尿素硝酸铵溶液减量增效施用对小麦产量和氮素吸收利用的影响

张运红，姚 健，和爱玲，杜 君，郑春风，张洁梅

(河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所/河南省农业生态与环境重点实验室，河南 郑州 450002)

尿素硝酸铵溶液减量增效施用对小麦产量和氮素吸收利用的影响

张运红，姚 健*，和爱玲，杜 君，郑春风，张洁梅

(河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所/河南省农业生态与环境重点实验室，河南 郑州 450002)

采用盆栽试验，研究了尿素硝酸铵溶液(UAN)减量增效施用对小麦产量和氮素吸收利用的影响，旨在为推动液体氮肥在农业生产中的应用提供理论依据。结果表明：同等施氮条件下，与尿素相比，施用UAN处理的不同生育时期小麦株高、生育后期功能叶片叶绿素含量(SPAD值)分别提高了4.6%～24.5%、5.0%～9.7%，产量提高了31.9%，且主要归因于穗数的增加。UAN减氮20%(80%UAN)处理与尿素全量(100%UN)处理相比，小麦不减产，在此基础上添加增效剂海藻酸钠寡糖(AOS)、氨基酸(aa)分别使小麦增产18.5%、5.6%。同等施氮条件下，施用UAN还可提高小麦花前地上部营养体的氮素转移能力及其对籽粒的贡献率，与100%UN处理相比，UAN全量(100%UAN)处理的植株总氮累积量增加24.4%，氮素吸收效率、氮素表观回收率、氮素农学利用效率、氮肥生产效率也分别显著提高24.1%、27.1%、33.9%、31.9%。80%UAN处理较100%UN处理植株总氮累积量显著增加22.0%，氮素吸收效率、氮素表观回收率、氮素农学利用效率、氮肥生产效率显著提高52.2%、55.5%、21.8%、22.0%；在此基础上添加AOS，氮素收获指数及其他氮素利用相关指标较80%UAN处理进一步显著提高，添加纳米Mg(OH)2对植株氮含量提升幅度最大，花期和成熟期秸秆氮含量分别较80%UAN处理增加40.7%和16.3%，对其他指标影响较小。综上，尿素硝酸铵溶液在小麦上施用效果优于尿素，可实现节肥增效。

尿素硝酸铵溶液； 小麦； 施用； 产量； 氮素吸收利用

1 材料和方法

1.1 供试材料

1.2 试验设计

试验于2016年10月—2017年5月在河南省农业科学院科研园区进行。采用土培盆栽试验，选用聚乙烯塑料盆，每盆装过2 mm筛的土10 kg。试验设7个处理，分别为：处理1，对照(CK)，不施氮肥处理；处理2，尿素全量(100%UN)；处理3，UAN全量(100%UAN)；处理4，UAN减氮20%(80%UAN)；处理5，UAN减氮20%+海藻酸钠寡糖(80%UAN+AOS)；处理6，UAN减氮20%+纳米Mg(OH)2[80%UAN+Mg(OH)2]；处理7，UAN减氮20%+氨基酸(80%UAN+aa)。每个处理重复3次，共21盆。氮肥全量施用量为纯氮0.25 g/kg，减量施用量为纯氮0.20 g/kg，施肥方式为50%基施、50%追施。磷钾肥采用KH2PO4，施用量为0.4 g/kg，施肥方式为基施。海藻酸钠寡糖、纳米Mg(OH)2、氨基酸在肥料中的含量均为0.3%。穴施播种，每盆6穴，每穴10粒，30 d后间苗至每穴6株，小麦生长期间通过称质量法维持盆中土壤水分含量在田间持水量的70%左右。

1.3 指标测定及方法

1.3.1 株高和SPAD值 于苗期、返青期、拔节期、开花期、成熟期测定小麦株高，于苗期、返青期、拔节期、开花期、灌浆期测定功能叶片SPAD值(倒二叶)，其中株高采用尺测，SPAD值采用SPAD-502叶绿素仪测定。

1.3.2 产量及其构成因子 在成熟期收割各处理的全部植株，脱粒后以风干质量换算出籽粒产量；每个处理选取代表性植株5株，换算出穗粒数；在各处理风干测产的籽粒样本中计算千粒质量。

1.3.3 氮含量及氮效率 分别于开花期和成熟期采集植株样品，并将成熟期样品分为籽粒和茎叶两部分，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘至恒质量，测定其干质量。取烘干样，粉碎后用半微量凯氏定氮仪测定各器官全氮含量，并计算氮素累积量、营养器官氮素转运量、营养器官氮素转运率、营养器官转运氮素对籽粒氮素的贡献率、花后氮吸收量、花后氮吸收量对籽粒氮素的贡献率、氮素收获指数、氮素吸收效率、氮素表观回收率、氮素农学效率和氮肥生产效率。各指标计算公式如下：

各器官氮素累积量=氮素含量×干质量，

营养器官氮素转运量=开花期营养器官氮素累积量-成熟期营养器官氮素累积量，

营养器官氮素转运率=营养器官氮素转运量/开花期营养器官氮素累积量×100%，

营养器官转运氮素对籽粒氮素的贡献率=营养器官氮素转运量/成熟期籽粒氮素累积量×100%，

花后氮吸收量=成熟期地上部氮素累积量-开花期器官氮素累积量，

花后氮吸收量对籽粒氮素的贡献率=花后氮吸收量/成熟期籽粒氮素累积量×100%，

氮素收获指数=籽粒氮素累积量/植株地上部氮素累积量×100%，

氮素吸收效率=植株地上部氮素累积量/施氮量，

氮素表观回收率=(施肥区作物氮素累积量-空白区氮素累积量)/施氮量×100%，

氮素农学效率=作物施肥后增加的产量/施氮量，

氮肥生产效率=籽粒产量/施氮量。

1.4 数据分析

采用Excel 2007进行数据处理，SPSS 17.0进行方差分析，LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 UAN减量增效施用对小麦株高和SPAD值的影响

由图1可知，与CK相比，UAN全量或减量20%施用均可显著提高小麦不同生育时期株高，其中100%UAN处理较CK增加38.4%～150.7%，较100%UN处理显著增加4.6%～24.5%；80%UAN处理较CK增加44.3%～144.4%，在苗期、返青期、拔节期较100%UN处理分别增加9.9%、15.2%、10.1%。80%UAN+AOS处理在拔节期、开花期、成熟期较100%UN处理分别增加5.6%、5.9%、7.8%，开花期和成熟期较80%UAN处理显著增加4.3%和3.9%。以SPAD值来看，UAN全量或减量20%处理的不同生育时期小麦叶片SPAD值均显著高于CK，其中100%UAN处理较CK增加13.4%～114.6%，较100%UN处理增加5.0%～9.7%；80%UAN处理较CK增加19.9%～106.15%，在苗期、返青期、拔节期较100%UN处理分别增加6.1%、24.7%、5.1%；80%UAN+AOS处理除灌浆期外也显著高于100%UN处理，增幅为5.2%～11.8%；80%UAN+Mg(OH)2和80%UAN+aa处理在返青期、拔节期、开花期较100%UN处理分别增加23.3%、8.0%、4.5%和26.0%、8.8%、3.8%；3个添加增效剂的80%UAN处理在拔节期、开花期、灌浆期较80%UAN处理也均有不同程度增加。结果说明，同等施氮条件下，与尿素相比，施用UAN可提高小麦生育后期功能叶片叶绿素含量，促进植株生长；减量条件下，UAN添加不同增效剂处理的小麦生育后期长势明显好于未添加处理。

不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05)

2.2 UAN减量增效施用对小麦产量及其构成因子的影响

由表1可知，与CK相比，UAN全量或减量20%施用均可显著提高小麦穗数，且除80%UAN处理外，其余处理也显著高于100%UN处理，以100%UAN处理效果最好，较CK、100%UN处理分别增加44.0%、27.1%。80%UAN+AOS、80%UAN+Mg(OH)2、80%UAN+aa处理较100%UN处理分别增加10.6%、7.1%、10.6%。UAN处理的小麦穗长和穗质量均显著高于CK、100%UN处理，其中穗长分别增加127.8%～145.9%、7.8%～9.8%，以80%UAN+AOS、80%UAN+aa处理最好，其次为100%UAN、80%UAN、80%UAN+Mg(OH)2处理；穗质量分别增加8.0～9.7倍、5.7%～25.5%，以80%UAN+AOS处理最高。穗粒数以80%UAN+AOS处理最高，分别较CK、100%UN处理增加6.6倍、24.9%，且差异显著，其次为80%UAN+aa、100%UAN处理，二者均显著高于CK和100%UN处理。千粒质量除80%UAN和100%UN处理无显著差异外，其余处理均较之显著下降。100%UAN处理产量最高，分别较CK、100%UN处理增加22.3倍、31.9%，其次是80%UAN+AOS处理，分别增加20.0倍、19.0%，80%UAN+aa处理产量较100%UN处理显著增加5.6%。结果说明，同等施氮量条件下，与尿素相比，UAN可促进小麦增产，主要归因于穗数的增加；UAN减量20%施用小麦不减产，在此基础上添加增效剂AOS或aa可促进产量的提高，主要归因于穗数和穗粒数的增加。

表1 UAN减量增效施用对小麦产量及其构成因子的影响

注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

2.3 UAN减量增效施用对小麦氮素吸收与转移的影响

由表2可知，与CK相比，UAN全量或减量20%施用均可显著提高小麦花期氮含量和累积量，除80%UAN+aa处理外，其余处理的氮含量也显著高于100%UN处理，以80% UAN+Mg(OH)2处理最高，较CK、100%UN处理分别增加131.0%、51.4%。100%UAN处理的花期氮累积量、成熟期秸秆氮含量、植株总氮累积量较100%UN处理显著提高48.5%、15.0%、24.4%。100%UAN和80%UAN的成熟期籽粒氮含量、氮累积量和总氮累积量均高于CK、100%UN处理，成熟期籽粒氮含量分别增加42.5%～49.3%、9.4%～14.7%，以100%UAN处理最高；籽粒氮累积量分别增加11.7～14.5倍、13.8%～38.8%，总氮累积量分别增加10.4～12.7倍、13.0%～36.6%，二者均以80%UAN+AOS处理最高。结果表明，同等施氮量或减氮20%条件下，UAN均可促进小麦对氮的吸收和累积；减量条件下，UAN添加纳米Mg(OH)2对植株氮含量提升幅度较大，但总氮累积量则以添加AOS处理最高。

表2 UAN减量增效施用对小麦氮素吸收与累积的影响

氮素收获指数(NHI)是衡量植物体内氮素向籽粒转移的重要参数，反映了氮素在植株体内的分配情况。由表3可知，与CK相比，UAN全量或减量20%施用均可提高小麦NHI、地上部营养体氮素转运量、花后氮素吸收量，其中NHI增幅为12.2%～13.2%，以80%UAN+AOS处理最高；花前氮素转运量增加3.8～11.8倍，以100%UAN处理最高，较100%UN处理显著提高54.3%；花后氮素吸收量以80%UAN+aa、80%UAN+AOS处理最高，较100%UN处理分别增加113.1%、104.9%。花前氮素转运率除80%UAN+aa处理外，其余处理均显著高于CK，增幅为6.3%～13.7%，以100%UAN处理最高；UAN全量或减量20%处理的花前氮素转运量对籽粒的贡献率较CK显著降低8.7%～64.0%，但100%UAN处理较100%UN处理显著增加23.0%，80%UAN+Mg(OH)2处理较80%UAN处理显著增加38.0%，80%UAN+aa处理较之显著下降32.5%；花后氮吸收量对籽粒的贡献率以80%UAN+aa处理最高，较100%UN处理增加79.4%，其次为80%UAN+AOS、80%UAN处理，较100%UN处理分别增加47.6%、43.3%。结果说明，同等施氮量条件下，与UN相比，UAN可提高小麦花前地上部营养体的氮素转移能力及其对籽粒的贡献率；减量条件下，UAN添加AOS可提高小麦的NHI；添加纳米Mg(OH)2可提高花前氮素转运量对籽粒的贡献率，添加氨基酸的花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率则显著降低。

表3 UAN减量增效施用对小麦氮素转移的影响

2.4 UAN减量增效施用对小麦氮素利用效率的影响

由表4可知，UAN全量或减量20%施用的小麦氮素吸收效率、氮素表观回收率、氮素农学利用效率、氮肥生产效率均显著高于100%UN处理，100%UAN处理的氮素吸收效率、氮素表观回收率、氮素农学利用效率、氮肥生产效率较100%UN处理分别显著提高24.1%、27.1%、33.9%、31.9%；80%UAN+AOS处理的氮素吸收效率、氮素表观回收率、氮素农学利用效率、氮肥生产效率最高，分别较100%UN处理增加70.4%、75.8%、49.5%、48.1%，较80%UAN处理增加11.9%、13.0%、22.8%、21.4%。该结果说明，与尿素相比，同等施氮量或减氮20%条件下，施用UAN均可促进小麦对氮素的吸收和利用；减量条件下，UAN添加AOS使小麦氮素吸收利用效率进一步提高，而Mg(OH)2、aa对氮素利用相关指标影响不大。

表4 UAN减量增效施用对小麦氮素利用效率的影响

3 结论与讨论

近年来，我国肥料增值技术发展较快，一些生物刺激素具有增强营养物质吸收和利用的功能，且具有安全、环保、多功能等优势，被作为新型肥料增效剂开发应用。张朝霞等[25]将海藻寡糖添加到尿素中施用，发现可促进小麦增产。袁亮等[26]报道，与尿素相比，海藻酸增值尿素、腐植酸增值尿素和谷氨酸增值尿素均可提高小麦产量和氮肥利用率，降低其氮素损失。张运红等[27]研究发现，海藻酸钠寡糖尿素不仅可提高玉米功能叶片叶绿素含量和净光合速率，还能促进玉米对氮、磷、钾的吸收，其效果优于腐植酸尿素和聚能网尿素。本研究表明，UAN添加AOS或aa后，小麦产量均有所增加，其中添加AOS处理的植株总氮累积量、氮素吸收效率、氮素表观回收率、氮素农学利用效率、氮肥生产效率也显著提高，这与前人研究结果基本一致[25-27]。张运红等[28-29]在菜心和水稻上的研究发现，海藻酸钠寡糖可改善类囊体膜结构与功能，从而提高植物光合效率，促进光合产物的积累，本研究中,UAN添加AOS后，小麦生育后期功能叶片SPAD值、产量均显著提高，可能与AOS提高光合代谢有关，但目前对于其促进作物养分吸收的作用机制还不是很清楚。纳米Mg(OH)2是一种粒径介于80～127 nm的新型Mg(OH)2，具有晶粒小、比表面积大等特点，袁婷等[30]研究表明，低量钾配施纳米Mg(OH)2对白菜增产效果显著，还可促进植株对氮、磷、钾的吸收。本研究中,同等施氮条件下，添加纳米Mg(OH)2的小麦植株含氮量最高，但增产效果不明显，其原因还有待进一步研究。

[1] 武际，郭熙盛，杨晓虎，等.氮肥施用时期及基追比例对土壤矿质氮含量时空变化及小麦产量和品质的影响[J].应用生态学报，2008，19(11)：2382-2387.

[2] 郭丽，王丽英，张彦才，等.滴灌水肥一体化下施氮量对小麦氮素吸收及土壤硝态氮含量的影响[J].华北农学报，2017，32(3)：207-213.

[3] 刘欢，陈苗苗，孙志梅，等.氮肥调控对小麦/玉米产量、氮素利用及农田氮素平衡的影响[J].华北农学报，2016，31(1)：232-238.

[4] 巨晓棠，谷保静.我国农田氮肥施用现状、问题及趋势[J].植物营养与肥料学报，2014，20(4)：783-795.

[5] Ju X T,Xing G X,Chen X P,etal.Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2009,106(9):3041-3046.

[6] 钟茜，巨晓棠，张福锁.华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系对氮素环境承受力分析[J].植物营养与肥料学报，2006，12(3)：285-293.

[7] 吉艳芝，巨晓棠，刘新宇，等.不同施氮量对冬小麦田氮去向和气态损失的影响[J].水土保持学报，2010，24(3)：113-118.

[8] 徐传银，刘巧，陆其通，等.水稻不同生育期喷施尿素硝铵溶液对产量和经济性状的影响[J].现代农业科技，2015(18)：17-18,21.

[9] 王靖荃，满孝印，李海云，等.充足磷钾供应下大白菜产量和品质对氮素形态的响应[J].聊城大学学报(自然科学版)，2016，29(3)：48-51.

[10] 程学刚，洪丕征，陈士更，等.腐植酸对尿素硝铵溶液增效作用研究[J].腐植酸，2017(2)：26-30.

[11] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴(2014)[M].北京：中国统计出版社，2014.

[12] 张运红，孙克刚，杜君，等.施氮水平对不同基因型优质小麦干物质积累、产量及氮素吸收利用的影响[J].河南农业科学，2017，46(4)：10-16.

[13] 杨永辉，武继承，潘晓莹，等.不同耕作保墒措施下施氮量对小麦耗水量、产量及水分生产效率的影响[J].河南农业科学，2016，45(4)：61-65.

[14] 文涛，李廷亮，曾建国，等.微量元素对旱地冬小麦产量及品质的影响[J].山西农业科学，2016，44(11)：1622-1626.

[15] 石江荣，任永康，王芳.氮素营养对超高产小麦调控的研究进展[J].山西农业科学，2010，38(3)：80-82.

[16] 李生秀，王朝辉.土壤和植物的铵、硝态氮[M]//林葆.化肥与无公害农业.北京：中国农业出版社，2003.

[17] 苗艳芳，李生秀，徐晓峰，等.冬小麦对铵态氮和硝态氮的响应[J].土壤学报，2014，51(3)：564-574.

[18] 苗艳芳，吕静霞，李生秀，等.铵态氮肥和硝态氮肥施入时期对小麦增产的影响[J].水土保持学报，2014，28(4)：91-96.

[19] Miller A J,Cramer M D.Root nitrogen acquisition and assimilation[J].Plant and Soil,2005,274(1/2):1-36.

[20] 戴廷波，曹卫星，荆奇.氮形态对不同小麦基因型氮素吸收和光合作用的影响[J].应用生态学报，2001，12(6)：849-852.

[21] 孙传范，戴廷波，曹卫星．不同施氮水平下增铵营养对小麦生长和氮素利用的影响[J]．植物营养与肥料学报，2003，9(1)：33-38,49．

[22] Wang X T,Below F E.Root-growth,nitrogen uptake,and tillering of wheat induced by mixed-nitrogen source[J].Crop Science,1992,32(4):997-1002.

[23] Hawkesford M,Horst W,Kichry T,etal.Functions of macronutrient[M]//Marschner P.Marschners mineral nutrition of higher plants.Waltham:Academic Press,2011.

[24] Hinsinger P,Plassard C,Tang C X,etal.Origins of root-mediated pH changes in the rhizosphere and their responses to environmental constrains: A review[J].Plant and Soil,2003,248:43-59.

[25] 张朝霞，许加超，盛泰，等．海藻寡糖(ADO)增效尿素对小麦的影响[J]．农产品加工,2014(11)：61-63,66.

[26] 袁亮，赵秉强，林治安，等.增值尿素对小麦产量、氮肥利用率及肥料氮在土壤剖面中分布的影响[J].植物营养与肥料学报，2014，20(3)：620-628.

[27] 张运红，孙克刚，杜君，等.不同增效氮肥品种及用量对玉米幼苗生长、光合特性及养分吸收的影响[J].磷肥与复肥，2017，32(4)：32-35.

[28] 张运红，和爱玲，孙克刚，等.海藻酸钠寡糖对菜心类囊体膜组成及特性的影响[J].西北农业学报，2016，25(1)：129-135.

[29] 张运红，孙克刚，杜君，等.海藻寡糖增效尿素对水稻光合特性及碳代谢产物积累的影响[J].中国土壤与肥料，2016(3)：54-59.

[30] 袁婷，王正银，谷守宽，等.低钾配施纳米氢氧化镁对白菜的营养效应研究[J].植物营养与肥料学报，2017，23(1)：254-261.

Effects of the Reducing and Efficiency-increasing Application of Urea Ammonium Nitrate Solution on the Yield and Nitrogen Uptake and Utilization of Wheat

ZHANG Yunhong,YAO Jian*,HE Ailing,DU Jun,ZHENG Chunfeng,ZHANG Jiemei

(Institute of Plant Nutrition & Agricultural Resources and Environmental Science/Henan Key Laboratory of Agricultural Eco-environment,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

Pot experiments were conducted to study the effects of the reducing and efficiency-increasing application of urea ammonium nitrate solution(UAN) on the yield and nitrogen uptake and utilization of wheat,in order to provide scientific basis for the application of liquid nitrogen fertilizer in agricultural production.The results showed that compared with urea,applying UAN increased the plant height by 4.6%—24.5% at different growth stages of wheat and increased the SPAD value of functional leaves by 5.0%—9.7% at the late growth stage under the same nitrogen level,thereby raising the yield by 31.9%,which was mainly due to the increase of panicle number.The yield of 80% UAN treatment did not change significantly as compared to 100% urea treatment,but was increased by 18.5% or 5.6% after fertilizer synergist alginate oligosaccharides(AOS) or amino acid(aa) was added,respectively.Under the same nitrogen level,compared with urea,applying UAN also enhanced the ability of transferring nitrogen to seeds of upper ground organs in early growth period and the contribution to the grain,thereby increasing total nitrogen accumulation in plant by 24.4%;Moreover,nitrogen uptake efficiency,nitrogen recovery efficiency,agronomic nitrogen utilization efficiency and nitrogen fertilizer productive efficiency were also significantly increased by 24.1%,27.1%,33.9% and 31.9%,respectively.Total nitrogen accumulation of 80%UAN treatment was 22.0% higher than 100% urea treatment,and nitrogen uptake efficiency,nitrogen recovery efficiency,agronomic nitrogen utilization efficiency and nitrogen fertilizer productive efficiency were also significantly increased by 52.2%,55.5%,21.8% and 22.0%,respectively.The 80% UAN treatment with AOS added further raised nitrogen harvest index and other nitrogen utilization related indicators as compared to 80%UAN treatment.The nitrogen contents of the 80%UAN treatment with nano Mg(OH)2added were significantly increased,with the increase amplitude of 40.7% and 16.3% in shoot at the flowering stage and mature stage,but the changes of other indicators were relatively smaller.In conclusion,the application effects of UAN on wheat were better than urea,for saving fertilizers and increasing revenue.

urea ammonium nitrate solution; wheat; application; yield; nitrogen uptake and utilization

S145.2

A

1004-3268(2017)11-0006-07

2017-07-31

河南省科技开放合作项目(172106000044)；“十二五”国家科技支撑计划(2013BAD07B07，2015BAD23B0208)

张运红(1983-)，女，河南新乡人，助理研究员，博士，主要从事植物营养与施肥研究。

E-mail:snowgirl23@126.com

*

姚 健(1959-)，女，山西浮山人，副研究员，硕士，主要从事植物营养和土壤农化研究。

E-mail:13676942172@163.com