氮肥增效劑用量對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素利用率的影響

王丹陽(yáng) 邊文范 董曉霞 張玉鳳 董亮 郭洪海 Luo Jiafa 田慎重

摘要：研究不同用量氮肥增效劑對(duì)玉米干物質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量、氮吸收量和籽粒粗蛋白含量的影響。試驗(yàn)以無(wú)氮處理為對(duì)照（CK），設(shè)置7個(gè)氮肥增效劑用量處理 ，分別為添加0（JNW0）、1%（JNW1）、2%（JNW2）、3%（JNW3）、4%（JNW4）、5%（JNW5）、6%（JNW6）氮肥增效劑的聚能網(wǎng)尿素。結(jié)果表明，JNW2處理玉米產(chǎn)量和秸稈干物質(zhì)量分別達(dá)到8 790 kg/hm2和7 545.6 kg/hm2，分別比其它處理高2.0%～15.6%和4.7%～21.0%;其籽粒吸氮量、秸稈吸氮量及籽粒粗蛋白含量分別比其它處理高8.5%～31.1%、19.6%～93.5%、3.4%～29.5%;同時(shí)，JNW2處理的氮肥利用率顯著高于其它氮肥增效劑用量處理。添加氮肥增效劑能夠顯著提高玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)量、氮吸收量、籽粒粗蛋白含量和氮肥利用率，在本試驗(yàn)條件下，添加2%氮肥增效劑的聚能網(wǎng)尿素處理增產(chǎn)效果最好，氮肥利用率最高。

關(guān)鍵詞：玉米;氮肥增效劑;產(chǎn)量;氮肥利用率;干物質(zhì)量

中圖分類號(hào)：S145.9：S513.062?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A?文章編號(hào)：1001-4942（2019）12-0053-05

Abstract?To optimize nitrogen application management for maize production， we studied the effects of nitrogen fertilizer synergist amounts on the dry biomass， grain yield， nitrogen uptake and crude protein content of maize. Seven levels of synergist amounts including 0（JNW0）， 1% （JNW1）， 2% （JNW2）， 3% （JNW3）， 4% （JNW4）， 5% （JNW5）， 6% （JNW6） of nitrogen fertilizer synergist of Ju-Neng-Wang urea were used. No nitrogen plot was the control （CK）. The results showed that the yield and dry biomass of maize of JNW2 treatment were 8 790 kg/hm2 and 7 545.56 kg/hm2， respectively， which were 2.0%～15.6% and 4.7%～21.0% higher than those of the other treatments. The nitrogen uptake of maize kernels， the nitrogen uptake of maize straw and the content of crude protein in grain were 8.5%～31.1%， 19.6%～93.5% and 3.4%～29.5% higher than those of the other treatments. At the same time， the nitrogen use efficiency of JNW2 treatment was significantly higher than that of the other nitrogen synergist treatments. Adding nitrogen fertilizer synergist could significantly increase maize yield， dry biomass， nitrogen uptake， grain crude protein content and nitrogen use efficiency. Under the condition of this experiment， adding 2% urea synergist had the highest nitrogen use efficiency and maize yield.

Keywords?Maize; Nitrogen fertilizer synergist; Yield; Nitrogen use efficiency; Dry biomass

玉米是我國(guó)的主要糧食作物，2017年種植面積達(dá)3 542萬(wàn)公頃，居世界第二位，產(chǎn)量為2.16億噸，占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的1/3[1]。氮肥是影響玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的主要因子之一[2]。我國(guó)的氮肥用量占全球氮肥用量的37%左右，并呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢(shì)[3]。大量氮肥的施用是糧食安全生產(chǎn)的有力保障，合理的利用氮肥資源是實(shí)現(xiàn)玉米優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)的重要措施[4]。我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的過(guò)量使用現(xiàn)象較多，氮肥的平均利用率僅為30%～35%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于40%～60%的世界平均水平[5，6]。王玲敏[7]、Dobermann[8]等研究表明，施氮量增加到一定程度后，氮肥利用效率會(huì)顯著降低;Wortmann等[9]研究表明，將氮肥施用量控制在一個(gè)合理有效范圍內(nèi)，能夠提高玉米產(chǎn)量及平均氮肥利用效率。過(guò)量施氮約有一半的氮素將會(huì)通過(guò)水分淋溶以及氨揮發(fā)等方式進(jìn)入到大氣或地下水中，能夠被土壤微生物所吸收并利用的氮素只占氮肥施入量的1/5[10，11]。因此，氮肥的過(guò)量施入，不僅會(huì)造成肥料的利用率低，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生面源污染等一系列農(nóng)業(yè)環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[12，13]。

氮肥添加增效劑成分是提高氮肥利用率的重要措施之一。目前，常用的氮肥增效劑有脲酶抑制劑、復(fù)硝酚鈉、納米碳等，但這些材料在價(jià)格和環(huán)境友好性方面存在一定缺陷。近年來(lái)，一些環(huán)境友好型的含有生物活性高分子成分的氮肥增效劑被逐漸重視[1]，這類增效劑富含高分子的生物活性物質(zhì)，具有良好的成環(huán)性并帶有絡(luò)合基團(tuán)，具有增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收及利用的功能，施入到土壤中后，伴隨著肥料的溶解迅速?gòu)堥_(kāi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)同時(shí)吸附土壤中大量元素，在作物根系附近形成一個(gè)充盈的“養(yǎng)分庫(kù)”， 使肥料的分解速度降低，肥效得以延長(zhǎng)，能夠活化土壤，促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收和利用[14]。但目前，該類型氮肥增效產(chǎn)品對(duì)華北地區(qū)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量及氮肥利用率的影響報(bào)道較少。本研究通過(guò)田間試驗(yàn)，探究不同用量氮肥增效劑對(duì)玉米干物質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量及氮肥利用率的影響，以期為華北平原小麥-玉米一年兩熟區(qū)含增效劑氮肥產(chǎn)品的合理施用供參考。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年6—11月在山東省東營(yíng)市利津縣（N37°45′53.57″，E118°40′52.51″）進(jìn)行。本區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.8℃，無(wú)霜期206天，年平均降水量555.9 mm，地下水深埋2～3 m;試驗(yàn)地前茬作物為冬小麥，小麥?zhǔn)斋@后全部秸稈機(jī)械粉碎還田，玉米播種日期為6月20日。試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)理化性狀見(jiàn)表1。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)氮肥增效劑水平，分別為添加0、1%、2%、3%、4%、5%、6%氮肥增效劑的聚能網(wǎng)尿素，以無(wú)氮處理為對(duì)照（CK），共8個(gè)處理，各處理代號(hào)依次為：CK、JNW0、JNW1、JNW2、JNW3、JNW4、JNW5、JNW6。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積40 m2。供試玉米品種為聯(lián)創(chuàng)808，每公頃種植密度為69 000株。供試肥料及施肥量：普通尿素（含N 46.4%）處理施用純氮225 kg/hm2，不同尿素增效劑（一種特定高分子物質(zhì)）含量的聚能網(wǎng)尿素（含N 46.4%）由河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司提供，施用折合純氮225 kg/hm2;磷肥均為重過(guò)磷酸鈣（含P2O5 ?44%），施用量（P2O5）120 kg/hm2;鉀肥均為氯化鉀（K2O 60%），施用量（K2O）105 kg/hm2。

1.3?測(cè)定項(xiàng)目

玉米成熟后，試驗(yàn)小區(qū)全部收獲，單獨(dú)記產(chǎn)，各小區(qū)分別取樣置于通風(fēng)處自然風(fēng)干，并進(jìn)行考種，測(cè)定玉米地上部生物量、穗粒重、千粒重等，然后將秸稈和籽粒分開(kāi)進(jìn)行烘干粉碎。采用凱氏定氮法測(cè)定籽粒粗蛋白以及秸稈和籽粒的全氮含量[15]。

1.4?氮素利用效率計(jì)算

氮肥利用率（NUE）=（施肥區(qū)植物吸收的養(yǎng)分量-不施肥區(qū)植物吸收的養(yǎng)分量）/施肥量×100%;

氮收獲指數(shù)（NHI）=籽粒吸氮量/地上部植株總吸氮量×100%;

土壤氮素依存率（SDR）=無(wú)氮區(qū)吸氮量/施氮區(qū)吸氮量×100%;

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

1.5?數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)與作圖采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行，采用DPS 7.5軟件進(jìn)行方差分析（Duncans）。

2?結(jié)果與分析

2.1?氮肥增效劑用量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由圖1看出，不同用量氮肥增效劑對(duì)玉米產(chǎn)量影響顯著，隨著氮肥增效劑用量的增加，玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，其中JNW2處理產(chǎn)量達(dá)8 790 kg/hm2，增幅最大，比CK高15.6%，比其它增效劑用量處理高2.0%～7.2%。

2.2?氮肥增效劑用量對(duì)玉米干物質(zhì)量的影響

不同用量氮肥增效劑對(duì)玉米干物質(zhì)量有顯著影響（圖2）。各氮肥增效劑處理的干物質(zhì)量較CK高出6.9%～18.0%。玉米干物質(zhì)量隨著氮肥增效劑用量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，秸稈和籽粒累積量的變化趨勢(shì)一致，最高值均出現(xiàn)在JNW2處理中，JNW2處理的籽粒干物質(zhì)量為7 545.6 kg/hm2，分別比JNW0、JNW1、JNW3、JNW4、JNW5、JNW6高10.4%、5.5%、4.1%、6.2%、6.9%、8.3%。秸稈干物質(zhì)量分別高21.0%、15.8%、4.7%、6.8%、8.9%、9.6%、11.1%。

2.3?氮肥增效劑用量對(duì)玉米植株吸氮量和籽粒粗蛋白累積量的影響

由圖3可知，各處理間秸稈和籽粒的氮吸收量、籽粒粗蛋白累積量均存在顯著差異。添加氮肥增效劑對(duì)玉米籽粒、秸稈的氮吸收量以及籽粒粗蛋白累積量的影響均表現(xiàn)為JNW2>JNW1>JNW3>JNW4>JNW5>JNW6>JNW0>CK。其中，JNW2處理與CK、JNW0、JNW1、JNW3、JNW4、JNW5、JNW6相比秸稈氮含量分別提高93.5%、72.1%、19.6%、33.9%、37.3%、40.1%、56.0%;籽粒氮含量分別提高31.1%、30.7%、8.5%、13.9%、17.9%、21.5%、27.6%;籽粒粗蛋白含量分別提高29.5%、23.2%、3.4%、5.5%、7.3%、10.2%、19.4%。

2.4?氮肥增效劑用量對(duì)玉米氮肥利用率的影響

不同用量氮肥增效劑對(duì)玉米氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、土壤氮素依存率以及氮收獲指數(shù)的影響存在顯著差異（表2）。JNW2處理同其它處理相比，總吸氮量最高，土壤氮素依存率低，玉米的氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均為最大;之后氮肥利用率隨著氮肥增效劑施用比例的增加而呈下降趨勢(shì)。

3?討論與結(jié)論

玉米在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)氮素的需求量較大，氮素的缺失會(huì)導(dǎo)致植株發(fā)育不良，從而影響玉米的莖粗、株高、千粒重、穗粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素[16]。氮素增效劑一般通過(guò)抑制土壤中的硝化、亞硝化和反硝化的過(guò)程，使氨根離子向硝酸根離子和亞硝酸根離子轉(zhuǎn)化的速度變得緩慢，提升土壤中微生物對(duì)肥料氮的固持作用，使氮素能夠更好地被作物吸收利用[17-19]。而本研究中，含有增效劑的聚能網(wǎng)尿素通過(guò)聚能網(wǎng)中的高分子物質(zhì)與肥料發(fā)生作用，溶解后能迅速?gòu)堥_(kāi)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將施肥點(diǎn)周圍土壤中的養(yǎng)分活化并富集，在植物根部形成充盈的養(yǎng)分庫(kù)，有利于作物根系吸收，減少養(yǎng)分流失揮發(fā)，提高肥料利用率，增加作物產(chǎn)量。與其它氮肥增效劑添加量相比，添加2%增效劑的聚能網(wǎng)尿素處理的玉米干物質(zhì)量和產(chǎn)量最高。

玉米的氮素累積量能夠反映所施氮肥被植株所吸收利用的量，氮肥的偏生產(chǎn)力、氮肥利用率和氮收獲指數(shù)是表示氮肥利用效率的常見(jiàn)指標(biāo)，能夠從多個(gè)方面反映氮肥的利用效率[20]。了解氮素的吸收動(dòng)態(tài)能夠更有效地提高氮肥利用率[21]。已有研究結(jié)果表明，施氮量過(guò)低會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)體氮素向外轉(zhuǎn)移過(guò)多，施氮量過(guò)高會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)體的氮素過(guò)于旺盛，使運(yùn)移到玉米籽粒中的氮素減少。當(dāng)作物中氮素供應(yīng)良好的情況下，氮素對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率較高[22，23];還有研究表明，氮肥的緩釋能夠促進(jìn)氮素向玉米籽粒中轉(zhuǎn)移，增加作物的產(chǎn)量，提高氮肥利用率[24];在高產(chǎn)農(nóng)田，當(dāng)施氮量控制在300 kg/km2時(shí)，氮肥利用率最高，增產(chǎn)效果最顯著[25]。在本研究中，雖然施氮量均為225 kg/km2，但添加不同用量的氮肥增效劑后各處理的氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮收獲指數(shù)均產(chǎn)生顯著差異。其中添加2%的JNW2處理的秸稈吸氮量、籽粒吸氮量以及籽粒中的粗蛋白含量都高于其它處理，氮肥利用率和偏生產(chǎn)力也顯著高于其它處理，但當(dāng)增效劑用量超過(guò)一定比例后，玉米氮肥利用率和偏生產(chǎn)力反而呈下降趨勢(shì)，這表明，添加2%增效劑的聚能網(wǎng)尿素能夠顯著促進(jìn)玉米對(duì)氮素的吸收和利用，提高氮肥的利用率。因此，合理的氮肥添加劑比例，應(yīng)以達(dá)到氮素向籽粒中高效的運(yùn)移并提高氮肥的利用效率為目的，科學(xué)使用氮肥添加劑應(yīng)根據(jù)作物的需求特性以及土壤狀況確定使用量，對(duì)不同地區(qū)玉米合理使用氮肥添加劑比例還需進(jìn)一步研究。

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