脲甲醛肥料与尿素不同比例配施在南方鲜食玉米上的应用效果

房娜娜　王煌平　段文龙　韩巍　卢宗云　丁芳　石元亮　依艳丽

摘要：为探讨脲甲醛肥料与尿素不同比例配施在南方玉米上的应用效果，以南方玉米品种闽玉糯3号为供试材料，在微区试验条件下，设置2种不同工艺条件下合成的脲甲醛肥料（A、B）与尿素配施比例分别为1 ∶1、3 ∶7 的施肥条件，研究脲甲醛肥料与尿素不同比例配施对玉米SPAD值、产量、产量构成因子、土壤铵态氮含量、土壤硝态氮含量、土壤全N含量、土壤pH值的影响。结果表明，与常规施肥处理相比，脲甲醛肥料配施不同比例尿素的各处理对玉米不同生育期的SPAD值影响效果相当，其中脲甲醛肥料B与尿素比例为3 ∶7的处理UF4效果略好。脲甲醛肥料与尿素不同比例配施处理UF1、UF3、UF4的玉米穗鲜质量和秸秆鲜质量，分别高于常规尿素处理0.82%～2.41%和166%～4.33%。从产量构成的各因素看，施用含氮肥料可显著增加玉米的穗长和穗周长，株高大多略降低，穗行数、行粒数、百粒质量大多有一定增加。土壤全N含量以脲甲醛处理UF1最高，以N0PK处理最低，分别为0.159%、0137%。与常规施肥处理相比，脲甲醛处理的土壤全N含量差异尚不明显。施用脲甲醛处理的土壤铵态氮平均含量由高到低依次为UF4>UF3>UF2>UF1，其中UF1和UF2處理低于N0PK处理。施用脲甲醛肥料处理的土壤硝态氮平均含量由高到低依次为UF4>UF3>UF1>UF2。施肥降低了土壤pH值，与常规施肥处理相比，脲甲醛肥料处理的土壤pH值略升高了-0.24%～4.14%，但差异不明显。说明脲甲醛肥料替代部分尿素在玉米上一次性施用与普通尿素基施加一次追施的效果相当，且以脲甲醛：尿素为1 ∶1的效果略好，可以满足玉米生长季对土壤无机氮的需求，但对土壤pH值和土壤全N含量影响不明显。

关键词：脲甲醛肥料;玉米;产量;土壤铵态氮;土壤硝态氮

中图分类号：S513.06   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）19-0071-05

收稿日期：2019-12-05

基金项目：国家重点研发计划（编号：2017YFD0200708）;沈阳市科技计划（编号：18-202-0-09）;公益性行业（农业）科研专项（编号：201503116）。

作者简介：房娜娜（1982—），女，河南新乡人，博士研究生，助理研究员，主要从事新型肥料研发。E-mail：fangnana0373@163.com。

通信作者：石元亮，博士，研究员，主要从事稳定性肥料、聚氨酸肥料研究，E-mail：shiyl@iae.ac.cn;依艳丽，博士，教授，主要从事土壤肥力、农业环境保护研究，E-mail：yi_yanli@sohu.com。

施用氮肥是农业获得高产的重要手段之一，为了追求产量和经济效益，我国氮肥用量不断增加，已位居世界第1，但我国的氮肥利用率只有30%～35%[1-3]，不仅造成了资源的浪费，也造成了土壤酸化、板结、面源污染等一系列环境问题，成为现阶段制约农业可持续发展的瓶颈之一[4-7]。研制与开发环保、高效的新型肥料，尤其是缓控释肥料是解决上述问题的根本途径之一[8-9]。

脲甲醛肥料（UF）是一种典型的缓释肥料，是第1个大规模实现商业化的缓释肥料，也是目前世界范围内施用量最大的缓释肥料[10-11]。脲甲醛肥料是一种白色无味的粒状或粉状固体，是尿素与甲醛（或多聚甲醛）以直链结合的聚合物，主要成分是含脲分子从2个到6个的聚合物[12]。通过调整尿素与甲醛的摩尔比[n（U）/n（F）]，可制得缩合度不同的脲甲醛肥料[11]。脲甲醛肥料中含有少量游离尿素、冷水不溶氮、热水不溶氮，具有速效、缓释相济的功能，可实现氮素速效、长效的完美结合，氮的利用率可高达50%以上[11，13];肥效可持续作用80 d以上，最长可达2年[11]，1次施肥可满足作物整个生长周期的养分需求，从而节省用肥成本。脲甲醛肥料在土壤中可被微生物水解成铵态氮、二氧化碳和水，能实现肥料的完全降解，对环境无污染，因此具有独特的优势[14]。近几年脲甲醛肥料在我国的需求量逐年增加，逐渐成为我国肥料行业的研究热点之一，备受业界关注和重视，成为我国最具有潜力的缓释肥料品种[14]。但由于种种原因和条件限制，脲甲醛肥料在我国的相关研究起步较晚，理论研究与应用均较少，在如何与速效氮肥配施以及对作物生长、土壤养分、土壤pH值的影响方面还不是很清楚，尤其在我国南方地区的相关研究报道较少。

目前我国大部分地区玉米施肥还采用普通尿素作底肥加1次追肥的模式，由于我国城镇化和土地流转加快，农村劳动力短缺，这种模式远远不能满足现代农业的发展需求，如土地流转、机械化、规模化等。而脲甲醛肥料由于含有亚甲基氮，且具有吸附作用，能够使养分更好地与土粒结合，牢牢吸附在作物根部，利于作物吸收，大大提高肥料利用率[15]，因此，可用作缓释肥，为实现一次性施肥提供可能性[16]。本研究分析通过不同工艺条件化学合成的2种脲甲醛肥料与尿素按不同比例配施对南方鲜食玉米生长、产量、土壤氮素含量、pH值的影响，以期为脲甲醛肥料在南方鲜食玉米上的施用提供可靠的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2018年4月11日至7月4日在福建省福州市闽侯县白沙镇溪头村农业农村部福建耕地保育观测试验站进行，该试验站位于119°04′52″E、26°12′33″N，属中亚热带气候区，年均温度19.5 ℃，年均日照时长 1 812.5 h，年均降水量1 350.9 mm。定位试验点土壤类型为黄泥土，供试土壤基本理化性质：全氮含量1.28 g/kg，有机质含量17.00 g/kg，碱解氮含量 70.30 mg/kg，有效磷含量28.90 mg/kg，速效钾含量86.00 mg/kg，pH值4.67。

1.2 试验设计

前茬作物为甘薯，供試鲜食玉米品种为闽玉糯3号，种子用量22.5 kg/hm2，种植密度60 000株/hm2。

供试肥料为常规尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）、氯化钾（含K2O 60%）、脲甲醛肥料A（含N 36.5%）、脲甲醛肥料B（含N 39.6%），其中脲甲醛肥料A、B由中国科学院沈阳应用生态研究所提供。

试验共设7个处理：不施肥（N0P0K0）、不施氮肥（N0PK）、施常规尿素（U）、施脲甲醛肥料[UF1（脲甲醛肥料A ∶常规尿素=1 ∶1）]、施脲甲醛肥料[UF2（脲甲醛肥料A ∶常规尿素=3 ∶7）]、施脲甲醛肥料[UF3（脲甲醛肥料B ∶常规尿素=1 ∶1）]、施脲甲醛肥料[UF4（脲甲醛肥料B ∶常规尿素=3 ∶7）]。小区面积为2 m×5 m，每个处理3次重复，随机排列。施肥量为N 240 kg/hm2，P2O5 120 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2。常规尿素（U）处理按基肥：大喇叭口期追肥=6 ∶4（质量比）分2次施肥（大喇叭口期将尿素完全溶解于适量水后直接浇于玉米植株中间），UF1～UF4处理中的氮肥均一次性作基肥施用。各处理磷钾肥等量一次性作基肥施用。于2018年4月11日施基肥，4月12日播种玉米，6月4日追施尿素，7月4日收获玉米。各处理肥料用量详见表1。

1.3 样品采集及分析方法

各小区分别于玉米施肥的第3、7、12、22、32、52、92天采用S形取样法采集5点0～20 cm土层的土壤，混为1个样品，每次取样后，将土壤冻存至-20 ℃冰箱， 次日用2.0 mol/L KCl（分析纯， 国药集团化学试剂有限公司）溶液浸提土样1 h（土溶液比为1 g ∶10 mL），将浸提液过滤于50 mL塑料瓶中并在 -20 ℃ 冰箱冻存。土壤铵态氮（NH+4-N）、硝态氮（NO-3-N）含量采用连续流动分析仪（荷兰SKALAR公司）测定。于收获期2018年7月4日采集土样，采用H2SO4消煮凯氏定氮法测定土壤全N含量;土壤含水量测定采用烘干法;pH值（土水比为1 g ∶5 mL）采用pH计（SevenCompact系列，瑞士梅特勒托利多集团）测定。

在玉米关键生育期（拔节后期2018年5月29日、大喇叭口期6月5日、结穗期6月22日）采用TYSA叶绿素测定仪（浙江托普仪器有限公司）测定玉米最上部全展开叶（抽穗后为穗位叶）的SPAD值，每小区测定10张叶片，测定部位为叶片中部无叶脉处。收获期7月4日各小区单打单收，测定玉米穗鲜质量和玉米秸秆鲜质量。各小区采集玉米3株进行室内考种，测定玉米产量构成因子（株高、穗长、穗周长、穗行数、行粒数及百粒质量）。

1.4 统计方法

试验数据为3次重复的平均值±标准差，采用Excel 2007进行数据处理和绘图，采用DPS 14.0软件对数据进行统计分析，不同处理间数据通过最小显著性差异法（LSD）进行多重比较，显著性水平定位为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米SPAD值的影响

SPAD值能够反映作物叶片氮素含量的高低。由表2可看出，施用含氮肥料后玉米关键生育期SPAD值大多显著高于不施氮肥的N0P0K0、N0PK处理，说明施氮可显著提高玉米叶片SPAD值。施用含氮肥料间的比较结果表明，UF3、UF4处理的SPAD值大多高于尿素常规施肥处理，但所有施氮处理间的差异均不显著，表明脲甲醛肥料一次性施用可替代部分尿素，维持玉米氮素吸收，并减少施肥次数，其中UF4处理的SPAD值表现略好。

2.2 不同处理对玉米产量及产量构成的影响

本试验所用玉米品种属于鲜食玉米，玉米穗可食用，玉米鲜秸秆可作青储饲料，故玉米产量数据用玉米穗鲜质量和玉米秸秆鲜质量表示，即玉米产量=玉米穗鲜质量+玉米秸秆鲜质量。由表3可看出，玉米穗鲜质量和玉米秸秆鲜质量以不施肥N0P0K0处理为最低。施用含氮肥料后玉米穗鲜质量和秸秆鲜质量大多显著高于不施氮肥的N0PK处理。施用含氮肥料间的比较结果表明，虽然脲甲醛肥料处理UF1、UF3、UF4玉米穗鲜质量和秸秆鲜质量高于常规尿素处理，但所有施氮处理间的差异均不显著，表明脲甲醛肥料搭配一定比例的尿素在玉米上一次性施用可替代尿素基施加1次追施的施肥模式，维持玉米的产量，且在产量上表现出一定的增产趋势，玉米穗鲜质量和秸秆鲜质量分别增产082%～2.41%和1.66%～433%。Zekri等研究表明，脲甲醛肥料与速效肥料混合施用能降低施肥次数（由15次降至6次）[17]。从产量构成的各因素（表4）看，施用含氮肥料明显增加了玉米的穗长和穗周长，株高大多略降低，穗行数、行粒数、百粒质量大多有一定增加，但差异不显著。与U处理相比，施用脲甲醛处理的玉米产量构成因子差异较小。这与脲甲醛复混肥料在建平县春玉米上施用的研究结论一致，即与农户常规施肥相比，施用脲甲醛复混肥可以使玉米的株高、茎粗、穗粒数、千粒质量等生育性状显著改善，施用脲甲醛复混肥50 kg/667 m2的玉米产量为 876.74 kg/667 m2，比农户常规施肥处理增产64.28 kg/667 m2，增产率为7.91%[18]。周丽平等研究认为，与常规氮肥相比，脲甲醛可显著提高玉米产量，并能降低玉米田间氨挥发[19]。候云鹏等认为，与常规尿素处理相比，脲甲醛处理显著影响玉米穗粒数和百粒质量，能够使玉米增产950%～10.35%[20]。

2.3 不同处理土壤氮素含量变化特征

图1表明，土壤全N含量以脲甲醛处理UF1最高，以N0PK处理最低，分别为0.159%、0137%。与常规施肥处理相比，除脲甲醛处理UF3土壤全N含量略低，其余脲甲醛处理土壤全N含量均较高，但差异尚不明显。

图2-a表明，随着玉米的生长，施肥处理的土壤铵态氮含量呈现先升后降的趋势。常规施肥处理和脲甲醛处理UF1、UF2、UF3、UF4的土壤铵态氮含量明显高于N0P0K0、N0PK处理。施用脲甲醛处理的土壤铵态氮平均含量由高到低依次为UF4>UF3>UF2>UF1，其中UF1和UF2处理高于N0PK处理。从土壤铵态氮含量指标来看，脲甲醛肥料A和B与尿素比例均以1 ∶1效果好于3 ∶7。脲甲醛处理UF1和UF2在施肥第12天、UF3和UF4在施肥第7天土壤铵态氮含量仍低于常规施肥处理，随着玉米生育期的延长，UF3和UF4处理土壤铵态氮含量总体高于常规施肥处理，且在施肥52 d后铵态氮含量高于UF1和UF2处理，表明脲甲醛肥料B配施一定比例的尿素且一次性施肥能维持较高的土壤铵态氮水平。

图2-b表明，随着玉米的生长，施肥处理的土壤硝态氮含量也呈现先升后降的趋势。施肥12 d后，常规施肥处理和UF1、UF2、UF3和UF4处理的土壤硝态氮含量明显高于N0P0K0和N0PK处理。施用脲甲醛肥料处理的土壤硝态氮平均含量由高到低依次为UF4>UF3>UF1>UF2，其中脲甲醛处理UF1和UF2低于常规施肥处理。脲甲醛处理UF1和UF2在前 50 d 土壤硝态氮含量总体低于常规施肥处理，而UF3和UF4处理与U处理相当，且在92 d时仍能保持较高的水平，表明脲甲醛肥料B配施一定比例的尿素也能维持较高的土壤硝态氮水平。这是因为脲甲醛能够被甲基尿素降解酶在一定条件下水解成铵态氮、尿素、甲醛和二氧化碳，但具体机制还不能确认，有待进一步研究[21]。侯云鹏等认为，在春玉米生育期内，脲甲醛处理的0～30 cm 土层无机氮含量整体表现为先降低后小幅上升的趋势，其中玉米苗期略低于常规尿素处理，但是在开花期逐渐增高，尤其在成熟期，显著高于常规尿素处理[20]。

综上，说明脲甲醛肥料A和B配施一定比例的尿素在玉米整个生长期能够维持相对较高含量的土壤无机氮，满足玉米生长。

2.4 不同处理对土壤pH值的影响

图3表明，土壤pH值以N0P0K0处理最高，以常规施肥处理最低，分别为4.84和4.19。施肥之间的pH值差异均不明显。与常规施肥处理相比，脲甲醛肥料处理的土壤pH值升高了-0.24%～414%。说明脲甲醛肥料在南方酸性土壤上施用后提高土壤pH值，这一结果还需要进一步验证，对于解决南方土壤长期过量施用氮肥造成的土壤酸化问题提供了可能性。

3 结论

综合玉米SPAD值、产量构成因子、产量、土壤铵态氮含量、土壤硝态氮含量、土壤全N含量、土壤pH值结果可知，脲甲醛肥料A、B替代部分尿素（脲甲 醛 ∶尿 素为3 ∶7、1 ∶1）在南方鲜食玉米上一次性施用与普通尿素基施加一次追施的效果相当，且以脲甲醛 ∶尿素为1 ∶1的效果略好。

脲甲醛肥料A、B替代部分尿素（脲甲醛 ∶尿素为3 ∶7、1 ∶1）对土壤无机氮含量有一定的提高作用，对土壤pH值和土壤全N含量影响不明显。

参考文献：

[1]朱兆良. 农田中氮肥的损失与对策[J]. 土壤与环境，2000，9（1）：1-6.

[2]朱兆良，孙 波，杨林章，等. 我国农业面源污染的控制政策和措施[J]. 科技导报，2005，23（4）：47-51.

[3]朱兆良. 中国土壤氮素研究[J]. 土壤学报，2008，45（5）：778-783.

[4]熊又升，陈明亮，喻永熹，等. 包膜控释肥料的研究进展[J]. 湖北农业科学，2000（5）：40-42.

[5]许秀成. 缓释、控释肥料生产、使用前景展望[J]. 磷肥与复肥，2006，21（6）：9-11.

[6]李东坡，武志杰. 化学肥料的土壤生态环境效应[J]. 应用生态学报，2008，19（5）：1158-1165.

[7]Molen D T V D，Breeuwsma A，Boers P C M. Agricultural nutrient losses to surface water in the Netherlands：impact，strategies and perspectives[J]. Journal of Environmental Quality，1998，27（1）：4-11.

[8]武志杰，周健民. 我国缓释、控释肥料发展现状、趋势及对策[J]. 中国农业科技导报，2001，3（1）：73-76.

[9]赵秉强，张福锁，廖宗文，等. 我国新型肥料发展战略研究[J]. 植物营养与肥料学报，2004，10（5）：536-545.

[10]吕云峰. 脲甲醛缓释肥料[J]. 磷肥与复肥，2009，11（6）：8-10.

[11]許秀成，李菂萍，王好斌. 脲甲醛肥料在我国发展的可行性[J]. 磷肥与复肥，2009，11（6）：5-7.

[12]黄丽娜，魏守兴. 脲甲醛肥料合成及应用研究现状[J].农学学报，2015，5（7）：76-80.

[13]张文辉，丁巍巍，张 勇，等. 脲甲醛缓释肥料的研究进展[J]. 化工进展，2011，30（增刊1）：437-441.

[14]奚振邦. 现代化学肥料学[M]. 北京：中国农业出版社，2008：108-115.

[15]董 杰，王 雁，王 禾，等. 脲甲醛缓控释肥对夏玉米产量及其构成因素的影响[J].农民致富之友，2015，2：166，108.

[16]朱德进，宁运旺，王会方，等. 江苏单季粳稻对新型氮肥减量减次施用的适宜性分析[J]. 江苏农业科学，2018，46（16）：46-50.

[17]Zekri M，Koo R C J. Evaluation of controlled- release fertilizer for young citrus[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，1991，116（6）：987-990.

[18]赵 凯. 玉米高效控量施肥项目区脲甲醛缓释肥对比示范[J]. 粮油农资，2016，2：19-20.

[19]周丽平，杨俐苹，白由路，等. 不同氮肥缓释化处理对夏玉米田间氨挥发和氮素利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2016，22（6）：1449-1457.

[20]侯云鹏，李 前，孔丽丽，等. 不同缓/控释氮肥对春玉米氮素吸收利用、土壤无机氮变化及氮平衡的影响[J]. 中国农业科学，2018，51（20）：3928-3940.

[21]Jahns T，Schepp R，Kaltwasser H. Purification and characterization of an enzyme from a strain of Ochrobactrum anthropi that degrades condensation products of urea and formaldehyde （ureaform）[J]. Canadian Journal of Microbiology，1997，43（12）：1111-1117.