差异化尿素对玉米生长及氮素利用率的影响

郑文

（中国中煤能源股份有限公司，北京 100120）

氮素是作物生长的必需元素之一，施用氮肥是农业增产的关键一步[1]。我国是世界上最大的化学氮肥施用国，占全球总量的33%。近年来，我国氮肥施用量持续增加，但粮食产量增长却十分缓慢[2-3]。普通氮肥施入土壤后，经过挥发、淋溶、反硝化等物理、化学作用后，损失率可高达70%，不仅造成巨大的浪费，而且造成的环境污染也日益严重[4-6]。

当前我国化肥行业面临的挑战如下：一是产能仍呈现结构性过剩；二是肥料制造业盈利能力较差；三是产品结构不合理，化肥利用率仍然偏低；四是环境代价高，化肥的过度使用已经造成了土壤板结、酸化、次生盐渍化等问题。我国尿素氮肥消费量大、利用率低，全国大田作物的平均氮肥利用率只有30%左右，远低于发达国家50%～60%的水平。尿素新产品种类繁多，销售价格也参差不齐，目前市场上主流的有包膜缓释尿素、增值尿素、稳定性尿素等，其中包膜尿素、增值尿素等已拥有国家或者行业执行标准，为新产品尿素市场健康发展奠定了基础。目前在欧洲、美国等发达国家，缓控释肥料生产量占比较大，美国占了43%，西欧占比则高达70%。德国在1924年就有了关于脲甲醛的专利，在五六十年以前，德国的巴斯夫实现了脲甲醛的产业化，目前德国已经立法规定化肥必须经过缓释处理才能进入市场流通。印度出于对节约资源、保护环境的要求，已经立法通过所有的尿素都不能直接施用，必须要施用缓释尿素[7-9]。

近年来，新型化肥开始逐步取代传统化肥，成为化肥领域发展创新的关注点。新型化肥包括缓控释肥、水溶肥、有机肥、生物肥、功能性肥剂、中微量元素肥等。我国缓控释肥生产加工以及消费使用总量已居全球第一。未来5年，我国新型肥料将以10%以上的复合增长率增长，其中水溶肥和缓释肥增长率分别为16%和9%，生物刺激素市场增速高达18%[10]。在尿素行业方面，开发出大颗粒尿素、多肽尿素、聚谷氨酸尿素等一系列产品。为了对比差异化尿素对玉米生长及氮素利用率的影响，本研究通过田间对比试验，设置不同施肥方式和施肥量处理与对照处理，对玉米关键生育期生物量、土壤水分、速效养分等关键指标变化进行监测，从而对肥料功能进行客观评价。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

中国科学院禹城综合试验站地处黄淮海平原腹地，地貌类型为黄河冲积平原，土壤母质为黄河冲积物，以潮土和盐化潮土为主，表土质地为轻-中壤土，是黄淮海平原的主要农业生产区。该地区农业生态系统以种植业（小麦、玉米、蔬菜为主）、畜牧业（牛、鸡、猪为主）、水产养殖业为主要结构，在黄淮海平原具有典型性和代表性。

1.2 试验材料

供试尿素产品共4种，分别为聚谷氨酸尿素、普通大颗粒尿素、普通小颗粒尿素、多肽大颗粒尿素。

1.3 试验设计

本试验于2019年5—10月开展，根据施肥方式和施肥量不同，共设7个处理，具体如表1所示。3次重复，小区面积 50 m2（10 m×5 m）。

表1 不同处理小区施肥量

1.4 试验过程

玉米于2019年6月13日种植，10月10日收获。处理2～6的尿素均分为底肥与追肥施用，磷钾肥全量作为底肥施用；追肥时间为大喇叭口期（2019年7月13日）。田间虫害防治等其他管理与当地习惯一致。在关键生长季采集土壤、作物和根系样品，测定指标包括土壤硝态氮（NO3-）、铵态氮（NH4+）、总氮（TN）、含水量、生物量、产量等。

2 结果与分析

2.1 作物产量及其产量构成

由表2可知，CK籽粒产量为7 560 kg/hm2，显著低于其他各施肥处理（各施肥处理玉米籽粒产量在8 757.0～9 615.0 kg/hm2之间）。各施肥处理之间籽粒产量及秸秆产量均无显著性差异。同时，在聚谷氨酸尿素的3种施用模式处理之间，处理1和处理2籽粒产量均低于处理3，减幅分别为2.2%、2.6%。

表2 不同处理玉米产量构成因子

玉米产量构成因子方面，处理3、6的增产效应主要体现在穗行数与行粒数的提高。千粒重处理3略低，但与其他施肥处理之间并无显著差异。此外，在聚谷氨酸尿素不同施用方式处理之间，处理2行粒数显著低于处理1、3。

2.2 作物生长情况

由图1可知，CK干物质积累量低于其他各处理。不同种类尿素处理间总干物质积累量表现为处理3＞处理4＞处理5＞处理6；在大喇叭口期前，处理5玉米干物质积累量最高，其次为处理2。可知，聚谷氨酸减量对玉米生育初期的生长并无影响。在吐丝期，干物质积累量以处理6和处理3最高，分别为193.6、186.3 g，分别高于 CK 73.0%、79.8%。在聚谷氨酸尿素不同施用方式之间，以处理3玉米吐丝期的总干物质积累量最高，比处理1、2高56.2%～64.6%。

由图2可知，根系密度从玉米苗期—吐丝期均表现为增长趋势，且在各个时期不同种类尿素处理均高于CK。在吐丝期与收获期，处理6、3根系密度均高于处理4、5。聚谷氨酸尿素不同施用方式间，处理1在苗期、大喇叭口期以及拔节期的根系密度均高于其他施用方式；但在吐丝期与收获期，以处理3最高，根系密度分别为1 105.9、814.9 g/m3，特别是在收获期，高于其他施用方式30.5%～36.1%。

由图3可知，玉米叶面积不同种类尿素处理在苗期表现为处理6＞处理3＞处理5＞处理4，且在拔节期与吐丝期，处理6、3仍表现最优。聚谷氨酸尿素不同施用方式间，在苗期与大喇叭口期，处理1玉米叶面积均高于其他2个处理；而在拔节期、吐丝期，处理3叶面积最高，分别比处理1高9.6%、17.2%。

由图4可知，不同种类尿素处理间，处理5玉米株高最高，但在大喇叭口期，处理6玉米株高最高；在拔节期—吐丝期，处理6、3玉米株高均高于其他肥料处理。在聚谷氨酸尿素不同施用方式处理之间，在大喇叭口期与拔节期，处理1玉米株高最高，分别为196.0、248.5 cm；但在吐丝期，以处理3株高最高，为267 cm。

2.3 氮肥利用效率

由图5可知，根系含氮量在不同种类尿素处理之间，以处理5的根系含氮量最低（12.55 g/kg）。聚谷氨酸不同施用方式处理之间，以处理1根系含氮量最低（11.85 g/kg）。分析秸秆含氮量，不同尿素处理之间并无显著性差异；在聚谷氨酸尿素不同施用方式处理之间，处理3、2均高于处理1（增幅7.0%～9.4%）。玉米籽粒含氮量方面，处理6、3最高，分别为19.02、18.95 g/kg，均高于其他尿素处理。此外，处理1籽粒含氮量仅为17.3 g/kg，比处理3低9.1%。

由表3可知，在4个不同种类尿素处理（处理3、4、5、6）之间，处理 3、6 表现有较高的 RE，分别为35.1%、36.4%；玉米氮素农学利用效率（NUE）4个不同种类尿素处理之间的排序均为处理6＞处理3＞处理4＞处理5；处理5 HI最高，说明在同样的生物量下，小颗粒尿素能获得更多的籽粒。不同聚谷氨酸尿素施用方式处理间，处理2获得较高的NUE与PFP，分别为10.1与54.9；处理1各项氮素利用效率均最低，RE与NUE分别低于处理3 48.1%与11.5%。

表3 不同处理肥料利用效率

2.4 土壤保水特征

图6为8月11日集中降水后土壤传感器实时数据，并采用土壤水分下降速率表征灌溉后的土壤水分变化特征。图7为玉米不同生育期采用烘干法测定的耕层土壤含水量。

可以看出，在降雨后的第1天，各个处理的土壤水分快速下降，随着时间的推移，下降趋势减慢，直到基本平缓。对比不同处理间的土壤水分下降速率以及不同生育期土壤含水量，处理3没有表现出明显的保水特征。

3 结论

在华北平原潮土区开展差异化尿素玉米季田间肥效试验，对聚谷氨酸尿素、多肽大颗粒尿素、普通大颗粒尿素与普通小颗粒尿素的肥效及聚谷氨酸尿素的施用模式进行综合评价，结果表明：聚谷氨酸尿素在玉米穗行数、行粒数方面表现出增产作用；聚谷氨酸尿素能促进玉米籽粒的氮素吸收；聚谷氨酸尿素与多肽大颗粒尿素均能促进玉米根系生长；常规用量并分底肥与返青追肥的施肥模式是适用于聚谷氨酸尿素的施用模式[11-12]。