不同組分脲甲醛緩釋肥的夏玉米肥料效應(yīng)研究

倪 露，白由路，楊俐蘋，盧艷麗，王 磊，周麗平

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點開放實驗室，北京 100081）

不同組分脲甲醛緩釋肥的夏玉米肥料效應(yīng)研究

倪 露，白由路，楊俐蘋，盧艷麗，王 磊，周麗平

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點開放實驗室，北京 100081）

【目的】探究不同組分的脲甲醛緩釋肥在夏玉米上的肥料效應(yīng)，為制備夏玉米一次性施用的專用肥料提供理論依據(jù)，從而簡化施肥步驟，節(jié)省施肥成本，提高肥料效益，減少養(yǎng)分損失，保護(hù)生態(tài)環(huán)境?！痉椒ā吭囼炓韵挠衩灼贩N鄭單958為供試材料，連續(xù)2年在大田條件下，設(shè)置3種組分脲甲醛緩釋肥處理（UF1、UF2、UF3）、常規(guī)施肥處理（CF）和不施肥處理（CK），研究不同組分脲甲醛對夏玉米產(chǎn)量、氮肥利用率、地上部氮素積累量、土壤無機(jī)態(tài)氮含量的影響。【結(jié)果】不同組分的脲甲醛肥效不同，UF1、UF2、UF3脲甲醛緩釋肥均能夠提高夏玉米產(chǎn)量及氮肥利用率，尤其以UF2效果最佳，與常規(guī)施肥處理相比，UF2處理2年平均增產(chǎn)7.63%，氮肥利用率提高16.43個百分點；UF1效果次之，平均增產(chǎn)6.53%，氮肥利用率提高12.30個百分點；UF3平均增產(chǎn)4.98%，氮肥利用率提高0.82個百分點。不同組分脲甲醛緩釋肥其氮素釋放速率也不同，與常規(guī)施肥相比，脲甲醛緩釋肥處理在玉米苗期0—20 cm土層無機(jī)氮含量均較高，其中以UF2處理最高，達(dá)80.09 mg·kg-1；UF1次之，含量為66.47 mg·kg-1，UF3處理最低，為51.18 mg·kg-1。大喇叭口期常規(guī)施肥處理追施60%尿素，土壤的無機(jī)態(tài)氮含量有一定地提高，灌漿期含量為27.46 mg·kg-1。20—40 cm土層中，UF1、UF2在大喇叭口期到灌漿期土壤無機(jī)態(tài)氮含量較穩(wěn)定，灌漿期后含量下降，其中UF1處理收獲期含量低至13.40 mg·kg-1，比CF處理低1.05 mg·kg-1。UF2處理收獲期土壤無機(jī)態(tài)氮含量為14.13 mg·kg-1，較CF處理降低0.32 mg·kg-1。而UF3收獲期土壤無機(jī)態(tài)氮含量略高于其他處理，較CF高出1.51 mg·kg-1。因此，一次性施用的脲甲醛緩釋肥處理均可滿足玉米整個生育期的養(yǎng)分需求?！窘Y(jié)論】在不同組分脲甲醛緩釋肥中，UF2處理獲得了相對較高的產(chǎn)量和氮肥利用率，可作為華北平原北部中低產(chǎn)土壤的玉米專用緩釋肥。

脲甲醛緩釋肥；夏玉米；產(chǎn)量；氮肥利用率；土壤無機(jī)氮

0 引言

【研究意義】玉米作為中國重要的糧食作物，其播種范圍較廣[1]。研究表明，夏玉米生育期短，耐肥力強(qiáng)，施用氮肥是提高其單產(chǎn)水平的重要措施[2]。由于普通氮肥的肥效較短，因此常規(guī)施肥采用氮肥基施+追施的模式。然而，近年來隨著新型城鎮(zhèn)化速度的加快，大量農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移就業(yè)，玉米追肥模式不再適應(yīng)中國目前的農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，需要施用緩釋肥料以簡化玉米施肥步驟。目前中國所采用的緩釋肥料主要有包膜型、化學(xué)抑制型和化學(xué)合成型等[3]，其中脲甲醛緩釋肥具有無殘留、組分可調(diào)等優(yōu)點，是一種清潔高效的緩釋肥料。但是，如何控制脲甲醛緩釋肥中的不同組分，以適合不同地區(qū)不同作物的養(yǎng)分需求，是一個亟待解決的問題[4]。【前人研究進(jìn)展】研究表明，脲甲醛是不同鏈長的甲基脲聚合物，具有不同的水溶性氮含量，可滿足作物不同時期的生長需求[5]。脲甲醛緩釋肥氮素有效性可用活性指數(shù)（activity index，AI）表征，是指冷水不溶氮（CWIN）中熱水可溶氮（HWSN）所占的百分?jǐn)?shù)。ALEXANDER等[6]和GORING等[7]認(rèn)為脲甲醛氮素釋放速率與其分子鏈的溶解性有關(guān)。黃麗娜等[8]在小白菜上研究了脲甲醛肥料的增產(chǎn)效應(yīng)和氮肥利用率，表明AI值為53.41%的脲甲醛與尿素1∶1配施后能夠明顯提高產(chǎn)量和氮肥利用率，較純尿素處理增產(chǎn)12%。唐拴虎等[9]通過對施用不同緩釋肥辣椒的研究發(fā)現(xiàn)，脲甲醛緩釋肥不僅能夠提高辣椒養(yǎng)分利用率，還對提高辣椒果實維生素C及可溶性糖含量有顯著作用。劉兵[10]在水稻、小麥、棉花、牧草和苗木等多種作物上試驗研究表明，脲甲醛緩釋肥能夠顯著增加大田作物產(chǎn)量及肥料利用率，同時較常規(guī)施肥能夠顯著提高作物品質(zhì)。【本研究切入點】中國脲甲醛緩釋肥研制與生產(chǎn)起步較晚，其生產(chǎn)成本過高、工藝不成熟；釋放機(jī)理研究不夠深入、肥效評價體系不夠完善[11]。當(dāng)前對脲甲醛緩釋肥的研究主要集中在生產(chǎn)方法改進(jìn)和商品肥料肥效研究兩大方面。而脲甲醛的精準(zhǔn)制備條件下所產(chǎn)生的可控脲甲醛組分，在不同氣候、土壤和作物條件下肥料的田間效應(yīng)研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】在華北平原北部中低產(chǎn)土壤上夏玉米一次性施用精準(zhǔn)制備條件下所產(chǎn)生的不同脲甲醛組分的緩控釋肥，研究其田間肥料效應(yīng)，為不同作物不同土壤和不同氣候條件下的脲甲醛緩釋肥研制提供理論基礎(chǔ)與方法論。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2014—2015年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（萬莊）國際農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)（116°35′19.51″E，39°35′51.75″N）進(jìn)行。該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均日照時數(shù)2 660 h，年平均氣溫11.9℃，無霜期年平均183 d，年平均降水量554.9 mm，土壤類型為砂質(zhì)潮土，屬中低產(chǎn)土壤。

1.2 試驗材料

1.2.1 不同組分脲甲醛緩釋肥生成條件及指標(biāo) 根據(jù)前人研究結(jié)果，脲甲醛合成受尿素-甲醛的摩爾比值（U/F）、羥甲基化和亞甲基化兩階段的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、pH等7個因素的影響[12-14]。本研究預(yù)先設(shè)計7因素3水平，共計18組正交預(yù)試驗[15]，測得各組AI值后，篩選出3組緩釋期可能適宜玉米生長養(yǎng)分需求的脲甲醛。在50 L反應(yīng)釜內(nèi)大量合成，與尿素4∶6配施后，作用于夏玉米。3組脲甲醛具體生成條件及指標(biāo)如表1所示。

表1 脲甲醛緩釋肥的生成條件及評價指標(biāo)Table 1 Formation conditions of urea formaldehyde slow release fertilizer

1.2.2 供試作物品種與肥料 供試玉米品種為鄭單958。供試土壤pH 8.20，有機(jī)質(zhì)為5.10 g·kg-1，全氮0.151 g·kg-1，硝態(tài)氮19.5 mg·kg-1，銨態(tài)氮3.8 mg·kg-1，速效磷21.00 mg·kg-1，速效鉀80.20 mg·kg-1。磷肥為過磷酸鈣（含P2O512%）、鉀肥為硫酸鉀（含K2O 51%），氮肥為普通尿素。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 連續(xù)兩年大田試驗。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5個處理，每個處理3次重復(fù)，分別為（1）UF1：40%尿素+60%T1脲甲醛；（2）UF2：40%尿素+60%T2脲甲醛；（3）UF3：40%尿素+60%T3脲甲醛；（4）CF：常規(guī)施肥40%尿素基施+60%尿素大喇叭口期追施；（5）CK：不施氮肥。小區(qū)面積24 m2，玉米行距60 cm，株距21 cm。

施肥方式為人工溝施覆土，UF1、UF2、UF3處理均為一次性基施，常規(guī)施肥CF在大喇叭口期取樣后追肥。施肥量根據(jù)國家測土配方與施肥中心ASI法對試驗田土壤測試后推薦：N為180 kg·hm-2，P2O5為90 kg·hm-2，K2O為90 kg·hm-2。2014年6月23日播種，10月12日收獲，2015年6月18日播種，10月10日收獲。兩年試驗在不同地塊上進(jìn)行。

1.3.2 樣品采集與測定 （1）肥料的制備與測定：脲甲醛緩釋肥制成后測定冷水（22℃）不溶氮（CWIN）、熱水（100℃）中不溶氮（HWIN）、總氮含量（TN）、活性指數(shù)（AI）。

（2）植株樣品的采集與測定：分別于玉米苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期、收獲期取樣，取樣時每小區(qū)選取有代表性植株3棵（苗期為5棵），將葉片（含苞葉）、莖稈（含雄穗、穗軸）、籽粒分開，105℃殺青30 min后75℃烘干并稱重，計算地上部干物質(zhì)積累量。

收獲期按小區(qū)測定實際產(chǎn)量，并進(jìn)行考種?？挤N的指標(biāo)為穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、禿尖長、百粒重等。

（3）土壤樣品的采集與測定：分別于玉米苗期、拔節(jié)期、吐絲期、灌漿期、收獲期采集0—20 cm、20—40 cm土樣，風(fēng)干后過篩，用2 mol·L-1KCl提取液進(jìn)行振蕩提取，過濾后在流動分析儀進(jìn)行硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量的比色測定。

1.4 有關(guān)指標(biāo)計算與統(tǒng)計方法

活性指數(shù)（activity index，AI）=（冷水不溶氮-熱水不溶氮）/冷水不溶氮×100%；

地上部氮素積累量（aboveground portion N accumulation rate，kg·hm-2）=地上部干物重×地上部干物質(zhì)含氮量；

氮肥利用率（recovery efficiency of applied N）=（施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量-不施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量）/施氮肥量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)效率（agronomic efficiency of applied N，kg·kg-1）=（施氮肥區(qū)產(chǎn)量-不施氮肥區(qū)產(chǎn)量）/施氮肥量；

氮肥偏生產(chǎn)力（partial factor productivity from applied N，kg·kg-1）=施氮肥區(qū)產(chǎn)量/施氮肥量。

采用Microsoft Excel 2007和The SAS System forWindows V8軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同組分脲甲醛對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表2可以看出，不同組分脲甲醛緩釋肥作玉米一次性專用肥增產(chǎn)效果均顯著，UF1、UF2、UF3處理2年平均產(chǎn)量分別為10 959.7、11 072.9、10 800.7 kg·hm-2。較空白處理（CK）增產(chǎn)25.96%、27.26%、24.13%。較常規(guī)施肥（CF）處理增產(chǎn)6.53%、7.63%和4.98%。其中UF1、UF2與CF處理產(chǎn)量差異2年均達(dá)到顯著水平。UF3在2014年產(chǎn)量較CF處理差異達(dá)顯著性水平，2015年產(chǎn)量略有提高但未達(dá)到顯著性差異。在玉米穗粒數(shù)、百粒重等方面，施肥組較對照都有一定提高，整體趨勢與產(chǎn)量結(jié)果一致。其中2年試驗結(jié)果均表明，UF1較CK處理能夠顯著提高夏玉米穗粒數(shù)，UF2較CK處理能夠顯著性提高夏玉米百粒重，UF3較CK處理在夏玉米穗粒數(shù)、百粒重等方面提升并不顯著。以上數(shù)據(jù)顯示，3個不同組分脲甲醛處理中，以UF2處理產(chǎn)量最高，增產(chǎn)幅度最大，增產(chǎn)效果最佳。

表2 不同處理對夏玉米產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 2 Effect of different fertilizer treatments on yield and yield component of summer maize

2.2 不同組分脲甲醛對夏玉米氮素積累量的影響

從圖1中可以看出，施用脲甲醛緩釋肥及尿素處理均顯著增加了夏玉米地上部氮素積累量。與CK處理相比UF1、UF2、UF3、CF處理2季度地上部氮素積累量平均提高41.23%、43.91%、30.43%、29.84%。與CF處理相比，2014年UF2地上部氮素增加8.52%，達(dá)顯著差異，UF1、UF3差異性不顯著。2015年UF1、UF2的地上部氮素積累量為289.69、279.71 kg·hm-2，較CF處理分別增加17.26%、13.22%，達(dá)到顯著差異，UF3處理地上部氮素積累量較CF處理差異性不顯著。同一處理相比，2015年地上部氮素積累量較2014年均有下降，其中UF1處理下降最少，減少7.29%，UF2其次，下降了17.08%，UF3、CF與空白處理分別下降了21.56%、20.52%、18.22%。

2.3 不同組分脲甲醛對玉米氮肥利用效率的影響

與CF處理相比較，UF1、UF2在2014年氮肥利用率提高了0.91個百分點和14.72個百分點；農(nóng)學(xué)效率提高了4.24、4.82 kg·kg-1；氮肥偏生產(chǎn)力提高了4.24、4.82 kg·kg-1；2015年氮肥利用率提高了23.69%、18.14%，農(nóng)學(xué)效率提高了3.23、3.93 kg·kg-1；氮肥偏生產(chǎn)力提高了3.22、3.90 kg·kg-1。其中以UF2氮肥利用效率最高，較CF處理達(dá)到顯著水平，兩年平均提高16.43個百分點。氮肥農(nóng)學(xué)效率及氮肥偏生產(chǎn)力等指標(biāo)側(cè)重于表征作物所吸收的養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)移儲存情況。UF2處理兩項指標(biāo)2年均為3組脲甲醛處理最高值，氮肥農(nóng)學(xué)效率平均為13.18 kg·kg-1，氮肥偏生產(chǎn)力平均為61.52 kg·kg-1。而UF3氮肥利用率較CF處理并未達(dá)顯著，氮肥農(nóng)學(xué)效率與氮肥偏生產(chǎn)力分析結(jié)果與氮肥利用率的趨勢基本一致，均無顯著性差異（表3）。

圖1 不同處理對夏玉米地上部氮素積累量的影響Fig. 1 Effect of different treatments on above-ground portion nitrogen accumulation amount of summer maize

表3 玉米氮肥利用率Table 3 Nitrogenous fertilizer use efficiency of maize

2.4 不同組分脲甲醛對土壤無機(jī)態(tài)氮含量的影響

圖2為不同組分脲甲醛緩釋肥對土壤無機(jī)氮的影響，其中圖2-A為2015年夏玉米0—20 cm土層無機(jī)氮含量的動態(tài)變化。由圖可見，UF1、UF2、UF3一次性施用后苗期土壤中無機(jī)態(tài)氮含量均高于常規(guī)處理組，其中UF2處理含量最高為80.09 mg·kg-1；UF1處理其次，含量為66.47 mg·kg-1；UF3處理最低，為51.18 mg·kg-1。拔節(jié)期至大喇叭口期各組土壤中無機(jī)態(tài)氮含量隨玉米生長緩慢降低，各處理間變化差異不大。大喇叭口期UF1、UF2、UF3分別為14.12、18.56、19.13 mg·kg-1。大喇叭口期取樣后常規(guī)施肥組追施60%尿素，因此，灌漿期CF處理無機(jī)態(tài)氮含量出現(xiàn)顯著性提高，含量為27.46 mg·kg-1。UF1、UF2在該時期保持相對較高無機(jī)態(tài)氮含量，分別為22.17、21.66 mg·kg-1。UF3含量略低，為18.30 mg·kg-1。收獲期UF1、UF2及CF處理土壤無機(jī)態(tài)氮含量均趨于穩(wěn)定，與空白對照相比差異性不顯著，但UF3該時期土壤無機(jī)態(tài)氮顯著性高于其他處理，含量為20.27 mg·kg-1。

圖2-B為2015年夏玉米20—40 cm土層無機(jī)氮含量的動態(tài)變化。與0—20 cm土層不同，苗期僅UF2顯著性高于CF處理，含量達(dá)45.45 mg·kg-1，而UF1、UF3含量為35.05、34.22 mg·kg-1，與CF處理接近。苗期到拔節(jié)期CF處理土壤無機(jī)氮含量下降較快，其拔節(jié)期土壤中無機(jī)態(tài)氮含量為18.86 mg·kg-1，明顯低于UF1、UF2、UF3處理，其含量分別為29.61、29.70、29.73 mg·kg-1。拔節(jié)期到大喇叭口期間各處理土壤無機(jī)氮含量均緩慢下降，大喇叭口期之后CF處理因追肥出現(xiàn)一定提高，其含量在灌漿期達(dá)16.95 mg·kg-1，略低于UF1處理17.69 mg·kg-1的土壤無機(jī)氮含量，但高于UF2、UF3處理。UF1在大喇叭口期到灌漿期土壤無機(jī)態(tài)氮含量較穩(wěn)定，灌漿期后含量下降，收獲期含量低至13.40 mg·kg-1，比CF處理低1.05 mg·kg-1。UF2在大喇叭口期到收獲期土壤無機(jī)氮含量緩慢下降并逐漸趨于穩(wěn)定，收獲期土壤無機(jī)態(tài)氮含量為14.13 mg·kg-1，較CF處理降低0.32 mg·kg-1。而UF3收獲期土壤無機(jī)態(tài)氮含量略高于其他處理，較CF高出1.51 mg·kg-1。

從以上數(shù)據(jù)分析可見，UF2處理在前期能保持較高的土壤無機(jī)氮含量，且隨時間延長，下降緩慢，在后期還能保持較高的土壤無機(jī)氮含量，表明UF2處理的氮素釋放速率可以滿足夏玉米的生長發(fā)育需求，因此其產(chǎn)量也較其他處理高。UF3處理，雖然能延長氮素的釋放時間，但玉米收獲時，土壤中無機(jī)氮含量表明，該組分的氮素釋放期過長，不能適合玉米在該生長條件下的營養(yǎng)供應(yīng)，所以UF2處理的脲甲醛組分對該區(qū)玉米生長發(fā)育是適宜的。

圖2 2015年夏玉米0—20、20—40 cm土層無機(jī)氮動態(tài)變化Fig. 2 Dynamic changes of mineral nitrogen in 0-20 and 20-40 cm soil layers of 2015 summer maize

3 討論

脲甲醛緩釋肥的機(jī)理是通過調(diào)節(jié)產(chǎn)品中游離尿素、亞甲基二脲、二亞甲基三脲、三亞甲基四脲和四亞甲基無脲等不同組分縮合物的比例實現(xiàn)的[16]。在實際生產(chǎn)過程中，如果通過反應(yīng)生成符合作物需求的脲甲醛緩釋肥，則生產(chǎn)成本過高，本研究生成一定比例的長時間釋放的脲甲醛組分，再與尿素按6∶4的比例配施，這樣很大程度上節(jié)約了脲甲醛的生成成本，但此時的脲甲醛組分與其他研究的組分及特性方面可能存在很大不同。

脲甲醛肥料中不同組分的含量和比例影響著脲甲醛肥料的施用效果，但是受目前技術(shù)條件所限，難以準(zhǔn)確測定出脲甲醛肥料中各種組分的含量和比例。前人所使用的方法是通過控制脲甲醛肥料的合成條件來控制其產(chǎn)品的組分[17]，本研究也是這樣做的，因此不同合成條件下生成的脲甲醛其冷水不溶性氮（CWIN）、熱水不溶性氮（HWIN）、活性指數(shù)（AI）等評價指標(biāo)各不相同，這與前人研究結(jié)果相一致[18-20]。潘貝貝等[21]研究發(fā)現(xiàn)，羥甲基化階段隨反應(yīng)時間的增加，AI值呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，而亞甲基化階段反應(yīng)時間過長會導(dǎo)致反應(yīng)物聚合度過大，AI值減小。這與本研究反應(yīng)時間延長，AI值增大的試驗結(jié)果并不一致，其原因可能是本試驗反應(yīng)變量為7種因素，產(chǎn)品指標(biāo)除受反應(yīng)時間影響外，還受其他條件制約，并且本試驗選取的反應(yīng)底物濃度等條件范圍不一致，不能進(jìn)行直接比較。

本研究以華北平原低肥力土壤上的夏玉米作供試作物，分別探討了T1、T2、T3三種條件下所合成的不同組分的脲甲醛緩釋肥，作專用肥時的產(chǎn)量效應(yīng)、氮肥利用率、土壤氮素變化的規(guī)律，同時也比較了其與尿素一基一追模式（常規(guī)施肥）下各階段養(yǎng)分釋放及積累的不同。結(jié)果表明，不同組分的脲甲醛在2年試驗中產(chǎn)量、氮肥利用率等均較常規(guī)施肥有明顯提升。其中T2條件下生成的UF2脲甲醛2年平均值較常規(guī)施肥增產(chǎn)7.63%，氮肥利用率平均提高了16.43個百分點，效果最顯著。其次是T1條件下生成的UF1脲甲醛，2年平均值較常規(guī)施肥增產(chǎn)6.53%，氮肥利用率平均提高了12.30個百分點，T3條件下生成的AI值為15.17%的UF3脲甲醛效果最差，較CF處理并未達(dá)顯著水平。說明采用不同組分脲甲醛配施尿素作玉米專用肥，可有效提高玉米產(chǎn)量，簡化施肥環(huán)節(jié)，增產(chǎn)效果良好，這與前人研究結(jié)果相一致[22-23]。但不同組分的脲甲醛釋放規(guī)律不同，增產(chǎn)效果亦不相同。同時2年產(chǎn)量及脲甲醛緩釋肥增產(chǎn)效果出現(xiàn)一定的波動性，其原因可能是2015年收獲期時，因天氣惡劣玉米大田發(fā)生大面積倒伏，導(dǎo)致全部處理產(chǎn)量及地上部氮素積累量均低于2014年。UF1處理2年氮素積累量變化最小，僅下降7.29%，與其他處理差異較大。其原因可能是UF1緩釋肥在玉米中后期供肥較足，氮肥后移，促進(jìn)了夏玉米地對氮素的吸收積累，作物后期葉片中氮含量較高，光合作用養(yǎng)分積累充足，受該階段外界環(huán)境影響較小。當(dāng)作物種類和生長條件發(fā)生變化時，其結(jié)果也會發(fā)生變化。

本試驗研究結(jié)果還表明，脲甲醛配施尿素一次性施用后，玉米生長前期土壤中無機(jī)態(tài)氮含量較高，0—20 cm土層無機(jī)氮含量均高于常規(guī)處理組，UF1、UF2、UF3分別為66.47、80.09、51.18 mg·kg-1。其原因可能是UF1、UF2、UF3中不僅配施了40%尿素，還有一定量未反應(yīng)完全的游離尿素和低聚合度的聚甲叉脲在前期也發(fā)生了分解，其前期速效養(yǎng)分遠(yuǎn)高于施用40%尿素的常規(guī)處理，充分保證了玉米前期生長對氮素的需求。因此脲甲醛與普通尿素配施，既能夠滿足夏玉米前期氮素不致過量流失，又能保證中后期氮素的供給，這與司賢宗等[24]的研究結(jié)果一致。但不同組分脲甲醛其釋放規(guī)律又略有不同，UF1前期氮素釋放較高，大喇叭口期之后養(yǎng)分釋放達(dá)另一高峰，氮素供應(yīng)后移。效果最顯著的UF2脲甲醛在前期氮素釋放最多，中后期逐漸趨于穩(wěn)定且維持較高水平。這兩組夏玉米穗粒數(shù)、百粒重等有顯著性提高，這與趙凱[25]研究得出的施用脲甲醛緩釋肥有利于提高玉米穗粒數(shù)、千粒重結(jié)論一致。但效果最差的UF3前期氮素釋放量最少，中期趨于穩(wěn)定，收獲期達(dá)到階段性峰值，產(chǎn)量及生育性狀指標(biāo)提升不明顯?？赡苁荱F3脲甲醛緩釋肥在玉米生長期釋放不完全，其緩釋期對于玉米作物來說太長，導(dǎo)致生育期供肥不如其他處理。

脲甲醛緩釋肥肥效受肥料組分、土壤肥力、供試作物品種、自然環(huán)境等因素影響，故不同研究者的研究成果有一定差異。TLUSTOS等[26]研究表明脲醛緩釋肥中氮素釋放速率受土壤酸堿度的影響；HUSBY等[27]研究表明溫度對脲醛一類聚合物包膜緩釋肥規(guī)律有一定影響；此外土壤微生物、水分等自然因素都會影響脲甲醛緩釋肥肥效[28-29]?，F(xiàn)階段脲甲醛釋放機(jī)理及模型并沒有有效的研究成果，其評價方法在中國也沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，國際上使用的AI值指標(biāo)，其對應(yīng)的肥料釋放時間從幾個月到幾年不等。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，AI值在30%—60%時，釋放時間為6—8個月，AI值越低，釋放時間越長；AI值越高，釋放時間越短。夏玉米生長期僅為4個月左右，對肥料釋放供應(yīng)的時間要求更為精細(xì)，需要更為精準(zhǔn)的評價方式。因此，本研究從生成條件入手，精準(zhǔn)控制脲甲醛生成條件，自主制備生產(chǎn)不同AI值的脲甲醛后再作用于大田，建立脲甲醛生成條件與肥料效應(yīng)之間的對應(yīng)關(guān)系。其研究結(jié)果與多數(shù)研究者預(yù)測的緩釋期相近，但本研究使用的脲甲醛緩釋肥AI值低于國際指標(biāo)，釋放期卻大致在玉米生育期內(nèi)。推測其可能是因為工業(yè)生產(chǎn)脲甲醛大多采用稀溶液法，母液循環(huán)使用，產(chǎn)品中低聚合態(tài)產(chǎn)物及未反應(yīng)的尿素含量較低。而本研究使用濃溶液法，脲甲醛在反應(yīng)釜內(nèi)生成后不經(jīng)抽濾直接烘干，反應(yīng)底物濃度過高易發(fā)生暴聚反應(yīng)。因此本研究所用脲甲醛的冷水不溶氮（CWIN）偏低，導(dǎo)致AI值較低；其次，本試驗所獲得的脲甲醛產(chǎn)品，烘干后粉碎成細(xì)小顆粒后施入土壤，肥料顆粒小，加速了養(yǎng)分的釋放[30]；同時本研究中并未單一采用脲甲醛作玉米專用肥，而是將脲甲醛-尿素6∶4配合施用，前期養(yǎng)分由脲甲醛中游離的尿素以及配施的尿素直接提供，中后期才需要脲甲醛低聚合度成分亞甲基二脲、二甲基三脲，以及聚合度更高的三甲基四脲甚至更長碳鏈的聚合物分解釋放氮素，供應(yīng)玉米養(yǎng)分[31]。

本試驗是在廊坊中低產(chǎn)田上進(jìn)行的對夏玉米專用肥的初步探索，而土壤質(zhì)地、土壤肥力、供試品種、環(huán)境因素等條件的不同又會對作物產(chǎn)量、品質(zhì)等產(chǎn)生不同效果[32-33]，因此對于其他條件不同組分脲甲醛的養(yǎng)分釋放規(guī)律，仍有較大的探索空間。同時，研制和推廣不同緩釋性能的專用脲甲醛緩釋肥，減少工業(yè)成本，實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益最大化，亦是下一步研究探索的重要方向。

4 結(jié)論

不同組分脲甲醛作夏玉米專用肥時，采用U/F為1.5∶1，第一階段反應(yīng)溫度為55℃、反應(yīng)時間為120 min、pH為9，第二階段反應(yīng)溫度為30℃、反應(yīng)時間為70 min、pH為3條件下生成的T2脲甲醛，與尿素6∶4配施，制成夏玉米專用肥（UF2脲甲醛緩釋肥），其在夏玉米生長前期氮素釋放充分，中后期依然能保持較高養(yǎng)分供給能力，能夠較好的滿足夏玉米各個時期對氮素的需求，促進(jìn)作物對氮素的吸收和轉(zhuǎn)化。2年產(chǎn)量、氮肥利用率等指標(biāo)均高于純尿素一基一追的常規(guī)處理，平均且穩(wěn)定增產(chǎn)率達(dá)7.63%，氮素利用率平均提高16.4個百分點。UF1脲甲醛緩釋肥，前期供肥能力不及UF2，但中后期養(yǎng)分緩慢持續(xù)釋放，養(yǎng)分供應(yīng)充分，促進(jìn)了地上部氮素積累量提高，也獲得了較高產(chǎn)量；UF3緩釋期過長，前期、中期養(yǎng)分供應(yīng)不足，后期雖氮素釋放量增加，但已不能被作物吸收轉(zhuǎn)化利用，產(chǎn)量和氮肥利用率沒有顯著性提升。因此綜合考慮，擇優(yōu)選擇UF2作為夏玉米專用肥，其不僅能夠一次性施用，簡化施肥方式，緩解農(nóng)村勞動力不足；同時保證了玉米各時期養(yǎng)分供應(yīng)，提高玉米產(chǎn)量，實現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

The Effect of Urea-Formaldehyde Fertilizer Under Different Components by Summer Maize

NI Lu, BAI You-lu, YANG Li-ping, LU Yan-li, WANG Lei, ZHOU Li-ping
(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Crop Nutrition and Fertilization, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】This experiment was carried out to study the effect of urea-formaldehyde fertilizer with different components on summer maize and to provide a theoretical basis for one time fertilization in summer maize, thus simplifying fertilization steps, saving fertilization cost, increasing fertilizer efficiency, reducing loss of nutrients and achieving environmental protection.【Method】Maize variety "zhengdan958" was used as materials in a field experiment. Under field conditions in two consecutive years, three urea-formaldehyde fertilizer treatments (UF1, UF2 and UF3), conventional fertilization (CF) and no fertilization (CK) were designed. Research mainly focused on the influence of different urea-formaldehyde treatments on yield of summer maize, nitrogen use efficiency, accumulation amount of above-ground portion nitrogen and content of inorganic nitrogen insoil【.Result】Results of the experiment showed that urea-formaldehyde of different components had different fertilizer efficiency. All slow release fertilizers of UF1, UF2 and UF3 could increase yield of summer maize and nitrogen use efficiency, among which UF2 was the best. Compared with conventional fertilization, UF2 had increased yield of summer maize by 7.63% and nitrogen use efficiency by 16.43 percentage points. UF3 increased yield by 4.98% and nitrogen use efficiency by 0.82 percentage points. In terms of effect, UF1 was only next to it. By using it, the average yield increase of summer maize was 6.53% and nitrogen use efficiency was improved by 12.30 percentage points. In addition, urea-formaldehyde with different components showed different releasing rates. Compared with conventional fertilization, use of urea-formaldehyde fertilizer could keep relatively high content of inorganic nitrogen in 0-20cm soil layer. And for UF2, the content was the highest, which was up to 80.09 mg·kg-1. UF1 took the second place which was up to 66.47 mg·kg-1and UF3 had the lowest content of 51.18 mg·kg-1. The inorganic nitrogen content of conventional fertilization increased because of topdressing urea at bell-mouthing stage, which was up to 27.46 mg·kg-1in filling period. In 20-40 cm soil layer, the inorganic nitrogen contents of UF1 and UF2 were stable between bell-mouthing stage and filling stage and decreased after filling stage. The inorganic nitrogen content of UF1 was as low as 13.40 mg·kg-1and lower than conventional fertilization by 1.05 mg·kg-1in harvesting period. The inorganic nitrogen content of UF2 was 14.13 mg·kg-1, which was lower than conventional fertilization by 0.32 mg·kg-1in harvesting period. But the inorganic nitrogen content of UF3 was slightly higher than other treatments and higher than conventional fertilization by 1.51 mg·kg-1during the harvest period. Therefore the one-time urea-formaldehyde fertilization met the demand for nutrients during the whole maize growth period.【Conclusion】Relatively higher output and nitrogen use efficiency were obtained from UF2 treatment among different urea-formaldehyde fertilizers. It was conclude that this fertilizer application method can be served as the special slow release fertilizer in the north of North China Plain where low and medium productive soil dominates the land.

urea-formaldehyde fertilizer; summer maize; yield; nitrogen use efficiency; soil inorganic nitrogen content

2016-02-29；接受日期：2016-07-21

國家科技支撐計劃課題（2015BAD23B02）

聯(lián)系方式：倪露，E-mail：nilu_lulu@126.com。通信作者白由路，E-mail：baiyoulu@caas.cn