新型氮肥对膜下滴灌玉米产量、氮素吸收及利用率的影响

2020-02-14哈丽哈什依巴提张梦婕李青军

新疆农业科学 2020年1期

李源 , 张炎,2 , 哈丽哈什·依巴提,2, 张梦婕,李青军,2

(1. 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091；2. 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】化肥为作物生长提供了必要的养分，而过量的施用化肥可能导致土壤质量下降并引起环境问题[1-4]。作为新疆重要的粮食作物之一，玉米总产量位居第二位[5]，在肥料的施用方面主要以普通尿素为主，长期施用会对环境造成影响。比较不同新型尿素在膜下滴灌玉米上的肥效差异，对筛选最佳的新型尿素类型有重要意义。【前人研究进展】前人研究表明，在小麦和玉米等作物上，应用腐植酸尿素和控失尿素后，显著提高了作物产量和肥料利用率[6-8]。控失尿素能够有效的将氮素聚集在植株根系附近，更好的供作物吸收，尤其在干旱条件下表现出明显的优势[9,10]。聚能网尿素在溶解时形成一种特有的网状结构，将营养元素固定在根系周围[11]。含锌尿素和腐植酸尿素在作物的增产方面起到较好的效果[12-15]。【本研究切入点】目前已针对新型尿素对棉花的产量和肥效进行了相关报道，但在玉米上的应用缺乏研究。研究新型尿素对玉米产量和养分利用率的影响。【拟解决的关键问题】试验设置7个处理，各处理施用等量氮磷钾，控失尿素全部基施，其他处理尿素30%作基肥，70%后期随水滴施，磷钾肥全部基施。在成熟期测定其生物量、产量和氮肥吸收利用率和土壤中铵态氮、硝态氮含量。筛选效果最佳的新型尿素，为实现玉米高产高效提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2017年在昌吉市老龙河农场，玉米供试品种为新玉48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20～22 cm，小区面积48 m2。4月30日播种，5月7日出苗。采用滴灌方式，生育期共溉水10次，总灌水量为260 m3/hm2。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

在相同磷钾(P2O5120 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2)的基础上，设置7个处理。处理1：不施氮(CK)；处理2：施用常规尿素(Urea)；处理3：施用等氮量聚能网尿素(P-Urea)；处理4：施用等氮量腐殖酸尿素(H-Urea)；处理5：施用控失尿素(LC-Urea)；处理6：施用等氮量含锌尿素(Zn-Urea)；处理7：施用等氮量常规尿素加锌(Urea+Zn)，施锌量与Zn-Urea处理相同。各处理重复3次，小区面积54 m2。

除CK处理外，其它处理施氮量都为225 kg/hm2，其中控失尿素作为底肥基施，其它施氮处理的尿素30%氮肥作基肥，70%氮肥分4次在玉米大喇叭口期(6月12日，25%)、孕穗期(6月27日，20%)、吐丝期(7月16日，15%)、灌浆期(7月31日，10%)随水滴施；三料磷肥(P2O546%)、氯化钾(K2O 60%)，全部基施。其中氮肥用河南心连心化肥有限公司提供的普通尿素(N46.4%)、聚能网尿素(N46.4%)、腐植酸尿素(N46%)、含锌尿素(N 43.2% 一水硫酸锌2%)、控失尿素(N43.2%)，三料磷肥(P2O546%)、硫酸钾(K2O 50%)、硫酸锌为实验室用化学试剂。各处理使用水表计量灌水量，每次灌水量相同。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 干物质与养分

干物质和养分测定：在成熟期(9月28日)采集玉米样品，将植株按不同器官分开，烘干、称重，测定不同部位养分。

1.2.2.2 产量

玉米成熟期各小区调查面积2.4×4=9.6 (m2)的玉米株数，并采收30株测玉米单株籽粒重，计算产量。

养分积累量(kg/hm2)=株数(株/hm2)×单株干物质重(kg)×养分浓度(%)；

养分利用率(%)=(施肥区养分吸收量-缺肥区吸收量)×100 /施肥量；

农学效率(kg/kg)=(施肥区玉米产量-缺肥区玉米产量)/施肥量。

1.3 数据处理

数据采用SPSS17.0进行统计分析。

表1 不同尿素处理的玉米产量
Table 1 Maize yield components of different treatments with different kinds of new-type urea

处理Treatment密度 Density(plants/hm2)单株籽粒重Grain weight per plant(g/plant)产量Yield(kg/hm2)比CK增产Increase productionthan CK (%)比常规尿素增产Increase production than urea (%)CK76 389a150.0e11 459e--Urea75 694a171.2d12 958d13.09 -P-Urea76 042a181.2bc13 777bc20.23 6.32 H-Urea76 042a185.2ab14 081a22.89 8.67 LC-Urea76 042a186.8a14 205a23.96 9.62 Zn-Urea75 694a184.8ab13 988ab22.07 7.95 Urea+Zn75 694a179.6c13 594c18.63 4.90

注：同列不同字母表示处理间差异达到显著性水平(P< 0.05)下同

Notes: different lowercase lettters in the same column mean significant difference(P< 0. 05)， the same as below

2 结果与分析

2.1 氮肥对玉米产量的影响

研究表明,各处理玉米的株数没有显著差异。缺氮显著降低了玉米的单株籽粒重，其中CK处理单株籽粒重最小，为150.0 g/株，显著小于各施氮处理，而P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea、Urea+Zn处理的单株籽粒重都显著大于Urea处理，其中LC-Urea处理最大，为186.8 g/株，显著高于P-Urea、Urea+Zn处理，与H-Urea、Zn-Urea处理没有显著差异，Zn-Urea处理显著大于Urea+Zn处理。

施氮显著增加了玉米产量，与Urea相比，P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea都显著增加了玉米产量，增产率6.32%～9.62%，其中LC-Urea增产效果最好；Zn-Urea处理显著大于Urea+Zn处理，而Urea+Zn比常规尿素增产4.90%，差异显著。表1

2.2 氮肥对玉米干物质累积与分配的影响

研究表明,玉米各部位干物质处理间差异显著。LC-Urea处理的叶干物质最大，为5 366 kg/hm2，显著高于Urea处理，而P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、Urea+Zn、Urea处理间都没有显著差异，但各施氮处理的叶干物质均显著高于CK。各施氮处理的茎干物质均显著高于CK，而LC-Urea处理的茎最大，为6 231 kg/hm2，显著高于Urea、Urea+Zn处理，而与P-Urea、H-Urea、Zn-Urea处理之间差异不显著，同时Zn-Urea与Urea+Zn处理也没有达到显著差异。各施氮处理的籽粒干物质均显著高于CK，其中LC-Urea处理最大，为14 332 kg/hm2，显著大于Zn-Urea、Urea+Zn、Urea处理，而与P-Urea、H-Urea处理没有显著差异，同时Zn-Urea与Urea+Zn也没有达到显著差异。P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea和Urea+Zn处理的玉米总干物质均显著大于Urea处理，增加率5.62%～13.43%，其中LC-Urea处理的玉米总干物质最大，为25 930 kg/hm2，但与P-Urea、H-Urea、Zn-Urea和Urea+Zn处理没有显著差异，Zn-Urea与Urea+Zn处理也没有达到显著差异。表2

表2 不同尿素处理的玉米干物质分配
Table 2 Maize dry matter distribution of each treatment with different kinds of new-type urea(kg/hm2)

处理Treatment叶Leaf茎Stem籽粒Grain总计Total总计比常规尿素增加 Total increase than Urea (%)CK3 971c4 526d11 639d 20 136d-Urea4 725b5 612c12 522c22 860c-P-Urea5 183ab6 154ab13 723ab 25 061ab 9.63 H-Urea5 263ab6 086ab14 101ab25 451ab 11.33 LC-Urea5 366a6 231a14 332a25 930a13.43 Zn-Urea5 211ab6 105ab13 431b24 747ab8.25 Urea+Zn4 998ab5 791bc13 356b24 145b 5.62

2.3 氮肥对玉米养分吸收与分配的影响

研究表明,各处理的玉米各部位N素吸收量差异显著。各施氮处理的叶N素吸收量均显著高于CK，其中H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea处理显著大于Urea处理，其中LC-Urea最大，为50.54 kg/hm2，但三者间没有显著差异，而P-Urea与Urea处理没有显著差异，Zn-Urea处理与Urea+Zn处理也没有显著差异。各施氮处理的茎N素吸收量均显著高于CK，其中P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea处理都显著大于Urea处理，但四者间没有显著差异，而Zn-Urea处理显著高于Urea+Zn处理，而Urea+Zn处理与Urea处理没有显著差异。各施氮处理的籽粒N素吸收量均显著高于CK，其中H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea、Urea+Zn处理的籽粒N素吸收量显著大于Urea处理，但P-Urea处理与Urea处理没有显著差异，而Zn-Urea处理显著高于Urea+Zn处理。

与CK相比，Urea、P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea、Urea+Zn处理都显著增加了玉米总N素吸收量，增加率为3.13%～7.95%，其中P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea、Urea+Zn处理的总N素吸收量都显著大于Urea处理，LC-Urea处理的玉米总N素吸收量最大，为269.96 kg/hm2，显著高于P-Urea处理，与H-Urea、Zn-Urea处理没有显著差异，而Zn-Urea处理显著大于Urea+Zn处理。表3

表3 不同尿素处理的玉米氮素吸收量
Table 3 Maize N uptake of each treatment with different kinds of new-type urea (kg/hm2)

处理Treatment叶Leaf茎Stem籽粒Grain总计Total总计比常规尿素增加Total increase than Urea (%)CK25.08d22.31c98.07c145.46e-Urea43.68c39.79b166.62b 250.09d-P-Urea46.21bc 46.60a168.24ab 261.04bc 4.38H-Urea48.96ab 45.12a171.47a265.56ab6.19LC-Urea50.54a47.26a172.15a269.96a7.95Zn-Urea47.77ab 45.96a172.19a265.93ab 6.33Urea+Zn45.79bc 40.43b171.69a257.91c3.13

2.4 玉米氮肥利用效率

研究表明,P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea、Urea+Zn处理的农学效率8.90～11.44 kg/kg，都大于Urea处理的6.25 kg/kg，其中LC-Urea处理最大，其次是H-Urea处理，而Zn-Urea处理也大于Urea+Zn处理。P-Urea、H-Urea、Zn-Urea、LC-Urea和Urea+Zn较Urea都提高了玉米的氮肥利用率，增加了3.26～8.28个百分点，其中LC-Urea氮肥利用率最高，比Urea增加了8.28个百分点，而Zn-Urea处理也比Urea+Zn处理提高了氮肥利用率。表4

表4 不同氮肥处理的氮肥利用效率
Table 4 Nitrogen Utilization efficiency of each treatment with different kinds of new-type urea

处理Treatment农学效率Agronomy efficiency (kg/kg)N利用率N utilization (%)比常规尿素增加Utilization increase than urea (%)Urea6.25 43.60-P-Urea9.66 48.164.56H-Urea10.93 50.046.45LC-Urea11.44 51.888.28Zn-Urea10.54 50.206.60Urea+Zn8.90 46.863.26

2.5 土壤铵态氮和硝态氮残留

研究表明,在0～20 cm土层中，LC-Urea处理后土壤铵态氮累积量最高，为16.9 mg/kg，其次是Zn-Urea处理，CK处理最低；在20～40 cm土层中，LC-Urea处理铵态氮累积量最高，为15.7 mg/kg。0～20 cm土层中LC-Urea处理硝态氮累积量最高，为31.2 mg/kg，其次是Zn-Urea处理；在20～40 cm土层中，LC-Urea处理的土壤硝态氮累积量最高，为29.8 mg/kg。表5

处理Treatment铵态氮 NH+4-N硝态氮 NO-3-N0～20 cm20～40 cm0～20 cm20～40 cmCK10.28.518.715.6Urea13.812.126.524.4P-Urea14.39.230.127.4H-Urea13.97.829.621.8LC-Urea16.915.731.229.8Zn-Urea15.58.529.422.6Urea+Zn14.614.928.524.5

3 讨论

研究可以看出，LC-Urea、H-Urea、P-Urea、Zn-Urea、Urea+Zn处理与Urea处理相比，显著提高了玉米产量和肥料利用率。其中，LC-Urea、H-Urea、Zn-Urea 3个处理之间差异不显著；其中LC-Urea增产效果最为明显，其次为H-Urea。LC-Urea、H-Urea、Zn-Urea处理有利于0～40 cm土层深度范围内铵态氮和硝态氮的累积，其中LC-Urea效果最好。

在提高产量和肥料利用率方面，LC-Urea、H-Urea和Zn-Urea与Urea相比表现出明显优势。其中，LC-Urea可增加玉米生育期内地上部分生物量，提高玉米生育后期氮素吸收能力[16]，其氮素释放能够与作物养分吸收同步[17]。同时，LC-Urea的施用对于降低氨的挥发效果显著[18]，更有利于玉米对养分的吸收。前人研究认为，一次性施入氮肥不能满足不同生育期植株对氮素的需求，造成大量氮肥随水流失，造成生育后期养分供给不足的状况[19]，研究结果有所不同，主要新疆地区干旱的气候条件密切相关。新疆地区干旱少雨，滴灌的灌溉方式并不会使作为基肥的LC-Urea大量随降雨流失，而在南方地区由于降水较多，需要分期施用LC-Urea，减少LC-Urea随水流失。P-Urea在固氮和增效缓释方面不如LC-Urea和H-Urea[20]；与Urea相比，H-Urea能增加土壤中硝态氮含量，保证作物出苗率，能有效的提高肥料利用率、增高产量，可以使玉米籽粒产量提高6.3%～17.3%[21]，但效果不如LC-Urea；袁海丽[22]研究表明，施用P-Urea能促进玉米茎粗的增加，从而能够达到较好的增产效果；杨威等[23]研究表明，Zn-Urea比Urea+Zn增产9.13%。研究Zn-Urea处理的玉米产量和肥料利用率显著高于Urea处理，这是由于土壤中锌元素处于亏缺状态，仅为0.80 mg/kg，施用的Zn-Urea补充了土壤中的锌元素，对玉米的长势和产量有较好的促进效果[24]；而Zn-Urea处理的玉米产量和肥料利用率显著高于Urea+Zn处理，可能是因为锌元素在2种肥料中的赋存状态和施用方法等因素影响到锌在2种肥料中有效性和玉米对锌的吸收利用差异。

从不同新型氮肥对玉米产量的影响来看，LC-Urea>H-Urea>Zn-Urea>P-Urea>Urea+Zn>Urea；从不同新型肥料对玉米肥料利用率方面来看，LC-Urea>Zn-Urea>H-Urea>P-Urea>Urea+Zn>Urea；选择LC-Urea是提高新疆干旱区膜下滴灌玉米产量、氮肥利用率的最佳途径。