控释尿素对土壤硝态氮含量、氮素利用和小麦产量的影响

程文龙，武 际*，韩 上，陈 锋，夏伟光，李 敏，王 慧

（1.安徽省农业科学院土壤肥料研究所，养分循环与资源环境安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031；2.安徽省濉溪县五铺农场，安徽 淮北 235188；3.安徽省郎溪县农业局，安徽 郎溪 242199）

安徽省作为全国小麦主产区，全年小麦年播种面积达200万hm2以上，而淮北地区作为安徽小麦的主产区，年播种面积达150万hm2以上，占全省小麦播种面积的70%以上［1］。当前淮北地区农民在小麦生产中仍存在为追求产量而过量施用尿素现象。同时农民习惯在雨后采用撒施尿素的方式施肥［2］，这易造成土壤中残留大量的硝态氮，过量的硝态氮无法被作物吸收，则会随着土壤水分的移动而淋溶，不仅会造成氮肥的损失，同时也将造成地下水源的污染［3］。而与普通尿素相比，控释尿素可以增加小麦产量和氮肥利用率。梁靖越等［4］研究表明，与100%普通尿素相比，配施40%的控释尿素处理，小麦增产达14.23%，同时氮肥偏生产力、农学利用率、表观利用率分别提高了14.21%、27.26%、29.85%。李敏等［5］研究表明，在安徽太和县，与普通尿素相比，控释尿素处理小麦增产达到7.2%。但对控释尿素在淮北地区全作基肥后，小麦生长发育不同时期，不同土层中硝态氮的累积和迁移缺乏系统性的研究。本试验通过在淮北地区小麦生长上施用控释尿素试验，研究控释尿素对土壤中硝态氮含量、氮素利用和小麦产量的影响，评价控释尿素的供肥能力，旨在为淮北地区小麦的应用生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤为砂姜黑土。试验前采集耕层土壤，分析其基本农化性质：有机质20.53 g/kg，全氮0.96 g/kg，碱解氮71.13 mg/kg，有效磷14.07 mg/kg，速效钾240.44 mg/kg，pH值8.23。

试验用普通尿素为含氮46%的颗粒尿素；控释尿素为含氮42%的树脂包膜控释尿素（控释期为 90 d）。

1.2 试验设计

试验共设4个处理：（1）N0：不施氮肥；（2）N240：普通尿素（N 240 kg/hm2），全部基施；（3）CN240：100%控释尿素（N 240 kg/hm2），全部基施；（4）CN192：80%控释尿素（N 192 kg/hm2），全部基施。所有处理磷肥、钾肥用量及施用方法相同，其中，磷肥用量为P2O590 kg/hm2，钾肥用量为K2O 120 kg/hm2。磷、钾肥全部基施。4次重复，小区面积4 m×5 m=20 m2，随机区组设计。小麦供试品种为烟农19，人工开沟条播，行距20 cm，播深4～5 cm，播种量为187.5 kg/hm2，于2015年10月15日播种，2016年6月3日收获。除施肥外其它管理措施完全相同。待小麦成熟时每小区实收计产，同时取样进行室内考种。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤硝态氮含量测定

在小麦的冬前期（12月12日）、拔节期（3月20日）、抽穗期（5月12日）和成熟期（6月14日），按5点法，用土钻分0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm 5个土层采集土壤样品，3次重复。样品取后立即冰冻保存。土壤硝态氮含量用酚二磺酸比色法测定。同时称取20.0～30.0 g土壤样品放入铝盒中，105℃下烘干测定土壤含水量［6］。

1.3.2 小麦植株养分测定

在小麦成熟期（6月3日），分别采集小麦植株样品，每小区随机取生长状况一致的植株40个，3次重复。植株样品按籽粒和茎秆分开处理。用H2SO4-H2O2联合消煮，凯氏定氮法测定小麦籽粒和茎秆含氮量［7］。

1.4 数据计算方法

1.5 数据分析方法

本文数据均采用SAS 9.0软件和Excel 2010软件进行统计分析，采用LSD法对试验数据进行方差分析和显著性检验，用OriginPro 9对数据进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥处理对小麦不同生育时期土壤硝态氮含量的影响

图1显示，在小麦的生育期内，N0处理的不同深度土层中硝态氮含量较低（1.11～6.05 mg/kg），变化不大。与N0处理相比，施氮肥处理均不同程度增加各深度土层中硝态氮含量。

在小麦冬前期，N240处理不同深度土层中硝态氮含量显著高于控释尿素处理。尤其0～20、20～40 cm土层N240处理的硝态氮含量远高于控释尿素处理，分别为CN240处理的3.1、2.7倍，CN192处理的2.4、2.1倍。此时普通尿素释放氮素的速度快，耕层硝态氮含量得到显著提高，但氮素下移明显。

拔节期时，小麦生长旺盛，N240处理0～20、20～40 cm土层硝态氮含量显著低于冬前期，同时0～20 cm土层中硝态氮含量开始显著低于控释尿素处理，而40～100 cm土层硝态氮含量则显著高于控释尿素处理，其中60～80和80～100 cm土层硝态氮含量由冬前期的11.95、18.29 mg/kg增加到28.21和26.74 mg/kg，且分别为CN240处理的3.0、6.7倍，CN192处理的2.5、6.0倍，氮肥淋失严重。

抽穗期时，0～20 、20～40 cm土层控释尿素处理硝态氮含量显著高于普通尿素处理，CN240处理和CN192处理分别为N240处理的2.3、1.9倍和1.7、3.5倍。而40～60 cm土层，普通尿素处理硝态氮含量仍显著高于控释尿素处理，表明普通尿素处理硝态氮进一步淋失。

成熟期时，0～60 cm土层控释尿素处理硝态氮含量均远高于普通尿素处理，其中0～20 cm土层CN240处理和CN192处理硝态氮含量在小麦整个生育期中增加达到最大，分别为18.47和19.58 mg/kg，分别为N240处理的3.2和3.3倍。而80～100 cm，普通尿素处理硝态氮含量则显著高于控释尿素处理。

两控释尿素处理相比，在0～20 cm土层，CN192处理只在抽穗期略低于CN240处理，在冬前期、拔节期和成熟期均高于CN240处理。而在小麦生育期内，CN192处理40～100 cm土层硝态氮含量为1.56～8.64 mg/kg，远小于CN240处理40～100 cm土层硝态氮含量1.61～19.48 mg/kg。总体来说，与普通尿素处理相比，控释尿素处理显著减少了土壤氮素的淋失，提高了氮肥的利用率，其中以CN192处理效果最为显著。

图1 不同处理对小麦0～100 cm土壤硝态氮含量的影响

2.2 不同氮肥处理对小麦产量的影响

图2 不同处理对小麦产量的影响

由图2可以看出，施氮肥处理显著增加了小麦产量，以CN192增产幅度最大，达到15.0%，不同施肥处理间，控释尿素处理的小麦产量均高于普通尿素处理，但差异并不显著，说明在施用控释尿素且减施20%氮肥的情况下，并不会使小麦减产。

2.3 不同氮肥处理对地上部吸氮量以及肥料利用率的影响

施氮肥处理显著增加了小麦籽粒和秸秆的氮吸收量（表1），且与N240处理相比，CN240处理显著提高了氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率，提升幅度分别为86.0%和39.7%；CN192处理显著提高了氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力，提升幅度分别为86.7%、90.8%和30.9%。说明在施用控释尿素且减施20%氮肥的情况下，更能提高氮肥的利用率。

表1 不同施肥处理对小麦籽粒、秸秆的氮素吸收以及肥料利用率的影响

3 小结与讨论

土壤剖面硝态氮的累积会随着施氮量的增加而增加［8］。王小明等［7］研究表明，与对照不施肥处理相比，无论是复合肥还是控释肥均能增加土壤硝态氮的累积，尤其对耕层（0～30 cm）影响最大。衣文平等［9］研究表明普通尿素与控释尿素不同比例一次性基施，小麦收获后土壤硝态氮含量变化主要在0～80 cm土层，与不施肥处理相比，施肥处理各土层硝态氮含量显著增加，而与普通尿素处理相比，控释尿素处理各土层硝态氮含量显著降低。本文研究结果表明，小麦整个生育期内，控释尿素处理CN192、CN240土层硝态氮含量变化主要在0～80 cm土层，且随着小麦的生长，耕层硝态氮含量逐渐增加，这与前人研究结果相似。

同时，诸多研究结果表明硝态氮在土壤剖面的分布与施肥量、施肥时期、降雨量及土壤温度等因素密切相关［9-11］。冬小麦生育期较长，不同时期土层的温度、水分不同，且小麦对养分的需求量也不一样。但前人的研究主要集中在小麦收获期土层中硝态氮含量变化［5，11］，本文系统研究了小麦生长不同生育期土层中硝态氮的淋失现象，结果表明小麦生长不同时期，土层中硝态氮含量存在不同程度的淋失现象，尤以小麦拔节期土层氮素淋失最为严重。普通尿素处理在冬前期0～20 cm硝态氮含量达到了28.26 mg/kg，而从拔节期开始至成熟期，其0～20 cm硝态氮含量仅为5.85～6.63 mg/kg，而60 cm以下土层硝态氮含量远高于0～20 cm硝态氮含量，表明除了小麦生长吸收外，更多的硝态氮存在淋失现象，尤以小麦拔节期硝态氮淋失量最高，普通尿素处理的氮素在60～80和80～100 cm土层硝态氮含量达到了28.21和26.74 mg/kg。而拔节期作为小麦生长关键期，小麦生长旺盛，需求养分含量多，减少耕层氮素的淋失至关重要，控释尿素处理的耕层硝态氮含量在拔节期均明显高于普通尿素处理，尤以80%控释尿素处理耕层硝态氮含量最高，0～20 cm 硝态氮含量达到15.40 mg/kg，而40～100 cm土层控释尿素处理硝态氮含量为3.51～5.87 mg/kg，变化幅度小，与不施肥处理相比无明显差异，表明控释尿素处理在拔节期可以有效减少氮素淋失，保证小麦生长的养分需求。这主要因为控释尿素可控制养分释放时间及速率，在保证耕层养分供应满足作物需求的同时减少了硝态氮向深层土壤的迁移［10］，同时这也与尿素的施氮量、基追比例［11-12］以及土层的温度和水分等情况［9］有关。

小麦生育前期对氮素的需求较少，而随着小麦生长，需求氮素量不断增加。控释尿素则可控释氮素释放，使氮素的释放后移，满足小麦的生长需求［13］。石宁等［10］研究表明，与普通尿素处理相比，减施20%氮肥的控释肥处理并没有降低小麦的产量。王文岩等［14］研究表明在减施25%氮肥的条件下，控释尿素能保证小麦产量不减，并提高氮肥的利用率。本文研究结果相似，与普通尿素处理相比，施用100%控释尿素和80%控释尿素处理，均显著提高了氮素利用率且对小麦产量有一定提升趋势。其中80%控释尿素处理提升氮素利用率最为显著。因为氮肥利用率随施氮量增加而降低，损失率也相应增加［15-16］。本文的研究也证实了这一点，在小麦生育期内，与100%控释尿素处理相比，80%控释尿素处理的40～100 cm土层硝态氮含量显著降低，表明在减施20%氮肥基础上，控释尿素处理更能减少土壤氮素的淋失，提高氮肥的利用率，保证小麦产量不减。