控失尿素减氮对玉米产量及养分积累与利用的影响

廖 恒， 张爱华, 姚单君， 况胜剑, 郭景丽, 张 钦*

(1.贵州省农业科学院 土壤肥料研究所，贵州 贵阳 550006； 2.河南心连心化学工业集团股份公司，河南 新乡 453731)

0 引言

【研究意义】玉米是我国主要的粮食作物之一，也是贵州省主要粮食作物之一，在人们的生产生活中具有重要地位。2019年我国玉米播种面积为4 128.4万hm2，玉米产量为2.410 6亿t，玉米消费量3.082 9亿t，产需差额达6 723万t；2020年播种面积为4 124.6万hm2，产量为2.606 7亿t。氮是玉米生长的必需元素，也是产量的重要影响因子之一。由于农户盲目追求高产，氮肥用量不断攀升，氮肥利用率较发达国家相差较大。加上降雨和灌溉水的作用，容易导致养分流失等，引发一系列环境及生态问题[1-2]。2015年，农业部印发了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，提出化肥“零增长”下养分高效利用的发展目标，新型缓/控释肥逐渐成为传统肥料的有效替代品，进一步探明磷钾肥等量条件下缓释肥不同减氮量在玉米上的施用效果，对贵州玉米生产上化肥减施增效具有重要意义。【前人研究进展】新型肥料不仅可以提高玉米[3-6]、辣椒[7-9]、马铃薯[10]、小麦[11]和水稻[12]等作物的产量、生物量和养分利用率，还能提高蔬菜瓜果[13-16]的营养品质。其在玉米上的减量施用也有较多研究报道[17-23]，赵欢等[24]研究了缓释肥减量施用对覆膜栽培玉米生物性状、干物质积累与养分分配的影响。【研究切入点】目前，鲜见新型肥料在贵州山区黄壤条件下减氮施用的研究。探究贵州山区黄壤条件下，磷钾肥等量条件下缓释肥不同减氮量在玉米上的施用效果。【拟解决的关键问题】探明缓释肥不同减氮量对玉米产量、养分积累与利用的差异，弄清控失尿素的最佳施用量，为玉米生产上化肥减施增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年4-9月在贵州省贵安新区高峰镇进行，属亚热带湿润季风气候；供试土壤为黄泥土，土壤耕层基本理化性质为pH 6.46，有机质7.09 g/kg，速效氮170 mg/kg，有效磷22.7 mg/kg，速效钾136 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 作物 供试作物为玉米品种西都森玉1号，市购。

1.2.2 肥料 过磷酸钙(P2O5为12%)及氯化钾(K2O为60%)，市购；普通尿素(N为46.7%)及控失尿素(N为43.2%)，河南心连心化肥有限公司提供。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 试验于2016年4-9月进行，共设6个处理：G1，不施氮肥；G2，普通尿素；G3，控失尿素；G4，控失尿素减氮10%；G5，控失尿素减氮20%；G6，控失尿素减氮30%。肥料用量：P2O58 kg/667m2、K2O 8 kg/667m2，共施肥3次，具体施肥量见表1。小区面积24 m2(3 m×8 m)，3次重复，各小区随机区组排列，行株距为75 cm×40 cm。当地农户常规施肥3～4次，尿素施用量为20～25 kg/667m2，磷钾肥一起追施。

表1 不同处理各肥料的施用量

1.3.2 样品采集与指标测定 施肥前取玉米地耕层土壤样品进行基本理化性质分析。土壤pH按水土比(2.5∶1)计法测定；有机质采用重铬酸钾容量法测定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用1.0 mol/L CH3COONH4浸提-火焰光度法测定。

玉米收获时对各小区进行测产，并选择小区代表性玉米6株，取其地上部分，测定穗粒数(粒/穗)、千粒重(g)，并将植株各器官和玉米籽粒分别粉碎后测定氮、磷、钾含量；植株各部位养分含量，全氮采用纳氏比色法测定，全磷采用钼锑抗比色法测定，K采用原子吸收分光光度计测定。

1.3.3 相关参数计算 氮肥利用率(NUE)=(施氮区植株氮总积累量-不施氮区植株氮总积累量)/氮量×100%；氮肥偏生产力(PEPN，kg/kg)=施氮后籽粒产量/氮量；氮素收获指数(NHI)=籽粒氮素积累量/植株氮素积累量×100%；氮素吸收效率(NUPE，kg/kg)=植株地上部分氮素积累量/施氮量；氮肥农学效率(AEN，kg/kg)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/施氮量。

1.4 数据处理

采用Excel 2007和SPSS 22.0对数据进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理玉米的产量及其构成因素

从表2可知，不同处理玉米的穗粒数、千粒重和产量的变化。穗粒数：G4最多，为565.00粒/穗；G2其次，为535.00粒/穗；G1最少，为443.00粒/穗；G4显著高于除G2外的其余处理，其余处理间差异不显著。千粒重：G3最重，为356.94 g；G4其次，为354.32 g；G6最轻，为325.37 g；G3显著高于除G1和G4外的其余处理，G6显著低于除G2和G5外的其余处理。产量：G3最高，为11.46 t/hm2；G4其次，为11.35 t/hm2；G1最低，为8.76 t/hm2；G3与G4差异不显著，二者显著高于其余处理；G1显著低于其余处理；其余处理间差异显著或不显著。控失尿素、控失尿素减氮10%、控失尿素减氮20%和控失尿素减氮30%处理较普通尿素处理分别增产18.63%、17.49%、2.69%和3.42%。

表2 不同处理玉米的产量及其构成因素

2.2 不同处理玉米地上部分的干物质量

从表3可知，不同处理玉米地上部干物质量为320.21～385.13 g/株，依次为G4>G3>G6>G5>G2>G1，G3与G4间差异不显著，二者显著高于其余处理，G1显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。籽粒、穗轴、茎和叶的干物质量分别为176.88～236.40 g/株、23.69～34.98 g/株、67.38～70.49 g/株和46.98～49.15 g/株，依次为G4>G3>G5>G6>G2>G1、G6>G2>G4>G3>G5>G1、G1>G2>G4>G3>G5>G6和G1>G2>G4>G3>G5>G6；各部位干物质量占地上部分干物质总量的比例依次为籽粒>茎>叶>穗轴。可见，控失尿素、控失尿素减氮10%、控失尿素减氮20%和控失尿素减氮30%处理玉米地上部干物质量均大于普通尿素处理，以控失尿素减氮10%处理的效果最好。

表3 不同处理玉米地上部分的干物质量

2.3 不同处理玉米养分的积累量

从表4看出，不同处理玉米各部位氮、磷、钾积累量的变化。氮：各处理玉米籽粒、穗轴、茎和叶积累量分别为75.07～113.01 kg/hm2、7.54～16.33 kg/hm2、22.43～31.48 kg/hm2和15.64～21.95 kg/hm2，依次为G3>G4>G5>G6>G2>G1、G3>G4>G2>G6>G5>G1、G3>G4>G2>G5>G6>G1和G3>G4>G2>G5>G6>G1；各部位干物质量依次为籽粒>茎>叶>穗轴。其中，籽粒G3显著高于除G4外的其余处理，G1显著低于其余处理，其余处理间差异显著或不显著；穗轴G3显著高于其余处理，其余处理间差异不显著；茎和叶G3显著高于除G4外的其余处理，其余处理间差异显著或不显著。磷：各处理玉米籽粒、穗轴、茎和叶积累量分别为54.83～86.93 kg/hm2、4.57～10.44 kg/hm2、12.66～20.08 kg/hm2和8.83～14.00 kg/hm2，依次为G4>G3>G5>G2>G6>G1、G3>G4>G2>G5>G6>G1、G3>G4>G2>G6>G5>G1和G3>G4>G2>G5>G1>G6，各部位干物质量依次为籽粒>茎>叶>穗轴。其中，籽粒G3与G4间差异不显著，二者显著高于其余处理，其余处理间差异显著或不显著；穗轴G3显著高于其余处理，其余处理间差异显著或不显著；茎和叶G3显著高于除G2和G4外的其余处理，其余处理间差异不显著。钾：各处理玉米籽粒、穗轴、茎和叶积累量分别为23.67～30.95 kg/hm2、10.90～22.22 kg/hm2、32.43～50.96 kg/hm2和22.61～35.54 kg/hm2，依次为G3>G4>G5>G6>G2>G1、G3>G4>G5>G6>G2>G1、G4>G3>G5>G2>G6>G1和G4>G3>G5>G2>G6>G1，各部位干物质量依次为茎>叶>籽粒>穗轴。其中，籽粒G1与G2间差异不显著，二者显著低于其余处理，其余处理间差异不显著；穗轴G1显著低于其余处理，其余处理间差异不显著；茎和叶G4显著高于其余处理，G1显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。

表4 不同处理玉米各部位的养分积累量

2.4 不同处理玉米氮素的吸收利用效果

从表5可知，除不施氮肥处理无氮素的吸收利用效果外，各施肥处理玉米的氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮素收获指数、氮素吸收效率和氮肥农学效率的变化。氮肥利用率为13.03%～23.10%，依次为G3>G4>G5>G6>G2，G2显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。氮肥偏生产力为53.69～63.64 kg/kg，依次为G3>G4>G6>G5>G2，G3与G4差异不显著，二者显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。氮素收获指数为56.78%～69.65%，依次为G3>G4>G5>G2>G6，G3与G4差异不显著，二者显著高于其余处理，G2与G6差异不显著，二者显著低于G5。氮素吸收效率为78.75%～90.72%，依次为G4>G3>G6>G5>G2，G2显著低于除G5外的其余处理，其余处理间差异不显著。氮肥农学效率为5.00～14.95 kg/kg，依次为G3>G4>G6>G5>G2，G3与G4差异不显著，二者显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。总体看，除氮素吸收效率以控失尿素减氮10%最高外，氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮素收获指数和氮肥农学效率均以控失尿素最高；氮素收获指数以控失尿素减氮30%最低，其余指标均以普通尿素最低。

表5 不同处理玉米对氮素的吸收利用效果

3 讨论

控失尿素可将遇水溶解的尿素养分耦合在网络内，达到控制养分挥发、流失并提高肥料利用率的目的，可满足作物生长所需的养分，促进作物生长，提高作物氮肥利用率。研究结果表明，玉米产量以控失尿素和控失尿素减氮10%相对较高，分别为11.46 t/hm2和11.35 t/hm2，二者差异不显著，但均显著高于其余处理，控失尿素、控失尿素减氮10%、控失尿素减氮20%和控失尿素减氮30%较普通尿素分别增产18.63%、17.49%、2.69%和3.42%。与许海涛等[19-23]的研究结果一致。许海涛等[19]研究表明，减氮10%、减氮20%和减氮30%处理，玉米产量随减氮量增大呈下降趋势，且差异显著；陈治嘉等[21]研究表明：减氮10%处理玉米产量显著高于减氮30%和减氮40%，与减氮20%不显著。朱从桦等[22]研究表明，玉米产量减氮10%、减氮20%和减氮40%玉米产量随减氮量增大呈下降趋势。秦文等[23]研究表明，腐殖酸与普通尿素配施后减氮20%和减氮40%时，减氮20%处理产量与100%处理相近。尹彩侠等[20]研究表明，减氮25%和减氮40%产量差异不显著。

研究结果表明，玉米地上部干物质量，控失尿素、控失尿素减氮10%、控失尿素减氮20%和控失尿素减氮30%处理玉米地上部干物质量均大于普通尿素处理，以控失尿素减氮10%的效果最好，控失尿素减氮10%处理地上部分生物量为385.13 g/株，显著高于减氮20%和减氮30%处理，减氮20%与减氮30%处理间差异不显著，与朱从桦等[22,24]的研究结果一致。研究结果表明，各处理玉米籽粒、穗轴、茎和叶的氮积累量分别为75.07～113.01 kg/hm2、7.54～16.33 kg/hm2、22.43～31.48 kg/hm2和15.64～21.95 kg/hm2，依次为控失尿素>控失尿素减氮10%>控失尿素减氮20%>控失尿素减氮30%>普通尿素>不施氮肥、控失尿素>控失尿素减氮10%>普通尿素>控失尿素减氮30%>控失尿素减氮20%>不施氮肥、控失尿素>控失尿素减氮10%>普通尿素>控失尿素减氮20%>控失尿素减氮30%>不施氮肥和控失尿素>控失尿素减氮10%>普通尿素>控失尿素减氮20%>控失尿素减氮30%>不施氮肥，与朱从桦等[22]的研究结果一致。各施肥处理玉米的氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮素收获指数、氮素吸收效率和氮肥农学效率分别为13.03%～23.10%、53.69～63.64 kg/kg、56.78%～69.65%、78.75%～90.72%和5.00～14.95 kg/kg。总体看，除氮素吸收效率以控失尿素减氮10%最高外，氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮素收获指数和氮肥农学效率均以控失尿素最高；氮素收获指数以控失尿素减氮30%最低，其余指标均以普通尿素最低。

4 结论

控失尿素、控失尿素减氮10%、控失尿素减氮20%和控失尿素减氮30%处理玉米产量及地上部干物质量均高于普通尿素处理，以控失尿素和控失尿素减氮10%的效果最好，较较普通尿素处理分别提高18.63%、17.49%和9.50%、11.59%；控失尿素处理氮累积量最高，较普通尿素处理提高34.81%；控失尿素减氮10%处理磷积累量最高，较普通尿素处理提高21.44%；控失尿素、控失尿素减氮20%钾积累量显著高于普通尿素处理，分别提高10.37%和14.14%。