新型尿素對冬小麥產量及氮素吸收利用的影響

尹煥麗， 岳艷軍， 常鳳， 王海標， 苗玉紅， 王宜倫*

(1.河南農業大學資源與環境學院，鄭州450002；2.河南心連心化學工業集團股份有限公司，河南 新鄉453000)

氮被稱為“生命元素”，是冬小麥必需的大量營養元素，也是蛋白質主要成分，化學氮肥則是作物氮素的主要來源[1]。當前，我國主要糧食作物氮肥利用率明顯低于國際水平[2]。過量氮施用、氮肥損失造成的環境問題越來越受到關注[3-4]。尿素是我國主要氮肥種類，對提高作物產量發揮了巨大作用，但尿素的氮素釋放快、損失較大。新型尿素是尿素生產過程中添加某些增效劑或微量元素，以延緩養分釋放、增加產量、提高氮肥利用率[5-6]。已有研究表明，控失尿素能夠改善小麥旗葉性狀，提高氮素積累[7]；海藻酸尿素對玉米籽粒吸氮量和穗粒數有促進作用[8]；施用聚能網尿素能夠提高地上部養分積累量，促進養分吸收，增加產量[9]；而錳作為影響蛋白質、碳水化合物合成的元素，施用含錳尿素能夠提高小麥錳含量，促進小麥對氮的吸收，提高產量[10-11]。與普通尿素相比，新型尿素能夠減少潮褐土中氨揮發的損失量，提高肥料利用率[12]。新型尿素能夠提高河北省褐土栽植的小麥產量和氮肥利用率[13]。然而，這些研究多針對某一新型尿素及其機理展開研究，對于豫北潮土區以冬小麥光合生理、氮素吸收利用為基礎，綜合研究幾種不同新型尿素的效應，鮮見報道。本研究對控失尿素、聚能網尿素、海藻酸尿素及含錳尿素對冬小麥氮素吸收利用及產量影響進行了研究，旨在明確新型尿素效果及推廣應用價值，為冬小麥的氮肥科學施用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2016年10月至2017年6月于河南省新鄉市原陽縣河南農業大學原陽科教園區(E 113°43’，N 35°10’)進行。試驗地地處豫北平原，溫帶大陸性氣候，年平均氣溫14.5 ℃，年均降水量573.5 mm，無霜期220 d，全年日照時間約 2 400 h。 供試土壤為砂質潮土，pH 7.87，有機質14.95 g·kg-1，堿解氮79.80 mg·kg-1，有效磷25.25 mg·kg-1，速效鉀93.88 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗共設8個處理：普通尿素(N 46.4%，Urea)、控失尿素(N 43.2%，控失期約為180 d，LC-Urea)、聚能網尿素(N 46.4%，N-Urea)、海藻酸尿素(N 46.0%，H-Urea)、含錳尿素(N 43.2%，Mn 2.3%，Mn-Urea)、控失尿素一次施肥(N 43.2%，LC-Urea-1)、普通尿素+等量錳(N 46.4%+ 14.86 kg·hm-2MnSO4·H2O，Urea+Mn)、不施氮肥(CK)。

小麥品種為‘設農999’，于2016年10月16日播種，播量為225 kg·hm-2，小區面積36 m2，3次重復，隨機區組排列。試驗氮磷鉀(N-P2O5-K2O)施肥量分別為210、90和75 kg·hm-2，磷鉀肥均一次性基施，其中氮肥除控失尿素為一次性基施外，其余氮肥均為50%基施、50%拔節期追施。

1.3 測定項目與方法

1.3.1基礎土樣采集與分析 小麥播種前采集0～20 cm混合土壤樣品，風干磨細過篩后測定土壤基礎理化性質。堿解擴散法[14]測定土壤堿解氮，0.5 mol·L-1NaHCO3浸提—鉬藍比色法[14]測定土壤有效磷，NH4OAc 浸提—火焰光度法[14]測定土壤速效鉀，重鉻酸鉀容量法[14]測定土壤有機質。

1.3.2植株樣品采集與指標分析 分別于小麥越冬期(2017年1月18日)、拔節期(2017年3月11日)、孕穗期(2017年4月12日)、灌漿期(2017年5月5日)及成熟期(2017年6月1號)，各小區選取代表性小麥30株，用SPAD-502型葉綠素儀(日本Minolta公司)測定主莖第一片完全展開葉SPAD值，并每個小區采2個0.2 m雙行小麥樣品，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘至恒重，粉碎后H2O2-H2SO4消煮[14]再用AA3流動分析儀(德國SEAL)測定冬小麥植株和籽粒的氮素含量。氮肥效率公式如下。

氮肥貢獻率(nitrogen contribution rate，NCR)=(施氮區產量-不施氮區產量)/施氮區產量×100%

氮肥偏生產力(partial factor productivity of nitrogen，PFP-N)=施氮區產量/施氮量

氮肥利用率(nitrogen use efficiency，NUE)=(施氮區養分積累量-不施氮區養分積累量)/施氮量×100%

氮肥農學效率(nitrogen agronomic efficiency，NAE)=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/施氮量

灌漿期每小區取代表性小麥旗葉10片，采用活體法[15]測定葉片硝酸還原酶活性，用Multiskan GO型酶標儀(美國Thermo)比色。

在冬小麥孕穗期和灌漿期，于晴朗天氣上午9:00—11:00利用Li-6400便攜式光合儀(美國LI-COR公司)，測定內置光源光強1 100 μmol·m-2·s-1下冬小麥旗葉凈光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、蒸騰速率(transpiration rate，Tr)和氣孔導度(stomatal conductance，Gs)。

1.3.3測產與考種 小麥成熟期每小區取2個1 m2調查并測定其穗數及穗粒數，并脫粒測定千粒重，收獲小區1/2小麥測定實際產量。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據輸入和前期處理，SPSS 21.0進行方差分析和顯著性檢驗(LSD法)，Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理各生育期葉片SPAD值

由圖1可知，越冬期小麥葉片SPAD值以Mn-Urea處理最高，其次為LC-Urea處理，兩者間差異不顯著。拔節期以LC-Urea-1處理最高，LC-Urea處理次之，兩者較Urea處理分別顯著增加15.06%和15.00%。而孕穗期葉片SPAD較拔節期有所下降，LC-Urea處理浮動最大，較拔節期降低10.51%，LC-Urea-1處理葉片SPAD值最高，且較LC-Urea顯著高6.21%。灌漿期葉片SPAD值為整個生育期最高，其中H-Urea處理最高，LC-Urea處理次之，但差異不顯著，施氮處理較CK顯著增加3.87%～8.58%。新型氮肥能夠提高冬小麥葉片SPAD值，增加葉片相對葉綠素含量，總體LC-Urea處理效果最好，H-Urea處理次之。

2.2 不同處理各生育期的葉片光合特性

不同處理下冬小麥孕穗期和灌漿期的光合特性結果(表1)顯示，孕穗期各處理間的凈光合速率沒有顯著差異，而灌漿期則為LC-Urea處理最高，H-Urea處理次之，均顯著高于Urea處理，LC-Urea處理較Urea處理顯著提高33.04%。孕穗期和灌漿期，氣孔導度均以LC-Urea處理最高，并顯著高于CK。孕穗期各氮肥處理間氣孔導度差異不顯著，而灌漿期LC-Urea、H-Urea和LC-Urea-1處理顯著高于CK和Urea處理，且LC-Urea處理較CK和Urea處理分別顯著提高38.10%和26.09%。孕穗期，LC-Urea處理下冬小麥蒸騰速率較N-Urea、Mn-Urea、Urea+Mn處理分別顯著增加22.56%、27.22和34.00%，H-Urea處理較Mn-Urea和Urea+Mn處理顯著增加19.62%和26.00%。表明新型尿素能夠提高凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，促進冬小麥光合作用和對養分的吸收，提高冬小麥對養分的積累，其中LC-Urea處理的效果最為明顯。

表1 不同處理對不同生育期小麥光合特性的影響Table 1 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of winter wheat of different growth stages

2.3 不同處理的小麥硝酸還原酶活性

硝酸還原酶是氮代謝中的重要酶，對提高氮效率具有重要作用。由圖2可知，新型尿素處理中H-Urea處理的硝酸還原酶活性最高，顯著高于N-Urea和Mn-Urea處理，其次是LC-Urea和LC-Urea-1處理，但差異不顯著，3個處理分別較Urea處理增加6.84%、2.73%和2.58%。表明海藻酸尿素能夠顯著提高灌漿期冬小麥葉片硝酸還原酶活性，從而有利于氮代謝。

2.4 不同處理各生育期植株氮積累量

由圖3可知，新型尿素能夠提高小麥對氮素的吸收利用。拔節期，LC-Urea-1處理的氮素積累最大，其次為LC-Urea和H-Urea處理，LC-Urea-1處理較除LC-Urea處理外其他處理均顯著提高，提高幅度為18.20%～54.03%。孕穗期，LC-Urea處理的氮積累量較其他處理顯著增高15.15%～37.50%，且除N-Urea處理外其他新型尿素處理均較Urea處理顯著增加，增加幅度為23.25%～60.00%。灌漿期，氮積累量趨勢表現為LC-Urea>LC-Urea-1>H-Urea>Mn-Urea>Urea>N-Urea>Urea+Mn，前4個處理較Urea處理增加5.66%～19.10%。成熟期，LC-Urea處理的氮積累量最高，其次是LC-Urea-1和H-Urea處理，3個處理分別較Urea處理分別增加14.49%、14.39%和12.36%。越冬期、拔節期和成熟期的Mn-Urea與Urea+Mn處理均無顯著差異，表明這些時期新型尿素與施用尿素和單質元素相比效果不明顯。所有新型尿素中，LC-Urea與H-Urea能夠有效提高小麥對氮素的吸收與積累。

2.5 不同處理下冬小麥的氮肥效率

由表2可以看出，氮肥貢獻率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率均以LC-Urea處理最高，LC-Urea-1和H-Urea處理其次，但差異不顯著。LC-Urea和H-Urea處理的氮肥貢獻率分別顯著高于Urea處理1.23%和9.15%，氮肥偏生產力較Urea處理分別顯著提高6.41和5.02 kg·kg-1，氮肥農學效率分別顯著增加6.40和5.01 kg·kg-1。氮肥利用率以LC-Urea處理最高，其次是LC-Urea-1處理，分別較Urea處理顯著增加15.56%和15.45%。

表2 不同處理對冬小麥氮肥效率的影響Table 2 Effects of different treatments on nitrogen use efficiency of winter wheat

2.6 不同處理對冬小麥產量與產量構成因子的影響

不同處理的冬小麥產量及產量構成因子結果(表3)可知，LC-Urea處理產量最高，H-Urea處理次之，前者高達9 037 kg·hm-2，較Urea處理顯著提高14.49%，LC-Urea、H-Urea和LC-Urea-1處理的產量均顯著高于普通尿素。并且LC-Urea處理的穗數最高，較其他處理顯著增加9.66%～34.40%，H-Urea處理的穗數次之，較Urea處理顯著增加15.96%。表明控釋尿素能顯著增加小麥有效穗數并提高產量，效果最好，其次為海藻酸尿素。

表3 不同處理的冬小麥產量及產量構成Table 3 Grain yield and its components of winter wheat in different treatmens

3 討論

提高作物產量和肥料利用率是科學施肥的核心目標。本研究發現，相比于普通尿素，控失尿素可以顯著提高冬小麥的氮肥貢獻率、氮肥偏生產力和氮肥農學效率。海藻酸尿素可有效提高冬小麥產量、改善肥料利用效率。已有研究者在玉米、甜瓜、水稻和番茄等作物上研究表明，施用控失和海藻酸等新型尿素可有效提高作物成熟期產量[16-19]，與本研究結果一致。控失尿素可有效降低氮肥損失，提高氮肥利用率，繼而增強作物對氮素的吸收利用能力[20]。此外，控失尿素能延緩氮素釋放，使冬小麥生育期內氮素持續供應，滿足冬小麥生長氮素需求，促進氮素吸收利用、改善光合生理特性，進而實現增產增效[21]。可能因為海藻酸尿素含海藻多糖、高度不飽和脂肪酸等生物活性物質，能夠促進根系生長，提高對養分的吸收利用，促進冬小麥生長發育，從而達到增產效果[22-23]。

研究表明，小麥籽粒灌漿物質主要來自光合作用，而葉綠素含量影響葉片對光能的吸收利用[24]。本研究顯示，控失尿素和海藻酸尿素能夠提高冬小麥葉片SPAD值。生育期間，拔節期與孕穗期間控失尿素處理冬小麥葉片SPAD值顯著降低，且與其他處理的SPAD值差異不顯著，可能是由于拔節期冬小麥生長迅速，新陳代謝快，因此測定結果可能有所降低。馬洪波等[25]對控失尿素和含鋅錳尿素在冬小麥上的應用效果表明，控失尿素也能夠提高苗期冬小麥葉片葉綠素含量，與本研究相似。本研究結果表明，控失尿素和海藻酸尿素均顯著提高灌漿期冬小麥的氣孔導度和蒸騰速率，顯著提高凈光合速率，促進光合作用。充足的氮素能夠促進小麥光合作用，控失尿素使冬小麥各生育期氮供應充足，海藻酸尿素能夠促進作物均衡吸收養分，兩者在灌漿期仍能滿足冬小麥生長需求，從而提高其光合生理特性[26-27]。本研究中，與普通尿素相比，聚能網尿素處理的小麥氮素積累量和氮肥利用率差異不顯著，未能顯著影響其氮素吸收利用和產量。聚能網尿素所含的高分子物質隨著肥料的溶解，能夠吸附大量的養分，形成一個養分庫[28]，但其效果不明顯，可能是其吸附能力使土壤中養分分布不均勻，養分供應無法滿足小麥整個生育期的養分需求，而養分濃度過高也可能影響冬小麥根系對養分的吸收利用。