增值尿素對小麥產量、 氮肥利用率及肥料氮在土壤剖面中分布的影響

袁 亮， 趙秉強， 林治安， 溫延臣， 李燕婷

(1 農業部作物營養與施肥重點實驗室，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081;2 中國農業科學院德州鹽堿土改良實驗站，山東德州 253015)

同位素15N示蹤法是研究氮肥利用率、 肥料氮在土壤剖面中分布和損失量的重要手段[15-16]，本文以發酵海藻液、 改性腐植酸和聚合谷氨酸作為增效劑，與同位素15N尿素充分熔融，制備增值尿素(海藻酸尿素、 腐植酸尿素和谷氨酸尿素)試驗產品，利用土柱栽培試驗研究其對小麥產量、 氮肥利用率及肥料氮在土壤剖面中分布的影響，旨在為增值尿素新產品的研發和推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

1.2 供試材料

1.2.1 供試土壤 供試土壤采自中國農業科學院德州鹽堿土改良實驗站禹城試驗基地連續三年以上未施用任何肥料的勻地試驗場，采集0—30 cm土壤，過2 mm篩，混勻、 備用。土壤類型為石灰性潮土，質地為輕壤。土壤的基本化學性質： pH(土 ∶水=1 ∶2.5)8.11、 有機質10.47 g/kg、 全氮0.61 g/kg、 速效磷(P2O5)8.74 mg/kg、 速效鉀(K2O)85.6 mg/kg。

1.2.2 供試作物 供試作物為冬小麥，品種為濟麥22。

1.2.3 供試肥料 增效劑分別為發酵海藻液(A)、 改性腐植酸(HA)和聚合谷氨酸(G)。發酵海藻液主要成分是海藻酸，海藻酸的含量是2.5%; 改性腐植酸是通過微生物發酵方法對風化煤進行處理，再用弱堿提取的腐植酸，腐植酸含量為10%; 聚合氨基酸主要成分為谷氨酸，含量為10%。將發酵海藻液、 改性腐植酸和聚合谷氨酸分別按固形物2‰、 5‰和5‰的比例添加到尿素中，在116℃下與尿素充分混勻、 熔融，冷卻后粉碎，制備成相應的增值尿素試驗產品，為保持條件一致，普通尿素添加與增值尿素等量的水，也經過相同的熔融過程。增值尿素試驗產品均利用15N尿素(購自?；ぱ芯吭?，原子豐度為10.22%)制備。供試肥料代號、 氮含量及豐度值見表1。

表1 供試尿素全氮含量及豐度

1.3 試驗設計

試驗采用土柱栽培方式，選用直徑為25 cm(內徑)、 高100 cm PVC管，埋入土中，上口高出地面3 cm，以防止降水地表徑流流入，下不封口，與自然土壤直接接觸，模擬田間自然栽培狀態[17]。每個土柱裝風干土55 kg。增值尿素與普通尿素處理均按N 0.1 g/kg干土(以0—30 cm土壤干重計算)，等氮量投入，與磷鉀肥播種前一次性施用，均勻混施于土柱0—30 cm土層中; 磷、 鉀用量按充足供應原則設計，磷肥用過磷酸鈣(P2O5含量為12.5%)，施用量為P2O50.3 g/kg干土； 鉀肥用氯化鉀(K2O含量為60%)，施用量為K2O 0.3 g/kg干土(P2O5和K2O均以0—30 cm土壤干重計算)。

試驗處理設置5個處理： 不施氮對照(CK，只施磷、 鉀肥，用量與其它施肥處理相同)、 普通尿素(U)、 海藻酸尿素(AU)、 腐植酸尿素(HAU)和谷氨酸尿素(GU)，每個處理6次重復。試驗于2011年10月19日播種，精選均勻飽滿的麥種，每個土柱播36粒，在苗期間苗，每個土柱留20株。在小麥起身期(2012年3月22日)、 挑旗期(2012年4月12日)用量杯各澆水3 L。小麥于2012年6月9日收獲。

1.4 測試項目與計算方法

植株樣品的全氮含量采用H2SO4-H2O2聯合消煮后，利用KDY-9820凱氏定氮儀蒸餾，0.02 mol/L(1/2 H2SO4)滴定[18]，尿素、 植物和土壤樣品的15N豐度用Finngan-mat251超精度氣體同位素質譜儀測定。

氮肥表觀利用率=(施氮處理作物吸氮量-未施氮CK處理作物吸氮量)/施氮量×100%

氮的農學效率=(施氮處理作物產量-未施氮CK處理作物產量)/施氮量

原子百分超=實測豐度值-自然豐度值

肥料氮含量=樣品全氮含量×樣品15N原子百分超/肥料15N原子百分超

15N肥料利用率=作物地上部肥料氮吸收量/肥料氮施用量×100%

肥料N的土壤殘留率=土壤肥料氮累積量/肥料氮施用量×100%

肥料氮損失率=1-(作物地上部肥料氮吸收量+土壤殘留肥料氮量)/肥料氮施用量×100%

土壤氮素激發率=施氮肥處理作物吸收的土壤氮/未施氮CK處理作物吸收的總氮量×100%[19-23]

數據統計分析采用Excel 和SPSS Statistics 17.0 統計軟件。

2 結果與分析

2.1 增值尿素對小麥產量及產量構成因素的影響

從表2中可以看出，與普通尿素相比，海藻酸尿素(AU)、 腐植酸尿素(HAU)和谷氨酸尿素(GU)均可顯著提高小麥籽粒產量，增加幅度分別為7.12%、 13.63%和3.65%，小麥的生物產量分別提高9.13%，16.66%和5.81%，且處理間差異均達顯著水平。從產量構成因素看，AU、 HAU和GU的穗數均顯著高于U，分別增加4.3、 9.0和3.3穗。增值尿素處理的穗粒數與普通尿素無顯著差異，AU處理的小麥千粒重較U高出0.25 g，GU處理則較U低0.33 g， 差異均不顯著，HAU的小麥千粒重僅為43.20 g，顯著低于U。可見，與普通尿素比較，3個增值尿素主要是通過增加小麥的穗數實現產量的提高。

表2 增值尿素對小麥產量及產量構成因素的影響

2.2 增值尿素對小麥氮素養分含量和吸收量的影響

由表3可知，HAU的小麥籽粒全氮和肥料氮含量均最高，且顯著高于U、 AU和GU。普通尿素處理的小麥秸稈全氮和肥料氮含量最高，顯著高于3個增值尿素處理，腐植酸尿素處理的小麥秸稈肥料氮含量顯著低于其他施肥處理。

表3 增值尿素處理小麥全氮和肥料氮含量

從表4可看出，HAU的小麥籽粒氮素吸收量最高，其次為AU，較U分別高出N 0.239和0.104 g/pot，且差異達顯著水平; GU較U高出0.058 g/pot，二者間差異不顯著。HAU的小麥秸稈吸氮量顯著高于其他處理，U、 AU和GU之間無顯著差異。從小麥的地上部吸氮量來看，HAU和AU顯著高于U，GU略高于U，二者之間差異不顯著。

從表5可以看出，與U相比，AU、 HAU和GU處理均可促進小麥籽粒對土壤氮和肥料氮的吸收。AU、 HAU和GU處理小麥籽粒吸收來自土壤的氮量顯著高于U處理，分別提高9.46%、 23.44%和4.34%， GU與U之間無顯著差異;粒吸收肥料氮量顯著高于其他處理，較U高出8.46%，AU和GU處理分別比普通尿素高出4.8%和3.48%，處理間差異達顯著水平。

HAU處理的籽

表5 增值尿素對小麥土壤氮和肥料氮吸收量的影響 (g/pot)

HAU處理小麥秸稈吸收的土壤氮較U顯著高出16.16%，AU和GU略低于U處理，但處理間無顯著差異。各施肥處理的小麥秸稈吸收肥料氮量之間均無顯著差異。從小麥地上部吸收的土壤氮來看，AU和HAU顯著高于U處理，分別高出7.03%和21.12%，U與GU差異不顯著。

表6 小麥吸收的肥料氮量占氮素吸收量的比例(%)

2.3 增值尿素對肥料氮在土壤剖面中分布的影響

表7 增值尿素對肥料氮在土壤剖面中分布的影響(N g/pot)

2.4 增值尿素對小麥氮肥利用率的影響

由表8可知，與普通尿素相比，增值尿素均可顯著提高氮肥的表觀利用率和農學效率，并顯著降低損失率，HAU和AU可顯著提高15N利用率和肥料氮的土壤殘留率。AU、 HAU和GU處理的小麥氮肥表觀利用率分別較U處理提高6.38、 15.63、 3.08個百分點，各處理間差異顯著。HAU和AU處理的15N利用率，分別較U高出3.70和2.41個百分點，且差異達顯著水平; GU處理的氮肥15N利用率比U高出1.55個百分點，顯著不差異。這可能是因為供試土壤的氮素肥力偏低，同時土柱試驗的緩沖能力相對較小，小麥對肥料氮的吸收量較高。HAU和AU處理肥料氮的土壤殘留率比U高出5.82和5.22個百分點，差異達顯著水平，GU與U處理間無顯著差異。AU、 HAU和GU處理的肥料氮的損失率，分別比U降低7.64、 9.52和2.19個百分點，均顯著低于普通尿素處理，氮肥的農學效率分別提高47.1%、 90.1%和24.1%，且處理間差異達顯著水平。

表8 增值尿素對小麥氮肥利用率的影響

3 討論

土壤氮素激發率反映的是施入土壤的氮肥對土壤有機氮釋放的影響[43]。從小麥地上部肥料氮吸收量占氮素吸收總量的比例可以看出，普通尿素顯著高于腐植酸尿素處理，說明施用腐植酸尿素處理可提高小麥對土壤氮素的吸收量，即腐植酸尿素和海藻酸尿素較普通尿素更能促進土壤有機氮的釋放。本研究還得出，與腐植酸尿素和海藻酸尿素相比，普通尿素在土壤中的移動性略強，且海藻酸尿素和腐植酸尿素處理肥料氮在0—90 cm層次土壤的累積量顯著高于普通尿素。

4 結論

1)與普通尿素相比，海藻酸尿素、 腐植酸尿素和谷氨酸尿素處理均可顯著提高小麥籽粒產量，從產量構成因素看，增值尿素主要是通過增加小麥的穗數實現產量的提高。

3)土壤殘留的肥料氮主要集中在0—50 cm土層中，海藻酸尿素和腐植酸處理在0—90 cm層次土壤肥料氮累積量顯著高于普通尿素處理，分別高出14.3%和16.0%。

4)與普通尿素相比，海藻酸尿素、 腐植酸尿素和谷氨酸尿素均可顯著提高小麥氮肥表觀利用率和氮肥的農學效率，并顯著降低肥料氮損失率; 腐植酸尿素和海藻酸尿素處理的15N利用率分別較普通尿素高出3.70和2.41個百分點。

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