氮肥控釋替代及配施腐植酸對小麥產(chǎn)量和土壤氮素的影響

范仲卿 包濤濤 楊武杰 吳銀釵 劉曉辰 孟慶羽 郭新送*

1 山東農(nóng)大肥業(yè)科技股份有限公司 泰安 271000

2 山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 濟(jì)南 250014

3 魚臺縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 濟(jì)寧 272399

為確保我國糧食安全，通過施用化肥促進(jìn)作物高產(chǎn)是一項重要舉措[1]。但近年來我國過量施用化肥現(xiàn)象普遍，導(dǎo)致肥料利用率偏低[2]，不僅沒有促進(jìn)作物增產(chǎn)，還造成了地下水污染等嚴(yán)重的環(huán)境污染，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3～5]。因此，我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要在保證作物穩(wěn)產(chǎn)的情況下優(yōu)化養(yǎng)分管理技術(shù)，提高化肥利用率，避免過量施肥。減量施肥作為優(yōu)化施肥技術(shù)的一種，目的在于維持穩(wěn)定產(chǎn)量的同時減少肥料投入量。大量研究表明[6～8]，適量減肥并沒有引起產(chǎn)量顯著變化且有上升趨勢，并改善了作物品質(zhì)、提高了肥料利用率和經(jīng)濟(jì)效益，降低了養(yǎng)分的環(huán)境損失和污染，達(dá)到節(jié)肥增效的目的。緩控釋肥被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，研究表明[9～11]，緩控釋肥的投入可明顯增加作物產(chǎn)量以及肥料偏生產(chǎn)力。腐植酸作為一種天然生物刺激素，對作物具有促生抗逆的效果，腐植酸與緩控釋肥配合施用可有效提高肥料利用效率。

目前，大多數(shù)研究聚焦于減少化肥量或以緩控釋肥替代普通化肥對小麥生產(chǎn)的影響，而對緩控釋肥施用量及與腐植酸配施研究較少。因此本試驗從減少化肥施用量、不同比例控釋氮肥和腐植酸復(fù)配全部或部分替代農(nóng)民傳統(tǒng)氮肥入手，研究不同施肥處理對小麥土壤基本理化性質(zhì)、不同肥料有效性及小麥的影響，以期為小麥優(yōu)化養(yǎng)分管理措施提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)減肥增效、綠色生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概述

本研究于2020 年11 月至2021 年6 月在山東省淄博市臨淄區(qū)朱臺鎮(zhèn)（北緯：36°93′，東經(jīng)：118°26′）進(jìn)行大田試驗。該區(qū)域地處山東半島東部，屬于大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為13.2 ℃，年平均降雨量為762.20 mm。供試土壤類型為壤土，其0 ～20 cm 土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

1.2 供試材料

供試肥料：控釋氮肥為樹脂包膜尿素（OF、CCRF，N：45%），尿素為大顆粒尿素（N：46%）；經(jīng)過活化后的腐植酸，其原料為優(yōu)質(zhì)的風(fēng)化煤粉末（總腐植酸含量為40%）；磷肥為過磷酸鈣（P2O5：12%）；鉀肥為硫酸鉀（K2O：50%）。均由山東農(nóng)大肥業(yè)科技股份有限公司提供。

供試作物：小麥，品種為“濟(jì)麥22”。

1.3 試驗設(shè)計

在當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施氮量220 kg/hm2的基礎(chǔ)上進(jìn)行減氮試驗。試驗設(shè)8 個處理：（1）不施氮肥（CK）；（2）農(nóng)民傳統(tǒng)施肥（CCF）；（3）控釋氮肥等量替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥（OF）；（4）控釋氮肥減施50%替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥（CCRF）；（5）控釋氮肥等量替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥+腐植酸（CRF）；（6）控釋氮肥減施25%替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥+腐植酸（75% CRF）；（7）控釋氮肥減施33.3%替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥+腐植酸（66.7% CRF）；（8）控釋氮肥減施50%替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥+腐植酸（50% CRF）。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為20 m2（4 m×5 m），每個處理共3 個重復(fù)，生育期管理措施同大田。各試驗處理用肥量見表2。

表2 施肥處理和施肥量Tab.2 Fertilization treatment and fertilization amount kg/hm2

1.4 植株樣品采集與測定

土壤養(yǎng)分測定[12]：于小麥?zhǔn)斋@期后采用五點取樣法采集0 ～20 cm 土壤樣品，使用靛酚藍(lán)比色法和酚二磺酸比色法通過全自動化學(xué)分析儀測定土壤NH4+-N 和NO3--N 含量。

小麥生物量測定：小麥?zhǔn)斋@時，在每個小區(qū)收獲期內(nèi)隨機(jī)采集1/3 面積小麥測定麥地上部生物量及籽粒產(chǎn)量。

植株養(yǎng)分測定：對收獲后的小麥依據(jù)不同施肥處理將地上部分進(jìn)行粉碎研磨過100 目篩，稱取約0.25 g 于錫紙杯中，使用鑷子將其按壓成圓滑立方體，使用元素分析儀測定植株全氮。

氮肥偏生產(chǎn)力：PFPN ＝Y(jié)/F（Y 代表施肥后所獲得的作物產(chǎn)量；F 代表氮肥的投入量）。

氮累積吸收量：氮累積吸收量（kg/hm2）=植株全氮含量（%）×植株干物質(zhì)重（kg/hm2）。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

使用Excel 2010、SPSS 22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對小麥地上部生物量及籽粒產(chǎn)量的影響

由表3 可以看出，相較于CCF 處理，OF 處理小麥地上部生物量與籽粒產(chǎn)量分別顯著增加了13.4%、13.02%；同時，CRF 處理地上部生物量及籽粒產(chǎn)量分別增加了4.41%、2.82%，在添加腐植酸的基礎(chǔ)上進(jìn)行減肥處理，75% CRF 地上部生物量及籽粒產(chǎn)量仍高于OF 處理，分別高出了0.6%、1.82%；繼續(xù)減少施肥量，地上部生物量及籽粒產(chǎn)量有下降的趨勢，但其之間差異未達(dá)到顯著水平。

表3 不同處理對小麥地上部生物量及籽粒產(chǎn)量的影響Tab.3 Effects of different treatments on aboveground biomass and grain yield of wheat

2.2 不同處理對小麥氮素利用及偏生產(chǎn)力的影響

由表4 可以看出，相較于CCF 處理，OF 處理的氮素累積吸收量及氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著增加了16.38 kg/hm2、4.05 kg/kg；在控釋氮肥的基礎(chǔ)上添加腐植酸，氮素累積吸收量增加了8.57 kg/hm2，但氮肥偏生產(chǎn)力并無明顯變化；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行減肥處理，除50% CRF 外，其余2 個處理氮素累積吸收量均顯著高于OF 處理（P<0.05），增幅為16.41、15.84 kg/hm2；從氮肥偏生產(chǎn)力來看，相較于OF 處理，在控釋氮肥減量的基礎(chǔ)上添加腐植酸均可有效提高氮肥偏生產(chǎn)力，增幅范圍為35.76%～96.77%，以50% CRF 處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高。

表4 不同處理對小麥養(yǎng)分吸收的影響Tab.4 Effects of different treatments on nutrient absorption in wheat

2.3 不同處理對小麥生育期內(nèi)土壤氮養(yǎng)分的影響

由表5 可以看出，小麥拔節(jié)期，除50% CRF處理外，其余各處理NO3-含量均顯著高于CCF 處理，其增幅范圍為34.5%～61.93%，以75% CRF處理最高，其后依次是CRF、OF、CCRF、66.7%CRF，說明控釋氮肥的投入可以增加拔節(jié)期土壤NO3-含量，在控釋氮肥的基礎(chǔ)上添加腐植酸可進(jìn)一步增加土壤中NO3-的含量；NH4+也有類似的規(guī)律，除50% CRF 處理外，其余各處理NH4+含量均顯著高于CCF 處理，其增幅范圍為18.42%～46.18%，以CRF 處理最高。說明CRF 處理在小麥拔節(jié)期間可以提高土壤養(yǎng)分利用效率，保證作物養(yǎng)分需求量。小麥?zhǔn)斋@期，不同施肥處理NO3-、NH4+含量均顯著高于CK 對照，施氮量很低的處理NO3-、NH4+沒有降低更多的原因是，添加腐植酸后加速了原有有機(jī)質(zhì)的降解，礦化產(chǎn)生NO3-、NH4+的量增加，同時在小麥?zhǔn)斋@期對土壤氮的吸收利用效率也會降低。

表5 不同處理對小麥生育期土壤氮養(yǎng)分的影響Tab.5 Effects of different treatments on soil nitrogen nutrients during wheat growth stage

3 討論

本試驗結(jié)果表明，施肥水平與肥料種類均可顯著影響小麥籽粒產(chǎn)量，相較于CCF 處理，OF、CCRF 處理小麥籽粒產(chǎn)量不降反增，分別增加了14.97%、3.65%；李前等[13]研究也得到類似的結(jié)論，同等施氮量下，控釋氮肥處理較尿素處理產(chǎn)量增加了11.4%。CRF 處理籽粒產(chǎn)量有進(jìn)一步增加的趨勢，增加了2.82%；孫志梅等[14]得到類似結(jié)論，使用控釋氮肥等量替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥+腐植酸后小麥增產(chǎn)幅度達(dá)到13.5%～18.7%。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行減少肥料用量，75% CRF 地上部生物量及籽粒產(chǎn)量仍高于OF 處理，分別高出了0.6%、1.82%，繼續(xù)減少施肥量，地上部生物量及產(chǎn)量有下降的趨勢，但其之間差異未達(dá)顯著性。說明當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥水平嚴(yán)重過量，不利于小麥籽粒產(chǎn)量增加，控釋替代及減施或增加腐植酸都可進(jìn)一步增加產(chǎn)量，其中以75% CRF 處理效果最好，這與盧艷麗等[15]、汪強(qiáng)等[16]、朱曉霞等[17]研究結(jié)果基本一致：盧艷麗等[15]研究表明，減少20%用量的控釋氮肥處理產(chǎn)量顯著高于農(nóng)民傳統(tǒng)施氮處理，增產(chǎn)達(dá)到18.3%；汪強(qiáng)等[16]研究表明與尿素基施相比，控釋氮肥等量替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥增產(chǎn)10.03%～11.17%；朱曉霞等[17]研究也表明，控釋氮肥減量20%施用可以維持較好的產(chǎn)量性狀。

控釋氮肥替代及增施腐植酸可在維持小麥產(chǎn)量、土壤肥力、系統(tǒng)可持續(xù)性的基礎(chǔ)上，達(dá)到減少肥料用量，提高肥料利用率的目標(biāo)。相較于CCF處理，OF 及CRF 均可提高氮素累積吸收量，分別增加了16.38、25.13 kg/hm2，在CRF 處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行減肥處理，這是因為控釋氮肥能夠協(xié)調(diào)養(yǎng)分的釋放時間和強(qiáng)度，使養(yǎng)分釋放速率與作物對養(yǎng)分的需求同步，同時腐植酸可以促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收[18，19]。除50% CRF 處理外，75% CRF、66.7% CRF 處理氮素累積吸收量均顯著高于OF 處理（P ＜0.05），增幅為16.41、15.84 kg/hm2；從氮肥偏生產(chǎn)力來看，與OF 處理相比，在減量施肥的基礎(chǔ)上添加腐植酸均可有效提高氮肥偏生產(chǎn)力，增幅范圍為35.76%～96.77%，以50% CRF 處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高。劉萍等[20]研究表明，控釋氮肥投入可提高30%以上的氮肥利用率；蔣麗萍等[21]也研究表明相較于傳統(tǒng)施肥280 kg/hm2，施用樹脂包膜尿素并減少用量20%，可提高16.9%的氮肥利用率。這些研究與本試驗結(jié)果一致。

控釋肥是針對作物需肥規(guī)律，使其養(yǎng)分按照設(shè)定的釋放率和釋放期緩慢或控制釋放的肥料[22]。本試驗結(jié)果表明，小麥拔節(jié)期，相較于CCF 處理（61.40 mg/kg），除50% CRF 處理（60.66 mg/kg）外，其余各處理硝態(tài)氮含量均顯著增加了34.5%～61.93%，其中以75% CRF 處理最高（99.43 mg/kg），說明控釋氮肥的投入可以增加拔節(jié)期土壤硝態(tài)氮含量，在控釋肥的基礎(chǔ)上添加腐植酸可進(jìn)一步增加土壤中NO3-的含量；NH4+也有類似的規(guī)律，說明控釋氮肥及與腐植酸配施在小麥拔節(jié)期間可以維持土壤養(yǎng)分底墑，保證作物養(yǎng)分需求量。小麥?zhǔn)斋@期，不同施肥處理NO3-、NH4+含量均顯著高于CK處理?？蒯尩实氖┯每稍谛←滉P(guān)鍵生育期提供充足的氮素，且在收獲期可以穩(wěn)定土壤養(yǎng)分平衡[23，24]。鄭文魁等[25]研究表明，控釋氮肥能顯著增加冬小麥中后期土壤中無機(jī)氮含量。Geng J B 等[26]研究也表明，施加硫包尿素使耕層土壤中中有效氮含量提升32%。這些研究與本試驗結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本研究通過設(shè)置不同施肥方式探究對小麥產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響。研究結(jié)果表明，控釋氮肥等量替代農(nóng)民傳統(tǒng)施氮肥+腐植酸顯著提高小麥產(chǎn)量，同時在一定程度上也增加了土壤氮素的累積量，為小麥優(yōu)化養(yǎng)分管理措施提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)減肥增效、綠色生產(chǎn)。