含2.5%基質(zhì)材料尿素的氮緩釋特性及其與作物生長(zhǎng)吻合性

岳艷軍，吳躍進(jìn)，楊 陽(yáng)*，劉斌美，倪曉宇，陶亮之，余立祥，楊 葉，馮夢(mèng)喜，鐘雯瑾

（1 河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453731；2 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所，安徽合肥 230031；3 安徽省環(huán)境友好高效化肥農(nóng)藥工程實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥 230031）

糧食生產(chǎn)需要大量的氮肥投入，在獲得高產(chǎn)的同時(shí)，也導(dǎo)致氮肥利用率較低，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增加。我國(guó)玉米的氮肥利用率通常不足施氮量的50%[1]，水稻氮肥利用率平均在40%以下[2]。氮肥損失引發(fā)諸多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如空氣污染 (氨揮發(fā))、水體富營(yíng)養(yǎng)化、生物多樣性降低等[3-5]。施用緩釋肥料[6]、氮肥深施[7]、分次 (多次) 施肥[8]可有效提高氮肥的利用率，降低氮肥的損失，但后兩種途徑需要較多的農(nóng)業(yè)機(jī)械和勞動(dòng)力投入，較難推廣[9]。緩釋肥料被證明是減少氮肥損失的一條有效途徑，其施用無(wú)需額外農(nóng)業(yè)機(jī)械和勞動(dòng)力投入，但多數(shù)緩釋肥料價(jià)格較高，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中并未得到大面積推廣[10]。因此，亟需研發(fā)應(yīng)用低成本緩釋肥料。

降低緩釋肥料生產(chǎn)成本的途徑主要有:選擇低成本的緩釋材料、降低緩釋材料在肥料中的添加量、優(yōu)化緩釋肥料生產(chǎn)工藝等[6,10-12]。與包膜材料相比，添加到肥料顆粒中的基質(zhì)材料價(jià)格較低，因此更有希望用于生產(chǎn)低成本緩釋肥料[11]。前期研究表明，在基質(zhì)材料添加量為5%～10%的條件下，基質(zhì)肥料表現(xiàn)出良好的養(yǎng)分緩釋效果[11,13]。但是，較高的基質(zhì)材料添加量導(dǎo)致基質(zhì)型緩釋肥料成本偏高而有效養(yǎng)分 (如氮素) 含量偏低。根據(jù)我國(guó)最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 2440-2017)，尿素產(chǎn)品的總氮含量需 ≥ 45%，該標(biāo)準(zhǔn)意味著尿素產(chǎn)品中的附加材料需 ≤ 2.5%。如此低的添加量能否產(chǎn)生明顯緩釋效果，直接關(guān)系到基質(zhì)型緩釋肥料的未來(lái)發(fā)展。當(dāng)前，在基質(zhì)材料添加量?jī)H為2.5%的條件下，基質(zhì)型緩釋肥料的養(yǎng)分緩釋性能及其對(duì)作物生產(chǎn)的影響尚不明確。

基于當(dāng)前研究現(xiàn)狀，本研究通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)，結(jié)合室內(nèi)模擬評(píng)價(jià)方法，分析2.5%基質(zhì)改性緩釋尿素對(duì)水稻和玉米的影響，并從土壤氮素?fù)p失和植物形態(tài)生理特征方面初步揭示其影響機(jī)制，旨在為基質(zhì)肥料的研發(fā)應(yīng)用提供科學(xué)借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和供試材料

2016 年和2017 年在中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院肥效試驗(yàn)基地 (31°54′N(xiāo)、117°09′E，海拔27 m)的旱作區(qū)和水田區(qū)，連續(xù)進(jìn)行了2 季水稻和2 季玉米田間試驗(yàn)。在2016 和2017 年水稻季，總降水量分別為480.2 和352.3 mm；平均氣溫分別為26.4 和26.0℃。在2016 和2017 年玉米季，總降水量分別為368.3 和288.7 mm；平均氣溫分別為27.3 和26.8℃。在水稻和玉米季之外的時(shí)期，田間小區(qū)進(jìn)行休閑處理。供試水稻品種為當(dāng)粳8 號(hào) (Oryza sativa L.‘Dangjing 8’)，供試玉米品種為鳳糯476 (Zea mays L. ‘Fengnuo 476’)。0—20 cm 土壤基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

供試氮肥為尿素 (含N 46.4%) 和基質(zhì)型緩釋尿素 (含N 45.2%、基質(zhì)材料2.5%)；供試磷肥為過(guò)磷酸鈣 (P2O516%)；水稻供試鉀肥為氯化鉀 (K2O 60%)，玉米為硫酸鉀 (K2O 50%)。緩釋尿素中添加的基質(zhì)材料由改性蒙脫石、有機(jī)聚合粘結(jié)劑等組成[11]。緩釋尿素采用高塔造粒法生產(chǎn)[10]，其主要生產(chǎn)工藝:尿素熔融，基質(zhì)材料粉體傳輸混合到熔融尿素料漿中，混合料漿高塔噴灑冷卻造粒，顆粒表面疏水防結(jié)塊改性修飾，顆粒過(guò)篩與粒徑分級(jí)。所用肥料均由河南心連心化肥有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 田間試驗(yàn) 設(shè)3 個(gè)處理:無(wú)氮對(duì)照 (CK)、常規(guī)尿素 (CU) 、緩釋尿素 (SRU)。試驗(yàn)小區(qū)按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)分布，每個(gè)處理重復(fù)3 次。小區(qū)面積為50 m2(10 m × 5 m)，小區(qū)之間設(shè)置1 m 寬走道。稻田在走道兩側(cè)埋設(shè)40 cm 深的塑料薄膜用于阻隔小區(qū)間的水分和養(yǎng)分流動(dòng)。水稻施氮處理的施氮量均為N 150 kg/hm2，玉米施氮處理的施氮量均為N 195 kg/hm2。水稻各處理均施磷肥P2O560 kg/hm2，施鉀肥K2O 60 kg/hm2；玉米各處理均施磷肥P2O545 kg/hm2，施鉀肥K2O 45 kg/hm2。在稻田，所有磷肥和鉀肥做基肥一次施用 (撒施，翻耕混入0—20 cm 耕層)，氮肥有70%做基肥、30%做分蘗肥；在玉米田，所有肥料均作基肥一次施用 (撒施，翻耕混入0—20 cm 耕層)。水稻采用人工插秧移栽，株行距均為20 cm；玉米采用人工播種，株距30 cm，行距40 cm。水稻和玉米田間管理參照常規(guī)方法，各小區(qū)保持一致。

1.2.2 淋溶試驗(yàn) 設(shè)3 個(gè)處理:無(wú)氮對(duì)照、常規(guī)尿素、緩釋尿素。其中，無(wú)氮對(duì)照用于消除土壤背景氮素影響。每個(gè)處理重復(fù)5 次。試驗(yàn)設(shè)置方法[6]:1)對(duì)于稻田土壤，將8.5 kg 過(guò)篩 (2 mm) 風(fēng)干土和0.471 g 氮肥 (折合純氮，常規(guī)尿素或緩釋尿素) 混合；2) 對(duì)玉米田土壤，將8.5 kg 過(guò)篩 (2 mm) 風(fēng)干土和0.612 g 氮肥 (折合純氮，常規(guī)尿素或緩釋尿素) 混合。然后將其分別填充至亞克力透明淋溶管中 (高40 cm、直徑20 cm)，管內(nèi)土柱高度約20 cm。在土柱上方覆蓋0.8 kg 烘干河沙 (厚度約1 cm)。加入蒸餾水并在土柱上方維持2 cm 水層，連續(xù)收集淋溶液。按淋溶液體積，每淋出940 mL 為1 個(gè)樣品 (約需13～16 min)，連續(xù)收集30 個(gè)樣品。

1.2.3 氨揮發(fā)試驗(yàn) 包含3 個(gè)處理:無(wú)氮對(duì)照、常規(guī)尿素、緩釋尿素。其中，無(wú)氮對(duì)照用于消除土壤背景氮素影響。每個(gè)處理重復(fù)5 次。試驗(yàn)設(shè)置方法[6]:稱(chēng)量8.5 kg 過(guò)篩 (2 mm) 風(fēng)干土和0.471 或0.612 g 氮肥 (折合純氮，稱(chēng)樣量同上述淋溶試驗(yàn)) 混合。然后將其分別填充至亞克力透明氨揮發(fā)氣室中 (高40 cm，直徑20 cm)，氣室內(nèi)土柱高度約為20 cm。對(duì)于玉米田土壤，將土壤含水量維持在70%田間持水量；對(duì)于稻田土壤，使土柱上方保持2 cm 水層。土柱在25℃培養(yǎng)，期間采用間歇通氣酸吸收法[6]收集揮發(fā)出的氨，以3 d 累積收集的氨作為1 個(gè)樣品，連續(xù)采集30 d，總計(jì)獲得不同時(shí)間段的10 個(gè)樣品。

1.3 樣品采集與測(cè)定分析

1.3.1 植株形態(tài)與生理特征 在水稻抽穗期和玉米吐絲期，測(cè)定植株形態(tài) (株高、葉面積和根系表面積) 和生理特征 (葉綠素、硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶)。每個(gè)小區(qū)采集10 株，根系按照直徑30 cm、高30 cm 的規(guī)格采集土柱，用自來(lái)水浸泡沖洗去除土壤。株高采用卷尺測(cè)量。葉面積借助WinFOLIA葉面積分析系統(tǒng) (加拿大Regent) 測(cè)量。水稻葉面積指數(shù)表示為單位種植面積上的水稻總?cè)~面積[6]。根系表面積借助WinRHIZO 根系分析系統(tǒng) (加拿大Regent) 測(cè)量。在每個(gè)小區(qū)的植株樣品中隨機(jī)抽取10 個(gè)水稻劍葉或5 個(gè)玉米穗位葉，剪碎混勻、液氮保存作為該小區(qū)的葉片樣品，然后參照常規(guī)植物生理實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定葉片葉綠素含量[14]、硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性[15]。

表 1 水稻和玉米田耕層土壤基本性質(zhì)Table 1 Properties of paddy and maize fields in the 0-20 cm soil depth

1.3.2 生物產(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量 于成熟期測(cè)定生物學(xué)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量。對(duì)整個(gè)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行收獲 (不含邊行)，對(duì)收獲的樣品烘干測(cè)定含水量[6]。水稻有效穗數(shù)以1 m2(1 m × 1 m) 樣方數(shù)據(jù)計(jì)算，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)設(shè)置1 個(gè)樣方。在水稻和玉米的每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集20 穗，測(cè)定穗粒數(shù)。千粒重借助自動(dòng)數(shù)粒機(jī)計(jì)數(shù)測(cè)定，重復(fù)3 次。

1.3.3 土壤礦質(zhì)氮 在水稻抽穗期和玉米吐絲期，采集0—20 cm 耕層土壤樣品。每個(gè)小區(qū)按照W 形路線采集5 個(gè)點(diǎn)土壤樣品混勻作為該小區(qū)土壤樣品。土壤礦質(zhì)氮 (包括硝態(tài)氮和銨態(tài)氮) 采用1 mol/L 氯化鉀溶液浸提，借助AA3 連續(xù)流動(dòng)分析儀(德國(guó)Bran + Luebbe) 測(cè)定[6]。

1.3.4 淋溶與揮發(fā)樣品氮素含量 淋溶樣品中的氮素含量采用對(duì)二甲氨基苯甲醛比色法測(cè)定[11]。揮發(fā)樣品中氨用0.005 mol/L 硫酸滴定法測(cè)定[10]。

1.4 計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

利用通徑分析比較不同產(chǎn)量構(gòu)成要素對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)[16]。肥料氮素淋溶率表示為肥料氮素淋出量與肥料氮素總施用量的比值；肥料氮素氨揮發(fā)率表示為肥料氮素氨揮發(fā)量與肥料氮素總施用量的比值[6]。肥料氮素累積淋溶率和肥料氮素累積氨揮發(fā)損失率采用邏輯斯諦方程擬合[17-18]；利用OriginPro 2015 擬合邏輯斯諦方程。借助SAS 9.1 進(jìn)行均值差異顯著性檢驗(yàn) (基于最小顯著差異LSD 法) 和通徑分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植株形態(tài)與生理特征

2.1.1 株高 表2 顯示，緩釋尿素處理的抽穗期水稻株高兩年平均值比常規(guī)尿素處理高4.5% ，但差異不明顯；吐絲期玉米株高兩年平均值比常規(guī)尿素處理高12.4% (P ＜ 0.05)。這可能與緩釋尿素處理土壤礦質(zhì)氮素含量較高，有利于改善植株氮素營(yíng)養(yǎng)狀況有關(guān)。

表 2 抽穗期水稻和吐絲期玉米的株高、葉面積、根系表面積與葉片葉綠素含量Table 2 Shoot height, leaf area, root area and leaf chlorophyll at rice heading stage and maize silking stage

2.1.2 葉面積 表2 顯示，緩釋尿素處理的抽穗期水稻葉面積指數(shù)兩年平均值比常規(guī)尿素處理高9.8%(P ＜ 0.05)；吐絲期玉米葉面積兩年平均值比常規(guī)尿素處理高11.5% (P ＜ 0.05)。

2.1.3 根系表面積 表2 顯示，緩釋尿素處理的抽穗期水稻根系表面積兩年平均值比常規(guī)尿素處理高9.5% (P ＜ 0.05)；吐絲期玉米根系表面積兩年平均值比常規(guī)尿素處理高5.0%但差異不明顯。

2.1.4 葉片葉綠素含量 表2 顯示，緩釋尿素處理的抽穗期水稻葉片葉綠素含量?jī)赡昶骄当瘸Ｒ?guī)尿素處理高18.5% (P ＜ 0.05)；吐絲期玉米葉片葉綠素含量?jī)赡昶骄当瘸Ｒ?guī)尿素處理高7.8% (P ＜ 0.05)。

2.1.5 葉片氮同化酶 表3 顯示，緩釋尿素處理的抽穗期水稻葉片硝酸還原酶活性?xún)赡昶骄当瘸Ｒ?guī)尿素處理高19.6% (P ＜ 0.05)，葉片谷氨酰胺合成酶活性?xún)赡昶骄当瘸Ｒ?guī)尿素處理高17.7% (P ＜ 0.05)；緩釋尿素處理的吐絲期玉米葉片硝酸還原酶活性?xún)赡昶骄当瘸Ｒ?guī)尿素處理高20.3% (P ＜ 0.05)，葉片谷氨酰胺合成酶活性?xún)赡昶骄当瘸Ｒ?guī)尿素處理高11.5% (P ＜ 0.05)。這可能與緩釋尿素處理較高的土壤礦質(zhì)氮含量有關(guān)。

2.2 生物學(xué)產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成要素

2.2.1 生物學(xué)產(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量 表4 顯示，緩釋尿素處理的水稻和玉米生物學(xué)產(chǎn)量均顯著高于常規(guī)尿素處理 (P ＜ 0.05)。與常規(guī)尿素處理相比，緩釋尿素處理水稻籽粒產(chǎn)量?jī)赡昶骄堤岣?7.2% (P ＜ 0.05)，玉米籽粒產(chǎn)量?jī)赡昶骄堤岣?.6% (P ＞ 0.05)。這可能與緩釋尿素處理提高土壤礦質(zhì)氮含量、改善作物生長(zhǎng)和生理特征有關(guān)。

2.2.2 產(chǎn)量構(gòu)成要素 表4 顯示，緩釋尿素處理的水稻單位面積有效穗數(shù)均顯著高于常規(guī)尿素處理 (P ＜0.05)；緩釋尿素處理的水稻穗粒數(shù)在3 個(gè)處理中最低；緩釋尿素處理的水稻千粒重略高于常規(guī)尿素處理 (P ＞ 0.05)。相比常規(guī)尿素處理，緩釋尿素處理玉米穗粒數(shù)兩年平均值提高5.4% (P ＞ 0.05)；緩釋尿素處理的玉米千粒重均略高于常規(guī)尿素處理 (P ＞ 0.05)。該結(jié)果說(shuō)明緩釋尿素處理對(duì)水稻和玉米籽粒產(chǎn)量具有不同的影響機(jī)制。

表 3 水稻抽穗期和玉米吐絲期葉片硝酸還原酶與谷氨酰胺合成酶活性Table 3 Leaf nitrate reductase and glutamine synthetase at rice heading stage and maize silking stage

表 4 水稻和玉米生物量、籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素Table 4 Biomass, grain yield and yield components of rice and maize

2.2.3 通徑分析 圖1 顯示，水稻有效穗數(shù)對(duì)籽粒產(chǎn)量的總體貢獻(xiàn)分別為0.9562 (2016 年) 和1.0863(2017 年)，高于穗粒數(shù)和千粒重的總體貢獻(xiàn)。玉米穗粒數(shù)對(duì)籽粒產(chǎn)量的總體貢獻(xiàn)分別為0.9589 (2016年) 和0.9711 (2017 年)，高于千粒重的總體貢獻(xiàn)。綜上，本研究中影響水稻籽粒產(chǎn)量的主要產(chǎn)量構(gòu)成因素為有效穗數(shù)，影響玉米籽粒產(chǎn)量的主要產(chǎn)量構(gòu)成因素為穗粒數(shù)。

2.3 氮素淋溶與氨揮發(fā)損失風(fēng)險(xiǎn)

2.3.1 氮素淋溶損失 圖2 顯示，肥料氮素累積淋溶率隨時(shí)間 (淋溶樣品序號(hào)) 的變化特征可以用邏輯斯諦方程擬合 (P ＜ 0.01)。在稻田土壤和玉米田土壤模擬條件下，常規(guī)尿素的氮素淋溶損失均高于緩釋尿素處理。例如，在稻田土壤條件下，常規(guī)尿素的氮素累積淋溶率峰值 (a = 62.40%) 高于緩釋尿素處理(a = 49.06%)；常規(guī)尿素氮素累積淋溶率達(dá)到峰值的時(shí)間 (k = 1.18) 早于緩釋尿素處理 (k = 0.70)；常規(guī)尿素的最大瞬時(shí)淋溶速率 (a·k/4 = 18.41%/次) 高于緩釋尿素處理 (a·k/4 = 8.59%/次)；常規(guī)尿素的最大瞬時(shí)淋溶速率出現(xiàn)的時(shí)間[ln(b/k) = 2.99 次]早于緩釋尿素處理[ln(b/k) = 3.32 次]。綜上，緩釋尿素具有較低的氮素淋溶損失風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.2 氨揮發(fā)損失 圖2 顯示，肥料氮素累積氨揮發(fā)損失率隨時(shí)間 (施肥后天數(shù)) 的變化特征可以用邏輯斯諦方程擬合 (P ＜ 0.01)。在稻田土壤和玉米田土壤模擬條件下，常規(guī)尿素的累積氨揮發(fā)損失率始終高于緩釋尿素處理。例如，在稻田土壤條件下，常規(guī)尿素的累積氨揮發(fā)損失率峰值 (a = 17.05%) 高于緩釋尿素處理 (a = 10.23%)；常規(guī)尿素和緩釋尿素處理的累積氨揮發(fā)損失率達(dá)到峰值的時(shí)間較接近 (k 值)；常規(guī)尿素的最大瞬時(shí)氨揮發(fā)損失速率 (a·k/4 = 0.95%/d)高于緩釋尿素處理 (a·k/4 = 0.58%/d)；常規(guī)尿素和緩釋尿素處理的最大瞬時(shí)氨揮發(fā)損失速率出現(xiàn)的時(shí)間較接近[ln(b/k) 數(shù)值]。綜上，緩釋尿素具有較低的氮素氨揮發(fā)損失風(fēng)險(xiǎn)。

圖 1 產(chǎn)量構(gòu)成要素對(duì)籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)的通徑分析Fig. 1 Path analysis of the contributions of yield components to grain yield

2.4 土壤礦質(zhì)氮含量

表5 顯示，水稻抽穗期緩釋尿素處理的稻田土壤礦質(zhì)氮含量?jī)赡昶骄当瘸Ｒ?guī)尿素處理高9.2% (＜0.05)；玉米吐絲期緩釋尿素處理的玉米田土壤礦質(zhì)氮含量?jī)赡昶骄当瘸Ｒ?guī)尿素處理高18.1% (P ＜0.05)。這可能與緩釋尿素處理較低的氮素淋溶和氨揮發(fā)損失風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。

3 討論

3.1 基質(zhì)材料添加量減少至2.5%對(duì)緩釋尿素肥效的影響

緩釋尿素中添加的基質(zhì)材料由改性蒙脫石和有機(jī)聚合粘結(jié)劑等組成，具有較強(qiáng)的絮凝團(tuán)聚效應(yīng)[10]，可在施肥位置與土壤顆粒形成透性較低的微團(tuán)聚體，從而減少肥料養(yǎng)分向土壤溶液的釋放[18]。基質(zhì)材料在土壤中可形成復(fù)雜微納米級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)上具有豐富的吸附位點(diǎn)，對(duì)土壤養(yǎng)分產(chǎn)生較強(qiáng)吸附作用，從而減緩養(yǎng)分釋放[11,13]。通?；|(zhì)材料添加量越大，絮凝團(tuán)聚效應(yīng)越強(qiáng)，養(yǎng)分緩釋效果越明顯[11]。本研究通過(guò)兩年大田試驗(yàn)，在等量氮投入下，2.5%基質(zhì)改性緩釋尿素與常規(guī)尿素相比，水稻顯著增產(chǎn)17.2%，玉米增產(chǎn)6.6% (P ＞ 0.05)。證明按照最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將基質(zhì)添加量降低到2.5%后，制備的改性緩釋尿素依然具有增產(chǎn)作用，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)新型肥料的基本要求。

圖 2 肥料氮素累積淋溶率和累積氨揮發(fā)損失率變化特征 ( n = 5)Fig. 2 Characteristics of cumulative N leaching rate and cumulative NH3 emission rate

3.2 緩釋尿素處理下玉米和水稻籽粒產(chǎn)量的差異分析

作物籽粒產(chǎn)量差異來(lái)源于產(chǎn)量構(gòu)成要素的變化[19-20]。通徑分析結(jié)果表明，在本研究條件下，水稻籽粒產(chǎn)量主要取決于有效穗數(shù)；玉米籽粒產(chǎn)量主要取決于穗粒數(shù)。產(chǎn)量構(gòu)成要素?cái)?shù)據(jù) (表4) 表明，相比常規(guī)尿素，緩釋尿素顯著提高水稻畝穗數(shù)，提高玉米穗粒數(shù) (尤其2017 年)。水稻生育前期氮素供應(yīng)良好有利于提高水稻分蘗成穗數(shù)，中、后期氮素供應(yīng)則影響籽粒灌漿能力[16]。在本研究中，緩釋尿素提高水稻畝穗數(shù) (表4)，說(shuō)明緩釋尿素處理的水稻早期氮素營(yíng)養(yǎng)有利于促進(jìn)分蘗成穗；但是緩釋尿素處理在水稻生殖生長(zhǎng)后期出現(xiàn)脫肥問(wèn)題，穗粒數(shù)下降(表4)，表明該緩釋肥的氮素釋放與水稻全生育期的氮素需求的吻合度還需進(jìn)一步提高。與水稻不同，緩釋尿素可提高玉米穗粒數(shù)和千粒重 (表4)，說(shuō)明該緩釋尿素的氮素釋放更加吻合玉米整個(gè)生育期的氮素需求。

3.3 緩釋尿素處理改善玉米和水稻植株生長(zhǎng)的原因分析

本研究通過(guò)室內(nèi)模擬評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，相比常規(guī)尿素，2.5%基質(zhì)改性緩釋尿素具有較低的氮素淋溶和氨揮發(fā)損失風(fēng)險(xiǎn)。淋溶試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)6 次淋溶，普通尿素中的氮素基本溶出，曲線達(dá)到峰值并穩(wěn)定(圖2)；而緩釋尿素的前6 次淋溶出的氮素雖然也增加迅速，但淋出量小于尿素，且在6 次后直到第30 次淋洗，仍有一定的氮素釋放，顯示出一定的養(yǎng)分緩慢溶出、持續(xù)供應(yīng)的特性。從土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果 (表5) 也證實(shí)，緩釋尿素在施入土壤后，在水稻抽穗期和玉米吐絲期土壤礦質(zhì)氮含量高于常規(guī)尿素處理。此時(shí)較高的土壤有效氮含量，改善了葉片的氮素營(yíng)養(yǎng)，因而，葉片硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性顯著高于普通尿素處理，反應(yīng)在生長(zhǎng)上，則顯著提高了株高、葉面積、葉綠素含量和根系表面積。這些作物形態(tài)生理特征的改善又反過(guò)來(lái)增強(qiáng)了作物對(duì)土壤氮素的吸收利用，提升了作物生產(chǎn)力[21-24]。

表 5 水稻抽穗期和玉米吐絲期土壤礦質(zhì)氮含量 (N mg/kg)Table 5 Soil inorganic nitrogen concentration at rice heading stage and maize silking stage

4 結(jié)論

在基質(zhì)材料添加量?jī)H為2.5%的條件下，基質(zhì)改性緩釋尿素可降低氮素的淋出速率，提高水稻抽穗期和玉米吐絲期氮素的供應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)葉片氮素合成酶活性，提高營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，最終增加產(chǎn)量。同時(shí)，基質(zhì)材料還具有減少氮素淋溶和氨揮發(fā)損失的趨勢(shì)，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)產(chǎn)量性狀判斷，該緩釋肥料的氮素釋放與玉米生長(zhǎng)較為契合，而水稻后期略顯脫肥，因此，更合理的比例還需進(jìn)一步研究。