脲酶硝化抑制剂综述

1.2缓控释肥料1.2.1缓控释肥料分类缓控释肥料重要分为三类：1)通过化学办法变化肥料的构造而产生的缓控释肥料，重要有难溶性有机化合物(脲甲醛等)、水溶性化合物(异丁叉二脲等)、低溶解性无机盐(磷酸镁铵等)，现在这类肥料在国外研究较多，但是成本的增加巨大。2)通过在肥料的表面包裹一层其它的材料生产的包膜肥料，使得养分释放变缓，高水平的产品能够通过调控与作物的需肥规律大致符合。3)添加克制剂(脲酶克制剂、硝化克制剂)生产的长效缓释肥料，通过脲酶克制剂和硝化克制剂调控土壤中酶和微生物的活性，使得速效肥料在土壤中残留更长时间。1.2.2国内外缓控释肥料研究进展缓控释肥料在国外研究较早，美国、日本、欧洲等是世界上重要的缓控释肥料的生产国和消费国。1961年美国TVA首先通过实验室和小规模实验开发出来的包硫尿素，后续又开发出了以热固性聚合物包膜复合肥料，90年代中期，美国的包硫尿素的年产量与消费量约为10万t、聚合物包膜肥料产量约4万t，消费量约为4.5万t。缓控释肥以包硫尿素为主，并大多与速效肥掺混使用，重要应用于高尔夫球场、专业养护草坪等非农业领域；在添加克制剂方面，美国道化公司开发的西吡[2-氯-6(三氯甲基)-吡啶]商品名为N-serve重要应用于美国的农场，重要因素是时间管理的需要；70年代末，日本多家公司开发了热塑性聚合物包膜肥料，最出名的为以聚烯烃和乙烯乙酸酯共聚物为包膜层的包膜复合肥料，90年代中期，日本聚合物包膜肥料年消费量为7.2万t，而包硫尿素仅为0.6万t，日本缓控释肥料以聚合物包膜复合肥为主，并大多是几个不同释放速率的包膜肥掺混，用于大田作物，重要用于水稻新耕作法栽培，在添加克制剂方面，硫脲是日本最早使用的硝化克制剂，由于其受影响的因素太多，使用量并不大；欧洲传统使用微溶性含氮化合物作为缓控释肥料，德国早在1924年就获得了制造脲醛肥料的专利，并与1955年实现工业化。90年代中期，欧洲的缓控释肥料中的微溶性含氮肥料6.5万t，聚合物包膜肥料2.2万t，欧洲的缓控释肥料与美国相似，重要用于非农业市场。另外，德国的BASF开发出以硝化克制剂为添加材料的缓控释肥料已经应用于大田，硝化克制剂由早期使用的DCD逐步转换了到效果更加好的DMPP等吡唑类克制剂。我国的缓控释肥料始于20世纪60年代，中国科学院南京土壤所在李庆逵院士领导下，开始研制钙镁磷肥包裹碳酸氢铵的无机包裹型肥料。他们首先将碳铵造粒，然后在碳铵颗粒表面扑上钙镁磷肥粉，通过添加硫酸使钙镁磷粉末与碳铵颗粒粘结在一起。郑州大学工学院许秀成专家领导小组开发了枸溶磷包裹复混肥的无机包裹型肥料，在花卉及国外市场得到了应用。1985年，北京化工学院开始筛选可降解树脂的包膜材料，研制了以脲醛树脂为包膜剂的缓释肥。1986年，广州氮肥厂研制了涂层尿素。中国科学院兰州化学物理研究所实验用生物可降解高分子材料(聚乙烯醇磷酸脲、聚乙烯醇缩脲等)作包膜材料制成了包衣尿素。进入20世纪90年代以来，以高分子聚合物材料作为包膜材料的研究更加广泛。这些研究重要集中在对热塑性包膜材料的筛选和包膜工艺上。山东农业大学张民开发出的热塑性硫包膜尿素在减少了成本之后已经在山东金正大公司实现了产业化，产品现在已经在农业上有了初步的应用。在克制剂方面，我国添加克制剂型肥料的研究始于20世纪70年代中期，通过几代科学家的努力，添加克制剂型肥料有了较大的发展，现在已经成为我国长效肥料的主流。20世纪80年代中期已有第一代产品—长效尿素问世，初次在我国将脲酶克制剂应用到肥料生产中。20世纪80年代中后期，中国科学院等单位针对我国小氮肥生产中碳酸氢铵存在的问题，在碳酸氢铵改性中应用了硝化克制剂，解决了碳酸氢铵易挥发、结块及施用后肥效短等问题；90年代广州氮肥厂与中国科学院石家庄当代化研究所开发了涂层尿素。20世纪末，21世纪初我国，由中国科学院沈阳应用生态研究所研制开发的“长效复合肥”使稳定肥料由单质发展到复合，“长效复合肥”使添加克制剂肥料由单质发展到复合，使我国添加克制剂型肥料走上了复合与协同克制剂应用阶段，并且使复合肥由基础型转向专用型成为可能，实现了一次性基施免追肥，含有理论与技术创新。1.2.3缓控释肥料的发展前景我国现在面临着人口增加和可耕地面积减少的巨大问题，使得粮食问题始终是关注的重点。既要增加产量又要提高品质，肥料扮演着不可替代的作用。如果人均粮食生产量定为每年400公斤，之后我国人口将达成14.3亿，粮食总产量应达成5.72亿吨，比粮食总产4.84亿吨约增加0.88亿吨，增加18%。考虑到播种面积不可避免的减少，事实上粮食单位面积产量须有更大幅度的提高，可能需要提高20%以上(朱兆良，)。另首先我国还面临着肥料不合理使用带来的越来越大的环境压力和经济损失(朱兆良，)。尽管国内外在缓控释肥料的研究、开发和应用上已经获得了较大的进展，但是仍然有许多问题需要进一步研究。在我国，随着化肥用量的不停增加，农产品追求产量与质量并重以及环境和谐的多重目的规定下，肥料的改性问题就显得更为重要。开发缓控释肥料，提高肥料运用率，减少环境污染，是简朴易行的方法，特别适合中国国情。并且，我国农民教育水平低，农户土地面积小并且分散，种植体系复杂，机械化程度低，农化服务体系难以建立和到位，配方施肥和其它技术方法很难为农民提供方便的服务。另外，在经济发达地区，农民已不乐旨在追肥等农艺方法上耗费更多的时间。值得注意的是大部分缓控释肥料的价格太高，限制了它的应用和推广，减少成本便成了核心问题。尚有，缓控释肥的养分释放速率和模式与作物吸取养分模式之间还缺少系统进一步的研究。随着着世界肥料朝着专业化、高效化、长效化的趋势，其生产和使用经历了三次变革：第一阶段是60年代之前，生产的化肥为单质低浓度肥料；第二阶段是60年代至80年代，生产的化肥为高浓度化肥和复合肥；第三阶段就是80年代到现在，各个国家开始重点研究缓控释肥料、生物肥料、有机复合化肥、功效性肥料等新型肥料。确保粮食安全和减少施肥过量及不合理使用带来的环境问题，我国应当大力发展新型肥料，增加科研投入，快速把科研成果产业化，在农业生产中推广普及新型肥料(赵秉强，)。新型肥料含有运用率高、肥效期长等优点，现在国际上在这一领域的研究已有较大进展与国际同类研究相比，我国缓控释肥料研究水平参差不齐，在高端技术上总体上不及国际先进水平。我国应加强研究开发，筛选新型高效克制剂和促释剂；研究环境和谐控释材料和缓释肥料的生产工艺；运用缓控释肥料的优势来提高作物对肥料运用率。1.3脲酶克制剂1.3.1脲酶克制剂及其作用原理脲酶克制剂是对土壤脲酶活性有克制作用的化合物或元素的总称(BremnerandDouglas,1971)。它通过对脲酶催化过程中扮重要角色的巯基发生作用，从而延缓土壤中尿素的水解速度，减少氨向大气中挥发损失。普通来说，土壤脲酶的活性都比较强，因此尿素一经施入土壤，普通只需1~7天就可全部转化。当酰胺态氮尿素施入土壤后，它们在土壤脲酶作用下转化为氨，二氧化碳和水。尿素的肥效很大程度上取决于土壤脲酶活性的强弱。前人的研究表明：脲酶是一种分子量约为48万的含镍金属酶，它约有77个甲硫氨酰基，129个半胱氨基，47个巯基(半胱氨酰残基)，其中有4~8个巯基对酶的活性有重要作用。醌类脲酶克制剂通过对巯基发生作用，有效的克制脲酶的活性。70年代以来，人们对醌类脲酶克制剂做了大量研究，实验表明，醌类脲酶克制剂对于延缓尿素水解，克制或减少氨气挥发效果较好(陈举鸣，1987；李双霖等，1991；陆欣等，1997)。1999年，B.Manunza等人解释了尿素、氧肟酸、磷酰类脲酶克制剂(NBPT)竞争脲酶活性部位的机制，认为脲酶克制剂是通过与尿素竞争脲酶活性部位，使脲酶失去与尿素作用来减缓尿素水解。1.3.2脲酶克制剂的种类表1脲酶克制剂的种类及化学名称Table1Categoryandchemicalnameofureaseinhibitors脲酶克制剂化学名HQ氢醌NBPT/NBTPTN-丁基硫代磷酰三胺NBPTO/NBPON-丁基硫代磷酰胺NBPO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CNPT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克制剂重要有无机物和有机物两大类(BremnerandDouglas,1971)。无机物重要是分子量不不大于50的重金属化合物如Cu、Ag、Co、Ni等元素的不同价态离子；有机化合物涉及对氨基苯磺酰胺、酚类、醌及取代醌类、酰胺类化合物及其转化物等(BremnerandDouglas,1971;BundyandBremner,1973;MartensandBremner,1984;MaCartyetal.,1990)。1.3.3国内外脲酶克制剂的研究进展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能够克制脲酶活性，延长氮肥的使用期。到60年代对与脲酶克制剂的研究开始，到1971年Bromner等人从130多个化合物中筛选出效果较好的脲酶克制剂为苯醌和氢醌类化合物。Bundy等(1973)的实验表明苯醌的效果最佳。进入80年代，国际上已开发了近70种有实用意义的脲酶克制剂，重要涉及醌类、多羟酚类、磷酰胺类、重金属类以及五氯硝基苯等。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，其活性成分是NBPT(浓度25%以上)，溶剂是含10%N-甲基吡咯烷酮及无毒害的惰性缓冲溶液(PedrazziniandFillery)。在土壤中该产品降解成N、P、S等多个营养成分,其推荐使用量是0.45kg.hm2。该产品重要应用于播种前，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,一旦降雨超出20mm，克制剂的作用将大大减少。NBPT在那些作物产量潜力高、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成最佳的效果(HendricksonLL,1987;Keerthisinghe,1995)。脲酶克制剂NBPT能够有效的减少表施尿素或含尿素肥料的挥发损失，但是在作物增产上体现并不稳定(LeeJaeHong,1999,Grant,1999)现在Agrotain的使用重要集中在美国,其中施用作物重要为玉米。HQ(氢醌)的研究和应用重要集中在我国，80年代初，中国科学院沈阳应用生态研究所首先进行了系统研究。以周礼恺、张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、生物固持作用以及HQ和硝化克制剂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(Zhao1993，Chen,1998，陈利军等，1995.徐星凯，)。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合肥料，并申请了专利。现在含有HQ、DCD和其它克制剂的长效氮肥增效剂“肥隆”、长效复合肥添加剂NAM等、多个专用肥、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。现在，世界肥料市场上已经申请专利并应用于农业生产的脲酶克制剂有几十种，但只有NBPT和HQ已经得到了实际应用。1.3.4脲酶克制剂对尿素水解的影响脲酶克制剂通过克制脲酶的活性，克制了尿素的水解，减少氨的挥发损失。实验表明，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。研究表明，在非酸性土壤中，通气性良好的条件下，脲酶克制剂对尿素水解的克制作用依次是N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)>苯基磷酰二胺(PPD)>氢醌(HQ)(VanCleemputandWang,1991)。在施用1%脲酶克制剂的HQ、PPD和NBPT分别使尿素水解推迟1天、2天和5天以上(Wangetal.,1991)，而在非酸性土壤中差别并不明显。PPD在酸性土壤(pH5.6)上比在碱性土壤(pH7.4)上效果好，而NBPT在碱性土壤上比PPD更有效(Beyroutyatal.,1998)。NBPT受土壤pH的影响较小，表明NBPT不仅合用于酸性还合用于碱性土壤(王小彬等，1998)。Byrnes和Amberger的实验表明，NBPT能有效的克制土壤中尿素的水解。NBPT在旱田作用效果明显优于水田，这是由于旱田条件下NBPT转化为它的氧化产物(NBPTO)。田间实验发现，当PPD用量较高(占尿素的0.027%~0.05%)时，脲酶的水解明显受到克制；当用量较低(占尿素的0~0.013%)时，脲酶的水解几乎不受影响。1.3.5脲酶克制剂对氨挥发的影响氨挥发是由于尿素的快速水解，土壤中NH4+-N的浓度过高，植物来不及吸取或者土壤没来得及固定，特别是当pH较高时氨挥发损失非常严重。Oconnor的研究表明，NBPT和PPD对于克制氨的挥发损失效果很明显，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用量超出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实验表明，PPD只有在高N水平下才会延缓氨的挥发，而NBPT在各个水平和时期内效果均明显。Bronson-KF等在玉米上的实验显示在施用12天后NBPT(0.5%w/w)减少氨挥发95%~97%，PPD为19%~30%。多个实验都显示，NBPT对于玉米尿素表施状况下减少氨挥发造成的氮肥损失很故意义。PPD对减少稻田作物尿素撒施时氨挥发损失效果明显。Antisar-LV(1996)等的实验表明尿素表施状况下，克制剂NBPT和PPD的用量越高克制氨挥发的效果越好。Bremner和Chai证明，NBPT和环丙烷甲醛(CPCA)对NH3挥发的克制效果较好，HQ解决的NH3挥发基本与对摄影称，克制效果最佳的NBPT分别比CPCA、PPD和HQ减少NH3挥发6%、3%、45%(BundyandBremner，1974)。据研究，在正常水分条件下，HQ推迟了氨挥发的高峰时间，并在培养前期减少了氨挥发数量，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。1.3.6脲酶克制剂对硝化和反硝化作用的影响尿素水解的另一种成果是由于土壤pH和NH4+-N浓度的上升引发的NO2--N的累积。NO2--N的累积可能是因施用尿素造成pH升高，使硝化细菌受到克制而引发的(Bremeneetal，1989；李荣华等，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(Bremeneetal，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能减少土壤中NO2--N的累积，增加NO3--N的积累增加。在嫌气条件下，NO2--N的含量相称低(Wang,1991)。Bremener(1990)报道，NBPT不仅对尿素水解和减少氨挥发有影响，并且明显影响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%减少到1%。SamaterAH等(1994,1996)在9种比利时土壤上有关NO2--N积累做了实验，成果表明，当pH>7时土壤显示较高的NH4+-N和NO3--N累积。王小彬等的实验显示，克制剂与尿素表施时，因减少了氨的挥发，土壤中NO3--N含量有所增加，而尿素种旁施用时，脲酶克制剂的有无对土壤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，尿素的损失重要是氨挥发与反硝化损失。Phongan和Freney等在淹水田的研究表明，NBPT、PPD、NBPT+PPD解决，第9天当不加克制剂的尿素完全水解时，各解决分别以尿素形态保存约42%、38%和46%。由此认为，如果脲酶克制剂有效，氮将以尿素形态保存，氮的反硝化会对应的减少。对氢醌的研究表明，氢醌在4mg.kg-1时，能减少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。但也有研究表明，NBPT和PPD用量为0.47%时，对硝化或反硝化作用无克制效果。证明尽管加入PPD使尿素的氨挥发损失明显减少，但却增进反硝化作用增强(Bremneretal.,1986)，特别是15N的示踪实验成果表明，不加克制剂解决的表观反硝化引发的N损失远不大于氨的挥发损失，证明大部分被保存的氮并未被反硝化而是被保存在土壤中。1.3.7脲酶克制剂对氮肥运用率的影响施用脲酶克制剂的重要目的就是提高氮肥的运用率。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，并且提高氮的运用率6.8%。Buresh等(1988)在水稻田上的实验也表明NBPT和PPD都能提高氮肥的运用率，Joo等在草坪和牧草也得出了相似的结论。(Lietal,1993)的研究报道，黑麦草的尿素氮吸取总量因加入NBPT而提高，但却随使用氢醌而减少。氢醌解决的尿素氮损失再生长后期的增加预计与氢醌对硝化作用的克制有关，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运用率。国内的陈苇等的实验发现，施用添加PPD、NBPT和HQ三种脲酶克制剂的肥料的运用率均在30%以上，比不加脲酶克制剂的尿素氮运用率的24.8%提高了5.2%左右。1.3.8脲酶克制剂对作物发芽与出苗的影响当尿素施用过量或者不当，会引发作物“烧苗”，实验表明添加脲酶克制剂能够减少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，有助于作物苗期生长。研究表明，在不加脲酶克制剂NBPT的状况下，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加入0.15%或0.25%(w/w)NBPT用量而减小(wangetal1995;frency1992)。Bremner等人研究了10种脲酶克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对应较少。以小麦、燕麦和黑麦为材料的实验表明，加入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等研究表明，尿素种旁配施NBPT较不加克制剂的解决，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%之间差别不明显。1.3.9脲酶克制剂对作物产量的影响由于土壤环境的多变，脲酶克制剂对田间实验中未体现稳定的增产效果。Grant等综合了NBPT通过减少尿素或含尿素肥料的挥发损失而增加产量的多个情形，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年全美国脲酶克制剂NBPT(Agrotain)在玉米上使用成果显示，NBPT平均增加玉米籽粒产量10蒲式耳/英亩。国内的卢婉芳等(1990)的实验中研究了NBPT对水稻产量的影响表明每亩可增加23.8-41.2kg。Phongpan等(1995)在为期三年的实验中研究了NBPT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。但是也有实验未得出添加脲酶克制剂的肥料增加作物产量。王小彬等(1994)对小麦田施用脲酶克制剂NBPT的效果研究表明，0.15%与0.25%尿素量的NBPT仅增加了作物对氮的吸取，但是产量与无克制剂解决没有明显差别。LiLiantie等报道，NBPT和PPD对黑麦草干物质重的影响并不明显。Schlegel和Tomar等人研究也显示玉米大田实验中加入NBPT和PPD产量并不是始终增加。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运用率。1.4硝化克制剂1.4.1硝化克制剂及其原理硝化克制剂是能够克制土壤中亚硝化细菌微生物活性的一类物质的总称。它进入土壤后能够克制土壤中亚硝化、硝化、和反硝化作用，从而制止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，供作物吸取运用，这不仅提高了肥效，还减少了NO3--N淋溶和反硝化造成的其它损失，同时许多研究表明，植物以NH4+-N形式吸取氮，尚有一种好处，即造成根际周边pH下降，成果使土壤中固定的磷活化，增加了磷的吸取(孙爱文等，)。1.4.2硝化克制剂的种类硝化克制剂从化学形态上讲重要分为无机和有机化合物两大类。无机化合物重要以重金属盐类为主(武志杰和陈利军，)，但由于重金属的施用容易造成环境的二次污染，因此，其作为开发和应用受到了一定的限制。有机化合物重要分为含硫化合物、乙炔及乙炔基的取代物、氰胺类化合物和杂环氮化合物。表2硝化克制剂种类及化学名称Table2Categoryandchemicalnameofnitrificationinhibitors硝化克制剂化学名NitrapyrinN-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-amidino-2-thiourea1-脒基-2-硫脲DMPP3，4-二甲基吡唑磷酸盐Ammoniumthiosulfate硫代硫酸铵EthyleneUrea亚乙基脲Potassiumazide叠氮钾Sodiumazide叠氮钠Coatedcalciumcarbide包被碳化钙2，5-dichloroaniline2，5-氯苯胺3-chloroacetaniline3-乙酰苯胺Toluene甲苯Carbondisulphide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-4-chloro-6-methyl-pyrimidine2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶Propyne丙炔Methylfluoride氟代甲烷1.4.3国内外硝化克制剂的研究进展现在存在的硝化克制剂分为天然存在的和人工合成的两种，天然存在的硝化克制剂重要来自根系分泌物和有机质的分解产物，人造硝化克制剂重要开始于美国、日本和德国。19初次报道了双氰胺(DCD)硝化克制特性。1962年日本硫曹把硝化克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克制剂。其它已经注册的克制剂产品有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]，1975年美国环保局正式同意在农业生产中应用。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。我国的硝化克制剂始于60年代左右，科学家首先对美国的西吡进行了研究，后来全国某些化工、农业科研院所对其它十几个硝化克制剂进行了筛选，到1981年我国正式通过鉴定的硝化克制剂有西吡、脒基硫脲和双氰胺三个品种。90年代中国科学院沈阳应用生态研究所成功的研制了长效碳酸氢铵，对于提高碳铵的运用率，减少环境影响起到了一定的作用，田间实验体现出较好的效果。近几年，德国的BASF成功的研制了新型吡唑类硝化克制剂DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐)经几年的田间实验体现出较好的效果，但是较高的价格限制了其的大面积推广，国内的武志杰等研究了DMPP及其改性物质DMP、DMPZP等克制剂的室内效果和田间效果。1.4.4硝化克制剂对硝化作用的影响硝化克制剂对硝化作用有着明显的克制效果，使土壤中的NH4+-N可时间保持在较高水平就必然会对应地增进NH4+-N的作物吸取和微生物固持，其克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等研究表明，硝化克制剂能明显克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()研究证明，在小麦拔节期，大概所施尿素15N40%在无克制剂的土壤中被氧化，而在土壤中存在DCD或DCD+HQ时却局限性10%，DCD可明显克制NH4+-N的硝化作用长达2个月，增进肥料氮的微生物固持，从而有助于减少氮素损失，提高氮肥肥力。商照聪等(1999)通过采用室内培养实验办法，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，成果表明：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，在克制NH4+-N硝化产生NO3--N的同时对氨挥发也有一定的克制作用，使土壤在更长的时间内保持更高的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．添加双氰胺不仅提高了碳铵的氮肥运用率．还减少了肥料氮素损失。陈振华等()通过室内原状土柱模拟实验证明添加DCD的肥料NH4+-N的氧化有较好的克制，明显减少了NO3--N的含量。Zerlla等()研究证明了在大田实验中每公顷施用0.5~1.5kgDMPP就能够有较好的硝化克制效果，能够克制硝化作用达4~10周。并且他比较了DMPP与DCD的克制效果，证明只有DCD量的1/10的DMPP，其硝化克制效果就能够超出DCD，并且其硝化克制作用持续时间更长。孙志梅等()所作的DMP(3，5-二甲基吡唑)实验表明DMP对尿素的水解仅有短暂的克制作用，但它能够在较长时间内明显克制土壤NH4+-N的氧化，且随着DMP的用量的增加，克制效果逐步增强。1.4.5硝化克制剂对气体挥发的影响在硝化作用的进行的同时也随着着反硝化作用的发生。在酸性土壤上，尿素作基肥时，N损失重要以反硝经化作用为主；在石灰性土壤上，尿素氮肥的损失重要通过氨挥发和反硝化作用(BREMNERandKERKHOFF，1986)。澳大利亚的研究指出，在浇灌土壤上尿素氮的损失重要不是由NH3的挥发、NO3--N淋失或径流引发，而是由反硝化作用引发(SMITHetal，1989)。Wolt()的实验证明，硝化克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则是间接。因此典型的硝化克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(Andersonetal,1993)。硝化克制剂能够克制硝化速率，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(陈利军等，1995；周礼恺等，1999)Kumar等()研究表明，在土壤水分含量为田间持水量的80%时，DCD发施用能够减少来自于尿素肥料中N2O排放约二分之一。Xu等()的研究表明，在排水良好的小麦-土壤系统中，N2O的排放重要来自硝化作用，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的排放量减少22.3%，使小麦整个生长久以气态氮形式损失的总尿素氮量减少11.3%。Weiske等()的持续3年田间实验成果表明，DCD、DMPP和ClMP(4-氯-3-甲基吡唑)的施用三年平均使农田土壤中N2O的排放量分别减少25%，49%和26%，同时三年内三种克制剂减少CO2的排放量分别为7%，28%，6%。另外，据Lindau(1993)的研究表明，ECC和DCD的施用可使水稻CH4的排放量分别减少35%和14%。1.4.6硝化克制剂与NO3--N淋溶在多雨地区或浇灌条件下，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，对照中则有68%被淋失掉(Sernaetal.,1994)。YADAV(1997)通过对Nitrapyrin持续6年的实验表明，硝酸盐的累积淋失量减少了20%；通过添加DCD，减少休闲地土壤中NO3--N的淋失达25%~50%(Francisetal,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%(BALLetal,1999)，减少奶牛场中的氮素损失达18%(Williamsonetal,1998)。Serna等()通过柑橘实验证明，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，对照解决氮量的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DMPP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，对照解决淋溶到60cm土层下列的氮量已经占到施氮量的52.4%，而添加DMPP解决的土层仅有15.6%，DMPP的施用能够使得整个实验期间NO3--N的淋溶损失总量减少48.47%。国内的俞巧钢等()采用小粉土和青紫泥原状土柱种植青菜，成果表明：尿素添加DMPP对土壤氮素淋失的影响，在60天内，与常规尿素相比，小粉土和青紫泥DMPP解决NO3--N的累积淋失量分别减少66.8%和69.4%。孙志梅等()通过研究发现，40-100cm的土层中，添加DMP的解决在2年中淋失量分别比对照减少了28.77%和44.70%1.4.7硝化克制剂对作物产量和品质的影响由于硝化克制剂能够克制硝化作用，添加之后氮肥能更长时间内以铵态氮的形式保持在土壤中，由于作物对土壤中NH4+-N和NO3--N均能吸取运用，但不同的作物对这两种氮素形式的喜好不同(NeisonandHauck,1965)。并且土壤的肥力水平的不同、作物种类的各异、硝化克制剂品种的多样和土壤本身等因素都是硝化克制剂增产效果不稳定的因素之一。Rodgers(1985)报道，应用硝化克制剂硝基吡啶后，冬小麦对氮素的吸取增加9%左右。在没有硝化克制剂时，棉花对肥料氮的回收率仅有57%，而施用硝基吡啶后，棉花对肥料氮的回收率增加到74%(Frencyetal,1993)。Maizer(1989)通过实验表明：硝基吡啶与尿素、硝酸铵尿素复合肥应用于玉米地，可提高玉米叶片的全氮含量。柯福来等()通过在肥料中添加DCD在水田和旱田2种条件下表明：在水田条件下，增产幅度为12.2%~14.3%；在旱田条件下增产3.4%~6.6%。DMPP由于添加量少，合用多个土壤类型，是现在报道中含有较稳定增产效果的克制剂，Pasda的数年实验成果表明，添加DMPP的肥料的增产效果：冬小麦+0.25t.ha-1，水稻+0.29t.ha-1玉米+0.24t.ha-1马铃薯+0.1.9t.ha-1甜菜+0.24t.ha-1胡萝卜+4.9t.ha-1莴苣+1.9t.ha-1等。国内的许超，吴良欢等的实验得出了添加DMPP的肥料不仅可提高蔬菜产量、减少NO3--N含量，还可提高Vc、氨基酸、Zn、N、K含量，改善了蔬菜品质。孙志梅等()通过室内培养实验和盆栽实验相结合的办法对在尿素中添加DMP和DCD两种硝化克制剂对水稻产量影响的成果表明：水稻产量、籽粒粗蛋白含量相对于对照都有明显提高。1.5脲酶/硝化克制剂单独使用的缺点及协同作用1.5.1脲酶/硝化克制剂单独使用的缺点脲酶克制剂和硝化克制剂分别对尿素氮转化的某一特定过程产生作用。并且脲酶克制剂作用时间普通较短(Austinetal.,1984;Bynesetal.,1989)，并且较易受到土壤性质、外界环境的影响(McCartyetal.,1989;Creasonetal.,1990)，并且对尿素氮转化成氨后来的行为影响较小，甚至尚有可能增进其它途径如硝化作用或反硝化作用而造成氮损失(周礼恺等，1999)。硝化克制剂克制了NH4+-N向NO3--N转化，更多的氮素以NH4+-N形式保存在土壤中，故加剧了氨气的潜在挥发几率。总之，脲酶克制剂和硝化克制剂分别对尿素氮转化的某一过程进行控制而不及其它，因此单独使用的效果并不总是很明显，因此如果能将两者合理组合使用，则比两者单独使用效果更加好(武志杰和陈利军，)。1.5.2克制剂组合对尿素氮转化的调节陈利军等(1995)通过室内模拟实验，研究了脲酶克制剂HQ和硝化克制剂DCD的协同作用对旱田和水田条件下尿素水解的影响，研究表明，在旱田或水田条件下，不加克制剂尿素在施入土壤后一周内完全水解，而HQ和DCD配合使用能够使尿素水解再延长一周，NH4+-N的含量在整个培养期能够保持较高含量。Chen等(1998)在田间的小麦种植实验中添加HQ和DCD，成果表明，两者配合施用能够使小麦在整个生育期均保持很高NH4+-N含量。焦晓光等()研究了NBPT和DCD及其两者组合在草甸棕壤上施用对尿素转化的影响，成果表明，配施NBPT和DCD解决能