UAN 氮溶液对潮土上玉米生长和氮素吸收的作用效果

徐丽萍，刘红芳，侯晓娜，保万魁，孙蓟锋，荣向农，王 旭

（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081）

氮肥对提高作物产量，改善农产品品质有重要作用，也是农业生产中需求量最大的化肥品种，2017年我国的氮肥使用量为2221.8万t，占 化肥总施用量的38%［1］。目前我国农用氮肥以尿素（Urea）为主，存在产能过剩和利用率低等问题［2-3］。UAN 氮溶液又称尿素硝酸铵溶液，是水肥一体化大力推广的氮肥之一，它是集硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）和酰胺态氮3 种氮形态于一体的液体氮肥品种，采用尾液中和工艺，减少了烘干造粒环节的耗能，且其产品偏中性，降低了土壤酸化风险［4］。有研究发现，无论是喜铵作物还是喜硝作物，铵硝混合营养较单纯的铵或硝营养更能使作物获得高产［5-7］。UAN 氮溶液同时具3 种形态氮，对于其在作物上的施用效果国外已有大量研究，与Urea 相比，不同研究显示的施用效果不同。澳大利亚西部一系列小麦和油菜田试验结果表明，相同的施氮量和施用时间下，通过吊杆喷施的UAN 氮溶液农艺效益与颗粒状Urea 效果相似［8］。美国阿肯色州的研究表明，与等氮量Urea 相比，施用UAN氮溶液的水稻产量显著降低［9］。Connella 等［10］在美国乔治亚州的田间试验表明，牧草对UAN 氮溶液的氮肥利用率显著高于Urea。国内关于UAN 氮溶液施用效果已有部分研究，其中，在马铃薯［11］上，对比Urea，施用UAN 氮溶液提高了氮素利用率，也促进了磷钾肥的吸收利用。番茄［12］和棉花［13］的田间试验效果显示UAN 氮溶液施用效果均好于传统Urea，均增产9.00%左右。张运红等［14］研究表明，同等施氮条件下，UAN 氮溶液在小麦上施用效果优于Urea，UAN 氮溶液减氮20%处理与Urea 全量处理相比，小麦不减产。王寅等［15］研究表明，施用UAN 氮溶液可显著提高春玉米产量，促进玉米对氮素营养的吸收和利用，降低土壤内氮营养的残留量。但是，目前国内针对UAN 氮溶液对潮土上玉米的施用效果未见公开研究文献。

因此，本研究通过盆栽试验研究潮土上UAN氮溶液对玉米生长和氮素吸收的影响，探究在潮土上与Urea 相比，UAN 氮溶液在玉米上的应用效果，为UAN 氮溶液在我国的推广应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤为潮土，采自河南省郑州郊区农田，采样深度为0～20cm。去除石子及各种杂物后，将土壤过2mm 孔径筛。土壤的基本理化性质见表1。

供试UAN 氮溶液由柳州化工股份有限公司生产，外观为无色透明液体，其基本成分见表2。Urea 中总氮（N）含量为46.34%，过磷酸钙中有效磷（P2O5）含量为12.75%，硫酸钾中钾（K2O）含量为53.84%。

表1 供试土壤基本理化性质

表2 UAN 氮溶液基本成分

供试作物为“京单68”玉米。

1.2 试验设计

试验设4 个处理，分别为：（1）不施氮肥（CK）；（2）施用尿素（Urea）；（3）施用UAN 氮溶液（UAN）；（4）减施UAN 氮溶液20%（80% UAN），每个处理重复4 次。

试验在中国农业科学院作物科学研究所旱棚内进行。播种时间为2016 年5 月26 日，9 月9 日收获。每盆装土9kg，磷、钾肥分别为过磷酸钙和硫酸钾，均作为基肥一次性施入，施磷量为P2O50.10g/kg，施钾量为K2O0.10g/kg。处理2 至处理4 施氮量均为N0.15g/kg，在播种前按含水量设置随水施用氮肥，尿素溶于水后配成溶液随水施用，UAN 直接随水施用。氮肥按1∶1 基施和追施，分别在玉米拔节期、大喇叭口期追施。每盆播5 粒玉米种子，三叶期定植为1 株。玉米在生长期间，采用重量法控制土壤含水量为田间持水量的60%～70%。

1.3 测定项目与方法

玉米植株整株取样，利用10m 长的卷尺量取茎基部到雄穗顶部为株高，天平称取玉米籽粒鲜重计算百粒重；105℃下杀青，然后70℃烘干，分别将根、茎、叶、棒轴、籽粒称质量后粉碎备用。

采用浓硫酸-过氧化氢联合消煮，凯氏定氮法测定玉米根、茎、叶、棒轴、籽粒的氮含量；钼锑抗比色法测定磷含量；火焰光度法测定钾含量；采用差减法计算氮肥利用率。整盆土充分混匀后取土样，鲜土用2mol/L KCl 浸提，流动分析测定土壤硝态氮和铵态氮；土样风干过筛，Olsen 法测定有效磷，火焰光度法测定速效钾，水土比（5∶1）测定土壤pH 值［16］。

氮肥利用率=（施氮处理总吸氮量-空白处理总吸氮量）/施氮量×100%

1.4 数据分析

采用SPSS22.0 进行数据统计分析，采用Excel2016 作图。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥处理对玉米生长的影响

氮对植物生命活动以及作物干物质积累有重要的作用，合理施用氮肥是获得作物高产的有效措施。不同氮肥处理对玉米株高、百粒重和各生长部位干重的影响见表3。因本试验潮土肥力水平较低，CK 处理未结出玉米籽粒。与CK 相比，施用UAN 和Urea，玉米株高、百粒重和各部位生物量均显著提高，株高分别增加了90.00%和94.00%，百粒重增加了26.91 和27.39g，总生物量分别增长了3.95 和4.13 倍，UAN 和Urea 处 理 之 间 无 显 著差异。与UAN 处理相比，80% UAN 处理对玉米株高、百粒重和根、茎、叶的生物量无显著影响，但显著降低了玉米棒轴和籽粒的生物量，从而导致玉米总生物量显著降低了14.71%。由此可见，施用UAN 和Urea 均显著促进玉米生长，且效果相当，减施UAN 20%显著降低了玉米籽粒的生物量和玉米总生物量。

表3 不同氮肥处理对玉米株高、百粒重和各生长部位干重的影响

2.2 不同氮肥处理对玉米各生长部位氮吸收量和玉米氮肥利用率的影响

不同氮肥处理对玉米各生长部位氮吸收量的影响见表4。与CK 相比，施用UAN 和Urea 增加了玉米的氮素供应，增加了玉米生物量，从而促进了玉米对氮素的吸收。表4 显示，玉米各生长部位吸氮量均显著增加，总吸氮量分别增长了10.62 和10.53 倍，UAN 和Urea 处理之间无显著差异。与UAN 处理相比，80% UAN 处理显著降低了玉米根、茎、叶和籽粒的吸氮量，从而导致玉米总吸氮量显著降低了24.27%。

表4 不同氮肥处理下玉米各生长部位氮吸收量（N mg/盆）

不同氮肥处理下玉米的氮肥利用率见图1。本试验是在温室内的塑料盆里进行的，很大程度上减轻了由于径流、渗滤等途径所造成的氮损失；而且本试验以作物地上、地下部的总吸氮量为基础进行计算，不同于前人的研究结果多以作物地上部的吸氮量为基础的计算方法。如图1 所示，施氮均获得了较高的氮肥利用率，UAN、Urea 和80% UAN 处理的氮肥利用率为60.00%～65.35%。不同氮肥处理的氮素利用率之间无显著差异，因此施用等氮量的UAN 和Urea 后，氮肥利用率无明显差异，减施UAN 20%减少了玉米的氮素吸收量，但并没有显著影响UAN 的氮肥利用率。

图1 不同氮肥处理下玉米的氮肥利用率

2.3 不同氮肥处理对玉米各生长部位磷吸收量的影响

磷与氮在植物吸收和利用方面有相互影响。磷参与氮代谢、硝酸盐还原、氨的同化以及蛋白质合成。施用氮肥能促进植物对磷的吸收利用，氮磷之间存在协助作用［17］。不同氮肥处理对玉米各生长部位磷吸收量的影响见表5。与CK 相比，施用UAN 和Urea 均促进了玉米对磷素的吸收，玉米总吸磷量显著增加，分别增加了4.41 和4.16 倍，UAN 和Urea 处理各生长部位的吸磷量和总吸磷量均无显著差异。其中，玉米根、叶、棒轴和籽粒的吸磷量均显著增加，而玉米茎秆的吸磷量均显著下降。可能是玉米茎秆中的磷在收获期向籽粒中转运，而CK 处理无籽粒，故不同施氮处理的茎秆中磷积累量均显著低于CK 处理。与UAN 处理相比，80% UAN 处理对玉米根、茎、叶和棒轴的磷吸收量无显著影响，但显著降低了玉米籽粒的吸磷量，从而导致玉米总吸磷量显著降低了18.65%。

表5 不同氮肥处理下玉米各生长部位磷吸收量（P2O5mg/盆）

2.4 不同氮肥处理对玉米各生长部位钾吸收量的影响

玉米收获期氮磷钾养分的转运特点不同，使得收获期各生长部分的氮磷钾含量存在差异，研究表明，玉米氮磷积累量：籽粒＞叶片＞秸秆＞玉米棒轴，玉米钾积累量：叶片＞秸秆＞籽粒＞玉米棒轴［18］。不同氮肥处理对玉米各生长部位钾吸收量的影响见表6。与CK 相比，施用UAN 和Urea 促进了玉米对钾素的吸收，玉米各生长部位的吸钾量均显著增加，总吸钾量分别增长了2.82 和2.55 倍。其中，UAN 和Urea 处理根、茎、棒轴和籽粒的钾吸收量之间无显著差异，而UAN 处理叶中的钾吸收量显著高于Urea 处理。由表3 可知，对比Urea 处理，UAN 提高了收获期玉米叶片生物量，但差异不显著，然而，因收获期叶片中钾的单位累积量较大，使得生物量增大对叶片钾积累量的影响显著，故UAN 处理叶中的钾吸收量显著高于Urea 处理，但二者总的钾积累量无显著差异。与UAN 处理相比，80% UAN 处理对玉米根、茎和棒轴的钾吸收量无显著影响，但显著降低了玉米叶片和籽粒的吸钾量，同时玉米总吸钾量显著降低了10.47%。

表6 不同氮肥处理下玉米各生长部位钾吸收量（K2O mg/盆）

2.5 不同氮肥处理对玉米收获期土壤无机氮和全氮含量的影响

朱兆良［19］、Ju 等［20］研究表明，从数量上讲化学氮肥几乎不进入土壤氮库，施入的氮肥在土壤中逐步变为无机氮，未被植物利用及挥发损失剩余的部分残留于土壤中。本试验所用潮土氮素水平较低，因此施入的氮肥转化为无机氮后，主要去向是被植物吸收和挥发损失，不同施氮处理对土壤氮素残留无显著影响。不同氮肥处理对玉米收获期土壤无机氮含量和全氮含量的影响分别如图2、3、4 所示。与CK 相 比，施 用Urea 和UAN 及 减 施UAN 20%均未显著影响玉米收获期土壤中无机氮和全氮含量。

图2 收获期不同氮肥处理的土壤铵态氮含量

图3 收获期不同氮肥处理的土壤硝态氮含量

图4 收获期不同氮肥处理的土壤全氮含量

2.6 不同氮肥处理对玉米收获期土壤磷钾养分的影响

不同氮肥处理对玉米收获期土壤磷钾养分的影响如图5 和图6 所示。与CK 相比，施用UAN 和Urea 促进了玉米对土壤中磷和钾的吸收，从而显著降低了收获期土壤有效磷和速效钾含量，且Urea、UAN 和80% UAN 3 个处理间无显著差异。

2.7 不同氮肥处理对玉米收获期土壤pH 值的影响

不同氮肥处理对玉米收获期土壤pH 值的影响如图7 所示。与CK 相比，施用Urea、UAN 及减施UAN 20%均未显著影响玉米收获期土壤pH 值，不同氮肥处理的pH 值与CK 处理均无显著差异。由此可见，本试验中Urea 处理、UAN 处理和80% UAN 处理对潮土pH 值无显著影响。

图5 不同氮肥处理下土壤有效磷含量

图6 不同氮肥处理下土壤速效钾含量

图7 不同氮肥处理下土壤pH 值

3 讨论

本研究中减施UAN 氮溶液20%降低了收获期玉米籽粒的干重和吸氮量，笔者认为这与所用潮土氮素水平较低有关。作物根系吸收利用的N 素追溯其来源，一部分来自于肥料中N 素的水解转化，另一部分可能来自于土壤N 库的N 素释放，当减少氮肥的用量时，如果肥料中提供的N 素无法满足作物需求，而土壤中N 素养分也供应不足，就可能会导致作物的产量降低［21］。本试验所用潮土水解性氮含量为32.7mg/kg，全氮含量为0.32g/kg，按全国土壤第二次普查的标准氮含量分别为5 级和6 级［22］，即供氮强度和供氮潜力均低。根据张伟纳等［23］在潮土（碱解氮为36.1mg/kg，全氮为0.79g/kg）上针对玉米氮肥使用量的田间试验研究，施氮量在160～180kg/hm2可以保障玉米产量。本试验施氮量为0.15g/kg（是大田施肥量的2倍），对应的田间施氮量170kg/hm2是可以保障玉米生长的施氮量，本试验全量N 处理的结果也可证明这一点。结合前人研究，云鹏等［24］在潮土上冬小麦/夏玉米轮作体系中减施氮肥的试验结果表明，在高肥力潮土上，施氮量减至144kg/hm2可保证玉米稳产，其试验所用潮土的碱解氮含量为89.46mg/kg，全氮含量为1.02g/kg。郭战玲等［25］在潮土上夏玉米的试验结果表明，施氮量为144.4～187.5kg/hm2时能保证玉米稳产，其试验所用潮土碱解氮含量为52.2mg/kg，全氮含量为0.84g/kg。蔡祖聪等［26］、钦绳武等［27］在潮土上的长期试验结果显示，施氮量为150kg/hm2时，玉米产量最高，其试验所用潮土碱解氮含量为41～68mg/kg，全氮含量为0.42～0.64g/kg。由于本试验所用的潮土肥力较低，尤其碱解氮含量水平较低，当施氮量比常规施氮量降低20%，而土壤供氮量不能补充足够的氮素营养以满足玉米氮素需求时，玉米的生长受到影响，导致其生物量和玉米吸氮量降低。因此，氮肥减量要同时考虑作物需求和土壤供氮能力，以确定最合适的施氮量，不能盲目减量。

氮素形态会影响作物生长和氮吸收。植物吸收NO3--N 是主动吸收过程，吸收NH4+-N 被认为是被动运输过程，前者要消耗的能量更少，故被供应NH4+-N 的植株要比被供应NO3--N 的植株早发稳长［28］，并且能获得更高的生物量［29］。然而，NO3--N能在土壤溶液中快速扩散，且能随植物蒸腾作用以质流方式向植物根部移动，减轻与土壤微生物的竞争，被吸收后又能通过木质部较快地运输到达植株生长部位［30］，它的这种累积和转运特点被认为可能使其优于NH4+-N。李生秀等［31］和苗艳芳等［32］的大田和盆栽试验结果显示，单独施用NO3--N 或施用NO3--N 多NH4+-N 少，小麦各生长指标和产量均优于单独施用NH4+-N 的处理。同时，研究表明，NH4+-N 与NO3--N 配合施用可提高植物光合效率，使其达到更高的生物量和产量，一是两者配合使植株各生长部位累积的碳水化合物得到合理和高效利用，使植物能以少量能耗贮存更多的氮素；二是两者配合施用能调节根际pH 值，有利于保持磷和微量元素等的有效性和土壤生态环境保护［33-34］。

UAN 氮溶液与Urea 的主要差别是氮素形态的差异，UAN 氮溶液含有NH4+-N、NO3--N 和酰胺态氮3 种形态氮源，而Urea 仅为酰胺态氮，酰胺态氮施入土壤后大部分会在脲酶的作用下水解成NH4

+-N，同时好氧条件下NH4+-N 会发生硝化作用氧化为NO3--N 供植物吸收利用。本试验中施用Urea 和UAN 氮溶液后，玉米氮素吸收 量 无 显 著 差 异，与Mullins 等［35］、Fox 等［36］、West［8］的研究结果一致，而张运红等［14］和王寅等［15］的研究结果表明UAN 氮溶液对小麦和玉米氮素吸收利用的作用效果优于Urea，原因可能是本试验Urea 是溶于水后施用，王旭洋［37］的研究表明，滴灌条件下，Urea施入土壤后1～3d即水解为铵态氮，3～5d即转化为NO3--N，且UAN 氮溶液施入土壤后NH4+-N 在好氧条件下也会转化成NO3--N。与此同时，玉米在三叶期前吸收氮量低，占总吸收量的1%～3%，随着生长期的延长，吸氮量增加［38］。因此，本试验中，施用UAN 氮溶液与Urea 后，两处理间土壤NH4+-N 和NO3--N 含量的差异，可能仅局限在施肥后很短的时间内，这可能就造成了UAN 氮溶液和Urea 对植株氮吸收和生长的影响并没有产生显著的差异。

虽然本试验中施用UAN 氮溶液与Urea 的效果相当，但UAN 氮溶液的生产过程减少了尿素、硝铵的蒸发、浓缩工序，节省了能耗，也减少了生产过程中的氨挥发等对环境的污染［39］。同时，相比传统颗粒Urea，UAN 氮溶液无需在施用时再次溶解，更适用于水肥一体化和机械化。在水肥一体化背景下，用UAN 氮溶液替代一定量的传统Urea，既节省了能耗也没有降低氮肥的肥效。因此，加大UAN 氮溶液的推广和应用，对于我国氮肥行业转型升级和农业减肥增效均具有重要意义。

4 结论

在低肥力潮土上，盆栽条件下，等氮量的UAN 氮溶液和Urea 对玉米的生长、干物质积累、氮磷钾吸收量和玉米收获期土壤中的全氮、无机氮、有效磷、速效钾和pH 值的作用效果相当，均促进了玉米的生长和对氮磷钾吸收，氮肥的利用率分别为65.35%和64.76%，且无显著差异。与全量UAN 氮溶液相比，减施UAN 氮溶液20%使玉米的生物量减少了14.71%，植株中氮、磷、钾的养分吸收量分别降低了24.27%、18.65%、10.47%，氮肥利用率无显著降低。总之，施用UAN 氮溶液与尿素效果相当。