緩釋氮肥對滴灌冬小麥產量及土壤硝/銨態氮的影響

doi：10.13304/j.nykjdb.2024.0085

中圖分類號：S512.1 文獻標志碼：A 文章編號：1008-0864（2025）08-0179-08

Effectsof Slow Release Nitrogen Fertilizer on Yield of Winter Wheat and Soil Nitrate/Ammonium Nitrogen Under Drip Irrigation

LYU Caixia，LI Yongfu，XIN Huinan，LI Na，LAI Ning，GENG Qinglong，CHEN Shuhuang* InstituteofSoilFertilizerndAgriculturalWaterConservation，XinjangAcademyofAgculturalSiencesUrumqi8oa

Abstract： It has become a general consensus that overapplication of common nitrogen fertilizer causes low crop benefit and soil environmental pollution.Regulating nitrification process isanefective wayto ensure stable crop yield，reduce fertilizerdosage and soil nitrogenlossOnthebasisof thesameamountof phosphorusand potassium fertilizer，6nitrogengradients wereset：nonitrogenfertilizer（NO），farmerfertilization（N13O），optimalfertilization （N100），optimal reduction of common nitrogen fertilizer 20% （N80），optimal reduction of slow release nitrogen fertilizer 25% （ N₄₅75 ），optimal reduction of slow release nitrogen fertilizer 40% （ N₄₅60 ）.The effects of slow-release nitrogen fertilizeronwinterwheat yieldandsoil nitrate/ammoniumnitrogencontent wereanalyzedunderdrip irrigationunder theconditionof reducing commonnitrogen fertilizer.Theresultsshowedthattheefective panicle number，kernel number perspikeand1Oo-grain weightof winter wheat didnot decrease significantly by applying slowrelease nitrogen fertilizerundertheconditionofreducing total nitrogeninput，andtheyield wasstillhigh.The agronomiceficiencyof nitrogen fertilizerofN4575 treatment was higherthanthatofother treatments，especiall the increase of 44.57% compared with N13O treatment. The nitrogen partial productivity of optimal reduction treatment was higher thanthatof N13O treatment，andthe nitrogen partial productivityof slow release nitrogen treatment was higher than that of common nitrogen treatment. The nitrogen partial productivity of N 45 60 and N4575 treatment was higher than that of N13O treatment by 79.08% and 63.32% ，respectively. Nitrogen reduction treatment improved nitrogen use efficiency，andN4575 treatment had the highest nitrogenuse efficiency，which was 29.53% higher than thatof N13O treatment.Reasonable applicationof slowrelease nitrogen fertilizer could reduce thecontentof nitrate/ ammoniumnitrogenindeepsoillayer，thus reducing theriskof nitrogenleaching intodeepsoillayer.Therefore，the rationalapplicationofslowreleasenitrogenfertilizercouldbeaneffectivechoicetostabilizetheyieldof winterwheat under drip irrigationand reduce environmental pollution.Above results provided theoretical support for therational fertilizationof winterwheat withdrip irigation，and had importantsignificanceforimproving the production capacity of winter wheat and ensuring environmental safety.

Keywords：slow release nitrogen fertilizer；winter wheat；yield；nitrate/ammonium nitrogen

在現代農業生產中，化肥對糧食增產的貢獻率在 40% 以上，其中氮肥在作物產量增加和品質提升等方面發揮的作用最重要[2-3]。但是普通氮肥具有肥效期短、養分釋放迅速等特點，會導致氮素難以完全被大田農作物吸收，易造成資源浪費以及環境污染等問題4。研究表明，我國小麥當季氮肥利用率較低，新疆小麥氮平均施用量為233.10kg?hm^-2 ，而氮肥農學效率僅為 9.6kg?kg^-1[6] 大部分施入土壤中的氮肥將會以活性氮的形式進入大氣或水體，施氮量過多且施用不合理是造成該現象的主要原因。針對此問題，開展了緩釋氮肥對滴灌冬小麥產量及土壤硝/銨態氮垂直分布的影響探究。

土壤中氮肥通過硝化作用產生硝酸鹽類物質容易發生淋洗損失，通過反硝化作用生成氧化亞氮污染環境，因此，本研究通過調控氮肥在土壤中的硝化過程來減少大田土壤氮素的損失[]。研究表明，施用硝化抑制劑3.4-二甲基吡唑磷酸鹽（3，4-dimethylpyrazolephosphate，DMPP）可以抑制氨的氧化，進而減少施肥導致的氮素淋失和排放問題，對提高小麥氮肥利用率效果顯著。本研究施用的緩釋氮肥是一種含硝化抑制劑的新型肥料，抑制效果好且對作物和土壤沒有毒害作用[2。因此，在科學減施氮肥的基礎上開展緩釋氮肥對大田土壤硝化作用的調控研究，以期達到減少麥田氮素損失并提高滴灌冬小麥產量的目的[，從而提升冬小麥生產能力、保障環境安全[14]。

1材料與方法

1.1試驗地概況與試驗材料

試驗在新疆昌吉回族自治州奇臺縣坎兒孜鄉新疆農業科學院奇臺麥類試驗站 （43^°59^′6^′′N 89^°44^′48^′′ E）進行，該區屬中溫帶大陸性半荒漠干旱性氣候，年均氣溫 5.5^°C ，年均有效積溫3112.9 ^°C ，年均無霜期 153d ，年均降水量269.4mm 。供試土壤類型為灰漠土，基礎土樣pH8.36、有機質含量 17.14g?kg^-1 、全氮含量0.92g?kg^-1 、堿解氮含量 64.34mg?kg^-1 有效磷含量 14.31mg^-kg^-1 、速效鉀含量 489mg?kg^-1 、硝態氮含量 26.90mg^?kg^-1 、銨態氮含量 7.68mg^?kg^-1 。供試小麥品種為新冬22號，生育期105d左右。供試肥料為普通尿素 （N，46%） ，新疆宜化化工有限公司；緩釋氮肥為康樸 （N，45% ），江蘇雙多化工有限公司；磷肥為重過磷酸鈣 （P₂O₅，46%） ，昆明川金諾化工股份有限公司；鉀肥為硫酸鉀 （K₂O，50%） ，青海中信安鋰業發展有限公司。

1.2試驗設計

試驗設置6個處理： ① 不施氮肥（NO）； ② 農戶施肥（N130），施用普通氮肥 315kg?hm^-2 ③ 優化施肥（N100），施用普通氮肥 240kg?hm^-2 ④ 優化減施普通氮肥 20% （N80），施用普通氮肥210kg?hm^-2 ⑤ 優化減施緩釋氮肥 25%（N₄₅75） ，施用緩釋氮肥 180kg?hm^-2 ⑥ 優化減施緩釋氮肥 40%（N₄₅60） ，施用緩釋氮肥 144kg?hm^-2 。冬小麥于2021年9月20日播種，采用1管4行的滴灌模式，其中 30% 的氮肥和全部的磷、鉀肥基施，剩余 70% 的氮肥在各關鍵生育期隨水追施，比例分別為返青期 20% 、拔節期 20% 、孕穗期15% 、揚花期 10% 和灌漿期 5% ，各處理除氮肥施用量不同外，磷肥、鉀肥用量均相同，其用量分別為 P₂O₅120kg?hm^-2 K₂O20kg?hm^-2 。每個處理3次重復，共計18個試驗小區，隨機區組排列，小區面積 96m²（8m×12m） ，其他管理措施參照當地農戶。

1.3 測定項目及方法

在小麥成熟期各試驗小區取具有代表性3個樣方測產，樣方規格為 1m×1m ，每個處理9個樣方，調查割方產量（按照籽粒標準含水量 12.5% 折算）地上生物量、有效穗數和千粒重；同時在每個試驗小區取有代表性植株30株，每個處理共90株，測量單株株高、穗長和穗粒數[15]，測量完將植株樣品分成莖葉、籽粒，烘干粉碎后采用凱氏定氮儀（江蘇國創分析儀器有限公司）測定各部位全氮含量。

在小麥收獲后于各小區采集分層土壤樣品，每小區采集3個均勻分布點，每個點共取5層土樣（0—20、20—40、40—60.60—80、80—100cm），同一層土樣剔除作物根系等雜物后等量混勻。土壤礦質氮（硝態氮、銨態氮）采用浸提流動分析法測定。根據下列公式計算氮肥農學效率、氮素偏生產力 （kg?kg^-1） 和氮肥利用率。

氮肥農學效率 （施氮區作物產量-無氮區作 物產量）/氮肥施用量 （1）

氮素偏生產力 O= 籽粒產量/氮素投入量

氮肥利用率 .= （施氮區氮素累積量-不施氮區氮素累積量）/施氮量 ×100% （3）

1.4數據分析

數據差異顯著性檢驗（ Plt;0.05 采用Duncan多重比較，采用SPSS26分析軟件進行相關數據的統計分析，采用Origin2022進行相關圖表制作。

2 結果與分析

2.1不同處理對滴灌冬小麥產量的影響

由表1可知，與N0處理相比，施肥處理均表現出顯著增產效果， N130，N100，N80，N₄₅75 與 N₄₅60 處理的產量分別提高 62.26%.54.17%.53.96% 51.43%.32.84% ；與N130處理相比，減施氮肥處理產量降低但差異不顯著；各施肥處理氮肥農學效率分別為 9.02，10.30，11.72，13.04 和 10.4kg^-kg^-1 N₄₅75 處理的氮肥農學效率最高，較N130處理提高44.57% ，表明農戶施肥的供氮量可能偏大且存在氮肥浪費的問題，由此可見在保證冬小麥產量的情況下，通過減少氮肥用量可達到節約生產成本的目的。 N100，N80，N₄₅75，N₄₅60 處理較N130的氮素偏生產力分別提高 24.70%.42.32%.63.32% 和79.08% ，表明減施氮肥處理的氮素偏生產力均高于農戶施肥處理，并且緩釋氮肥處理的氮素偏生產力均高于普通氮肥處理，其中 N₄₅60 處理氮素偏生產力最高，為 42.08kg^-kg^-1 ，其次是 N₄₅75 處理，為38.38kg^-kg^-1 ，其中 N₄₅60 和 N₄₅75 處理較N130處理的氮素偏生產力分別提高 79.08% 和 63.32% 。與N130處理相比， N100.N80.N₄₅75 與 N₄₅60 處理的氮肥利用率分別提高 12.73%.4.78%.29.53% 和9.62% ，可見，與農戶施肥相比減氮處理均提高了氮肥利用率，其中 N₄₅75 處理的氮肥利用率最高。

表1不同處理下滴灌冬小麥的產量及增產效果

Table1Yield and increasing effectof winter wheatunderdrip irrigation under different treatment

注：同列不同小寫字母表示不同處理間在 Plt;0.05 水平差異顯著。 Note：Differentlowercaselettrsinsamecolumnindicatesignificantdiferencesbetweendifferenttreatmentsat Plt;0.05 level.

2.2不同處理對滴灌冬小麥產量因子的影響

與NO相比，其他施肥處理的有效穗數均顯著增加，但各施肥處理之間差異不顯著。從穗粒數來看， N130，N100，N80，N₄₅75 與 N₄₅60 處理的穗粒數分別較NO處理提高 10.31%，26.54%，17.20% 20.05%.11.12% ，其中N100處理的最高，減施氮肥處理的穗粒數均高于農戶施肥處理，說明在減少氮肥投入量的條件下仍可以提高滴灌冬小麥的穗粒數。從千粒重來看，各施肥處理比NO處理顯著增加，但各施肥處理之間差異不顯著。綜上可知，在減少氮肥用量的情況下施用緩釋氮肥處理其有效穗數、穗粒數與千粒重并未顯著下降。因此，在減氮條件下施用緩釋氮肥能夠保證獲得較高產量，這與上述產量結果一致。

Table2Different treatments on yield factors of winter wheat under drip irrigation

注：同列不同小寫字母表示不同處理間在 Plt;0.05 水平差異顯著。 Note：Differentlowercaselettersinsamecolumnindicatesignificantdiferencesbetweendifferenttreatmentsat Plt;0.05 level.

2.3不同處理對滴灌冬小麥的地上生物量、株高及穗長的影響

由表3可知，各施肥處理的地上生物量、株高與穗長均較NO處理有所增加。與NO處理相比， N130，N100，N80，N₄₅75 與 N₄₅60 處理的地上生物量分別提高 114.87% 、 82.07% 、 81.76% 、80.26% 、 62.88% ；從株高來看，N130、N100、N80，N₄₅75，N₄₅60 處理的株高分別較NO處理提高 13.48% ！ 11.94% 1 11.87% 、 17.69% 、 3.17% 。從穗長來看， N130_?N100，N80_?N₄₅75_?N₄₅60 處理的穗長分別較NO處理提高 22.12%.25.62% 、19.03%.20.23%.6.07% 。除 N₄₅60 處理外，其他施肥處理之間的生物量、株高及穗長差異不顯著。

表2不同處理下滴灌冬小麥的產量因子

表3不同處理下滴灌冬小麥的地上生物量、株高及穗長

Table3Diferentreatmentsonabove-ground biomass，plantheightandearlengthofwinter wheatunderdripirrigatin

注：同列不同小寫字母表示不同處理間在 Plt;0.05 水平差異顯著。 Note：Differentlowercaselettrsinsamecolumnindicatesignificantdiferencesbetweendifferenttreatmentsat Plt;0.05 level.

2.4不同處理對滴灌冬小麥土壤礦質氮及硝/銨態氮含量的影響

滴灌冬小麥收獲后不同施肥處理在 _0-100cm 土壤剖面礦質氮含量如圖1所示，除N0處理外，其他施肥處理隨土層深度增加礦質氮含量呈逐步減少的趨勢，礦質氮在0一 60cm 土層中減少的速率較快，在 60--100cm 減少的速率較慢；在表層土壤中礦質氮含量表現為 N130gt;N100gt;N₄₅75gt;N80gt; N₄₅60gt;N0 ，表明施氮量是影響表層土壤中礦質氮含量的主要因素，并且在深層土壤范圍內施用緩釋氮肥礦質氮含量均低于施用普通氮肥處理。由此可知，施氮能提高土壤表層的礦質氮含量，且施用緩釋氮肥能減少深層土壤中礦質氮的含量。

滴灌冬小麥收獲后不同施肥處理在0一 100cm 土壤剖面的硝態氮含量如圖2所示，不同施肥處理下，隨土層深度加深硝態氮含量呈逐步減少的趨勢，在 _0-60cm 土層中硝態氮減少的速率較快，在60-100cm 中硝態氮減少的速率放緩；不施肥處理在 0-100cm 土層中硝態氮變化趨勢呈“S\"型，在 40cm 王層附近的硝態氮含量形成一個累計峰，達到 6.94mg^?kg^-1 ，在 60cm 土層附近的硝態氮含量形成一個小低谷，為 3.63mg?kg^-1 。 0-20cm 土層中硝態氮含量表現為 N130gt;N100gt;N₄₅60gt;N80gt; N₄₅75gt;N0 ，表明表層土壤中硝態氮含量與施氮量基本呈正相關。 20-40.40-60.60-80.80-100cm 土層中硝態氮含量分別在 4.33～9.04，2.15～5.11 1.76～4.53、1.62～6.17mg^?kg^-1 。除NO處理外，其他處理隨著土層深度增加硝態氮含量的變化逐漸趨于穩定；另外，在40— 100cm 土層范圍內緩釋氮肥處理硝態氮含量均低于普通尿素處理，其中 N₄₅75 的處理向土體深處淋溶的風險最小。

滴灌冬小麥收獲后不同施肥處理在0— 100cm 土壤剖面銨態氮含量如圖3所示， 0-20cm 土層中銨態氮含量在 3.69～7.14mg^?kg^-1 ，各處理表現為 N130gt;N₄₅60gt;N100gt;N80gt;N₄₅75gt;N0 ，表層銨態氮含量與表層土壤中實際施氮量基本相符。20—40、40—60、60—80、80—100cm土層中銨態氮含量分別在3.47～6.07、3.02～6.53、3.78～7.19、4.44～7.33mg^?kg^-1"。總體而言， 60-100cm 土層中緩釋氮肥處理土壤銨態氮含量均低于施用普通氮肥處理，與硝態氮含量相比銨態氮含量亦隨土層深度而變化，但幅度較小。

圖2不用處理下滴灌冬小麥剖面土壤硝態氮含量 Fig.2 Soil nitrate nitrogen content in winter wheat profile underdripirrigation isnot treated

圖1不用處理下滴灌冬小麥剖面土壤礦質氮含量 Fig.1Soil mineral nitrogen content in winter wheat profile underdripirrigationisnottreated

圖3不用處理下滴灌冬小麥剖面土壤銨態氮含量 Fig.3Soil ammonium nitrogen content in winter wheat profile under drip irrigation is not treated

3討論

當前中國糧食增產主要依托于農業資源的高投入與高消耗]，然而為追求高產而超量施肥會導致土壤養分失衡和農業面源污染等問題，通過多年農戶調查發現研究區存在過量施肥的情況，本研究以此為切人點開展。農業農村部在2020年提出了“化肥零增長計劃\"后[8]，普遍認為通過改進施肥等方式能夠在保障作物穩產的基礎上減少化肥用量。本研究探索滴灌冬小麥產量及土壤硝/銨態氮對減少總氮投入的情況下施用緩釋氮肥的響應，以期為滴灌冬小麥減氮增效提供一條切實可行的途徑。

氮肥和增效劑配施可以降低氮素養分釋放速度進而促進作物生長發育及產量9]。本研究中，緩釋氮肥處理冬小麥產量較不施肥處理均顯著提升，并且在減氮 25% 的情況下施用緩釋氮肥與優化施肥處理的產量也較接近，可以認為在減少氮肥投入的情況下合理施用緩釋氮肥能夠保證滴灌冬小麥的產量。研究表明，在減氮 20% 和 10% 時添加硝化抑制劑是通過增加穗粒數使作物產量達到正常施氮水平[20]。從本研究結果來看，減施氮肥處理的小麥穗粒數均高于農戶施肥處理，在減少氮肥用量情況下施用緩釋氮肥能夠顯著提高冬小麥的穗粒數，這與張永強等21施用緩釋氮肥較常規施肥模式下小麥穗粒數呈增加趨勢結果相一致。也有研究指出，使用氮肥增效劑是通過促進小麥有效分藥從而增加小麥穗數，進而提高小麥的產量[22-23]。本研究中，在減少總氮投人的情況下施用緩釋氮肥冬小麥有效穗數和千粒重有所減少但未達到顯著水平，這可能是由于作物品種以及施肥管理方式等不同。

與常規肥料相比，緩釋氮肥具有肥效長、肥料利用率高的特點[24]。咸云宇等[25]研究表明，緩釋氮肥不同施用模式顯著提升小麥氮素利用效率；本研究中，施用緩釋氮肥較農戶施肥的小麥氮肥利用率分別提高 29.53% 和 9.62% ，這與前人研究結果一致。施用緩釋氮肥對硝態氮淋溶而造成的氮素養分損失具有顯著效果[26-31]。吳承杰等[32]、胡田田等[33研究表明，不同時期施用氮肥增效劑能有效抑制冬小麥土壤中的硝化作用，從而減少氮肥的損失，本研究中， 0-20cm 土層中硝態氮含量表現符合表層土壤中施氮量的實際情況，而在 40-100cm 土層范圍內緩釋氮肥處理下硝態氮含量均明顯低于普通氮肥，尤其以 N₄₅75% 處理最顯著，這與前人研究結果相同。緩釋肥料可以協調養分釋放的速率，使養分釋放的時間和強度盡可能與作物的需求相匹配，從而使作物能夠及時充分吸收而減少在土壤中淋失機會[2。本研究結果表明，在不同施肥處理下隨土層深度增加硝態氮含量呈現逐步減少的趨勢，在0一 60cm 土層中硝態氮減少的速率較快，在60— 100cm 中硝態氮減少的速率放緩；在 40-100cm 土層，緩釋氮肥處理下硝態氮含量均低于普通氮肥處理，其中N₄₅75 處理向土體深處淋溶的風險更小。后期研究中，將增加不同施氮處理下滴灌冬小麥關鍵生育期氮素垂直分布和累積的研究，探究滴灌冬小麥養分釋放與作物需求匹配情況，為充分了解緩釋氮肥對滴灌冬小麥吸收和淋失提供確切依據

綜上所述，在滴灌冬小麥生產中合理地減少氮肥用量并施用緩釋氮肥不僅可以保證產量，同時還能減少因硝態氮淋溶而造成的農業面源污染，可以作為一種促進滴灌冬小麥減氮增效的施肥方式。

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