硝化抑制劑對糯玉米產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

金何玉，張明超，陳光蕾，周金泉，朱毅勇

(江蘇省固體有機廢棄物資源化高新技術研究重點實驗室，南京農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境科學學院，江蘇 南京 210095)

氮素是玉米生長所必需的大量營養(yǎng)元素之一，對玉米高產(chǎn)、高品質起著至關重要的作用[1]。我國氮肥過量施用的現(xiàn)象嚴重，全國過量施氮面積已占播種面積20%[2]。過量施氮是導致氮肥利用率低的主要原因，研究表明，當?shù)视昧坑?0 kg/hm2上升至240 kg/hm2時，玉米的氮肥表觀利用率由32%下降至20%[3]。氮肥在施入土壤后由于硝化、反硝化作用而損失，又進一步降低了氮肥利用率[4-5]，且大量的氮素以硝態(tài)氮的形式通過淋洗等途徑污染農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[6]。

硝化抑制劑是一類進入土壤后能夠影響土壤生化環(huán)境，調節(jié)某些土壤酶活性，起到降低尿素分解速率，降低氮素損失，提高氮素利用效率的一類物質[7-8]，對糧食和蔬菜作物的生長發(fā)育、品質和產(chǎn)量等方面有不同程度的促進作用。研究表明，硝化抑制劑2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)的施用可普遍提高作物產(chǎn)量達7%，增加根際土壤中存留的氮素達28%，減少氮素淋失達16%[9]。另有研究表明，CP與其他硝化抑制劑相比，安全性能較高[10-11]；利用14C標記CP研究其在水稻田中的動態(tài)變化發(fā)現(xiàn)，施入水稻田5 d后即可在水稻植株樣品中檢測到14C-CP及其降解物6-CPA，在30 d后植株樣品中主要為其降解物6-CPA；在水稻土中，施用10 d后檢測到主要為6-CPA，而6-CPA又可以進一步降解，因此，可以避免或者減少因長期使用而造成CP在土壤中的積累和對環(huán)境的污染[12]。

氮肥的過量施用會造成氮肥利用率的降低和環(huán)境污染，因此，如何協(xié)調糧食穩(wěn)產(chǎn)和環(huán)境保護之間的關系，是促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要問題。本試驗基于硝化抑制劑對江蘇地區(qū)糯玉米的田間應用效果鮮有報道這一事實，考察有關資料，根據(jù)糯玉米對養(yǎng)分的吸收規(guī)律和農(nóng)民施肥習慣，在適量減少施肥的情況下添加硝化抑制劑，驗證其施用的效果，為糯玉米生產(chǎn)上“減氮增效”的氮肥施用策略提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗點土壤類型

試驗于2017，2018年分別在江蘇省宜興市和東臺市糯玉米種植主產(chǎn)區(qū)開展。宜興產(chǎn)區(qū)屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫15.7 ℃，年平均無霜期240 d，年平均降水量1 177 mm。試驗地土壤類型為黃紅壤，pH值7.4、有機質17.8 g/kg、全氮1.43 g/kg、堿解氮97.88 mg/kg、有效磷25.8 mg/kg、速效鉀75.6 mg/kg；東臺產(chǎn)區(qū)屬暖溫帶季風氣候，年平均氣溫15 ℃，年平均無霜期220 d，年平均降水量1 061 mm。試驗地土壤類型為黃沙土，pH值7.5、有機質11.3 g/kg、全氮0.92 g/kg、堿解氮83.6 mg/kg、有效磷11.67 mg/kg、速效鉀62.18 mg/kg。

1.2 供試肥料和作物

本試驗供試作物為糯玉米，品種為蘇玉糯5號。供試肥料氮、磷和鉀肥分別為市售尿素(46% N)、過磷酸鈣(14% P2O5)和氯化鉀(60% K2O)。試驗所用硝化抑制劑的商品名為碧晶(上海碧晶科技有限公司生產(chǎn))，成分為2-氯-6-(三氯甲基)吡啶。

1.3 試驗設計

大田試驗設置5個處理：不施氮肥對照(N0)；農(nóng)民常規(guī)施氮(N，以當?shù)馗弋a(chǎn)糯玉米施氮量為參照)，施氮量為180 kg/hm2；農(nóng)民常規(guī)施氮+硝化抑制劑(N+CP)，施氮量為180 kg/hm2；減氮25%(-25%N)，施氮量為135 kg/hm2。減氮25%+硝化抑制劑(-25%N+CP)，施氮量為135 kg/hm2。所有施用硝化抑制劑處理的硝化抑制劑用量均為2.55 L/hm2；所有處理均施磷鉀肥，用量分別為(P2O5)90 kg/hm2和(K2O)120 kg/hm2。各處理重復3次。小區(qū)按隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積為4×8=32 m2，小區(qū)間分別開溝打埂防止水肥串行。種植密度為6×104株/hm2，株間距為33 cm，行間距為50 cm。

施肥方式：兩地施肥方式均參照當?shù)貍鹘y(tǒng)，播種前施入50%的氮肥，全部的磷肥和鉀肥做基肥，在拔節(jié)期追施剩余50%氮肥；將硝化抑制劑與氮肥充分混勻，同基肥施入土壤。兩地玉米均于6月20日左右播種，7月20日左右追肥(N)一次，10月中上旬收獲。糯玉米生育期約為105 d。

1.4 測定項目與方法

氮肥利用率相關指標[14]計算如下:

氮肥偏生產(chǎn)力(Partial factor productivity of nitrogen，PFPN，kg/kg)=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/氮肥投入量;

氮肥農(nóng)學效率(Agronomy efficiency of nitrogen，AEN，kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量) /施氮量；

氮肥利用率(Recovery efficiency of nitrogen，REN)=(施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量) /施氮量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理與計算

試驗中所測量的數(shù)據(jù)，采用Microsoft Excel 2010、SPSS Statistics 18.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行計算、統(tǒng)計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對糯玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響

由圖1可知，施氮對糯玉米的產(chǎn)量影響顯著，兩種植區(qū)連續(xù)2 a內施氮處理均比不施氮處理增產(chǎn)顯著，增幅為53%～88%；宜興、東臺兩種植區(qū)2017，2018 2 a的N處理比-25%N處理的產(chǎn)量分別增加了16%，16%，16%，17%。施用硝化抑制劑處理(N+CP和-25%N+CP)與常規(guī)施氮處理(N)產(chǎn)量差異不顯著，其中，-25%N+CP處理比-25%N處理的產(chǎn)量分別增加了16%，17%，15%，17%，增產(chǎn)顯著，說明減氮情況下配施硝化抑制劑有助于促進糯玉米增產(chǎn)。

柱上不同字母表示處理間差異達5%的顯著水平。圖2-3同。 Different letters above the bars mean significant difference at the 5% level．The same as Fig.2-3.

由表1可知，同一種植區(qū)不同年份施氮處理的糯玉米株高、穗長、行粒數(shù)和百粒質量均優(yōu)于不施氮處理；糯玉米百粒質量在常規(guī)氮處理高于減氮處理，增幅為3%～6%，其中2017年宜興種植區(qū)差異達顯著水平，而行粒數(shù)除在2018年東臺地區(qū)表現(xiàn)為常規(guī)氮處理顯著低于減氮處理外，其他均表現(xiàn)為常規(guī)處理高于減氮處理(其中2017年宜興種植區(qū)差異達顯著水平)。在施氮量相同的情況下，施用硝化抑制劑可提高糯玉米的株高、穗長、行粒數(shù)和百粒質量，其中，2018年宜興種植區(qū)的糯玉米株高及東臺種植區(qū)的糯玉米行粒數(shù)在N+CP處理比N處理分別增加了5%和17%，增幅達顯著水平；2018年宜興種植區(qū)的糯玉米株高和百粒質量及2017，2018年東臺種植區(qū)糯玉米百粒質量在-25%N+CP處理比-25%N處理分別增加了8%，5%，5%，6%，增幅達顯著水平；-25%N+CP處理的糯玉米在株高、穗長、行粒數(shù)和百粒質量與N+CP處理均無顯著差異。

2.2 不同施肥處理對糯玉米各生育時期土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的影響

圖2 不同施肥處理對不同生育時期土壤硝態(tài)氮的影響Fig.2 Effect of different fertilization treatments on soil nitrate at different growth stages

圖3 不同施肥處理對不同生育時期土壤銨態(tài)氮的影響Fig.3 Effects of different fertilization treatments on soil ammonium nitrogen at different growth stages

2.3 不同施氮處理對糯玉米氮肥利用率的影響

由表2可知，施氮可提高糯玉米的氮累積量，在施氮量相同的情況下，兩種植區(qū)連續(xù)2 a內配施硝化抑制劑的處理其氮累積量均大于未配施硝化抑制劑處理，N+CP處理的氮累積量比N處理分別提高了23%，20%，14%，40%，-25%N+CP處理的氮累積量比-25%N處理分別提高了23%，22%，24%，33%。減施化學氮肥會造成糯玉米的氮肥偏生產(chǎn)力下降，各種植區(qū)N處理的氮肥偏生產(chǎn)力均高于-25%N處理；但減施化學氮肥的同時配施硝化抑制劑可提升糯玉米的氮肥偏生產(chǎn)力，與-25%N處理相比，-25%N+CP處理的糯玉米氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了15%，24%，14%，13%；且-25%N+CP處理的氮肥偏生產(chǎn)力與N處理均無顯著差異。在氮肥農(nóng)學效率方面，N處理高于-25%N處理但二者差異不顯著，這可能是由于長期過量施用氮肥導致土壤氮素積累；各種植區(qū)施用硝化抑制劑處理均高于未施用硝化抑制劑處理，其中-25%N+CP處理的糯玉米氮肥農(nóng)學效率均高于N處理，且與N+CP處理差異不顯著，說明在適量減施氮肥的基礎上配施硝化抑制劑可以提高氮肥農(nóng)學效率。兩種植區(qū)2 a中N+CP、-25%N和-25%N+CP的氮肥利用率均大于農(nóng)民常規(guī)施氮處理(N)，其中以減肥配施硝化抑制劑處理(-25%N+CP)的糯玉米氮肥利用率最高，顯著高于常規(guī)施氮處理。

表2 不同氮肥處理對糯玉米氮肥利用率及氮肥生產(chǎn)率的影響Tab.2 Effects of different treatments on nitrogen use efficiency and nitrogen fertilizer productivity of waxy corn

3 討論與結論

施用硝化抑制劑能顯著改善玉米的生長狀況[15]。在本試驗中，施氮量相同時，配施硝化抑制劑處理的糯玉米百粒質量均大于未配施硝化抑制劑的處理，且在減施氮肥25%的基礎上配施硝化抑制劑，也能提高糯玉米的百粒質量，同時對糯玉米的株高和行粒數(shù)也有正向影響。已有研究表明，在減氮處理下施用硝化抑制劑可維持水稻產(chǎn)量在高水平上[16]，配施硝化抑制劑對甜玉米有較好的增產(chǎn)效果[17]。本試驗數(shù)據(jù)表明，在相同施氮量下，減肥配施硝化抑制劑處理的糯玉米田間產(chǎn)量與N處理和N+CP處無顯著性差異，這說明在適量減氮的情況下配施硝化抑制劑可保證玉米產(chǎn)量，但常規(guī)施氮量的情況下配施硝化抑制劑對糯玉米產(chǎn)量的提高不顯著。

已有文章指出，氮肥利用率隨施氮量的增加而降低，當?shù)蔬^量施用時，會造成作物對氮的奢侈吸收，氮累積量和氮肥利用率將有所下降；土壤背景氮越大，氮肥利用效率越低[22-23]。在本試驗中，在施氮量相同的情況下，配施硝化抑制劑處理的糯玉米氮肥利用率高于未配施硝化抑制劑處理，說明配施硝化抑制劑可提高糯玉米的氮肥利用率。N處理與-25%N處理氮肥利用率相比較，由于施氮量相應的減少，糯玉米進行奢侈吸收受到影響，進而使糯玉米的氮累積量有所增加；在-25%N+CP的條件下，氮肥利用率高于其他處理氮肥利用率，表明減少一定氮肥用量并配施硝化抑制劑能夠提高糯玉米的氮肥利用率，不僅節(jié)省了尿素用量，而且有效地保持了土壤氮素供應，延長了肥效。