不同緩/控釋氮肥對春玉米氮素吸收利用、土壤無機(jī)氮變化及氮平衡的影響

侯云鵬，李前，孔麗麗，秦裕波，王蒙，于雷，王立春，尹彩俠

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不同緩/控釋氮肥對春玉米氮素吸收利用、土壤無機(jī)氮變化及氮平衡的影響

侯云鵬，李前，孔麗麗，秦裕波，王蒙，于雷，王立春，尹彩俠

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部東北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，長春 130033）

【目的】通過研究不同類型緩/控釋氮肥對吉林省中部地區(qū)春玉米產(chǎn)量、關(guān)鍵生長節(jié)點氮素積累特征以及生育期內(nèi)土壤無機(jī)氮含量變化和氮素平衡等多方面的影響，篩選出適宜吉林省中部玉米主產(chǎn)區(qū)的緩/控釋氮肥類型，以期為該區(qū)域緩/控釋氮肥合理施用提供理論依據(jù)?！痉椒ā坑?014年和2015年在吉林省中部玉米主產(chǎn)區(qū)設(shè)置大田試驗，以不施氮肥為對照（CK），在相同用量和施用方式下，設(shè)普通尿素（CU）、硫包衣尿素（SCU）、樹脂包膜尿素（CRF）、穩(wěn)定性尿素（SU）和脲甲醛（UF）6個處理，測定指標(biāo)包括玉米產(chǎn)量、不同生育時期植株氮含量和土壤無機(jī)氮含量，并計算作物吸氮量、氮素利用效率、土壤無機(jī)氮積累量和土壤-作物系統(tǒng)的氮素平衡狀況?！窘Y(jié)果】各緩/控釋氮肥處理玉米產(chǎn)量顯著高于普通尿素處理，以樹脂包膜尿素處理玉米產(chǎn)量最高，較普通尿素處理分別提高19.6%（2014年）和18.8%（2015年）。與普通尿素處理相比，各緩/控釋氮肥處理顯著提高了玉米氮素當(dāng)季回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力，提高幅度依次為44.8%—72.6%、70.8%—147.7%、9.6%—19.6%（2014年）和29.2%—48.0%、47.7%—86.5%、10.4%—18.9%（2015年），且均以樹脂包膜尿素處理最高。施氮顯著提高了玉米各生育期氮積累量，其中灌漿期至成熟期氮積累量以樹脂包膜尿素處理最高。與普通尿素處理相比，各緩/控釋氮肥處理提高了玉米開花期至成熟期0—30 cm土壤無機(jī)氮含量，其中玉米開花期至灌漿期土壤無機(jī)氮含量以樹脂包膜尿素處理最高，成熟期土壤無機(jī)氮含量以脲甲醛處理最高。玉米收獲后0—180 cm土壤剖面無機(jī)氮含量隨土層深度增加呈逐漸下降的趨勢；與普通尿素處理相比，各緩/控釋氮肥處理顯著提高了0—30 cm土壤無機(jī)氮含量，其中以脲甲醛處理最高。相關(guān)分析表明，玉米氮素總積累量、產(chǎn)量與玉米大喇叭口期至成熟期土壤無機(jī)氮含量呈顯著或極顯著的正向相關(guān)性；氮素利用效率與玉米開花期至成熟期土壤無機(jī)氮含量呈顯著或極顯著的正向相關(guān)性，其中玉米開花期土壤無機(jī)氮含量與玉米氮素總積累量、產(chǎn)量和氮素利用效率的相關(guān)性最強。施氮顯著提高了玉米收獲后0—90 cm土壤中殘留無機(jī)氮積累量；與普通尿素處理相比，各緩/控釋氮肥處理顯著降低了氮素表觀損失量，降低幅度分別為27.4%—42.9%（2014年）和28.4%—45.4%（2015年），其中樹脂包膜尿素處理氮素表觀損失量最低。【結(jié)論】在相同用量和施用方式下，施用緩/控釋氮肥可較普通尿素顯著提高了玉米產(chǎn)量、玉米灌漿至成熟期氮積累量、氮素當(dāng)季回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力，并在提高玉米開花期至成熟期0—30 cm土層無機(jī)氮含量的同時，顯著降低了成熟期0—90 cm土層氮素表觀損失量，且以樹脂包膜尿素的效果最好。因此，在吉林省中部地區(qū)，樹脂包膜尿素是高產(chǎn)高效的肥料類型。

緩/控釋氮肥；春玉米；氮素利用效率；土壤無機(jī)氮含量；氮素平衡

0 引言

【研究意義】氮元素是構(gòu)成植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素的主要成分，同時也是植物體內(nèi)多種酶的組成部分，氮素營養(yǎng)直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[1-2]。但在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，由于氮素養(yǎng)分釋放時間和強度與作物需求之間不同步，使施入土壤中的氮素在轉(zhuǎn)化過程中易通過氨揮發(fā)、硝化-反硝化、淋洗和徑流等途徑損失[3-4]，這已成為我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中面源污染的重要因素，同時也是我國氮肥利用效率較低的主要原因之一[5]。緩/控釋氮肥是一種高效兼環(huán)境友好的新型肥料，其原理通過減緩或控制肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放速率，達(dá)到肥料養(yǎng)分釋放時間和強度與作物養(yǎng)分需求基本同步，進(jìn)而降低化肥養(yǎng)分在土壤中揮發(fā)、淋洗、反硝化損失，實現(xiàn)作物高產(chǎn)高效[6-7]。目前緩/控釋氮肥按照生產(chǎn)工藝的不同分為物理型、化學(xué)型和物理化學(xué)型[8]。由于生產(chǎn)工藝存在差異，不同類型緩/控釋氮肥在不同氣候、土壤環(huán)境、作物種類與栽培模式等條件下養(yǎng)分釋放速率也存在差異[9-10]。因此，根據(jù)氣候條件和土壤環(huán)境開展不同類型緩/控釋氮肥的篩選研究與應(yīng)用對減少肥料損失及提高肥料利用率具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，關(guān)于開展各類型緩/控釋氮肥在不同作物的篩選已進(jìn)行了一些研究和應(yīng)用。王曉巍等[11]通過比較甜瓜生理特性、產(chǎn)量和品質(zhì)，認(rèn)為亞甲基脲控釋氮肥效果要優(yōu)于其他緩/控釋氮肥；周麗平等[12]研究認(rèn)為，與常規(guī)氮肥相比，緩/控釋氮肥可顯著提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率，并能降低玉米田間氨揮發(fā)，其中以脲甲醛和凝膠尿素效果更顯著。谷佳林等[13]研究表明，與其他緩控釋氮肥相比，樹脂包膜尿素降低土壤中氮素淋溶損失的效果最佳。【本研究切入點】前人有關(guān)施用不同類型緩/控釋氮肥效果的研究多集中在作物產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素吸收利用等方面，而對土壤氮素供應(yīng)特征與作物養(yǎng)分吸收聯(lián)系不足，且對整個作物-土壤系統(tǒng)氮素平衡的研究相對較少，適宜緩/控釋氮肥種類的確定也未考慮到對土壤氮素狀況和作物氮素吸收利用的綜合影響，尤其對東北春玉米連作體系條件下綜合施用效果的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在吉林省中部玉米主產(chǎn)區(qū)設(shè)置2年大田試驗，選擇4種不同類型緩/控釋氮肥，深入比較不同緩/控釋氮肥在等量養(yǎng)分條件下對春玉米產(chǎn)量、關(guān)鍵生長節(jié)點氮素積累特征以及生育期內(nèi)土壤無機(jī)氮變化和氮素平衡等多方面的影響，篩選出適宜吉林省中部玉米主產(chǎn)區(qū)的緩/控釋氮肥類型，以期為該區(qū)域春玉米緩/控釋氮肥合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2014和2015年在吉林省中部地區(qū)公主嶺市劉房子鎮(zhèn)（124°54′14.2″E，43°35′01.3″N）進(jìn)行，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬冷夏熱。據(jù)試驗點氣象站記錄測定結(jié)果，2014和2015年玉米生育期降雨量分別為418.6 mm和423.9 mm，≥10℃有效積溫分別為2 961℃和3 166℃。種植制度為玉米連作。試驗土壤類型為黑土，質(zhì)地為中壤，2年試驗田為相鄰地塊，施肥前0—30 cm土層土壤基本養(yǎng)分狀況為有機(jī)質(zhì)含量25.69 g·kg-1和23.67 g·kg-1，全氮1.29 g·kg-1和1.31 g·kg-1，有效磷含量17.93 mg·kg-1和19.07 mg·kg-1，速效鉀含量108.7 mg·kg-1和115.6 mg·kg-1，pH 5.93和5.78。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素設(shè)計，共設(shè)6處理：（1）不施氮肥（CK）；（2）普通尿素（CU）；（3）硫包衣尿素（SCU）；（4）樹脂包膜尿素（CRF）；（5）穩(wěn)定性尿素（SU）；（6）脲甲醛（UF）。各處理氮、磷、鉀用量一致，分別為200 kg·hm-2、80 kg·hm-2和100 kg·hm-2，所有肥料均在玉米播種前一次性基施。試驗用氮肥包括普通尿素（含N 46%）、硫包衣尿素（含N 37%，以硫磺為主要包裹材料對顆粒尿素進(jìn)行包裹，屬緩釋氮肥）、樹脂包膜尿素（含N 43%，以有機(jī)高分子材料作為包膜材料對顆粒尿素進(jìn)行包裹，氮素釋放曲線為S型，屬控釋氮肥，釋放期為60 d）、穩(wěn)定性尿素（含N 46%，在常規(guī)尿素中添加脲酶/硝化抑制劑制成，屬緩釋氮肥）、脲甲醛（含N 38%，在尿素中加入一定比例不同鏈長的甲基脲聚合物，冷水不溶氮占總氮的67.5%，活性指數(shù)為52%，屬緩釋氮肥），磷肥為重過磷酸鈣（含P2O546%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。2年試驗用玉米品種均為先玉335，種植密度為65 000株/hm2，2014和2015年玉米種植日期分別為4月28日和4月30日，收獲日期均為9月30日。小區(qū)面積40 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，兩邊設(shè)有保護(hù)行。其他田間管理按生產(chǎn)田進(jìn)行。

1.3 測定項目與方法

分別于玉米苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期、灌漿期和成熟期采集玉米植株樣品，每小區(qū)采取具有代表性玉米5株（苗期取40株），灌漿期和成熟期植株樣品分為秸稈和籽粒兩部分，于105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重后測定干物重。樣品粉碎后過0.05 mm篩，采用H2SO4-H2O2法消煮，凱氏定氮法測定秸稈和籽粒氮素含量。

采集植株樣品的同時在各小區(qū)分別取0—30 cm土層土樣，在玉米收獲后取0—180 cm土層土壤樣品，每30 cm為一層（共6層），每小區(qū)隨機(jī)取5點。同層次土壤混合為1個土樣后放入冰盒，過2 mm篩后，稱取10 g土壤樣品，加入2 mol·L-1KCI溶液（土液比1﹕5）振蕩浸提，采用流動注射分析儀測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。并用環(huán)刀法測定0—90 cm土壤容重，根據(jù)各層土壤容重將礦質(zhì)氮含量換算成0—90 cm土體礦質(zhì)氮積累量，同時采用烘干法測定土壤含水量。

1.4 計算公式及統(tǒng)計方法

收獲指數(shù)（%）=成熟期籽粒產(chǎn)量/生物產(chǎn)量×100；

氮素積累量=某生育期單位面積植株干物質(zhì)量（秸稈、籽粒）×氮素含量；

氮素當(dāng)季回收率（%）=（收獲期施氮區(qū)地上部吸氮量-收獲期不施氮區(qū)地上部吸氮量）/施氮量×100；

氮素農(nóng)學(xué)利用率（kg·kg-1）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量；

氮素偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量；

土壤氮素凈礦化量（kg·hm-2）=不施氮區(qū)作物吸氮量+不施氮區(qū)土壤無機(jī)氮殘留量-不施氮區(qū)土壤起始無機(jī)氮積累量；

氮素表觀損失量（kg·hm-2）=施氮量+土壤起始無機(jī)氮積累量+土壤氮素凈礦化量-作物氮攜出量-土壤無機(jī)氮殘留量。

所有試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013軟件計算與制圖，用SAS 9.0軟件進(jìn)行二因素（年份和施肥處理）方差分析，處理間多重比較采用LSD-test法（＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 不同施氮處理玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素

表1結(jié)果表明，試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚盹@著影響春玉米產(chǎn)量，且年份和試驗處理表現(xiàn)出顯著的交互作用。與不施氮肥處理相比，各施氮處理具有顯著的增產(chǎn)效果，增幅分別為15.2%—37.7%（2014年）和27.5%—51.5%（2015年）。在相同施氮量下，各緩/控釋氮肥處理玉米產(chǎn)量均顯著高于普通尿素處理，其中樹脂包膜尿素處理增產(chǎn)幅度最大，較普通尿素處理分別提高19.6%（2014年）和18.8%（2015年），其后依次為穩(wěn)定性尿素、硫包衣尿素和脲甲醛。產(chǎn)量構(gòu)成因素中，除收獲指數(shù)外，試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚盹@著影響玉米穗粒數(shù)和百粒重，但試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚砦催_(dá)到顯著的交互作用。2年試驗結(jié)果表明，施氮顯著增加玉米穗粒數(shù)、百粒重和收獲指數(shù)；各緩/控釋氮肥處理玉米穗粒數(shù)、百粒重和收獲指數(shù)均高于普通尿素處理，其中樹脂包膜尿素處理提高幅度最大，較普通尿素處理依次提高15.2%、7.0%、7.9%（2014年）和10.4%、7.4%、6.2%（2015年）。

表1 不同氮肥處理玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素

NS、*和**分別表示無顯著性差異及在0.05和0.01水平上差異顯著。同一列數(shù)字后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同

NS,*,** indicate non-significant or significant at＜0.05 or＜0.01, respectively. Values followed by different small letters within a column are significantly different at＜0.05. The same as below

2.2 不同施氮處理玉米氮素積累動態(tài)及氮素利用效率

表2結(jié)果表明，除玉米苗期外，其他各生育期氮積累量均受試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚淼娘@著影響，其中年份和試驗處理對開花期至成熟期氮積累量表現(xiàn)出顯著的交互作用。與不施氮肥處理相比，施氮處理顯著提高了玉米各生育期氮積累量。在相同施氮量下，苗期各施氮處理氮積累量差異不顯著，拔節(jié)期、大喇叭口期和開花期普通尿素處理氮積累量均高于各緩/控釋氮肥處理，提高幅度依次為13.6%—23.6%、3.3%—12.6%、2.9%—16.3%（2014年）和10.7%—29.3%、7.2%—16.3%、5.6%—16.0%（2015年）；灌漿期至成熟期，各緩/控釋氮肥處理氮積累量則高于普通尿素處理，提高幅度依次為2.3%—8.2%、10.9%—17.8%（2014年）和3.1%—9.2%、9.4%—15.5%（2015年）。在不同緩/控釋氮肥處理中，硫包衣尿素處理在玉米拔節(jié)期至開花期氮積累量最高，灌漿期至成熟期氮積累量增幅下降，穩(wěn)定性尿素和脲甲醛處理在玉米拔節(jié)期至開花期氮積累量較低，灌漿期至成熟期氮積累量迅速增加；而樹脂包膜尿素處理在玉米整個生育期氮積累量增幅均保持在較高的水平，并最終在灌漿期和成熟期氮積累量達(dá)到最高，后依次為穩(wěn)定性尿素、硫包衣尿素和脲甲醛處理。

表2還表明，試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚盹@著影響玉米氮素利用效率，但試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚砦催_(dá)到顯著的交互作用。在相同施氮量下，各緩/控釋氮肥處理氮素當(dāng)季回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力均顯著高于普通尿素處理，提高幅度依次為44.8%—72.6%、70.8%—147.7%、9.6%—19.6%（2014年）和29.2%—48.0%、47.7%—86.5%、10.4%—18.9%（2015年）。其中樹脂包膜尿素處理氮素當(dāng)季回收率、氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮素偏生產(chǎn)力最高，其后依次為穩(wěn)定性尿素、硫包衣尿素和脲甲醛處理。

表2 不同施氮處理玉米氮素積累動態(tài)變化和利用率

2.3 不同施氮處理玉米生長季土壤無機(jī)氮動態(tài)變化

圖1結(jié)果表明，在玉米生育期內(nèi)，各處理0—30 cm土層無機(jī)氮含量整體表現(xiàn)為先降低后小幅上升的趨勢，其中玉米苗期無機(jī)氮含量最高，隨后開始下降，至大喇叭口期和開花期開始接近最低點，灌漿期達(dá)到最低，成熟期有所回升。與不施氮肥處理相比，施氮處理顯著提高了玉米各生育期土壤無機(jī)氮含量，其中普通尿素處理苗期至大喇叭口期土壤無機(jī)氮含量顯著高于各緩/控釋氮肥處理，開花期至成熟期，無機(jī)氮含量則低于各緩/控釋氮肥處理；在不同緩/控釋氮肥處理中，玉米苗期至大喇叭口期土壤無機(jī)氮含量以硫包衣尿素處理最高，其后依次為樹脂包膜尿素、穩(wěn)定性尿素和脲甲醛處理；開花期至灌漿期土壤無機(jī)氮含量以樹脂包膜尿素最高，后依次為穩(wěn)定性尿素、脲甲醛和硫包衣尿素處理；成熟期土壤無機(jī)氮含量以脲甲醛最高，后依次為穩(wěn)定性尿素、樹脂包膜尿素和硫包衣尿素處理。

圖柱上不同小寫字母表示處理間達(dá)到顯著差異（＜0.05）

The different small letters indicate significant differences between treatments at＜0.05

圖1 2014（A）和2015（B）不同施氮處理春玉米生長季0—30 cm土壤無機(jī)氮含量動態(tài)變化

Fig. 1 The dynamic changes of inorganic N contents in 0-30cm soil under different nitrogen fertilization treatments during the growing season of spring maize in 2014 (A) and 2015 (B)

相關(guān)分析表明（表3），不同施氮處理玉米成熟期氮素總積累量、產(chǎn)量與玉米各生育期土壤無機(jī)氮含量間相關(guān)系數(shù)依次在0.115—0.900、0.062—0.888（2014年）和0.174—0.904、0.082—0.843（2015年），除苗期和拔節(jié)期外，其他生育期土壤無機(jī)氮含量與玉米氮素總積累量和產(chǎn)量間相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平，并隨生育進(jìn)程的推進(jìn)相關(guān)性增強，其中土壤無機(jī)氮含量與玉米氮素總積累量和產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最大值均出現(xiàn)在玉米開花期。氮素當(dāng)季回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力與玉米各生育期土壤無機(jī)氮含量間相關(guān)系數(shù)依次在-0.634—0.766、-0.574—0.638、-0.542—0.672（2014年）和-0.596—0.668、-0.565—0.695、-0.552—0.687（2015年），其中，氮素當(dāng)季回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力與玉米苗期至大喇叭口期土壤無機(jī)氮含量呈顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)，與開花期至成熟期土壤無機(jī)氮含量呈顯著或極顯著的正相關(guān)；土壤無機(jī)氮含量與氮素當(dāng)季回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力相關(guān)系數(shù)的最大值均出現(xiàn)在開花期。

表3 玉米產(chǎn)量、氮素總積累量、氮素利用效率與不同生育時期土壤無機(jī)氮含量的相關(guān)性

氮素總積累量、產(chǎn)量：16,0.01= 0.590，16,0.05=0.468（=18）；氮素當(dāng)季回收率、氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮素偏生產(chǎn)力：13,0.01= 0.641，13,0.05=0.514（=15）

Total nitrogen accumulation and yield:16,0.01= 0.590,16,0.05=0.468 (=18); Recovery efficiency, agronomic efficiency and partial factor productivity of nitrogen:13,0.01= 0.641,13,0.05=0.514 (=15)

2.4 不同施氮處理玉米收獲后土壤剖面無機(jī)氮含量變化

圖2結(jié)果表明，0—30 cm土層無機(jī)氮含量最高，隨著土層深度增加，土壤無機(jī)氮含量在0—130 cm土層呈下降趨勢，130—180 cm土層變化規(guī)律不明顯。與不施氮肥處理相比，施氮提高了0—180 cm土層無機(jī)氮含量，其中各緩/控釋氮肥處理0—30 cm土層無機(jī)氮含量顯著高于普通尿素處理，30—180 cm土層無機(jī)氮含量則低于普通尿素處理；在不同緩/控釋氮肥處理中，0—30 cm土層無機(jī)氮含量以脲甲醛處理最高，其后依次為穩(wěn)定性尿素、樹脂包膜尿素和硫包衣尿素處理，而不同緩/控釋氮肥處理30—180 cm土層無機(jī)氮含量無明顯差異。

2.5 不同施氮處理春玉米生長季氮素平衡

由于玉米根系在0—90 cm土體根重比例占95%以上[14]，因此90 cm土層可作為玉米根系吸收養(yǎng)分主要層來評估玉米對氮肥的利用狀況。玉米收獲期氮素平衡結(jié)果（表4）表明，試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚盹@著影響作物氮素攜出量、殘留無機(jī)氮量和氮表觀損失量，其中試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚韺ψ魑飻y出量表現(xiàn)出顯著的交互作用。表4還表明，在氮素輸入項中以施入氮肥為主，占施氮處理氮素輸入總量的50.3%（2014年）和49.4%（2015年），而播前土壤無機(jī)氮量和氮素礦化量占氮肥輸入總量的比例較小，依次為35.8%、13.9%（2014年）和37.7%、12.9%（2015年）。在氮素輸出項中以作物攜出量帶走氮素為主，占氮素輸出總量的41.3%—62.8%（2014年）和42.4%—56.7%（2015年）。在相同施氮量下，各緩/控釋氮肥處理作物攜出量和殘留無機(jī)氮量顯著高于普通尿素處理，提高幅度依次為10.9%—17.8%、7.7%—16.3%（2014年）和9.4%—15.5%、7.2%—16.2%（2015年）；而氮表觀損失量顯著低于普通尿素處理，降低幅度為27.4%—42.9%（2014年）和28.4%—45.4%（2015年），表明緩/控釋氮肥處理通過顯著提高玉米氮素吸收和土壤無機(jī)氮殘留，減少氮的淋溶損失。在不同緩/控釋氮肥處理中，氮表觀損失量以樹脂包膜尿素處理最低，其后依次為穩(wěn)定性尿素、脲甲醛和硫包衣尿素處理。

圖2 2014（A）和2015年（B）不同施氮處理春玉米收獲后0—180 cm土層無機(jī)氮含量變化

表4 不同施氮處理0—90 cm剖面土壤氮素表觀平衡

3 討論

對于禾谷類作物而言，協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)量構(gòu)成因素是實現(xiàn)作物高產(chǎn)的關(guān)鍵。施氮對作物產(chǎn)量的影響主要體現(xiàn)在有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重，而提高三者中任意一個因素都是提高產(chǎn)量的重要途徑。大量研究表明，與普通氮素相比，緩/控釋氮肥可顯著提高春玉米穗粒數(shù)和粒重[15-16]。本研究結(jié)果表明，施用緩/控釋氮肥顯著提高了玉米穗粒數(shù)和百粒重。其主要原因是緩/控釋氮肥養(yǎng)分連續(xù)供應(yīng)可顯著提高植株體內(nèi)活性氧清除酶的活性[17-18]，增強玉米開花期葉片的光合作用，延緩植株衰老，促進(jìn)籽粒進(jìn)行灌漿，進(jìn)而增加玉米穗粒數(shù)和粒重。然而張木等[19]指出，玉米生長過程中，緩/控釋氮肥養(yǎng)分釋放速率并不是越慢越好，而是要與作物生長周期相吻合。本研究通過對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素分析發(fā)現(xiàn)，不同緩/控釋氮肥處理間產(chǎn)量存在差異主要受穗粒數(shù)和粒重的綜合影響。而穗粒數(shù)和粒重的形成主要受開花期營養(yǎng)狀況和灌漿過程中碳水化合物向籽粒轉(zhuǎn)移量的影響[20-22]。本試驗結(jié)果中，樹脂包膜尿素處理玉米穗粒數(shù)和百粒重最高，說明該肥料氮素養(yǎng)分釋放可以滿足玉米開花期和灌漿期對氮素養(yǎng)分的需求，促進(jìn)花絲生長，同時提高穗部籽粒灌漿速率，進(jìn)而提高玉米穗粒數(shù)和粒重，獲得高產(chǎn)。此外，本研究還表明2015年玉米增幅（27.5%—51.5%）高于2014年（15.2%—37.7%），分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生差異的原因是2015年≥10℃有效積溫明顯高于2014年，而溫度的增加可提高玉米生長速率[23]，促進(jìn)玉米生長發(fā)育，最終影響產(chǎn)量。

作物氮素吸收是作物光合產(chǎn)物的基礎(chǔ)，與作物產(chǎn)量密切相關(guān)。王玉雯等[24]指出，作物花后氮素積累對作物產(chǎn)量影響顯著；但也有研究表明，雖然作物花前氮素積累對最終產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率低于花后氮積累量，但花前玉米氮積累量與產(chǎn)量也存在顯著的相關(guān)性[25]，可見投入氮肥能否滿足玉米花前對養(yǎng)分的需求并延續(xù)應(yīng)用至玉米生長后期，對提高玉米產(chǎn)量至關(guān)重要。本研究發(fā)現(xiàn)，玉米苗期至開花期以氮積累量以普通尿素處理最高，灌漿至成熟期氮積累量卻低于緩/控釋氮肥處理。主要是由于普通尿素養(yǎng)分釋放過早，造成植株前期營養(yǎng)生長過快，后期氮素養(yǎng)分供應(yīng)不足，加速了玉米生育后期衰老進(jìn)程[17]，使灌漿速率降低[26]，造成玉米成熟期氮積累量較低；而不同緩/控釋氮肥處理間氮積累量也存在差異，硫包衣尿素處理在玉米花前氮積累量最高，花后增幅下降，其原因可能是硫包衣尿素養(yǎng)分釋放受土壤水分和溫度影響較大[27-28]，溫度過高或土壤水分過大均會加速養(yǎng)分釋放，導(dǎo)致無法滿足玉米花后對氮素的需求；穩(wěn)定性尿素和脲甲醛處理玉米生育中前期氮積累量較低，雖然生育后期增幅提高，但成熟期氮積累量仍低于樹脂包膜尿素處理，其原因可能是穩(wěn)定性尿素和脲甲醛除了受環(huán)境條件的影響外，還需要經(jīng)微生物的降解才能被植物吸收利用[8]，氮素釋放較為緩慢，一定程度上抑制了玉米生育前期對氮素的需求，影響其在玉米生育后期的氮素積累；而樹脂包膜尿素的釋放主要依賴溫度變化，土壤水分、pH以及土壤生物活性對釋放影響較小，其釋放速率較為穩(wěn)定[29]，可滿足玉米不同生育期對養(yǎng)分的需求，使各營養(yǎng)器官保持活力，延緩衰老，促進(jìn)籽粒灌漿，進(jìn)而提高成熟期氮積累量。

土壤無機(jī)氮作為植株主要吸收利用的氮素形式，其豐缺程度可有效表征土壤供氮狀況。而土壤氮素能否滿足作物對養(yǎng)分的需求，對作物產(chǎn)量的提高至關(guān)重要[13]。鄭文魁等[30]研究指出，與施用等量普通尿素相比，緩/控釋氮肥氮素可顯著提高作物中后期土壤無機(jī)氮含量。孫云保等[31]研究表明，施用緩控釋氮肥可使深層土壤硝態(tài)氮含量較普通尿素下降44.2%—89.2%。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致，在玉米苗期至大喇叭口期土壤耕層（0—30 cm）無機(jī)氮含量以普通尿素處理最高，但開花期至成熟期土壤無機(jī)氮含量卻低于緩/控釋氮肥處理；并且玉米收獲后緩/控釋氮肥處理30—180 cm土層無機(jī)氮含量均低于普通尿素處理。其主要原因是普通尿素施入土壤中迅速轉(zhuǎn)化，使土壤無機(jī)氮含量在短期內(nèi)快速增加，而在轉(zhuǎn)化過程中很容易揮發(fā)至空氣中和淋洗至土壤深層，導(dǎo)致土壤耕層無機(jī)氮含量降低；緩/控釋氮肥通過延長養(yǎng)分釋放周期，可以減少氮的揮發(fā)和淋洗，使玉米生育中后期土壤耕層（0—30 cm）無機(jī)氮含量得到提高。另外，周順利等[32]認(rèn)為，作物在生長前期對氮素需求量少，在生長中后期對氮素需求顯著增加，因此提高作物生育中后期土壤無機(jī)氮含量對作物高產(chǎn)及環(huán)境友好十分重要。本研究相關(guān)分析也表明，玉米開花期至成熟期土壤無機(jī)氮含量與玉米產(chǎn)量、氮素總積累量和氮素利用效率均呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中玉米開花期土壤無機(jī)氮含量與三者間相關(guān)性最強。而在本研究中，樹脂包膜尿素處理玉米開花期土壤無機(jī)氮含量最高，相對應(yīng)的玉米產(chǎn)量、氮素總積累量和氮素利用效率也最高?？梢?，樹脂包膜尿素通過控制氮素釋放速率可以更好協(xié)調(diào)土壤氮素供應(yīng)與玉米階段需氮的關(guān)系，進(jìn)而促進(jìn)玉米氮素積累和產(chǎn)量形成。

氮肥施入土壤后，除了被作物吸收外，一部分以無機(jī)氮或有機(jī)結(jié)合形態(tài)殘留在土壤中，可為后季作物吸收利用；而另一部分通過氨揮發(fā)、硝化-反硝化、淋洗或徑流等各種途徑損失[33]。然而氮素?fù)p失過多，不僅影響作物生長，降低肥效，而且還會污染環(huán)境[34-35]。因此，合理施氮除了要考慮產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)外，同時還應(yīng)將施肥后植物—土壤系統(tǒng)的氮素平衡狀況和氮素去向考慮在內(nèi)[36]。邵蕾等[37]研究表明，與普通尿素相比，控釋氮肥土壤氮素殘留量顯著增加，增幅為6.4%—20.9%。而李雨繁等[38]研究指出，緩/控釋氮肥可顯著降低氮素?fù)p失。本研究結(jié)果表明，與普通尿素處理相比，各緩/控釋氮肥處理可顯著提高玉米氮素攜出量和土壤無機(jī)氮殘留量，并顯著降低土壤氮素?fù)p失量。其中，樹脂包膜尿素處理降低效果最為明顯。這是因為緩/控釋氮肥通過減緩養(yǎng)分的釋放，促進(jìn)作物對氮素養(yǎng)分的吸收，減少了氮素向土壤深處淋洗，進(jìn)而降低氮素?fù)p失。

4 結(jié)論

緩/控釋氮肥能夠明顯提高春玉米產(chǎn)量、促進(jìn)玉米生育后期氮素吸收并減少氮素?fù)p失，進(jìn)而提高氮素利用效率。在相同施氮量和施用方式下，與普通尿素處理相比，不同緩/控釋氮肥處理春玉米2年增產(chǎn)幅度分別為15.2%—37.7%和27.5%—51.5%；玉米灌漿期至成熟期氮積累量分別提高2.3%—8.2%、10.9%—17.8%和3.1%—9.2%、9.4%—15.5%。2年氮素當(dāng)季回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力提高幅度依次為44.8%—72.6%、70.8%—147.7%、9.6%—19.6%和29.2%—48.0%、47.7%—86.5%、10.4%—18.9%。氮素?fù)p失量分別降低27.4%—42.9%和28.4%—45.4%，其中樹脂包膜尿素在提高玉米產(chǎn)量、氮素吸收利用以及降低氮素?fù)p失量的效果最好，是吉林省中部地區(qū)高產(chǎn)高效的肥料類型。

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（責(zé)任編輯 李云霞，楊鑫浩）

Effects of Different Slow/controlled Release Nitrogen Fertilizers on Spring Maize Nitrogen Uptake and Utilization, Soil Inorganic Nitrogen and Nitrogen Balance

HOU YunPeng, LI Qian, KONG LiLi, QIN YuBo, WANG Meng, YU Lei, WANG LiChun, YIN CaiXia

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Jilin Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast China, Ministry of Agriculture, Changchun 130033)

【Objective】This research aimed to evaluate the effects of different types slow/controlled release nitrogen fertilizer treatments on spring maize yield, nitrogen accumulation characteristics at key growth periods, soil inorganic nitrogen change, nitrogen balance, and other aspects at the middle region of Jilin province, so as to select the suitable slow/controlled release nitrogen fertilizer type and provide the theoretical basis on reasonable application of slow/controlled release nitrogen fertilizers.【Method】Two field experiments were conducted in the middle maize production regions of Jilin province in 2014 and 2015 with 6 treatments, including no nitrogen fertilization control (CK), common urea (CU), sulfur-coated urea (SCU), polymer-coated urea (CRF), stability urea (SU) and urea formaldehyde (UF). Grain yield, N content in different growth period and soil inorganic nitrogen content were measured, and N uptake, nitrogen utilization efficiency, soil inorganic N accumulation and N balance were also calculated. 【Result】The maize yield under slow/controlled release nitrogen fertilizer treatments was significantly higher than that under CU treatment, with 19.6% (2014) and 18.8% (2015), respectively, and the maize yield in the CRF treatment was the highest. N recovery efficiency, agronomic efficiency and partial factor productivity were significantly increased under the slow/controlled release N fertilizer treatments by 44.8%-72.6%, 70.8%-147.7%, 9.6%-19.6% (2014) and 29.2%-48.0%, 47.7%-86.5%, 10.4%-18.9% (2015), respectively, and which of CRF treatment were the highest. N accumulation was significantly increased with N fertilizer application, which of CRF treatment was the highest from filling stage to mature stage. Compared with CU treatment, soil inorganic nitrogen content was significantly increased from flowering stage to mature stage in 0-30 cm soil, that of CRF treatment was the highest from flowering stage to filling stage, and that of UF treatment was the highest in mature stage. The contents of inorganic nitrogen decreased with the increase of soil depth in 0-180 cm soil profile after maize harvest. Compared with CU treatment, slow/controlled release nitrogen fertilizer treatments improved the contents of inorganic nitrogen in 0-30 cm soil, and that of UF treatment was the highest. Correlation analysis results showed that there were significant and extremely significant positive correlation between total N accumulation, grain yield and soil inorganic nitrogen content from bell stage to mature stage, N utilization efficiency was significant and extremely significant positive correlation with soil inorganic nitrogen content from flowering stage to mature stage, and soil inorganic nitrogen content was the most correlated with N total accumulation, grain yield and N utilization efficiency from flowering stage to mature stage. Soil residue inorganic nitrogen content in 0-90 cm was significantly increased with N fertilizer application after harvest. N apparent loss content was significantly reduced under the slow/controlled release N fertilizer treatments with the less of 27.4%-42.9% (2014) and 28.4%-45.4% (2015) than that under the CU treatment, and that under the CRF treatment was the lowest. 【Conclusion】Under the same application amount and methods, the slow/controlled release nitrogen fertilizer significantly improved the maize yield, the amount of nitrogen accumulation from filling stage to mature stage, N recovery efficiency, agronomic efficiency, partial factor productivity and improved the content of inorganic nitrogen in 0-30 cm soil layer from flowering stage to mature stage, compared to normal urea. At the same time, the slow/controlled release nitrogen fertilizer significantly reduced the apparent loss of nitrogen in 0-90 cm soil layer in mature stage. The effect of CRF was the best in all treatments, so that CRF was the fertilizer type of high-yield and high efficiency in the middle area of Jilin province.

slow/controlled release N fertilizer; spring maize; nitrogen utilization efficiency; soil inorganic nitrogen content; nitrogen balance

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.011

2018-01-18；

2018-06-20

國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0300604）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）專項（201303103）

侯云鵬，Tel：0431-87063630；E-mail：exceedfhvfha@163.com。通信作者王立春，E-mail：wlc1960@163.com。通信作者尹彩俠，E-mail：yincaixia11@163.com