一种氮肥组合物及其用途的制作方法

本发明涉及生物技术领域，特别是指一种氮肥组合物及其用途。

背景技术：

在全球范围内，约50％的施用于种植系统的氮肥无法被植物吸收，而是转化为氨(nh3)挥发、硝酸盐(no3^-)通过浸出和径流进入水体、反硝化产生一氧化二氮(n2o)等气体而渗入到环境中，使得农业生产成本提高，也成为污染和气候变化的一个原因。微生物参与了土壤氮素转化的各个过程，因此成为调控氮循环的一个关注重点。

国际上常用的提高氮肥利用率的方法多为添加合成硝化抑制剂、脲酶抑制剂等。脲酶抑制剂会限制尿素在土壤中的分解，从而达到减少nh3排放量的效果。硝化抑制剂专一性抑制氨氧化细菌以及氨氧化古菌将铵态氮氧化为亚硝态氮，从而实现降低no3^-流失的作用。

脲酶抑制剂仅对尿素分解产生减速作用，对于土壤氮循环的其他步骤不产生限制，因而作用范围较为狭窄。硝化抑制剂也存在一定的缺点，如某些硝化抑制剂毒性较大；具有残留特性，对土壤造成新的污染；可能导致nh3排放，及间接的n2o排放的增加；硝化抑制剂仅仅抑制氨氧化的部分，对其他氮循环的进程没有作用效果，作用范围也较为局限。

信号物质抑制剂是指天然或人工合成的能对群体感应产生干扰，影响其信号传导的一类物质。群体感应(quorumsensing)现象是指微生物会自发地产生一种化学物质即信号物质，其浓度在环境中积累达到一定的阈值时会激发和调控相关基因的表达。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种氮肥组合物及其用途，该氮肥组合物能够提高土壤中氮肥利用率，降低土壤中n2o释放。

基于上述目的，本发明提供的一种氮肥组合物，包括氮肥和信号物质抑制剂，所述信号物质抑制剂为lasr抑制剂或abar抑制剂。

在本发明的一些实施例中，所述氮肥选自尿素、硝酸钾、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸钠、硝酸钙或硝酸铵中的一种。

本发明还提供了所述的氮肥组合物在提高土壤中氮肥利用率中的用途。

本发明还提供了所述的氮肥组合物在降低土壤中n2o释放中的用途。

在本发明的一些实施例中，所述信号物质抑制剂抑制土壤中氮肥的分解和抑制土壤中的硝化作用。

在本发明的一些实施例中，所述信号物质抑制剂抑制土壤中氮肥分解为nh4⁺，并抑制土壤中nh4⁺转化为no3^--n的硝化作用。

在本发明的一些实施例中，所述信号物质抑制剂抑制土壤中的反硝化作用。

在本发明的一些实施例中，所述信号物质抑制剂抑制土壤中no3^--n转化为n2o的反硝化作用。

在本发明的一些实施例中，将所述氮肥组合物施加到土壤，所述氮肥的添加量为50-200μgn/g土壤，所述信号物质抑制剂的添加量为10-3000μmol/g土壤。

在本发明的一些实施例中，将所述氮肥用水溶解，并将所述信号物质抑制剂用醇溶解，然后将氮肥溶液与信号物质抑制剂溶液混合后施加到土壤。

在本实施例中，可采用无水乙醇溶解信号物质抑制剂。

从上面所述可以看出，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中的lasr抑制剂或abar抑制剂能够抑制土壤中氮肥分解为nh4⁺，并抑制土壤中nh4⁺转化为no3^--n的硝化作用以及抑制土壤中no3^--n转化为n2o的反硝化作用，作用范围广泛；将lasr抑制剂或abar抑制剂与氮肥的组合物施加到土壤，能够提高土壤中氮肥利用率，降低土壤中n2o释放。而且lasr抑制剂或abar抑制剂为微生物源的信号物质的结构类似物，在添加入土壤后会进入土壤微生物体内，参与其代谢，因而不会存在残留时间久的问题。

附图说明

图1为lasr抑制剂的添加对尿素分解为nh4⁺的抑制效果图；

图2为abar抑制剂的添加对尿素分解为nh4⁺的抑制效果图；

图3为lasr抑制剂的添加对硝化反应的抑制效果图；

图4为abar抑制剂的添加对硝化反应的抑制效果图；

图5为lasr抑制剂的添加对反硝化反应释放n2o的抑制效果图；

图6为abar抑制剂的添加对反硝化反应释放n2o的抑制效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本实施例提供的一种氮肥组合物，包括氮肥和信号物质抑制剂，所述信号物质抑制剂为lasr抑制剂或abar抑制剂，所述氮肥选自尿素、硝酸钾、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸钠、硝酸钙或硝酸铵中的一种，优选为尿素或硝酸钾，其中lasr抑制剂的分子式为c12h12ino3，分子量为345.13，cas号942296-25-5，中文名称为：4-碘-n-[(3s)-四氢-2-氧-3-呋喃基]-苯乙酰胺，结构式为：

lasr抑制剂购买于sigma-aldrich，产品编号为804339。abar抑制剂的分子式为c18h27no2，分子量为289.41，cas号1186509-19-2，中文名称：3-氧-c12-苯胺，结构式为：

abar抑制剂购买于sigma-aldrich，产品编号为804223。

实施例1外源添加lasr抑制剂和abar抑制剂降低尿素分解率、抑制硝化反应的方法

1、实验方案

(1)预处理

称取5g风干后过2mm筛的土壤于50ml血清瓶中，添加0.767g超纯水，达到40％的whc(田间持水量)，之后塞好橡胶瓶塞，在25℃培养箱中培养7天，去除土壤内大部分的含氮组分。

(2)溶液配制

本实施例中的氮肥选用尿素，使用超纯水溶解，目标浓度均为100μgn/g土壤。lasr抑制剂或abar抑制剂的初始状态为粉末状，使用1ml无水乙醇将25mg的lasr抑制剂或abar抑制剂溶解，得到高浓度的lasr抑制剂母液或abar抑制剂母液。使用氮肥溶液稀释lasr抑制剂母液或abar抑制剂母液，lasr抑制剂或abar抑制剂在土壤目标浓度均为100μmol/g土壤。后续培养需向土壤中添加0.45ml配好的溶液，与土壤内原有水分混合，使氮肥与添加剂的浓度均稀释到目标浓度。

(3)培养试验

使用移液枪均匀滴加步骤(2)中配置好的溶液0.45ml，使土壤含水率达到60％whc之后塞好橡胶塞，放入25℃培养箱中培养36天，每2天将血清瓶取出，拔开橡胶塞，进行30分钟的气体交换。在0h、2h、4h、8h、16h、24h，3d、6d、12d、20d、28d、36d取出，称取2g土壤待测。每个时间点分别设置三个平行。

(4)检测试验

向步骤(3)中称取的土壤中添加10ml2mol/l的氯化钾溶液，在180转/分的摇床中振荡2小时，之后静置30分钟分层，抽取上层清液过0.45μm滤膜。过滤膜后的溶液使用连续流动分析仪检测其中的nh4⁺-n和no3^--n的含量，用以表征尿素分解率，硝化反应率。

(5)数据分析

处理组的添加剂溶液内容为：①尿素+lasr抑制剂，②尿素+abar抑制剂，对照组的添加剂为尿素溶液。对比不同时期处理组和对照组土壤浸提液中nh4⁺-n的含量并作图，可以得出不同处理对尿素释放率的作用效果。对比不同时期处理组和对照组土壤浸提液中no3^--n的含量并作图，可以得出不同处理对硝化反应的作用效果，结果如图1-图4所示。

如图1所示，lasr抑制剂能够显著抑制尿素分解为nh4⁺，在3d之后，处理组中nh4⁺-n含量始终低于对照组，在36d时，对照组中nh4⁺-n含量为82mg/kg土壤，处理组中nh4⁺-n含量为65mg/kg土壤，lasr抑制剂抑制尿素分解为nh4⁺的抑制率为21％。

如图2所示，abar抑制剂能够显著抑制尿素分解为nh4⁺，在3d之后，处理组中nh4⁺-n含量始终低于对照组，在36d时，对照组中nh4⁺-n含量为82mg/kg土壤，处理组中nh4⁺-n含量为52mg/kg土壤，lasr抑制剂抑制尿素分解为nh4⁺的抑制率为37％。

如图3所示，lasr抑制剂能够显著抑制硝化反应nh4⁺转化为no3^--n，在0h-36d内，随着时间的增加，处理组和对照组中no3^--n含量不断增加，但处理组中no3^--n含量始终低于对照组，在36d时，对照组中no3^--n含量为25mg/kg土壤，处理组中no3^--n含量为16mg/kg土壤，lasr抑制剂抑制硝化反应的抑制率为36％。

如图4所示，abar抑制剂能够显著抑制硝化反应nh4⁺转化为no3^--n，在0h-36d内，随着时间的增加，处理组和对照组中no3^--n含量不断增加，但处理组中no3^--n含量始终低于对照组，在36d时，对照组中no3^--n含量为25mg/kg土壤，处理组中no3^--n含量为6mg/kg土壤，abar抑制剂抑制硝化反应的抑制率为76％。

由此可知，本发明的lasr抑制剂或abar抑制剂有效限制了尿素施入土壤后分解为nh4⁺的过程，降低了此过程带来的nh3释放，从而有效减少了尿素的在土壤中的损失，进而提高作物对于氮肥的利用率。

本发明的lasr抑制剂或abar抑制剂有效降低了土壤中nh4⁺转化为no3^--n的硝化反应的过程，因而可以减少土壤no3^--n的溶于水中而造成的损失，进而提高作物对于氮肥的利用率。

实施例2外源添加lasr抑制剂和abar抑制剂减速反硝化过程的方法

1、实验方案

(1)预处理

称取5g风干后过2mm筛的土壤于50ml血清瓶中，添加0.767g超纯水，达到40％的whc(田间持水量)，之后塞好橡胶瓶塞，在25℃培养箱中培养7天，去除土壤内大部分的含氮组分。

(2)溶液配制

氮肥选用kno3，使用超纯水溶解，目标浓度均为100μgn/g土壤。lasr抑制剂或abar抑制剂初始状态为粉末状，使用1ml无水乙醇将25mg的lasr抑制剂或abar抑制剂溶解，得到高浓度的lasr抑制剂母液或abar抑制剂母液。使用氮肥溶液稀释lasr抑制剂母液或abar抑制剂母液，lasr抑制剂或abar抑制剂在土壤目标浓度均为100μmol/g土壤。后续培养需向土壤中添加4.233ml配好的溶液，与土壤内原有水分混合，使氮肥与添加剂的浓度均稀释到目标浓度。

(3)培养试验

使用移液枪均匀滴加步骤(2)中配置的溶液4.233ml，使培养瓶中水土质量比为1：1之后塞好橡胶塞，放入25℃培养箱中厌氧培养24天。在1d、6d、14d、24d取出，称取5ml瓶内气体待测。每个时间点分别设置三个平行。

(4)检测试验

使用气相色谱质谱联用仪检测步骤(3)中抽取的气体中n2o的含量百分比，根据pv＝nrt公式对50ml血清瓶中n2o的物质的量进行换算，并用以表征n2o的累积量。

(5)数据分析

处理组的添加剂溶液内容为：①kno3+lasr抑制剂，②kno3+abar抑制剂，对照组的添加剂为kno3溶液。对比不同时期处理组和对照组的瓶中n2o含量变化并作图，可以得出不同处理对反硝化反应释放n2o的作用效果，结果如图5-图6所示。

如图5所示，lasr抑制剂能够显著抑制土壤中no3^--n转化为n2o的反硝化作用，在1d-24d内，随着时间的增加，对照组气体中n2o不断增加，处理组气体中n2o不断减少，在6d时，kno3+lasr抑制剂处理组气体中n2o含量几乎为0，这说明lasr抑制剂抑制土壤中no3^--n转化为n2o的抑制率可达99％以上

如图6所示，abar抑制剂能够显著抑制土壤中no3^--n转化为n2o的反硝化作用，在1d-24d内，随着时间的增加，对照组气体中n2o不断增加，处理组气体中n2o不断减少，在6d时，kno3+lasr抑制剂处理组气体中n2o含量几乎为0，这说明abar抑制剂抑制土壤中no3^--n转化为n2o的抑制率可达99％以上。

由此可知，本发明的lasr抑制剂或abar抑制剂明显抑制了厌氧培养中n2o的释放，一方面降低了土壤氮肥的损失，另一方面减少了温室气体的释放，降低了农业过程对于n2o释放的贡献率，广泛应用将减轻环境压力。

综上所述，本发明的lasr抑制剂或abar抑制剂对氮循环中的尿素分解、硝化作用和n2o产生都有明显的抑制作用，作用范围广泛；将lasr抑制剂或abar抑制剂与氮肥的组合物施加到土壤，能够提高土壤中氮肥利用率，降低土壤中n2o释放。而且lasr抑制剂或abar抑制剂为微生物源的信号物质的结构类似物，在添加入土壤后会进入土壤微生物体内，参与其代谢，因而不会存在残留时间久的问题。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。