不同脲甲醛肥料與尿素配施對夏玉米生長及土壤氮素的影響

房娜娜 李敏 段文龍 盧宗云 丁芳 魏占波 王玲莉 石元亮

摘要?探究脲甲醛肥料與尿素配施對夏玉米生長及土壤氮素的影響，為制備夏玉米一次性施用的緩釋氮肥提供理論依據。以夏玉米品種“隆平206”為供試材料，在微區試驗條件下，設置3種不同工藝條件下合成的脲甲醛肥料（A、B、C）、常規施肥處理（U）、不施氮肥處理（PK）和不施肥處理（CK），研究不同脲甲醛肥料與尿素配施對夏玉米SPAD值、植株地上部吸氮量、產量、氮肥利用率、土壤無機氮含量的影響。結果表明，3種不同脲甲醛肥料均能有效提高玉米葉片SPAD值，脲甲醛肥料B效果最顯著。脲甲醛肥料較普通尿素顯著提高夏玉米產量和籽粒吸氮量，增產達5.7%～19.3%，籽粒吸氮量增加5.81%～20.15%，均以脲甲醛肥料B產量最高，脲甲醛肥料C次之，脲甲醛肥料A產量最低。脲甲醛肥料處理的氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率均高于常規尿素處理，分別增加2.98～9.62百分點、4.18～5.95?kg/kg和4.19～5.96?kg/kg，規律相似，以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，兩者無顯著差異。3種脲甲醛肥料配施尿素處理的土壤銨態氮在第30～50天顯著高于常規尿素處理，而土壤硝態氮在第10、30和50天顯著高于常規尿素處理。3種不同脲甲醛緩釋肥中，脲甲醛肥料B處理效果最好，可作為夏玉米專用緩釋肥。

關鍵詞?脲甲醛肥料;尿素;夏玉米;產量;氮肥利用率;氮肥偏生產力;氮肥農學效率;土壤無機氮

中圖分類號?S513文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2020）07-0166-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.047

Effects?of?Combined?Application?of?Urea?and?Ureaformaldehyde?Fertilizers?on?Summer?Maize?Growth?and?Soil?Nitrogen

FANG?Nana1，2，?LI?Min3，?DUAN?Wenlong1?et?al

（1.Institute?of?Applied?Ecology，Chinese?Academy?of?Sciences，Shenyang，Liaoning?100016;2.Shenyang?Agricultural?University，?Shenyang，Liaoning?100016;3.Soil?and?Fertilizer?Research?Institute，Anhui?Academy?of?Agricultural?Sciences，Hefei，Anhui?230031）

Abstract?The?effect?of?combined?application?of?ureaformaldehyde?on?the?growth?of?summer?maize?and?soil?nitrogen?was?explored.?It?could?provide?theoretical?basis?for?the?preparation?of?slowreleased?nitrogen?fertilizer?for?summer?maize.?The?summer?maize?variety?“Longping?206”?was?used?as?study?object，?under?the?condition?of?the?micro?area?test.?Treatments?consisted?of?synthesis?of?ureaformaldehyde?（A，?B，?C）?and?conventional?fertilization?treatment?（U），?no?nitrogen?（PK）?and?no?fertilizer?treatment?（CK）.?SPAD，N?uptake，?yield，?N?use?efficiency，?N?partial?nutrient?productivity，?N?agronomic?efficiency?and?soil?inorganic?nitrogen?content?were?investigated?in?this?study.?Three?different?kinds?of?ureaformaldehyde?fertilizers?could?effectively?increase?the?SPAD?value?of?maize?leaves，?and?specially?the?effect?of?urea?formaldehyde?fertilizer?B?was?more?significant.?Ureaformaldehyde?fertilizer?significantly?increased?the?yield?of?summer?maize?by?5.7%-19.3%，?compared?to?urea?treatment.?The?maize?yields?with?ureaformaldehyde?treatments?from?high?to?low?were?as?the?following：?ureaformaldehyde?fertilizer?B?>?C?>?A.?The?N?uptake?of?summer?maize?grains?treated?with?urea?formaldehyde?fertilizer?was?significantly?higher?than?that?of?conventional?urea?treatment?with?an?increase?of?5.81%-20.15?%.?The?N?uptake?of?summer?maize?grains?with?ureaformaldehyde?treatments?from?high?to?low?were?as?the?following：?ureaformaldehyde?fertilizer?B>C>A.?The?N?use?efficiency，?N?partial?nutrient?productivity?and?N?agronomic?efficiency?of?ureaformaldehyde?fertilizer?were?all?higher?than?those?of?conventional?urea?treatment.?The?N?use?efficiency，?N?partial?nutrient?productivity?and?N?agronomic?efficiency?of?ureaformaldehyde?fertilizers?from?high?to?low?were?as?the?following：?ureaformaldehyde?fertilizer?B>C>A.?There?was?no?significant?difference?between?B?and?C?treatments.?The?N?use?efficiency，?N?partial?nutrient?productivity?and?N?agronomic?efficiency?of?ureaformaldehyde?fertilizer??increased?by?2.89-9.62?percentage?points，?4.18-5.95?kg/kg?and?4.19-5.96?kg/kg，?respectively，?compared?with?conventional?urea?treatment.?Ureaformaldehyde?fertilizer?had?a?certain?effect?on?soil?inorganic?nitrogen.?Especially?in?the?30th?to?50th?days，?the?soil?ammonium?nitrogen?with?combined?application?of?ureaformaldehyde?fertilizers?and?urea?treatments?was?significantly?higher?than?that?of?conventional?urea?treatment.?Soil?nitrate?nitrogen?with?combined?application?of?ureaformaldehyde?fertilizers?and?urea?treatments?was?significantly?higher?than?conventional?urea?treatment?on?days?10，?30?and?50.?Among?the?three?kinds?of?ureaformaldehyde?slowrelease?fertilizers，?the?ureaformaldehyde?fertilizer?B?treatment?has?obtained?relatively?the?best?results，?which?can?be?used?as?a?special?slowrelease?fertilizer?for?summer?maize.

Key?words?Ureaformaldehyde;Urea;Summer?maize;Yield;N?use?efficiency;N?partial?nutrient?productivity;N?agronomic?efficiencic;Soil?inorganic?nitrogen

基金項目?國家重點研發計劃項目“新型穩定性復混肥料研制與產業化”（2017YFD0200708）;中國科學院戰略性先導科技專項（A類）“鹽堿地穩定性專用肥料的研制與應用”（XDA13020601）。

作者簡介?房娜娜（1982—），女，遼寧沈陽人，助理研究員，在讀博士，從事新型肥料研制與推廣研究。通信作者，研究員，博士，博士生導師，從事新型肥料研制研究。

收稿日期?2019-10-10

肥料在糧食生產中貢獻率占50%[1]。玉米是我國主要糧食作物，也是重要的飼料和工業原料，在國民經濟發展中占有重要的地位，其播種范圍較廣，其中我國夏玉米種植區域（集中分布在黃淮海夏播玉米區）的播種面積和總產量分別占全國玉米生產比例的34.7%和36.8%[2]。研究表明，夏玉米生育期短，耗肥量大，施用氮肥是提高其單產水平的重要措施[3]。由于速效氮肥的肥效期短，氮肥利用率只有35%，易隨水淋失，在造成環境污染的同時也造成浪費[4-6]。因此常規施肥通常采用氮肥基施+追施的模式。然而，近年來隨著我國城鎮化速度的加快，尤其中部地區人多地少，大量農村勞動力轉移就業，玉米追肥模式不再適應我國目前的農業現狀，需要施用緩控釋肥料以簡化玉米施肥步驟。

脲醛肥料（UF）是一種化學合成的緩釋肥，脲甲醛是尿素與甲醛在一定條件下，經過羥基化加成反應和亞甲基化縮合反應2步反應制得[7]，又稱脲甲醛樹脂（UF），是最早商品化生產的緩釋氮肥。根據尿素與甲醛的摩爾比不同，可以制成不同縮合度（釋放期）的脲醛肥料。與普通氮肥相比，由于脲甲醛肥料含有少量游離尿素、冷水不溶氮和熱水不溶氮，具有速效和緩釋相濟的功能，可滿足作物不同時期的生長需求[8]，對環境污染少。脲甲醛肥料由于肥料利用率高，可增加作物產量，節約人力等成本，做到一次性施肥或者減少1～2次追肥，簡化農業生產程序，農民增收。?目前，世界緩釋肥料的消耗總量約為65萬t/a，其中脲甲醛肥料為?22.5?萬t/a，約占其消費總量的35%。美國是脲甲醛肥料的最大消費國，其次是日本和歐洲。國外關于脲甲醛肥料的應用主要是蔬菜和樹木，尤其是早期蔬菜的應用較多[9]。脲醛肥料在我國的應用較少，由于生產成本高、產量低、生產工藝不成熟等原因，限制了其在我國的大規模推廣。筆者根據脲醛緩釋肥的特點與優勢，探究在大田作物尤其玉米上如何與常規氮肥配合施用，做到一次性施肥，提高利用率，簡化施肥程序，進而使作物增產、農民增收、減少面源污染，以期為脲甲醛肥料在我國大范圍推廣應用提供數據支撐和理論依據。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況

試驗于2017年6—9月在安徽省舒城縣國家農業科技創新與集成示范基地（31.47°E、116.93°N）進行。該地屬亞熱帶溫潤性季風氣候區，年平均氣溫15.6?℃，年平均降雨量約1?100?mm。供試土壤類型為水稻土，全氮1.21?g/kg，有機質18.60?g/kg，堿解氮92.36?mg/kg，有效磷8.85?mg/kg，速效鉀185.25?mg/kg，pH?5.89。

1.2?試驗設計?前茬作物為油菜。供試玉米品種為“隆平206”，密度70?050?株/hm2。

供試肥料為常規尿素（N?46%）、過磷酸鈣（P2O5?12%）、氯化鉀（K2O?60%）、脲甲醛肥料A（含N?38.05%）、脲甲醛肥料B（含N?42.30%）、脲甲醛肥料C（含N?43.80%），其中脲甲醛肥料A、B和C由沈陽中科新型肥料有限公司提供。

試驗共設6個處理：①不施肥CK;②不施氮肥PK;③常規尿素U;④脲甲醛肥料A;⑤脲甲醛肥料?B;⑥脲甲醛肥料?C。小區面積2?m×3?m=6?m2，3次重復，隨機排列。施肥量?N?240?kg/hm2，P2O5?90?kg/hm2，K2O?120?kg/hm2。處理③常規尿素按基肥∶大喇叭口追肥6∶4的比例分次施用，處理④～⑥脲甲醛肥料與常規尿素（純氮）配施比例為1∶1，一次性基肥施用。磷鉀各處理等量一次性基肥施用。玉米于6月19日施基肥點播，7月30日追施尿素，9月28日收獲采收（表1）。

1.3?樣品采集與分析方法

各小區分別于玉米種植的第0、5、10、30、50、70、90天S形布點采集0～20?cm?土壤5點，混為一個樣品，測定土壤中的銨態氮和硝態氮，土壤銨態氮采用靛酚藍比色法測定，土壤硝態氮采用紫外分光光度法測定。在玉米關鍵生育期中（拔節期、大喇叭口期和抽穗期）測定玉米SPAD值，使用手持葉綠素儀（SPAD-502）測定玉米最上部全展開葉（抽穗后為穗位葉）的SPAD值，每小區測定10片葉，測定部位為葉片中部無葉脈處，收獲期各小區單打單收，測定玉米實產。各小區采集玉米3株進行室內考種，測定植株氮素吸收量，并根據公式（1）～（3）計算氮肥利用率、氮肥農學效率、氮肥偏生產力。

氮肥利用率（nitrogen?use?efficiency）=（施氮肥區植株地上部氮素積累量-不施氮肥區植株地上部氮素積累量）/施氮肥量×100%（1）

氮肥偏生產力（N?partial?nutrient?productivity，kg/kg）=施氮肥區產量/施純氮肥量（2）

氮肥農學效率（N?agronomic?efficiency，kg/kg）=（施氮肥區產量-不施氮肥區產量）/施純氮肥量（3）

1.4?統計方法?采用Microsoft?Excel?2007和SPSS?16.0軟件進行數據處理和統計分析，Origin?8.5?作圖。

2?結果與分析

2.1?不同脲甲醛肥料處理對夏玉米SPAD值的影響

SPAD值能夠反映作物葉片氮素含量。不同脲甲醛肥料處理的夏玉米關鍵生育期SPAD值存在很大差異，施氮能顯著提高玉米葉片SPAD值（表2）。拔節期各施氮處理以脲甲醛肥料B最高，但各處理間無顯著差異。隨著夏玉米生育進程的延長，大喇叭口期玉米葉片SPAD值以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，兩者顯著高于其他施氮處理。脲甲醛肥料A略高于普通氮肥，但無顯著差異。抽穗期以脲甲醛肥料B最高，顯著高于其他施氮處理。以上結果說明脲甲醛肥料B更能有效提高玉米生育中后期功能葉片SPAD值，促進氮素吸收。

2.2?不同脲甲醛肥料處理對夏玉米產量及產量構成的影響

施肥和施氮顯著提高玉米產量，各施肥處理存在顯著差異（表3）。脲甲醛肥料較普通尿素顯著提高玉米產量，增產達5.7%～19.3%，以脲甲醛肥料B產量最高，脲甲醛肥料C次之，脲甲醛肥料A產量最低。株高PK處理最高，施氮處理均一定程度降低玉米株高，脲甲醛肥料C降幅最大。穗長、穗行數和穗周長以脲甲醛肥料B最高，行粒數以脲甲醛肥料C最高，但各施氮處理無顯著差異。施氮能夠降低玉米禿尖長度，禿尖長以脲甲醛肥料C最低。施氮能夠增加玉米百粒重，脲甲醛肥料均高于普通氮肥，以脲甲醛肥料B最高，顯著高于普通尿素。說明脲甲醛肥料施用能顯著提高夏玉米產量，以脲甲醛肥料B施用效果最佳，增產原因可能在于顯著提高玉米百粒重。研究證明，與對照相比，施用脲醛型緩釋肥玉米產量提高9.75%，收益增加13.20%;不設追肥且底肥用量減少16.67%的情況下，施用高分子型緩釋肥仍能保障玉米的正常產量，平均增產4.08%，收益增加6.72%。另外，施用緩釋肥料還提高了玉米的穗長、穗粗、穗粒數及百粒重[10]。脲甲醛緩釋肥作玉米一次性專用肥增產效果顯著，UFA、UFB、UFC肥料處理較常規施肥（CF）2年平均增產6.53%、7.63%和?4.98%[11]。

2.3?不同脲甲醛肥料處理對夏玉米吸氮量、氮肥利用率的影響

由圖1和表4可知，施氮顯著提高玉米籽粒、秸稈和總吸氮量，脲甲醛肥料處理不同程度地高于普通氮肥。脲甲醛肥料處理的夏玉米籽粒吸氮量顯著高于常規尿素，以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，脲甲醛肥料A最低，較常規尿素增加5.81%～20.15%。脲甲醛肥料處理的秸稈吸氮量高于常規尿素，以脲甲醛肥料C最高，脲甲醛肥料B次之，脲甲醛肥料A最低，施氮處理間無顯著差異，脲甲醛肥料較常規尿素吸氮量增加4.87%～10.15%。脲甲醛肥料處理的地上部總吸氮量顯著高于常規尿素，以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，脲甲醛肥料A最低，脲甲醛肥料較常規尿素增加4.61%～14.96%。脲甲醛肥料處理的氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率均高于常規尿素處理，規律相似，以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，兩者無顯著差異，氮肥利用率、氮肥偏生產力和氮肥農學效率脲甲醛肥料B較常規尿素增加9.62百分點、5.95和5.96?kg/kg，脲甲醛肥料C較常規尿素增加6.85百分點、1.75和1.75?kg/kg;常規尿素略低于脲甲醛肥料A，脲甲醛肥料A較常規尿素增加2.98百分點、4.18和4.19?kg/kg，兩者無顯著差異。該試驗結果表明，玉米種植上施用脲甲醛肥料B配施常規尿素提高氮肥利用率效果最佳，原因可能在于脲甲醛肥料B在玉米生育中后期能保持土壤較高的硝態氮和銨態氮含量，為玉米生長提供氮素營養。研究證明，不同組分脲醛緩釋肥與常規施肥相比，苗期耕層土壤無機氮含量較高，穗粒數增加顯著，地上部氮素積累量增加，玉米產量和氮素利用率分別增加?4.98%～7.63%、0.91%～14.72%，氮農學效率增加?2.27?～4.82?kg/kg[12]。

2.4?不同脲甲醛肥料處理對土壤無機氮含量的影響

夏玉米種植后不同施肥處理土壤無機氮含量變化見圖2。由圖2可知，各處理間土壤銨態氮和硝態氮含量存在顯著差異。在0?d（施肥當天）各處理間土壤銨態氮和硝態氮含量無差異。玉米種植5?d施氮處理土壤銨態氮和硝態氮含量較不施氮和不施肥處理迅速增加，各施氮處理間差異不顯著。施肥10?d各施氮處理間變化較大，脲甲醛肥料處理的土壤銨態氮和硝態氮含量均高于常規尿素處理，脲甲醛肥料處理間的土壤銨態氮含量無顯著變化，而脲甲醛肥料處理的土壤硝態氮含量以B肥料含量最高。施肥30?d脲甲醛肥料處理的土壤無機氮含量均有峰值出現，以脲甲醛肥料B處理最高，其次為脲甲醛肥料C，脲甲醛肥料A最次。常規尿素處理的土壤無機氮較脲甲醛肥料下降。50?d常規尿素土壤硝態氮和銨態氮含量有一定程度的上升，但仍低于脲甲醛肥料，脲甲醛肥料處理的土壤銨態氮含量表現為C>B>A，土壤硝態氮含量表現為B>C>A。70?d土壤銨態氮含量表現為B>C≈A≈U，土壤硝態氮含量表現為B>C>A≈U。90?d各施氮處理間的土壤銨態氮和土壤硝態氮基本無差異。這是由于脲甲醛肥料是尿素與甲醛的一系列縮合物，由6種尿素與甲醛直鏈的縮合物混合物，較低的分子聚合物都是無分支鏈的分子，如MDU、DMTU等[13]。而這些短鏈的甲基尿素能被甲基尿素降解酶（MDUase）水解成銨態氮、尿素、甲醛和二氧化碳[14]，因此脲甲醛肥料施入土壤中能夠顯著提高土壤中的銨態氮，進而產生更多的硝態氮。

3?結論

玉米產量、吸氮量、氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率的各項指標顯示，脲甲醛肥料與尿素搭配一次性施肥均優于普通尿素基施加一次追肥的模式。

脲甲醛肥料配施尿素一次性施肥對土壤無機氮有一定的提高作用，可以滿足玉米生長季對土壤無機氮的需求。

夏玉米上脲甲醛肥料配施尿素增效明顯，可以做到一次性施肥，節能省工。該試驗條件下，施用效果為脲甲醛肥料B>脲甲醛肥料C>脲甲醛肥料A>普通尿素。

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