脲醛緩釋肥料棒對橡膠苗生長和養(yǎng)分吸收的影響

劉海林，楊 凱，楊紅竹，林清火，羅 微，茶正早

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部橡膠樹生物學與遺傳資源利用重點實驗室/中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究中心，海南 海口 571101)

【研究意義】我國橡膠樹種植于熱帶及南亞熱帶地區(qū)，主要集中分布在海南、云南、廣東等地。熱帶地區(qū)由于溫度高、降雨量大，其N2O排放系數(shù)很大[1]，而且橡膠樹施肥時期正好處于高溫多雨季節(jié)，在多雨時期化肥也更易淋溶損失。緩/控釋肥料是重要的新型肥料產(chǎn)品之一，它被認為是21世紀肥料產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向[2]，具有提高養(yǎng)分利用率，減少養(yǎng)分流失，減輕施肥對環(huán)境造成的污染等優(yōu)勢[3-4]。有研究表明施用包膜控釋肥料能夠降低肥料用量，減少肥料淋溶損失[5]，然而由于包膜控釋肥料價格高，在橡膠樹等經(jīng)濟林木生產(chǎn)中難以大面積推廣應用。因此，研究高效、經(jīng)濟、環(huán)保且適合經(jīng)濟林特點的緩/控釋肥料對于經(jīng)濟林產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展十分必要。【前人研究進展】針對經(jīng)濟林需肥量大、養(yǎng)分易淋溶損失、施肥費時費工等問題，有研究人員開展了緩釋肥料棒[6-8]、袋控釋肥料[9-11]、大顆粒緩控釋肥料[12-13]、球型包膜控釋肥[14]、肥料塊[15-16]等大顆粒緩/控釋肥料研究，這些對緩/控釋肥料研制及其在經(jīng)濟林上應用具有重要參考價值。其中，緩釋肥料棒是利用擠壓成型工藝制備而成，生產(chǎn)工藝簡單，成本低，并且可根據(jù)養(yǎng)分需求規(guī)律調整配方，調節(jié)肥料質量，便于定位、定量施肥，其在經(jīng)濟林上將具有很好應用前景。劉海林等研究表明增加粘結劑用量能夠增強緩釋肥料棒的緩釋效果[6]。蔡雋等研究了粘結劑對液壓機械擠壓成型的肥料棒抗壓性能及養(yǎng)分緩釋特性的影響，發(fā)現(xiàn)肥料棒的抗壓強度隨著粘結劑用量增加呈上升趨勢，肥料棒養(yǎng)分累積淋出率則隨粘結劑用量增加而逐漸減少[7]。而為了進一步提升緩釋肥料棒的性能，林清火等將脲甲醛作為緩釋氮源加入緩釋肥料棒中制備成脲醛緩釋肥料棒，分析了脲甲醛用量對脲醛緩釋肥料棒的密度、壓縮比、抗壓強度以及氮素緩釋特性的影響，研究表明添加脲甲醛能顯著增強緩釋肥料棒的緩釋效果，減少氮素淋失[8]。【本研究切入點】已有研究表明緩釋肥料棒可減緩養(yǎng)分釋放速率，尤其是脲醛緩釋肥料棒的養(yǎng)分緩釋作用更為顯著，但并未對脲醛緩釋肥料棒在橡膠樹上的應用效果進行評價，而確定脲醛緩釋肥料棒中適宜的脲甲醛用量對于其在橡膠栽培中科學合理施用十分重要。【擬解決的關鍵問題】制備不同脲甲醛氮比例的脲醛緩釋肥料棒開展橡膠苗盆栽試驗，探明脲醛緩釋肥料棒對橡膠苗生長和養(yǎng)分吸收的影響，為脲醛緩釋肥料棒在橡膠樹上應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

脲醛緩釋肥料棒制備：將脲甲醛(氮含量37.6%，活性指數(shù)54.87%)、尿素、磷酸一銨、氯化鉀、聚丙烯酰胺、膨潤土分別計量后加入混合并攪拌均勻，利用肥料成型機擠壓制成型。試驗制備了5種不同脲甲醛用量的緩釋肥料棒，其脲甲醛用量為脲醛氮占緩釋肥料棒總氮的0%、25%、50%、75%，分別用UFR0、UFR25、UFR50、UFR75表示，所有處理緩釋肥料棒的N-P2O5-K2O均為16-6-8，質量均為50 g/顆。常規(guī)肥料(T)是以尿素、磷酸一銨、氯化鉀、聚丙烯酰胺、膨潤土為原料按照與肥料棒等養(yǎng)分量摻混而成。

供試土壤采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所土壤肥料試驗基地，片麻巖發(fā)育磚紅壤，其基本理化性質為：pH 4.63、有機質7.33 g/kg、全氮0.38 g/kg、速效磷6.53 mg/kg、速效鉀37.89 mg/kg。供試橡膠苗為2蓬葉的熱研7-33-97(橡膠品種名稱)組培苗。

1.2 試驗設計

橡膠苗盆栽試驗于2017年3月至2018年1月中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所土壤肥料試驗基地溫室大棚進行。試驗設置了不施肥處理(CK)、常規(guī)肥料處理(T)、脲醛緩釋肥料棒處理(UFR0、UFR25、UFR50、UFR75)，共設計6個處理，每個處理種植20盆橡膠苗。

將供試橡膠苗移栽入裝有15 kg的供試土壤與2 kg洗凈河沙混勻的桶中，每桶種植1株橡膠苗，緩苗1個月后施肥。施肥時，脲醛緩釋肥料棒處理為在距離橡膠苗莖10 cm處施肥后覆土，施肥深度為10 cm，每盆施肥次數(shù)為1次，每次施入1顆脲醛緩釋肥料棒。常規(guī)肥料中的尿素分為兩次施入，第一次施入全量的50%，1個月后施入剩下的另一半尿素，而其余原料則一次性施入。定期澆水并記錄管理盆栽橡膠苗病蟲害及用藥情況。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 樣品采集與分析方法 試驗結束后測定橡膠苗株高(橡膠苗地上莖長度)和莖粗(用游標卡尺測定橡膠苗底部莖變色處上部1 mm處莖粗)，并對橡膠苗進行破壞性采樣，將橡膠苗沖洗干凈后，橡膠苗植株部分分為主根、側根、莖、葉、葉柄，在105 ℃殺青30 min后，80 ℃烘干稱重，記錄各處理橡膠苗各部位干物質量，樣品粉碎保存用于測定氮、磷、鉀含量。

植株樣品采集之后將盆栽土壤混勻、取樣、風干保存，用于測定土壤全氮、速效磷和速效鉀含量。

1.3.2 肥料利用率計算公式 氮素利用率=(施肥橡膠苗氮吸收量-不施肥橡膠苗氮吸收量)/氮施用量×100%

磷素利用率=(施肥橡膠苗磷吸收量-不施肥橡膠苗磷吸收量)/磷施用量×100%

鉀素利用率=(施肥橡膠苗鉀吸收量-不施肥橡膠苗鉀吸收量)/鉀施用量×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007對原始數(shù)據(jù)進行整理計算、繪制圖表，采用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 脲醛緩釋肥料棒對橡膠苗生長的影響

由圖1可知，隨著脲醛氮占肥料總氮比例的增加，橡膠苗株高呈先增加后減少趨勢，UFR50處理橡膠苗最高，株高為149.32 cm，顯著大于UFR75處理，但是與T、UFR0、UFR25處理差異不顯著；而UFR75處理橡膠苗株高顯著小于UFR0、UFR25處理，但與T處理差異不顯著。比較各處理橡膠苗莖粗可知，UFR50處理橡膠苗的莖粗最大，為17.96 mm，顯著大于UFR75處理，但與T、UFR0、UFR25處理差異不顯著；而UFR75處理橡膠苗的莖粗與T、UFR0、UFR25處理差異不顯著。

2.2 脲醛緩釋肥料棒對橡膠苗生物量的影響

由表1可知，UFR50處理橡膠苗的莖、主根、葉片、葉柄及整株生物量均為最大。UFR50處理橡膠苗的莖生物量顯著大于UFR75處理，但與T、UFR0、UFR25差異不顯著；UFR50處理橡膠苗的主根生物量顯著大于UFR0、UFR75處理，與T、UFR25差異不顯著，但各施肥處理間橡膠苗側根生物量無顯著差異；而隨著脲醛氮占肥料總氮比例增加，橡膠苗的葉片、葉柄以及整株生物量均先增后減，且UFR50處理顯著大于T、UFR0、UFR25、UFR75處理，UFR50處理橡膠苗整株生物量達149.10 g/株，較常規(guī)施肥處理增加了38.25 g/株，其次是UFR25處理，為127.88 g/株，而UFR75處理在所有施肥處理中最小，為105.84 g/株。

2.3 脲醛緩釋肥料棒對橡膠苗氮磷鉀吸收量的影響

由表2可知，UFR0處理橡膠苗全株氮吸收量為885.12 mg/株，較常規(guī)施肥處理增加了54.92 mg/株，但是兩者之間差異不顯著；UFR25、UFR50、UFR75處理橡膠苗全株氮素吸收量均顯著大于T、UFR0處理，其中UFR50處理橡膠苗全株氮素吸收量最高，為1818.16 mg/株，較常規(guī)施肥處理增加了987.96 mg/株，且顯著大于UFR25、UFR75處理；其次是UFR25處理，為1256.36 mg/株，較常規(guī)施肥處理增加了426.16 mg/株。比較各處理橡膠苗全株磷素吸收量可知，脲醛緩釋肥料棒處理橡膠苗全株磷素吸收量均顯著大于T處理，UFR25、UFR50、UFR75處理全株磷素吸收量分別為213.47、276.34、216.13 mg/株，分別較常規(guī)施肥處理增加了90.84、153.71、93.50 mg/株，且UFR50處理全株磷素吸收量顯著高于UFR25、UFR75處理，而UFR25、UFR75處理間差異不顯著。比較各處理全株鉀素吸收量可知，隨著脲醛氮占肥料總氮比例增加，橡膠苗全株鉀素吸收量表現(xiàn)為先增加后減少，UFR0、UFR25、UFR50、UFR75處理橡膠苗全株鉀素吸收量分別較常規(guī)施肥處理增加了92.40、369.18、457.54、135.23 mg/株，其中UFR50處理橡膠苗全株鉀素吸收量最高，為1423.07 mg/株，顯著大于T、UFR0、UFR75處理，但與UFR25處理差異不顯著。

2.4 脲醛緩釋肥料棒對橡膠苗肥料利用率的影響

由圖2可知，隨著脲醛用量增加，橡膠苗肥料利用率均表現(xiàn)為先增加后減少，UFR0、UFR25、UFR50、UFR75處理的肥料利用率均大于T處理，其中UFR50處理的肥料氮、磷、鉀利用率均為最大。UFR25、UFR50、UFR75處理的氮肥利用率、磷肥利用率均顯著大于T處理， UFR50、UFR75處理的肥料鉀利用率顯著大于T處理，UFR0處理的肥料氮、磷、鉀利用率均與T處理差異不顯著。UFR50處理的肥料氮、磷利用率顯著大于UFR25、UFR50處理，UFR50處理的肥料鉀利用率與UFR25處理無顯著差異，但兩者均顯著大于UFR75處理。另外，橡膠苗的肥料利用率的大小順序為鉀>氮>磷。

表1 不同施肥處理橡膠苗生物量

表2 不同施肥處理橡膠苗氮磷鉀吸收量

2.5 脲醛緩釋肥料棒對土壤養(yǎng)分含量的影響

從圖3可知，與T處理相比，UFR0、UFR25、UFR50、UFR75處理的土壤全氮、速效磷和速效鉀含量均顯著增加，其中UFR50處理的土壤全氮含量最高，顯著大于UFR0、UFR25處理，但與UFR75處理差異不顯著。UFR0、UFR25、UFR50、UFR75處理的土壤速效磷含量也均顯著大于T處理，但是處理間差異不顯著。UFR25、UFR50處理土壤速效鉀與T處理無顯著差異，但是UFR0、UFR75處理顯著大于T處理。

3 討 論

脲醛緩釋肥料棒是脲甲醛為緩釋氮源，以水溶性保水劑作為粘結劑和緩釋材料，與普通肥料、填充料混勻，通過擠壓成型制備而成[8]。而脲甲醛是最早研發(fā)、用量最大的商業(yè)化緩釋氮肥[17-20]，其氮由冷水可溶氮、冷水不溶氮和熱水不溶氮組成[21-22]，

兼顧速效與緩釋功能，將其加入緩釋肥料棒制備過程中能夠有效增強氮素緩釋效果，使脲醛緩釋肥料棒更適合在長期作物橡膠樹上施用。林清火等研究表明隨著脲醛緩釋肥料棒中脲甲醛用量增加，脲醛緩釋肥料棒氮素累積淋出率逐漸減小[8]，但是當脲甲醛用量過大時，可能導致前期肥料氮素供應不及時，反而會限制作物生長。因此，確定脲醛緩釋肥料棒中適宜的脲甲醛用量對于其在橡膠栽培中科學合理施用十分重要。

周華敏等研究發(fā)現(xiàn)脲醛氮占總氮40%或50%最有利于土壤氮素供應，脲醛氮所占比例過大或過小，都不利于小麥整個生長期氮素供應[23]。黃麗娜等研究表明脲甲醛與尿素等量混施既能保證小白菜產(chǎn)量，又可以降低施肥成本，可明顯提高氮肥利用率[24]。本研究結果也發(fā)現(xiàn)施用脲醛緩釋肥料棒有利于橡膠苗生長和養(yǎng)分吸收，且隨著脲醛氮占肥料總氮比例的增加，橡膠苗株高呈先增加后減少趨勢，橡膠苗全株生物量、氮磷鉀吸收量以及肥料氮磷鉀利用率也均表現(xiàn)為先增后減。其中，脲醛氮占總氮50%的脲醛緩釋肥料棒處理對橡膠苗生長發(fā)育促進效果最為顯著，尤其是對于葉片和葉柄，從而增加橡膠苗全株生物量和氮磷鉀養(yǎng)分吸收量，提高肥料氮磷鉀利用率。脲醛緩釋肥料棒中脲醛氮占總氮50%時橡膠苗葉片、葉柄、全株生物量以及氮磷吸收量分別為32.75 g/株、7.31 g/株、149.10 g/株、1818.16 mg/株、276.34 mg/株，均顯著大于其它施肥處理，橡膠苗氮磷鉀利用率也分別達到20.44%、7.98%、30.91%。另外，所有施肥處理肥料利用率的大小順序均為鉀>氮>磷，這也與貝美容等[25]研究結果一致，而且施用脲醛肥料棒還可提升土壤的全氮、速效磷和速效鉀含量。可見，脲醛氮占肥料總氮50%的脲醛緩釋肥料棒最適宜橡膠苗生長，而當脲醛氮占肥料總氮比例為75%時，可能由于緩釋氮占比過大，導致橡膠苗前期肥料氮素供應不足，不利于橡膠苗生長發(fā)育，反而會增加脲醛緩釋肥料棒的生產(chǎn)成本；當脲醛氮占肥料總氮比例為25%時，由于后期氮素供應不足，也會影響脲醛緩釋肥料棒施用效果。

4 結 論

隨著脲醛氮占肥料總氮比例的增加，橡膠苗全株生物量、氮磷鉀吸收量以及肥料利用率均表現(xiàn)為先增后減小，當脲醛緩釋肥料中脲醛氮占總氮50%時達到最大值，均顯著大于常規(guī)肥料處理，而且脲醛氮占總氮50%的脲醛緩釋肥料的橡膠苗株高和莖粗也均大于其余處理。因此，在本試驗條件下，當脲醛緩釋肥料棒一次性施用時，脲醛氮為50%的脲醛緩釋肥料棒最有利于橡膠苗生長和橡膠苗養(yǎng)分吸收。