不同包膜控釋氮肥對玉米氮素吸收和產(chǎn)量的影響

呂嬌 李淑敏 潘明陽 劉昕昕

摘要：采用田間試驗方法研究施用樹脂包膜控釋尿素（TSCU）和樹脂加硫包膜控釋尿素（PSCU）對玉米植株全氮含量、吸氮量、肥料氮素吸收效率、產(chǎn)量以及土壤耕層硝態(tài)氮含量的影響。結(jié)果表明，TSCU和PSCU處理吸氮量分別達(dá)到163.32 kg·hm-2和178.54 kg·hm-2，比施普通尿素（PU）處理增加26.62 kg·hm-2和41.84 kg·hm-2，差異達(dá)顯著水平；玉米產(chǎn)量比PU處理分別提高21.27%和33.36%; TSCU 和PSCU處理的玉米氮素吸收效率比PU處理分別增加18.68%和27.47%；在玉米成熟后，控釋肥處理耕層土壤硝態(tài)氮仍然高于普通尿素處理。在黑土生態(tài)條件下，與PU處理的玉米相比， TSCU和PSCU處理均有效提高了玉米的干物質(zhì)量、吸氮量及產(chǎn)量，減少了環(huán)境污染，以PSCU處理控釋效果最好。

關(guān)鍵詞：控釋氮肥；玉米；吸氮量；產(chǎn)量；氮素吸收效率

中圖分類號：S513文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.011

Effect of Different Controlled-release N Fertilizers on Nitrogen Absorption and Yield of Maize

LV Jiao，LI Shu-min，PAN Ming-yang，LIU Xin-xin

（College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Field experiment was conducted to investigate the effects of TSCU and PSCU on the total N content, N up-take, N absorption rate, yield of maize plants, as well as soil NO3--N content. The results showed that N up-take at mature maize in TSCU and PSCU treatments were 163.32 kg·hm-2 and 178.54 kg·hm-2 respectively, increased 26.62 kg·hm-2 and 41.84 kg·hm-2 respectively compared with PU treatment, a significant difference was observed between treatments. The yield of maize in TSCU and PSCU treatments increased 21.27% and 33.36% respectively compared with PU treatment. And N absorption rate increased 18.68% and 27.47% respectively. After the maize maturity, soil NO3--N content in controlled-release N fertilizers treatments was still higher than that of PU treatment. Compared with PU treatment of maize that these two kinds of controlled release N fertilizers under the black soil ecological conditions, dry matter weight, N up-take and yield of maize were increased by TSCU and PSCU treatments, the environmental pollution was also reduced. The best controlled-release N fertilizer was PSCU.

Key words: controlled-release N fertilizers; maize; N up-take; yield; N absorption rate；

施用氮肥是提高糧食產(chǎn)量的主要途徑之一，然而，普通氮肥在農(nóng)田中損失量很大，且引起環(huán)境污染。因此，人們提出許多氮素肥料改性措施，以提高氮素利用率，如生產(chǎn)大顆粒尿素、包膜肥料等[1]。包膜肥料是目前控釋肥料的研究熱點，具有一次施用能滿足植物整個生長期的養(yǎng)分需求量，提高養(yǎng)分利用率，對土壤、水及大氣環(huán)境的致害作用最小等優(yōu)點[2-4]，且作為底肥一次性安全施入而不會出現(xiàn)燒苗現(xiàn)象，從而降低了農(nóng)民的勞動強度和勞動成本，提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)[5]。不同包膜材料在不同生態(tài)環(huán)境下氮素釋放速率不同。目前，國內(nèi)控釋肥在水稻上的應(yīng)用研究較多[6-7]，而在玉米上的研究報道尚少。樹脂包膜控釋尿素和樹脂加硫包膜控釋尿素在北方黑土地區(qū)的研究更是鮮見報道，為探索這兩種控釋尿素在東北黑土地區(qū)田間生態(tài)條件下養(yǎng)分釋放動態(tài)特點，研究其對提高氮素吸收效率及作物增產(chǎn)效果的影響等，2010年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊農(nóng)場進(jìn)行了田間試驗，比較了樹脂包膜尿素、樹脂加硫包膜尿素和普通尿素對玉米氮素吸收效率、產(chǎn)量以及土壤耕層硝態(tài)氮含量變化的影響。

1材料和方法

1.1試驗材料

試驗于2010年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊農(nóng)場進(jìn)行，該試驗田耕層（0～20 cm）土壤基礎(chǔ)肥力為：有機質(zhì)19.28 g·kg-1, 全氮1.49 g·kg-1，全磷0.58 g·kg-1，全鉀30.25 g·kg-1，堿解氮131 mg·kg-1，速效磷45.14 mg·kg-1，速效鉀153.75 mg·kg-1，pH6.53。供試作物：玉米，品種為“豐和10（X et Feng）”。試驗用樹脂包膜尿素（TSCU）和樹脂加硫包膜尿素（PSCU）由山東金正大生態(tài)工程股份有限公司生產(chǎn)，含N量分別為42%和34%，粒徑2～5 mm，按照控釋肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計控釋期3個月（25 ℃靜水中），以普通尿素為對照（PU，總N量≥46.4%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O516%），各處理均施P2O5 75 kg·hm-2。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設(shè)計試驗設(shè)置3個處理，3次重復(fù)。分別為：（1）施用樹脂包膜尿素(TSCU)，施N150 kg·hm-2；（2）施用樹脂加硫包膜尿素(PSCU)，施N150 kg·hm-2；（3）施用普通尿素(PU)，施N150 kg·hm-2?？蒯屇蛩靥幚淼试谟衩撞シN前做基肥一次性施入，施入后用鐵齒耙覆上10～15 cm深度的土，普通尿素處理氮肥分兩次施入：基施90kg·hm-2，拔節(jié)期追施60 kg·hm-2，共施肥150 kg·hm-2。試驗于5月13日播種，10月9日收獲。試驗田的管理措施與農(nóng)民大田的常規(guī)管理措施相同。

試驗采取完全隨機區(qū)組設(shè)計，每個小區(qū)長度為5.60 m，寬度為5.40 m，小區(qū)面積約為30 m2，各小區(qū)間間隔0.60 m，其中玉米行距0.70 m，株距為0.30 m，播種密度約47 600株·hm-2。玉米生育期內(nèi)三鏟三趟，不使用任何藥劑，大田四周均留有保護(hù)行。

1.2.2測定項目試驗所用植物樣和土樣分別在苗期、拔節(jié)期、灌漿期、成熟期、收獲后期采集。前4個時期植株樣隨機連續(xù)取樣，每小區(qū)取玉米2株，收獲后期對玉米進(jìn)行測產(chǎn)。植株全氮含量測定采用半微量凱氏定氮法，干物質(zhì)量采用烘干法測定，硝態(tài)氮測定采用0.1 mol·L-1氯化鉀溶液浸提后，用全自動流動分析儀測定。

1.2.3測定方法土壤與植株樣品分析均采用常規(guī)分析法。植株總吸氮量（kg·hm-2）=植株干物質(zhì)量×植株氮素含量+籽粒干物質(zhì)量×籽粒氮素含量[8]，氮素吸收效率（kg·kg-1）=植株氮素累積量/施氮量[9]。

1.2.4試驗數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)計算處理采用Excel 2003軟件進(jìn)行，方差分析采用The SAS System 8.1軟件進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1不同控釋尿素對玉米植株含氮量和吸氮量的影響

從表1可以看出，玉米植株的全氮含量隨著生育期的進(jìn)程呈逐漸降低的趨勢。苗期3種施肥處理差異不顯著，拔節(jié)期和灌漿期TSCU與PSCU處理均顯著高于PU處理，成熟期PSCU處理差異表現(xiàn)明顯，TSCU處理介于二者之間，到成熟期植株全氮含量TSCU處理比PU處理高0.47 g·kg-1，PSCU處理比PU處理高0.82 g·kg-1；從整個生育期來看，植株全氮含量從高到低的順序表現(xiàn)為PSCU處理>TSCU處理>PU處理，說明PSCU處理控釋效果較好，能提高植株的全氮含量。

玉米植株的吸氮量隨生育期的延長而增加。玉米苗期普通尿素處理植株吸氮量略高于兩種控釋尿素處理，差異不顯著；拔節(jié)期和灌漿期PSCU處理高于PU處理且差異顯著，TSCU處理介于二者之間，差異不顯著；成熟期TSCU和PSCU處理植株吸氮量均高于普通尿素處理， PSCU處理吸氮量最高，TSCU處理比PU處理高26.62 kg·hm-2，PSCU處理比PU處理高41.84 kg·hm-2，差異均顯著。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是，不同生育期玉米地上部植株的吸氮量可以反映出尿素和控釋肥之間的供氮差異，玉米生育后期由尿素肥料供給玉米地上部植株吸收的N所剩無幾，而這時玉米需要大量的氮肥，控釋肥在玉米生育后期為玉米提供良好的N素營養(yǎng)條件，表現(xiàn)出控釋肥N素釋放與玉米植株生長需氮量一致這一特性。

2.2不同控釋對玉米耕層土壤硝態(tài)氮含量的影響

在旱作土壤中，硝態(tài)氮是作物吸收的主要氮素形態(tài)，硝態(tài)氮的數(shù)量標(biāo)志著土壤氮素的供應(yīng)強度[10]。從圖1中可以看出不同施肥處理土壤耕層硝態(tài)氮含量的變化：施肥后，耕層土壤硝態(tài)氮含量會有先上升后下降的趨勢，但是3種施肥處理的土壤硝態(tài)氮含量出現(xiàn)高峰值的時間不同，在玉米苗期和拔節(jié)期，PU處理的土壤硝態(tài)氮含量達(dá)到11.34 mg·kg-1和14.03 mg·kg-1，顯著高于兩種控釋肥處理，這可能是由于普通尿素養(yǎng)分釋放速率比控釋尿素釋放的快的緣故，而兩種控釋肥之間的差異不顯著，兩種控釋肥處理的土壤硝態(tài)氮高峰則出現(xiàn)在灌漿期，可能是由于從拔節(jié)期開始玉米需肥量增大，而這時控釋肥的釋放速率開始加快，到灌漿期達(dá)到頂峰，耕層土壤硝態(tài)氮含量明顯升高。而從灌漿期到成熟期，施用控釋尿素處理的土壤硝態(tài)氮含量高于普通尿素處理，3種處理之間差異顯著。因此，通過圖1看出，控釋尿素可以很好的控制養(yǎng)分釋放速度，能夠提供充足的養(yǎng)分供玉米各時期生長需要，PSCU處理的玉米成熟期硝態(tài)氮含量仍高于其它兩種處理。

2.3不同控釋尿素對玉米干物質(zhì)量的影響

干物質(zhì)積累是形成產(chǎn)量的先決條件[11]。由圖2可知苗期玉米干物質(zhì)積累較慢，拔節(jié)期則加快，到成熟期干物質(zhì)積累強度達(dá)最大值。苗期普通尿素處理玉米干物質(zhì)積累量與控釋尿素處理干物質(zhì)積累量無差異，拔節(jié)期PSCU處理干物質(zhì)積累量高于TSCU處理和PU處理，且與PU處理差異顯著，TSCU處理與PU處理之間差異不顯著；灌漿期至成熟期TSCU和PSCU處理玉米干物質(zhì)積累量高于PU處理，三者之間的差異達(dá)到顯著水平。到成熟期干物質(zhì)量高低順序依次為PSCU處理> TSCU處理> PU處理?？蒯屇蛩啬茉黾影喂?jié)期后玉米干物質(zhì)量，其原因是拔節(jié)期以后，PU處理供玉米吸收利用的氮減少，致使干物質(zhì)量增加較緩慢，而控釋尿素能釋放大量氮素供玉米吸收，以滿足玉米干物質(zhì)量不斷增加對氮素的需求，因此從拔節(jié)期之后控釋尿素處理的干物質(zhì)量高于普通尿素處理。

2.4不同控釋尿素對玉米產(chǎn)量和氮素吸收效率的影響

氮素調(diào)控對玉米產(chǎn)量有不同程度的影響[12]。由表2可以看出，TSCU和PSCU處理玉米產(chǎn)量顯著高于PU處理，控釋尿素具有明顯的增產(chǎn)效果，3種處理間差異達(dá)顯著水平，PSCU處理效果最佳； TSCU和PSCU處理產(chǎn)量分別比PU處理增加21.27%和33.36%，說明控釋尿素在玉米需肥高峰期能提供充足的氮素營養(yǎng)，供玉米生長需要，進(jìn)而大幅度提高玉米產(chǎn)量，尤其是PSCU處理增產(chǎn)幅度更為明顯。氮素吸收效率是作物積累量與施氮量的比值。玉米收獲時植株氮素吸收效率累積達(dá)最大值，TSCU和PSCU處理氮素吸收效率都高于PU處理，分別增加18.68%和27.47%，其原因是控釋尿素可以緩慢釋放氮素，減少尿素的N損失，提高N素吸收效率。

3結(jié)論與討論

不同氮肥種類和用量對作物的氮素吸收影響顯著[13-14]，而氮素的積累量反應(yīng)了玉米整個生育期對氮營養(yǎng)的吸收情況[9]。本試驗結(jié)果表明，施氮量相同時，包膜控釋尿素處理的玉米吸氮量均高于普通尿素處理，這與Shoji等[15]研究結(jié)果一致，易鎮(zhèn)邪等[14]研究發(fā)現(xiàn)，同等施氮量下，包膜尿素氮素累積量高于普通尿素。本試驗結(jié)果與其一致。玉米一次性施用樹脂包膜控釋尿素和樹脂加硫包膜控釋尿素能較好的協(xié)調(diào)整個生育期氮素的養(yǎng)分供應(yīng)，在整個生育期能促進(jìn)玉米對氮素的吸收利用，有利于籽粒灌漿，提高了產(chǎn)量，能保持較高的干物質(zhì)積累，顯著提高氮素吸收效率。PSCU處理表現(xiàn)明顯，比PU處理增產(chǎn)33.36%，吸氮量比PU處理高41.84 kg·hm-2，氮素吸收效率比PU處理增加27.47%，差異達(dá)顯著水平；PSCU控釋效果好于TSCU，這可能是由于PSCU中硫本身即為包膜材料又是營養(yǎng)元素, 而TSCU包衣薄厚不均勻，導(dǎo)致兩種控釋尿素的釋放速率有所差異。N03--N是植物可利用的氮素形態(tài)，在無淋失情況下，土壤中N03--N含量可表明土壤中硝化作用強弱，但土壤中N03-含量過高，會導(dǎo)致土壤中氮素的大量損失，因此，在控釋氮素肥料的研究過程中，通常把施用肥料后土壤中N03--N的數(shù)量作為養(yǎng)分轉(zhuǎn)化特點的指標(biāo)加以評價[16]。本試驗研究結(jié)果表明，由于施入普通尿素后，轉(zhuǎn)化的硝態(tài)氮滲入土壤，玉米吸收利用的較少，造成大量的淋溶損失，而控釋尿素是緩慢釋放，逐步轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，隨著玉米吸收量的增加，控釋尿素的釋放也隨之增加，所以生育中后期控釋尿素處理耕層土壤硝態(tài)氮含量要高于普通尿素。施用這兩種控釋尿素都減少了銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮后所產(chǎn)生的大量淋溶損失，對提高肥效，促進(jìn)玉米健壯生長具有重要作用。

本試驗中，為了更好的研究黑土生態(tài)條件下相同用量不同肥料對玉米的影響，種植均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民傳統(tǒng)習(xí)慣進(jìn)行。兩種控釋尿素均有效增加了玉米產(chǎn)量，提高玉米的氮素吸收效率等，在黑土地區(qū)的施用效果較好，綜合試驗結(jié)果表明，PSCU處理的效果要好于TSCU處理。本試驗為這兩種肥料在黑土地區(qū)的推廣和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)，也為這兩種控釋肥在其他作物上的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

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收稿日期：2011-11-01；修訂日期：2012-01-29

基金項目：國家自然科學(xué)基金（31071867）；第二批中國博士后科學(xué)基金（200902367）和黑龍江省博士后科研啟動資助金（LBH-Q10146）

作者簡介：呂嬌（1986-），女，黑龍江鐵力人，在讀碩士生，主要從事作物施肥與養(yǎng)分方面研究。

通訊作者簡介：李淑敏（1971-），女，黑龍江牡丹江人，副教授，博士，主要從事作物施肥與養(yǎng)分方面研究。