控釋摻混尿素對土壤無機氮和油菜產(chǎn)量及氮素利用率的影響①

張敬昇，李 冰*，王昌全，羅 晶，梁靖越，何 杰，向 毫，尹 斌，陳劍科

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控釋摻混尿素對土壤無機氮和油菜產(chǎn)量及氮素利用率的影響①

張敬昇1，李 冰1*，王昌全1，羅 晶1，梁靖越1，何 杰1，向 毫1，尹 斌2，陳劍科1

(1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130；2 中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008)

2014—2015連續(xù)兩年通過大田試驗研究了尿素、控釋氮肥、控釋摻混尿素對耕層土壤無機氮、油菜生長性狀和產(chǎn)量、氮素利用率以及經(jīng)濟效益的影響，為控釋氮肥在油菜生產(chǎn)中的應(yīng)用推廣提供依據(jù)。結(jié)果表明，較常規(guī)施肥處理相比，各控釋氮肥處理促進了油菜全生育期氮素供應(yīng)，有效提高了油菜生育中后期株高和干物質(zhì)積累量，對油菜主花序長有一定改善作用，且控釋摻混處理與單施控釋氮肥處理分別顯著增長油菜總角果8.98%、6.76% (2014年)和13.80%、9.43% (2015年)。兩年田間試驗結(jié)果表明，控釋摻混尿素處理及控釋氮肥處理顯著增產(chǎn)13.06% ~ 16.70%，氮肥表觀利用率提高23.34% ~ 53.71%，氮肥偏生產(chǎn)力提高13.12% ~ 16.72%，氮肥農(nóng)學(xué)利用率提高25.60% ~ 35.56%，土壤氮依存率降低10.99% ~ 19.83%，凈利潤提高12.83% ~ 25.31%，且以控釋摻混尿素處理效果最優(yōu)。綜上，控釋摻混尿素處理養(yǎng)分釋放適宜，增產(chǎn)增收效果最佳，40% 控釋氮肥 + 60% 尿素處理推廣應(yīng)用潛力較大。

控釋摻混尿素；無機氮；產(chǎn)量；氮素利用率；經(jīng)濟效益

全球油菜生產(chǎn)約占油料作物總產(chǎn)量的13.6%[1]，發(fā)展油菜種植有利于緩解糧油供給與日益增長的人口數(shù)量矛盾。合理施氮可明顯改善油菜株型性狀、生長發(fā)育和產(chǎn)量水平[2-3]。由于油菜吸氮量大以及速效尿素易迅速水解，因此氮肥過量以及氮肥追施現(xiàn)象普遍，造成了資源浪費和勞時費力[4]?？蒯尩释ㄟ^影響包膜內(nèi)的尿素分子在土壤環(huán)境中的擴散通量等機制，實現(xiàn)了氮素緩釋且較為持續(xù)的效果[5]，是一次性簡化施肥技術(shù)的有效手段[6]。然而單施控釋氮肥一方面由于材料成本昂貴，使得農(nóng)田經(jīng)濟作物大面積施用范圍受限[7]，另一方面可能會造成作物生育前期供氮不足[8]，不利于油菜生長發(fā)育。故提出控釋摻混尿素的改良施氮方法，可望協(xié)調(diào)油菜整個生育周期的氮素供應(yīng)，降低施用成本并提高農(nóng)民凈收益?？蒯寭交炷蛩匾言谛←?、玉米、油菜等作物上有一定的配施應(yīng)用效果[9-10]，近年也逐漸成為控釋肥研究領(lǐng)域的一類熱點。本研究通過連續(xù)2年定位大田試驗，分別設(shè)置常規(guī)施肥、控釋氮肥、控釋摻混尿素處理，研究了不同氮肥處理對土壤無機氮動態(tài)變化、油菜生長性狀、產(chǎn)量、肥料氮素利用率以及經(jīng)濟效益等綜合影響，以期為控釋氮肥在油菜生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本試驗分別于2014年10月至2015年5月及2015年10月至2016年5月在四川省成都市郫縣古城鎮(zhèn)花牌村(30°52′22.19′′N，103°56′5.99′′E)進行，該區(qū)域年均氣溫15.7℃，年均日照時數(shù)1 161.5 h，年均降雨量963 mm，年均無霜期280 d。供試土壤類型為水稻土，土壤有機質(zhì)29.80 g/kg，全氮1.90 g/kg，堿解氮114.30 mg/kg，有效磷12.30 mg/kg，速效鉀58.90 mg/kg，pH 6.70。

1.2 供試材料

聚合物包膜控釋氮肥（N 41.4%），氮素釋放周期約為90天，由中國科學(xué)院南京土壤研究所研制；尿素(N 46.4%)，由四川美豐化工有限公司生產(chǎn)；過磷酸鈣(P2O512%)，由湖北祥云化工股份有限公司生產(chǎn)；氯化鉀(K2O 60%)，由湖北宜昌涌金工貿(mào)有限公司經(jīng)銷。供試油菜品種為德油5號，全生育期約200天，移栽密度約為10萬株/hm2。

1.3 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)4個處理：CK(不施氮肥)；UR (100% 普通尿素)；T1 (控釋氮肥40% + 普通尿素60%)；T2 (控釋氮肥100%)。除CK不施氮處理外，各處理氮、磷、鉀用量一致。施氮量150 kg/hm2，施磷量90 kg/hm2，施鉀量90 kg/hm2，氮磷鉀肥均作為基肥一次性基施。試驗小區(qū)面積30 m2(5 m × 6 m)。隨機排列，每個處理設(shè)3次重復(fù)。小區(qū)田埂設(shè)農(nóng)膜，四周設(shè)保護行，避免水肥相互滲透，田間管理以當(dāng)?shù)亓?xí)慣方式管理。

1.4 樣品采集及測定

施肥前采集試驗基礎(chǔ)土樣分析其理化性質(zhì)[11]。在施肥后第10、20、40、60、80、100、120、150、200天用土鉆于各小區(qū)采用多點混合法采樣，采集0 ~ 30 cm耕層土壤。土樣部分進行冷藏保鮮，用于無機氮及含水率測定。

植物樣于蕾薹期(施肥后約120天)、花期(施肥后約150天)、成熟期(施肥后約200天)取代表性樣品5株，用于量取株高及稱量干物質(zhì)量。成熟期產(chǎn)量單打單收，計產(chǎn)。

土壤NH4+-N采用靛酚藍比色法測定，NO– 3-N采用紫外雙波段比色法測定[11]。植物樣先于105℃烘箱殺青30 min，再于70℃烘箱烘至恒重，測量株高并稱量干物質(zhì)量。

植株全氮采用H2SO4-H2O2-凱氏定氮法測定。

1.5 計算方法

氮積累量 (kg/hm2) = 干物質(zhì)量×氮含量/100

氮肥表觀利用率 (NAUE，%) = (施氮區(qū)植株吸氮量–不施氮區(qū)植株吸氮量)/施氮量×100

氮肥偏生產(chǎn)力 (NPP，kg/kg) = 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

氮肥農(nóng)學(xué)利用率 (NAE，kg/kg) = (施氮區(qū)產(chǎn)量–不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量

土壤氮依存率 (CRSN，%) = 不施氮區(qū)植株吸氮量/施氮區(qū)植株吸氮量×100

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)處理分析，采用LSD方法進行多重比較分析(＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對油菜耕層土壤銨態(tài)氮的影響

如圖1所示，施氮能有效提高耕層土壤NH4+-N含量。隨生育期推進，不施氮CK處理NH4+-N含量總體趨于緩慢遞減的趨勢；常規(guī)施肥UR處理的NH4+-N含量表現(xiàn)先增長后下降的特征，2014與2015年均在施肥后第20天出現(xiàn)峰值后迅速下降，而分別在施肥后第100和80天基本趨于平穩(wěn)。而T1和T2處理在施肥后40天內(nèi)，NH4+-N含量均持續(xù)上升，隨后緩慢下降直至與常規(guī)施肥UR處理基本一致。在2014與2015年的施肥后40天內(nèi)，T1處理NH4+-N含量明顯高于T2處理，而40天后T2處理NH4+-N含量略高于T1處理。

2.2 不同處理對油菜耕層土壤硝態(tài)氮的影響

從圖2可知，各施氮處理具有明顯提高耕層土壤NO– 3-N含量的效果。常規(guī)施肥UR處理隨生育期推進先增長后下降，且在2014年施肥后第60天出現(xiàn)一個下降速率放緩的拐點。在施肥0 ~ 40天，T1處理與常規(guī)施肥UR處理的NO– 3-N含量接近，而T2處理相對較低。2014年，T1處理NO– 3-N含量在施肥40天后緩慢下降，并在第80天出現(xiàn)第二波峰值，隨后逐漸下降；而2015年，T1處理在第100天出現(xiàn)了第二波小峰。T2處理在施肥40天后緩慢上升，并在第80天后緩慢下降。

2.3 不同處理對油菜生長的影響

隨生育期推進，油菜株高在花期迅速增長，成熟期明顯放緩(表1)。各生育期，施氮處理均比不施氮CK處理顯著增長油菜株高，且T1與T2處理在各生育期無顯著差異，而常規(guī)施肥UR處理在成熟期的株高水平均顯著低于施用控釋氮肥處理。油菜干物質(zhì)量隨生育期推進持續(xù)增加(表1)。各生育期，較不施氮CK處理相比，施氮處理均顯著提高油菜干物質(zhì)量。常規(guī)施肥UR處理在成熟期的干物質(zhì)量均顯著低于T1處理，與T2處理無顯著差異。

表1 不同處理對油菜生長的影響

注: 同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異顯著(< 0.05)，下同。

2.4 不同處理對油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

除每角粒數(shù)外，各施氮處理均顯著提高油菜各產(chǎn)量構(gòu)成因子(表2)。2014年，各施氮處理的主花序長無顯著差異，而2015年控釋氮肥T1、T2處理較常規(guī)施肥UR處理顯著增長了2.77和2.78 cm。主序角果數(shù)、每角粒數(shù)以及千粒重均表現(xiàn)為各施氮處理間無顯著差異。而總角果數(shù)表現(xiàn)出控釋氮肥處理均顯著多于常規(guī)尿素UR處理，T1與T2處理分別比常規(guī)尿素UR處理增長了8.98%、6.76% (2014年) 和13.80%、9.43% (2015年)。

表2 不同處理對油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.5 不同處理對油菜產(chǎn)量與經(jīng)濟效益的影響

由表3可知，各施肥處理具有顯著增產(chǎn)的作用。與常規(guī)施肥UR處理相比，T1處理連續(xù)兩年的增產(chǎn)效果最顯著，2014與2015年分別增產(chǎn)391.19和378.49 kg/hm2，提高了16.70% 與15.39%。T2處理產(chǎn)量水平相對次之，其2014年產(chǎn)量與T1處理無顯著差異，與UR處理相比增產(chǎn)了342.36 kg/hm2，提高了14.62%；而在2015年的產(chǎn)量水平顯著低于T1處理，但與UR處理相比仍增產(chǎn)了321.12 kg/hm2，提高了13.06%。

表3 不同處理對油菜產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響

注: 尿素2.25元/kg，控釋氮肥3.5元/kg，磷肥1.0元/kg，鉀肥3.75元/kg，人工成本100元/(人·天)，油菜籽約4.00元/kg。

連續(xù)兩年田間試驗表明，各處理的凈利潤表現(xiàn)為T1＞T2＞UR＞CK (表3)。與常規(guī)施肥UR處理相比，T1處理凈利潤分別提高了25.31% (2014年)、22.38% (2015年)，而T2處理凈利潤分別提高了15.55% (2014年)、12.83% (2015年)。

2.6 不同處理對油菜成熟期氮積累量和氮素利用率的影響

施氮可顯著提高油菜成熟期氮積累量，較常規(guī)施肥UR處理，T1處理兩年分別顯著提高了24.74% (2014年)、22.77% (2015年)，T2處理分別顯著提高了15.05% (2014年)、12.23% (2015年) (表4)。

表4 不同處理對油菜成熟期氮積累量和氮素利用率的影響

與常規(guī)施肥UR處理相比，控釋氮肥處理氮肥表觀利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率均顯著提高，而土壤氮依存率顯著降低(表4)。2014與2015年，T1處理氮肥表觀利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別顯著提高53.71%、16.72%、35.56% 和43.45%、15.44%、30.14%，土壤氮依存率顯著降低19.83% 和18.53%；T2處理氮肥表觀利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別顯著提高32.68%、14.67%、31.06% 和23.34%、13.12%、25.60%，土壤氮依存率顯著降低13.05% 和10.99%。

3 討論

中國的油菜生產(chǎn)高度依賴肥料施用[12]，而氮肥投入過量、肥效不適時等問題導(dǎo)致肥料利用率低，制約了肥料的增產(chǎn)增效潛力，產(chǎn)生了一系列資源生態(tài)環(huán)境問題[13-14]。本研究結(jié)果表明，較常規(guī)施肥處理相比，各控釋氮肥處理可不同程度避免尿素迅速水解釋放養(yǎng)分的問題，協(xié)調(diào)全生育期的氮素供應(yīng)。具體表現(xiàn)為由于旱作土壤中銨離子易受大孔隙吸附和硝化作用的多重影響[15-16]，其NH4+-N含量變動幅度相對較小，且在施肥40天內(nèi)，隨生育期推進逐漸增長，可能降低了因一次性施入尿素造成的氨揮發(fā)損失[17]，也滿足了在油菜生長前期，需要持有一定濃度NH4+-N以保障根系發(fā)育活力[18]。本試驗中，常規(guī)施肥處理NO– 3-N含量在施肥40天后迅速下降，而各控釋氮肥處理皆在越冬后(施肥80天以后) 出現(xiàn)NO– 3-N含量的初峰或第二峰值，這一方面與控釋氮肥的釋放周期有關(guān)，另一方面冬季低溫對控釋氮肥的緩釋效果也具有增強作用，一定程度有利于延長控釋氮肥的緩釋效果[19]。有研究表明，油菜生育中后期的充足養(yǎng)分可延緩各營養(yǎng)器官衰老，保持活性光合氮素占比，刺激各器官氮素積累和轉(zhuǎn)運[20-21]，而各營養(yǎng)器官中約55% ~ 73% 的氮素會再分配至油菜籽[22-23]。因此本試驗條件下的控釋氮肥氮素供應(yīng)特征，對油菜增產(chǎn)增效的潛力更大。

株型直觀反映了作物光合作用能力，與產(chǎn)量和構(gòu)成因子緊密聯(lián)系[24]，維持適當(dāng)?shù)闹旮哂欣诜€(wěn)產(chǎn)，而干物質(zhì)積累和各營養(yǎng)器官的氮素再分配，更是油菜高產(chǎn)的關(guān)鍵因素[25-26]。本研究表明，施氮可顯著促進油菜生長發(fā)育，促進氮素吸收，提高油菜產(chǎn)量水平。各控釋氮肥處理由于氮素在油菜生育中后期的持續(xù)供應(yīng)，對油菜株高和干物質(zhì)量的促進效果明顯。且控釋摻混尿素處理的增長效果優(yōu)于單施控釋氮肥處理，這可能是因為油菜生育初期，氣溫低且降水較少，單施控釋氮肥的溶出速率相對受到抑制，故其在生育前期的生長受到一定缺素影響。而控釋摻混尿素處理因較為適宜的摻混比例，在油菜生育前期通過尿素提供適量的速效氮養(yǎng)分，刺激了油菜根系生長和葉片氮素同化[18, 27]，為油菜生育中后期茁壯生長提供條件。在油菜干物質(zhì)和氮積累量迅速增長時期，配施的控釋氮肥仍可持續(xù)供應(yīng)養(yǎng)分，促進了籽粒充實時間，協(xié)調(diào)各器官間動態(tài)源庫關(guān)系，優(yōu)化了角果等發(fā)育[28]，明顯增強單株生產(chǎn)力[29]，本試驗油菜產(chǎn)量構(gòu)成結(jié)論與此基本一致。因此，控釋摻混尿素處理較為全面協(xié)調(diào)了作物全生育期的氮素需求，既適當(dāng)提高株高，有利于后期花序長度增長[30]，又明顯增加干物質(zhì)量，達到大群體庫容優(yōu)勢，發(fā)揮增產(chǎn)潛力[31-32]。

本文基于成都平原多地多年的比例篩選研究，并持續(xù)對篩選出的最佳摻混比例展開定位監(jiān)測及示范試驗[33-35]，具有較強的生產(chǎn)實際價值。兩年定位試驗表明，常規(guī)尿素處理的氮素供應(yīng)規(guī)律不佳，其一養(yǎng)分高度集中在生育初期，然而油菜苗期吸氮能力相對有限[36]，降低了氮素高效利用；其二生育后期的供氮能力變?nèi)?，易造成作物缺氮脫肥，影響作物生長發(fā)育[29]，產(chǎn)量與氮素利用率均明顯抑制。較常規(guī)施肥處理，各控釋氮肥處理可顯著增產(chǎn)13.06% ~ 16.70%，氮肥表觀利用率提高23.34% ~ 53.71%，氮肥偏生產(chǎn)力提高13.12% ~ 16.72%，氮肥農(nóng)學(xué)利用率提高25.60% ~ 35.56%，土壤氮依存率降低10.99% ~ 19.83%，凈利潤提高12.83% ~ 25.31%，與王素萍等[37]的試驗結(jié)果相似。本試驗條件下，各控釋氮肥基本實現(xiàn)了氮素供應(yīng)與油菜對氮素營養(yǎng)同步吸收?？蒯寭交炷蛩靥幚懋a(chǎn)量最高，且肥料成本較單施控釋氮肥處理相對適中，經(jīng)濟效益高，有利于農(nóng)民推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

一次性基施控釋摻混尿素(40% 控釋氮肥+ 60% 尿素)克服了單施控釋氮肥材料成本過高的問題，且氮素供應(yīng)在油菜全生育期較為充足且持續(xù)，避免了作物生育前期可能出現(xiàn)的缺氮脫肥，并有效實現(xiàn)了增產(chǎn)增收和提高肥料利用率的效果。

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Effects of Controlled Release Blend Bulk Urea on Soil Inorganic Nitrogen, Yield and Nitrogen Use Efficiency of Rape

ZHANG Jingsheng1, LI Bing1*, WANG Changquan1, LUO Jing1, LIANG Jingyue1, HE Jie1, XIANG Hao1, YIN Bin2, CHEN Jianke1

(1 College of Resources, Sichuan Agriculture University, Chengdu 611130, China; 2 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

Based on a 2 year (2014—2015) fertilizer field trail, the effects of different nitrogen treatments (CK: no N, UR: 100% urea, T1: 40% controlled release urea + 60% urea, T2: 100% controlled release urea) on soil inorganic nitrogen, the growth status, yield, nitrogen use efficiency and economic benefit of rape were studied to provide reasonable references for the application of controlled release urea in rape planting. The results showed that compared with UR, T1 and T2 enhanced the nitrogen supply of soil in the whole growing stage, promoted plant height and dry matter accumulation in the mid-late growing stage, and increased the length of main inflorescence. T1 and T2 significantly increased total siliques by 8.98% and 6.76% in 2014, and by 13.80% and 9.43% in 2015, respectively. T1 and T2 significantly increased yield by 13.06% - 16.70%, increased NAUE by 23.34% - 53.71%, increased NPP by 13.12% - 16.72%, increased NAE by 25.60% - 35.56%, reduced CRSN by 10.99% - 19.83%, and increased net income by 12.83% - 25.31%. In general, T1 has the best integrated effect and is recommended for the wild application in rape planting.

Controlled release blend bulk urea; Inorganic nitrogen; Yield; Nitrogen use efficiency; Economic benefit

10.13758/j.cnki.tr.2017.03.012

S145.6

A

國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B13)和四川省科技支撐計劃項目(2012JZ0003)資助。

(benglee@163.com)

張敬昇(1993—)，男，重慶江北人，碩士研究生，主要研究方向為土壤氮素轉(zhuǎn)化。E-mail: jove20883452@163.com