不同缓/控释氮肥对春玉米氮素吸收利用、土壤无机氮变化及氮平衡的影响

侯云鹏，李前，孔丽丽，秦裕波，王蒙，于雷，王立春，尹彩侠



不同缓/控释氮肥对春玉米氮素吸收利用、土壤无机氮变化及氮平衡的影响

侯云鹏，李前，孔丽丽，秦裕波，王蒙，于雷，王立春，尹彩侠

（吉林省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部东北植物营养与农业环境重点实验室，长春 130033）

【目的】通过研究不同类型缓/控释氮肥对吉林省中部地区春玉米产量、关键生长节点氮素积累特征以及生育期内土壤无机氮含量变化和氮素平衡等多方面的影响，筛选出适宜吉林省中部玉米主产区的缓/控释氮肥类型，以期为该区域缓/控释氮肥合理施用提供理论依据。【方法】于2014年和2015年在吉林省中部玉米主产区设置大田试验，以不施氮肥为对照（CK），在相同用量和施用方式下，设普通尿素（CU）、硫包衣尿素（SCU）、树脂包膜尿素（CRF）、稳定性尿素（SU）和脲甲醛（UF）6个处理，测定指标包括玉米产量、不同生育时期植株氮含量和土壤无机氮含量，并计算作物吸氮量、氮素利用效率、土壤无机氮积累量和土壤-作物系统的氮素平衡状况。【结果】各缓/控释氮肥处理玉米产量显著高于普通尿素处理，以树脂包膜尿素处理玉米产量最高，较普通尿素处理分别提高19.6%（2014年）和18.8%（2015年）。与普通尿素处理相比，各缓/控释氮肥处理显著提高了玉米氮素当季回收率、农学利用率和偏生产力，提高幅度依次为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），且均以树脂包膜尿素处理最高。施氮显著提高了玉米各生育期氮积累量，其中灌浆期至成熟期氮积累量以树脂包膜尿素处理最高。与普通尿素处理相比，各缓/控释氮肥处理提高了玉米开花期至成熟期0—30 cm土壤无机氮含量，其中玉米开花期至灌浆期土壤无机氮含量以树脂包膜尿素处理最高，成熟期土壤无机氮含量以脲甲醛处理最高。玉米收获后0—180 cm土壤剖面无机氮含量随土层深度增加呈逐渐下降的趋势；与普通尿素处理相比，各缓/控释氮肥处理显著提高了0—30 cm土壤无机氮含量，其中以脲甲醛处理最高。相关分析表明，玉米氮素总积累量、产量与玉米大喇叭口期至成熟期土壤无机氮含量呈显著或极显著的正向相关性；氮素利用效率与玉米开花期至成熟期土壤无机氮含量呈显著或极显著的正向相关性，其中玉米开花期土壤无机氮含量与玉米氮素总积累量、产量和氮素利用效率的相关性最强。施氮显著提高了玉米收获后0—90 cm土壤中残留无机氮积累量；与普通尿素处理相比，各缓/控释氮肥处理显著降低了氮素表观损失量，降低幅度分别为27.4%—42.9%（2014年）和28.4%—45.4%（2015年），其中树脂包膜尿素处理氮素表观损失量最低。【结论】在相同用量和施用方式下，施用缓/控释氮肥可较普通尿素显著提高了玉米产量、玉米灌浆至成熟期氮积累量、氮素当季回收率、农学利用率和偏生产力，并在提高玉米开花期至成熟期0—30 cm土层无机氮含量的同时，显著降低了成熟期0—90 cm土层氮素表观损失量，且以树脂包膜尿素的效果最好。因此，在吉林省中部地区，树脂包膜尿素是高产高效的肥料类型。

缓/控释氮肥；春玉米；氮素利用效率；土壤无机氮含量；氮素平衡

0 引言

【研究意义】氮元素是构成植物体内蛋白质、核酸、叶绿素的主要成分，同时也是植物体内多种酶的组成部分，氮素营养直接影响作物的产量和品质[1-2]。但在农田生态系统中，由于氮素养分释放时间和强度与作物需求之间不同步，使施入土壤中的氮素在转化过程中易通过氨挥发、硝化-反硝化、淋洗和径流等途径损失[3-4]，这已成为我国农业生态系统中面源污染的重要因素，同时也是我国氮肥利用效率较低的主要原因之一[5]。缓/控释氮肥是一种高效兼环境友好的新型肥料，其原理通过减缓或控制肥料养分在土壤中的释放速率，达到肥料养分释放时间和强度与作物养分需求基本同步，进而降低化肥养分在土壤中挥发、淋洗、反硝化损失，实现作物高产高效[6-7]。目前缓/控释氮肥按照生产工艺的不同分为物理型、化学型和物理化学型[8]。由于生产工艺存在差异，不同类型缓/控释氮肥在不同气候、土壤环境、作物种类与栽培模式等条件下养分释放速率也存在差异[9-10]。因此，根据气候条件和土壤环境开展不同类型缓/控释氮肥的筛选研究与应用对减少肥料损失及提高肥料利用率具有重要意义。【前人研究进展】目前，关于开展各类型缓/控释氮肥在不同作物的筛选已进行了一些研究和应用。王晓巍等[11]通过比较甜瓜生理特性、产量和品质，认为亚甲基脲控释氮肥效果要优于其他缓/控释氮肥；周丽平等[12]研究认为，与常规氮肥相比，缓/控释氮肥可显著提高玉米产量和氮肥利用效率，并能降低玉米田间氨挥发，其中以脲甲醛和凝胶尿素效果更显著。谷佳林等[13]研究表明，与其他缓控释氮肥相比，树脂包膜尿素降低土壤中氮素淋溶损失的效果最佳。【本研究切入点】前人有关施用不同类型缓/控释氮肥效果的研究多集中在作物产量、品质和氮素吸收利用等方面，而对土壤氮素供应特征与作物养分吸收联系不足，且对整个作物-土壤系统氮素平衡的研究相对较少，适宜缓/控释氮肥种类的确定也未考虑到对土壤氮素状况和作物氮素吸收利用的综合影响，尤其对东北春玉米连作体系条件下综合施用效果的研究较少。【拟解决的关键问题】本研究在吉林省中部玉米主产区设置2年大田试验，选择4种不同类型缓/控释氮肥，深入比较不同缓/控释氮肥在等量养分条件下对春玉米产量、关键生长节点氮素积累特征以及生育期内土壤无机氮变化和氮素平衡等多方面的影响，筛选出适宜吉林省中部玉米主产区的缓/控释氮肥类型，以期为该区域春玉米缓/控释氮肥合理施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014和2015年在吉林省中部地区公主岭市刘房子镇（124°54′14.2″E，43°35′01.3″N）进行，属中温带大陆性季风气候，四季分明，冬冷夏热。据试验点气象站记录测定结果，2014和2015年玉米生育期降雨量分别为418.6 mm和423.9 mm，≥10℃有效积温分别为2 961℃和3 166℃。种植制度为玉米连作。试验土壤类型为黑土，质地为中壤，2年试验田为相邻地块，施肥前0—30 cm土层土壤基本养分状况为有机质含量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，速效钾含量108.7 mg·kg-1和115.6 mg·kg-1，pH 5.93和5.78。

1.2 试验设计

试验采用单因素设计，共设6处理：（1）不施氮肥（CK）；（2）普通尿素（CU）；（3）硫包衣尿素（SCU）；（4）树脂包膜尿素（CRF）；（5）稳定性尿素（SU）；（6）脲甲醛（UF）。各处理氮、磷、钾用量一致，分别为200 kg·hm-2、80 kg·hm-2和100 kg·hm-2，所有肥料均在玉米播种前一次性基施。试验用氮肥包括普通尿素（含N 46%）、硫包衣尿素（含N 37%，以硫磺为主要包裹材料对颗粒尿素进行包裹，属缓释氮肥）、树脂包膜尿素（含N 43%，以有机高分子材料作为包膜材料对颗粒尿素进行包裹，氮素释放曲线为S型，属控释氮肥，释放期为60 d）、稳定性尿素（含N 46%，在常规尿素中添加脲酶/硝化抑制剂制成，属缓释氮肥）、脲甲醛（含N 38%，在尿素中加入一定比例不同链长的甲基脲聚合物，冷水不溶氮占总氮的67.5%，活性指数为52%，属缓释氮肥），磷肥为重过磷酸钙（含P2O546%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。2年试验用玉米品种均为先玉335，种植密度为65 000株/hm2，2014和2015年玉米种植日期分别为4月28日和4月30日，收获日期均为9月30日。小区面积40 m2，随机区组排列，3次重复，两边设有保护行。其他田间管理按生产田进行。

1.3 测定项目与方法

分别于玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、开花期、灌浆期和成熟期采集玉米植株样品，每小区采取具有代表性玉米5株（苗期取40株），灌浆期和成熟期植株样品分为秸秆和籽粒两部分，于105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重后测定干物重。样品粉碎后过0.05 mm筛，采用H2SO4-H2O2法消煮，凯氏定氮法测定秸秆和籽粒氮素含量。

采集植株样品的同时在各小区分别取0—30 cm土层土样，在玉米收获后取0—180 cm土层土壤样品，每30 cm为一层（共6层），每小区随机取5点。同层次土壤混合为1个土样后放入冰盒，过2 mm筛后，称取10 g土壤样品，加入2 mol·L-1KCI溶液（土液比1﹕5）振荡浸提，采用流动注射分析仪测定土壤硝态氮和铵态氮含量。并用环刀法测定0—90 cm土壤容重，根据各层土壤容重将矿质氮含量换算成0—90 cm土体矿质氮积累量，同时采用烘干法测定土壤含水量。

1.4 计算公式及统计方法

收获指数（%）=成熟期籽粒产量/生物产量×100；

氮素积累量=某生育期单位面积植株干物质量（秸秆、籽粒）×氮素含量；

氮素当季回收率（%）=（收获期施氮区地上部吸氮量-收获期不施氮区地上部吸氮量）/施氮量×100；

氮素农学利用率（kg·kg-1）=（施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量）/施氮量；

氮素偏生产力（kg·kg-1）=施氮区籽粒产量/施氮量；

土壤氮素净矿化量（kg·hm-2）=不施氮区作物吸氮量+不施氮区土壤无机氮残留量-不施氮区土壤起始无机氮积累量；

氮素表观损失量（kg·hm-2）=施氮量+土壤起始无机氮积累量+土壤氮素净矿化量-作物氮携出量-土壤无机氮残留量。

所有试验数据采用Microsoft Excel 2013软件计算与制图，用SAS 9.0软件进行二因素（年份和施肥处理）方差分析，处理间多重比较采用LSD-test法（＜0.05）。

2 结果

2.1 不同施氮处理玉米产量及构成因素

表1结果表明，试验年份和施肥处理显著影响春玉米产量，且年份和试验处理表现出显著的交互作用。与不施氮肥处理相比，各施氮处理具有显著的增产效果，增幅分别为15.2%—37.7%（2014年）和27.5%—51.5%（2015年）。在相同施氮量下，各缓/控释氮肥处理玉米产量均显著高于普通尿素处理，其中树脂包膜尿素处理增产幅度最大，较普通尿素处理分别提高19.6%（2014年）和18.8%（2015年），其后依次为稳定性尿素、硫包衣尿素和脲甲醛。产量构成因素中，除收获指数外，试验年份和施肥处理显著影响玉米穗粒数和百粒重，但试验年份和施肥处理未达到显著的交互作用。2年试验结果表明，施氮显著增加玉米穗粒数、百粒重和收获指数；各缓/控释氮肥处理玉米穗粒数、百粒重和收获指数均高于普通尿素处理，其中树脂包膜尿素处理提高幅度最大，较普通尿素处理依次提高15.2%、7.0%、7.9%（2014年）和10.4%、7.4%、6.2%（2015年）。

表1 不同氮肥处理玉米产量及构成因素

NS、*和**分别表示无显著性差异及在0.05和0.01水平上差异显著。同一列数字后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。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 不同施氮处理玉米氮素积累动态及氮素利用效率

表2结果表明，除玉米苗期外，其他各生育期氮积累量均受试验年份和施肥处理的显著影响，其中年份和试验处理对开花期至成熟期氮积累量表现出显著的交互作用。与不施氮肥处理相比，施氮处理显著提高了玉米各生育期氮积累量。在相同施氮量下，苗期各施氮处理氮积累量差异不显著，拔节期、大喇叭口期和开花期普通尿素处理氮积累量均高于各缓/控释氮肥处理，提高幅度依次为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）；灌浆期至成熟期，各缓/控释氮肥处理氮积累量则高于普通尿素处理，提高幅度依次为2.3%—8.2%、10.9%—17.8%（2014年）和3.1%—9.2%、9.4%—15.5%（2015年）。在不同缓/控释氮肥处理中，硫包衣尿素处理在玉米拔节期至开花期氮积累量最高，灌浆期至成熟期氮积累量增幅下降，稳定性尿素和脲甲醛处理在玉米拔节期至开花期氮积累量较低，灌浆期至成熟期氮积累量迅速增加；而树脂包膜尿素处理在玉米整个生育期氮积累量增幅均保持在较高的水平，并最终在灌浆期和成熟期氮积累量达到最高，后依次为稳定性尿素、硫包衣尿素和脲甲醛处理。

表2还表明，试验年份和施肥处理显著影响玉米氮素利用效率，但试验年份和施肥处理未达到显著的交互作用。在相同施氮量下，各缓/控释氮肥处理氮素当季回收率、农学利用率和偏生产力均显著高于普通尿素处理，提高幅度依次为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）。其中树脂包膜尿素处理氮素当季回收率、氮素农学利用率和氮素偏生产力最高，其后依次为稳定性尿素、硫包衣尿素和脲甲醛处理。

表2 不同施氮处理玉米氮素积累动态变化和利用率

2.3 不同施氮处理玉米生长季土壤无机氮动态变化

图1结果表明，在玉米生育期内，各处理0—30 cm土层无机氮含量整体表现为先降低后小幅上升的趋势，其中玉米苗期无机氮含量最高，随后开始下降，至大喇叭口期和开花期开始接近最低点，灌浆期达到最低，成熟期有所回升。与不施氮肥处理相比，施氮处理显著提高了玉米各生育期土壤无机氮含量，其中普通尿素处理苗期至大喇叭口期土壤无机氮含量显著高于各缓/控释氮肥处理，开花期至成熟期，无机氮含量则低于各缓/控释氮肥处理；在不同缓/控释氮肥处理中，玉米苗期至大喇叭口期土壤无机氮含量以硫包衣尿素处理最高，其后依次为树脂包膜尿素、稳定性尿素和脲甲醛处理；开花期至灌浆期土壤无机氮含量以树脂包膜尿素最高，后依次为稳定性尿素、脲甲醛和硫包衣尿素处理；成熟期土壤无机氮含量以脲甲醛最高，后依次为稳定性尿素、树脂包膜尿素和硫包衣尿素处理。

图柱上不同小写字母表示处理间达到显著差异（＜0.05）

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

图1 2014（A）和2015（B）不同施氮处理春玉米生长季0—30 cm土壤无机氮含量动态变化

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)

相关分析表明（表3），不同施氮处理玉米成熟期氮素总积累量、产量与玉米各生育期土壤无机氮含量间相关系数依次在0.115—0.900、0.062—0.888（2014年）和0.174—0.904、0.082—0.843（2015年），除苗期和拔节期外，其他生育期土壤无机氮含量与玉米氮素总积累量和产量间相关性均达到显著或极显著水平，并随生育进程的推进相关性增强，其中土壤无机氮含量与玉米氮素总积累量和产量的相关系数最大值均出现在玉米开花期。氮素当季回收率、农学利用率和偏生产力与玉米各生育期土壤无机氮含量间相关系数依次在-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，氮素当季回收率、农学利用率和偏生产力与玉米苗期至大喇叭口期土壤无机氮含量呈显著或极显著的负相关，与开花期至成熟期土壤无机氮含量呈显著或极显著的正相关；土壤无机氮含量与氮素当季回收率、农学利用率和偏生产力相关系数的最大值均出现在开花期。

表3 玉米产量、氮素总积累量、氮素利用效率与不同生育时期土壤无机氮含量的相关性

氮素总积累量、产量：16,0.01= 0.590，16,0.05=0.468（=18）；氮素当季回收率、氮素农学利用率、氮素偏生产力：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 不同施氮处理玉米收获后土壤剖面无机氮含量变化

图2结果表明，0—30 cm土层无机氮含量最高，随着土层深度增加，土壤无机氮含量在0—130 cm土层呈下降趋势，130—180 cm土层变化规律不明显。与不施氮肥处理相比，施氮提高了0—180 cm土层无机氮含量，其中各缓/控释氮肥处理0—30 cm土层无机氮含量显著高于普通尿素处理，30—180 cm土层无机氮含量则低于普通尿素处理；在不同缓/控释氮肥处理中，0—30 cm土层无机氮含量以脲甲醛处理最高，其后依次为稳定性尿素、树脂包膜尿素和硫包衣尿素处理，而不同缓/控释氮肥处理30—180 cm土层无机氮含量无明显差异。

2.5 不同施氮处理春玉米生长季氮素平衡

由于玉米根系在0—90 cm土体根重比例占95%以上[14]，因此90 cm土层可作为玉米根系吸收养分主要层来评估玉米对氮肥的利用状况。玉米收获期氮素平衡结果（表4）表明，试验年份和施肥处理显著影响作物氮素携出量、残留无机氮量和氮表观损失量，其中试验年份和施肥处理对作物携出量表现出显著的交互作用。表4还表明，在氮素输入项中以施入氮肥为主，占施氮处理氮素输入总量的50.3%（2014年）和49.4%（2015年），而播前土壤无机氮量和氮素矿化量占氮肥输入总量的比例较小，依次为35.8%、13.9%（2014年）和37.7%、12.9%（2015年）。在氮素输出项中以作物携出量带走氮素为主，占氮素输出总量的41.3%—62.8%（2014年）和42.4%—56.7%（2015年）。在相同施氮量下，各缓/控释氮肥处理作物携出量和残留无机氮量显著高于普通尿素处理，提高幅度依次为10.9%—17.8%、7.7%—16.3%（2014年）和9.4%—15.5%、7.2%—16.2%（2015年）；而氮表观损失量显著低于普通尿素处理，降低幅度为27.4%—42.9%（2014年）和28.4%—45.4%（2015年），表明缓/控释氮肥处理通过显著提高玉米氮素吸收和土壤无机氮残留，减少氮的淋溶损失。在不同缓/控释氮肥处理中，氮表观损失量以树脂包膜尿素处理最低，其后依次为稳定性尿素、脲甲醛和硫包衣尿素处理。

图2 2014（A）和2015年（B）不同施氮处理春玉米收获后0—180 cm土层无机氮含量变化

表4 不同施氮处理0—90 cm剖面土壤氮素表观平衡

3 讨论

对于禾谷类作物而言，协调发展产量构成因素是实现作物高产的关键。施氮对作物产量的影响主要体现在有效穗数、穗粒数和粒重，而提高三者中任意一个因素都是提高产量的重要途径。大量研究表明，与普通氮素相比，缓/控释氮肥可显著提高春玉米穗粒数和粒重[15-16]。本研究结果表明，施用缓/控释氮肥显著提高了玉米穗粒数和百粒重。其主要原因是缓/控释氮肥养分连续供应可显著提高植株体内活性氧清除酶的活性[17-18]，增强玉米开花期叶片的光合作用，延缓植株衰老，促进籽粒进行灌浆，进而增加玉米穗粒数和粒重。然而张木等[19]指出，玉米生长过程中，缓/控释氮肥养分释放速率并不是越慢越好，而是要与作物生长周期相吻合。本研究通过对玉米产量构成因素分析发现，不同缓/控释氮肥处理间产量存在差异主要受穗粒数和粒重的综合影响。而穗粒数和粒重的形成主要受开花期营养状况和灌浆过程中碳水化合物向籽粒转移量的影响[20-22]。本试验结果中，树脂包膜尿素处理玉米穗粒数和百粒重最高，说明该肥料氮素养分释放可以满足玉米开花期和灌浆期对氮素养分的需求，促进花丝生长，同时提高穗部籽粒灌浆速率，进而提高玉米穗粒数和粒重，获得高产。此外，本研究还表明2015年玉米增幅（27.5%—51.5%）高于2014年（15.2%—37.7%），分析发现，产生差异的原因是2015年≥10℃有效积温明显高于2014年，而温度的增加可提高玉米生长速率[23]，促进玉米生长发育，最终影响产量。

作物氮素吸收是作物光合产物的基础，与作物产量密切相关。王玉雯等[24]指出，作物花后氮素积累对作物产量影响显著；但也有研究表明，虽然作物花前氮素积累对最终产量的贡献率低于花后氮积累量，但花前玉米氮积累量与产量也存在显著的相关性[25]，可见投入氮肥能否满足玉米花前对养分的需求并延续应用至玉米生长后期，对提高玉米产量至关重要。本研究发现，玉米苗期至开花期以氮积累量以普通尿素处理最高，灌浆至成熟期氮积累量却低于缓/控释氮肥处理。主要是由于普通尿素养分释放过早，造成植株前期营养生长过快，后期氮素养分供应不足，加速了玉米生育后期衰老进程[17]，使灌浆速率降低[26]，造成玉米成熟期氮积累量较低；而不同缓/控释氮肥处理间氮积累量也存在差异，硫包衣尿素处理在玉米花前氮积累量最高，花后增幅下降，其原因可能是硫包衣尿素养分释放受土壤水分和温度影响较大[27-28]，温度过高或土壤水分过大均会加速养分释放，导致无法满足玉米花后对氮素的需求；稳定性尿素和脲甲醛处理玉米生育中前期氮积累量较低，虽然生育后期增幅提高，但成熟期氮积累量仍低于树脂包膜尿素处理，其原因可能是稳定性尿素和脲甲醛除了受环境条件的影响外，还需要经微生物的降解才能被植物吸收利用[8]，氮素释放较为缓慢，一定程度上抑制了玉米生育前期对氮素的需求，影响其在玉米生育后期的氮素积累；而树脂包膜尿素的释放主要依赖温度变化，土壤水分、pH以及土壤生物活性对释放影响较小，其释放速率较为稳定[29]，可满足玉米不同生育期对养分的需求，使各营养器官保持活力，延缓衰老，促进籽粒灌浆，进而提高成熟期氮积累量。

土壤无机氮作为植株主要吸收利用的氮素形式，其丰缺程度可有效表征土壤供氮状况。而土壤氮素能否满足作物对养分的需求，对作物产量的提高至关重要[13]。郑文魁等[30]研究指出，与施用等量普通尿素相比，缓/控释氮肥氮素可显著提高作物中后期土壤无机氮含量。孙云保等[31]研究表明，施用缓控释氮肥可使深层土壤硝态氮含量较普通尿素下降44.2%—89.2%。本研究结果与前人研究结果一致，在玉米苗期至大喇叭口期土壤耕层（0—30 cm）无机氮含量以普通尿素处理最高，但开花期至成熟期土壤无机氮含量却低于缓/控释氮肥处理；并且玉米收获后缓/控释氮肥处理30—180 cm土层无机氮含量均低于普通尿素处理。其主要原因是普通尿素施入土壤中迅速转化，使土壤无机氮含量在短期内快速增加，而在转化过程中很容易挥发至空气中和淋洗至土壤深层，导致土壤耕层无机氮含量降低；缓/控释氮肥通过延长养分释放周期，可以减少氮的挥发和淋洗，使玉米生育中后期土壤耕层（0—30 cm）无机氮含量得到提高。另外，周顺利等[32]认为，作物在生长前期对氮素需求量少，在生长中后期对氮素需求显著增加，因此提高作物生育中后期土壤无机氮含量对作物高产及环境友好十分重要。本研究相关分析也表明，玉米开花期至成熟期土壤无机氮含量与玉米产量、氮素总积累量和氮素利用效率均呈显著或极显著的正相关关系，其中玉米开花期土壤无机氮含量与三者间相关性最强。而在本研究中，树脂包膜尿素处理玉米开花期土壤无机氮含量最高，相对应的玉米产量、氮素总积累量和氮素利用效率也最高。可见，树脂包膜尿素通过控制氮素释放速率可以更好协调土壤氮素供应与玉米阶段需氮的关系，进而促进玉米氮素积累和产量形成。

氮肥施入土壤后，除了被作物吸收外，一部分以无机氮或有机结合形态残留在土壤中，可为后季作物吸收利用；而另一部分通过氨挥发、硝化-反硝化、淋洗或径流等各种途径损失[33]。然而氮素损失过多，不仅影响作物生长，降低肥效，而且还会污染环境[34-35]。因此，合理施氮除了要考虑产量和经济效益等指标外，同时还应将施肥后植物—土壤系统的氮素平衡状况和氮素去向考虑在内[36]。邵蕾等[37]研究表明，与普通尿素相比，控释氮肥土壤氮素残留量显著增加，增幅为6.4%—20.9%。而李雨繁等[38]研究指出，缓/控释氮肥可显著降低氮素损失。本研究结果表明，与普通尿素处理相比，各缓/控释氮肥处理可显著提高玉米氮素携出量和土壤无机氮残留量，并显著降低土壤氮素损失量。其中，树脂包膜尿素处理降低效果最为明显。这是因为缓/控释氮肥通过减缓养分的释放，促进作物对氮素养分的吸收，减少了氮素向土壤深处淋洗，进而降低氮素损失。

4 结论

缓/控释氮肥能够明显提高春玉米产量、促进玉米生育后期氮素吸收并减少氮素损失，进而提高氮素利用效率。在相同施氮量和施用方式下，与普通尿素处理相比，不同缓/控释氮肥处理春玉米2年增产幅度分别为15.2%—37.7%和27.5%—51.5%；玉米灌浆期至成熟期氮积累量分别提高2.3%—8.2%、10.9%—17.8%和3.1%—9.2%、9.4%—15.5%。2年氮素当季回收率、农学利用率和偏生产力提高幅度依次为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%。氮素损失量分别降低27.4%—42.9%和28.4%—45.4%，其中树脂包膜尿素在提高玉米产量、氮素吸收利用以及降低氮素损失量的效果最好，是吉林省中部地区高产高效的肥料类型。

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（责任编辑 李云霞，杨鑫浩）

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

国家重点研发计划（2017YFD0300604）、国家公益性行业（农业）专项（201303103）

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