腐植酸尿素對冬小麥產量、養分吸收利用和土壤養分的影響

劉紅恩，張勝男，劉世亮，李金峰，馮夢喜，趙建中，孫廣梅，聶兆君，王文亮

(1.河南農業大學 資源與環境學院，鄭州 450002；2.河南心連心化肥有限公司，河南新鄉 453730；3.商丘市民權縣農業局，河南民權 476800)

眾所周知，化學肥料對中國糧食作物的持續增產起到了重要的作用[1]。然而，在當前的農業實際生產中，由于化肥的不合理施用，如過量施用氮肥、忽視有機肥，不僅造成氮肥資源的極大浪費，氮肥利用率、產量穩定性和增產效益下降，同時，過量施肥還引發了一系列生態環境問題，如地表水污染、大氣污染、土壤酸化等[2-7]。綜合2001-2005年間全國的田間試驗數據，水稻、小麥和玉米的氮肥利用率分別為28.3%、28.2%和26.1%，平均僅為27.5%[8],尤其在輪作強度較高的華北平原地區，小麥和玉米的平均氮肥利用率僅為18%和15%[9-10]。因此，如何提高氮肥利用效率、減少氮肥用量對實現農業可持續發展、農業環境保護都具有重要的意義。在提高作物氮肥利用率的途徑中，除了有機無機配合、脲酶抑制劑、水分管理及氮肥分次施用等方法外[11-13]，施用各種新型緩控釋肥、包膜肥料、增效肥料可有效減少氮素損失，提高氮肥的農學利用率、表觀利用率和生理利用率，是近年來肥料研發領域研究的熱點[14-17]。腐植酸是近年來比較熱門的新型肥料品種，其含有多種活性基團，如羧基、羥基和甲氧基等，具有較強的離子交換能力和吸附能力，能夠改良土壤結構，提高作物氮素的利用效率[18-21]。腐植酸尿素作為一種新型增效氮肥，能夠促進作物生長，降低土壤氮素損失，促進作物對氮素的吸收和利用[22-23]。

河南潮土區是中國主要的糧食生產區，冬小麥是該區域內主要的種植作物，現有關于腐植酸尿素在潮土區冬小麥應用效果的報道尚不多見。因此，本試驗在河南潮土區布置田間試驗，以冬小麥為對象，研究2種腐植酸尿素對潮土冬小麥產量、氮素吸收及利用效率的影響，旨在為腐植酸尿素在潮土冬小麥的推廣應用，探求提高氮肥利用率、降低生態環境污染的合理施氮技術，實現農業高產高效、促進農業環境可持續提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2014年10月至2015年6月在河南省商丘市民權縣龍塘鎮吳堂村(34°36′13″N,115°04′2″E)進行。供試土壤為壤質潮土。土壤基本理化性狀如下： pH 7.54(土水比=1∶5，質量比)，有機質7.92 g·kg-1，堿解氮78.17 mg·kg-1，速效磷10.36 mg·kg-1，速效鉀165.74 mg·kg-1。

1.2 供試材料

供試小麥品種為‘鄭麥7698’,由民權縣農業局統一提供。供試肥料品種：腐植酸尿素Ⅰ型[w(N)=46%，w(總腐植酸)=3.0%]和腐植酸尿素Ⅱ型[w(N)=46%，w(黃腐酸)=0.25%]、腐植酸尿素BB肥[由腐植酸尿素、18-46-0普通顆粒二銨、60%(質量分數)顆粒氯化鉀三者混配制成，總養分w(N)=29%、w(P2O5)=14%、w(K2O)=6%]、普通顆粒尿素(w=46%)、普通尿素BB肥[由普通顆粒尿素、18-46-0普通顆粒二銨、60%(質量分數)顆粒氯化鉀單三者混配制成，總養分w(N)=29%、w(P2O5)=14%、w(K2O)=6%]、顆粒氯化鉀(w=60%)、過磷酸鈣(w=16%)，以上肥料由河南心連心化肥有限公司提供。

1.3 試驗處理

試驗共設置4個處理，T1：空白處理，不施氮肥，只施磷、鉀肥,其中，過磷酸鈣525 kg·hm-2、顆粒氯化鉀60 kg·hm-2，肥料在土地翻耕前撒施，以下各處理的磷肥和鉀肥純養分量與T1處理保持一致；T2：普通尿素BB肥，每hm2總養分投入量N 225 kg、P2O584 kg、K2O 36 kg，土地翻耕前施入普通尿素BB肥29-14-6 600 kg·hm-2，小麥拔節期追施普通尿素112.5 kg·hm-2；T3：腐植酸尿素Ⅰ型BB肥每hm2總養分投入量N 225 kg、P2O584 kg、K2O 36 kg，土地翻耕前施入腐植酸尿素Ⅰ型BB肥 29-14-6 600 kg·hm-2，小麥拔節期追施腐植酸尿素Ⅰ型112.5 kg·hm-2；T4：腐植酸尿素Ⅱ型BB肥(每hm2總養分投入量N 225 kg、P2O584 kg、K2O 36 kg，土地翻耕前施入腐植酸尿素Ⅱ型BB肥29-14-6 600 kg·hm-2，小麥拔節期追施腐植酸尿素Ⅱ型112.5 kg·hm-2。

每處理重復3次，共12個小區，小區面積4 m×6 m=24 m2。同一試驗各小區行、株距保持一致，同時設置保護行和觀察道。經調查，試驗點當地農民的習慣施氮量較高，達315 kg·hm-2。所有處理的田間管理措施均按照當地高產冬小麥生產技術規程進行，各項田間管理措施由專人在同一個工作日內完成。

1.4 測試項目與方法

小麥成熟后，采用“1米雙行法”調查小麥的產量構成要素，每個試驗小區內隨機取1 m2小麥穗，進行實打實收，記錄小麥產量。在每個試驗小區內，隨機采集4株小麥樣品，分為籽粒、穎殼和莖葉3部分，60 ℃烘干至恒質量，記錄小麥植株樣品各部位生物量，然后粉碎、過篩，硫酸-雙氧水消煮，消煮液測定全氮、全磷和全鉀質量分數。其中，植株全氮采用蒸餾定氮法，全磷采用釩鉬黃比色法，全鉀采用火焰光度計法。同時，參考彭少兵等[24]的方法測定各項氮肥利用率參數：

氮素積累量=籽粒氮質量分數×籽粒產量+穎殼氮質量分數×穎殼干物質質量+莖葉氮質量質量×莖葉干物質質量

氮肥偏生產力=氮肥施用區產量/氮肥施用量

氮肥農學效率=(施氮區產量-不施氮區產量)/氮肥施用量

氮肥表觀利用率=(施氮區植株地上部氮素積累量-不施氮區植株地上部氮素積累量)/氮肥施用量×100%

氮肥貢獻率=(施氮區產量-不施氮區產量)/施氮區產量×100%

同時，每個試驗小區按照五點隨機取樣法采集0～20 cm耕層的土壤樣品，并混合為一個土壤樣品，風干、粉碎及過篩后，按照常規分析方法測定土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、pH和有機質等[25]。

1.5 統計分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0進行數據處理和統計分析，各處理平均值的多重比較采用LSD-test，顯著性水平設為0.05。

2 結果與分析

2.1 施用腐植酸尿素對小麥產量及其構成因素的影響

由表1可知，與T1處理(PK處理)相比，T2(普通尿素BB肥)、T3(腐植酸尿素Ⅰ型BB肥)、T4(腐植酸尿素Ⅱ型BB肥)處理的有效穗數、穗粒數、千粒質量、生物學產量、籽粒產量和收獲指數等各個指標均高于T1處理，除了收獲指數外，其他指標均達到顯著差異水平(P<0.05)，T2至T4處理的各產量指標較T1處理分別提高了6.51%～11.71%、7.94%～12.27%、7.94%～14.75%、15.44%～25.99%、23.79%～37.53%和4.76%～9.52%。說明施用氮肥能夠有效促進潮土冬小麥各個產量構成因素的形成，提高小麥產量。

與T2處理相比，T3和T4處理有效穗數、穗粒數、千粒質量、生物學產量、籽粒產量和收獲指數等均明顯提高，其中，有效穗數、千粒質量、籽粒產量等指標達到顯著差異水平(P<0.05)。與T2處理相比，T3處理的有效穗數、穗粒數、千粒質量、生物學產量、籽粒產量和收獲指數等指標分別提高4.71%、2.53%、3.61%、9.14%、11.08%和4.55%，而T4處理則分別提高4.89%、4.00%、6.31%、8.92%、11.10%和4.55%，T4處理的效果優于T3處理，但兩者之間無顯著差異。說明，腐植酸尿素與普通尿素相比能夠更好地改善潮土區冬小麥各個產量構成要素，提高小麥產量，腐植酸尿素Ⅱ型的效果略優于Ⅰ型，但2種腐植酸尿素的施用效果無顯著差異。

表1 施用腐植酸尿素和常規尿素下冬小麥產量及其構成因素Table 1 Effect of humic acid urea on grain yield and yield components of winter wheat

注：同列不同字母表示差異在5%顯著水平，下同；收獲指數=籽粒產量/生物學產量。

Note:Different lowercase letters in the same columns indicate significant difference at 5% levels，the same below;harvest index=grain yield/biomass.

2.2 施用腐植酸尿素對冬小麥氮素吸收和累積的影響

由表2結果可知，與T1處理相比，T2、T3和T4處理籽粒、莖葉和穎殼氮質量分數均顯著提高(P<0.05)，其籽粒、莖葉和穎殼氮質量分數較T1處理分別增加了138.46%～187.69%、108.33%～187.54%和84.85%～138.46%。說明使用氮肥能顯著增加潮土區冬小麥各部位的氮質量分數，促進小麥對氮素的吸收。與T2處理相比，T3、T4處理籽粒、莖葉和穎殼氮質量分數均明顯提高，除了莖葉之外，籽粒和穎殼氮質量分數均達到顯著差異水平(P<0.05)。其中，T3和T4處理籽粒氮質量分數較T2處理分別增加18.71%和20.64%。莖葉氮質量分數均增加44%，穎殼氮質量分數則分別增加了36.07%和34.43%。說明，腐植酸尿素的施用和普通尿素相比能夠提高潮土冬小麥各部位氮素質量分數，但2種腐植酸尿素的效果并無明顯差異。

如表2結果所示，與T1處理相比，T2、T3、T4處理的籽粒氮累積量、莖葉氮累積量、穎殼氮累積量和總吸氮量分別提高了193.28%～290.54%、45.44%～108.22%、147.12%～177.55%和156.20%～240.16%，且均達到顯著差異水平(P<0.05)，T3處理下各部位氮素累積量和總吸氮量均達到最大值。說明施用氮肥可以增加冬小麥植株各部位的氮累積量及植株總吸氮量。與T2處理相比，T3和T4處理均顯著(P<0.05)提高了籽粒、莖葉和穎殼氮累積量以及總吸氮量，但T3與T4處理之間并無顯著差異(P>0.05)。其中，T3處理的籽粒、莖葉和穎殼氮累積量以及總吸氮量較T2處理分別增加33.17%、43.17%、36.07%和32.77%，T4處理則分別增加了33.10%、41.28%、34.43%和32.40%。說明與普通尿素相比，施用腐植酸尿素能夠更好地促進潮土冬小麥各部位對氮素的累積，但2種腐植酸尿素的效果并無明顯差異。

表2 施用腐植酸尿素和常規尿素下冬小麥氮素質量分數和累積量Table 2 Effect of humic acid urea on nitrogen mass fraction and accumulation in winter wheat

2.3 施用腐植酸尿素對小麥磷素吸收和累積的影響

2.3.1 小麥磷素吸收 由表3結果可知，與T1處理相比，T2、T3和T4處理的籽粒、莖葉和穎殼磷質量分數均顯著高于T1處理(P<0.05)，籽粒、莖葉和穎殼磷質量分數較T1處理分別增加62.5%～91.67%、75%～137.5%和100%～125%。說明使用氮肥能顯著增加潮土區冬小麥各部位的磷素質量分數，促進小麥對磷素的吸收。

與T2處理相比，T3和T4處理的籽粒、莖葉和穎殼磷質量分數均有所提高，但僅有莖葉磷質量分數達到顯著差異水平(P<0.05)，且T3與T4處理之間無明顯差異。其中，T3和T4處理的莖葉磷質量分數較T2處理分別增加了35.71%和28.57%。說明腐植酸尿素的施用和普通尿素相比能夠提高潮土冬小麥莖葉磷質量分數，但2種腐植酸尿素的效果并無明顯差異。

2.3.2 小麥磷素累積量 由表3可知，與T1處理相比，T2、T3、T4處理籽粒、莖葉和穎殼磷累積量以及植株總吸磷量均顯著(P<0.05)增加，其籽粒、莖葉和穎殼磷累積量以及植株總吸磷量較T1處理分別提高了123.96%～201.13%、132.35%～226.78%、147.22%～209.72%和126.92%～208.20%。表明施用氮肥可以增加潮土冬小麥植株各部位磷累積量及植株總吸磷量，促進小麥對磷素的吸收。

與T2處理相比，T3和T4處理的籽粒磷累積量、莖葉磷累積量、穎殼磷累積量、總吸磷量均顯著增加(P<0.05)，但T3和T4處理之間卻無顯著差異(P>0.05)。其中，T3處理的籽粒、莖葉和穎殼磷累積量以及總吸磷量較T2處理分別增加了34.46%、40.64%、25.28%和35.82%，T4處理則分別提升了31.56%、33.31%、25.28%和31.82%。這些表明腐植酸尿素的施用和較普通BB肥相比，可以促進植株各部位對磷素的累積，提高植株總吸磷量，但2種腐植酸尿素的效果無明顯差異。

表3 施用腐植酸尿素和常規尿素下冬小麥磷質量分數和累積量Table 3 Effect of humic acid urea on phosphorus mass fraction and accumulation in winter wheat

2.4 施用腐植酸尿素對小麥鉀素吸收和累積的影響

2.4.1 小麥鉀素吸收 由表4可知，與T1處理相比，T2、T3和T4處理籽粒、莖葉和穎殼鉀質量分數均顯著提高(P<0.05)，籽粒、莖葉和穎殼鉀質量分數較T1處理分別增加了41.51%～54.72%、36.94%～58.56%和47.37%～76.32%。說明使用氮肥能顯著增加潮土區冬小麥各部位的鉀質量分數，促進小麥對鉀素的吸收。

與T2處理相比，T3和T4處理的籽粒、莖葉和穎殼鉀質量分數有所提高，但均未達到顯著差異(P>0.05)，T3和T4處理之間也無明顯差異。說明，與普通尿素BB肥相比，施用腐植酸尿素BB肥有提高冬小麥各部位鉀質量分數的趨勢，一定程度上有利于鉀素的吸收，但2種腐植酸尿素并無明顯差異。

2.4.2 小麥鉀素累積量 如表4所示，與T1處理相比，T2、T3和T4處理的籽粒、莖葉、穎殼鉀累積量以及植株總吸鉀量均顯著增加(P<0.05)，其籽粒、莖葉、穎殼鉀累積量以及植株總吸鉀量較T1處理分別增加了28.13%～55.64%、69.51%～118.06%、82.37%～142.43%和72.49%～119.07%。說明施用氮肥可以提高潮土冬小麥各部位鉀素累積量和總吸鉀量，促進冬小麥鉀素的吸收。

與T2處理相比，T3和T4處理的籽粒鉀累積量、莖葉鉀累積量、穎殼鉀累積量和總吸鉀量均顯著提高(P<0.05)，但T3和T4處理之間卻無顯著差異(P>0.05)。其中，T3處理的籽粒、莖葉和穎殼鉀累積量以及總吸磷量較T2處理分別增加了53.70%、27.88%、30.93%和25.89%，T4處理則分別提升了21.47%、28.64%、32.93%和27.06%。這些表明腐植酸尿素的施用和較普通BB肥相比，可以促進植株各部位對鉀素的累積，提高植株總吸鉀量，但2種腐植酸尿素的效果無明顯差異。

表4 施用腐植酸尿素和常規尿素下冬小麥鉀素質量分數和累積量Table 4 Effect of humic acid urea on potassium mass fraction and accumulation in winter wheat

2.5 施用腐植酸尿素對小麥氮肥利用率的影響

由表5可知，與T2處理相比，施用腐植酸尿素的T3、T4處理氮肥偏生產力、氮肥農學利用效率和氮肥利用率均顯著(P<0.05)提高，較T2處理分別提高了28.77%和28.68%、37.27%和36.80%、42.71%和48.90%，但T3和T4處理之間并無明顯差異。此外，T3和T4處理氮肥貢獻率較T2處理也有所增加，分別提高了28.53%和27.83%，但并未達到顯著差異水平(P>0.05)。說明腐植酸尿素的施用和普通BB肥相比，具有更高的氮肥利用效率，但2種腐植酸尿素無明顯差異。

表5 施用腐植酸尿素和常規尿素下冬小麥氮肥利用率Table 5 Effect of humic acid urea on nitrogen use efficiency of winter wheat

2.6 施用腐植酸尿素對土壤養分的影響

如表6所示，與T1處理相比，T2、T3和T4處理的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質質量分數均有所提高，增加幅度分別為24.61%～47.38%、2.09%～31.74%、1.45%～9.73%和2.16%～31.90%，且在T3和T4處理達到顯著差異水平(P<0.05)。然而，T3和T4處理的土壤pH卻較T1處理顯著下降(P<0.05)，降幅分別達10.24%和12.68%，但T3和T4處理之間并無顯著差異；T2處理的土壤pH與T1處理相比基本保持不變。說明，施用氮肥能夠提高潮土冬小麥土壤堿解氮、速效磷、速效鉀以及土壤有機質，降低土壤pH，尤其是施用腐植酸尿素表現尤其明顯。

與施用普通尿素BB肥(T2)相比，施用腐植酸尿素BB肥(T3和T4處理)能夠顯著(P<0.05)提高潮土冬小麥土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質質量分數(增幅分別為16.54%和18.27%、28.61%和29.05%、7.35%和8.16%、26.99%和29.11%)，卻顯著降低了土壤pH(降幅分別為10.36和12.79%)，但T3和T4處理之間并無明顯差異。說明與普通尿素相比，施用腐植酸尿素能夠提高土壤有機質質量分數，降低土壤酸堿度，增加土壤養分，但2種類型腐植酸尿素并無明顯差異。

表6 施用腐植酸尿素和常規尿素下土壤養分狀況Table 6 Effect of humic acid urea on soil nutrients

3 討 論

氮素是作物生長所必需的重要元素，其一般被認為是作物生長發育首要的養分限制因子，氮肥的施用是農業生產實踐中保證作物產量的重要措施。但是，近年來，農業生產中由于氮肥不合理施用也造成了一些負面影響，例如，氮肥施用量過高、氮肥利用效率低、氮肥環境流失嚴重等問題，對大氣、水和土壤環境均造成了不良影響[26-27]。如何提高作物氮肥利用效率和氮肥施用效益是擺在土壤與植物營養科學工作者面前的迫切任務。研發緩釋氮肥、控釋氮肥、包膜氮肥等新型氮肥品種，是提高氮肥利用率、提升作物施肥效應的重要途徑，已在多種作物上獲得良好的應用效果，成為農業肥料研發領域的重要發展方向[16,28]。腐植酸是一種富含羧基、酚羥基、羰基等活性官能基團，并具有一定物理、化學、生物活性的天然高分子物質，具有較強的離子交換能力和吸附能力，施用腐植酸可以提高作物產量，促進作物氮素吸收，并提高土壤中全氮和礦質氮的質量分數[29-30]。研究表明，腐植酸對氮肥具有良好的增效作用，向尿素中添加腐植酸既可提高尿素中氮的穩定性，提高氮肥利用率，又可促進作物根系生長，提高作物對氮素的吸收能力[31-32]。因此，生產中將腐植酸作為環保型肥料增效劑與尿素結合生產出的腐植酸尿素，將對作物增產、氮肥增效起到良好的效應。

在本試驗中，與普通尿素處理相比，施用2種腐植酸尿素均顯著提高冬小麥有效穗數、千粒質量等產量構成要素，顯著提高籽粒產量，較普通尿素處理籽粒產量提高11.08%～11.10%；顯著提高小麥各部位氮、磷、鉀質量分數和累積量，顯著提高氮肥偏生產力、農學利用效率和表觀利用效率，促進小麥植株對養分的吸收和利用，其中氮肥表觀利用率提高42.71%～48.90%。同時，顯著提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質質量分數，增加土壤養分，其中，土壤堿解氮和有機質質量分數分別提高16.54%～18.27%和26.99%～29.11%。本試驗結果與莊振東等[31]、李軍等[32]、孫克剛等[33]和翟勇等[34]在玉米、小麥和水稻等作物上的研究結果一致。但2種腐植酸尿素的效果并無明顯差異。說明在潮土冬小麥種植區域，在作物增產、促進養分吸收利用以及增加土壤養分等方面，施用腐植酸尿素的效果大大優于普通尿素，應該在該區域冬小麥生產過程中推廣應用。由于本試驗僅進行了一季、一種土壤類型上的田間試驗，在該新型肥料肥效評價方面存在一定的局限性，還需持續進行多年、多點的肥料效應觀測和驗證，為該肥料的大面積推廣應用提供一定技術依據。

4 結 論

開發新型肥料是農業生產中提高作物產量、提升氮肥利用效率的重要措施。在壤質潮土區域，與普通尿素相比，施用腐殖酸尿素能夠明顯增加冬小麥籽粒產量，提高小麥對氮素、磷素和鉀素的吸收和利用，提高作物氮肥利用效率，并能夠增加土壤有機質，提高土壤養分質量分數，促進土壤養分轉化。因此，腐植酸尿素是潮土區冬小麥生產中增加作物產量及提高氮肥利用效率的重要措施。