尿素中控失剂添加量对夏玉米氮素利用和产量的影响

崔双双，孙泽强,2，王学君,2，董晓霞,2，刘盛林，田慎重，刘志鑫

（1山东省农业科学院农业资源与环境研究所，济南 250100；2农业部山东耕地保育科学观测试验站，济南 250100；3东营市农业高新技术示范区，山东东营 257000）

0 引言

在所有植物生长的必需元素中，氮素是限制植物生长和产量的首要因素[1]，因而一般氮肥在所有肥料中的使用量最大，占到中国化肥用量的60%以上[2-4]。中国是世界上化肥生产和施用量最多的国家[5]，在维持作物高产稳定的同时，也因传统水肥管理的不合理而造成大量氮素流失，目前中国氮肥的当季利用率平均约为28%～41%[6-8]，远低于发达国家50%～60%的水平[9-10]。玉米广泛应用于食品、饲料、化工等领域，是中国播种面积最大的粮食作物[11]，但是玉米的氮肥利用率低于其他粮食作物，山东省所在的华北平原年降水70%以上集中在夏玉米季，降水多而集中，易造成土壤中氮素淋失，为增加产量而盲目、过量施加化肥，带来了农业生产成本的增加、生态环境的污染和农产品品质的急剧下降，同时使该地区夏玉米氮肥利用率不断降低。

控失剂由多种微纳米多孔天然矿物材料和生物高分子材料精准复配后改性而来[12-13]，溶解后形成的网状结构能“绑定”植物根系周围的肥料养分，达到控制养分迁移、流失的目的，与普通肥料均匀混合造粒形成的肥料称为控失性肥料，控失肥料施入土壤后，在适当的条件下控失剂形成无数的“网络”结构，相互作用并“网捕”肥料的有效养分，降低水分以及“网捕”的肥料养分的迁移和挥发，为作物生长提供持续充足的养分。

已有诸多关于控失肥提质增效的研究，周丽平等[14]、孙克刚等[15]、杨威等[16]均有研究表明，施用控失肥可以提高夏玉米产量、减少养分损失、提高氮肥利用效率，但是控失剂价格偏高，要想在保证效益的基础上推广控失肥，就要制定最适宜的控失剂添加量。

国家也十分重视农用新型肥料发展，鼓励研究开发环保、省工、增产、高效的新型肥料，控失剂是一种天然高分子物质，符合国家政策方针，适宜作物高产稳定发展，但是对于控失剂用量的研究较少，因此对控失肥添加剂用量的把控还有待进一步研究。本研究以心连心肥料有限公司生产的控失尿素为材料，开展田间肥效试验，研究不同量控失尿素对玉米生长、产量、氮素吸收累积、当季利用率的影响，以期为新型控失尿素肥料中添加剂的适宜用量提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

2016 年6 月和2017 年6 月分别在低产田（东营市渤海农场二分场）、中产田（济宁市嘉祥县）进行夏玉米肥效试验。东营市渤海农场(37°45′53.57″N，118°40′52.51″E)，属暖温带大陆性季风气候，年平均气温12.8℃，年平均降水量555.9 mm，地下水深埋2～3 m，地下水矿化度10～40 g/L；济宁市嘉祥县(35°27′9.23″N，116°17′32.56″E)，地处于鲁西南平原，属黄泛冲积平原，暖温带大陆性季风气候，年均气温13.9℃，年降水量701.8 mm，海拔高度38 m。两处试验地前茬作物均为冬小麦，小麦收获后全部秸秆机械粉碎还田，玉米播种日期为当年6月。

试验地土壤类型以及耕层土壤基础理化性状如表1所示。

表1 试验地土壤基础理化性质

1.2 试验材料

1.2.1 试验用肥 氮肥分别为普通尿素（含N 46.4%），1%控失剂尿素（含N 46.0%），2%控失剂尿素（含N 45.7%），3%控失剂尿素（含N 44.8%），4%控失剂尿素（含N 44.5%），5%控失剂尿素（含N 44.3%），6%控失剂尿素（含N 43.8%），试验所用氮肥肥料均由河南心连心化工集团有限公司生产提供。磷肥均使用重过磷酸钙（P2O5含量44%），钾肥均使用氯化钾（K2O含量60%）。

1.2.2 玉米品种 东营市渤海农场二分场试验地所用玉米品种为‘联创808’，济宁市嘉祥县试验地所用玉米品种为‘伟科702’，均为当地主推夏玉米品种。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 分别于2016 年和2017 年在东营市渤海农场二分场和嘉祥县开设试验，均设置8 个处理：（1）无氮处理（CK，不施加氮肥，磷肥、钾肥的施加量与其余处理一致）；（2）常规尿素处理(CU)；（3）Ⅰ型控失尿素处理（控失剂含量1%，LCU1）；（4）Ⅱ型控失尿素处理（控失剂含量2%，LCU2）；（5）Ⅲ型控失尿素处理（控失剂含量3%，LCU3）；（6）Ⅳ型控失尿素处理（控失剂含量4%，LCU4）；（7）Ⅴ型控失尿素处理（控失剂含量5%，LCU5）；（8）Ⅵ型控失尿素处理（控失剂含量6%，LCU6）。每个处理3 次重复，共计24 个小区，每个小区面积40 m2，小区采用随机区组排列。

2016 年东营市夏玉米试验地肥料施用量为225 kg N/hm2、105 kg P2O5/hm2、60 kg K2O/hm2，2017 年济宁市夏玉米试验地肥料施用量为180 kg N/hm2、105 kg P2O5/hm2、90 kg K2O/hm2，施肥方法为底肥肥料撒施后旋耕，氮磷钾肥全部基施。

1.3.2 样品采集与分析 试验开始前按照“S”型采样法于试验地均匀采集0～20 cm耕层土样，经过风干、过筛后，测定基础土壤样品的pH、EC、碱解氮、有效磷和速效钾含量。

玉米成熟后，试验小区全部收获，单独记产，各小区分别取样置于通风处自然风干，并进行考种，测定玉米地上部生物量、籽粒质量、千粒重，然后将秸秆和籽粒分开进行烘干粉碎，采用凯氏法(ISO 20483:2006,IDT)进行全氮含量测定。同时，采集玉米收获后的耕层土壤样品，风干过筛后测定碱解氮含量。

1.3.3 数据处理 见公式(1)～(3)。

试验数据采用Excel 2007 软件进行计算，Origin 8.0软件做图，SPSS 16.0软件进行统计，LSD多重比较检验处理间差异显著性(P＜0.10)。

2 结果与分析

2.1 控失尿素对玉米地上部生物量累积和氮吸收利用的影响

从图1 可以看出，施氮显著促进夏玉米地上部干物质累积。其中，2016 年东营试验地施氮处理较CK玉米干物质累积量增大幅度为6.5%～18.0%，控失剂含量为4%～5%的尿素（Ⅳ型、Ⅴ型）对玉米干物质量累积影响最大，分别较CK增加17.3%和18.0%，分别较CU增加6.85%和7.46%；2017年济宁试验地，与CK相比，Ⅵ型控失尿素处理显著提高夏玉米干物质量，与CU相比，Ⅱ型、Ⅳ型控失尿素对夏玉米干物质累积量影响显著。综合2016 年和2017 年的玉米干物质累积量结果来看，Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素夏玉米干物质累积量最多，因此尿素中控失剂添加量为4%和5%是较适合玉米生长的添加量。

施氮显著增加玉米氮吸收累积量（见图1），2016年东营试验地，Ⅴ型控失尿素与CK 相比显著促进夏玉米对氮素的吸收利用，与CU相比促进作用不显著，Ⅱ～Ⅴ型控失尿素氮吸收量分别较CK 增加36.02%、26.64%、30.72%、41.23%，分别较CU 增加12.23%、2.85%、6.92%、17.43%。2017年济宁试验地，施氮显著提升玉米氮吸收量，与CU 相比较，Ⅲ～Ⅵ型控失尿素显著增加夏玉米氮吸收量，分别增加15.25%、21.44%、14.625%、10.29%。综合2016年和2017年玉米氮吸收量结果，4%～5%控失剂用量的尿素玉米氮吸收效果最好，因此尿素中添加4%和5%控失增效剂是适合玉米氮肥吸收的添加量。

图1 尿素中不同控失剂用量对夏玉米地上部干物质累积量和氮吸收累积量的影响

由表2 可以看出控失尿素对玉米氮肥肥效的影响。Ⅰ型控失尿素的氮肥当季利用率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力均小于其余氮肥处理，随控失增效剂量的增加玉米的氮肥当季利用率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力呈现先升高后降低的趋势，在4%控失剂用量处最大。综合所述，Ⅳ型控失尿素的氮肥肥效最高，因此尿素中添加控失剂的量太低反而会降低作物对肥料的吸收利用，只有合适的剂量才能保证肥效的最高利用。

表2 不同控失剂添加量尿素的玉米氮素养分吸收利用效率

2.2 控失尿素对玉米产量的影响

由表3 可知，施加氮肥显著提高玉米产量。2016年和2017 年CK 处理均比CU 处理减产8%以上。Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素对玉米增产效果最好，其中2016 年Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素分别较CU增产12.59%和11.11%，2017 年Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素分别较CU 增产4.72%和4.96%。普通尿素和控失尿素对2016 年和2017 年夏玉米千粒重均无显著影响。

表3 不同控失尿素处理对玉米产量的影响

由图2 可知，不同控失剂添加量尿素对2016 年和2017 年夏玉米产量的影响，由图中拟合公式计算出2016年尿素中控失剂添加量为4.461%时，夏玉米产量最高；2017 年尿素中控失剂添加量为5.158%时，夏玉米产量最高。因此，可推算出4.81%的控失剂添加尿素对夏玉米产量影响最大。

图2 不同添加量的控失尿素对玉米产量的影响

2.3 控失尿素对土壤碱解氮含量的影响

施加氮肥增加夏玉米收获后土壤中的碱解氮含量（见表4），增加幅度为22.66%～32.01%。Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素土壤碱解氮含量最高，分别较CK 高出31.22%和32.01%，分别较CU 高出5.73%和6.37%；无氮处理降低土壤中碱解氮含量，低于CU 19.43%。

表4 玉米收获后不同控失处理耕层土壤的碱解氮含量

3 讨论

作物生物量的累积是作物高产的基础[17]，植株养分的吸收累积则直接影响作物干物质量的累积，进而影响作物产量[18]，要想作物高产必须要保证作物养分的吸收累积和生物量累积，所有养分中又以氮素对作物生长影响最大，因此了解作物氮素吸收累积特性是合理施肥的重要依据[19-20]。本研究结果表明，施加氮肥增加玉米地上部生物量累积，对玉米氮吸收累积量亦有显著增加（见图1），以Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素生物量和

氮吸收量最高，因夏玉米氮吸收量和生物量决定产量，玉米产量同样为Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素最高（见表3）。周丽平、杨威等均有研究证明控失尿素对夏玉米增产效果显著[14,16]。控失尿素“网捕”肥料中的养分，并在一定条件下释放养分以满足各个时期作物生长发育的需求，促进植株对养分的吸收和累积，但是控失剂添加量太少或太多均会阻碍作物生长，这可能是因为“网”的量太少，对肥料养分的控制作用不够，反而阻碍了作物更好地吸收养分；控失剂量太多对玉米生长促进作用降低，一方面可能是因为肥料养分被“网捕”过多，玉米初期的营养生长所需养分得不到充足供应，另一方面可能是网捕的养分在作物成熟后还没有完全释放，养分得不到有效利用。

因一部分肥料养分被固定在土壤中，当季肥料表观利用率并不能很好地反映肥料真实利用效率[21]，因此将氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮收获指数、氮肥利用率等指标同时进行分析比较，能够更清晰地反映作物对肥料的吸收利用效果[22-25]。已有诸多研究证明控失尿素可促进作物吸收累积氮素，提高氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率等[14,26-27]。本研究结果表明，2%～6%控失剂添加量尿素玉米的氮肥利用率、氮素农学效率和氮肥偏生产力均高于普通尿素，其中以Ⅳ型控失尿素最高，其次是Ⅴ型控失尿素（表2），与玉米生物量累积、氮吸收累积、产量结果相一致，说明控失剂的添加量对玉米生长和氮肥肥效有显著影响，添加量过低，增效不显著，添加量过高则降低肥料肥效，且成本较高。

4 结论

施加氮肥促进夏玉米生物量累积和氮吸收累积，提高产量和氮肥肥效，普通肥料中添加一定比例的控失剂后玉米产量和氮肥肥效更高。控失尿素较普通尿素玉米产量增加高达12.59%，氮肥利用率最高达27.77%，且4%控失剂添加量尿素的玉米产量、氮吸收量、生物量、氮肥利用率均最高，其次是5%控失剂添加量尿素，说明新型控失尿素对玉米的增产增效明显。由不同添加量控失尿素与夏玉米产量的拟合情况（见图2）推算出尿素中最佳控失剂添加量为4.81%。