氮肥增效剂用量对玉米产量和氮素利用率的影响

王丹阳 边文范 董晓霞 张玉凤 董亮 郭洪海 Luo Jiafa 田慎重

摘要：研究不同用量氮肥增效剂对玉米干物质量、籽粒产量、氮吸收量和籽粒粗蛋白含量的影响。试验以无氮处理为对照（CK），设置7个氮肥增效剂用量处理 ，分别为添加0（JNW0）、1%（JNW1）、2%（JNW2）、3%（JNW3）、4%（JNW4）、5%（JNW5）、6%（JNW6）氮肥增效剂的聚能网尿素。结果表明，JNW2处理玉米产量和秸秆干物质量分别达到8 790 kg/hm2和7 545.6 kg/hm2，分别比其它处理高2.0%～15.6%和4.7%～21.0%;其籽粒吸氮量、秸秆吸氮量及籽粒粗蛋白含量分别比其它处理高8.5%～31.1%、19.6%～93.5%、3.4%～29.5%;同时，JNW2处理的氮肥利用率显著高于其它氮肥增效剂用量处理。添加氮肥增效剂能够显著提高玉米产量、干物质量、氮吸收量、籽粒粗蛋白含量和氮肥利用率，在本试验条件下，添加2%氮肥增效剂的聚能网尿素处理增产效果最好，氮肥利用率最高。

关键词：玉米;氮肥增效剂;产量;氮肥利用率;干物质量

中图分类号：S145.9：S513.062 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2019）12-0053-05

Abstract To optimize nitrogen application management for maize production， we studied the effects of nitrogen fertilizer synergist amounts on the dry biomass， grain yield， nitrogen uptake and crude protein content of maize. Seven levels of synergist amounts including 0（JNW0）， 1% （JNW1）， 2% （JNW2）， 3% （JNW3）， 4% （JNW4）， 5% （JNW5）， 6% （JNW6） of nitrogen fertilizer synergist of Ju-Neng-Wang urea were used. No nitrogen plot was the control （CK）. The results showed that the yield and dry biomass of maize of JNW2 treatment were 8 790 kg/hm2 and 7 545.56 kg/hm2， respectively， which were 2.0%～15.6% and 4.7%～21.0% higher than those of the other treatments. The nitrogen uptake of maize kernels， the nitrogen uptake of maize straw and the content of crude protein in grain were 8.5%～31.1%， 19.6%～93.5% and 3.4%～29.5% higher than those of the other treatments. At the same time， the nitrogen use efficiency of JNW2 treatment was significantly higher than that of the other nitrogen synergist treatments. Adding nitrogen fertilizer synergist could significantly increase maize yield， dry biomass， nitrogen uptake， grain crude protein content and nitrogen use efficiency. Under the condition of this experiment， adding 2% urea synergist had the highest nitrogen use efficiency and maize yield.

Keywords Maize; Nitrogen fertilizer synergist; Yield; Nitrogen use efficiency; Dry biomass

玉米是我國的主要粮食作物，2017年种植面积达3 542万公顷，居世界第二位，产量为2.16亿吨，占全国粮食总产量的1/3[1]。氮肥是影响玉米生长和产量的主要因子之一[2]。我国的氮肥用量占全球氮肥用量的37%左右，并呈现出逐年递增的趋势[3]。大量氮肥的施用是粮食安全生产的有力保障，合理的利用氮肥资源是实现玉米优质和高产的重要措施[4]。我国的农业生产中氮肥的过量使用现象较多，氮肥的平均利用率仅为30%～35%，远远低于40%～60%的世界平均水平[5，6]。王玲敏[7]、Dobermann[8]等研究表明，施氮量增加到一定程度后，氮肥利用效率会显著降低;Wortmann等[9]研究表明，将氮肥施用量控制在一个合理有效范围内，能够提高玉米产量及平均氮肥利用效率。过量施氮约有一半的氮素将会通过水分淋溶以及氨挥发等方式进入到大气或地下水中，能够被土壤微生物所吸收并利用的氮素只占氮肥施入量的1/5[10，11]。因此，氮肥的过量施入，不仅会造成肥料的利用率低，同时也会产生面源污染等一系列农业环境问题，严重制约了农业的可持续发展[12，13]。

氮肥添加增效剂成分是提高氮肥利用率的重要措施之一。目前，常用的氮肥增效剂有脲酶抑制剂、复硝酚钠、纳米碳等，但这些材料在价格和环境友好性方面存在一定缺陷。近年来，一些环境友好型的含有生物活性高分子成分的氮肥增效剂被逐渐重视[1]，这类增效剂富含高分子的生物活性物质，具有良好的成环性并带有络合基团，具有增强营养物质吸收及利用的功能，施入到土壤中后，伴随着肥料的溶解迅速张开网状结构同时吸附土壤中大量元素，在作物根系附近形成一个充盈的“养分库”， 使肥料的分解速度降低，肥效得以延长，能够活化土壤，促进作物对氮素的吸收和利用[14]。但目前，该类型氮肥增效产品对华北地区玉米生长、产量及氮肥利用率的影响报道较少。本研究通过田间试验，探究不同用量氮肥增效剂对玉米干物质量、籽粒产量及氮肥利用率的影响，以期为华北平原小麦-玉米一年两熟区含增效剂氮肥产品的合理施用供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年6—11月在山东省东营市利津县（N37°45′53.57″，E118°40′52.51″）进行。本区属暖温带大陆性季风气候，年平均气温12.8℃，无霜期206天，年平均降水量555.9 mm，地下水深埋2～3 m;试验地前茬作物为冬小麦，小麦收获后全部秸秆机械粉碎还田，玉米播种日期为6月20日。试验地土壤基础理化性状见表1。

1.2 试验设计

试验共设置7个氮肥增效剂水平，分别为添加0、1%、2%、3%、4%、5%、6%氮肥增效剂的聚能网尿素，以无氮处理为对照（CK），共8个处理，各处理代号依次为：CK、JNW0、JNW1、JNW2、JNW3、JNW4、JNW5、JNW6。随机区组排列，重复3次，小区面积40 m2。供试玉米品种为联创808，每公顷种植密度为69 000株。供试肥料及施肥量：普通尿素（含N 46.4%）处理施用纯氮225 kg/hm2，不同尿素增效剂（一种特定高分子物质）含量的聚能网尿素（含N 46.4%）由河南心连心化学工业集团股份有限公司提供，施用折合纯氮225 kg/hm2;磷肥均为重过磷酸钙（含P2O5  44%），施用量（P2O5）120 kg/hm2;钾肥均为氯化钾（K2O 60%），施用量（K2O）105 kg/hm2。

1.3 測定项目

玉米成熟后，试验小区全部收获，单独记产，各小区分别取样置于通风处自然风干，并进行考种，测定玉米地上部生物量、穗粒重、千粒重等，然后将秸秆和籽粒分开进行烘干粉碎。采用凯氏定氮法测定籽粒粗蛋白以及秸秆和籽粒的全氮含量[15]。

1.4 氮素利用效率计算

氮肥利用率（NUE）=（施肥区植物吸收的养分量-不施肥区植物吸收的养分量）/施肥量×100%;

氮收获指数（NHI）=籽粒吸氮量/地上部植株总吸氮量×100%;

土壤氮素依存率（SDR）=无氮区吸氮量/施氮区吸氮量×100%;

氮肥偏生产力（NPFP，kg/kg）=施氮区产量/施氮量。

1.5 数据分析

试验数据与作图采用Microsoft Excel 2016进行，采用DPS 7.5软件进行方差分析（Duncans）。

2 结果与分析

2.1 氮肥增效剂用量对玉米产量的影响

由图1看出，不同用量氮肥增效剂对玉米产量影响显著，随着氮肥增效剂用量的增加，玉米产量呈现出先增加后降低的趋势，其中JNW2处理产量达8 790 kg/hm2，增幅最大，比CK高15.6%，比其它增效剂用量处理高2.0%～7.2%。

2.2 氮肥增效剂用量对玉米干物质量的影响

不同用量氮肥增效剂对玉米干物质量有显著影响（图2）。各氮肥增效剂处理的干物质量较CK高出6.9%～18.0%。玉米干物质量随着氮肥增效剂用量的增加呈先增加后降低的趋势，秸秆和籽粒累积量的变化趋势一致，最高值均出现在JNW2处理中，JNW2处理的籽粒干物质量为7 545.6 kg/hm2，分别比JNW0、JNW1、JNW3、JNW4、JNW5、JNW6高10.4%、5.5%、4.1%、6.2%、6.9%、8.3%。秸秆干物质量分别高21.0%、15.8%、4.7%、6.8%、8.9%、9.6%、11.1%。

2.3 氮肥增效剂用量对玉米植株吸氮量和籽粒粗蛋白累积量的影响

由图3可知，各处理间秸秆和籽粒的氮吸收量、籽粒粗蛋白累积量均存在显著差异。添加氮肥增效剂对玉米籽粒、秸秆的氮吸收量以及籽粒粗蛋白累积量的影响均表现为JNW2>JNW1>JNW3>JNW4>JNW5>JNW6>JNW0>CK。其中，JNW2处理与CK、JNW0、JNW1、JNW3、JNW4、JNW5、JNW6相比秸秆氮含量分别提高93.5%、72.1%、19.6%、33.9%、37.3%、40.1%、56.0%;籽粒氮含量分别提高31.1%、30.7%、8.5%、13.9%、17.9%、21.5%、27.6%;籽粒粗蛋白含量分别提高29.5%、23.2%、3.4%、5.5%、7.3%、10.2%、19.4%。

2.4 氮肥增效剂用量对玉米氮肥利用率的影响

不同用量氮肥增效剂对玉米氮肥利用率、氮肥偏生产力、土壤氮素依存率以及氮收获指数的影响存在显著差异（表2）。JNW2处理同其它处理相比，总吸氮量最高，土壤氮素依存率低，玉米的氮肥利用率和氮肥偏生产力均为最大;之后氮肥利用率随着氮肥增效剂施用比例的增加而呈下降趋势。

3 讨论与结论

玉米在生长过程中对氮素的需求量较大，氮素的缺失会导致植株发育不良，从而影响玉米的茎粗、株高、千粒重、穗粒重等产量构成因素[16]。氮素增效剂一般通过抑制土壤中的硝化、亚硝化和反硝化的过程，使氨根离子向硝酸根离子和亚硝酸根离子转化的速度变得缓慢，提升土壤中微生物对肥料氮的固持作用，使氮素能够更好地被作物吸收利用[17-19]。而本研究中，含有增效剂的聚能网尿素通过聚能网中的高分子物质与肥料发生作用，溶解后能迅速张开形成网状结构，将施肥点周围土壤中的养分活化并富集，在植物根部形成充盈的养分库，有利于作物根系吸收，减少养分流失挥发，提高肥料利用率，增加作物产量。与其它氮肥增效剂添加量相比，添加2%增效剂的聚能网尿素处理的玉米干物质量和产量最高。

玉米的氮素累积量能够反映所施氮肥被植株所吸收利用的量，氮肥的偏生产力、氮肥利用率和氮收获指数是表示氮肥利用效率的常见指标，能够从多个方面反映氮肥的利用效率[20]。了解氮素的吸收动态能够更有效地提高氮肥利用率[21]。已有研究结果表明，施氮量过低会造成营养体氮素向外转移过多，施氮量过高会造成营养体的氮素过于旺盛，使运移到玉米籽粒中的氮素减少。当作物中氮素供应良好的情况下，氮素对籽粒氮的贡献率较高[22，23];还有研究表明，氮肥的缓释能够促进氮素向玉米籽粒中转移，增加作物的产量，提高氮肥利用率[24];在高产农田，当施氮量控制在300 kg/km2时，氮肥利用率最高，增产效果最显著[25]。在本研究中，虽然施氮量均为225 kg/km2，但添加不同用量的氮肥增效剂后各处理的氮肥利用率、氮肥偏生产力和氮收获指数均产生显著差异。其中添加2%的JNW2处理的秸秆吸氮量、籽粒吸氮量以及籽粒中的粗蛋白含量都高于其它处理，氮肥利用率和偏生产力也显著高于其它处理，但当增效剂用量超过一定比例后，玉米氮肥利用率和偏生产力反而呈下降趋势，这表明，添加2%增效剂的聚能网尿素能够显著促进玉米对氮素的吸收和利用，提高氮肥的利用率。因此，合理的氮肥添加剂比例，应以达到氮素向籽粒中高效的运移并提高氮肥的利用效率为目的，科学使用氮肥添加剂应根据作物的需求特性以及土壤状况确定使用量，对不同地区玉米合理使用氮肥添加剂比例还需进一步研究。

参 考 文 献：

[1] 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.

[2] 王华杰. 氮肥运筹对玉米生长发育及氮代谢的影响[D]. 沈阳：沈阳农业大学， 2017.

[3] 郭占全. 施氮量对膜下滴灌玉米氮素吸收、分配及转运的影响[D]. 吉林：吉林农业大学， 2016.

[4] 谢迎新， 刘园， 靳海洋， 等. 施氮模式对砂质潮土氨挥发、夏玉米产量及氮肥利用率的影响[J]. 玉米科学， 2015， 23（2）： 124-129.

[5] 夏循峰， 胡宏. 我国肥料的使用现状及新型肥料的发展[J]. 化工技术与开发， 2011， 40（11）： 45-48.

[6] 张福锁， 王激清， 张卫峰， 等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报， 2008，45（5）： 915-924.

[7] 王玲敏. 氮素调控对高产小麦干物质转移、氮素吸收及土壤硝态氮累积的影响[D]. 郑州：河南农业大学， 2012.

[8] Dobermann A， Wortmann C S. Nitrogen response and economics for irrigated corn in Nebraska[J]. Agron. J.，2011， 103： 67-75.

[9] Wortmann C S， Tarkalson D D. Nitrogen use efficiency of irrigated corn for three cropping systems in Nebraska[J]. Agron. J.， 2011， 103： 76-84.

[10]张翠翠， 闫凌云， 赵鹏， 等. 施氮对夏玉米氮素利用及土壤硝态氮积累的影响[J]. 中国农学通报， 2013， 29（18）： 57-61.

[11]卜令铎. 旱地春玉米高产高效栽培体系构建、评价及区域模拟[D]. 杨凌：西北农林科技大学， 2013.

[12]孙占祥， 邹晓锦， 张鑫， 等. 施氮量对玉米产量和氮素利用效率及土壤硝态氮累积的影响[J]. 玉米科学， 2011， 19（5）： 119-123.

[13]串丽敏， 赵同科， 安志装， 等. 土壤硝态氮淋溶及氮素利用研究进展[J]. 中国农学通报， 2010， 26（11）： 200-205.

[14]郜峰， 冯梦喜， 卢维宏， 等. 聚能网尿素在玉米上的应用效果研究[J]. 化肥工業， 2015， 42（1）： 73-76.

[15]鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京：中国农业出版社， 2000.

[16]黄顺刚. 不同施氮量对玉米穗部性状和产量产值影响[J]. 吉林农业，2011（4）：107.

[17]黄益宗，冯宗炜，王效科， 等. 硝化抑制剂在农业上应用的研究进展[J]. 土壤通报，2002，33（4）：310-315.

[18]蒋永忠，刘海琴，张永春， 等. 高效尿素提高氮素利用率的机理[J]. 江苏农业学报，2000，16（3）：180-184.

[19]Wang Z P， Van C， Li L T， et al. Effect of organic mater and urease inhibitors on urea hydrolysis and immobilization of urea nitrogen in an alkaline soil[J]. Biol. Fert. Soil， 1991， 11： 101-104.

[20]韩祥飞，刘鹏，马云国， 等. 不同施氮方式对夏玉米产量、氮素吸收与利用的影响[J]. 玉米科学， 2019，27（3）：140-147.

[21]陈国平.玉米的干物质生产与分配（综述）[J]. 玉米科学，1994，2（1）：48-53.

[22]何萍，金继运，林葆. 氮肥用量对春玉米叶片衰老的影响及其机理研究[J]. 中国农业科学，1998，31（3）：66-71.

[23]刘占军，谢佳贵，张宽， 等. 不同氮肥管理对吉林春玉米生长发育和养分吸收的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2011，17（1）：38-47.

[24]王晓琪，朱家辉，陈宝成， 等. 控释尿素不同比例配施对水稻生长及土壤养分的影响[J]. 水土保持学报，2016，30（4）：178-182.

[25]王俊忠，黄高宝，张超男， 等. 施氮量对不同肥力水平下夏玉米碳氮代谢及氮素利用率的影响[J]. 生态学报， 2009， 29（4）： 2045-2052.