尿素中控失劑添加量對夏玉米氮素利用和產量的影響

崔雙雙，孫澤強,2，王學君,2，董曉霞,2，劉盛林，田慎重，劉志鑫

（1山東省農業科學院農業資源與環境研究所，濟南 250100；2農業部山東耕地保育科學觀測試驗站，濟南 250100；3東營市農業高新技術示范區，山東東營 257000）

0 引言

在所有植物生長的必需元素中，氮素是限制植物生長和產量的首要因素[1]，因而一般氮肥在所有肥料中的使用量最大，占到中國化肥用量的60%以上[2-4]。中國是世界上化肥生產和施用量最多的國家[5]，在維持作物高產穩定的同時，也因傳統水肥管理的不合理而造成大量氮素流失，目前中國氮肥的當季利用率平均約為28%～41%[6-8]，遠低于發達國家50%～60%的水平[9-10]。玉米廣泛應用于食品、飼料、化工等領域，是中國播種面積最大的糧食作物[11]，但是玉米的氮肥利用率低于其他糧食作物，山東省所在的華北平原年降水70%以上集中在夏玉米季，降水多而集中，易造成土壤中氮素淋失，為增加產量而盲目、過量施加化肥，帶來了農業生產成本的增加、生態環境的污染和農產品品質的急劇下降，同時使該地區夏玉米氮肥利用率不斷降低。

控失劑由多種微納米多孔天然礦物材料和生物高分子材料精準復配后改性而來[12-13]，溶解后形成的網狀結構能“綁定”植物根系周圍的肥料養分，達到控制養分遷移、流失的目的，與普通肥料均勻混合造粒形成的肥料稱為控失性肥料，控失肥料施入土壤后，在適當的條件下控失劑形成無數的“網絡”結構，相互作用并“網捕”肥料的有效養分，降低水分以及“網捕”的肥料養分的遷移和揮發，為作物生長提供持續充足的養分。

已有諸多關于控失肥提質增效的研究，周麗平等[14]、孫克剛等[15]、楊威等[16]均有研究表明，施用控失肥可以提高夏玉米產量、減少養分損失、提高氮肥利用效率，但是控失劑價格偏高，要想在保證效益的基礎上推廣控失肥，就要制定最適宜的控失劑添加量。

國家也十分重視農用新型肥料發展，鼓勵研究開發環保、省工、增產、高效的新型肥料，控失劑是一種天然高分子物質，符合國家政策方針，適宜作物高產穩定發展，但是對于控失劑用量的研究較少，因此對控失肥添加劑用量的把控還有待進一步研究。本研究以心連心肥料有限公司生產的控失尿素為材料，開展田間肥效試驗，研究不同量控失尿素對玉米生長、產量、氮素吸收累積、當季利用率的影響，以期為新型控失尿素肥料中添加劑的適宜用量提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

2016 年6 月和2017 年6 月分別在低產田（東營市渤海農場二分場）、中產田（濟寧市嘉祥縣）進行夏玉米肥效試驗。東營市渤海農場(37°45′53.57″N，118°40′52.51″E)，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫12.8℃，年平均降水量555.9 mm，地下水深埋2～3 m，地下水礦化度10～40 g/L；濟寧市嘉祥縣(35°27′9.23″N，116°17′32.56″E)，地處于魯西南平原，屬黃泛沖積平原，暖溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫13.9℃，年降水量701.8 mm，海拔高度38 m。兩處試驗地前茬作物均為冬小麥，小麥收獲后全部秸稈機械粉碎還田，玉米播種日期為當年6月。

試驗地土壤類型以及耕層土壤基礎理化性狀如表1所示。

表1 試驗地土壤基礎理化性質

1.2 試驗材料

1.2.1 試驗用肥 氮肥分別為普通尿素（含N 46.4%），1%控失劑尿素（含N 46.0%），2%控失劑尿素（含N 45.7%），3%控失劑尿素（含N 44.8%），4%控失劑尿素（含N 44.5%），5%控失劑尿素（含N 44.3%），6%控失劑尿素（含N 43.8%），試驗所用氮肥肥料均由河南心連心化工集團有限公司生產提供。磷肥均使用重過磷酸鈣（P2O5含量44%），鉀肥均使用氯化鉀（K2O含量60%）。

1.2.2 玉米品種 東營市渤海農場二分場試驗地所用玉米品種為‘聯創808’，濟寧市嘉祥縣試驗地所用玉米品種為‘偉科702’，均為當地主推夏玉米品種。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 分別于2016 年和2017 年在東營市渤海農場二分場和嘉祥縣開設試驗，均設置8 個處理：（1）無氮處理（CK，不施加氮肥，磷肥、鉀肥的施加量與其余處理一致）；（2）常規尿素處理(CU)；（3）Ⅰ型控失尿素處理（控失劑含量1%，LCU1）；（4）Ⅱ型控失尿素處理（控失劑含量2%，LCU2）；（5）Ⅲ型控失尿素處理（控失劑含量3%，LCU3）；（6）Ⅳ型控失尿素處理（控失劑含量4%，LCU4）；（7）Ⅴ型控失尿素處理（控失劑含量5%，LCU5）；（8）Ⅵ型控失尿素處理（控失劑含量6%，LCU6）。每個處理3 次重復，共計24 個小區，每個小區面積40 m2，小區采用隨機區組排列。

2016 年東營市夏玉米試驗地肥料施用量為225 kg N/hm2、105 kg P2O5/hm2、60 kg K2O/hm2，2017 年濟寧市夏玉米試驗地肥料施用量為180 kg N/hm2、105 kg P2O5/hm2、90 kg K2O/hm2，施肥方法為底肥肥料撒施后旋耕，氮磷鉀肥全部基施。

1.3.2 樣品采集與分析 試驗開始前按照“S”型采樣法于試驗地均勻采集0～20 cm耕層土樣，經過風干、過篩后，測定基礎土壤樣品的pH、EC、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

玉米成熟后，試驗小區全部收獲，單獨記產，各小區分別取樣置于通風處自然風干，并進行考種，測定玉米地上部生物量、籽粒質量、千粒重，然后將秸稈和籽粒分開進行烘干粉碎，采用凱氏法(ISO 20483:2006,IDT)進行全氮含量測定。同時，采集玉米收獲后的耕層土壤樣品，風干過篩后測定堿解氮含量。

1.3.3 數據處理 見公式(1)～(3)。

試驗數據采用Excel 2007 軟件進行計算，Origin 8.0軟件做圖，SPSS 16.0軟件進行統計，LSD多重比較檢驗處理間差異顯著性(P＜0.10)。

2 結果與分析

2.1 控失尿素對玉米地上部生物量累積和氮吸收利用的影響

從圖1 可以看出，施氮顯著促進夏玉米地上部干物質累積。其中，2016 年東營試驗地施氮處理較CK玉米干物質累積量增大幅度為6.5%～18.0%，控失劑含量為4%～5%的尿素（Ⅳ型、Ⅴ型）對玉米干物質量累積影響最大，分別較CK增加17.3%和18.0%，分別較CU增加6.85%和7.46%；2017年濟寧試驗地，與CK相比，Ⅵ型控失尿素處理顯著提高夏玉米干物質量，與CU相比，Ⅱ型、Ⅳ型控失尿素對夏玉米干物質累積量影響顯著。綜合2016 年和2017 年的玉米干物質累積量結果來看，Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素夏玉米干物質累積量最多，因此尿素中控失劑添加量為4%和5%是較適合玉米生長的添加量。

施氮顯著增加玉米氮吸收累積量（見圖1），2016年東營試驗地，Ⅴ型控失尿素與CK 相比顯著促進夏玉米對氮素的吸收利用，與CU相比促進作用不顯著，Ⅱ～Ⅴ型控失尿素氮吸收量分別較CK 增加36.02%、26.64%、30.72%、41.23%，分別較CU 增加12.23%、2.85%、6.92%、17.43%。2017年濟寧試驗地，施氮顯著提升玉米氮吸收量，與CU 相比較，Ⅲ～Ⅵ型控失尿素顯著增加夏玉米氮吸收量，分別增加15.25%、21.44%、14.625%、10.29%。綜合2016年和2017年玉米氮吸收量結果，4%～5%控失劑用量的尿素玉米氮吸收效果最好，因此尿素中添加4%和5%控失增效劑是適合玉米氮肥吸收的添加量。

圖1 尿素中不同控失劑用量對夏玉米地上部干物質累積量和氮吸收累積量的影響

由表2 可以看出控失尿素對玉米氮肥肥效的影響。Ⅰ型控失尿素的氮肥當季利用率、氮肥農學效率、氮肥偏生產力均小于其余氮肥處理，隨控失增效劑量的增加玉米的氮肥當季利用率、氮肥農學效率、氮肥偏生產力呈現先升高后降低的趨勢，在4%控失劑用量處最大。綜合所述，Ⅳ型控失尿素的氮肥肥效最高，因此尿素中添加控失劑的量太低反而會降低作物對肥料的吸收利用，只有合適的劑量才能保證肥效的最高利用。

表2 不同控失劑添加量尿素的玉米氮素養分吸收利用效率

2.2 控失尿素對玉米產量的影響

由表3 可知，施加氮肥顯著提高玉米產量。2016年和2017 年CK 處理均比CU 處理減產8%以上。Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素對玉米增產效果最好，其中2016 年Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素分別較CU增產12.59%和11.11%，2017 年Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素分別較CU 增產4.72%和4.96%。普通尿素和控失尿素對2016 年和2017 年夏玉米千粒重均無顯著影響。

表3 不同控失尿素處理對玉米產量的影響

由圖2 可知，不同控失劑添加量尿素對2016 年和2017 年夏玉米產量的影響，由圖中擬合公式計算出2016年尿素中控失劑添加量為4.461%時，夏玉米產量最高；2017 年尿素中控失劑添加量為5.158%時，夏玉米產量最高。因此，可推算出4.81%的控失劑添加尿素對夏玉米產量影響最大。

圖2 不同添加量的控失尿素對玉米產量的影響

2.3 控失尿素對土壤堿解氮含量的影響

施加氮肥增加夏玉米收獲后土壤中的堿解氮含量（見表4），增加幅度為22.66%～32.01%。Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素土壤堿解氮含量最高，分別較CK 高出31.22%和32.01%，分別較CU 高出5.73%和6.37%；無氮處理降低土壤中堿解氮含量，低于CU 19.43%。

表4 玉米收獲后不同控失處理耕層土壤的堿解氮含量

3 討論

作物生物量的累積是作物高產的基礎[17]，植株養分的吸收累積則直接影響作物干物質量的累積，進而影響作物產量[18]，要想作物高產必須要保證作物養分的吸收累積和生物量累積，所有養分中又以氮素對作物生長影響最大，因此了解作物氮素吸收累積特性是合理施肥的重要依據[19-20]。本研究結果表明，施加氮肥增加玉米地上部生物量累積，對玉米氮吸收累積量亦有顯著增加（見圖1），以Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素生物量和

氮吸收量最高，因夏玉米氮吸收量和生物量決定產量，玉米產量同樣為Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素最高（見表3）。周麗平、楊威等均有研究證明控失尿素對夏玉米增產效果顯著[14,16]?？厥蛩亍熬W捕”肥料中的養分，并在一定條件下釋放養分以滿足各個時期作物生長發育的需求，促進植株對養分的吸收和累積，但是控失劑添加量太少或太多均會阻礙作物生長，這可能是因為“網”的量太少，對肥料養分的控制作用不夠，反而阻礙了作物更好地吸收養分；控失劑量太多對玉米生長促進作用降低，一方面可能是因為肥料養分被“網捕”過多，玉米初期的營養生長所需養分得不到充足供應，另一方面可能是網捕的養分在作物成熟后還沒有完全釋放，養分得不到有效利用。

因一部分肥料養分被固定在土壤中，當季肥料表觀利用率并不能很好地反映肥料真實利用效率[21]，因此將氮肥農學效率、氮肥偏生產力、氮收獲指數、氮肥利用率等指標同時進行分析比較，能夠更清晰地反映作物對肥料的吸收利用效果[22-25]。已有諸多研究證明控失尿素可促進作物吸收累積氮素，提高氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率等[14,26-27]。本研究結果表明，2%～6%控失劑添加量尿素玉米的氮肥利用率、氮素農學效率和氮肥偏生產力均高于普通尿素，其中以Ⅳ型控失尿素最高，其次是Ⅴ型控失尿素（表2），與玉米生物量累積、氮吸收累積、產量結果相一致，說明控失劑的添加量對玉米生長和氮肥肥效有顯著影響，添加量過低，增效不顯著，添加量過高則降低肥料肥效，且成本較高。

4 結論

施加氮肥促進夏玉米生物量累積和氮吸收累積，提高產量和氮肥肥效，普通肥料中添加一定比例的控失劑后玉米產量和氮肥肥效更高?？厥蛩剌^普通尿素玉米產量增加高達12.59%，氮肥利用率最高達27.77%，且4%控失劑添加量尿素的玉米產量、氮吸收量、生物量、氮肥利用率均最高，其次是5%控失劑添加量尿素，說明新型控失尿素對玉米的增產增效明顯。由不同添加量控失尿素與夏玉米產量的擬合情況（見圖2）推算出尿素中最佳控失劑添加量為4.81%。