聚脲甲醛緩釋肥與尿素不同配比對(duì)潮土小麥產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

呂金嶺，寇長(zhǎng)林，于冬梅

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.農(nóng)業(yè)部原陽農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，河南 原陽 453500；3.河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002；4.西平縣土肥利用管理站，河南西平 463900）

提升作物氮肥利用效率，減少氮素的其他損失途徑，是當(dāng)前綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然要求之一［1］。然而傳統(tǒng)肥料通常存在揮發(fā)性強(qiáng)、淋溶損失嚴(yán)重和氮肥利用效率不高等問題，從而引發(fā)了一系列生態(tài)和環(huán)境危機(jī)［2-3］。造成這些問題的根源不僅是傳統(tǒng)肥料施用方式和施用量的問題，更多的是由于傳統(tǒng)肥料自身難以克服的結(jié)構(gòu)性問題［4-5］。因此，新型緩控釋肥料的研發(fā)和應(yīng)用顯得極為重要。聚脲甲醛緩釋肥作為一種新型緩釋肥料，最早應(yīng)用在菜地和高爾夫球場(chǎng)［6-7］，隨著工藝技術(shù)的推進(jìn)，聚脲甲醛緩釋肥的成本明顯降低，使得其在農(nóng)田上應(yīng)用成為可能［8-9］。聚脲甲醛是尿素和甲醛在不同溫度與壓力條件下的縮合產(chǎn)物，通過調(diào)整尿素和甲醛的比例，可以縮合出不同鏈長(zhǎng)的聚脲甲醛肥料［10］。聚脲甲醛肥料進(jìn)入農(nóng)田后需要通過微生物的分解，才能進(jìn)一步被作物所利用，因此不同氣候、土壤和農(nóng)田管理措施下其養(yǎng)分釋放存在著一定的差異［5，11-12］。小麥?zhǔn)侨A北平原的主產(chǎn)作物，而潮土是華北平原最典型的土壤類型之一，聚脲甲醛緩釋肥在潮土麥田的利用方式以及產(chǎn)生的產(chǎn)量效益和氮肥利用率研究還未見報(bào)道。基于此，本研究以潮土小麥為研究對(duì)象，探討不同量聚脲甲醛緩釋肥的緩釋效果，并對(duì)其產(chǎn)量、氮素吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估，以期為此類肥料的進(jìn)一步優(yōu)化和大范圍推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于河南省原陽縣祝樓鄉(xiāng)，該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為14.4℃，多年平均降水量為549.9 mm，降雨主要集中在6至8月，降雨量約占全年的60%，全年日照2 300～2 600 h，無霜期210～220 d。供試土壤為輕壤質(zhì)潮土。耕層（0～20 cm）土壤的主要理化性質(zhì)如下：pH約8.2、w（有機(jī)質(zhì)）11 g/kg、w（總氮）0.63 g/kg、w（總磷）0.75 g/kg、w（有效鉀）144.1 mg/kg、w（有效磷）23.6 mg/kg、w（銨態(tài)氮）0.89 mg/kg、w（硝態(tài)氮）35 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2017年開始，共設(shè)置5個(gè)處理，分別為不施氮肥（CK）、單純尿素（OPT）、100%聚脲甲醛緩釋肥（鄭州高富肥料有限公司提供）（MU1）、75%聚脲甲醛緩釋肥+25%尿素（MU2）和50%聚脲甲醛緩釋肥+50%尿素（MU3）。每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。小區(qū)按照隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積為40 m2（5 m×8 m）。磷、鉀肥采用過磷酸鈣（w（P2O5）12%）和氯化鉀（w（K2O）60%），磷、鉀肥和聚脲甲醛緩釋肥均一次性基施。尿素除了OPT處理分2次施用（按照當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣，40%基施，60%追施）外，MU2和MU3處理也均一次性基施。不同施肥處理具體施肥量見表1。試驗(yàn)小區(qū)各處理均由高20 cm、寬30 cm的土埂隔開，用于防止灌溉過程中的串肥、串水問題。小麥基肥期采取撒施后旋耕覆土的方式，追肥期采取撒施灌溉方式。小麥選用國(guó)審小麥158。播期為2017年10月12日，667 m2播量12.5 kg，收獲期為2018年6月5日。試驗(yàn)期間做好田間除草、病蟲害檢測(cè)防治工作。

表1 不同施肥處理聚脲甲醛、尿素及磷鉀肥施用量 kg/hm2

1.3 樣品采集與測(cè)定

土壤樣品的采集：在作物種植前采集0～20 cm耕層土壤樣品，分析pH、有機(jī)質(zhì)、總氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀等。其中pH測(cè)定采用1∶2.5土水質(zhì)量比（風(fēng)干土）制備土壤懸浮液；土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用1 mol/L氯化鉀浸提，用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定。具體樣品分析方法見鮑士旦編著的《土壤農(nóng)化分析》［13］。同時(shí)采集小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵期和收獲后0～20 cm耕層土壤樣品，主要用于分析土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。

植物樣品的采集：記錄小麥各時(shí)期苗情。收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)采集小麥2 m2，用于后期估算小區(qū)產(chǎn)量和地上生物量。同時(shí)選取1 m樣行裝入網(wǎng)袋并做好標(biāo)記，隨后進(jìn)行考種，用于測(cè)定小麥株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)以及千粒質(zhì)量等。并將風(fēng)干的小麥樣品進(jìn)行烘干并粉碎處理，用于測(cè)定籽粒和秸稈氮含量。

1.4 計(jì)算公式與數(shù)據(jù)處理

不同處理間產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等均采用最小顯著法（LSD）進(jìn)行多重比較以鑒別不同處理差異是否顯著，并使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果和討論

2.1 聚脲甲醛緩釋肥對(duì)耕層土壤氮素含量影響

不同施肥處理對(duì)耕層土壤氮素含量的影響見圖1。從圖1可以看出，不同施肥處理耕層土壤總氮含量差別不顯著（p＞0.05），CK處理的總氮含量盡管相對(duì)較低，但與其他處理差異仍未達(dá)到顯著水平，這與化肥投入氮與土壤固有的總氮含量相比相對(duì)較低有關(guān)。同時(shí)比較不同施肥處理的礦質(zhì)氮含量（作物收獲后）發(fā)現(xiàn)，MU1處理的硝態(tài)氮含量最高，顯著高于其他處理，其次為MU2和MU3處理，CK和OPT處理的硝態(tài)氮含量較低。這說明施用聚脲甲醛緩釋肥可以顯著提升土壤的硝態(tài)氮含量。高量聚脲甲醛緩釋肥處理耕層土壤硝態(tài)氮的含量最高，減量聚脲甲醛緩釋肥處理土壤硝態(tài)氮含量降低，但仍高于單施尿素處理，說明聚脲甲醛氮素具有較強(qiáng)的緩釋效果。趙蒙等［9］在太湖稻田試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，說明聚脲甲醛緩釋肥在水田和旱地均擁有良好的緩釋效果。

圖1 不同施肥處理耕層土壤全氮和礦質(zhì)氮

2.2 聚脲甲醛緩釋肥對(duì)小麥關(guān)鍵生理指標(biāo)的影響

不同施肥處理對(duì)小麥關(guān)鍵生理指標(biāo)的影響見圖2。不同聚脲甲醛量與尿素配施對(duì)小麥群體數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)與千粒質(zhì)量均有不同程度的影響。從圖2中可知，除CK處理外，其余施肥處理間的群體數(shù)無明顯差別；OPT處理和MU2處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著高于其他處理，其次為MU1和MU3處理，CK處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)最低；對(duì)比不同處理的千粒質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，除了MU1處理顯著低于其他處理之外，其余處理的千粒質(zhì)量均無顯著差別。

圖2 不同施肥處理小麥群體數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量

2.3 聚脲甲醛緩釋肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

不同施肥處理對(duì)小麥產(chǎn)量的影響見圖3。從圖3中可以看出，OPT、MU2和MU3處理的籽粒產(chǎn)量顯著高于其他處理，其次為MU1處理，CK處理的籽粒產(chǎn)量最低。這說明單純使用聚脲甲醛處理不利于作物產(chǎn)量的提升，而配施尿素可以起到穩(wěn)定產(chǎn)量的作用，其原因可能歸結(jié)于，聚脲甲醛緩釋速度較慢，有可能影響前期作物對(duì)氮素的有效吸收，同時(shí)也可能與聚脲甲醛緩釋肥緩釋周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致氮素可能未在小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵需肥期內(nèi)完全釋放出有關(guān)。對(duì)比不同施肥處理的秸稈產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，除CK處理外，其余施肥處理差別不明顯，整體而言MU3處理的秸稈產(chǎn)量相對(duì)較高。

圖3 不同施肥處理小麥籽粒及秸稈產(chǎn)量

2.4 聚脲甲醛緩釋肥的氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效率

不同施肥處理的氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效率見表2。不同聚脲甲醛施用量處理小麥籽粒和秸稈總氮含量有所不同，從表2中可以看出，MU1和MU2處理籽粒全氮含量顯著高于其他處理，其次為OPT和MU3處理，CK處理小麥籽粒總氮含量最低。MU1、MU2和MU3處理的秸稈總氮含量顯著高于其他處理，聚脲甲醛處理間差別不明顯，由此可見聚脲甲醛施用可以提升小麥對(duì)氮素的吸收量。不同處理的地上吸氮量也存在顯著差別，OPT、MU2和MU3處理的地上總吸氮量顯著高于其他處理（p<0.05），其次為MU1處理，CK處理的數(shù)值最低。這主要與MU1和CK處理的籽粒和秸稈產(chǎn)量較低有關(guān)。對(duì)比不同處理的氮吸收利用率發(fā)現(xiàn)，MU2處理的氮肥利用率最高，其次為MU3和OPT處理，MU1的氮肥利用率較低。與氮肥利用率結(jié)果不同，OPT、MU2、MU3處理的氮素農(nóng)學(xué)效率無顯著差異，但明顯高于MU1處理。這說明適量的聚脲甲醛緩釋肥配施尿素可以顯著提升作物氮肥利用效率，過多或者過少施用都不利于氮吸收利用率和農(nóng)學(xué)效率的提升。

表2 不同施肥處理的氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效率

2.5 聚脲甲醛的經(jīng)濟(jì)效益分析

對(duì)比不同處理的肥料總投入和小麥總產(chǎn)值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MU1處理的肥料投入成本最高，其次為MU2和MU3，OPT和CK處理的肥料投入成本相對(duì)較低。不同于肥料總投入，OPT處理的小麥產(chǎn)值最高，達(dá)到13 834元/hm2，MU2和MU3處理的小麥總產(chǎn)值也均超過13 000元/hm2，CK處理的小麥總產(chǎn)值最低（見表3）。結(jié)合肥料投入和小麥產(chǎn)值，估算不同施肥處理的經(jīng)濟(jì)效益和肥料產(chǎn)投比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，OPT處理的肥料總收益高于其他處理，其次為MU2處理，其余處理的肥料總收益相對(duì)較低。MU1和MU2處理的肥料產(chǎn)投比低于其他處理，說明聚脲甲醛緩釋肥的產(chǎn)投比較低，未來仍需進(jìn)一步提升。

表3 不同聚脲甲醛處理的經(jīng)濟(jì)效益分析

3 總結(jié)

（1）不同聚脲甲醛緩釋肥施用量配施尿素在作物收獲后的耕層土壤的氮?dú)埩袅坎煌垭寮兹┦┯昧吭礁撸渫寥老鯌B(tài)氮?dú)埩袅吭礁撸粗降停f明聚脲甲醛的緩釋周期較長(zhǎng)，所產(chǎn)生的肥效不局限于小麥季，還可能影響第二季作物。

（2）不同聚脲甲醛緩釋肥施用量配施尿素的小麥產(chǎn)量、穗粒數(shù)、穗數(shù)和千粒質(zhì)量有所差別，整體而言，單施尿素處理和聚脲甲醛配施適量尿素處理的各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)較好，但單施尿素處理施氮量更高，間接說明聚脲甲醛配施適量尿素可以提升氮肥利用效率。

（3）除CK處理外，不同施肥處理的產(chǎn)量盡管有差異，但差異未達(dá)到顯著水平，但相對(duì)而言，單施尿素和50%聚脲甲醛緩釋肥+50%尿素處理的產(chǎn)量相對(duì)更高。

（4）單施聚脲甲醛緩釋肥的肥效并不高，但和尿素適量配比可以顯著提升作物的氮肥利用效率。

（5）整體而言，聚脲甲醛緩釋肥的肥料總收益及肥料產(chǎn)投比相對(duì)較低，但考慮到聚脲甲醛緩釋肥氮投入量較低，試驗(yàn)周期較短，未研究后期肥效，未來應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)，探明其整體的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及生態(tài)效益。

致謝：

感謝河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和鄭州高富肥料有限公司提供肥料樣品、場(chǎng)地和樣品分析等方面的支持。