不同類型緩／控釋氮肥對(duì)夏玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

范震 趙有欣 陳鈺蓉 萬(wàn)云婷 邢玉美 王鵬飛 劉延龍 田曉飛

摘要：本研究采用盆栽試驗(yàn)法，以不施氮肥為對(duì)照（CK），設(shè)置普通尿素（U）、尿素+硝化抑制劑（NI）、尿素+脲酶抑制劑（UI）、凝膠尿素（SU）和包膜尿素（CRU）共6個(gè)處理，探究不同緩/控釋氮肥在夏玉米上的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，施氮顯著提高夏玉米各生育期土壤硝態(tài)氮含量和葉片凈光合速率。與U處理相比，各緩/控釋氮肥處理均顯著提高拔節(jié)期和灌漿期夏玉米穗位葉凈光合速率。與普通尿素相比，各緩/控釋尿素處理夏玉米產(chǎn)量均有所增加，其中SU和CRU處理分別顯著增產(chǎn)45.05%和49.23%。因此，施用緩/控釋尿素能改善夏玉米生育后期土壤氮素供應(yīng)狀況，使葉片維持更高的凈光合速率，有利于地上部干物質(zhì)量和產(chǎn)量的形成，其中凝膠尿素和包膜尿素增產(chǎn)效果更為顯著。

關(guān)鍵詞：夏玉米;緩/控釋氮肥;生長(zhǎng);光合速率;產(chǎn)量

氮素營(yíng)養(yǎng)是夏玉米產(chǎn)量形成的重要限制因素之一，各生育期合理的土壤氮素供應(yīng)是夏玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前提[1，2]。在黃淮海平原地區(qū)，由于夏玉米生產(chǎn)過(guò)程中土壤氮素供應(yīng)與夏玉米氮素需求在時(shí)間、空間和強(qiáng)度上的匹配度較低[3]，以基肥形式施入的氮素在土壤中易通過(guò)氨揮發(fā)、硝化-反硝化、淋洗和徑流等途徑造成農(nóng)業(yè)面源污染，導(dǎo)致氮肥利用效率不高[4]。與傳統(tǒng)的尿素“一炮轟”施肥方式相比，尿素分次施用雖然可以提高夏玉米產(chǎn)量，但也增加生產(chǎn)過(guò)程中的人力投入，在農(nóng)村勞動(dòng)力日益減少的情況下不利于農(nóng)業(yè)精簡(jiǎn)化生產(chǎn)[5]。

為解決上述問(wèn)題，硝化抑制劑、脲酶抑制劑、脲醛緩釋肥、包膜尿素等新型緩/控釋肥被逐漸篩選并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。周麗平等[6]通過(guò)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脲甲醛能夠顯著降低夏玉米田間氨揮發(fā)，產(chǎn)量和氮肥利用效率較普通尿素分別顯著增加18.8%和57.9%。Tian等[7]通過(guò)4年田間試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)包膜尿素養(yǎng)分釋放與棉花養(yǎng)分吸收具有較好的同步性，并且能夠顯著降低硝態(tài)氮向深層土壤的淋溶，從而以更少的氮肥用量實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。朱永昶等[8]的研究結(jié)果則證明添加雙氰胺硝化抑制劑可以顯著降低春玉米生產(chǎn)過(guò)程中N2O的排放，玉米顯著增產(chǎn)6.35%。魏蓉等[9]以廢棄雞毛為原料制備保水型緩釋尿素，并進(jìn)一步通過(guò)盆栽試驗(yàn)驗(yàn)證了其在糯玉米上的增產(chǎn)效果。但這些研究主要集中在同一類緩/控釋肥與普通尿素肥效的比較，對(duì)于不同類型緩/控釋氮肥在夏玉米上的應(yīng)用效果研究較少。因此，本試驗(yàn)選用硝化抑制劑類穩(wěn)定性尿素、脲酶抑制劑類穩(wěn)定性尿素、凝膠尿素和樹脂包膜尿素為材料，探究不同緩/控釋氮肥對(duì)夏玉米生長(zhǎng)及葉片光合特性的影響，以期為黃淮海區(qū)域夏玉米高產(chǎn)和新型氮肥的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年5—10月在聊城大學(xué)環(huán)境土壤學(xué)教學(xué)科研基地（36°26′N，116°01′E）進(jìn)行。該地區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候。供試土壤為石灰性潮土，耕層土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)12.5g/kg、全氮0.7g/kg、硝態(tài)氮24.5mg/kg、銨態(tài)氮6.5mg/kg、有效磷17.2mg/kg、速效鉀143.5mg/kg，pH值7.9（1∶2.5）。供試夏玉米品種為鄭單958。

供試肥料包括大顆粒尿素（N46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O512%）、硫酸鉀（K2O50%）、凝膠尿素（N42%，由水、尿素、玉米秸稈基纖維素保水劑按100∶10∶1經(jīng)超聲振蕩24h后烘干制得，其在土壤中吸水后為凝膠狀態(tài)，所用玉米秸稈基纖維素保水劑由聊城大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院制備）、樹脂包膜尿素（N42%，包膜材料為環(huán)氧樹脂，25℃靜水中釋放期為90d），均由山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司提供。硝化抑制劑雙氰胺（DCD）、脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）均為分析純，購(gòu)自Macklin生物科技公司。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

采用盆栽試驗(yàn)法，共設(shè)6個(gè)處理：分別為不施氮對(duì)照（CK）、普通尿素（U）、硝化抑制劑+尿素（NI）、脲酶抑制劑+尿素（UI）、凝膠尿素（SU）、樹脂包膜尿素（CRU）。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。除CK只施磷、鉀肥外，各處理氮、磷、鉀施用量一致，分別為3.11-1.33-1.33g/株（根據(jù)大田施肥量為N-P2O5-K2O為210-90-90kg/hm2和種植密度6.75萬(wàn)株/hm2計(jì)算）。DCD和NBPT添加量均為施氮量的1%。

將30kg風(fēng)干土和肥料倒在2m×2m塑料布上，充分混勻后裝入陶土盆中（盆高35cm，底徑27cm，上徑45cm），播種2粒。待幼苗長(zhǎng)出3片真葉后每盆定苗1株，分別于拔節(jié)期噴施200mg/L縮節(jié)胺。整個(gè)生育期各處理管理措施保持一致。

1.3樣品采集與測(cè)定

分別在夏玉米苗期（6月21日）、拔節(jié)期（7月8日）、大喇叭口期（7月24日）、灌漿期（8月28日）和乳熟期（9月13日）采用LI-6800新一代光合-熒光全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)（Li-CorInc，美國(guó)）測(cè)定穗位葉中部?jī)艄夂纤俾剩≒n）。選擇植株生長(zhǎng)一致、無(wú)破損的健康葉片于晴天上午9∶00—11∶00進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)使用內(nèi)置紅藍(lán)光源，光照強(qiáng)度為1000μmol/（m2·s），氣體流速為500μmol/s。同時(shí)采用卷尺測(cè)量株高，采用直尺測(cè)量葉長(zhǎng)和葉寬，并采用長(zhǎng)寬系數(shù)法（長(zhǎng)×寬×0.75）計(jì)算葉面積[10]。玉米成熟期收獲后進(jìn)行考種并測(cè)產(chǎn)。

分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、乳熟期采集土壤樣品，用土鉆（d=3cm）取3鉆，混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室。采用烘干法測(cè)定含水量，采用0.01mol/LCaCl2浸提（土水比1∶10），紫外分光光度法測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量[11]。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2010處理和作圖，采用SPSS19.0軟件Duncan’s法進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)夏玉米生長(zhǎng)的影響

玉米苗期各處理株高無(wú)顯著差異，葉面積以SU處理最大，與UI及CRU無(wú)顯著差異而顯著高于其他處理。施氮提高拔節(jié)期后夏玉米株高（圖1A）和葉面積（圖1B），施氮各處理葉面積與CK差異顯著。各緩/控釋氮肥與普通尿素處理株高基本一致，這可能與玉米拔節(jié)期噴施縮節(jié)胺抑制莖稈營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，繼而促進(jìn)生殖生長(zhǎng)有關(guān)。與U處理相比，大喇叭口期SU和CRU葉面積分別增加6.3%和17.1%，但UI和NI處理葉面積與U處理基本一致。說(shuō)明施用凝膠尿素和樹脂包膜尿素較普通尿素更能促進(jìn)夏玉米的生長(zhǎng)，為干物質(zhì)積累和籽粒形成打下良好的基礎(chǔ)。

2.2不同處理對(duì)夏玉米葉片凈光合速率的影響

如圖2所示，各施氮處理夏玉米葉片Pn值均在拔節(jié)期達(dá)到最高值，之后隨生育期延長(zhǎng)而降低。與普通尿素處理（U）相比，施用緩/控釋氮肥各處理均提高拔節(jié)期至乳熟期葉片Pn值，其中拔節(jié)期UI和CRU處理顯著提高48.65%和60.06%，乳熟期NI、UI、SU和CRU處理分別增加33.97%、24.22%、13.35%和51.85%。灌漿期不同緩/控釋氮肥處理間葉片Pn值無(wú)顯著差異，但均顯著高于普通尿素。

2.3不同處理對(duì)夏玉米不同生育期土壤硝態(tài)氮含量的影響

在干旱與半干旱地區(qū)土壤中，硝態(tài)氮是作物可以直接吸收利用的主要氮源，其含量在一定程度上反映了土壤氮素的豐缺[12]。總體而言，各處理土壤硝態(tài)氮含量均隨夏玉米生長(zhǎng)呈逐漸下降趨勢(shì)，且拔節(jié)期和大喇叭口期各施氮肥處理均顯著高于CK（圖3）。拔節(jié)期土壤硝態(tài)氮含量以施用普通尿素處理最高，較其他處理增加0.96%～64.15%，這可能是與尿素在土壤中水解速率高于其他緩/控釋肥有關(guān)。大喇叭口期U處理土壤硝態(tài)氮含量降幅較大，而緩/控釋氮肥處理土壤硝態(tài)氮含量略有降低，且UI和CRU處理硝態(tài)氮含量均顯著高于U處理。乳熟期各處理硝態(tài)氮含量以CRU處理最高，較其他施氮處理顯著增加33.64%～146.83%，SU處理較普通尿素處理增加53.86%。

2.4不同處理對(duì)夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

與CK相比，各施氮處理夏玉米地上部干物質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量分別顯著提高25.39%～66.03%和54.23%～130.16%（表1）。各施氮處理地上部干物質(zhì)量總體表現(xiàn)為CRU>SU>UI>NI>U。各緩/控釋尿素處理百粒重均顯著高于普通尿素，其中CRU較U提高43.48%。與普通尿素處理相比，SU和CRU處理籽粒產(chǎn)量分別顯著增加45.05%和49.23%，但NI和UI處理籽粒產(chǎn)量與U處理無(wú)顯著差異。

3討論

化肥作為糧食的糧食，在作物產(chǎn)量形成中的地位不可替代。尿素施入土壤后，在脲酶的作用下迅速水解轉(zhuǎn)化為NH+4-N，而后在氨氧化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為NO-3-N供作物吸收利用。這一過(guò)程伴隨著氨揮發(fā)、NO2排放、硝態(tài)氮淋溶，造成后期氮素供應(yīng)不足、氮素利用率低[13]。肥料中添加脲酶/硝化抑制劑可顯著提高中后期土壤硝態(tài)氮含量（圖3）。作為一種磷酰胺類化合物，NBPT通過(guò)與脲酶活性中心的鎳離子進(jìn)行配位，起到抑制脲酶活性的作用，從而延緩尿素水解為NH+4-N的進(jìn)程，使得氮素更多以酰胺態(tài)存在于土壤中，減少氨揮發(fā)和氮素轉(zhuǎn)化帶來(lái)的損失[14]。DCD具有與NH+4相似的氨基和亞氨基結(jié)構(gòu)，可以競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合氨氧化細(xì)菌中氨單加氧酶上的氧化NH3的活性位點(diǎn)，使其失去吸收利用NH3的能力，從而推遲NH3的氧化，延緩硝態(tài)氮的產(chǎn)生，保障后期硝態(tài)氮的供應(yīng)[14]。本試驗(yàn)中，乳熟期包膜尿素和凝膠尿素處理的土壤硝態(tài)氮含量較普通尿素分別增加146.83%和53.86%。這與其控釋機(jī)理有關(guān)，一方面包膜尿素外部包裹一層用來(lái)調(diào)節(jié)肥料釋放速率的熱固性樹脂，外界水分進(jìn)入后與內(nèi)部的尿素核心接觸溶解形成飽和溶液，內(nèi)部尿素溶液在壓力梯度的作用下從膜內(nèi)孔隙中緩慢向外部釋放;另一方面包膜尿素的養(yǎng)分釋放速率受溫度的影響，溫度升高可以加快水分滲入包膜尿素的速率以及膜內(nèi)尿素的溶解度，從而滿足作物不同時(shí)期的養(yǎng)分需求[15，16]。另外，本試驗(yàn)采用的凝膠尿素由玉米秸稈與丙烯酸接枝共聚物制成的保水劑作載體，內(nèi)部有羧基、羥基等親水官能團(tuán)，可以吸附游離的養(yǎng)分離子，并使其隨著水分的釋放和高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的松弛而緩慢釋放，從而達(dá)到氮素養(yǎng)分后移的效果[17]。

光合作用是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[18]，作物85%以上的干物質(zhì)量來(lái)源于光合作用。氮素通過(guò)影響葉綠素含量和光反應(yīng)中酶活性直接或間接地影響光合速率[19]。李強(qiáng)等[20]發(fā)現(xiàn)在低氮脅迫下，夏玉米葉片凈光合速率降低34.4%。Mu等[21]認(rèn)為施氮可以增加光合酶的含量和活性，提高羧化速率，同時(shí)在玉米生育期，增施氮肥可以延緩葉片衰老和氮組分的降解，從而提高光合速率。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，與普通尿素相比，不同類型緩/控釋氮肥處理乳熟期凈光合速率提高13.35%～51.85%，說(shuō)明充足的氮素供應(yīng)提高了玉米中后期的光合效率。

眾多研究表明不同類型氮肥處理均增加夏玉米產(chǎn)量與干物質(zhì)量。Hu等[22]通過(guò)連續(xù)兩年的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同氮素水平下，與普通尿素相比，施用包膜尿素夏玉米產(chǎn)量增加5.3%～8.6%，干物質(zhì)量增加4.7%～8.9%。Raza等[23]研究表明，DCD處理夏玉米葉綠素含量增加10%，干物質(zhì)量增加13.1%。本研究中，施用不同類型氮肥均顯著提高夏玉米產(chǎn)量，表現(xiàn)為包膜尿素>凝膠尿素>硝化抑制劑+尿素>脲酶抑制劑+尿素，且包膜尿素處理夏玉米千粒重較其他類型氮肥處理明顯增加。這可能是因?yàn)榘つ蛩厥沟糜衩兹诰哂谐渥愕南鯌B(tài)氮供應(yīng)，提高其葉片凈光合速率，促進(jìn)光同化物的形成和轉(zhuǎn)運(yùn)，增加千粒重，最終增產(chǎn)。

4結(jié)論

施用緩/控釋尿素使玉米生長(zhǎng)關(guān)鍵物候期保持較高的土壤硝態(tài)氮含量，更能滿足玉米生育后期的需要，改善葉片光合特性，為玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成增產(chǎn)提供更好的養(yǎng)分供應(yīng)條件。本試驗(yàn)條件下，凝膠尿素（SU）和包膜尿素（CRU）處理產(chǎn)量較高，與相同施氮量的普通尿素處理相比，分別顯著增產(chǎn)45.05%和49.23%。