控失尿素減氮對玉米產量及養分積累與利用的影響

廖 恒， 張愛華, 姚單君， 況勝劍, 郭景麗, 張 欽*

(1.貴州省農業科學院 土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006； 2.河南心連心化學工業集團股份公司，河南 新鄉 453731)

0 引言

【研究意義】玉米是我國主要的糧食作物之一，也是貴州省主要糧食作物之一，在人們的生產生活中具有重要地位。2019年我國玉米播種面積為4 128.4萬hm2，玉米產量為2.410 6億t，玉米消費量3.082 9億t，產需差額達6 723萬t；2020年播種面積為4 124.6萬hm2，產量為2.606 7億t。氮是玉米生長的必需元素，也是產量的重要影響因子之一。由于農戶盲目追求高產，氮肥用量不斷攀升，氮肥利用率較發達國家相差較大。加上降雨和灌溉水的作用，容易導致養分流失等，引發一系列環境及生態問題[1-2]。2015年，農業部印發了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，提出化肥“零增長”下養分高效利用的發展目標，新型緩/控釋肥逐漸成為傳統肥料的有效替代品，進一步探明磷鉀肥等量條件下緩釋肥不同減氮量在玉米上的施用效果，對貴州玉米生產上化肥減施增效具有重要意義。【前人研究進展】新型肥料不僅可以提高玉米[3-6]、辣椒[7-9]、馬鈴薯[10]、小麥[11]和水稻[12]等作物的產量、生物量和養分利用率，還能提高蔬菜瓜果[13-16]的營養品質。其在玉米上的減量施用也有較多研究報道[17-23]，趙歡等[24]研究了緩釋肥減量施用對覆膜栽培玉米生物性狀、干物質積累與養分分配的影響。【研究切入點】目前，鮮見新型肥料在貴州山區黃壤條件下減氮施用的研究。探究貴州山區黃壤條件下，磷鉀肥等量條件下緩釋肥不同減氮量在玉米上的施用效果。【擬解決的關鍵問題】探明緩釋肥不同減氮量對玉米產量、養分積累與利用的差異，弄清控失尿素的最佳施用量，為玉米生產上化肥減施增效提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年4-9月在貴州省貴安新區高峰鎮進行，屬亞熱帶濕潤季風氣候；供試土壤為黃泥土，土壤耕層基本理化性質為pH 6.46，有機質7.09 g/kg，速效氮170 mg/kg，有效磷22.7 mg/kg，速效鉀136 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 作物 供試作物為玉米品種西都森玉1號，市購。

1.2.2 肥料 過磷酸鈣(P2O5為12%)及氯化鉀(K2O為60%)，市購；普通尿素(N為46.7%)及控失尿素(N為43.2%)，河南心連心化肥有限公司提供。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 試驗于2016年4-9月進行，共設6個處理：G1，不施氮肥；G2，普通尿素；G3，控失尿素；G4，控失尿素減氮10%；G5，控失尿素減氮20%；G6，控失尿素減氮30%。肥料用量：P2O58 kg/667m2、K2O 8 kg/667m2，共施肥3次，具體施肥量見表1。小區面積24 m2(3 m×8 m)，3次重復，各小區隨機區組排列，行株距為75 cm×40 cm。當地農戶常規施肥3～4次，尿素施用量為20～25 kg/667m2，磷鉀肥一起追施。

表1 不同處理各肥料的施用量

1.3.2 樣品采集與指標測定 施肥前取玉米地耕層土壤樣品進行基本理化性質分析。土壤pH按水土比(2.5∶1)計法測定；有機質采用重鉻酸鉀容量法測定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1.0 mol/L CH3COONH4浸提-火焰光度法測定。

玉米收獲時對各小區進行測產，并選擇小區代表性玉米6株，取其地上部分，測定穗粒數(粒/穗)、千粒重(g)，并將植株各器官和玉米籽粒分別粉碎后測定氮、磷、鉀含量；植株各部位養分含量，全氮采用納氏比色法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，K采用原子吸收分光光度計測定。

1.3.3 相關參數計算 氮肥利用率(NUE)=(施氮區植株氮總積累量-不施氮區植株氮總積累量)/氮量×100%；氮肥偏生產力(PEPN，kg/kg)=施氮后籽粒產量/氮量；氮素收獲指數(NHI)=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量×100%；氮素吸收效率(NUPE，kg/kg)=植株地上部分氮素積累量/施氮量；氮肥農學效率(AEN，kg/kg)=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/施氮量。

1.4 數據處理

采用Excel 2007和SPSS 22.0對數據進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理玉米的產量及其構成因素

從表2可知，不同處理玉米的穗粒數、千粒重和產量的變化。穗粒數：G4最多，為565.00粒/穗；G2其次，為535.00粒/穗；G1最少，為443.00粒/穗；G4顯著高于除G2外的其余處理，其余處理間差異不顯著。千粒重：G3最重，為356.94 g；G4其次，為354.32 g；G6最輕，為325.37 g；G3顯著高于除G1和G4外的其余處理，G6顯著低于除G2和G5外的其余處理。產量：G3最高，為11.46 t/hm2；G4其次，為11.35 t/hm2；G1最低，為8.76 t/hm2；G3與G4差異不顯著，二者顯著高于其余處理；G1顯著低于其余處理；其余處理間差異顯著或不顯著。控失尿素、控失尿素減氮10%、控失尿素減氮20%和控失尿素減氮30%處理較普通尿素處理分別增產18.63%、17.49%、2.69%和3.42%。

表2 不同處理玉米的產量及其構成因素

2.2 不同處理玉米地上部分的干物質量

從表3可知，不同處理玉米地上部干物質量為320.21～385.13 g/株，依次為G4>G3>G6>G5>G2>G1，G3與G4間差異不顯著，二者顯著高于其余處理，G1顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。籽粒、穗軸、莖和葉的干物質量分別為176.88～236.40 g/株、23.69～34.98 g/株、67.38～70.49 g/株和46.98～49.15 g/株，依次為G4>G3>G5>G6>G2>G1、G6>G2>G4>G3>G5>G1、G1>G2>G4>G3>G5>G6和G1>G2>G4>G3>G5>G6；各部位干物質量占地上部分干物質總量的比例依次為籽粒>莖>葉>穗軸。可見，控失尿素、控失尿素減氮10%、控失尿素減氮20%和控失尿素減氮30%處理玉米地上部干物質量均大于普通尿素處理，以控失尿素減氮10%處理的效果最好。

表3 不同處理玉米地上部分的干物質量

2.3 不同處理玉米養分的積累量

從表4看出，不同處理玉米各部位氮、磷、鉀積累量的變化。氮：各處理玉米籽粒、穗軸、莖和葉積累量分別為75.07～113.01 kg/hm2、7.54～16.33 kg/hm2、22.43～31.48 kg/hm2和15.64～21.95 kg/hm2，依次為G3>G4>G5>G6>G2>G1、G3>G4>G2>G6>G5>G1、G3>G4>G2>G5>G6>G1和G3>G4>G2>G5>G6>G1；各部位干物質量依次為籽粒>莖>葉>穗軸。其中，籽粒G3顯著高于除G4外的其余處理，G1顯著低于其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著；穗軸G3顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著；莖和葉G3顯著高于除G4外的其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著。磷：各處理玉米籽粒、穗軸、莖和葉積累量分別為54.83～86.93 kg/hm2、4.57～10.44 kg/hm2、12.66～20.08 kg/hm2和8.83～14.00 kg/hm2，依次為G4>G3>G5>G2>G6>G1、G3>G4>G2>G5>G6>G1、G3>G4>G2>G6>G5>G1和G3>G4>G2>G5>G1>G6，各部位干物質量依次為籽粒>莖>葉>穗軸。其中，籽粒G3與G4間差異不顯著，二者顯著高于其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著；穗軸G3顯著高于其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著；莖和葉G3顯著高于除G2和G4外的其余處理，其余處理間差異不顯著。鉀：各處理玉米籽粒、穗軸、莖和葉積累量分別為23.67～30.95 kg/hm2、10.90～22.22 kg/hm2、32.43～50.96 kg/hm2和22.61～35.54 kg/hm2，依次為G3>G4>G5>G6>G2>G1、G3>G4>G5>G6>G2>G1、G4>G3>G5>G2>G6>G1和G4>G3>G5>G2>G6>G1，各部位干物質量依次為莖>葉>籽粒>穗軸。其中，籽粒G1與G2間差異不顯著，二者顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著；穗軸G1顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著；莖和葉G4顯著高于其余處理，G1顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。

表4 不同處理玉米各部位的養分積累量

2.4 不同處理玉米氮素的吸收利用效果

從表5可知，除不施氮肥處理無氮素的吸收利用效果外，各施肥處理玉米的氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮素收獲指數、氮素吸收效率和氮肥農學效率的變化。氮肥利用率為13.03%～23.10%，依次為G3>G4>G5>G6>G2，G2顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。氮肥偏生產力為53.69～63.64 kg/kg，依次為G3>G4>G6>G5>G2，G3與G4差異不顯著，二者顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。氮素收獲指數為56.78%～69.65%，依次為G3>G4>G5>G2>G6，G3與G4差異不顯著，二者顯著高于其余處理，G2與G6差異不顯著，二者顯著低于G5。氮素吸收效率為78.75%～90.72%，依次為G4>G3>G6>G5>G2，G2顯著低于除G5外的其余處理，其余處理間差異不顯著。氮肥農學效率為5.00～14.95 kg/kg，依次為G3>G4>G6>G5>G2，G3與G4差異不顯著，二者顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。總體看，除氮素吸收效率以控失尿素減氮10%最高外，氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮素收獲指數和氮肥農學效率均以控失尿素最高；氮素收獲指數以控失尿素減氮30%最低，其余指標均以普通尿素最低。

表5 不同處理玉米對氮素的吸收利用效果

3 討論

控失尿素可將遇水溶解的尿素養分耦合在網絡內，達到控制養分揮發、流失并提高肥料利用率的目的，可滿足作物生長所需的養分，促進作物生長，提高作物氮肥利用率。研究結果表明，玉米產量以控失尿素和控失尿素減氮10%相對較高，分別為11.46 t/hm2和11.35 t/hm2，二者差異不顯著，但均顯著高于其余處理，控失尿素、控失尿素減氮10%、控失尿素減氮20%和控失尿素減氮30%較普通尿素分別增產18.63%、17.49%、2.69%和3.42%。與許海濤等[19-23]的研究結果一致。許海濤等[19]研究表明，減氮10%、減氮20%和減氮30%處理，玉米產量隨減氮量增大呈下降趨勢，且差異顯著；陳治嘉等[21]研究表明：減氮10%處理玉米產量顯著高于減氮30%和減氮40%，與減氮20%不顯著。朱從樺等[22]研究表明，玉米產量減氮10%、減氮20%和減氮40%玉米產量隨減氮量增大呈下降趨勢。秦文等[23]研究表明，腐殖酸與普通尿素配施后減氮20%和減氮40%時，減氮20%處理產量與100%處理相近。尹彩俠等[20]研究表明，減氮25%和減氮40%產量差異不顯著。

研究結果表明，玉米地上部干物質量，控失尿素、控失尿素減氮10%、控失尿素減氮20%和控失尿素減氮30%處理玉米地上部干物質量均大于普通尿素處理，以控失尿素減氮10%的效果最好，控失尿素減氮10%處理地上部分生物量為385.13 g/株，顯著高于減氮20%和減氮30%處理，減氮20%與減氮30%處理間差異不顯著，與朱從樺等[22,24]的研究結果一致。研究結果表明，各處理玉米籽粒、穗軸、莖和葉的氮積累量分別為75.07～113.01 kg/hm2、7.54～16.33 kg/hm2、22.43～31.48 kg/hm2和15.64～21.95 kg/hm2，依次為控失尿素>控失尿素減氮10%>控失尿素減氮20%>控失尿素減氮30%>普通尿素>不施氮肥、控失尿素>控失尿素減氮10%>普通尿素>控失尿素減氮30%>控失尿素減氮20%>不施氮肥、控失尿素>控失尿素減氮10%>普通尿素>控失尿素減氮20%>控失尿素減氮30%>不施氮肥和控失尿素>控失尿素減氮10%>普通尿素>控失尿素減氮20%>控失尿素減氮30%>不施氮肥，與朱從樺等[22]的研究結果一致。各施肥處理玉米的氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮素收獲指數、氮素吸收效率和氮肥農學效率分別為13.03%～23.10%、53.69～63.64 kg/kg、56.78%～69.65%、78.75%～90.72%和5.00～14.95 kg/kg。總體看，除氮素吸收效率以控失尿素減氮10%最高外，氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮素收獲指數和氮肥農學效率均以控失尿素最高；氮素收獲指數以控失尿素減氮30%最低，其余指標均以普通尿素最低。

4 結論

控失尿素、控失尿素減氮10%、控失尿素減氮20%和控失尿素減氮30%處理玉米產量及地上部干物質量均高于普通尿素處理，以控失尿素和控失尿素減氮10%的效果最好，較較普通尿素處理分別提高18.63%、17.49%和9.50%、11.59%；控失尿素處理氮累積量最高，較普通尿素處理提高34.81%；控失尿素減氮10%處理磷積累量最高，較普通尿素處理提高21.44%；控失尿素、控失尿素減氮20%鉀積累量顯著高于普通尿素處理，分別提高10.37%和14.14%。