控釋尿素與普通尿素不同摻混比例對夏玉米產(chǎn)量和氮素利用效率的影響

蔣麗萍，李國芳，苗中芹，錢欣，張慧，高英波，成浩，王慧敏，劉樹堂，趙菁菁，崔振嶺，李宗新，薛艷芳

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所/小麥玉米國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部黃淮海北部玉米生物學與遺傳育種重點實驗室，山東 濟南 250100；2.青島農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東 青島 266109；3.淄博市農(nóng)業(yè)農(nóng)村事業(yè)服務中心，山東 淄博 255000；4.中國農(nóng)業(yè)大學，北京 100193)

山東省地處黃淮海冬小麥-夏玉米輪作產(chǎn)區(qū)，2018年玉米種植面積和總產(chǎn)分別為393.5萬hm2和2 607.2 萬t，占全國玉米種植面積和總產(chǎn)的9.3%和10.1%[1]，在保障國家糧食安全中占據(jù)著舉足輕重的地位。施用氮肥作為當前農(nóng)作物生產(chǎn)中的主要管理措施，在保證獲得作物高產(chǎn)方面發(fā)揮著重要作用。中國已成為世界最大的氮肥生產(chǎn)國和消費國，預計到 2050 年會占世界消費量的一半以上[2]，單位面積農(nóng)田氮肥年施用量約是世界平均施用量的4 倍[3]。但中國的氮肥利用率僅為25%左右，而同期世界平均水平約為42%[4]。與其他糧食作物一樣，玉米生產(chǎn)中化肥施用量過高且報酬遞減規(guī)律日漸凸顯，“增肥低增產(chǎn)”、籽粒營養(yǎng)品質差與土壤質量惡化等問題也日益突出[5]。此外，伴隨農(nóng)村勞動力的缺乏，費工費力的肥料深施和多次施肥技術在大田作物上已難于實行。在環(huán)境與資源雙重約束下，國家提出了化肥行業(yè)轉型升級和化肥使用零增長的要求?？蒯尫适翘岣叻柿侠寐?、減少化肥用量、省工環(huán)保的新型肥料產(chǎn)品之一，對實現(xiàn)節(jié)肥增效具有重大的現(xiàn)實意義。

控釋肥具有養(yǎng)分釋放緩慢、肥效持久穩(wěn)定、養(yǎng)分利用率高、一次性施用不用追肥等優(yōu)點，全量或減量控釋肥對玉米的增產(chǎn)效果明顯，是提高氮肥利用效率和增加玉米產(chǎn)量的有效途徑之一，適宜在黃淮海夏玉米產(chǎn)區(qū)推廣應用[6-9]。但是目前市場出售的純控釋肥料價格高于速效尿素1～4 倍，甚至更高[10，11]。在糧食作物價格變化不大甚至降低的情況下，從經(jīng)濟效益考慮，農(nóng)民難以接受。而且控釋肥肥效受外界環(huán)境(溫度、水分等)影響較大，如生育前期發(fā)生低溫或干旱會導致養(yǎng)分釋放速率減慢，玉米生育前期氮素供應不足，并使后期土壤無機氮殘留過多而增加生態(tài)風險[12,13]。眾多研究表明控釋氮肥與普通尿素按適宜比例摻混施用，是提高作物氮肥利用效率、減少生產(chǎn)人工投入和獲得高收益的有效途徑。例如在山東夏玉米產(chǎn)區(qū)，李偉等[14]發(fā)現(xiàn)控釋氮肥與普通尿素按5∶5摻混的玉米產(chǎn)量最高；而張玉鳳等[15]發(fā)現(xiàn)控釋氮肥與普通尿素按7∶3摻混的產(chǎn)量最高。王寅等[16，17]研究發(fā)現(xiàn)東北春玉米以控釋氮肥與普通尿素按3∶7摻混配比表現(xiàn)最好。由于上述不同地區(qū)的土壤類型、氣候條件、肥料用量等各不相同，控釋氮肥與普通尿素適宜摻混比例也不盡相同。因此，有必要在特定區(qū)域有針對性地進行控釋氮肥與普通尿素不同摻混比例篩選，以期實現(xiàn)夏玉米減肥增產(chǎn)增效。

本試驗通過控釋氮肥與普通尿素按不同比例摻混減量施用，以玉米產(chǎn)量、肥料利用率、經(jīng)濟效益等為評價指標，篩選夏玉米的適宜摻混比例，以期為減肥增效安全生產(chǎn)的尿素摻混緩釋氮肥在夏玉米生產(chǎn)中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況

田間試驗于2019年6—9月在山東省淄博市臨淄區(qū)朱臺鎮(zhèn)徐王村(118°12′E，36°57′N)進行。該地玉米生育期內(nèi)近20年的平均降水量為423.0 mm，生育期積溫為2 708.1℃，其中2019年玉米季的降水量為647.5 mm，生育期積溫為2 727.6℃。試驗地0～30 cm土層理化性狀：pH值7.8、有機質含量18.3 g/kg、全氮0.55 g/kg、堿解氮73.6 mg/kg、速效磷20.3 mg/kg、速效鉀206.8 mg/kg。

1.2 試驗設計及方法

采用單因素試驗設計，共設置8個處理(見表1)，重復3次。其中，T1：當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥，基肥為普通氮磷鉀復合肥(15-15-15)，用量為750 kg/hm2，大喇叭口期追施尿素180 kg/hm2；T2、T3和T4處理均為玉米專用肥1(26-11-8)，用量675 kg/hm2，種肥同播無追肥，其中T2、T3和T4處理中樹脂包膜尿素與普通尿素摻混比例分別為3∶7、5∶5和10∶0；T5：在T2基礎上，大喇叭口期追施尿素75 kg/hm2；T6：在T2基礎上增加播種密度。T7：施肥處理同T2；T8：玉米專用肥2(28-8-8)，用量675 kg/hm2，種肥同播無追肥。T1～T6處理供試品種均為農(nóng)大372。T7、T8處理供試品種為登海605。除T1處理外，其他處理均施用七水硫酸鋅30 kg/hm2。

大區(qū)處理便于機械作業(yè)，各處理播種面積為1 334 m2。病蟲草害防治按照常規(guī)大田統(tǒng)一管理，生育期內(nèi)無明顯病蟲害和雜草發(fā)生。此外，為防止玉米倒伏，所有處理均在玉米8～9展葉時進行一次控旺藥劑噴施，也是當?shù)剞r(nóng)民常規(guī)田間管理技術之一。6月15日播種，9月28日收獲。

供試肥料種類及價格：普通氮磷鉀復合肥(15-15-15)2 550 元/t，速效氮肥采用大顆粒尿素(N 46%)，2 000 元/t；控釋氮肥與速效氮肥按3∶7摻混的配方肥(26-11-8)2 950 元/t；控釋氮肥與速效氮肥按5∶5摻混的配方肥(26-11-8)3 070 元/t；氮肥全部為控釋氮肥的配方肥(26-11-8)3 320 元/t；配方為28-8-8的玉米專用肥3 370 元/t；七水硫酸鋅4 000 元/t 。以上肥料除鋅肥外均由山東金正大集團有限公司提供。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株氮含量測定 玉米成熟期，每小區(qū)取3株長勢均勻一致的植株，分為籽粒和秸稈兩部分，在105℃條件下殺青30 min，70℃烘干至恒重，記錄干物重。采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法測定樣品氮含量。

表1 試驗處理與肥料用量

1.3.2 產(chǎn)量測定 玉米成熟期收獲各小區(qū)中間2行(行長7 m)，記錄實收穗數(shù)，稱鮮重，按大小穗比例和平均鮮重取代表性10穗帶回室內(nèi)考種，測其穗長、穗粗、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重。根據(jù)10穗籽粒重量與含水率折算成含水率為14%的籽粒產(chǎn)量。

1.3.3 計算方法 收獲指數(shù)HI(%)= 籽粒產(chǎn)量/生物量×100；植株氮素累積量 =植株氮濃度×生物量；地上部吸氮量 = 籽粒吸氮量+秸稈吸氮量；氮素收獲系數(shù)NHI(%)= 成熟期籽粒吸氮量/成熟期地上部吸氮量×100；氮素利用效率NUE(kg/kg)= 籽粒產(chǎn)量/地上部吸氮量；氮素吸收效率NAE(kg/kg)= 地上部吸氮量/施氮量；氮肥偏生產(chǎn)力PFPN(kg/kg)= 籽粒產(chǎn)量/施氮量； 肥料偏生產(chǎn)力PFP(kg/kg)= 籽粒產(chǎn)量/施肥量(氮磷鉀肥總量)；經(jīng)濟效益= 籽粒產(chǎn)量×玉米單價-投入成本(肥料、種子、農(nóng)藥、人力與機械成本)[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)分析應用 DPS 2006軟件，采用LSD法進行顯著性分析(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對夏玉米產(chǎn)量的影響

由圖1看出，不同處理玉米籽粒產(chǎn)量為8.5～12.2 t/hm2，平均產(chǎn)量為9.4 t/hm2。與T1處理(農(nóng)民習慣施肥)相比，減肥27.6%(氮磷鉀分別節(jié)約9.7%、34.2%和52.0%)的T2、T4、T7處理及減肥29.3%(氮節(jié)約3.1%，磷鉀均節(jié)約52.0%)的T8處理對玉米產(chǎn)量均無顯著影響，而T3、T5和 T6處理較T1處理的產(chǎn)量分別增加11.2%、7.9%和37.1%。

等量施肥條件下，玉米產(chǎn)量由高到低依次為T3>T4>T2，即樹脂包膜尿素與普通尿素摻混比為5∶5的增產(chǎn)效果最好。與T2處理相比，大喇叭口期追肥(T5處理)和增加播種密度(T6處理)均可顯著提高玉米產(chǎn)量，分別增產(chǎn)11.6%和41.9%，即通過適當增加密度較大喇叭口期追肥更有利于產(chǎn)量增加。此外，將玉米專用肥1(T7處理)與市場上主流肥料產(chǎn)品玉米專用肥2(T8處理)進行比較，兩者對玉米產(chǎn)量的影響無顯著差異。與T1處理相比，T7和T8處理分別節(jié)肥27.6%和29.3%時，玉米產(chǎn)量略下降2.3%和4.5%，但處理間差異不顯著。

圖1 不同施肥模式的夏玉米產(chǎn)量

2.2 不同施肥模式對夏玉米產(chǎn)量構成因素和穗部性狀的影響

試驗結果(表2)表明，與T1相比，其他處理通過增加收獲密度可以實現(xiàn)減肥穩(wěn)產(chǎn)(T2、T4、T7、T8)或增產(chǎn)(T3、T5和T6處理)，但各處理(除T5外)通過增加密度均降低了穗長和行粒數(shù)進而降低穗粒數(shù)。在T2基礎上，T5處理通過大喇叭口期追肥增加行粒數(shù)進而增加穗粒數(shù),玉米產(chǎn)量增加11.6%，T6處理通過進一步增加收獲密度(穗粒數(shù)增加6.7%，千粒重降低10.4%)玉米產(chǎn)量增加41.9%。另外，將玉米專用肥1(T7處理)與市場上主流肥料產(chǎn)品玉米專用肥2(T8處理)進行比較，盡管T7處理收獲密度較低，但通過增加穗行數(shù)和行粒數(shù)進而增加穗粒數(shù)實現(xiàn)了與T8處理相近的產(chǎn)量。

表2 不同施肥模式對夏玉米產(chǎn)量構成因素和穗部性狀的影響

2.3 不同施肥模式對玉米氮素積累量和氮素利用效率的影響

試驗結果(表3)表明，T3和T6處理的生物量較T1分別顯著增加19.8%和25.9%，植株地上部總氮素積累量分別顯著增加25.4%和23.3%(其中籽粒氮素積累量分別增加12.2%和22.1%，秸稈氮素積累量分別增加51.8%和25.7%)，PFPN分別顯著增加23.2%和51.2%， PFP分別顯著增加53.8%和88.7%。以上結果表明，T3處理即樹脂包膜尿素與普通尿素摻混比例為5∶5的植株地上部氮素總積累量和氮素吸收效率(NAE)最高，其次為T6處理，但兩處理間差異未達顯著水平。相反，T6處理的NUE、PFPN和PFP較T3處理均顯著提高22.7%。此外，等量施氮條件下，農(nóng)大372(T2)地上部植株總氮素積累量和NAE較登海605(T7)分別高出10.7%和11.4%，而NUE較登海605低10.5%，說明農(nóng)大372具有較強的氮素吸收能力，而登海605具有較高的氮素利用能力。

2.4 不同施肥模式對夏玉米經(jīng)濟效益的影響

由表4看出，不同施肥處理的經(jīng)濟效益為7 910.0～14 173.0元/hm2，平均為9 596.6元/hm2，由高到低依次為T6>T3>T5>T4>T7>T1>T2>T8。等量施肥條件下，產(chǎn)值和經(jīng)濟效益表現(xiàn)為T3>T4>T7>T2，即樹脂包膜尿素與普通尿素按5∶5摻混可獲得較高的產(chǎn)值和經(jīng)濟效益。T6處理通過增加播種密度提高產(chǎn)值使其經(jīng)濟效益較T3處理增加3 624.3元/hm2，即T6處理的產(chǎn)值和經(jīng)濟效益最高。

表3 不同施肥模式對玉米氮素積累量和氮素利用效率的影響

表4 不同施肥模式對夏玉米經(jīng)濟效益的影響 (元/hm2)

3 討論與結論

緩控釋肥料因其具有提高肥料利用率、減輕施肥對環(huán)境的污染以及一次性施肥等潛在優(yōu)點已經(jīng)成為今后肥料發(fā)展的趨勢。很多研究表明控釋氮肥與普通尿素按適宜比例摻混施用，是提高作物氮肥利用效率、減少生產(chǎn)人工投入和獲得高收益的有效途徑。

本研究結果表明，等量施肥條件下(T2、T3、T4處理)，T3較T2處理的籽粒產(chǎn)量、地上部氮素積累量、經(jīng)濟效益分別顯著提高15.1%、24.1%和24.5%(2 074.3 元/hm2)，較T4處理的籽粒產(chǎn)量、地上部氮素積累量、經(jīng)濟效益分別提高10.0%、9.7%和19.2%。以上結果表明，籽粒產(chǎn)量及PFPN、地上部氮素積累量及NAE、經(jīng)濟效益均表現(xiàn)為T3(樹脂包膜尿素與普通尿素按5∶5摻混)>T4(總氮全部為樹脂包膜尿素)>T2(樹脂包膜尿素與普通尿素按3∶7摻混)，即樹脂包膜尿素與普通尿素按5∶5摻混可同時獲得較高的玉米產(chǎn)量、經(jīng)濟效益和肥料利用效率。李偉等[14]對山東地區(qū)夏玉米施用不同比例控釋尿素(水溶性聚合物包膜控釋尿素)的研究結果也表明，供氮量(N)180 kg /hm2條件下，與普通尿素一次性基施相比，控釋尿素與普通尿素摻混處理的夏玉米穗位葉凈光合速率、葉綠素含量以及硝酸還原酶活性均較高，籽粒灌漿啟動較快，灌漿活躍期延長，隨控釋尿素比例的增加，玉米產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢，其中摻混比例為5∶5時玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟效益最高。衣文平等[19]在山東夏玉米上的研究發(fā)現(xiàn)，供氮量(N)291 kg/hm2條件下，控釋氮肥與普通尿素按不同比例摻混一次性基施較尿素分次施用均可提高夏玉米產(chǎn)量、氮素積累量和氮肥利用效率，其中摻混比例為3∶7的玉米氮素積累量和經(jīng)濟效益最高。張玉鳳等[15]在濟南章丘的研究結果表明，供氮量(N)240 kg/hm2條件下，硫磺樹脂包膜尿素與普通尿素按7∶3摻混的玉米產(chǎn)量、氮肥利用效率及經(jīng)濟效益最高。分析不同研究結果之間的差異，一方面可能是控釋肥料產(chǎn)品不同及不同研究區(qū)域間氣候、土壤等條件差異造成；另一方面可能是由于施氮量的不同導致，總施氮量減少的情況下為滿足玉米生育期內(nèi)的氮素需求，應適當提高控釋氮肥的摻混比例以增加緩釋氮素的數(shù)量，保障中后期的氮素供應[12]。如Guo等[20]對西北春玉米體系研究表明，供氮量(N)240 kg/hm2條件下，控釋氮肥和普通尿素按1∶2摻混，或在180 kg/hm2施氮量下按2∶1摻混均可滿足高產(chǎn)玉米花前對于氮素的快速需求，又可保證花后持續(xù)的氮素供應，實現(xiàn)高于15 t/hm2的玉米高產(chǎn)。

等量施肥條件下，T2 處理的籽粒產(chǎn)量和地上部氮素積累量較低，可能由于本年度降水量較常年高出 224.5 mm，速效氮肥占總氮70%(樹脂包膜尿素與普通尿素按3∶7摻混)并一次性基施引起氮素淋洗嚴重，造成玉米花后嚴重脫肥，降低玉米花后持續(xù)供氮能力，最終導致成熟期干物質累積量、氮素累積量和籽粒產(chǎn)量顯著下降。姬景紅等[12]研究發(fā)現(xiàn)，控釋尿素比例過低普通尿素比例過高，容易造成玉米生長前期的可供應氮量高于玉米實際需求量，后期氮素養(yǎng)分供應不足，影響葉片葉綠素濃度及光合物質積累，造成玉米植株脫肥，不利于產(chǎn)量的提高。此外，與當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥相比，T3處理節(jié)肥27.6%(氮磷鉀分別減少9.7%，34.2%和52.0%)同時，籽粒產(chǎn)量、PFPN、經(jīng)濟效益分別顯著增加11.2%、23.2%和23.1%，同步實現(xiàn)了節(jié)肥增產(chǎn)增效。張博等[21]在豫北和豫中試驗表明，較等養(yǎng)分普通肥料分次施用相比，專用緩釋肥(28-10-12，緩釋氮素與普通尿素按5∶5摻混)苗期一次性施用750 kg/hm2促進了夏玉米對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收利用，提高了玉米產(chǎn)量和肥料利用效率，實現(xiàn)了高產(chǎn)、高效和簡化施肥。

與T2處理相比，大喇叭口期追肥(T5)和增加播種密度(T6)均可顯著提高玉米產(chǎn)量，分別較T2處理增產(chǎn)11.6%和41.9%，即通過增加播種密度較大喇叭口期追肥更有利于產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的增加。本試驗各處理中，T6處理的玉米產(chǎn)量最高，為12.2 t/hm2，主要原因是T6處理增加播種密度至每公頃8.85萬株，并且玉米8～9葉期進行株高控制，生育后期未出現(xiàn)植株倒伏，最終通過提高玉米生物量和收獲指數(shù)實現(xiàn)高產(chǎn)。Hou等[22]通過多年在全國玉米主產(chǎn)區(qū)42個試驗點的聯(lián)合試驗和綜合分析發(fā)現(xiàn)，在不增加氮肥投入條件下，播種密度由每公頃6.0萬株增加到7.5萬株，玉米平均增產(chǎn)5.59%。在玉米產(chǎn)量低于15 t/hm2時，產(chǎn)量的增加主要由于生物量和收獲指數(shù)的協(xié)同增加引起[23]?？紤]到大面積示范應用時種植密度太高會導致植株倒伏的潛在風險，故建議玉米播種密度由常規(guī)每公頃6.0萬株增加到7.5萬～7.95萬株較為合理。

綜上所述，在本試驗區(qū)域，樹脂包膜尿素與普通尿素按5∶5摻混一次性基施處理的籽粒產(chǎn)量、PFPN、經(jīng)濟效益較當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥分別顯著增加11.2%、23.2%和23.1%，節(jié)省肥料生產(chǎn)成本和追肥成本，同步實現(xiàn)減肥增產(chǎn)增效。此外，增加玉米播種密度可實現(xiàn)籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益更大化。因此在合理增加密度基礎上結合樹脂包膜尿素與普通尿素按照5∶5摻混一次性基施可以作為一項有力栽培措施在該區(qū)域推廣應用。