新型氮肥及施氮量对玉米产量和氮素吸收利用的影响

岳 克，马 雪，宋 晓，郭斗斗，张珂珂，黄绍敏，岳艳军，姚 健*，张水清，2*

(1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2.华中农业大学资源与环境学院，湖北 武汉 430070；3.河南心连心化肥有限公司，河南 新乡 453700)

玉米作为河南主要粮食作物之一，其播种面积267万hm2以上，单产5 997 kg/hm2，总产2.465×109kg，在国家粮食安全中占有重要地位[1]。实现玉米高产，是提高玉米总产量、保障粮食安全的重要手段[2-3]。目前，我国大部分玉米农田平均施氮量高于200 kg/hm2[4]，个别地区达到250 kg/hm2[4]，由于氮肥施用量大、施肥方式不科学等原因，造成了氮肥利用率较低。目前我国的氮肥利用率约在30%～35%，华北地区小麦、玉米种植区的氮肥损失量约20%～55%[5-8]。由于氮肥损失量大而造成的环境问题[9]，已被广大学者关注。于淑芳等[10]研究表明，施用控释尿素能够起到节肥增效的作用，并减少氮肥淋失。为了提高氮肥利用率，选育高肥效品种、改进耕作栽培技术和研制新型肥料等多种方式进行研究。已有研究表明，长效氮肥不仅可以提高氮肥利用率，还可以显著增加玉米产量[11-13]。研究表明，控释肥能够显著提高作物产量和肥料利用率[14-15]。

研究表明，不同氮肥类型对玉米产量及氮肥利用率有显著差异。前人在施氮量对玉米产量的影响已有大量研究，但在新型氮肥(控失尿素和腐植酸尿素)对玉米产量及氮素吸收利用影响的研究很少。本文探究了新型氮肥特别是腐植酸尿素和控失尿素对玉米氮素吸收和产量的影响，对养分的当季利用率和土壤全氮含量的影响。旨在科学评价新型氮肥的增产、培肥和生态效果，促进新型氮肥的推广应用，减少环境污染，提高肥料利用率，为夏玉米合理施用新型氮肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于河南省现代农业试验示范基地—国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站(N 35°00′28.43″，E 113°41′47.66″)内进行，位于河南省新乡市平原新区祝楼乡，土壤类型为轻壤质潮土，该地区属于半干旱半湿润暖温带季风气候，年有效积温为4 700 ℃，年均降水量为645 mm。

1.2 试验设计与管理

种植制度为“麦-玉”轮作。播种前，2016年6月20号采集试验区基础土壤样品，0～20和20～40 cm，风干，分析和保存，分析结果见表1。

表1 供试土壤基础化学性质

1.2.1 试验设计

本试验采用两因素设计，即3种氮肥类型及6个施氮水平，共16个处理。4次重复，随机区组排列，详见表2。氮肥品种采用普通尿素(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号，小区旋耕，播种；磷钾肥与玉米种肥同播；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%，过磷酸钙与氯化钾可以掺混；玉米品种：先玉335；播种量25.5 kg/hm2，10月5日收获。

1.2.2 试验管理

试验小区面积为6 m×8 m=48 m2；小区两边用水泥板隔开，防止施肥和水肥相互影响；小麦-玉米轮作方式，南北方向等距播种，每区6 m10行，株距平均0.27 m；小区排列按照随机区组方式，电脑随机排号，个别适当调整；每个处理每排小区之间用0.6 m走道隔开；肥料品种间用1.5 m左右走道隔开，便于灌水和三轮车进入，走道兼顾给水和排水功能，期间安装定量灌水设施；小区大小满足已有农机设备的操作，宽度符合播种机器的整倍数。

1.3 样品采集与测定方法

夏玉米播种前采集0～20和20～40 cm土壤样品测定基础理化性质，采用K2Cr2O7容量法测定土壤有机质，碳酸氢钠浸提-钼蓝比色法测定土壤有效磷，用乙酸铵浸提-火焰光度法测定土壤速效钾[16]。

玉米收获后，用5点取样法取土样，风干处理后分别过0.15 mm筛待测，采用凯氏定氮法测定土壤全氮。收获时在每个小区采集有代表性的3棵玉米植株，并采集50株玉米进行测产，将营养器官烘干并称重，粉碎后测定各部分氮的质量分数。植株全氮采用浓H2SO4-H2O2消解-蒸馏定氮法测定。

1.4 有关指标计算与统计方法

氮肥利用率(NUE,%)=(施氮肥区植株地上部氮素积累量-不施氮肥区植株地上部氮素积累量)/施氮肥量×100。所有数据采用SPSS 11.0和Excel 2003进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 新型肥料及施氮量对玉米籽粒产量和秸秆产量的影响

表3比较了氮肥类型和施氮量对玉米籽粒产量及秸秆产量的影响。从3种氮肥处理均可以看出，施氮效应显著，不施肥处理的玉米籽粒及秸秆产量均低于施肥处理。对于普通尿素来说，随着施氮量的增加，玉米籽粒和秸秆产量均呈增加趋势，与不施氮处理相比，施氮量从100～300 kg/hm2各处理，籽粒产量分别增加了18.6%、19.6%、40.5%、60.2%、78.9%，秸秆产量分别增加了9.9%、9.4%、29.6%、51.3%、65.7%，施氮量在200 kg/hm2及以上的处理，玉米增产效果显著，且玉米籽粒和秸秆产量最高的处理均为最高施氮量300 kg/hm2。对于控失尿素来说，随着施氮量的增加，玉米籽粒和秸秆产量均呈增加趋势，施氮量从100～300 kg/hm2各处理，籽粒产量分别增加了33.2%、70.9%、55.3%、93.7%、94.4%，秸秆产量分别增加了31.1%、61.0%、66.7%、123.5%、99.9%，并且在施氮量分别为250和300 kg/hm2时，玉米籽粒和秸秆产量无显著差异，在施氮量为300 kg/hm2时，籽粒产量最高；施氮量为250 kg/hm2时，秸秆产量最高。对于腐植酸尿素来说，随着施氮量的增加，玉米籽粒和秸秆产量均呈增加趋势，与不施氮处理相比，施氮量从100～300 kg/hm2各处理，籽粒产量分别增加了33.3%、40.1%、71.3%、86.3%、73.3%，秸秆产量分别增加了36.9%、44.2%、62.9%、123.9%、86.1%，并且在施氮量分别为250和300 kg/hm2时，籽粒产量无显著差异；在施氮量为250 kg/hm2时，籽粒产量和秸秆产量最高。以上结果表明，3种氮肥，籽粒产量和秸秆产量均随着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处理的籽粒产量和秸秆产量均高于普通尿素，增产效果更好；控失尿素处理与腐植酸尿素处理相比，在施氮量为250和300 kg/hm2时，控失尿素处理的籽粒产量比腐植酸尿素籽粒产量分别增加4.0%和12.2%。因此，说明施用控失尿素和腐植酸尿素为250 kg/hm2就可以使玉米增产80%以上，而施用普通尿素在300 kg/hm2以上才可以满足玉米生长需求；而控失尿素处理的增产效果要优于腐植酸尿素。

表3新型氮肥及施氮量对玉米产量的影响(kg/hm2)

氮肥类型施氮量籽粒产量秸秆产量普通尿素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显著水平(P)氮肥类型0.001**0.001**施氮量0.000**0.000**氮肥类型×施氮量0.1460.680

注：同一列数字不同小写字母表示差异达5%显著水平(P<0.05)。*、**分别表示在0.05和0.01水平下差异显著。下同。

由表3计算可知，施用普通尿素所有处理平均玉米籽粒和秸秆产量分别为6 659和7 569 kg/hm2；施用控失尿素所有处理平均玉米籽粒和秸秆产量分别为7 861和9 242 kg/hm2，分别比普通尿素提高了1 202和1 673 kg/hm2，提高了18.1%和32.5%；施用腐植酸尿素所有处理平均玉米籽粒和秸秆产量分别为7 461和8 947 kg/hm2，与普通尿素处理相比，分别提高了12.0%和28.3%。可以看出，控失尿素和腐植酸尿素相对于普通尿素，增产效果相当明显。

2.2 新型肥料及施氮量对玉米氮素吸收和氮肥利用率的影响

由表4可以看出，在不同氮肥类型、不同施氮水平下，玉米氮素吸收及利用存在较大差异。氮素积累量随着施氮量的增加而增加，3种氮肥表现一致。对于普通尿素来说，随着施氮量的增加，玉米籽粒吸氮量和地上部吸氮量也逐渐增加，并且300 kg/hm2处理显著高于不施肥处理。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处理，分别为168.4 kg/hm2和28.7%，主要原因是生物量最高(籽粒和秸秆产量均最高)及较高的含氮量(籽粒和秸秆中全氮含量也最高)。

对于控失尿素来说，随着施氮量的增加，玉米籽粒吸氮量和地上部吸氮量也逐渐增加，并且在300 kg/hm2处理达到最高。籽粒全氮、秸秆全氮及秸秆吸氮量均有类似规律。玉米地上部吸氮量最高的是施氮量300 kg/hm2处理，施氮量为250 kg/hm2处理氮肥利用率最高，分别为208.5 kg/hm2和45.0%，主要原因是其高生物量(籽粒和秸秆产量均最高)及较高的含氮量，这两个处理的籽粒及秸秆产量无显著差异，施氮量较低的氮肥利用率较高。

对于腐植酸尿素来说，随着施氮量的增加，玉米籽粒吸氮量和地上部吸氮量先增加后减少，说明当施肥量超过250 kg/hm2时，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、秸秆全氮及秸秆吸氮量均有类似规律。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处理，分别为204.6 kg/hm2和48.9%，主要原因是其生物量最高(籽粒和秸秆产量均最高)及较高的含氮量(籽粒和秸秆中全氮含量也最高)。

普通尿素在6个不同施肥量下，玉米地上部吸氮量平均值为126.4 kg/hm2，平均氮肥利用率为21.4%；控失尿素所有处理玉米地上部吸氮量平均值为167.9 kg/hm2，较普通尿素高41.5 kg/hm2，较腐植酸尿素高出9.6 kg/hm2，平均氮肥利用率为42.7%，较普通尿素高出21.3%，较腐植酸尿素高出6.0%；腐植酸尿素所有处理的玉米地上部吸氮量平均值为158.3 kg/hm2，平均氮肥利用率为36.7%，与普通尿素相比，分别高出31.9 kg/hm2和15.3%。以上结果表明，随着施氮量的增加，3种氮肥处理的玉米地上部吸氮量均呈增加趋势，高氮处理的玉米地上部吸氮量显著高于低氮处理；在相同施氮水平下，控失尿素处理和腐植酸尿素处理的玉米地上部吸氮量均高于普通尿素处理。因此，控失尿素和腐植酸尿素效果更好，而控失尿素处理整体上优于腐植酸尿素处理。

表4 氮肥对玉米氮素吸收及氮肥利用率的影响

2.3 新型肥料及施氮量对土壤全氮的影响

从表5可以看出，相同氮肥类型，不同施氮量处理之间无显著差异；不同氮肥类型，相同施氮量处理之间也无显著差异。原因可能是试验仅进行一季，周期短，对土壤全氮含量影响较小，各处理土壤全氮差异不显著，但不同氮肥类型，土壤全氮含量均值有所差别。不施肥处理土壤全氮含量为0.86 g/kg；施用普通尿素，所有处理土壤全氮平均值为0.82 g/kg；施用控失尿素所有处理土壤全氮平均值为0.84 g/kg，比普通尿素高3.1%；施用腐植酸尿素所有处理土壤全氮平均值为0.83 g/kg，仅比普通尿素高1.8%。从以上结果可以看出，控失尿素和腐植酸尿素能够影响土壤全氮含量，施氮后土壤全氮平均含量高于普通尿素。

表5 氮肥对土壤全氮含量的影响

3 讨论

3.1 新型肥料及施氮量对玉米产量的影响

目前关于新型氮肥(控失尿素和腐植酸尿素)对玉米产量及氮肥利用率影响的研究相对较少。本试验设计6个施氮水平，研究结果表明新型氮肥可以显著提高玉米产量和生物量。玉米生物量的累积和养分累积紧密相关，且生物量累积和作物产量形成的基础都是养分积累。研究表明，玉米产量随着施氮量的增加而增加[17]。王友华等[18]研究表明，施氮量对玉米产量有显著影响，在0～270 kg/hm2的施氮范围内，玉米产量及千粒重随着施氮量的增加而增加。就本试验而言，随着施氮量的增加，玉米生物量和产量均显著增加。从不同种类氮肥的增产效果来看，以控失尿素和腐植酸尿素较好，且控失尿素略优于腐植酸尿素。这是因为控失氮肥能够根据玉米生长的养分需求控制其养分释放模式，肥效更长，提高氮肥利用率。这与石岳峰等[11]研究一致。施氮量对玉米产量和秸秆产量的影响：玉米产量和秸秆产量随着施氮量的增加而增加，其中以控失尿素处理增幅较大。在施氮水平相同条件下，控失尿素处理的玉米产量最大。由此可见，控失尿素处理对玉米的增产效果最好，其次是腐植酸尿素处理，均高于普通尿素处理。

3.2 新型氮肥对玉米氮素吸收利用的影响

玉米籽粒吸氮量、地上部吸氮量和氮肥利用率随着氮肥种类及施氮水平不同而有所差异。王宜伦等[19]研究表明，玉米地上部吸氮量随着施氮量的增加而增加。充足的氮肥供应，有利于玉米吸氮，地上部生物量增加。王俊忠等[20]研究表明，在河南温县高产田夏玉米最佳施氮量为300 kg/hm2以内；吕鹏等[21]研究表明，在山东超高产田，施氮量在240～360 kg/hm2能够提高氮肥利用率，增产效果显著。本试验研究结果与其一致，在施氮量为250 kg/hm2以上时，玉米氮肥利用率均高于低氮处理(N 100 kg/hm2)。

缓控释肥对降低或控制养分释放速率效果明显，能够减少肥料挥发、淋溶，减轻氮素污染，提高氮肥利用率[22-25]。研究表明，夏玉米产量和氮素吸收积累量随着控释氮肥与普通尿素混施比例增加而增加[26]。本研究结果表明，玉米地上部吸氮量随着控失尿素施氮量增加而增加。在施氮量为300 kg/hm2时，玉米地上部吸氮量显著高于施氮量在0、100和150 kg/hm23个处理。研究表明，施用控失尿素于小麦、玉米、水稻等作物上均可以实现稳产，甚至是增产条件下减施肥料[27-29]。施氮量为250 kg/hm2以上时，玉米氮肥利用率也高于低氮处理(N 100 kg/hm2)。与普通氮肥相比，地上部平均吸氮量较普通尿素高了41.5 kg/hm2，平均氮肥利用率较普通尿素高了21.3%。充分说明了控失氮肥养分供应持续能力，提高了玉米氮素积累，降低了氮素挥发和淋溶损失，充分体现了控失氮肥的养分控释增效优点。

有研究表明，腐植酸可以提高肥料利用率和作物产量[30]。原因是腐植酸可以促进作物根系生长，提高根系活力，进而促进根系对养分的吸收[30-32]。本试验结果表明，腐植酸尿素能够显著提高玉米产量和地上部吸氮量，提高氮肥利用率。在施氮量为0～250 kg/hm2范围内，玉米地上部吸氮量随着施氮量的增加而增加。在施氮量为300 kg/hm2时，玉米产量和地上部吸氮量有所降低。因此说明了在施氮量为250 kg/hm2时，腐植酸尿素增产效果最佳，有较高的氮肥利用率。

研究表明，施用氮肥能够提高土壤无机氮含量[11,33]。本试验结果表明，施用氮肥对土壤全氮含量影响较小，可能是试验周期短，土壤肥力不均匀，土壤类型为砂质潮土，因其砂粒含量比例高，质地较粗，氮肥易随水流失[34]，灌溉、下雨等均会影响土壤全氮含量。石岳峰等[11]研究表明，在相同施氮量下控释氮肥处理的土壤全氮含量均值大于普通尿素处理。本试验结果表明，3种类型氮肥间土壤全氮含量平均值表现为控失尿素>腐植酸尿素>普通尿素。

本试验结果表明，所有施氮处理均提高了玉米产量、生物量和地上部吸氮量，说明了氮肥的施用是玉米高产的保障，而新型肥料对玉米的增产效果更加明显。施用新型肥料(控失尿素和腐植酸尿素)能够促进玉米生长，提高玉米产量，促进玉米对氮素的吸收累积，提高氮肥利用率。其中以控失尿素效果最好，在施氮量为250 kg/hm2时，增产93.7%，较普通尿素高了33.5%，较腐植酸尿素高了7.4%；地上部平均吸氮量较普通尿素高41.5 kg/hm2，平均氮肥利用率较普通尿素高出21.3%。其次是腐植酸尿素，在本试验条件下，施氮量为250 kg/hm2时获得最高产量，较普通尿素高了26.1%。因此，新型氮肥在夏玉米田的推广应用，不仅可以获得高产，还能够提高氮肥利用率，实现农业可持续发展。

4 结论

3种氮肥均显著提高玉米产量，并且玉米产量随着施氮量的增加而增加。新型氮肥在提高玉米籽粒及秸秆产量、玉米氮素吸收、氮肥利用率等方面有较为显著的优势。

供试3种氮肥中，以控失尿素增产效果最好，在施氮量为250 kg/hm2时，获得最高产量。与不施肥相比，产量增加了93.7%，较普通尿素增产33.5%。地上部吸氮量和氮肥利用率也均高于其他两种氮肥。其次是腐植酸尿素，比普通尿素增产26.1%。试验结果说明，新型氮肥与普通尿素相比不仅可以显著提升玉米产量，还能够节肥增效、提高氮肥利用率，实现农业可持续发展。