UAN 氮溶液對(duì)潮土上玉米生長(zhǎng)和氮素吸收的作用效果

徐麗萍，劉紅芳，侯曉娜，保萬(wàn)魁，孫薊鋒，榮向農(nóng)，王 旭

（中國(guó)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，北京 100081）

氮肥對(duì)提高作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)有重要作用，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需求量最大的化肥品種，2017年我國(guó)的氮肥使用量為2221.8萬(wàn)t，占 化肥總施用量的38%［1］。目前我國(guó)農(nóng)用氮肥以尿素（Urea）為主，存在產(chǎn)能過(guò)剩和利用率低等問(wèn)題［2-3］。UAN 氮溶液又稱(chēng)尿素硝酸銨溶液，是水肥一體化大力推廣的氮肥之一，它是集硝態(tài)氮（NO3--N）、銨態(tài)氮（NH4+-N）和酰胺態(tài)氮3 種氮形態(tài)于一體的液體氮肥品種，采用尾液中和工藝，減少了烘干造粒環(huán)節(jié)的耗能，且其產(chǎn)品偏中性，降低了土壤酸化風(fēng)險(xiǎn)［4］。有研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是喜銨作物還是喜硝作物，銨硝混合營(yíng)養(yǎng)較單純的銨或硝營(yíng)養(yǎng)更能使作物獲得高產(chǎn)［5-7］。UAN 氮溶液同時(shí)具3 種形態(tài)氮，對(duì)于其在作物上的施用效果國(guó)外已有大量研究，與Urea 相比，不同研究顯示的施用效果不同。澳大利亞西部一系列小麥和油菜田試驗(yàn)結(jié)果表明，相同的施氮量和施用時(shí)間下，通過(guò)吊桿噴施的UAN 氮溶液農(nóng)藝效益與顆粒狀Urea 效果相似［8］。美國(guó)阿肯色州的研究表明，與等氮量Urea 相比，施用UAN氮溶液的水稻產(chǎn)量顯著降低［9］。Connella 等［10］在美國(guó)喬治亞州的田間試驗(yàn)表明，牧草對(duì)UAN 氮溶液的氮肥利用率顯著高于Urea。國(guó)內(nèi)關(guān)于UAN 氮溶液施用效果已有部分研究，其中，在馬鈴薯［11］上，對(duì)比Urea，施用UAN 氮溶液提高了氮素利用率，也促進(jìn)了磷鉀肥的吸收利用。番茄［12］和棉花［13］的田間試驗(yàn)效果顯示UAN 氮溶液施用效果均好于傳統(tǒng)Urea，均增產(chǎn)9.00%左右。張運(yùn)紅等［14］研究表明，同等施氮條件下，UAN 氮溶液在小麥上施用效果優(yōu)于Urea，UAN 氮溶液減氮20%處理與Urea 全量處理相比，小麥不減產(chǎn)。王寅等［15］研究表明，施用UAN 氮溶液可顯著提高春玉米產(chǎn)量，促進(jìn)玉米對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的吸收和利用，降低土壤內(nèi)氮營(yíng)養(yǎng)的殘留量。但是，目前國(guó)內(nèi)針對(duì)UAN 氮溶液對(duì)潮土上玉米的施用效果未見(jiàn)公開(kāi)研究文獻(xiàn)。

因此，本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究潮土上UAN氮溶液對(duì)玉米生長(zhǎng)和氮素吸收的影響，探究在潮土上與Urea 相比，UAN 氮溶液在玉米上的應(yīng)用效果，為UAN 氮溶液在我國(guó)的推廣應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為潮土，采自河南省鄭州郊區(qū)農(nóng)田，采樣深度為0～20cm。去除石子及各種雜物后，將土壤過(guò)2mm 孔徑篩。土壤的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

供試UAN 氮溶液由柳州化工股份有限公司生產(chǎn)，外觀為無(wú)色透明液體，其基本成分見(jiàn)表2。Urea 中總氮（N）含量為46.34%，過(guò)磷酸鈣中有效磷（P2O5）含量為12.75%，硫酸鉀中鉀（K2O）含量為53.84%。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

表2 UAN 氮溶液基本成分

供試作物為“京單68”玉米。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)處理，分別為：（1）不施氮肥（CK）；（2）施用尿素（Urea）；（3）施用UAN 氮溶液（UAN）；（4）減施UAN 氮溶液20%（80% UAN），每個(gè)處理重復(fù)4 次。

試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所旱棚內(nèi)進(jìn)行。播種時(shí)間為2016 年5 月26 日，9 月9 日收獲。每盆裝土9kg，磷、鉀肥分別為過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀，均作為基肥一次性施入，施磷量為P2O50.10g/kg，施鉀量為K2O0.10g/kg。處理2 至處理4 施氮量均為N0.15g/kg，在播種前按含水量設(shè)置隨水施用氮肥，尿素溶于水后配成溶液隨水施用，UAN 直接隨水施用。氮肥按1∶1 基施和追施，分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期追施。每盆播5 粒玉米種子，三葉期定植為1 株。玉米在生長(zhǎng)期間，采用重量法控制土壤含水量為田間持水量的60%～70%。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

玉米植株整株取樣，利用10m 長(zhǎng)的卷尺量取莖基部到雄穗頂部為株高，天平稱(chēng)取玉米籽粒鮮重計(jì)算百粒重；105℃下殺青，然后70℃烘干，分別將根、莖、葉、棒軸、籽粒稱(chēng)質(zhì)量后粉碎備用。

采用濃硫酸-過(guò)氧化氫聯(lián)合消煮，凱氏定氮法測(cè)定玉米根、莖、葉、棒軸、籽粒的氮含量；鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量；火焰光度法測(cè)定鉀含量；采用差減法計(jì)算氮肥利用率。整盆土充分混勻后取土樣，鮮土用2mol/L KCl 浸提，流動(dòng)分析測(cè)定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮；土樣風(fēng)干過(guò)篩，Olsen 法測(cè)定有效磷，火焰光度法測(cè)定速效鉀，水土比（5∶1）測(cè)定土壤pH 值［16］。

氮肥利用率=（施氮處理總吸氮量-空白處理總吸氮量）/施氮量×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Excel2016 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥處理對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

氮對(duì)植物生命活動(dòng)以及作物干物質(zhì)積累有重要的作用，合理施用氮肥是獲得作物高產(chǎn)的有效措施。不同氮肥處理對(duì)玉米株高、百粒重和各生長(zhǎng)部位干重的影響見(jiàn)表3。因本試驗(yàn)潮土肥力水平較低，CK 處理未結(jié)出玉米籽粒。與CK 相比，施用UAN 和Urea，玉米株高、百粒重和各部位生物量均顯著提高，株高分別增加了90.00%和94.00%，百粒重增加了26.91 和27.39g，總生物量分別增長(zhǎng)了3.95 和4.13 倍，UAN 和Urea 處 理 之 間 無(wú) 顯 著差異。與UAN 處理相比，80% UAN 處理對(duì)玉米株高、百粒重和根、莖、葉的生物量無(wú)顯著影響，但顯著降低了玉米棒軸和籽粒的生物量，從而導(dǎo)致玉米總生物量顯著降低了14.71%。由此可見(jiàn)，施用UAN 和Urea 均顯著促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，且效果相當(dāng)，減施UAN 20%顯著降低了玉米籽粒的生物量和玉米總生物量。

表3 不同氮肥處理對(duì)玉米株高、百粒重和各生長(zhǎng)部位干重的影響

2.2 不同氮肥處理對(duì)玉米各生長(zhǎng)部位氮吸收量和玉米氮肥利用率的影響

不同氮肥處理對(duì)玉米各生長(zhǎng)部位氮吸收量的影響見(jiàn)表4。與CK 相比，施用UAN 和Urea 增加了玉米的氮素供應(yīng)，增加了玉米生物量，從而促進(jìn)了玉米對(duì)氮素的吸收。表4 顯示，玉米各生長(zhǎng)部位吸氮量均顯著增加，總吸氮量分別增長(zhǎng)了10.62 和10.53 倍，UAN 和Urea 處理之間無(wú)顯著差異。與UAN 處理相比，80% UAN 處理顯著降低了玉米根、莖、葉和籽粒的吸氮量，從而導(dǎo)致玉米總吸氮量顯著降低了24.27%。

表4 不同氮肥處理下玉米各生長(zhǎng)部位氮吸收量（N mg/盆）

不同氮肥處理下玉米的氮肥利用率見(jiàn)圖1。本試驗(yàn)是在溫室內(nèi)的塑料盆里進(jìn)行的，很大程度上減輕了由于徑流、滲濾等途徑所造成的氮損失；而且本試驗(yàn)以作物地上、地下部的總吸氮量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，不同于前人的研究結(jié)果多以作物地上部的吸氮量為基礎(chǔ)的計(jì)算方法。如圖1 所示，施氮均獲得了較高的氮肥利用率，UAN、Urea 和80% UAN 處理的氮肥利用率為60.00%～65.35%。不同氮肥處理的氮素利用率之間無(wú)顯著差異，因此施用等氮量的UAN 和Urea 后，氮肥利用率無(wú)明顯差異，減施UAN 20%減少了玉米的氮素吸收量，但并沒(méi)有顯著影響UAN 的氮肥利用率。

圖1 不同氮肥處理下玉米的氮肥利用率

2.3 不同氮肥處理對(duì)玉米各生長(zhǎng)部位磷吸收量的影響

磷與氮在植物吸收和利用方面有相互影響。磷參與氮代謝、硝酸鹽還原、氨的同化以及蛋白質(zhì)合成。施用氮肥能促進(jìn)植物對(duì)磷的吸收利用，氮磷之間存在協(xié)助作用［17］。不同氮肥處理對(duì)玉米各生長(zhǎng)部位磷吸收量的影響見(jiàn)表5。與CK 相比，施用UAN 和Urea 均促進(jìn)了玉米對(duì)磷素的吸收，玉米總吸磷量顯著增加，分別增加了4.41 和4.16 倍，UAN 和Urea 處理各生長(zhǎng)部位的吸磷量和總吸磷量均無(wú)顯著差異。其中，玉米根、葉、棒軸和籽粒的吸磷量均顯著增加，而玉米莖稈的吸磷量均顯著下降?？赡苁怯衩浊o稈中的磷在收獲期向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，而CK 處理無(wú)籽粒，故不同施氮處理的莖稈中磷積累量均顯著低于CK 處理。與UAN 處理相比，80% UAN 處理對(duì)玉米根、莖、葉和棒軸的磷吸收量無(wú)顯著影響，但顯著降低了玉米籽粒的吸磷量，從而導(dǎo)致玉米總吸磷量顯著降低了18.65%。

表5 不同氮肥處理下玉米各生長(zhǎng)部位磷吸收量（P2O5mg/盆）

2.4 不同氮肥處理對(duì)玉米各生長(zhǎng)部位鉀吸收量的影響

玉米收獲期氮磷鉀養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)不同，使得收獲期各生長(zhǎng)部分的氮磷鉀含量存在差異，研究表明，玉米氮磷積累量：籽粒＞葉片＞秸稈＞玉米棒軸，玉米鉀積累量：葉片＞秸稈＞籽粒＞玉米棒軸［18］。不同氮肥處理對(duì)玉米各生長(zhǎng)部位鉀吸收量的影響見(jiàn)表6。與CK 相比，施用UAN 和Urea 促進(jìn)了玉米對(duì)鉀素的吸收，玉米各生長(zhǎng)部位的吸鉀量均顯著增加，總吸鉀量分別增長(zhǎng)了2.82 和2.55 倍。其中，UAN 和Urea 處理根、莖、棒軸和籽粒的鉀吸收量之間無(wú)顯著差異，而UAN 處理葉中的鉀吸收量顯著高于Urea 處理。由表3 可知，對(duì)比Urea 處理，UAN 提高了收獲期玉米葉片生物量，但差異不顯著，然而，因收獲期葉片中鉀的單位累積量較大，使得生物量增大對(duì)葉片鉀積累量的影響顯著，故UAN 處理葉中的鉀吸收量顯著高于Urea 處理，但二者總的鉀積累量無(wú)顯著差異。與UAN 處理相比，80% UAN 處理對(duì)玉米根、莖和棒軸的鉀吸收量無(wú)顯著影響，但顯著降低了玉米葉片和籽粒的吸鉀量，同時(shí)玉米總吸鉀量顯著降低了10.47%。

表6 不同氮肥處理下玉米各生長(zhǎng)部位鉀吸收量（K2O mg/盆）

2.5 不同氮肥處理對(duì)玉米收獲期土壤無(wú)機(jī)氮和全氮含量的影響

朱兆良［19］、Ju 等［20］研究表明，從數(shù)量上講化學(xué)氮肥幾乎不進(jìn)入土壤氮庫(kù)，施入的氮肥在土壤中逐步變?yōu)闊o(wú)機(jī)氮，未被植物利用及揮發(fā)損失剩余的部分殘留于土壤中。本試驗(yàn)所用潮土氮素水平較低，因此施入的氮肥轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮后，主要去向是被植物吸收和揮發(fā)損失，不同施氮處理對(duì)土壤氮素殘留無(wú)顯著影響。不同氮肥處理對(duì)玉米收獲期土壤無(wú)機(jī)氮含量和全氮含量的影響分別如圖2、3、4 所示。與CK 相 比，施 用Urea 和UAN 及 減 施UAN 20%均未顯著影響玉米收獲期土壤中無(wú)機(jī)氮和全氮含量。

圖2 收獲期不同氮肥處理的土壤銨態(tài)氮含量

圖3 收獲期不同氮肥處理的土壤硝態(tài)氮含量

圖4 收獲期不同氮肥處理的土壤全氮含量

2.6 不同氮肥處理對(duì)玉米收獲期土壤磷鉀養(yǎng)分的影響

不同氮肥處理對(duì)玉米收獲期土壤磷鉀養(yǎng)分的影響如圖5 和圖6 所示。與CK 相比，施用UAN 和Urea 促進(jìn)了玉米對(duì)土壤中磷和鉀的吸收，從而顯著降低了收獲期土壤有效磷和速效鉀含量，且Urea、UAN 和80% UAN 3 個(gè)處理間無(wú)顯著差異。

2.7 不同氮肥處理對(duì)玉米收獲期土壤pH 值的影響

不同氮肥處理對(duì)玉米收獲期土壤pH 值的影響如圖7 所示。與CK 相比，施用Urea、UAN 及減施UAN 20%均未顯著影響玉米收獲期土壤pH 值，不同氮肥處理的pH 值與CK 處理均無(wú)顯著差異。由此可見(jiàn)，本試驗(yàn)中Urea 處理、UAN 處理和80% UAN 處理對(duì)潮土pH 值無(wú)顯著影響。

圖5 不同氮肥處理下土壤有效磷含量

圖6 不同氮肥處理下土壤速效鉀含量

圖7 不同氮肥處理下土壤pH 值

3 討論

本研究中減施UAN 氮溶液20%降低了收獲期玉米籽粒的干重和吸氮量，筆者認(rèn)為這與所用潮土氮素水平較低有關(guān)。作物根系吸收利用的N 素追溯其來(lái)源，一部分來(lái)自于肥料中N 素的水解轉(zhuǎn)化，另一部分可能來(lái)自于土壤N 庫(kù)的N 素釋放，當(dāng)減少氮肥的用量時(shí)，如果肥料中提供的N 素?zé)o法滿足作物需求，而土壤中N 素養(yǎng)分也供應(yīng)不足，就可能會(huì)導(dǎo)致作物的產(chǎn)量降低［21］。本試驗(yàn)所用潮土水解性氮含量為32.7mg/kg，全氮含量為0.32g/kg，按全國(guó)土壤第二次普查的標(biāo)準(zhǔn)氮含量分別為5 級(jí)和6 級(jí)［22］，即供氮強(qiáng)度和供氮潛力均低。根據(jù)張偉納等［23］在潮土（堿解氮為36.1mg/kg，全氮為0.79g/kg）上針對(duì)玉米氮肥使用量的田間試驗(yàn)研究，施氮量在160～180kg/hm2可以保障玉米產(chǎn)量。本試驗(yàn)施氮量為0.15g/kg（是大田施肥量的2倍），對(duì)應(yīng)的田間施氮量170kg/hm2是可以保障玉米生長(zhǎng)的施氮量，本試驗(yàn)全量N 處理的結(jié)果也可證明這一點(diǎn)。結(jié)合前人研究，云鵬等［24］在潮土上冬小麥/夏玉米輪作體系中減施氮肥的試驗(yàn)結(jié)果表明，在高肥力潮土上，施氮量減至144kg/hm2可保證玉米穩(wěn)產(chǎn)，其試驗(yàn)所用潮土的堿解氮含量為89.46mg/kg，全氮含量為1.02g/kg。郭戰(zhàn)玲等［25］在潮土上夏玉米的試驗(yàn)結(jié)果表明，施氮量為144.4～187.5kg/hm2時(shí)能保證玉米穩(wěn)產(chǎn)，其試驗(yàn)所用潮土堿解氮含量為52.2mg/kg，全氮含量為0.84g/kg。蔡祖聰?shù)龋?6］、欽繩武等［27］在潮土上的長(zhǎng)期試驗(yàn)結(jié)果顯示，施氮量為150kg/hm2時(shí)，玉米產(chǎn)量最高，其試驗(yàn)所用潮土堿解氮含量為41～68mg/kg，全氮含量為0.42～0.64g/kg。由于本試驗(yàn)所用的潮土肥力較低，尤其堿解氮含量水平較低，當(dāng)施氮量比常規(guī)施氮量降低20%，而土壤供氮量不能補(bǔ)充足夠的氮素營(yíng)養(yǎng)以滿足玉米氮素需求時(shí)，玉米的生長(zhǎng)受到影響，導(dǎo)致其生物量和玉米吸氮量降低。因此，氮肥減量要同時(shí)考慮作物需求和土壤供氮能力，以確定最合適的施氮量，不能盲目減量。

氮素形態(tài)會(huì)影響作物生長(zhǎng)和氮吸收。植物吸收NO3--N 是主動(dòng)吸收過(guò)程，吸收NH4+-N 被認(rèn)為是被動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，前者要消耗的能量更少，故被供應(yīng)NH4+-N 的植株要比被供應(yīng)NO3--N 的植株早發(fā)穩(wěn)長(zhǎng)［28］，并且能獲得更高的生物量［29］。然而，NO3--N能在土壤溶液中快速擴(kuò)散，且能隨植物蒸騰作用以質(zhì)流方式向植物根部移動(dòng)，減輕與土壤微生物的競(jìng)爭(zhēng)，被吸收后又能通過(guò)木質(zhì)部較快地運(yùn)輸?shù)竭_(dá)植株生長(zhǎng)部位［30］，它的這種累積和轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)被認(rèn)為可能使其優(yōu)于NH4+-N。李生秀等［31］和苗艷芳等［32］的大田和盆栽試驗(yàn)結(jié)果顯示，單獨(dú)施用NO3--N 或施用NO3--N 多NH4+-N 少，小麥各生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量均優(yōu)于單獨(dú)施用NH4+-N 的處理。同時(shí)，研究表明，NH4+-N 與NO3--N 配合施用可提高植物光合效率，使其達(dá)到更高的生物量和產(chǎn)量，一是兩者配合使植株各生長(zhǎng)部位累積的碳水化合物得到合理和高效利用，使植物能以少量能耗貯存更多的氮素；二是兩者配合施用能調(diào)節(jié)根際pH 值，有利于保持磷和微量元素等的有效性和土壤生態(tài)環(huán)境保護(hù)［33-34］。

UAN 氮溶液與Urea 的主要差別是氮素形態(tài)的差異，UAN 氮溶液含有NH4+-N、NO3--N 和酰胺態(tài)氮3 種形態(tài)氮源，而Urea 僅為酰胺態(tài)氮，酰胺態(tài)氮施入土壤后大部分會(huì)在脲酶的作用下水解成NH4

+-N，同時(shí)好氧條件下NH4+-N 會(huì)發(fā)生硝化作用氧化為NO3--N 供植物吸收利用。本試驗(yàn)中施用Urea 和UAN 氮溶液后，玉米氮素吸收 量 無(wú) 顯 著 差 異，與Mullins 等［35］、Fox 等［36］、West［8］的研究結(jié)果一致，而張運(yùn)紅等［14］和王寅等［15］的研究結(jié)果表明UAN 氮溶液對(duì)小麥和玉米氮素吸收利用的作用效果優(yōu)于Urea，原因可能是本試驗(yàn)Urea 是溶于水后施用，王旭洋［37］的研究表明，滴灌條件下，Urea施入土壤后1～3d即水解為銨態(tài)氮，3～5d即轉(zhuǎn)化為NO3--N，且UAN 氮溶液施入土壤后NH4+-N 在好氧條件下也會(huì)轉(zhuǎn)化成NO3--N。與此同時(shí)，玉米在三葉期前吸收氮量低，占總吸收量的1%～3%，隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)，吸氮量增加［38］。因此，本試驗(yàn)中，施用UAN 氮溶液與Urea 后，兩處理間土壤NH4+-N 和NO3--N 含量的差異，可能僅局限在施肥后很短的時(shí)間內(nèi)，這可能就造成了UAN 氮溶液和Urea 對(duì)植株氮吸收和生長(zhǎng)的影響并沒(méi)有產(chǎn)生顯著的差異。

雖然本試驗(yàn)中施用UAN 氮溶液與Urea 的效果相當(dāng)，但UAN 氮溶液的生產(chǎn)過(guò)程減少了尿素、硝銨的蒸發(fā)、濃縮工序，節(jié)省了能耗，也減少了生產(chǎn)過(guò)程中的氨揮發(fā)等對(duì)環(huán)境的污染［39］。同時(shí)，相比傳統(tǒng)顆粒Urea，UAN 氮溶液無(wú)需在施用時(shí)再次溶解，更適用于水肥一體化和機(jī)械化。在水肥一體化背景下，用UAN 氮溶液替代一定量的傳統(tǒng)Urea，既節(jié)省了能耗也沒(méi)有降低氮肥的肥效。因此，加大UAN 氮溶液的推廣和應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)氮肥行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和農(nóng)業(yè)減肥增效均具有重要意義。

4 結(jié)論

在低肥力潮土上，盆栽條件下，等氮量的UAN 氮溶液和Urea 對(duì)玉米的生長(zhǎng)、干物質(zhì)積累、氮磷鉀吸收量和玉米收獲期土壤中的全氮、無(wú)機(jī)氮、有效磷、速效鉀和pH 值的作用效果相當(dāng)，均促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng)和對(duì)氮磷鉀吸收，氮肥的利用率分別為65.35%和64.76%，且無(wú)顯著差異。與全量UAN 氮溶液相比，減施UAN 氮溶液20%使玉米的生物量減少了14.71%，植株中氮、磷、鉀的養(yǎng)分吸收量分別降低了24.27%、18.65%、10.47%，氮肥利用率無(wú)顯著降低?？傊?，施用UAN 氮溶液與尿素效果相當(dāng)。