“原子与脲酶中一个 原子一连接形成单点 齿配位体而大多数酰胺类脲酶抑制剂分子都。„也‰含有、原子、原子都可与原子对接形成配位体—而且 分子中的另一个氨基化合物可以与氨基甲酸桥中的氧原子形成—桥这样就形成了三齿配位体三齿配位体自然要比单齿配位体牢固的多从而减少了尿素与脲酶的接触而且不同的酰胺类抑制剂虽然主体结构类似但是由于所连接基团的种类和数量的不同使得键之间的键能不同影响键断裂从而使得不同脲酶抑制剂分子与脲酶分子结合的难易程度不同这就是虽是同类抑制剂但抑制效果不同的原因之一与脲酶分子结合越牢固的抑制剂其抑制效果也越好【。这是两种不 同的说法也有可能是不同类的抑制剂其作用机理有所不同。第脲酶抑制剂能抑制或延缓脲酶的形成部分抑制剂能通过影响微生物等过程影响脲酶的形成从而抑制土壤中尿素水解降低尿素的水解速度并且阻止至少降低了酰胺肽氮向氢氧化铵和氨的转化。影响脲酶活性的因素包括土壤 、水分状况、通气条件、有机物质数量以及尿素的浓度等。脲酶抑制剂的效果在很大程度上与那些对脲酶活性有影响的因素有关。人们对脲酶抑制剂的研究进行的还较少对于种类繁多的脲酶抑制剂作用机理还需进一步的研究。脲酶抑制剂的种类到目前为止已经过试验室、盆栽及田间试验的抑制剂有七八十种其中包括无机盐类、有机化合物等两大类。在有机物类中根据其主分子结构大致有以下几类表。表脲酶抑制剂类型类别化合物结构特性主要官能团磷胺类 环乙基磷酸三酰胺、 阿硫代磷酰三胺、阿瞒酰三胺、州一丁基硫代磷酰三胺、 州一丁基磷酰三胺、苯基磷酰二胺、彤环乙基硫代磷酸三酰胺等酚醌类一苯醌氢醌、醌氢醌、蒽醌、菲醌、 一对苯二酚、邻苯二酚、问苯二酚、苯酚、酚羟基醌基甲苯酚、苯三酚、茶多酚等杂环类 六酰氨基环三磷腈、硫代吡啶类、硫代吡唑一一氧化物、一卤一一咪唑艾均有含基及含基团杜烯、一二卤一一咪唑艾杜烯其它类楝树胶、腐殖酸、硼酸、汞盐银盐、木质索、硫酸铜、石灰氮、硫代硫酸盐、硫脲、菜籽饼、烟叶、茶叶、蓖麻叶等脲酶抑制剂有效性的影响因素脲酶抑制剂的有效性在很大程度上受环境条件影响如土壤 值、水分状况、土壤质地、有机质量、尿素的浓度、气候条件和施肥的数量与方式等。不同抑制剂受各种条件影响的效果不尽相同目前研究较多的种抑制剂效果与环境条件的关系如表。在非酸性土壤通气性良好的条件下对尿素的抑制作用依次为 当使用的脲酶抑制剂、、 分别对尿素水解推迟 和 。然而在酸性土壤上几种脲酶抑制剂之间的差别不像在非酸性土壤上那么明显。在酸性土壤 比在中性土壤 上效果好而 在碱性土壤上比更为有效。 受土壤 的影响最小表明 不但适用于酸性而且适用于碱性土壤。但在酸性土壤或淹水条件下的效果优于 可使氨气挥发损失一一一一一一剂环一滚氟翌露帖一避一一一丽钾一一一一一表丽一一一一一藏蛾一世。一 。惕如 万方数据期郑福丽等脲酶抑制剂的作用机理与效应从降到。受土壤环境因素如 和通气性的影响较小。在通气良好的条件下使用效果不如 和在嫌气条件下使用时效果优于 但不及 。当脲酶抑制剂施于氨气挥发比较严重的壤土或沙壤土时效果较好但当作用于粘质土或有机质比较丰富的土壤时其效果较差。土壤温度影响抑制剂的作用效果高温氨气挥发加重此时使用 效果明显。已有试验表明月份使用比月份效果好因此 的有效性还与使用的季节有关。脲酶抑制剂的有效性还与施肥方式和使用的肥料有关 与尿素、硝铵尿素、硝铵混施时其作用依次为尿素硝铵尿素硝铵当尿素表施时其作用比较明显撒施条施侧施底施因为微生物活性与土层深度有关土壤表层微生物比较活跃所以撒施尿素配用脲酶抑制剂效果比较好。总之脲酶抑制剂使用在脲酶活性较高的土壤条件下的效果最好在那些作物产量潜力高、土壤氮的水平低、土壤和环境条件对氨的挥发损失有利的地区证明使用脲酶抑制剂可得到更大的收益。脲酶抑制剂的使用效果抑制剂抑制尿素水解、减少氮损失的作用脲酶抑制剂在抑制尿素水解、减少氨气挥发损失中的作用已被大量试验所证明。 等用个土样进行培养试验表明施用显著减少了氨挥发施肥 后其氨挥发仅为对照的。也有减少氨气挥发损失的效果。在盆钵试验中也延缓了尿素水解降低了田面水中铵态及氨态氮的总浓度从而减少了氨挥发和氮素总损失。在不种植水稻时降低氨挥发的 作用表现得非常明显。、和 的效果随用量增加而增强随温度升高而降低。据 等报道 用量时?室内培养 后氨气挥发损失从减少到。据王正平报道?好气培养条件下未加抑制剂的尿素施用 后尿素通过氨气挥发损失达到使用 后将挥发损失由减少到。在淹水条件下氨气挥发损失更严重可达此时 虽也可减少氨气挥发损失但效果不如明显可将损失由减少到。但据 报道在水稻田中与配施比单独使用效果要好。据李联铁报道在通气条件下有 存在时尿素水解比无 时延后 最大积累量的出现也延后 但在淹水条件下 效果不如有存在时尿素水解延后 最大积累量的出现延后 表。表几种主要脲酶抑制剂的作用效果通气条件下州失厘刑亘第 推迟时间 率 量晚 现时间。 损失利用率丽面丽犷———面———————面——————了 ————下石—————五丽——一—面 矿一一一坚殳型型呈二兰二 在抑制尿素水解减少氨气挥发损失中的作用是肯定的但是在减少氮总损失方面效果不稳定。它虽然减少了氨气的损失却有可能增加了土壤中硝酸根离子和亚硝酸根离子的含量硝酸根离子和亚硝酸根离子移动性强比较容易发生淋失而且在水分充足条件下容易发生反硝化生成等气体因此在减少氦素总损失方面要看它正负效应的大小若硝化、反硝化带来的损失大于减少的氨气挥发损失那么使用 就加大了氮的总损失反之则减少了氮的总损失这需要在具体的环境条件下去评价。在这一方面就比 表现得好许多试验证明可以减少氮总损失可能是因为不仅是一种脲酶抑制剂同时具有一定的硝化抑制作用。因此若脲酶抑制剂和硝化抑制剂配合使用其效果应比单独使用要好。利用 示踪法研究表明使用 可显著提高尿素氮的利用率其肥料利用率可提高 。脲酶抑制剂对作物的影响众多研究表明脲酶抑制剂对氮肥利用率的提高是肯定的但在作物产量方面其作用却不十分稳定。卢婉芳田间水稻小区试验表明使用 水稻增产 加 【。在意大利 等在为期年的试验中研究了 对玉米产量的影响通过使用 玉米子实产量 万方数据吉林农业科学 卷可增加左右【。关于脲酶抑制剂施用在玉米上的效果国内外均有一些报道施用仅提高玉米产量约施用增产施用 增产。然而据 等报道当将和 施用在免耕地上时获得了一定的增产效果但是在常规耕作下施用时却没有增产效果在一些田间条件下使用抑制剂作物的产量也并非一直增加。虽然脲酶抑制剂对作物产量的影响并不稳定但对尿素所带来的伤苗危害及提高作物对氮的吸收方面的作用却是肯定的。在不加脲酶抑制剂 的情况下春小麦出苗率随种旁施用尿素量的增加而明显下降然而当尿素与 混施时出苗不因氮用量的增加而减少而且其出苗率还可提高。无论尿素种旁施用或表施春小麦抽穗期植株氮的积累量均随氮用量的增加而提高随 使用量的增加而增加尤其当尿素表施时配用 使氮的有效性提高。当尿素种旁施用时 在高氮用量或 下使用比低氮用量 下效果好。有研究报道黑麦草的尿素氮吸收总量因加人 而提高但却随使用而降低。据周礼恺等报道用量为和时可提高春小麦对尿素氮的利用率。脲酶抑制剂对环境方面的影响脲酶抑制剂的使用可减少氮肥对环境的污染。脲酶抑制剂在降低氨气、甲烷和氧化亚氮类气体向大气中的排放起了很大的作用。 和 曾对全球的氨气释放量做过预算。关于来自使用化肥氨的释放量最近一项研究表明施在旱地上的化肥至少的尿素氮、硫铵氮在施用后不久就已经损失掉。 、和作为脲酶抑制剂其本身在土壤中的降解并不污染环境。但由于控制了氨的挥发而增加了参与硝化的氮量因而增加淋失进人地下水 的氮量进而污染环境。试验结果也不尽相同 等在淹水水稻试验中发现 与配合使用取得了良好的效果不仅减少了氨气挥发损失同时也减少了硝酸根离子的淋失和反硝化引起的的产生而且 与配合使用比单独使用增产效果也好。 在莴苣试验研究中发现 与配使还可减少莴苣中硝酸盐的积累 。硫脲与 的配合使用在一些试验中也表现出了良好的效果但是这方面的研究不多。脲酶抑制剂和硝化抑制剂的配合使用当能更好的提高氮肥肥效减少氮损失和环境污染可至今这类的报道并不多。目前我国研究较多的是与的配合使用。据周礼恺等报道与组合能有效的延缓土壤尿素水解同时降低土壤硝态氮的富集从而利于提高尿素氮利用率且减少环境污染。参考文献【】德马丁特伦克尔农业生产中的控释与稳定肥料 【】 彬蔡典雄脲酶抑制剂 在农业中应用…中国化工—【】 【】 — — 一 —【】李联铁三种脲酶抑制剂对尿素氮转化的影响 西南农业大学学报—【】 —【】 —【】 彬辛景峰等 在改进尿素使用技术中的作用初探 】土壤肥料【】卢婉芳陈苇王德仁脲酶抑制剂 对提高尿素氮利用率的研究【】中国农学通报—【】 —【 】徐星凯周礼恺脲酶抑制剂硝化抑制剂对土壤中尿素氮转化及形态分布的影响 土壤学报—【】 — — — 】 — 万方数据