聚脲甲醛缓释肥与尿素不同配比对潮土小麦产量及氮肥利用率的影响

2021-07-19吕金岭寇长林于冬梅

磷肥与复肥 2021年6期

吕金岭，寇长林，于冬梅

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州 450002；2.农业部原阳农业环境与耕地保育科学观测实验站，河南原阳 453500；3.河南省农业生态环境重点实验室，河南郑州 450002；4.西平县土肥利用管理站，河南西平 463900）

提升作物氮肥利用效率，减少氮素的其他损失途径，是当前绿色农业发展的必然要求之一［1］。然而传统肥料通常存在挥发性强、淋溶损失严重和氮肥利用效率不高等问题，从而引发了一系列生态和环境危机［2-3］。造成这些问题的根源不仅是传统肥料施用方式和施用量的问题，更多的是由于传统肥料自身难以克服的结构性问题［4-5］。因此，新型缓控释肥料的研发和应用显得极为重要。聚脲甲醛缓释肥作为一种新型缓释肥料，最早应用在菜地和高尔夫球场［6-7］，随着工艺技术的推进，聚脲甲醛缓释肥的成本明显降低，使得其在农田上应用成为可能［8-9］。聚脲甲醛是尿素和甲醛在不同温度与压力条件下的缩合产物，通过调整尿素和甲醛的比例，可以缩合出不同链长的聚脲甲醛肥料［10］。聚脲甲醛肥料进入农田后需要通过微生物的分解，才能进一步被作物所利用，因此不同气候、土壤和农田管理措施下其养分释放存在着一定的差异［5，11-12］。小麦是华北平原的主产作物，而潮土是华北平原最典型的土壤类型之一，聚脲甲醛缓释肥在潮土麦田的利用方式以及产生的产量效益和氮肥利用率研究还未见报道。基于此，本研究以潮土小麦为研究对象，探讨不同量聚脲甲醛缓释肥的缓释效果，并对其产量、氮素吸收利用率、氮肥农学效率和经济效益进行评估，以期为此类肥料的进一步优化和大范围推广应用提供基础。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验区位于河南省原阳县祝楼乡，该地区属于暖温带大陆性季风气候，年平均气温为14.4℃，多年平均降水量为549.9 mm，降雨主要集中在6至8月，降雨量约占全年的60%，全年日照2 300～2 600 h，无霜期210～220 d。供试土壤为轻壤质潮土。耕层（0～20 cm）土壤的主要理化性质如下：pH约8.2、w（有机质）11 g/kg、w（总氮）0.63 g/kg、w（总磷）0.75 g/kg、w（有效钾）144.1 mg/kg、w（有效磷）23.6 mg/kg、w（铵态氮）0.89 mg/kg、w（硝态氮）35 mg/kg。

1.2 试验处理

试验于2017年开始，共设置5个处理，分别为不施氮肥（CK）、单纯尿素（OPT）、100%聚脲甲醛缓释肥（郑州高富肥料有限公司提供）（MU1）、75%聚脲甲醛缓释肥+25%尿素（MU2）和50%聚脲甲醛缓释肥+50%尿素（MU3）。每个处理3次重复，共15个小区。小区按照随机区组排列，每个小区面积为40 m2（5 m×8 m）。磷、钾肥采用过磷酸钙（w（P2O5）12%）和氯化钾（w（K2O）60%），磷、钾肥和聚脲甲醛缓释肥均一次性基施。尿素除了OPT处理分2次施用（按照当地施肥习惯，40%基施，60%追施）外，MU2和MU3处理也均一次性基施。不同施肥处理具体施肥量见表1。试验小区各处理均由高20 cm、宽30 cm的土埂隔开，用于防止灌溉过程中的串肥、串水问题。小麦基肥期采取撒施后旋耕覆土的方式，追肥期采取撒施灌溉方式。小麦选用国审小麦158。播期为2017年10月12日，667 m2播量12.5 kg，收获期为2018年6月5日。试验期间做好田间除草、病虫害检测防治工作。

表1 不同施肥处理聚脲甲醛、尿素及磷钾肥施用量 kg/hm2

1.3 样品采集与测定

土壤样品的采集：在作物种植前采集0～20 cm耕层土壤样品，分析pH、有机质、总氮、铵态氮和硝态氮、有效磷、有效钾等。其中pH测定采用1∶2.5土水质量比（风干土）制备土壤悬浮液；土壤中的铵态氮和硝态氮用1 mol/L氯化钾浸提，用连续流动分析仪测定。具体样品分析方法见鲍士旦编著的《土壤农化分析》［13］。同时采集小麦生长关键期和收获后0～20 cm耕层土壤样品，主要用于分析土壤铵态氮和硝态氮含量。

植物样品的采集：记录小麦各时期苗情。收获时，每个小区采集小麦2 m2，用于后期估算小区产量和地上生物量。同时选取1 m样行装入网袋并做好标记，随后进行考种，用于测定小麦株高、穗长、穗粒数以及千粒质量等。并将风干的小麦样品进行烘干并粉碎处理，用于测定籽粒和秸秆氮含量。

1.4 计算公式与数据处理

不同处理间产量、穗粒数、千粒质量等均采用最小显著法（LSD）进行多重比较以鉴别不同处理差异是否显著，并使用SPSS软件进行统计分析。

2 结果和讨论

2.1 聚脲甲醛缓释肥对耕层土壤氮素含量影响

不同施肥处理对耕层土壤氮素含量的影响见图1。从图1可以看出，不同施肥处理耕层土壤总氮含量差别不显著（p＞0.05），CK处理的总氮含量尽管相对较低，但与其他处理差异仍未达到显著水平，这与化肥投入氮与土壤固有的总氮含量相比相对较低有关。同时比较不同施肥处理的矿质氮含量（作物收获后）发现，MU1处理的硝态氮含量最高，显著高于其他处理，其次为MU2和MU3处理，CK和OPT处理的硝态氮含量较低。这说明施用聚脲甲醛缓释肥可以显著提升土壤的硝态氮含量。高量聚脲甲醛缓释肥处理耕层土壤硝态氮的含量最高，减量聚脲甲醛缓释肥处理土壤硝态氮含量降低，但仍高于单施尿素处理，说明聚脲甲醛氮素具有较强的缓释效果。赵蒙等［9］在太湖稻田试验中发现了类似的现象，说明聚脲甲醛缓释肥在水田和旱地均拥有良好的缓释效果。

图1 不同施肥处理耕层土壤全氮和矿质氮

2.2 聚脲甲醛缓释肥对小麦关键生理指标的影响

不同施肥处理对小麦关键生理指标的影响见图2。不同聚脲甲醛量与尿素配施对小麦群体数、穗数、穗粒数与千粒质量均有不同程度的影响。从图2中可知，除CK处理外，其余施肥处理间的群体数无明显差别；OPT处理和MU2处理的穗数和穗粒数显著高于其他处理，其次为MU1和MU3处理，CK处理的穗数和穗粒数最低；对比不同处理的千粒质量发现，除了MU1处理显著低于其他处理之外，其余处理的千粒质量均无显著差别。

图2 不同施肥处理小麦群体数、穗数、穗粒数和千粒质量

2.3 聚脲甲醛缓释肥对小麦产量的影响

不同施肥处理对小麦产量的影响见图3。从图3中可以看出，OPT、MU2和MU3处理的籽粒产量显著高于其他处理，其次为MU1处理，CK处理的籽粒产量最低。这说明单纯使用聚脲甲醛处理不利于作物产量的提升，而配施尿素可以起到稳定产量的作用，其原因可能归结于，聚脲甲醛缓释速度较慢，有可能影响前期作物对氮素的有效吸收，同时也可能与聚脲甲醛缓释肥缓释周期较长，导致氮素可能未在小麦生长关键需肥期内完全释放出有关。对比不同施肥处理的秸秆产量发现，除CK处理外，其余施肥处理差别不明显，整体而言MU3处理的秸秆产量相对较高。

图3 不同施肥处理小麦籽粒及秸秆产量

2.4 聚脲甲醛缓释肥的氮肥利用率和农学效率

不同施肥处理的氮肥利用率和农学效率见表2。不同聚脲甲醛施用量处理小麦籽粒和秸秆总氮含量有所不同，从表2中可以看出，MU1和MU2处理籽粒全氮含量显著高于其他处理，其次为OPT和MU3处理，CK处理小麦籽粒总氮含量最低。MU1、MU2和MU3处理的秸秆总氮含量显著高于其他处理，聚脲甲醛处理间差别不明显，由此可见聚脲甲醛施用可以提升小麦对氮素的吸收量。不同处理的地上吸氮量也存在显著差别，OPT、MU2和MU3处理的地上总吸氮量显著高于其他处理（p<0.05），其次为MU1处理，CK处理的数值最低。这主要与MU1和CK处理的籽粒和秸秆产量较低有关。对比不同处理的氮吸收利用率发现，MU2处理的氮肥利用率最高，其次为MU3和OPT处理，MU1的氮肥利用率较低。与氮肥利用率结果不同，OPT、MU2、MU3处理的氮素农学效率无显著差异，但明显高于MU1处理。这说明适量的聚脲甲醛缓释肥配施尿素可以显著提升作物氮肥利用效率，过多或者过少施用都不利于氮吸收利用率和农学效率的提升。

表2 不同施肥处理的氮肥利用率和农学效率

2.5 聚脲甲醛的经济效益分析

对比不同处理的肥料总投入和小麦总产值，结果发现，MU1处理的肥料投入成本最高，其次为MU2和MU3，OPT和CK处理的肥料投入成本相对较低。不同于肥料总投入，OPT处理的小麦产值最高，达到13 834元/hm2，MU2和MU3处理的小麦总产值也均超过13 000元/hm2，CK处理的小麦总产值最低（见表3）。结合肥料投入和小麦产值，估算不同施肥处理的经济效益和肥料产投比，结果发现，OPT处理的肥料总收益高于其他处理，其次为MU2处理，其余处理的肥料总收益相对较低。MU1和MU2处理的肥料产投比低于其他处理，说明聚脲甲醛缓释肥的产投比较低，未来仍需进一步提升。