控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米產量和氮素吸收利用的影響

高雪健，李廣浩，陸衛平，陸大雷

（江蘇省作物遺傳生理重點實驗室 / 江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心 / 揚州大學農學院，江蘇揚州 225009）

肥料精準施用是實現玉米優質、高效生產的關鍵栽培措施之一[1–2]。經過多年發展，我國采用樹脂包膜、硫包膜等技術生產的新型肥料可大幅降低生產成本，廣泛應用于玉米生產，我國也成為世界上生產使用緩/控釋肥料規模最大的國家[3]。以新型高效生態肥料研發推廣為切入點，持續推動新型肥料的新技術新成果應用，實現肥料結構轉化優化，是推動中國農業綠色發展，加快農業現代化進程的一條新途徑[4–5]。糯玉米籽粒淀粉幾乎是由100%支鏈淀粉組成，獨特的胚乳淀粉組成和優異的食用品質使其成為最好的食用玉米[6]。課題組前期調查發現，江蘇省糯玉米生產中氮肥施用量的均值為260 kg/hm2，50%以上的農戶施肥量超過300 kg/hm2，且半數以上農戶施肥次數在3次以上[7]。過量施肥增加肥料成本，降低谷物品質，并易引起農業面源污染，多次施肥增加勞力成本，不符合農業輕簡、綠色、優質的發展方向。合理的施氮方式是提高玉米單產、減少資源浪費、提高氮素利用率的有效途徑之一[8–10]。控釋尿素的氮素釋放特征與作物需肥規律基本一致，國內外大量研究均表明其在玉米生產中能夠實現高產高效節本生態協同[11–13]。近年來，關于控釋尿素與傳統氮肥配施應用于普通玉米生產的研究也表明，在不同施氮量與摻混比例下玉米的產量與肥效差異較大[14–17]。因此，探究江蘇省糯玉米生產中控釋尿素與普通尿素的適宜摻混比例，對其優質高效生產至關重要。

在保證施氮量適宜的條件下，合理的施肥方式可顯著提高玉米的產量。普通尿素是農業生產中最常用的氮肥，占全球施氮量的73.4%，然而普通尿素養分釋放快速，導致氮素供應不能與作物的需求同步，導致作物產量與預期不一致，氮素利用效率低下，此外氮素快速釋放會導致溫室氣體排放增多和硝酸鹽淋溶到土壤和水中等一系列的環境問題[18]。研究表明“一炮轟”施肥方式雖然提高了勞動效率，但并沒有顯著提高玉米產量，嚴重時還會出現前期燒苗后期脫肥早衰的現象[19]。分次追施氮肥雖然比一次性施肥顯著提高玉米產量和肥料利用效率[9,20]，但分次施肥勞動成本加大，生產效益降低。研究發現，控釋尿素一次性施用可以減少施肥次數，達到省工、節肥、增效的目的[21–22]，可滿足當前農村勞動力轉移、簡化生產的需求[23]。但是，大部分控釋尿素前期養分從聚合物涂層中釋放太慢[24]，不能成為玉米生育前期的有效氮源，而且比傳統氮肥價格更貴。以往對于緩/控釋氮肥的研究主要集中在不同類型以及不同品牌摻混的控釋氮肥對玉米生長及氮素在土壤和植株中的運移、分配的影響等方面，關于控釋尿素的大田生產應用也以普通玉米為主，而對于控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米產量及氮素吸收利用影響的研究相對較少。為此，本研究通過兩年大田試驗，與單施尿素或控釋氮肥比較，研究普通尿素與控釋尿素不同比例配施對糯玉米籽粒產量、物質積累與轉運規律以及氮素吸收利用的影響，為江蘇省糯玉米的高產高效施肥提供理論與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗于2019—2020年在江蘇省連云港市連云港農業科學院實驗基地進行，選用連云港市推廣種植面積較大的糯玉米品種連花糯2號為試驗材料。供試土壤為沙壤土，0—20 cm土壤基礎地力狀況為：2019年土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為13.6 g/kg、1.23 g/kg、82.4 mg/kg、5.21 mg/kg和136 mg/kg，2020年分別為12.3 g/kg、1.16 g/kg、77.6 mg/kg、7.87 mg/kg 和 124 mg/kg。2019和2020年試驗地玉米生育期內總積溫為2570.5℃和2520.5℃，日照時數分別為617.6和514.5 h，降雨量分別為303.9 和723 mm (圖1)。

圖1 2019和2020年試驗地氣溫、降水量和日照時數Fig.1 Air temperature, precipitation, and sunlight hours at the experimental site in 2019 and 2020

采用隨機區組試驗設計，設置6個處理，N0：不施氮肥，N1：100%為普通尿素，N2：100%為控釋尿素，N3：普通尿素∶控釋尿素=1∶2，N4：普通尿素∶控釋尿素=1∶1，N5：普通尿素∶控釋尿素=2∶1，每個處理3次重復，所有處理施氮量均為225 kg/hm2，P2O5和K2O均為90 kg/hm2，種植密度60000株/hm2，大小行種植，行距為80 cm×40 cm，小區面積為60 m2。普通尿素含氮量46%，控釋尿素采用山東農業大學資源與環境學院研制的包膜控釋尿素(氮素含量42%，控釋期為90天)。兩年均在6月19日播種，9月27日收獲。田間管理參照高產田進行。

1.2 測定項目及方法

每個處理分別在開花期和成熟期選取長勢均勻且具有代表性的植株3株，開花期分莖稈和葉片兩部分，成熟期分莖稈、葉片、苞葉、穗軸和籽粒五部分裝袋，放置烘箱內，105℃殺青30 min，然后80℃烘干至恒重，稱重后磨粉，使用凱氏定氮儀測定植株各器官的全氮含量。成熟期收獲，每個處理分別取30個果穗曬干后考種測產。

1.3 相關參數計算

產值 (元/hm2)=產量 (kg/hm2) × 玉米單價 (元/kg)化肥投入(元/hm2)=肥料成本(其中，普通尿素1.80元/kg，控釋尿素5.0元/kg，過磷酸鈣2.0元/kg，氯化鉀4.0元/kg) ×施肥量(kg/hm2)

種子、農機和人工投入(元/hm2)=種子成本(600元/hm2)+耕整地(750元/hm2)+播種(750元/hm2)+打藥(750元/hm2)+施肥(一次600元/hm2)+收獲(750元/hm2)

收益 (元/hm2)=產值 (元/hm2)–化肥投入 (元/hm2)–種子、農機和人工投入(元/hm2)

營養器官干物質(氮素)轉運量(kg/hm2)=開花期營養器官干物質(氮素)積累量–成熟期營養器官干物質(氮素)積累量

營養器官干物質(氮素)轉運率(%)=營養器官干物質(氮素)轉運量/開花期干物質(氮素)積累量×100

干物質(氮素)對籽粒貢獻率(%)=干物質(氮素)轉運量/成熟期籽粒干物質(氮素)積累量×100

收獲指數(%)=籽粒干重/地上部分植株干重×100

氮素回收率(NRE，%)=(施氮區氮素吸收量–不施氮區氮素吸收量)/施氮量×100

氮素偏生產力(NPFP，kg/kg)=施氮區產量/施氮量

氮素農學效率(NAE，kg/kg)=(施氮區產量–不施氮區產量)/施氮量[15,25]

1.4 統計分析

采用Microsoft Excel 2013處理數據。用DPS 7.05軟件統計分析，在0.05水平進行顯著性檢驗(LSD，least significant difference test)。

2 結果與分析

2.1 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米產量的影響及經濟效益分析

從表1中可以看出，氮肥處理對糯玉米的千粒重、穗粒數和產量具有顯著影響。年度、年度與氮肥互作對產量及其構成因素影響不顯著。施用控釋尿素處理的產量均高于單施普通尿素處理，2019與2020年N2、N3和N4處理的穗粒數均顯著高于N1處理，但N2和N3處理間差異不顯著；2019和2020年N3處理的千粒重顯著高于N1處理，但N2、N4和N5處理的千粒重差異不顯著；與N1處理相比，N2、N3、N4和N5處理的產量分別平均提高20.1%、30.0%、14.1%和8.4%，差異顯著；配施處理中以N3處理的穗粒數、千粒重和產量最高。年度間產量差異不顯著。

表1 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米產量及其構成因素的影響Table 1 Effects of mixing controlled-release and normal urea on yield and yield components in waxy maize

玉米種植收益主要受玉米單價、產量和前期投入影響。2019和2020年，江蘇連云港玉米收購價格分別為1.986和2.530元/kg，普通尿素價格為1.8元/kg，控釋尿素價格為5.0元/kg，過磷酸鈣價格為2.0元/kg，氯化鉀價格為4.0元/kg。氮肥價格的差異導致不同處理下玉米收益差異顯著，兩年均以N3處理的玉米種植收益顯著高于其他處理，2019年N2、N4和N5處理之間差異不顯著；2020年N2處理和N4、N1和N5處理收益差異不顯著。與單施普通尿素相比，普通尿素與控釋尿素配施增收10.7%～51.4%。因價格影響，2020年玉米收益顯著高于 2019年(表2)。

表2 不同施氮處理下經濟效益分析 (元/hm2)Table 2 Economic benefit analysis of waxy maize under different nitrogen applications

2.2 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米干物質積累與轉運的影響

由圖2可看出，2年不同施氮處理下糯玉米群體干物質積累變化趨勢基本一致，年份對吐絲前后干物質積累影響不顯著，施氮方式對吐絲前后以及總干物質積累量有極顯著影響 (表3)。相同N水平下N3處理的干物質積累總量最高，與單施普通尿素處理N1相比，N2、N3和N4處理的干物質積累總量分別顯著提高了14.2%、20.3%和9.9%，N5與N1差異不顯著。從圖2還可以看出，吐絲前N2、N3、N4和N5處理的干物質積累量差異不顯著，表明吐絲后干物質積累差異是導致成熟期干物質積累量差異的主要原因。

表3 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米干物質積累影響的方差分析Table 3 AVOVA of mixing controlled-release and normal urea on dry matter accumulation in waxy maize

圖2 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米干物質積累的影響Fig.2 Effects of mixing controlled-release and normal urea on dry matter accumulation in waxy maize

年份和施氮處理對糯玉米干物質總轉運量和轉運率無顯著影響，干物質轉運對籽粒的貢獻率和收獲指數受年份影響不顯著，但氮肥處理對其有極顯著影響 (表4)。2019年，N1、N4和N5處理的干物質轉運量顯著高于N2和N3處理，且三者間差異不顯著，2020年N1和N2處理的干物質轉運量最高；2019和2020年N0和N1處理的干物質轉運率和對籽粒貢獻率均高于其他處理，且兩指標N3處理最低。施氮處理的收獲指數顯著高于不施氮處理，2019年N3處理的收獲指數最高，且N2、N4和N5處理間差異不顯著，2020年N2、N3和N4處理的收獲指數最高，但三者差異不顯著。

表4 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米干物質轉運的影響Table 4 Effects of mixing controlled-release and normal urea on dry matter translocation in waxy maize

2.3 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米氮素積累、轉運與分配的影響

由表5可看出，年份對吐絲前后氮素積累與總的植株氮素積累量影響不顯著，施氮處理對其影響極顯著。2年不同施氮處理間變化趨勢一致，相同N水平下N3處理的氮素積累總量高于其他處理，其次為N2處理，N4和N5處理間差異不顯著且顯著高于N1 (圖3)。從圖3中還可看出，吐絲前N2、N3、N4和N5處理的氮素積累量差異不顯著，表明吐絲后氮素積累差異是成熟期氮素積累量差異顯著的主要原因。

圖3 不同控釋尿素與普通尿素配施比例下糯玉米吐絲前后的氮素積累量Fig.3 Effects of mixing controlled-release and normal urea on N accumulation in waxy maize at pre-and post-silking stages

表5 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米氮素積累影響的方差分析Table 5 AVOVA of mixing controlled-release and normal urea on N accumulation in waxy maize

糯玉米氮素總轉運量、轉運率和對籽粒的貢獻率受年份影響不顯著，氮肥處理對氮素轉運量和轉運率有顯著影響 (表6)。2019年，N2、N3和N4處理的氮素轉運量和轉運率顯著高于其他處理，但三者間差異不顯著，2020年N3和N4處理的氮素轉運量最高，但各施氮處理的氮素轉運率差異不顯著；2019和2020年均以N4處理對籽粒貢獻率最高。糯玉米成熟期各器官氮素分配中籽粒占比最大(圖4)，占全株的50%以上，其次是莖稈、葉片部分占比10%～20%左右；施氮處理的籽粒氮素含量占比明顯高于不施氮處理，2年均以N3處理的籽粒氮素含量占比最高(57.5%)，其次為N2處理(56.5%)。

圖4 不同控釋尿素與普通尿素配施比例下糯玉米成熟期各器官的氮素分配率Fig.4 Effects of mixing controlled-release and normal urea on N distribution in different organs of waxy maize at maturity

表6 不同控釋尿素與普通尿素配施比例下糯玉米氮素轉運及其對籽粒的貢獻率Table 6 Effects of mixing controlled-release and normal urea on N translocation in waxy maize

2.4 控釋尿素與普通尿素配施對糯玉米氮素利用的影響

由表7可知，年份和施氮處理對糯玉米氮素偏生產力、氮素農學效率、氮素回收率具有顯著影響。與N1處理相比，N2、N3和N4處理的氮素偏生產力分別提高5.3、7.9和3.7 kg/kg，N5與N1差異不顯著；兩年均以N3處理氮素農學效率最高；N2、N3、N4和N5處理的氮素回收率比N1分別提高約12.0、18.6、6.2和5.2個百分點，差異顯著，其中N3處理的增加幅度最大，表明配施處理中以N3處理的氮素偏生產力、氮素農學效率、氮素回收率最高，其次為N2和N4處理，兩年結果變化趨勢基本一致。

表7 控釋尿素與普通尿素配施比例對糯玉米氮素利用的影響Table 7 Effects of controlled-release and normal urea ratio on N utilization in waxy maize

3 討論

合理的氮肥運籌是實現玉米高產高效的重要栽培技術途徑[25–26]。趙斌等[27]和 Zhang 等[28]研究表明，控釋尿素能夠顯著提高夏玉米產量，相同施肥量情況下比普通尿素增產13.2%～18.5%，而且控釋尿素在減少氮素流失、提高經濟效益方面表現出了比普通尿素分次施肥更好的效果。本研究2年結果也表明單獨施用控釋尿素處理比普通尿素處理的糯玉米產量平均增加20.0%。張杰等[18]研究表明適宜施氮量下與普通尿素處理比較，普通尿素摻混控釋尿素(比例為1∶2)顯著提高了春玉米產量、經濟效益和肥料利用率。本試驗中控釋尿素與普通尿素配施處理均不同程度實現了糯玉米產量及其構成、經濟效益的提高，增產8.4%～30.0%，增收10.7%～51.4%，這與郭金金等[16]在普通玉米研究中的結果相似。本研究中不同配施比例進行比較，以N3 (普通尿素與控釋尿素配施比例為1∶2)增產增收效果最顯著，主要原因可能是N3、N4與N5處理均保證了吐絲前玉米植株的養分供給，N3處理控釋氮肥比例更大，在吐絲后比N4和N5處理更有利于發揮控釋尿素的供氮優勢，促進了植株的物質積累與向籽粒的轉運。

作物干物質的積累是產量形成的基礎，適宜的施氮方式可顯著促進玉米植株地上部干物質積累量的增加[29–30]。控釋氮肥比普通尿素更有利于玉米吐絲后植株干物質積累，從而提高成熟期干物質積累量及產量。本研究中各施肥處理間吐絲前的干物質積累量差異不顯著，摻混控釋尿素處理吐絲后的干物質積累量顯著高于單施普通尿素處理。這與前人研究尿素摻混控釋氮肥一次施用可提高吐絲后以及成熟期玉米干物質積累量的結果[31–32]一致。高產的基本途徑是盡量增加干物質產量并使之盡可能多地分配到籽粒中去。本研究還表明普通尿素與控釋尿素配施比例為1∶2時糯玉米總干物質積累量最高，其次為單施控釋尿素處理，且N2與N3處理的平均收獲指數高于其他處理，與Zheng等[31]研究結果基本一致：控釋氮肥與尿素摻混比例為7∶3時玉米吐絲后及總干物質積累量顯著增加。這可能與控釋尿素氮素的釋放比較緩慢保證了生育后期養分的供給有關，使干物質積累及向籽粒的轉運量顯著增加。

氮肥運籌與植株氮素運轉與分配密切相關，研究表明吐絲后在保證土壤氮素吸收利用的基礎上增加莖葉氮素積累，可進一步提高穗部氮素積累量有利于獲得高產，提高氮素利用率[33]。研究表明，相同施氮量條件下控釋尿素處理的玉米氮素積累總量及氮素利用效率顯著高于普通尿素處理[34–35]。本研究中控釋尿素處理的糯玉米氮素積累總量也高于單施普通尿素處理。尿素和控釋氮肥按比例一次性施用是大田玉米生產中推廣的一個方向，研究表明控釋尿素與普通尿素配合施用可顯著促進玉米吐絲后氮素積累與轉運，氮素利用效率可顯著提高17.1%～40.2%[18,36]。本研究普通尿素與控釋尿素配施處理中以N3處理的氮素積累總量最高，且吐絲后氮素積累差異是成熟期氮素積累量差異顯著的主要原因。N2、N3和N4處理的平均氮素轉運量和轉運率差異不顯著，但是成熟期籽粒氮素含量以N3處理最高。表明普通尿素與控釋尿素配施(比例1∶2)在保證玉米各器官養分需求的同時增加了莖葉氮素向籽粒的轉運，有利于實現糯玉米高效生產。前人在西北旱作玉米區[16]、黃淮海夏玉米區[36]以及東北春玉米區[37]研究結果表明，由于氣候特點、作物品種、種植模式以及產量水平的差異，不同地區玉米養分需求也不同，尿素與控釋氮肥的最佳摻混比例也有所差異。本研究在江蘇糯玉米上的試驗結果表明，普通尿素與控釋尿素配施比例1∶2時，能夠保證糯玉米整個生育期氮素供給，促進吐絲后氮素吸收和轉運，氮素回收率可提高到46.3%，比單施控釋尿素處理增加6.6個百分點，穩產的同時提高氮素利用率，并提高了種植收益。

4 結論

適宜的尿素與控釋氮肥摻混可顯著提高糯玉米籽粒產量、吐絲前后干物質及氮素積累量，顯著提高氮素利用效率。在江蘇省糯玉米實際生產中，在施氮量225 kg/hm2條件下，普通尿素與控釋尿素為1∶2的摻混肥可提高產量、經濟效益和氮素利用效率，實現綠色高產節本增效的協同。