新型氮肥及施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響

岳 克，馬 雪，宋 曉，郭斗斗，張珂珂，黃紹敏，岳艷軍，姚 健*，張水清，2*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430070；3.河南心連心化肥有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453700)

玉米作為河南主要糧食作物之一，其播種面積267萬(wàn)hm2以上，單產(chǎn)5 997 kg/hm2，總產(chǎn)2.465×109kg，在國(guó)家糧食安全中占有重要地位[1]。實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)，是提高玉米總產(chǎn)量、保障糧食安全的重要手段[2-3]。目前，我國(guó)大部分玉米農(nóng)田平均施氮量高于200 kg/hm2[4]，個(gè)別地區(qū)達(dá)到250 kg/hm2[4]，由于氮肥施用量大、施肥方式不科學(xué)等原因，造成了氮肥利用率較低。目前我國(guó)的氮肥利用率約在30%～35%，華北地區(qū)小麥、玉米種植區(qū)的氮肥損失量約20%～55%[5-8]。由于氮肥損失量大而造成的環(huán)境問(wèn)題[9]，已被廣大學(xué)者關(guān)注。于淑芳等[10]研究表明，施用控釋尿素能夠起到節(jié)肥增效的作用，并減少氮肥淋失。為了提高氮肥利用率，選育高肥效品種、改進(jìn)耕作栽培技術(shù)和研制新型肥料等多種方式進(jìn)行研究。已有研究表明，長(zhǎng)效氮肥不僅可以提高氮肥利用率，還可以顯著增加玉米產(chǎn)量[11-13]。研究表明，控釋肥能夠顯著提高作物產(chǎn)量和肥料利用率[14-15]。

研究表明，不同氮肥類型對(duì)玉米產(chǎn)量及氮肥利用率有顯著差異。前人在施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響已有大量研究，但在新型氮肥(控失尿素和腐植酸尿素)對(duì)玉米產(chǎn)量及氮素吸收利用影響的研究很少。本文探究了新型氮肥特別是腐植酸尿素和控失尿素對(duì)玉米氮素吸收和產(chǎn)量的影響，對(duì)養(yǎng)分的當(dāng)季利用率和土壤全氮含量的影響。旨在科學(xué)評(píng)價(jià)新型氮肥的增產(chǎn)、培肥和生態(tài)效果，促進(jìn)新型氮肥的推廣應(yīng)用，減少環(huán)境污染，提高肥料利用率，為夏玉米合理施用新型氮肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地—國(guó)家潮土土壤肥力與肥料效益長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)站(N 35°00′28.43″，E 113°41′47.66″)內(nèi)進(jìn)行，位于河南省新鄉(xiāng)市平原新區(qū)祝樓鄉(xiāng)，土壤類型為輕壤質(zhì)潮土，該地區(qū)屬于半干旱半濕潤(rùn)暖溫帶季風(fēng)氣候，年有效積溫為4 700 ℃，年均降水量為645 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

種植制度為“麥-玉”輪作。播種前，2016年6月20號(hào)采集試驗(yàn)區(qū)基礎(chǔ)土壤樣品，0～20和20～40 cm，風(fēng)干，分析和保存，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)化學(xué)性質(zhì)

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用兩因素設(shè)計(jì)，即3種氮肥類型及6個(gè)施氮水平，共16個(gè)處理。4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，詳見(jiàn)表2。氮肥品種采用普通尿素(N 46.4%)，控失尿素(N 43.2%)和腐植酸尿素(N 44.0%)。

表2 施肥量 (kg/hm2)

6月21號(hào)，小區(qū)旋耕，播種；磷鉀肥與玉米種肥同播；基肥：控失尿素和腐植酸尿素一次施用，普通尿素：基肥70%，追肥30%，過(guò)磷酸鈣與氯化鉀可以摻混；玉米品種：先玉335；播種量25.5 kg/hm2，10月5日收獲。

1.2.2 試驗(yàn)管理

試驗(yàn)小區(qū)面積為6 m×8 m=48 m2；小區(qū)兩邊用水泥板隔開(kāi)，防止施肥和水肥相互影響；小麥-玉米輪作方式，南北方向等距播種，每區(qū)6 m10行，株距平均0.27 m；小區(qū)排列按照隨機(jī)區(qū)組方式，電腦隨機(jī)排號(hào)，個(gè)別適當(dāng)調(diào)整；每個(gè)處理每排小區(qū)之間用0.6 m走道隔開(kāi)；肥料品種間用1.5 m左右走道隔開(kāi)，便于灌水和三輪車進(jìn)入，走道兼顧給水和排水功能，期間安裝定量灌水設(shè)施；小區(qū)大小滿足已有農(nóng)機(jī)設(shè)備的操作，寬度符合播種機(jī)器的整倍數(shù)。

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

夏玉米播種前采集0～20和20～40 cm土壤樣品測(cè)定基礎(chǔ)理化性質(zhì)，采用K2Cr2O7容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，碳酸氫鈉浸提-鉬藍(lán)比色法測(cè)定土壤有效磷，用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定土壤速效鉀[16]。

玉米收獲后，用5點(diǎn)取樣法取土樣，風(fēng)干處理后分別過(guò)0.15 mm篩待測(cè)，采用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮。收獲時(shí)在每個(gè)小區(qū)采集有代表性的3棵玉米植株，并采集50株玉米進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，將營(yíng)養(yǎng)器官烘干并稱重，粉碎后測(cè)定各部分氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。植株全氮采用濃H2SO4-H2O2消解-蒸餾定氮法測(cè)定。

1.4 有關(guān)指標(biāo)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)方法

氮肥利用率(NUE,%)=(施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量-不施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量)/施氮肥量×100。所有數(shù)據(jù)采用SPSS 11.0和Excel 2003進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型肥料及施氮量對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量的影響

表3比較了氮肥類型和施氮量對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量及秸稈產(chǎn)量的影響。從3種氮肥處理均可以看出，施氮效應(yīng)顯著，不施肥處理的玉米籽粒及秸稈產(chǎn)量均低于施肥處理。對(duì)于普通尿素來(lái)說(shuō)，隨著施氮量的增加，玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì)，與不施氮處理相比，施氮量從100～300 kg/hm2各處理，籽粒產(chǎn)量分別增加了18.6%、19.6%、40.5%、60.2%、78.9%，秸稈產(chǎn)量分別增加了9.9%、9.4%、29.6%、51.3%、65.7%，施氮量在200 kg/hm2及以上的處理，玉米增產(chǎn)效果顯著，且玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量最高的處理均為最高施氮量300 kg/hm2。對(duì)于控失尿素來(lái)說(shuō)，隨著施氮量的增加，玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì)，施氮量從100～300 kg/hm2各處理，籽粒產(chǎn)量分別增加了33.2%、70.9%、55.3%、93.7%、94.4%，秸稈產(chǎn)量分別增加了31.1%、61.0%、66.7%、123.5%、99.9%，并且在施氮量分別為250和300 kg/hm2時(shí)，玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量無(wú)顯著差異，在施氮量為300 kg/hm2時(shí)，籽粒產(chǎn)量最高；施氮量為250 kg/hm2時(shí)，秸稈產(chǎn)量最高。對(duì)于腐植酸尿素來(lái)說(shuō)，隨著施氮量的增加，玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì)，與不施氮處理相比，施氮量從100～300 kg/hm2各處理，籽粒產(chǎn)量分別增加了33.3%、40.1%、71.3%、86.3%、73.3%，秸稈產(chǎn)量分別增加了36.9%、44.2%、62.9%、123.9%、86.1%，并且在施氮量分別為250和300 kg/hm2時(shí)，籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著差異；在施氮量為250 kg/hm2時(shí)，籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量最高。以上結(jié)果表明，3種氮肥，籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量均隨著施氮量的增加而增加。也可以看出，在相同施氮水平下，控失尿素和腐植酸尿素各處理的籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量均高于普通尿素，增產(chǎn)效果更好；控失尿素處理與腐植酸尿素處理相比，在施氮量為250和300 kg/hm2時(shí)，控失尿素處理的籽粒產(chǎn)量比腐植酸尿素籽粒產(chǎn)量分別增加4.0%和12.2%。因此，說(shuō)明施用控失尿素和腐植酸尿素為250 kg/hm2就可以使玉米增產(chǎn)80%以上，而施用普通尿素在300 kg/hm2以上才可以滿足玉米生長(zhǎng)需求；而控失尿素處理的增產(chǎn)效果要優(yōu)于腐植酸尿素。

表3新型氮肥及施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響(kg/hm2)

氮肥類型施氮量籽粒產(chǎn)量秸稈產(chǎn)量普通尿素04 638±120c 5 238±407c1005 501±920bc 5 754±1 225bc1505 547±1 134bc 5 728±1 128bc2006 515±735ab 6 787±1 221abc2507 432±124a 7 923±826ab3008 299±1 746a 8 681±1 814a控失尿素04 638±120d 5 238±407c1006 177±626c 6 865±951bc1507 926±435ab 8 432±288abc2007 205±860bc 8 730±1 653abc2508 983±838a11 709±3 530a3009 017±266a10 473±2 627ab腐植酸尿素04 638±120c 5 238±407d1006 181±211b 7 172±1 425cd1506 498±313b 7 552±897bcd2007 946±1 185a 8 532±1 128bc2508 639±69a11 728±2 164a3008 039±632a 9 750±1 170a顯著水平(P)氮肥類型0.001**0.001**施氮量0.000**0.000**氮肥類型×施氮量0.1460.680

注：同一列數(shù)字不同小寫字母表示差異達(dá)5%顯著水平(P<0.05)。*、**分別表示在0.05和0.01水平下差異顯著。下同。

由表3計(jì)算可知，施用普通尿素所有處理平均玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量分別為6 659和7 569 kg/hm2；施用控失尿素所有處理平均玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量分別為7 861和9 242 kg/hm2，分別比普通尿素提高了1 202和1 673 kg/hm2，提高了18.1%和32.5%；施用腐植酸尿素所有處理平均玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量分別為7 461和8 947 kg/hm2，與普通尿素處理相比，分別提高了12.0%和28.3%?？梢钥闯?，控失尿素和腐植酸尿素相對(duì)于普通尿素，增產(chǎn)效果相當(dāng)明顯。

2.2 新型肥料及施氮量對(duì)玉米氮素吸收和氮肥利用率的影響

由表4可以看出，在不同氮肥類型、不同施氮水平下，玉米氮素吸收及利用存在較大差異。氮素積累量隨著施氮量的增加而增加，3種氮肥表現(xiàn)一致。對(duì)于普通尿素來(lái)說(shuō)，隨著施氮量的增加，玉米籽粒吸氮量和地上部吸氮量也逐漸增加，并且300 kg/hm2處理顯著高于不施肥處理。玉米地上部吸氮量及氮肥利用率最高的均是施氮量300 kg/hm2處理，分別為168.4 kg/hm2和28.7%，主要原因是生物量最高(籽粒和秸稈產(chǎn)量均最高)及較高的含氮量(籽粒和秸稈中全氮含量也最高)。

對(duì)于控失尿素來(lái)說(shuō)，隨著施氮量的增加，玉米籽粒吸氮量和地上部吸氮量也逐漸增加，并且在300 kg/hm2處理達(dá)到最高。籽粒全氮、秸稈全氮及秸稈吸氮量均有類似規(guī)律。玉米地上部吸氮量最高的是施氮量300 kg/hm2處理，施氮量為250 kg/hm2處理氮肥利用率最高，分別為208.5 kg/hm2和45.0%，主要原因是其高生物量(籽粒和秸稈產(chǎn)量均最高)及較高的含氮量，這兩個(gè)處理的籽粒及秸稈產(chǎn)量無(wú)顯著差異，施氮量較低的氮肥利用率較高。

對(duì)于腐植酸尿素來(lái)說(shuō)，隨著施氮量的增加，玉米籽粒吸氮量和地上部吸氮量先增加后減少，說(shuō)明當(dāng)施肥量超過(guò)250 kg/hm2時(shí)，再增加施氮量不能提高玉米吸氮量和氮肥利用率。籽粒全氮、秸稈全氮及秸稈吸氮量均有類似規(guī)律。玉米地上部吸氮量及氮肥利用率最高的均是施氮量250 kg/hm2處理，分別為204.6 kg/hm2和48.9%，主要原因是其生物量最高(籽粒和秸稈產(chǎn)量均最高)及較高的含氮量(籽粒和秸稈中全氮含量也最高)。

普通尿素在6個(gè)不同施肥量下，玉米地上部吸氮量平均值為126.4 kg/hm2，平均氮肥利用率為21.4%；控失尿素所有處理玉米地上部吸氮量平均值為167.9 kg/hm2，較普通尿素高41.5 kg/hm2，較腐植酸尿素高出9.6 kg/hm2，平均氮肥利用率為42.7%，較普通尿素高出21.3%，較腐植酸尿素高出6.0%；腐植酸尿素所有處理的玉米地上部吸氮量平均值為158.3 kg/hm2，平均氮肥利用率為36.7%，與普通尿素相比，分別高出31.9 kg/hm2和15.3%。以上結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，3種氮肥處理的玉米地上部吸氮量均呈增加趨勢(shì)，高氮處理的玉米地上部吸氮量顯著高于低氮處理；在相同施氮水平下，控失尿素處理和腐植酸尿素處理的玉米地上部吸氮量均高于普通尿素處理。因此，控失尿素和腐植酸尿素效果更好，而控失尿素處理整體上優(yōu)于腐植酸尿素處理。

表4 氮肥對(duì)玉米氮素吸收及氮肥利用率的影響

2.3 新型肥料及施氮量對(duì)土壤全氮的影響

從表5可以看出，相同氮肥類型，不同施氮量處理之間無(wú)顯著差異；不同氮肥類型，相同施氮量處理之間也無(wú)顯著差異。原因可能是試驗(yàn)僅進(jìn)行一季，周期短，對(duì)土壤全氮含量影響較小，各處理土壤全氮差異不顯著，但不同氮肥類型，土壤全氮含量均值有所差別。不施肥處理土壤全氮含量為0.86 g/kg；施用普通尿素，所有處理土壤全氮平均值為0.82 g/kg；施用控失尿素所有處理土壤全氮平均值為0.84 g/kg，比普通尿素高3.1%；施用腐植酸尿素所有處理土壤全氮平均值為0.83 g/kg，僅比普通尿素高1.8%。從以上結(jié)果可以看出，控失尿素和腐植酸尿素能夠影響土壤全氮含量，施氮后土壤全氮平均含量高于普通尿素。

表5 氮肥對(duì)土壤全氮含量的影響

3 討論

3.1 新型肥料及施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

目前關(guān)于新型氮肥(控失尿素和腐植酸尿素)對(duì)玉米產(chǎn)量及氮肥利用率影響的研究相對(duì)較少。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)6個(gè)施氮水平，研究結(jié)果表明新型氮肥可以顯著提高玉米產(chǎn)量和生物量。玉米生物量的累積和養(yǎng)分累積緊密相關(guān)，且生物量累積和作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)都是養(yǎng)分積累。研究表明，玉米產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加[17]。王友華等[18]研究表明，施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量有顯著影響，在0～270 kg/hm2的施氮范圍內(nèi)，玉米產(chǎn)量及千粒重隨著施氮量的增加而增加。就本試驗(yàn)而言，隨著施氮量的增加，玉米生物量和產(chǎn)量均顯著增加。從不同種類氮肥的增產(chǎn)效果來(lái)看，以控失尿素和腐植酸尿素較好，且控失尿素略優(yōu)于腐植酸尿素。這是因?yàn)榭厥У誓軌蚋鶕?jù)玉米生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求控制其養(yǎng)分釋放模式，肥效更長(zhǎng)，提高氮肥利用率。這與石岳峰等[11]研究一致。施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量的影響：玉米產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，其中以控失尿素處理增幅較大。在施氮水平相同條件下，控失尿素處理的玉米產(chǎn)量最大。由此可見(jiàn)，控失尿素處理對(duì)玉米的增產(chǎn)效果最好，其次是腐植酸尿素處理，均高于普通尿素處理。

3.2 新型氮肥對(duì)玉米氮素吸收利用的影響

玉米籽粒吸氮量、地上部吸氮量和氮肥利用率隨著氮肥種類及施氮水平不同而有所差異。王宜倫等[19]研究表明，玉米地上部吸氮量隨著施氮量的增加而增加。充足的氮肥供應(yīng)，有利于玉米吸氮，地上部生物量增加。王俊忠等[20]研究表明，在河南溫縣高產(chǎn)田夏玉米最佳施氮量為300 kg/hm2以內(nèi)；呂鵬等[21]研究表明，在山東超高產(chǎn)田，施氮量在240～360 kg/hm2能夠提高氮肥利用率，增產(chǎn)效果顯著。本試驗(yàn)研究結(jié)果與其一致，在施氮量為250 kg/hm2以上時(shí)，玉米氮肥利用率均高于低氮處理(N 100 kg/hm2)。

緩控釋肥對(duì)降低或控制養(yǎng)分釋放速率效果明顯，能夠減少肥料揮發(fā)、淋溶，減輕氮素污染，提高氮肥利用率[22-25]。研究表明，夏玉米產(chǎn)量和氮素吸收積累量隨著控釋氮肥與普通尿素混施比例增加而增加[26]。本研究結(jié)果表明，玉米地上部吸氮量隨著控失尿素施氮量增加而增加。在施氮量為300 kg/hm2時(shí)，玉米地上部吸氮量顯著高于施氮量在0、100和150 kg/hm23個(gè)處理。研究表明，施用控失尿素于小麥、玉米、水稻等作物上均可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，甚至是增產(chǎn)條件下減施肥料[27-29]。施氮量為250 kg/hm2以上時(shí)，玉米氮肥利用率也高于低氮處理(N 100 kg/hm2)。與普通氮肥相比，地上部平均吸氮量較普通尿素高了41.5 kg/hm2，平均氮肥利用率較普通尿素高了21.3%。充分說(shuō)明了控失氮肥養(yǎng)分供應(yīng)持續(xù)能力，提高了玉米氮素積累，降低了氮素?fù)]發(fā)和淋溶損失，充分體現(xiàn)了控失氮肥的養(yǎng)分控釋增效優(yōu)點(diǎn)。

有研究表明，腐植酸可以提高肥料利用率和作物產(chǎn)量[30]。原因是腐植酸可以促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)，提高根系活力，進(jìn)而促進(jìn)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收[30-32]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，腐植酸尿素能夠顯著提高玉米產(chǎn)量和地上部吸氮量，提高氮肥利用率。在施氮量為0～250 kg/hm2范圍內(nèi)，玉米地上部吸氮量隨著施氮量的增加而增加。在施氮量為300 kg/hm2時(shí)，玉米產(chǎn)量和地上部吸氮量有所降低。因此說(shuō)明了在施氮量為250 kg/hm2時(shí)，腐植酸尿素增產(chǎn)效果最佳，有較高的氮肥利用率。

研究表明，施用氮肥能夠提高土壤無(wú)機(jī)氮含量[11,33]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用氮肥對(duì)土壤全氮含量影響較小，可能是試驗(yàn)周期短，土壤肥力不均勻，土壤類型為砂質(zhì)潮土，因其砂粒含量比例高，質(zhì)地較粗，氮肥易隨水流失[34]，灌溉、下雨等均會(huì)影響土壤全氮含量。石岳峰等[11]研究表明，在相同施氮量下控釋氮肥處理的土壤全氮含量均值大于普通尿素處理。本試驗(yàn)結(jié)果表明，3種類型氮肥間土壤全氮含量平均值表現(xiàn)為控失尿素>腐植酸尿素>普通尿素。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，所有施氮處理均提高了玉米產(chǎn)量、生物量和地上部吸氮量，說(shuō)明了氮肥的施用是玉米高產(chǎn)的保障，而新型肥料對(duì)玉米的增產(chǎn)效果更加明顯。施用新型肥料(控失尿素和腐植酸尿素)能夠促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，提高玉米產(chǎn)量，促進(jìn)玉米對(duì)氮素的吸收累積，提高氮肥利用率。其中以控失尿素效果最好，在施氮量為250 kg/hm2時(shí)，增產(chǎn)93.7%，較普通尿素高了33.5%，較腐植酸尿素高了7.4%；地上部平均吸氮量較普通尿素高41.5 kg/hm2，平均氮肥利用率較普通尿素高出21.3%。其次是腐植酸尿素，在本試驗(yàn)條件下，施氮量為250 kg/hm2時(shí)獲得最高產(chǎn)量，較普通尿素高了26.1%。因此，新型氮肥在夏玉米田的推廣應(yīng)用，不僅可以獲得高產(chǎn)，還能夠提高氮肥利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

3種氮肥均顯著提高玉米產(chǎn)量，并且玉米產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加。新型氮肥在提高玉米籽粒及秸稈產(chǎn)量、玉米氮素吸收、氮肥利用率等方面有較為顯著的優(yōu)勢(shì)。

供試3種氮肥中，以控失尿素增產(chǎn)效果最好，在施氮量為250 kg/hm2時(shí)，獲得最高產(chǎn)量。與不施肥相比，產(chǎn)量增加了93.7%，較普通尿素增產(chǎn)33.5%。地上部吸氮量和氮肥利用率也均高于其他兩種氮肥。其次是腐植酸尿素，比普通尿素增產(chǎn)26.1%。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，新型氮肥與普通尿素相比不僅可以顯著提升玉米產(chǎn)量，還能夠節(jié)肥增效、提高氮肥利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。