尿素硝酸銨溶液減量增效施用對小麥產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響

張運紅，姚 健，和愛玲，杜 君，鄭春風，張潔梅

(河南省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所/河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，河南 鄭州 450002)

尿素硝酸銨溶液減量增效施用對小麥產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響

張運紅，姚 健*，和愛玲，杜 君，鄭春風，張潔梅

(河南省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所/河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，河南 鄭州 450002)

采用盆栽試驗，研究了尿素硝酸銨溶液(UAN)減量增效施用對小麥產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響，旨在為推動液體氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用提供理論依據(jù)。結果表明：同等施氮條件下，與尿素相比，施用UAN處理的不同生育時期小麥株高、生育后期功能葉片葉綠素含量(SPAD值)分別提高了4.6%～24.5%、5.0%～9.7%，產(chǎn)量提高了31.9%，且主要歸因于穗數(shù)的增加。UAN減氮20%(80%UAN)處理與尿素全量(100%UN)處理相比，小麥不減產(chǎn)，在此基礎上添加增效劑海藻酸鈉寡糖(AOS)、氨基酸(aa)分別使小麥增產(chǎn)18.5%、5.6%。同等施氮條件下，施用UAN還可提高小麥花前地上部營養(yǎng)體的氮素轉移能力及其對籽粒的貢獻率，與100%UN處理相比，UAN全量(100%UAN)處理的植株總氮累積量增加24.4%，氮素吸收效率、氮素表觀回收率、氮素農(nóng)學利用效率、氮肥生產(chǎn)效率也分別顯著提高24.1%、27.1%、33.9%、31.9%。80%UAN處理較100%UN處理植株總氮累積量顯著增加22.0%，氮素吸收效率、氮素表觀回收率、氮素農(nóng)學利用效率、氮肥生產(chǎn)效率顯著提高52.2%、55.5%、21.8%、22.0%；在此基礎上添加AOS，氮素收獲指數(shù)及其他氮素利用相關指標較80%UAN處理進一步顯著提高，添加納米Mg(OH)2對植株氮含量提升幅度最大，花期和成熟期秸稈氮含量分別較80%UAN處理增加40.7%和16.3%，對其他指標影響較小。綜上，尿素硝酸銨溶液在小麥上施用效果優(yōu)于尿素，可實現(xiàn)節(jié)肥增效。

尿素硝酸銨溶液； 小麥； 施用； 產(chǎn)量； 氮素吸收利用

1 材料和方法

1.1 供試材料

1.2 試驗設計

試驗于2016年10月—2017年5月在河南省農(nóng)業(yè)科學院科研園區(qū)進行。采用土培盆栽試驗，選用聚乙烯塑料盆，每盆裝過2 mm篩的土10 kg。試驗設7個處理，分別為：處理1，對照(CK)，不施氮肥處理；處理2，尿素全量(100%UN)；處理3，UAN全量(100%UAN)；處理4，UAN減氮20%(80%UAN)；處理5，UAN減氮20%+海藻酸鈉寡糖(80%UAN+AOS)；處理6，UAN減氮20%+納米Mg(OH)2[80%UAN+Mg(OH)2]；處理7，UAN減氮20%+氨基酸(80%UAN+aa)。每個處理重復3次，共21盆。氮肥全量施用量為純氮0.25 g/kg，減量施用量為純氮0.20 g/kg，施肥方式為50%基施、50%追施。磷鉀肥采用KH2PO4，施用量為0.4 g/kg，施肥方式為基施。海藻酸鈉寡糖、納米Mg(OH)2、氨基酸在肥料中的含量均為0.3%。穴施播種，每盆6穴，每穴10粒，30 d后間苗至每穴6株，小麥生長期間通過稱質(zhì)量法維持盆中土壤水分含量在田間持水量的70%左右。

1.3 指標測定及方法

1.3.1 株高和SPAD值 于苗期、返青期、拔節(jié)期、開花期、成熟期測定小麥株高，于苗期、返青期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期測定功能葉片SPAD值(倒二葉)，其中株高采用尺測，SPAD值采用SPAD-502葉綠素儀測定。

1.3.2 產(chǎn)量及其構成因子 在成熟期收割各處理的全部植株，脫粒后以風干質(zhì)量換算出籽粒產(chǎn)量；每個處理選取代表性植株5株，換算出穗粒數(shù)；在各處理風干測產(chǎn)的籽粒樣本中計算千粒質(zhì)量。

1.3.3 氮含量及氮效率 分別于開花期和成熟期采集植株樣品，并將成熟期樣品分為籽粒和莖葉兩部分，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量，測定其干質(zhì)量。取烘干樣，粉碎后用半微量凱氏定氮儀測定各器官全氮含量，并計算氮素累積量、營養(yǎng)器官氮素轉運量、營養(yǎng)器官氮素轉運率、營養(yǎng)器官轉運氮素對籽粒氮素的貢獻率、花后氮吸收量、花后氮吸收量對籽粒氮素的貢獻率、氮素收獲指數(shù)、氮素吸收效率、氮素表觀回收率、氮素農(nóng)學效率和氮肥生產(chǎn)效率。各指標計算公式如下：

各器官氮素累積量=氮素含量×干質(zhì)量，

營養(yǎng)器官氮素轉運量=開花期營養(yǎng)器官氮素累積量-成熟期營養(yǎng)器官氮素累積量，

營養(yǎng)器官氮素轉運率=營養(yǎng)器官氮素轉運量/開花期營養(yǎng)器官氮素累積量×100%，

營養(yǎng)器官轉運氮素對籽粒氮素的貢獻率=營養(yǎng)器官氮素轉運量/成熟期籽粒氮素累積量×100%，

花后氮吸收量=成熟期地上部氮素累積量-開花期器官氮素累積量，

花后氮吸收量對籽粒氮素的貢獻率=花后氮吸收量/成熟期籽粒氮素累積量×100%，

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素累積量/植株地上部氮素累積量×100%，

氮素吸收效率=植株地上部氮素累積量/施氮量，

氮素表觀回收率=(施肥區(qū)作物氮素累積量-空白區(qū)氮素累積量)/施氮量×100%，

氮素農(nóng)學效率=作物施肥后增加的產(chǎn)量/施氮量，

氮肥生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理，SPSS 17.0進行方差分析，LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 UAN減量增效施用對小麥株高和SPAD值的影響

由圖1可知，與CK相比，UAN全量或減量20%施用均可顯著提高小麥不同生育時期株高，其中100%UAN處理較CK增加38.4%～150.7%，較100%UN處理顯著增加4.6%～24.5%；80%UAN處理較CK增加44.3%～144.4%，在苗期、返青期、拔節(jié)期較100%UN處理分別增加9.9%、15.2%、10.1%。80%UAN+AOS處理在拔節(jié)期、開花期、成熟期較100%UN處理分別增加5.6%、5.9%、7.8%，開花期和成熟期較80%UAN處理顯著增加4.3%和3.9%。以SPAD值來看，UAN全量或減量20%處理的不同生育時期小麥葉片SPAD值均顯著高于CK，其中100%UAN處理較CK增加13.4%～114.6%，較100%UN處理增加5.0%～9.7%；80%UAN處理較CK增加19.9%～106.15%，在苗期、返青期、拔節(jié)期較100%UN處理分別增加6.1%、24.7%、5.1%；80%UAN+AOS處理除灌漿期外也顯著高于100%UN處理，增幅為5.2%～11.8%；80%UAN+Mg(OH)2和80%UAN+aa處理在返青期、拔節(jié)期、開花期較100%UN處理分別增加23.3%、8.0%、4.5%和26.0%、8.8%、3.8%；3個添加增效劑的80%UAN處理在拔節(jié)期、開花期、灌漿期較80%UAN處理也均有不同程度增加。結果說明，同等施氮條件下，與尿素相比，施用UAN可提高小麥生育后期功能葉片葉綠素含量，促進植株生長；減量條件下，UAN添加不同增效劑處理的小麥生育后期長勢明顯好于未添加處理。

不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異顯著(P<0.05)

2.2 UAN減量增效施用對小麥產(chǎn)量及其構成因子的影響

由表1可知，與CK相比，UAN全量或減量20%施用均可顯著提高小麥穗數(shù)，且除80%UAN處理外，其余處理也顯著高于100%UN處理，以100%UAN處理效果最好，較CK、100%UN處理分別增加44.0%、27.1%。80%UAN+AOS、80%UAN+Mg(OH)2、80%UAN+aa處理較100%UN處理分別增加10.6%、7.1%、10.6%。UAN處理的小麥穗長和穗質(zhì)量均顯著高于CK、100%UN處理，其中穗長分別增加127.8%～145.9%、7.8%～9.8%，以80%UAN+AOS、80%UAN+aa處理最好，其次為100%UAN、80%UAN、80%UAN+Mg(OH)2處理；穗質(zhì)量分別增加8.0～9.7倍、5.7%～25.5%，以80%UAN+AOS處理最高。穗粒數(shù)以80%UAN+AOS處理最高，分別較CK、100%UN處理增加6.6倍、24.9%，且差異顯著，其次為80%UAN+aa、100%UAN處理，二者均顯著高于CK和100%UN處理。千粒質(zhì)量除80%UAN和100%UN處理無顯著差異外，其余處理均較之顯著下降。100%UAN處理產(chǎn)量最高，分別較CK、100%UN處理增加22.3倍、31.9%，其次是80%UAN+AOS處理，分別增加20.0倍、19.0%，80%UAN+aa處理產(chǎn)量較100%UN處理顯著增加5.6%。結果說明，同等施氮量條件下，與尿素相比，UAN可促進小麥增產(chǎn)，主要歸因于穗數(shù)的增加；UAN減量20%施用小麥不減產(chǎn)，在此基礎上添加增效劑AOS或aa可促進產(chǎn)量的提高，主要歸因于穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加。

表1 UAN減量增效施用對小麥產(chǎn)量及其構成因子的影響

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

2.3 UAN減量增效施用對小麥氮素吸收與轉移的影響

由表2可知，與CK相比，UAN全量或減量20%施用均可顯著提高小麥花期氮含量和累積量，除80%UAN+aa處理外，其余處理的氮含量也顯著高于100%UN處理，以80% UAN+Mg(OH)2處理最高，較CK、100%UN處理分別增加131.0%、51.4%。100%UAN處理的花期氮累積量、成熟期秸稈氮含量、植株總氮累積量較100%UN處理顯著提高48.5%、15.0%、24.4%。100%UAN和80%UAN的成熟期籽粒氮含量、氮累積量和總氮累積量均高于CK、100%UN處理，成熟期籽粒氮含量分別增加42.5%～49.3%、9.4%～14.7%，以100%UAN處理最高；籽粒氮累積量分別增加11.7～14.5倍、13.8%～38.8%，總氮累積量分別增加10.4～12.7倍、13.0%～36.6%，二者均以80%UAN+AOS處理最高。結果表明，同等施氮量或減氮20%條件下，UAN均可促進小麥對氮的吸收和累積；減量條件下，UAN添加納米Mg(OH)2對植株氮含量提升幅度較大，但總氮累積量則以添加AOS處理最高。

表2 UAN減量增效施用對小麥氮素吸收與累積的影響

氮素收獲指數(shù)(NHI)是衡量植物體內(nèi)氮素向籽粒轉移的重要參數(shù)，反映了氮素在植株體內(nèi)的分配情況。由表3可知，與CK相比，UAN全量或減量20%施用均可提高小麥NHI、地上部營養(yǎng)體氮素轉運量、花后氮素吸收量，其中NHI增幅為12.2%～13.2%，以80%UAN+AOS處理最高；花前氮素轉運量增加3.8～11.8倍，以100%UAN處理最高，較100%UN處理顯著提高54.3%；花后氮素吸收量以80%UAN+aa、80%UAN+AOS處理最高，較100%UN處理分別增加113.1%、104.9%?；ㄇ暗剞D運率除80%UAN+aa處理外，其余處理均顯著高于CK，增幅為6.3%～13.7%，以100%UAN處理最高；UAN全量或減量20%處理的花前氮素轉運量對籽粒的貢獻率較CK顯著降低8.7%～64.0%，但100%UAN處理較100%UN處理顯著增加23.0%，80%UAN+Mg(OH)2處理較80%UAN處理顯著增加38.0%，80%UAN+aa處理較之顯著下降32.5%；花后氮吸收量對籽粒的貢獻率以80%UAN+aa處理最高，較100%UN處理增加79.4%，其次為80%UAN+AOS、80%UAN處理，較100%UN處理分別增加47.6%、43.3%。結果說明，同等施氮量條件下，與UN相比，UAN可提高小麥花前地上部營養(yǎng)體的氮素轉移能力及其對籽粒的貢獻率；減量條件下，UAN添加AOS可提高小麥的NHI；添加納米Mg(OH)2可提高花前氮素轉運量對籽粒的貢獻率，添加氨基酸的花前氮素轉運量及其對籽粒的貢獻率則顯著降低。

表3 UAN減量增效施用對小麥氮素轉移的影響

2.4 UAN減量增效施用對小麥氮素利用效率的影響

由表4可知，UAN全量或減量20%施用的小麥氮素吸收效率、氮素表觀回收率、氮素農(nóng)學利用效率、氮肥生產(chǎn)效率均顯著高于100%UN處理，100%UAN處理的氮素吸收效率、氮素表觀回收率、氮素農(nóng)學利用效率、氮肥生產(chǎn)效率較100%UN處理分別顯著提高24.1%、27.1%、33.9%、31.9%；80%UAN+AOS處理的氮素吸收效率、氮素表觀回收率、氮素農(nóng)學利用效率、氮肥生產(chǎn)效率最高，分別較100%UN處理增加70.4%、75.8%、49.5%、48.1%，較80%UAN處理增加11.9%、13.0%、22.8%、21.4%。該結果說明，與尿素相比，同等施氮量或減氮20%條件下，施用UAN均可促進小麥對氮素的吸收和利用；減量條件下，UAN添加AOS使小麥氮素吸收利用效率進一步提高，而Mg(OH)2、aa對氮素利用相關指標影響不大。

表4 UAN減量增效施用對小麥氮素利用效率的影響

3 結論與討論

近年來，我國肥料增值技術發(fā)展較快，一些生物刺激素具有增強營養(yǎng)物質(zhì)吸收和利用的功能，且具有安全、環(huán)保、多功能等優(yōu)勢，被作為新型肥料增效劑開發(fā)應用。張朝霞等[25]將海藻寡糖添加到尿素中施用，發(fā)現(xiàn)可促進小麥增產(chǎn)。袁亮等[26]報道，與尿素相比，海藻酸增值尿素、腐植酸增值尿素和谷氨酸增值尿素均可提高小麥產(chǎn)量和氮肥利用率，降低其氮素損失。張運紅等[27]研究發(fā)現(xiàn)，海藻酸鈉寡糖尿素不僅可提高玉米功能葉片葉綠素含量和凈光合速率，還能促進玉米對氮、磷、鉀的吸收，其效果優(yōu)于腐植酸尿素和聚能網(wǎng)尿素。本研究表明，UAN添加AOS或aa后，小麥產(chǎn)量均有所增加，其中添加AOS處理的植株總氮累積量、氮素吸收效率、氮素表觀回收率、氮素農(nóng)學利用效率、氮肥生產(chǎn)效率也顯著提高，這與前人研究結果基本一致[25-27]。張運紅等[28-29]在菜心和水稻上的研究發(fā)現(xiàn)，海藻酸鈉寡糖可改善類囊體膜結構與功能，從而提高植物光合效率，促進光合產(chǎn)物的積累，本研究中,UAN添加AOS后，小麥生育后期功能葉片SPAD值、產(chǎn)量均顯著提高，可能與AOS提高光合代謝有關，但目前對于其促進作物養(yǎng)分吸收的作用機制還不是很清楚。納米Mg(OH)2是一種粒徑介于80～127 nm的新型Mg(OH)2，具有晶粒小、比表面積大等特點，袁婷等[30]研究表明，低量鉀配施納米Mg(OH)2對白菜增產(chǎn)效果顯著，還可促進植株對氮、磷、鉀的吸收。本研究中,同等施氮條件下，添加納米Mg(OH)2的小麥植株含氮量最高，但增產(chǎn)效果不明顯，其原因還有待進一步研究。

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Effects of the Reducing and Efficiency-increasing Application of Urea Ammonium Nitrate Solution on the Yield and Nitrogen Uptake and Utilization of Wheat

ZHANG Yunhong,YAO Jian*,HE Ailing,DU Jun,ZHENG Chunfeng,ZHANG Jiemei

(Institute of Plant Nutrition & Agricultural Resources and Environmental Science/Henan Key Laboratory of Agricultural Eco-environment,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

Pot experiments were conducted to study the effects of the reducing and efficiency-increasing application of urea ammonium nitrate solution(UAN) on the yield and nitrogen uptake and utilization of wheat,in order to provide scientific basis for the application of liquid nitrogen fertilizer in agricultural production.The results showed that compared with urea,applying UAN increased the plant height by 4.6%—24.5% at different growth stages of wheat and increased the SPAD value of functional leaves by 5.0%—9.7% at the late growth stage under the same nitrogen level,thereby raising the yield by 31.9%,which was mainly due to the increase of panicle number.The yield of 80% UAN treatment did not change significantly as compared to 100% urea treatment,but was increased by 18.5% or 5.6% after fertilizer synergist alginate oligosaccharides(AOS) or amino acid(aa) was added,respectively.Under the same nitrogen level,compared with urea,applying UAN also enhanced the ability of transferring nitrogen to seeds of upper ground organs in early growth period and the contribution to the grain,thereby increasing total nitrogen accumulation in plant by 24.4%;Moreover,nitrogen uptake efficiency,nitrogen recovery efficiency,agronomic nitrogen utilization efficiency and nitrogen fertilizer productive efficiency were also significantly increased by 24.1%,27.1%,33.9% and 31.9%,respectively.Total nitrogen accumulation of 80%UAN treatment was 22.0% higher than 100% urea treatment,and nitrogen uptake efficiency,nitrogen recovery efficiency,agronomic nitrogen utilization efficiency and nitrogen fertilizer productive efficiency were also significantly increased by 52.2%,55.5%,21.8% and 22.0%,respectively.The 80% UAN treatment with AOS added further raised nitrogen harvest index and other nitrogen utilization related indicators as compared to 80%UAN treatment.The nitrogen contents of the 80%UAN treatment with nano Mg(OH)2added were significantly increased,with the increase amplitude of 40.7% and 16.3% in shoot at the flowering stage and mature stage,but the changes of other indicators were relatively smaller.In conclusion,the application effects of UAN on wheat were better than urea,for saving fertilizers and increasing revenue.

urea ammonium nitrate solution; wheat; application; yield; nitrogen uptake and utilization

S145.2

A

1004-3268(2017)11-0006-07

2017-07-31

河南省科技開放合作項目(172106000044)；“十二五”國家科技支撐計劃(2013BAD07B07，2015BAD23B0208)

張運紅(1983-)，女，河南新鄉(xiāng)人，助理研究員，博士，主要從事植物營養(yǎng)與施肥研究。

E-mail:snowgirl23@126.com

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姚 健(1959-)，女，山西浮山人，副研究員，碩士，主要從事植物營養(yǎng)和土壤農(nóng)化研究。

E-mail:13676942172@163.com