控釋氮肥在小麥上的應(yīng)用研究進(jìn)展

朱三明 陳俊婕 郝淼 韓同宇 李玉 王高陽 陳劍秋 楊修一 耿計(jì)彪

摘要 氮素是小麥生長發(fā)育所需的營養(yǎng)元素之一，合理施用氮肥可以增加小麥產(chǎn)量，改善籽粒品質(zhì)，提高氮肥利用率?？蒯尩士梢猿掷m(xù)供應(yīng)小麥生長所需的氮素營養(yǎng)，減少后期追肥次數(shù)和勞動(dòng)強(qiáng)度，簡化栽培技術(shù)，減少對環(huán)境的污染。綜述了控釋氮肥的定義和釋放類型以及施用控釋氮肥對小麥產(chǎn)量、品質(zhì)、生理特性和土壤無機(jī)氮變化等的影響，提出控釋氮肥在小麥上應(yīng)用存在的問題和進(jìn)一步的研究方向和展望。

關(guān)鍵詞 控釋氮肥;小麥;產(chǎn)量;生理特性;展望

中圖分類號 S146;S512.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611（2021）05-0018-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.05.005

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Research Advances in the Application of Controlled Release Nitrogen Fertilizer in Wheat Production

ZHU San-ming， CHEN Jun-jie， HAO Miao et al

（State Key Laboratory of Nutrition Resources Integrated Utilization， College of Agriculture and Forestry Science/ College of Resources and Environment Linyi University， Linyi， Shandong 276000）

Abstract Nitrogen is one of the nutrient elements needed for wheat growth and development. Rational application of nitrogen fertilizer could increase wheat yield， improve grain quality and nitrogen use efficiency. Controlled-release nitrogen fertilizers could continuously supply nitrogen nutrition for wheat growth， which reduced the number of fertilizer topdressing and labor intensity， simplified cultivation techniques and prevent environmental pollution. In this research， the concept and types of controlled-release nitrogen fertilizer were reviewed， and the effects of controlled-release nitrogen fertilizer application on wheat yield， quality， physiological characteristics and soil inorganic nitrogen changes were summarized. The existing problems and further research directions of controlled-release nitrogen fertilizer application in wheat were put forward.

Key words Controlled-release nitrogen;Wheat;yield;Physiological characteristics;Outlook

小麥?zhǔn)俏覈狈降貐^(qū)最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占重要地位。目前，我國小麥主產(chǎn)區(qū)有西南麥區(qū)、長江中下游麥區(qū)、黃淮海麥區(qū)和西北麥區(qū)，為我國糧食作物生產(chǎn)做出突出貢獻(xiàn)。然而，近年來由于種糧不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力且經(jīng)濟(jì)效益低下，農(nóng)村勞動(dòng)力開始流失，城市勞動(dòng)力比例逐年上升[1]。合理施肥不僅可以節(jié)省資源、減少生產(chǎn)成本，還能提高單位面積小麥產(chǎn)量，增大經(jīng)濟(jì)效益，從而帶動(dòng)農(nóng)民的生產(chǎn)積極性。

氮肥在農(nóng)作物生長發(fā)育中有深遠(yuǎn)影響，我國是化肥生產(chǎn)和消費(fèi)大國，氮肥用量約占世界消費(fèi)總量的28%[2]，但是當(dāng)季氮肥利用率僅為30%～35%[3]。氮肥利用率低而施肥量越來越高，不僅容易造成燒苗現(xiàn)象，還會(huì)造成大量氮素流失，引起環(huán)境惡化[4-5]。合理追施氮肥能提高氮肥利用率和達(dá)到增產(chǎn)效果，但同時(shí)也增加施肥次數(shù)和勞動(dòng)強(qiáng)度?？蒯尩适峭ㄟ^聚合物包膜等形式實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分按設(shè)定的模式釋放，使其與作物需求同步的一類新型肥料[6]。與普通氮肥相比，控釋氮肥更能滿足作物對氮素的需求，有效促進(jìn)作物生長發(fā)育[7-9]，簡化栽培技術(shù)。

目前，控釋氮肥已經(jīng)應(yīng)用在小麥、玉米和水稻等糧食作物上，證明其具有提高肥料利用率、增加作物產(chǎn)量、減少環(huán)境污染等[10-11]優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)控釋肥在主要糧食作物，特別是小麥上的報(bào)道較多[12]。鑒于此，筆者總結(jié)了前人在小麥上施用控釋氮肥的研究成果，探討了控釋氮肥的定義和釋放類型，研究了施用控釋氮肥對小麥產(chǎn)量、品質(zhì)、生理特性和土壤無機(jī)氮變化等的影響，以期為控釋氮肥在小麥上的合理施用提供參考。

1控釋氮肥的定義和釋放類型

控釋氮肥是通過聚合物包膜等形式，可根據(jù)作物的需肥規(guī)律按設(shè)定的釋放率和釋放時(shí)間釋放，一次施用即可滿足小麥整個(gè)生長期對氮素需求的新型肥料[6]?？蒯尩始瓤蓽p少氮素的損失，提高肥料利用率[13]，又能顯著降低氮素的淋溶和揮發(fā)[14-15]，減少環(huán)境和地下水的污染[16]。

控釋氮肥根據(jù)其釋放控制方式有不同的分類，其中張民等[17]按照控釋氮肥的溶解性釋放方式，將控釋氮肥分為3種類型：①水溶性氮肥，即由物理障礙性控制的氮肥，如包膜顆粒氮肥，該氮肥可分為包膜顆粒肥料和基質(zhì)復(fù)合肥料;②微溶性的有機(jī)氮化合物，可分為生物可降解的微溶有機(jī)氮化合物（如脲甲醛的縮合物）和主要以化學(xué)降解的化合物（如異丁烯環(huán)二脲，簡稱IBDU）;③微溶無機(jī)化合物，如金屬磷銨鹽、部分酸化磷酸鹽等。目前，市面上以包膜材料的控釋氮肥最為常見。

2 控釋氮肥對小麥生長的影響

2.1 控釋氮肥對小麥產(chǎn)量的影響

氮是小麥正常生長發(fā)育所需的元素之一，適量的氮有助于小麥干物質(zhì)的積累，可顯著增加小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。楊煥煥等[18]在駐馬店市砂姜黑土上進(jìn)行冬小麥田間試驗(yàn)，結(jié)果顯示施用控釋氮肥可顯著提高小麥產(chǎn)量，與只施用磷鉀肥相比增產(chǎn)19.4%～417%，與控釋氮肥施用量100%處理相比，80%處理小麥在低肥力點(diǎn)減產(chǎn)了4.8%;與常規(guī)普通尿素處理相比，控釋氮肥施用量80%處理小麥產(chǎn)量提高6.9%，其養(yǎng)分投入量減少了20%，但小麥產(chǎn)量幾乎相同甚至略增。梁靖越等[19]研究表明，不同比例控釋摻混尿素處理的小麥產(chǎn)量比普通尿素處理提高631%～14.23%，其中40%控釋尿素配比分別較普通尿素處理和全量控釋尿素處理提高14.23%和7.37%，增產(chǎn)效果最顯著。另有一些研究表明，施氮處理可顯著提高小麥產(chǎn)量，以普通尿素與控釋氮肥40%配比處理最優(yōu)，較單施尿素處理增產(chǎn)697.06 kg/hm2（2014年）和521.02 kg/hm2（2015年）[20]。也有研究表明，在相同地力條件和栽培管理下，控釋氮肥與普通氮肥比例為80∶20時(shí)，小麥產(chǎn)量最高，達(dá)到6 286.9 kg/hm2，可有效降低肥料成本[21]。以上結(jié)果均證明，控釋氮肥既能節(jié)約成本又能增加小麥產(chǎn)量。與普通尿素單施相比，控釋尿素與普通尿素?fù)交焯幚頍o論是控釋尿素減少20%的施氮量還是相同施氮量的條件下，小麥的產(chǎn)量都有極顯著增加。

2.2 控釋氮肥對小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素。王謀山[22]研究表明，小麥?zhǔn)┯玫鹊靠蒯屇蛩?，產(chǎn)量增加的原因是提高產(chǎn)量構(gòu)成因素中的穗粒數(shù)。鄭文魁等[20]在小麥-玉米輪作條件下研究發(fā)現(xiàn)，不同控釋氮肥及施氮水平對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素存在不同程度的影響，樹脂包膜尿素處理、硫包膜尿素處理以及硫加樹脂包膜尿素處理與普通尿素處理相比，均顯著增加冬小麥的千粒重和穗粒數(shù)，千粒重分別增加3.6%、3.6%和4.7%，穗粒數(shù)分別增加7.8%、1.5%和9.5%，但是對小麥的穗數(shù)沒有顯著影響;與普通尿素處理相比，減氮30%的樹脂包膜尿素處理有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量差異不明顯，但冬小麥的千粒重顯著增加。也有研究表明，等氮量條件下，與尿素處理相比，控釋尿素處理分別提高小麥的穗粒數(shù)和單株有效穗數(shù)6.8%和5.2%，但對小麥的千粒重?zé)o顯著影響[23]。綜上所述，控釋氮肥能通過延緩氮素的釋放時(shí)間來滿足小麥生長各個(gè)關(guān)鍵時(shí)期的養(yǎng)分需求，有效提升小麥的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，進(jìn)而增加小麥產(chǎn)量。

2.3 控釋氮肥對小麥籽粒品質(zhì)的影響

控釋氮肥根據(jù)其釋放特性可在小麥生長發(fā)育的后期提供充足的氮素，適量的氮素對小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、淀粉、可溶性糖含量起重要作用[24]。其中，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量是評價(jià)小麥品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)[25]。劉春梅等[26]盆栽試驗(yàn)表明，3種自行研制的控釋尿素處理與普通尿素處理相比，小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量分別顯著提升19.74%、17.10%、23.45%，保證了小麥植株后期不脫氮進(jìn)而增加產(chǎn)量。馬富亮等[27]田間試驗(yàn)表明，與普通尿素相比，硫膜和樹脂膜控釋尿素處理顯著提高小麥籽粒和品質(zhì)，小麥籽粒蛋白質(zhì)和淀粉含量分別提高5.8%～18.9%和0.3%～1.4%，表現(xiàn)出很好增產(chǎn)效應(yīng);2種控釋肥氮素后移的功效滿足小麥后期氮素需求，氮肥偏生產(chǎn)力提升達(dá)顯著水平，提高氮素的利用率。另有研究表明，與相同施氮量的普通尿素處理相比，樹脂膜控釋尿素處理能顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，在改善沉降值、硬度和濕面筋含量上具有重要作用，以控釋尿素70%+普通尿素30%處理效果最佳[28]?？蒯尩誓芨纳菩←湼魃诘母祷盍?，提高植株各生育期的全氮含量以及籽粒蛋白質(zhì)含量等，從而改變小麥的籽粒品質(zhì)。

2.4 控釋氮肥對小麥干物質(zhì)積累和長勢的影響

施氮能提高作物干物質(zhì)積累，是促進(jìn)增產(chǎn)的前提和保證[29]。隨著小麥生育時(shí)期的延長，干物質(zhì)積累不斷增加，在小麥返青期以前，由于植物營養(yǎng)體較小，干物質(zhì)積累量較低，但自拔節(jié)期開始，隨著施氮的處理差異漸漸顯現(xiàn)，至開花期差異達(dá)到最大值[30]。何杰等[31]研究表明，小麥從拔節(jié)期到成熟期，40%控釋氮肥+60%尿素處理較100%尿素處理顯著提高小麥干物質(zhì)質(zhì)量及生長速率，較100%尿素和100%控釋氮肥處理的成熟期小麥單株干物質(zhì)質(zhì)量分別增加44.54%和17.42%。李敏等[32]在安徽省太和縣及蘇州市2地進(jìn)行連續(xù)2年田間大區(qū)試驗(yàn)，結(jié)果表明在降雨量豐沛的太和，拔節(jié)期施用控釋尿素較普通尿素能顯著提高小麥花后干物質(zhì)和氮素積累，提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。也有研究表明，小麥干物質(zhì)積累量隨小麥生育期延長而增加;小麥分蘗期間，隨著控釋氮肥施用量的增加，小麥干物質(zhì)積累量呈先增加后減少的趨勢，常規(guī)尿素處理顯著高于其余各處理;小麥拔節(jié)、抽穗及成熟期，40%控釋氮肥摻混60%尿素處理干物質(zhì)積累量均較常規(guī)尿素處理高，分別增長15.09%、13.48%、12.09%[33]?？蒯尩实牡蒯尫盘攸c(diǎn)能夠與小麥植株氮吸收規(guī)律相吻合，通過提高干物質(zhì)積累來顯著提高產(chǎn)量水平[34]。

小麥株高、葉面積、葉綠素含量等是反映小麥長勢的重要指標(biāo)，研究表明增大旗葉面積能有效提高小麥產(chǎn)量[35]，適量的葉片生長可以通過促進(jìn)作物中后期光合作用與能量轉(zhuǎn)換來為后期作物產(chǎn)量提供條件[33]。夏光利等[30]小麥大田試驗(yàn)表明，各施氮處理較不施氮處理小麥株高增加2.22～3.22 cm，各處理間小麥株高差異不明顯，適當(dāng)增加小麥株高可為籽粒產(chǎn)量的提高奠定較好基礎(chǔ)。另有研究表明，40%控釋氮肥+60%普通尿素處理小麥旗葉、倒二葉及頂二葉面積均比其他處理高，小麥生長較優(yōu)，與小麥籽粒產(chǎn)量具有顯著相關(guān)作用[36]。

3 控釋氮肥對小麥氮素養(yǎng)分利用率的影響

肥料的養(yǎng)分利用率是衡量肥料效果的重要指標(biāo)。提高氮素利用率的本質(zhì)是使肥料的釋放特性與小麥需求相同步，因此肥料的釋放時(shí)間和釋放率與小麥各個(gè)時(shí)期生長發(fā)育所需養(yǎng)分不均衡是造成氮素利用率低的主要原因。與單施普通尿素相比，控釋尿素和普通尿素以不同比例摻混的氮素利用率有不同程度的增加，控釋尿素與普通尿素以4∶6比例摻混的小麥氮素利用率為27.26%，較等施氮量下的普通尿素處理增產(chǎn)14.23%[19];也有研究表明，控釋尿素施用量100%較普通尿素施用量100%處理小麥產(chǎn)量顯著增加，氮素利用率最高[36]。韓科峰等[37]小麥大田試驗(yàn)表明，在等量氮磷鉀養(yǎng)分條件下，控釋尿素處理的氮肥利用率最高，為20.9%，比普通尿素處理提高6.2%。譚德水等[38]的2年小麥田間定位試驗(yàn)表明，控釋氮肥施用處理較普通氮肥處理氮素積累量增加24.5 kg/hm2，且可提高氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)比例，氮肥利用率提高11.7%。以上研究都表明控釋氮肥能顯著提高小麥的氮素養(yǎng)分利用率，可通過滿足小麥植株的氮素需求來協(xié)調(diào)小麥的營養(yǎng)生長與生殖生長，保證小麥增產(chǎn)。

4 控釋氮肥對土壤無機(jī)氮變化的影響

控釋肥料緩慢釋放養(yǎng)分的特性能調(diào)控土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而改善土壤肥力。葉青等[39]研究表明，施入土壤中的氮肥因硝化、氨化過程對土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量有顯著影響，等氮量條件下，控釋氮肥與普通氮肥相比，普通氮肥在小麥成熟期土壤0～20 cm土層到20～40 cm土層土壤硝態(tài)氮急劇減少，在20～40 cm土層到180～200 cm土層土壤硝態(tài)氮又逐漸增多，施用控釋氮肥有利于減少硝態(tài)氮的淋溶，提高氮肥利用率。也有研究表明，冬小麥的須根系主要分布在土壤上層中，0～20 cm土層有利于作物對硝態(tài)氮的吸收，土壤深處60 cm以下土層普通尿素處理硝態(tài)氮含量顯著高于控釋氮肥處理，因此施用控釋氮肥可有效減緩?fù)寥浪傩У苁40]。控釋氮肥不僅可以減少氮素向深層土壤移動(dòng)，具有保氮能力，進(jìn)而提高小麥的產(chǎn)量，也減少因?yàn)榈亓苋?，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮流入地下水所造成的污染。

5 問題與展望

5.1 控釋氮肥在小麥上應(yīng)用存在的問題

小麥各生長發(fā)育時(shí)期有不同氮素需求，一次性大量基施速效氮肥不僅肥料養(yǎng)分利用率低、浪費(fèi)資源，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問題，合理追施氮肥可以提高氮素利用率滿足小麥對養(yǎng)分的需求，但勢必會(huì)增加勞動(dòng)強(qiáng)度和追肥次數(shù)?？蒯尩士梢匝泳彽蒯尫艜r(shí)間且損失較少，能滿足小麥從拔節(jié)到抽穗、灌漿時(shí)期對氮素的需求，保證小麥的高質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)，簡化栽培技術(shù)，減少對環(huán)境的污染。然而，控釋氮肥在小麥上的應(yīng)用還有很多問題亟待解決：①控釋氮肥在小麥上的注意事項(xiàng)和施用方法尚不完善，缺乏統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);②控釋氮肥的養(yǎng)分釋放規(guī)律與小麥植株生長養(yǎng)分吸收規(guī)律的同步營養(yǎng)機(jī)理研究應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng);③不同類型控釋氮肥在小麥上的作用效果還需進(jìn)一步試驗(yàn)。

5.2 控釋氮肥在小麥上應(yīng)用研究與展望

針對控釋氮肥在小麥上應(yīng)用存在的問題，建議從以下幾個(gè)方面深入研究：①建立完整、統(tǒng)一的評價(jià)體系，研制與小麥生長需氮規(guī)律相吻合的同步營養(yǎng)控釋專用氮肥;②繼續(xù)研究控釋氮肥的控釋特性以及對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)等的影響機(jī)理;③根據(jù)小麥的需肥特性及栽種地環(huán)境，制定小麥專用控釋氮肥的使用方法及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，充分發(fā)揮控釋氮肥對小麥增產(chǎn)的潛力是小麥安全生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境的必然趨勢。

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