新型尿素对加工番茄的产量和氮素利用率的影响

2019-05-30哈丽哈什依巴提李青军

新疆农业科学 2019年2期

哈丽哈什·依巴提，张炎，李青军

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091)

0 引言

【研究意义】新疆是中国最主要的的加工番茄生产基地，加工番茄产业作为新疆独具特色的优势产业，在中国乃至世界加工番茄产业中具有重要的地位[1]。2017年新疆加工番茄种植面积 6.94 × 104km2，产量 579.43 × 104t，产销量达到全国的90%[2]。氮是加工番茄生长和产量形成的重要营养元素，适宜的氮素供应对其提高产量和品质有着重要作用[3,4]。过去生产中大量施用氮肥，这虽然实现增加产量效益[5]，但通过淋洗、径流和气体的排放造成了土地、水和空气的质量恶化[6,7]。Kuscu等[8]研究表明，高量施氮增加加工番茄果实中硝酸盐含量。在农业生产中，活性氮的环境效应最明显[9]，因此，减少活性氮的损失，研发和施用新型增效氮肥是提高氮肥利用率和减少环境污染的重要途径之一。【前人研究进展】目前在水稻[10]、生姜[11]、甘蔗[12]、玉米[13,14]和小麦[15]等作物上都有关于新型尿素应用的研究报道，而在加工番茄的相关研究较少。聚能网尿素是一定量的聚天门冬氨酸和普通尿素结合，它通过抑制尿素的硝化和氨化来延缓尿素的释放，从而减少氮的损失，但提高了氮素的使用效率[16]。腐殖酸尿素是腐植酸与尿素结合，通过微生物活动和随后的微生物生物量分解的化学反应或间接地将氮吸收到其结构中，来减缓尿素损失，延长肥效[17]。含锌尿素作为一种新型尿素，能同时满足作物氮和锌营养的需求，提高作物产量和氮素利用率[18]。【本研究切入点】控失尿素是通过复合材料对尿素进行改性，将其中的养分固定在土壤( 植物根际) 中，形成分子网格吸附和固定营养元素，来满足植物生长发育过程中对养分需求的新型肥料[19,20]。研究不同新型尿素品种对膜下滴灌加工番茄生物是、氯素吸收利用、产量及经济效益的影响。【拟解决的关键问题】试验以加工番茄为研究对象，研究新型尿素肥效及利用率的差异。筛选出适宜于新疆加工番茄施用的新型尿素，为其在当地农业生产中的推广和合理施用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验安排在新疆昌吉市老龙河农场 (44°10′59″N、82°17′30″E) 进行，2016 年，5月3日移栽，8月11日收获，2017年4月30日移栽，8月5日收获。加工番茄供试品种为屯河9 号。采取膜下滴灌种植，滴灌带布设方式为一管2行，实行宽窄行，窄行50 cm，宽行70 cm，株距30 cm，小区面积48 m2。滴灌带滴头流量为 1.6 L/h，移栽后灌水 (第 1 水)，从第 2 水每7 d左右灌溉一次，8 月 1 日左右停水，全生育期灌溉 10 次，每次滴灌 260 m3/hm2左右，总灌水量2 600 m3/hm2。加工番茄移栽10 d后开始除草，以后每隔7～10 d后中耕、除草1次。0～20土壤基本农化性状为pH值8.07，有机质8.73 g/kg ，速效氮21.4 mg/kg，速效磷11.6 mg/kg，速效钾206 mg/kg，有效锌0.84 mg/kg。

1.2 方法

1.2 .1 试验设计

试验设7个处理，分别为不施氮(CK)、普通尿素(Urea)，等氮量聚能网尿素(Polyaspartic acid Urea，简称P-Urea)、等氮量腐殖酸尿素(Humic acid Urea，H-Urea)、等氮量含锌尿素(Zinc Urea，简称Zn-Urea)、等氮量控失尿素(Loss-controlled Urea，简称LC-Urea)和等氮量常规尿素加与Zn-Urea处理等量锌(简称Urea+Zn)。各处理的氮用量为 N 240 kg/hm2，P2O5用量为150 kg/hm2，K2O 用量为120 kg/hm2。其中氮肥用河南心连心化肥有限公司提供的普通尿素(N 46.4%)、聚能网尿素(N 46.4%)、腐植酸尿素(N 46%)、含锌尿素(N 43.2% 一水硫酸锌2%)、控失尿素(N 43.2%)，磷肥用三料磷肥(P2O546%)、钾肥用硫酸钾(K2O 50%)、硫酸锌为实验室用化学试剂。控失尿素、磷肥、钾肥和锌肥全部基施，其他处理的尿素30%氮肥作基肥，70%分别在加工番茄初花期(20%)、果实膨大期(30%)和盛果期(20%)随水施入。各处理使用水表计量灌水量，每次灌水量相同。

1.2 .2 测定项目

干物质和养分测定：在成熟期(2016年8月11日，2017年8月5日)采取加工番茄样品，将采集的植株按不同器官(茎、叶、果)分开，烘干、称重、粉碎，分析植株不同部位N养分含量。

产量：加工番茄成熟期各小区调查面积2.4×3=7.2 m2的加工番茄株数，并采收12株测加工番茄单株果数、单果重。

氮素吸收量(kg/hm2)=株数(株/hm2)×单株干物质重(kg)×养分浓度(%).

氮肥利用率(%)=(施氮区氮吸收量-不施氮区氮吸收量)×100 /施氮量.

氮素表观平衡(kg/hm2)=施 N 量(投入量)-加工番茄N吸收量(移走量).

1.3 数据处理

试验数据采用 Microsoft Excel 2007 和SPSS17统计软件进行整理和分析，多重比较采用Duncan 法(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同新型尿素品种对加工番茄产量和产量因素的影响

研究表明,施用氮肥显著提高了加工番茄产量，两年比CK增产19.09%～47.42%。与Urea相比，P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea都显著增加了加工番茄产量，两年增产5.26%～11.37%，其中H-Urea增产效果最好，两年的产量都显著高于Urea产量；Zn-Urea处理与Urea+Zn处理差异不显著，而Urea+Zn比Urea增产，2016和2017年分别为2.29%和2.56%，但差异不显著。

产量构成因素来说，年份对加工番茄的株数和单株果数有显著的影响，施用氮肥能显著增加单株果数和单果重。单株果数Urea+Zn最高，2016显著高于为Zn-Urea、 LC-Urea和CK处理，2017年显著高于LC-Urea和CK处理，而与Urea、P-Urea和H-Urea处理都没有显著差异。与Urea相比，P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea处理显著增加了加工番茄的单果重，其中H-Urea处理最高，Zn-Urea处理显著高于Urea+Zn处理。表1

表1 不同尿素品种处理的加工番茄产量及产量构成
Table 1 Processing tomato yield and yield components ofdifferent treatments with different types Urea

年份Year处理Treatment单株果数Furits/plant单果重Furit weight/g株数Plant no.(104/hm2)产量Yield(kg/hm2)2016CK31.92b44.47c5.18a73 567eUrea33.25ab51.75b5.09a87 612dP-Urea32.75ab55.88a5.14a93 934abH-Urea33.67ab55.36a5.14a95 712aZn-Urea32.42b55.91a5.09a92 225bcUrea+Zn34.42a51.15b5.09a89 623cdLC-Urea31.92b57.62a5.14a94 450ab2017CK33.08c45.32d5.28a79 171dUrea39.00a51.37c5.23a104 803cP-Urea38.25ab56.42 ab5.28a113 894abH-Urea38.83ab57.46a5.23a116 718aZn-Urea38.92ab54.60b5.23a111 197abcUrea+Zn39.17a52.46c5.23a107 487bcLC-Urea37.58b56.75ab5.23a111 559 abc年份 Year***ns*****尿素品种Urea types******ns***年份×尿素品种Year×Urea types***nsns**

注:不同字母表示同一年份不同处理间差异达到显著水平(P<0.05)。 *、**、*** 在 0.05、0.01、0.001水平差异显著。ns表示没有显著差异(P>0.05)，下表同

Note：Different small letters mean significant difference among treatments in the same year(P<0.05).*, **, *** mean significant difference at 0.05, 0.01 and 0.001 pobability level, respectively; ns means no significant difference(P>0.05) ,the same as next table

2.2 不同新型尿素品种对加工番茄干物质分配的影响

研究表明，年份和新型尿素品种对加工番茄各部位干物质分配都有显著影响，2016～2017年都是H-Urea处理的各部干物质质量最高，2016年叶、茎和总的干物质量H-Urea处理显著高于其他处理，而P-Urea、Zn-Urea、LC-Urea、Urea+Zn和Urea处理间都没有显著差异。果的干物质量H-Urea处理显著高于Zn-Urea、Urea+Zn和Urea处理，而与P-Urea和LC-Urea处理没有显著差异，同时Zn-Urea与Urea+Zn处理也没有达到显著差异。

2017年叶干物质量H-Urea和LC-Urea处理显著高于Urea处理，但P-Urea、H-Urea、Zn-Urea和LC-Urea处理间没有显著差异。茎干物质量H-Urea处理显著高于其他处理，P-Urea、Zn-Urea和LC-Urea处理都显著高于Urea处理。果干物质量H-Urea处理显著高于Urea+Zn和Urea处理，而与P-Urea、Zn-Urea和LC-Urea处理没有显著差异。总干物质量H-Urea处理显著高于除LC-Urea外的其他处理，而P-Urea、Zn-Urea和LC-Urea处理都显著高于Urea处理，但三者间没有显著差异，同时叶、茎、果和总干物质量Zn-Urea与Urea +Zn处理之间没有显著差异。双因素方差分析结果表明，新型尿素品种和年份对加工番茄叶、茎和总干物质量有显著交互作用，而对果物质质量没有显著交互作用。表2

表2 不同尿素品种处理的加工番茄干物质分配Table 3 Processing tomato dry matter distribution of each treatment with different types Ureakg/hm2

年份Year处理Treatment叶Leaf茎 Steam果Furit总计Total2016CK1 884c1 706c5 632c9 222cUrea2 480b1 939b7 018b11 437bP-Urea2 463b1 921b7 315ab11 699bH-Urea3 036a2 481a8 122a13 639aZn-Urea2 453b1 964b7 231b11 647bUrea+Zn2 409b1 913b6 913b11 235bLC-Urea2 493b1 951b7 332ab11 776b2017CK1 683d1 874d6 150d9 708eUrea2 260c2 107c7 610c11 977dP-Urea2 475abc2 316b8 381ab13 172bcH-Urea2 579a2 548a8 844a13 971aZn-Urea2 468abc2 361b8 281ab13 110bcUrea+Zn2 311bc2 226bc8 010bc12 547cdLC-Urea2 505ab2 370b8 557ab13 433ab年份 Year***********尿素品种 Urea types************年份×尿素品种 Year×Urea types***ns**

2.3 不同新型尿素品种对加工番茄氮素吸收量的影响

研究表明，试验年份对加工番茄叶、茎和总氮素吸收量有显著影响，2016 年的氮素吸收量高于2017年，但对果的氮素吸收量没有显著影响。施用氮肥能显著提高加工番茄的氮素吸收量。2016年，叶的氮素吸收量H-Urea、Zn-Urea和LC-Urea处理显著高于Urea处理，其中H-Urea最高。茎、果和总氮素吸收量新型尿素处理(除了茎的P-Urea和Zn-Urea处理外)的显著高于Urea处理，并其中H-Urea处理的最高，果和总氮吸收量Urea+Zn显著高于Urea处理，同时叶、茎和果氮吸收量Zn-Urea与Urea +Zn处理之间没有显著差异。2017年，叶氮吸收量H-Urea和LC-Urea处理显著高于Urea处理，茎的氮吸收量只有H-Urea处理的显著高于Urea处理。果和总氮吸收量所有新型尿素处理的显著高于Urea处理，同时叶、茎、果和总氮吸收量Zn-Urea与Urea +Zn处理之间没有显著差异。尿素品种和年份对加工番茄叶氮吸收量有显著交互作用，而对茎、果和总氮吸收量没有显著交互作用。表3

2.5 不同新型尿素品种对氮肥效率的影响

研究表明，H-Urea处理的氮肥平均利用率最高，2年平均为53.08%，Urea处理的最低、2年平均为43.36%，其他新型尿素介于二者之间。2016～2017年，H-Urea、Zn-Urea和LC-Urea的土壤氮素表观平衡均为亏缺，2年平均分别为-15.52、-8.26和-9.96 kg/hm2，Urea和Urea +Zn的土壤氮素表观平衡均值为盈，分别为6.07和2.63 kg/hm2。表4

表3 不同尿素品种处理的加工番茄氮素吸收量
Table 3 Processing tomato N uptake of each treatment with different types Ureakg(hm2)

年份Year处理Treatment叶Leaf茎 Steam果Furit总计Total2016CK26.73e22.60d83.47d132.79eUrea47.61d40.01c151.77c239.39dP-Urea50.26cd41.82bc157.65ab249.73bcH-Urea56.65a47.16a160.16ab263.97aZn-Urea51.04bc42.01bc160.14ab253.19bUrea+Zn48.79cd41.00c156.95b246.74cLC-Urea53.96ab43.95b161.65a259.56a2017CK25.82d21.92c74.01c121.75dUrea46.83c40.34b136.09b223.26cP-Urea49.68bc42.52ab146.74a238.94aH-Urea54.92a44.65a145.76a245.33aZn-Urea48.61c43.34ab143.59ab235.54abUrea+Zn47.51c42.53ab135.94b225.98bcLC-Urea52.63ab42.59ab145.27a240.49a年份 Year****ns***尿素品种 Urea types************年份×尿素品种 Year×Urea types*nsnsns

表4 各处理氮肥效率和土壤氮表观平衡
Table 4 Efficiency of Nitrogen and N apparent balance of soil under different treatments

处理Treatment氮肥利用率Nitrogen efficiency(%)氮素平衡Nitrogen apparent balance( kg/hm2)20162017均值Mean20162017均值MeanUrea44.4142.30 43.36 -1.52 13.65 6.07 P-Urea48.7248.83 48.78 -7.56 1.26 -3.15 H-Urea54.6651.50 53.08 -23.97 -7.06 -15.52 Zn-Urea50.1649.48 49.82 -11.95 -4.57 -8.26 Urea+Zn47.4843.43 45.46 -4.89 10.15 2.63 LC-Urea52.8247.41 50.12 -19.56 -0.36 -9.96

2.6 不同新型尿素品种对加工番茄效益的影响

研究表明，肥料成本等于肥料用量乘以肥料价格，由于各处理磷、钾肥相同，因此，肥料成本的差异是由尿素品种造成的。各处理的肥料成本为Urea+Zn>LC-Urea>H-Urea>Zn-Urea>P-Urea>Urea>CK，产投比为CK>P-Urea>H-Urea>Zn-Urea>Urea>Urea+Zn>LC-Urea，施氮处理的效益都大于CK处理，其中H-Urea处理效益最高，2年平均效益比CK处理增加11 025 元/hm2。Urea处理效益最低，2年的平均效益比CK处理仅增加7 106元/hm2，其他新型尿素效益在介两者之间，同时Zn-Urea处理效益高于Urea +Zn处理。表5

表5 2016、2017年加工番茄肥料效益(元/hm2)
Table 5 The fertilizer benefit on Processing tomato in 2016 and 2017(yuan/hm2)

处理 Treatment产值 Output value肥料成本Fertilizer cost效益Benfit 20162017均值 Mean20162017均值 Mean20162017均值Mean产投比Input-output ratioCK29 427 31 669 30 548 1 701 1 701 1 701 27 725 29 967 28 846 17.95 Urea35 045 41 921 38 483 2 477 2 477 2 477 32 568 39 444 36 006 15.53 P-Urea37 574 45 557 41 566 2 529 2 529 2 529 35 045 43 028 39 037 16.44 H-Urea38 285 46 687 42 486 2 614 2 614 2 614 35 670 44 073 39 871 16.25 Zn-Urea36 890 44 624 40 757 2 590 2 590 2 590 34 300 42 033 38 166 15.73 Urea+Zn35 849 42 995 39 422 2 807 2 807 2 807 33 042 40 188 36 615 15.23 LC-Urea37 780 44 479 41 129 2 701 2 701 2 701 35 079 41 777 38 428 14.04

注：加工番茄0.4元/kg，普通尿素为1.5元/kg，聚能网尿素为1.6元/kg，腐植酸尿素为1.75元/kg，含锌尿素为1.6元/kg，控失尿素为1.8元/kg，重过磷酸钙为2.2元/kg，硫酸钾4.1元/kg，硫酸锌为 30元/kg。效益仅为加工番茄产值减去肥料成本

Note:Price of processing tomato 0.4 yuan/kg, urea 1.5 yuan/kg, loss control urea 1.8 yuan/kg, polyaspartic acid urea 1.6 yuan/kg, humic acid urea 1.75 yuan/kg , zinc urea 1.6 yuan/kg, triple superphosphate 2.2 yuan/kg, potassium sulphate 4.1 yuan/kg, zinc sulfate 30 yuan/kg.Benefit is the output value of Processing tomato minus fertilizer costs

3 讨论

目前为了提高氮肥利用率，减少氮素损失国内外已经研制出多种新型增效尿素，但不同新型尿素对不同作物增效作用也不同。陈迪文等[12]研究表明，施用不同类型尿素(聚能网尿素、腐殖酸尿素、控失尿素、含锌尿素)均有利于甘蔗产量提高，其中是腐植酸尿素、聚能网尿素效果最好，增产幅度分别为18.4%和 12.1%。张爱华等[15]研究表明，新型尿素(聚能网尿素、腐殖酸尿素、控失尿素、含锌尿素)均可促进玉米养分吸收利用，提高氮肥利用率、产量及经济效益，其中控失尿素效果最好，与普通尿素相比，增产18.16%，增收2 975元/hm2，而且省时省力。研究表明，2016 和 2017 年新型尿素处理的加工番茄产量比普通尿素处理增加5.26%～11.37%，其中腐殖酸尿素增产效果最好，比普通尿素相比，两年分别增产7.22%和11.37%。同时，普通尿素加锌有利于加工番茄氮素吸收，提高了产量及经济效益，但与含锌尿素之间没有显著差异。2016年新型尿素处理的氮肥利用率比普通尿素处理提高 4 个百分点以上，而2017 年新型尿素处理的普通尿素处理提高 5 个百分点以上，2017 年新型尿素的氮肥的利用率增加的百分点高于 2016 年，这也可能与新型尿素两年累积效应有关。在加工番茄生产中往往盲目增加氮肥用量，不仅造成氮肥资源的浪费，降低氮肥的经济效益，同时也增大了土壤硝酸盐淋溶的风险[21]。研究中不施氮肥的土壤氮素处于亏缺状态，从维持土壤地力考虑，种植加工番茄应施用适量的氮肥。当施用 N 240 kg/hm2时，加工番茄普通尿素处理的氮素投入量大于作物移走量，土壤氮库两年平均处于盈余状态，表明氮肥施用过量，而新型尿素都促进加工番茄氮素吸收量，土壤氮库两年平均均处于亏缺状态。从氮肥效益来看，腐殖酸尿素>聚能网尿素>控失尿素>含锌尿素>普通尿素+锌>普通尿素。这可能是施用腐殖酸尿素不仅抑制脲酶活性，延缓了尿素的水解，同时分解后的NH4+吸收到其结构中，降低了NH3的挥发[22]，还腐殖酸在石灰性土壤中减少土壤对磷的固定并促进作物根部对磷的吸收[23]，促进了加工番茄的养分吸收，提高了产量。