夏玉米施用不同緩釋化處理氮肥的效果及氮肥去向

周麗平，楊俐蘋，白由路，盧艷麗，王磊

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夏玉米施用不同緩釋化處理氮肥的效果及氮肥去向

周麗平，楊俐蘋，白由路，盧艷麗，王磊

（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)部植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

【目的】研究不同緩釋化處理氮肥對(duì)夏玉米的產(chǎn)量、氮肥去向及氮素平衡的影響，為提高夏玉米一次性施肥的氮肥利用率并降低氮肥的環(huán)境影響提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭囼?yàn)于2014—2015年以鄭單958為供試品種，在華北地區(qū)中低產(chǎn)田連續(xù)兩年進(jìn)行大田試驗(yàn)，共設(shè)置6個(gè)處理，分別為：不施氮（CK）、尿素（CU）、樹脂包膜尿素（CRF）、控失尿素（LCU）、凝膠尿素（CLP）和脲甲醛（UF）。在玉米成熟期采集植物和土壤樣品，用于測(cè)定植物含氮量和土壤無機(jī)氮含量，并計(jì)算作物吸氮量、氮肥利用率、土壤無機(jī)氮積累量、氮肥損失量等。【結(jié)果】（1）氮肥緩釋化處理能夠明顯提高夏玉米的產(chǎn)量，促進(jìn)氮素吸收。與尿素相比，脲甲醛、凝膠尿素、樹脂包膜尿素和控失尿素可分別提高夏玉米產(chǎn)量18.9%、16.8%、13.7%和13.6%，同時(shí)氮肥農(nóng)學(xué)利用效率分別提高6.5、4.8、4.0和3.7 kg·kg-1。（2）不同氮肥處理的作物吸收肥料氮以及肥料氮在0—100 cm土層殘留量之間存在顯著性差異。脲甲醛、凝膠尿素、樹脂包膜尿素、控失尿素和尿素的氮肥表觀回收率分別為54.9%、42.4%、38.3%、38.3%和22.0%，肥料氮在0—100 cm土層殘留量分別占施氮量的28.3%、43.8%、39.2%、46.2%和46.6%。此外，與尿素相比，氮肥緩釋化處理能夠顯著降低肥料氮的損失，凝膠尿素、控失尿素、脲甲醛和樹脂包膜尿素分別降低了47.6%、43.1%、40.8%和26.7%。（3）綜合分析不同氮肥處理的農(nóng)田氮素平衡，脲甲醛處理的夏玉米吸氮量最高，為245.0 kg·hm-2，其次是凝膠尿素，為222.5 kg·hm-2。脲甲醛的0—100 cm土層殘留量在緩釋化氮肥中最低，為153.4 kg·hm-2，樹脂包膜尿素、凝膠尿素和控失尿素分別為173.1、181.5和185.7 kg·hm-2。凝膠尿素處理的氮表觀損失量最低，為35.6 kg·hm-2，控失尿素、脲甲醛和樹脂包膜尿素的氮表觀損失量分別為38.8、41.2和51.3 kg·hm-2?！窘Y(jié)論】在華北地區(qū)中低產(chǎn)田土壤上，氮肥緩釋化處理能夠顯著促進(jìn)夏玉米對(duì)氮素的吸收、減少氮素?fù)p失。脲甲醛和凝膠尿素的效果相對(duì)較好。

夏玉米；氮肥；緩釋化；氮肥去向；氮素平衡

0 引言

【研究意義】氮素是農(nóng)田系統(tǒng)中最重要的產(chǎn)量限制因子[1]，近年來，中國農(nóng)用氮肥施用量不斷增加，因此如何在保證“氮肥零增長”的情況下保障糧食安全，提高氮肥利用效率，并通過減少氮素?fù)p失來降低肥料的環(huán)境效應(yīng)是中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的大方向之一?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)肥料養(yǎng)分釋放與作物需求之間的關(guān)系可影響作物的養(yǎng)分利用。在玉米常規(guī)施肥中，為了保證玉米高產(chǎn)，需在玉米生長的開花期和灌漿期追施氮肥，這樣不僅導(dǎo)致費(fèi)力費(fèi)工、增加成本，而且還會(huì)因玉米生長期高溫多雨，使肥料淋失，造成浪費(fèi)，增加環(huán)境壓力[2-4]。因此可對(duì)肥料本身性質(zhì)進(jìn)行改良或加入肥料增效劑，實(shí)現(xiàn)一次性施肥，進(jìn)行有效控釋養(yǎng)分，來提高肥料利用率[5-12]。如今，通過不同改良和緩釋處理后的氮肥如包膜類肥料、控失尿素、脲甲醛、凝膠尿素等在不斷服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。與尿素相比，包膜尿素、控失尿素和脲甲醛能顯著促進(jìn)氮素吸收和轉(zhuǎn)化、提高玉米產(chǎn)量和氮素利用效率。凝膠尿素中的緩控載體能夠控制養(yǎng)分釋放，提高作物氮素利用效率[13-24]。魏海燕等[13]研究了緩釋肥類型對(duì)不同穗型水稻產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，其產(chǎn)量呈現(xiàn)脲甲醛＞樹脂包衣緩控釋肥＞硫包衣緩控釋肥。張艷菲等[6]研究了控失尿素養(yǎng)分釋放特性，結(jié)果表明，控失尿素比普通尿素有更長的肥效期，且控失尿素的氮釋放率隨著控失劑含量的增加而降低?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以上研究多集中于同類控釋類氮肥、控失類氮肥、化能緩釋類氮肥或者傳統(tǒng)氮肥對(duì)作物產(chǎn)量、氮素吸收等的影響，關(guān)于不同大類氮肥對(duì)整個(gè)作物-土壤系統(tǒng)氮素平衡的研究較少，缺乏各大類氮肥對(duì)華北地區(qū)中低產(chǎn)田夏玉米肥料效應(yīng)的比較研究與評(píng)估?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究旨在華北地區(qū)北部中低產(chǎn)土壤上研究不同緩釋化氮肥的夏玉米肥料效應(yīng)，為該地區(qū)選擇合適的緩釋化處理氮肥、提高夏玉米氮肥利用率提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2014年和2015年在河北省廊坊市廣陽區(qū)萬莊鎮(zhèn)北中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院國際農(nóng)業(yè)高新技術(shù)示范園內(nèi)（N39°35′47.03″、E116°35′16.24″）進(jìn)行，該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均日照時(shí)數(shù)在2 660 h，年平均氣溫11.9 ℃，無霜期平均183 d，年平均降水量554.9 mm。種植制度為玉米與小麥輪作。

1.2 試驗(yàn)材料

供試肥料分別為尿素、樹脂包膜尿素（含氮量43%）、脲甲醛（含氮量41%，此肥料為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家測(cè)土配方施肥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自制，冷水不溶氮為0.56，熱水不溶氮為0.39，活性指數(shù)為30%）、控失尿素（含氮量44%，即為在尿素中添加控失因子制得，其控失因子為一種天然的生物高分子材料，遇水形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)尿素進(jìn)行包裹）、凝膠尿素（含氮量46%，以水﹕尿素﹕丙烯酰胺-丙烯酸鉀交聚物=100﹕75﹕2制得，其中丙烯酰胺-丙烯酸鉀交聚物為一種保水劑材料，分子式為(CH2CH)nCONH2-(CH2CH)mCOOK[25]），磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。

試驗(yàn)區(qū)土壤類型為潮土，土壤質(zhì)地為砂壤。0—20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量7.4 g·kg-1、銨態(tài)氮3.8 mg·kg-1、硝態(tài)氮19.5 mg·kg-1、速效磷 21.0 mg·kg-1、速效鉀65.7 mg·kg-1、pH 8.2。

供試作物為夏玉米，品種為鄭單958，種植行距為60 cm，株距為21 cm。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 進(jìn)行連續(xù)兩年大田試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理：不施氮（CK）；尿素（CU）；樹脂包膜尿素（CRF）；控失尿素（LCU）；凝膠尿素（CLP）；脲甲醛（UF）。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積3 m×8 m，共18個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。施肥方式為人工溝施覆土，施肥量由國家測(cè)土配方與施肥中心采用高效土壤養(yǎng)分測(cè)試法（ASI法）對(duì)試驗(yàn)田土壤測(cè)試后根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量法推薦：氮肥（N）、磷肥（以P2O5計(jì)）、鉀肥（以K2O計(jì)）用量分別為180、90、90 kg·hm-2。各處理均為一次性基施，試驗(yàn)分別于2014年6月24日至2014年10月14日以及2015年6月19日至2015年10月19日進(jìn)行，其他田間管理按大田常規(guī)方法進(jìn)行。

1.3.2 樣品采集與測(cè)定

（1）植株樣品的采集與測(cè)定 在玉米收獲期選擇3株有代表性的植株，分秸稈和穗分別裝入網(wǎng)袋帶回實(shí)驗(yàn)室，烘干后全部粉碎。采用H2SO4-H2O2消解，用連續(xù)流動(dòng)分析儀（Seal AA3）測(cè)定全氮含量。

（2）土壤樣品的采集與測(cè)定 在播種玉米前和玉米收獲期采集0—100 cm土層樣品，每 20 cm 為一層（共5層）。用2 mol·L-1KCl進(jìn)行振蕩提取，用雙通道流動(dòng)分析儀（Seal AA3）測(cè)定土壤無機(jī)氮（NH4+-N、NO3--N）含量；采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷含量；采用NH4OAc浸提，火焰光度法測(cè)定土壤速效鉀含量。

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的測(cè)定 在玉米成熟期，將試驗(yàn)小區(qū)全部收獲，并調(diào)查穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

吸氮量（kg·hm-2）=植株干重×氮含量；

氮收獲指數(shù)（NHI，%）=籽粒吸氮量/植株吸氮量×100[26]；

氮肥農(nóng)學(xué)利用效率（NAE，kg·kg-1）=（施氮區(qū)產(chǎn)量－不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量[26]；

氮素內(nèi)在利用效率（NIE，kg·kg-1）=產(chǎn)量/地上部總吸氮量[27]；

氮肥表觀回收率（NRE，%）=（施氮區(qū)地上部分吸氮量－不施氮區(qū)地上部分吸氮量）/施氮量×100[26,28]；

土壤硝態(tài)氮積累量（kg·hm-2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤硝態(tài)氮含量（mg·kg-1）/10[26]；

土壤銨態(tài)氮積累量（kg·hm-2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤銨態(tài)氮含量（mg·kg-1）/10；

土壤礦化氮量（kg·hm-2）=不施氮區(qū)地上部分吸氮量+不施氮區(qū)土壤殘留無機(jī)氮量－不施氮區(qū)土壤起始無機(jī)氮量[26,29]；

氮表觀損失量（kg·hm-2）=氮輸入量－氮輸出量=（施氮量+播前土壤起始無機(jī)氮量+土壤礦化氮量）－（施氮區(qū)地上部吸氮量+收獲后土壤殘留無機(jī)氮量）[26,29]；

氮肥表觀損失率（%）=氮表觀損失量/施氮量×100[26,29]；

氮肥土壤殘留率（%）=（1-氮肥表觀回收率-氮肥表觀損失率）×100[29]；

作物吸收肥料氮（kg·hm-2）=施氮區(qū)地上部吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量[28]；

作物吸收肥料氮的比例（%）=作物吸收肥料氮/施氮區(qū)地上部吸氮量×100[28]；

肥料氮?dú)埩袅浚╧g·hm-2）=施氮區(qū)土壤殘留無機(jī)氮量－不施氮區(qū)土壤殘留無機(jī)氮量[28]；

肥料氮?dú)埩袈剩?）=肥料氮?dú)埩袅?施氮區(qū)土壤殘留無機(jī)氮量×100[28]；

肥料氮總損失量（kg·hm-2）=施氮量－作物吸收肥料氮－肥料氮?dú)埩袅縖28]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，采用 SAS9.1 統(tǒng)計(jì)軟件 Duncan 方法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果

2.1 不同氮肥對(duì)夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表1可知，不同緩釋化處理的氮肥較尿素處理增產(chǎn)效果顯著。其中脲甲醛的增產(chǎn)幅度最大，兩年平均增產(chǎn)達(dá)18.9%。凝膠尿素、控失尿素、樹脂包膜尿素平均分別增產(chǎn)16.8%、13.6%和13.7%。施氮處理與不施氮對(duì)照相比，脲甲醛、凝膠尿素、控失尿素、樹脂包膜尿素和尿素平均增產(chǎn)率分別為30.5%、28.2%、24.7%、24.7%和9.8%。

比較兩年施用不同氮肥品種的夏玉米生物學(xué)性狀可知，穗粒數(shù)變化穩(wěn)定，各處理之間沒有明顯差異。脲甲醛處理的穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重在各處理中均為最高，其穗粗、行粒數(shù)和穗粒數(shù)與凝膠尿素處理的無顯著性差異。各處理的百粒重大小順序依次為脲甲醛＞凝膠尿素＞樹脂包膜尿素＞控失尿素＞尿素＞不施氮。這進(jìn)一步證明，脲甲醛處理下的夏玉米主要通過增加百粒重來提高產(chǎn)量。

2.2 不同氮肥對(duì)夏玉米氮素利用狀況的影響

2.2.1 收獲期吸氮量 由圖1可知，2014年各處理秸稈吸氮量的大小順序?yàn)殡寮兹究厥蛩兀緲渲つ蛩兀灸z尿素＞尿素，2015年，各處理秸稈吸氮量的大小順序?yàn)殡寮兹緲渲つ蛩兀究厥蛩兀灸z尿素＞尿素。與尿素處理相比，2014年凝膠尿素、脲甲醛、控失尿素和樹脂包膜尿素處理的夏玉米籽粒吸氮量分別提高了37.7%、33.7%、13.5%和12.2%。2015年凝膠尿素、脲甲醛、控失尿素和樹脂包膜尿素處理的夏玉米籽粒吸氮量分別提高了16.7%，31.1%，11.3%和20.2%。各處理的地上部總吸氮量之間均存在顯著性差異，2014年，各處理之間地上部總吸氮量的大小順序依次為脲甲醛＞凝膠尿素＞控失尿素＞樹脂包膜尿素＞尿素。2015年，各處理之間地上部總吸氮量的大小順序依次為脲甲醛＞樹脂包膜尿素＞凝膠尿素＞控失尿素＞尿素。脲甲醛的地上部吸氮量兩年平均為最高，高達(dá)245.0 kg·hm-2。兩年結(jié)果平均來看，與尿素相比，脲甲醛、凝膠尿素、樹脂包膜尿素和控失尿素處理的地上部吸氮量平均提高了32.7%、20.7%、15.6%和16.6%。

表1 施用不同緩釋化處理氮肥的夏玉米產(chǎn)量和生物學(xué)性狀

CK：不施氮；CU：尿素；CRF：樹脂包膜尿素；LCU：控失尿素；CLP：凝膠尿素；UF：脲甲醛。同列不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同

CK: No N fertilizer; CU: Urea; CRF: Polymer-coated urea; LCU: Lost-controlled urea; CLP: Polymer gel urea; UF: Urea formaldehyde. Different letters in a column mean significant difference at the 5% level. The same as below

圖1 不同緩釋化處理氮肥的夏玉米收獲期吸氮量

2.2.2 氮肥利用效率 由表2可知，兩個(gè)年度不同氮肥處理下玉米的氮素內(nèi)在利用效率均存在顯著性差異。2014年，不同氮肥處理夏玉米的氮素內(nèi)在利用效率大小依次為尿素＞樹脂包膜尿素＞控失尿素＞凝膠尿素＞脲甲醛，2015年的大小依次為尿素＞凝膠尿素＞控失尿素＞樹脂包膜尿素＞脲甲醛。與尿素相比，脲甲醛的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率為最高，兩年平均提高了6.5 kg·kg-1，凝膠尿素、樹脂包膜尿素和控失尿素的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率兩年平均提高了4.8、4.0和3.7 kg·kg-1。

2.3 化肥氮的去向

比較2014年和2015年各氮肥處理下化肥氮在夏玉米季去向可知（表3），各氮肥處理下，作物吸收肥料氮、肥料氮在0—100 cm土層殘留量均存在顯著性差異。脲甲醛處理的氮肥表觀回收率平均高達(dá)54.9%，凝膠尿素、樹脂包膜尿素、控失尿素和尿素的氮肥表觀回收率平均為42.4%、38.3%、38.3%和22.0%，與尿素相比，脲甲醛、凝膠尿素、樹脂包膜尿素和控失尿素平均提高了32.9、20.4、16.3和16.3個(gè)百分點(diǎn)。尿素、控失尿素、凝膠尿素、樹脂包膜尿素和脲甲醛處理的肥料氮0—100 cm土層殘留量平均分別占施氮量的46.6%、46.2%、43.9%、39.2%和28.3%。施入農(nóng)田中的肥料氮除了被作物吸收和殘留于土壤中外，有一部分也以氮化物進(jìn)入環(huán)境中，造成肥料氮損失。與尿素相比，氮肥緩釋化處理能夠明顯減少肥料氮的損失，凝膠尿素、控失尿素、脲甲醛和樹脂包膜尿素平均分別降低了41.9%、37.1%、35.5%和20.6%。

表2 不同氮肥對(duì)夏玉米氮肥利用率的影響

表3 化肥氮在夏玉米季的去向及各部分占施氮量的比例

2.4 夏玉米吸收土壤氮和肥料氮的比例

由表4可知，作物吸收的氮主要來源于土壤氮和肥料氮，在各處理中，脲甲醛處理的玉米吸收的肥料氮在兩年內(nèi)均為最高，平均高達(dá)40.5%，凝膠尿素、控失尿素、樹脂包膜尿素和尿素處理下，玉米吸收的肥料氮平均為34.5%、32.2%、32.0%和21.4%。這表明，與尿素處理相比，緩釋化處理的氮肥能夠促進(jìn)玉米對(duì)肥料氮的吸收，其中脲甲醛的促進(jìn)作用最為明顯。

2.5 不同氮肥對(duì)農(nóng)田氮素平衡的影響

由表5可知，2014年和2015年土壤起始無機(jī)氮量與土壤氮素的礦化量之和分別達(dá)252和267 kg·hm-2，土壤自身可以滿足作物對(duì)氮素的需求。但從收獲期殘留的無機(jī)氮來說，各施肥處理的無機(jī)氮?dú)埩袅恳草^高。而大量殘留的無機(jī)氮尤其是硝態(tài)氮極易通過淋洗或硝化-反硝化過程從土壤-作物體系中損失出去，對(duì)環(huán)境造成污染。

2014年，各處理的地上部總吸氮量之間均存在顯著性差異，其大小順序依次為脲甲醛＞凝膠尿素＞控失尿素＞樹脂包膜尿素＞尿素＞對(duì)照。與2014年相比，2015年收獲期各氮肥處理的地上部吸氮量與對(duì)照相比增加幅度有所降低，其大小順序依次為脲甲醛＞樹脂包膜尿素＞凝膠尿素＞控失尿素＞尿素＞對(duì)照。與尿素相比，脲甲醛和凝膠尿素地上部吸氮量平均分別提高了32.7%和20.7%，分別位居第一和第二。

表4 夏玉米吸收肥料氮的比例

表5 不同緩釋化處理氮肥的農(nóng)田氮素表觀平衡

2014年和2015年數(shù)據(jù)表明，各處理的無機(jī)氮?dú)埩袅吭趦赡昀锞嬖诓町悺Ｆ渲?，脲甲醛處理由于大部分氮素被作物吸收利用，其無機(jī)氮?dú)埩袅繛樽畹停?014年和2015年分別為156.3和150.5 kg·hm-2，2014年，各處理的土壤殘留量大小順序依次為控失尿素＞尿素＞凝膠尿素＞樹脂包膜尿素＞脲甲醛。2015年，其順序依次為尿素＞控失尿素＞凝膠尿素＞樹脂包膜尿素＞脲甲醛。

各處理的氮素表觀損失量與尿素之間均存在顯著性差異。2014年，尿素處理的氮表觀損失量高達(dá)77.1 kg·hm-2，氮肥表觀損失率為42.8%。樹脂包膜尿素處理的氮肥表觀損失量次之，為60.4 kg·hm-2，其表觀損失率為33.6%。脲甲醛、控失尿素和凝膠尿素處理的氮表觀損失量之間無差異，僅次于樹脂包膜尿素處理，分別為45.6、36.3和31.9 kg·hm-2，表觀損失率分別為25.3%、20.2%和17.7%。脲甲醛處理的氮肥土壤殘留率為最低，僅為17.3%?？厥蛩亍⒛蛩?、凝膠尿素和樹脂包膜尿素的土壤殘留率分別為37.7%、36.6%、35.4%和32.2%。2015年，尿素處理的氮表觀損失量高達(dá)61.9 kg·hm-2，氮肥表觀損失率為34.4%。樹脂包膜尿素、控失尿素、凝膠尿素以及脲甲醛處理的氮表觀損失量之間的差異性不顯著。脲甲醛處理的氮肥土壤殘留率為最低，僅為27.2%。尿素處理的土壤殘留率為44.6%，其他依次為控失尿素、凝膠尿素、樹脂包膜尿素處理，分別為42.7%、40.3%和34.1%，且各處理之間差異均達(dá)顯著水平。兩年平均來看，與尿素處理相比，脲甲醛、凝膠尿素、樹脂包膜尿素和控失尿素處理的氮素殘留量分別降低了17.7%、2.7%、7.2%和0.4%，農(nóng)田氮表觀損失量分別降低了40.8%、47.6%、26.7%和43.1%。

3 討論

3.1 緩釋化氮肥對(duì)夏玉米產(chǎn)量和氮素利用的影響

氮肥緩釋化處理能夠明顯提高玉米的產(chǎn)量，改善玉米的氮素利用狀況。姬景紅等[5]研究表明，與普通尿素一次性基施相比，控釋尿素能夠提高玉米產(chǎn)量、植株吸氮量、氮肥表觀利用率。在相同氮素施用水平下（100%、75%、50%氮肥用量），100%基施控釋尿素比100%基施普通尿素的各處理玉米產(chǎn)量分別平均增加391、427、291 kg·hm-2，氮肥表觀利用率提高5.9%、4.9%和5.1%。張麗華等[24]的研究表明，使用保水劑可有效提高玉米產(chǎn)量。本研究表明，脲甲醛、凝膠尿素、控失尿素、樹脂包膜尿素與尿素相比均能提高玉米的產(chǎn)量，且差異顯著。其中脲甲醛處理的增產(chǎn)效果最為明顯，其次為凝膠尿素、控失尿素和樹脂包膜尿素處理。這是因?yàn)?，在收獲期脲甲醛和凝膠尿素的籽粒吸氮量和秸稈吸氮量在兩年中均較高，因此，脲甲醛和凝膠尿素能夠促進(jìn)夏玉米對(duì)氮素的吸收和轉(zhuǎn)化。這也是二者處理的夏玉米具有較高產(chǎn)量的原因之一。且脲甲醛處理的氮肥表觀回收率最高，平均高達(dá)54.9%，其次為凝膠尿素，平均達(dá)42.4%，高于中國氮肥表觀回收率的平均水平31.3%[30]。

脲甲醛的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率在各處理中為最高，與其他處理之間存在顯著性差異，這說明其能夠促進(jìn)夏玉米對(duì)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)儲(chǔ)存。另外，脲甲醛和凝膠尿素處理的玉米吸收的肥料氮平均達(dá)40.5%和34.5%，高于其他處理。這可能與脲甲醛和凝膠尿素的控釋機(jī)理有關(guān)，脲甲醛是由甲醛和尿素經(jīng)兩步反應(yīng)制得的。一方面，它的亞甲基具有吸附功能，可以促進(jìn)養(yǎng)分與土粒的結(jié)合，利于玉米吸收；另一方面，脲甲醛不同成分在不同的溫度下分解速度不同，可滿足作物不同生長時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的需求[18]。另外，本研究采用的凝膠尿素添加了一種交鏈丙烯酰胺-丙烯酸鉀交聚物緩控載體，該緩控載體不是肥，它屬陰離子型，所以能控制陽離子釋放，從而調(diào)節(jié)養(yǎng)分釋放與作物吸收之間的關(guān)系，提高夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用率[7,14]。

3.2 緩釋化氮肥對(duì)氮去向和農(nóng)田氮素平衡的影響

氮肥緩釋化處理能夠明顯增加作物對(duì)肥料氮的吸收并降低肥料氮的損失，凝膠尿素、控失尿素、脲甲醛和樹脂包膜尿素降低氮損失的幅度介于29.7%—80.5%。其中凝膠尿素的降低幅度最大，其次為控失尿素、脲甲醛和樹脂包膜尿素。凝膠尿素可通過CLP網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)減緩尿素的水解、銨化和硝化過程，從而降低氮損失，這與前人的試驗(yàn)結(jié)果較為一致[7,14]。而控失尿素是通過添加一種環(huán)境友好、成本低廉、無溶劑的天然高分子納米分子網(wǎng)材料與化肥復(fù)配，借助膠體作用形成巨大的網(wǎng)狀交鏈，吸附化肥中的營養(yǎng)元素，促進(jìn)養(yǎng)分吸收，減少肥料損失[6]。

土壤氮素的礦化量與土壤起始無機(jī)氮量之和能夠滿足作物對(duì)氮素的需求，但各施肥處理的無機(jī)氮?dú)埩袅恳草^高。脲甲醛的土壤無機(jī)氮?dú)埩袅繛樽畹停瑑赡昶骄鶠?53.4 kg·hm-2。氮肥緩釋化處理與尿素相比能夠明顯降低氮肥表觀損失量，凝膠尿素、控失尿素和脲甲醛的降低效果更明顯，這是因?yàn)榫徔蒯屇蛩啬軌蚋纳谱魑镂张c養(yǎng)分供應(yīng)之間的關(guān)系，提高了作物吸氮量，從而促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，降低氮素?fù)p失[31-34]。

本研究雖評(píng)估了各緩釋化氮肥的肥料效應(yīng)以及氮素平衡狀況，但是未引入不同氮肥與環(huán)境氣候因子之間相互影響的研究，因此可加強(qiáng)土壤-作物-大氣之間綜合調(diào)控的相關(guān)研究，將環(huán)境因子細(xì)化分析，從而對(duì)不同緩釋化氮肥的效應(yīng)進(jìn)行綜合評(píng)估，以更好的為農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展服務(wù)。

4 結(jié)論

氮肥緩釋化處理能夠明顯提高夏玉米產(chǎn)量、促進(jìn)氮素吸收并減少氮素殘留，與尿素處理相比，脲甲醛、凝膠尿素、樹脂包膜尿素和控失尿素處理的夏玉米平均增產(chǎn)分別為18.9%、16.8%、13.7%和13.6%，地上部吸氮量分別提高了32.7%，20.7%，15.6%和16.6%。氮素殘留分別降低了17.7%，2.7%，7.2%和0.4%，農(nóng)田氮素?fù)p失分別降低了40.8%，47.6%，26.7%和43.1%。綜合分析玉米對(duì)各肥料的吸收量，以及各種肥料的土壤殘留量及損失量可知，脲甲醛和凝膠尿素的肥料效應(yīng)相對(duì)較好，能夠更好的滿足可持續(xù)農(nóng)業(yè)的需求，服務(wù)于華北地區(qū)中低產(chǎn)田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

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Effects of Different Slow-Released Nitrogen Fertilizers on Summer Maize and Nitrogen Fate in the Field

ZHOU LiPing, YANG LiPing, BAI YouLu, LU YanLi, WANG Lei

(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, China Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer,Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】The effects of different slow-released nitrogen (N) fertilizer on yield, N fate and N balance of summer maize were studied for providing a theoretical basis in improving N use efficiency and reducing the environmental impact. 【Method】A field in-situ experiment of two years was conducted in a sandy soil in North China Plain and maize variety “Zhengdan958” was used as materials. There were six N fertilizer treatments, including no N fertilizer (CK), urea (CU), polymer-coated urea (CRF), release-controlled urea (LCU), polymer gel urea (CLP) and urea formaldehyde (UF). Plant and soil samples were collected at the maturing stage of maize, and then the contents of N in plant and soil inorganic N were determined. Thereafter, the N uptake, N use efficiency, soil inorganic N accumulation and N loss were calculated. 【Result】(1)The N fertilizer slow-release treatments could obviously improve the yield of summer maize and promote N absorption. Compared with the urea, the average yield under UF, CLP, CRF and LCU increased by 18.9%, 16.8%, 13.7% and 13.6%, respectively, and the average N agronomic efficiency increased by 6.5 kg·kg-1, 4.8 kg·kg-1, 4.0 kg·kg-1and 3.7 kg·kg-1, respectively. (2)There was a significant difference in the soil 0-100 cm N fertilizer residues between different N fertilizer treatments. The average N recovery efficiency of UF, CLP, CRF, LCU and CU was 54.9%, 42.4%, 38.3%, 38.3% and 22.0%, respectively, and the N fertilizer residue in 0-100 cm soil profile of them accounted for 28.3%, 43.8%, 39.2%, 46.2% and 46.6% of the applied N rate, respectively. Compared with urea, the loss of N fertilizer of CLP, LCU, UF and CRF decreased by 47.6%, 43.1%, 40.8% and 26.7%, respectively. (3) When analyzing the field N balance of different N fertilizer treatments comprehensively, the average N uptake of UF was the highest (245.0 kg·hm-2), followed by CLP which was 222.5 kg·hm-2. The average soil 0-100 cm N residues of UF was the lowest among the slow-released N fertilizers which was only 153.4 kg·hm-2, and the average soil 0-100 cm N residues of CRF, CLP and LCU was 173.1 kg·hm-2, 181.5 kg·hm-2and 185.7 kg·hm-2, respectively. The average N apparent loss of CLP was the lowest (35.6 kg·hm-2) and that of LCU, UF and CRF was 38.8 kg·hm-2, 41.2 kg·hm-2and 51.3 kg·hm-2, respectively. 【Conclusion】The N fertilizer slow-release treatments could significantly improve the uptake of N in summer maize and reduce the loss of N in the north of North China Plain, and urea formaldehyde and polymer gel urea performed better for the high efficiency and less N loss.

summer maize; nitrogen fertilizer; slow-release treatments; nitrogen fate; nitrogen balance

（責(zé)任編輯 李云霞）

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.010

2017-08-01；

2017-11-01

國家科技支撐計(jì)劃（2014bac31b01）

周麗平，E-mail：pinganjia619@126.com。

楊俐蘋，Tel：13466310988；E-mail：yangliping@caas.cn