硝化抑制剂的微生物抑制机理及其应用

土壤氮循环是生命元素生物地球化学循环的重要组成部分，主要由固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用组成，其中硝化作用是铵态氮在微生物的作用下经氨氧化和亚硝酸盐氧化两步反应转化为硝酸盐的过程，在土壤生态系统中普遍发生。硝化作用的产物硝酸盐（NO-3）在土壤中易迁移和淋溶，是导致我国农业氮肥利用率低下以及地表水和地下水污染的主要原因[1]。此外，硝化作用与温室气体如氧化亚氮（N2O）等的排放、土壤酸化及次生盐渍化等问题也都密切相关。硝化抑制剂通过选择性抑制土壤硝化微生物的活动，可有效减缓土壤中铵态氮向硝态氮的转化，是农业生产中常用的提高氮肥利用率和减少硝化作用负面效应的一种有效的管理方式。硝化抑制剂种类多样，主要有氰胺类、含氮杂环化合物、含硫化合物、烃类及其衍生物四大类，其中农业生产中常用的包括双氰胺（Dicyandiamide，DCD）、3，4-甲基吡唑磷酸盐（3，4-dimethylpyrazolephosphate，DMPP）、2-氯-6-三氯甲基吡啶（Nitrapyrin）和乙炔（C2H2）等。有关硝化抑制剂的种类、筛选和应用效果等已有较多的综述[2-4]。近年来，随着分子生态学技术的发展及其在农业科学研究中的应用，使得人们可以从分子水平认识和研究摘要：硝化作用是导致我国农业氮肥利用率低以及地表水和地下水污染的主要原因，且对温室气体氧化亚氮（N2O）的排放具有显著影响。硝化抑制剂可通过选择性抑制土壤硝化微生物的活动，有效减缓土壤中铵态氮向硝态氮的转化，是农业生产中常用的提高氮肥利用率和减少硝化作用负面效应的一种有效管理方式。近年来，分子生态学技术的迅速发展使人们可以从分子水平上认识和研究硝化作用及抑制机理。本文综合论述了农业生产中常用的硝化抑制剂（双氰胺、3,4-甲基吡唑磷酸盐、2-氯-6-三氯甲基吡啶和乙炔等）的作用机理和特征，特别是不同抑制剂对氨氧化细菌和氨氧化古菌的影响差异，同时总结了利用硝化抑制剂（双氰胺、乙炔和烯丙基硫脲等）在硝化作用及其相关功能微生物研究中所取得的重要进展，以期为深刻认识和理解土壤硝化作用和硝化抑制剂作用机理，合理利用硝化抑制剂提供参考。关键词：硝化作用；硝化抑制剂；氨氧化细菌；氨氧化古菌中图分类号：S153文献标志码：A文章编号：1672-2043（2014）11-2077-07doi:10.11654/jaes.2014.11.001硝化抑制剂的微生物抑制机理及其应用张苗苗1，2，沈菊培1，贺纪正1，张丽梅1*（1.中国科学院生态环境研究中心，北京100085；2.中国科学院大学，北京100049）MicrobialMechanismsofNitrificationInhibitorsandTheirApplicationZHANGMiao-miao1,2,SHENJu-pei1,HEJi-zheng1,ZHANGLi-mei1*（1.ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China;2.UniversityofChineseAcade原myofSciences,Beijing100049,China）Abstract：Nitrificationinterrestrialecosystemcouldcausemanyenvironmentalissues,includinglowefficiencyofNfertilizers,nitrateleach原ingtosurfacewaterandgroundwaterandnitrousoxide（N2O）emissions.Byinhibitingspecificallythegrowthandactivityofnitrifiersinsoils,nitrificationinhibitorscanalleviatethetransformationofammoniumtonitrateandarethereforewidelyusedasaneffectiveagriculturalmanagementpracticetoimprovetheefficiencyofNfertilizersandtoreducethenegativeeffectsofnitrification.Thispaperreviewedthemainprogressesincharacteristicsandactionmechanismsofmajornitrificationinhibitorscommonlyusedinagriculture,suchasdicyandi原amide（DCD）,3,4-dimethylpyrazole