CN116621646B - 环戊酮作为抑制剂在土壤中减少n2o排放的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了环戊酮作为抑制剂在土壤中减少N2O排放的应用，属于氮肥增效剂技术领域，包括环戊酮，所述环戊酮应用于土壤减少N2O的排放。环戊酮与肥料同时施入土壤后，在低剂量条件下达到高效抑制亚硝化微生物活性的目的，减少肥料中N2O气体的排放，进而减少农田土壤由于N2O气体的排放导致的氮素损失和环境污染问题。环戊酮是脂溶性化合物，化学结构稳定，在土壤和水体中不易流失，能保证应用的稳定性和高效性，改善了传统硝化抑制剂具有的易流失、时效短等问题，提高了硝化抑制剂效率，节约了相对投入成本。环戊酮是一类源于植物的“绿色”生物硝化抑制剂，可构建高效抑制农田生态系统硝化过程、为提高氮素利用率的生物生态技术提供新的方法和思路。
Description
技术领域
本发明属于农产品技术领域，具体涉及环戊酮作为抑制剂在土壤中减少N2O排放的应用。
背景技术
氮肥作为最重要的农业投入品，是实现农业增产、农民增收的物质基础。目前“增肥增产”仍是集约化农业生产体系中的传统模式，过量施肥现象日益突出，随之造成了环境污染和经济浪费，严重制约农业高产高效与可持续发展。因此，如何减少氮素损失，提高氮肥利用率，已成为生态环境和农业领域共同面临的重大科学问题。
N2O排放过程是土壤中氮素损失的主要途径之一，抑制剂作为高效肥料的一种核心材料，通过调控铵态氮的硝化作用有效减少氮素损失，被广泛应用于生产实践中。然而，目前的抑制均为化工产品，存在作用时间短，抑制效果容易受温度影响，施用量过大时，会对作物造成毒害并易在植物体内残留，重复施用降解速率加快，半衰期缩短等问题。因此，在现代农业绿色发展的要求下，开发高效、多功能、廉价、环境友好、来源充足的新型植物源抑制剂具有非常广阔的研究和开发前景。
关于植物活性成分能够抑制尿素水解和减少N2O气体排放作用研究方兴未艾，与人工化学合成的抑制剂相比，植物活性成分来源于植物根系分泌物或者提取物，是天然的化合物，对生态环境影响小，从中提取效果良好的生物抑制剂物质具有显著意义。
已有研究发现芳香植物、中草药植物、热带森林植物、农林作物等植物分泌物或者提取物具有脲酶抑制作用或者硝化抑制作用。通过对这些物质的挖掘，不仅有助于研究和理解自然生态系统中一些抑制剂工作现象，还能对生物抑制剂物质进行产品开发，研制新型高效的环境友好的产品，将大大推动绿色新型高效氮肥产品的研发，具有重要的现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供环戊酮作为抑制剂在土壤中减少N2O排放的应用，以解决目前人工合成抑制剂利用效率低，对环境影响大的技术问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种环戊酮作为抑制剂在土壤中减少N2O排放的应用，包括环戊酮，所述环戊酮应用于土壤减少N2O的排放。
进一步地，所述环戊酮与肥料同时施入土壤。
进一步地，所述环戊酮的添加量为肥料施加量的0.5％-1.5％。
本发明的有益效果在于：
1、环戊酮与肥料同时施入土壤后，可在低剂量条件下达到高效抑制亚硝化微生物活性的目的，通过调控硝化作用(AOA和AOB amoA)和反硝化作用(nirS、nirK、nosZ)的微生物活性来抑制剂土壤的硝化过程，减少肥料中N2O气体的排放，进而减少农田土壤由于N2O气体的高速排放导致的氮素损失和环境污染问题。
2、环戊酮是脂溶性化合物，化学结构稳定，在土壤和水体中不易流失，能保证应用的稳定性和高效性，改善了传统硝化抑制剂具有的易流失、时效短等问题，提高了硝化抑制剂效率，节约了相对投入成本。
3、本发明提供的环戊酮是一类源于植物的“绿色”生物硝化抑制剂，可构建高效抑制农田生态系统硝化过程、为提高氮素利用率的生物生态技术提供新的方法和思路。
本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明不同处理区的玉米田中N2O累计排放量对比；
图2为本发明不同处理区中AOA amoA(A)基因丰度的动态变化；
图3为本发明不同处理区中AOB amoA(B)基因丰度的动态变化；
图4为本发明不同处理区中nirS(C)基因丰度的动态变化；
图5为本发明不同处理区中nirK(D)基因丰度的动态变化；
图6为本发明不同处理区中nosZ(E)基因丰度的动态变化。
具体实施方式
一、田间试验：
试验在中国科学院沈阳生态实验站(40°31′N，123°24′E)进行，供试土壤为潮棕壤，耕层土壤0-20cm土壤的基础理化性质见表1，试验设置之前已种植玉米5年以上，耕作制度为一年一季玉米。
表1：土壤的基础理化性质
田间试验采用玉米小区试验，每个小区面积均为12m2(2.4m×5m)，共设有6个处理区，包括：
①CK区：不施肥处理；
②Urea区：正常施肥处理；
③NBPT区：施入肥料+肥料氮含量1％的NBPT处理；
④DCD区：施入肥料+肥料氮含量5％的DCD处理；
⑤NBPT+DCD区：施入肥料+肥料氮含量1％的NBPT和肥料氮含量5％的DCD处理；
⑥环戊酮(CCO)区：施入肥料+肥料氮含量1％的环戊酮处理。
通过5点取样法采集田垄0-20cm土壤，分别于施肥后的1、3、5、7、11、16、20、30、45、68、85、103和147天采集土壤样品。采用静态箱法对施肥后第1、3、5、7、11、16、20、30、45、68、85、103和147天的温室气体样品进行采集。
而后进行氮素转化相关的功能基因丰度测定：使用PowerSoil DNA试剂盒(Tiangen Biochemical Technology Co.，Ltd.，Beijing，China)从土壤样品(500mg)中提取总DNA，采用定量PCR(qPCR)方法检测AOA amoA、AOB amoA、nirS、nirK、nosZ、pmoA、mcrA、Germ 16S rDNA、Archaea 16S和Fungus 18S基因的丰度。qPCR在由25μl 2×Taq MasterMix(Kangwei Century Biotechnology Co.，Ltd，Beijing，China)、1μl DL 2，000DNA Marker(TaKaRa Biotechnology Co.，Ltd，Beijing，China)、1μl每种引物、1μl稀释10倍的DNA和22μl灭菌的去离子水组成的50μl反应混合物中进行。
每克土壤(干重)的基因拷贝数是根据Montoya等人(2021)先前描述的方法确定的，具体而言，计算每反应每单位体积的DNA提取物的靶基因拷贝数与每反应每克提取的干燥土壤所使用的DNA量之比，然后除以DNA浓度。
二、试验结果
如图1所示：与单施尿素处理相比，配施环戊酮不仅能够显著减少农田N2O的排放，而且环戊酮与减少气体排放的作用显著优于配施其它人工化学合成抑制剂。
如图2-图6所示：与单施尿素处理相比，环戊酮处理显著降低了玉米田中AOA和AOBamoA基因丰度，其中AOA amoA的降低幅度为10.9％，AOB amoA的降低幅度为24％；同时环戊酮还显著抑制了土壤nirS基因丰度，提高了nosZ基因丰度。
综上可知，环戊酮可抑制肥料中反硝化相关酶活性，通过调控硝化作用(AOA和AOBamoA)和反硝化作用(nirS、nirK、nosZ)的微生物活性达到抑制土壤中肥料的硝化，进而减少农田土壤N2O温室气体排放，最终实现提高氮素利用率，实现环境保护的目标。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (1)
1.一种环戊酮作为抑制剂在土壤中减少N2O排放的应用，其特征在于：包括环戊酮，所述环戊酮应用于土壤减少N2O的排放；所述环戊酮与肥料同时施入土壤，所述肥料为尿素；所述环戊酮的添加量为肥料施加量的0.5％-1.5％。
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