沙壤土包膜尿素釋放期與小麥適宜施用方式研究

劉永哲， 陳長青， 尚 健， 王火焰, 周健民， 陳照明， 劉曉偉

(1 南京農業大學應用生態研究所, 南京 210095; 2 宣城市農產品質量安全監管局， 安徽宣城 242000;3 土壤與農業可持續發展國家重點試驗室/中國科學院南京土壤研究所， 南京 210008)

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沙壤土包膜尿素釋放期與小麥適宜施用方式研究

劉永哲1,3， 陳長青1， 尚 健2， 王火焰3*, 周健民3， 陳照明3， 劉曉偉3

(1 南京農業大學應用生態研究所, 南京 210095; 2 宣城市農產品質量安全監管局， 安徽宣城 242000;3 土壤與農業可持續發展國家重點試驗室/中國科學院南京土壤研究所， 南京 210008)

【目的】在保水保肥性差、 氮素淋溶損失嚴重的姜堰高砂土地區，采用新型水基反應成膜技術的包膜尿素，研究可提高小麥產量以及氮肥利用率的肥料品種和施肥方法。【方法】本研究采用30、 60、 90 d三種控釋期包膜尿素(PCU30、 PCU60、 PCU90)并各設置三種施肥方式處理: 播種行下方12 cm處一次基施、 播種行側方3 cm深5 cm處一次基施、 播種行側方10 cm深5 cm處一次基施(T1、 T2、 T3)。小麥成熟期測定各小麥秸稈和籽粒產量與干物質分配，測定氮素吸收量。【結果】三種包膜尿素中，施用PCU60增產效果最好，其側施處理優于種下深施，其中T2處理的小麥產量最高，為8661 kg/hm2，比當地習慣施肥增產6.5%。PCU60 T2處理的氮肥利用率為53.7%，較習慣施肥提高17.3%，差異顯著。PCU90各處理較習慣施肥均減產且收獲期土壤硝態氮殘留量高，不適合當地使用。【結論】在砂土基質下，PCU60在播種行側方3 cm深5 cm處一次基施可替代尿素分次施用，降低勞動成本。

小麥; 包膜肥料; 施肥位置; 尿素; 氮肥利用率

小麥是我國主要糧食作物，在我國糧食安全中起著不可替代的重要作用。隨著我國人口數量的遞增和耕地面積的不斷減少，農民單方面追求作物產量和經濟效益，過量的、 不合理的氮肥施用已趨于常態化，結果造成土壤養分不平衡、 肥料資源浪費以及農產品品質降低等一系列問題[1]。過量施入農田的氮素通過徑流、 淋溶或揮發等途徑進入環境系統，造成地表水富營養化以及地下水硝酸鹽含量超標等問題，嚴重威脅人體健康[2-3]。資料顯示，施用包膜尿素能有效降低氮肥損失，提高氮肥利用效率，減輕因肥料使用所產生的環境負面影響[4-5]。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗材料為中國科學院南京土壤研究所采用水基反應成膜技術(包衣工業中用水代替有機溶劑，用化學聚合反應在尿素顆粒表面直接成膜制成保水包膜尿素材料)制造的30、 60、 90天控釋期包膜尿素(分別用PCU30、 PCU60、 PCU90表示)，含氮量均為41%。小麥品種為揚麥20。

1.2試驗設計

試驗共設11個處理， 其中兩個對照處理為CK1(不施氮肥)和CK2(當地習慣施肥，普通尿素，撒施，基追比40% ∶30% ∶30%)。 另外，3種包膜尿素各設3種施肥方式處理： T1(包膜尿素在播種行下方12 cm處一次條施)； T2(包膜尿素在播種行側方3 cm深5 cm處一次條施)； T3(包膜尿素播種行側方10 cm深5 cm處一次條施)， 隨機區組設計，每個處理設4個重復。各處理肥料用量: N 225 kg/hm2(CK1除外)，P2O5180 kg/hm2(含量12%的過磷酸鈣，基施一次撒施)，K2O 120 kg/hm2(含量60%的氯化鉀，基施一次撒施)。

試驗微區2.5 m2(長2.5 m、 寬1 m)。小麥條播，包膜尿素條施(農民習慣施肥所用尿素為表面撒施)。施肥前，在微區內按照25 cm的行距標記出小麥播種行，而后分別在播種行下方或平行的一側，按照上述處理所描述的深度和距離開溝，將稱好的包膜尿素均勻撒入，覆土后在播種行均勻播入小麥種子。在冬小麥生育期內按照揚麥20高產栽培技術進行田間管理。

1.3樣品采集與測定方法

小麥成熟期時各微區全部收獲，測定各微區秸稈和籽粒的產量與干物質分配，同時取部分籽粒與秸稈樣品帶回室內，采用凱氏定氮法測定植株樣品氮素含量。

每個小區以肥料條施位置為中心采取長寬高均為20 cm的耕層土壤樣品，混合均勻，四分法取樣。土壤樣品用2 mol/L的KCl提取后測定土壤銨態氮(水楊酸鈉-次氯酸鈉比色法)、 硝態氮(鎘柱還原法)含量，以上指標均采用法國SmartChem200全自動化學分析儀測定。

氮肥利用率采用差值法計算，其公式為:

氮肥表觀利用率(%)=(施氮區植株吸氮量-不施氮區植株吸氮量)/施氮量×100

試驗數據應用SPSS13.0軟件進行統計分析，EXCEL2010軟件作圖

2　結果與分析

2.1包膜尿素釋放期及施肥方式對小麥產量及干物質分配的影響

施氮使冬小麥極顯著增產，PCU30、 PCU60、 PCU90不同施肥方式下的產量均顯著高于CK1(表1)。三種包膜尿素中，PCU60的增產效果最佳。本試驗條件下，CK2小麥產量為8129 kg/hm2。PCU30

表1　不同緩控肥及施用方式小麥產量及干物質分配率

注(Note): 處理列30、 60、 90分別表示包膜肥釋放天數 30, 60 and 90 in the treatment column mean duration of nutrient release; T1、 T2、 T3分別表示種下12 cm、 種子行一側3 cm深5 cm、 種子行一側10 cm深5 cm三種施肥方式T1, T2 and T3 mean different fertilizer application patterns (12 cm underneath the wheat seed, 3 cm away from and 5 cm underneath the seed， and 10 cm away from and 5 cm underneath the seed); 數值后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Values followed by different letters mean significantly different in the same column(P<0.05).

在T2、 T3處理下的小麥產量相對于CK2無顯著增加，T3處理產量最高，為8207 kg/hm2。T1處理相對CK2減產9.1%，差異顯著。PCU60以T2處理產量最高，為8661 kg/hm2，相對CK2增產6.5%，差異顯著。PCU60在T1處理下的產量相對CK2顯著減產。PCU90不同施肥處理較CK2處理均表現顯著的減產趨勢，其中產量下降最嚴重為T2處理，相對習慣施肥減產13.1%。

施用包膜尿素各處理的籽粒干物質分配比例除PCU60的T2處理外均低于習慣施肥。CK2處理的籽粒干物質分配比例為53.9%，僅次于PCU60的T2處理55.4%。其他各個處理均低于CK2，但高于CK1。

2.2包膜尿素釋放期及施肥方式對小麥氮含量及氮積累分配的影響

施用包膜尿素各處理的小麥籽粒及秸稈氮含量較習慣施肥均有不同程度的提高(圖1)。CK1籽粒氮含量最低，為21.4 mg/kg。PCU30不同施肥方式下籽粒氮含量均顯著高于CK2，最高的處理為T1，為28.5 mg/kg。PCU60在T1和T2處理下的籽粒氮含量高，且T2>T1，兩處理顯著高于CK2，T3處理較CK2差異不顯著。PCU90在不同施肥方式下的籽粒氮含量的大小順序為 T1>T2>T3，除了T1處理外其他處理較CK2差異不顯著。各處理的小麥秸稈氮含量比籽粒氮含量差異更加明顯。PCU30與PCU60在不同施肥方式下的秸稈氮含量變化趨勢一致，最高的均為T1處理，其次為T2處理，顯著高于CK2，T3處理較CK2無顯著差異。PCU90不同處理的秸稈氮含量大小趨勢仍然為T1>T2>T3>CK2，但是僅僅T1處理差異顯著。

圖1　不同緩控肥及施肥方式對小麥氮含量的影響Fig.1　Effect of different coated fertilizers and application patterns on N content of wheat[注(Note): 柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Different letters above the bars mean significantly different among treatments(P<0.05).]

2.3包膜尿素釋放期及施肥方式對小麥氮肥表觀利用率的影響

習慣施肥處理的氮肥表觀利用率為36.4%，施用PCU30、 PCU60可不同程度地提高氮肥表觀利用率。PCU30在T3處理下的氮肥表觀利用率最高，達51.4%，比農民習慣增加了15.0%; PCU60的T2處理達到53.7%，比農民習慣高了17.3%，差異達到顯著水平。PCU90的施用較農民習慣施肥未能有效提高氮肥表觀利用率，除播種行下方12 cm施用高于習慣施肥外，其他兩處理均顯著低于農民習慣措施(表2)。

2.4包膜尿素釋放期及施肥方式對土壤速效氮殘留的影響

表2　不同緩控肥及施肥方式對小麥氮積累及分配的影響

注(Note): 數值后不同小寫字母表示處理間差異達P<0.05顯著水平Values followed by different letters in the same column are significantly different among treatments(P<0.05).

圖2　不同緩控肥及施肥方式收獲季土壤銨態氮和硝態氮含量Fig.2　Soil and concents in different coated urea and application patterns at harvest[注(Note): 柱上不同小寫字母表示同一包膜尿素控釋肥不同施肥方式間差異顯著(P<0.05)Different letters above the bars mean different application patterns significant difference in same coated urea(P<0.05).]

3　討論

3.1包膜尿素釋放期對小麥產量的影響

姜堰是長江下游地區重要的稻麥輪作區，該地區土壤類型為高砂土，土壤透水透氣能力強，為了保證稻麥產量，當地習慣氮肥用量往往高于當地農業部門推薦用量。相對普通尿素而言，包膜尿素可以根據小麥生長發育時期調節養分釋放速率，提高養分利用率并減少養分流失[4-5,8]。研究表明施用包膜尿素會降低小麥的成穗數，但可顯著增加小麥千粒重、 穗粒數和籽粒的蛋白質含量，達到增產提質的效果[17-18]。雖然包膜尿素具有以上優點，但是采用何種控釋期的包膜尿素應該針對當地土壤類型及作物生長環境而定。本試驗條件下，PCU60一次基施的增產效果最好，其次為PCU30的處理，PCU90的處理則明顯減產，其不同施肥方式下的小麥產量均低于農民習慣施肥。造成這種差異的可能原因為PCU30養分釋放速率稍快，釋放的養分在砂質土壤中損失較大，無法滿足小麥后期生長對氮素的需求。而PCU90則在小麥生長前期氮素釋放量低，不能滿足小麥前期生長的養分需求，影響作物發育，導致最后產量下降。趙士誠等[19]試驗也表明，在砂質土等貧瘠土壤中，一定比例的基肥對于小麥產量及氮素吸收非常重要，是小麥穩產、 高產的重要前提，僅后期追肥并不能消除前期氮缺乏對小麥生長和高產的影響。PCU90在小麥收獲時耕層土壤硝態氮殘留量高，也可證明其釋放速率過慢。石玉等[20]研究指出,在施氮量相同的條件下，增加追肥比例，保證作物整個生育期連續的氮素供應可顯著提高小麥產量。對比其余兩種肥料，我們可以推測PCU60在本試驗區域的釋放規律能基本擬合冬小麥的需氮要求，其持續釋放相當于增加了小麥后期“追肥”的比例，從而提高了小麥產量和氮肥利用率。

3.2施肥方式對小麥生長的影響

肥料位置效應的體現需要以肥料合理的施用量和施肥時期為基礎，影響肥料施用位置效應的因素包括肥料的特點、 作物的種類及土壤的性質等，不同品種的肥料對于不同施用位置會產生明顯不同的利用效應[14,21-22]。谷佳林等[23]試驗表明，采用包膜尿素與玉米種子接觸性一次基施能夠替代常規分次施肥，降低了氮肥損失，能夠有效提高氮肥利用率。本文試驗結果同樣顯示，包膜尿素施肥距離的遠近顯著影響小麥的產量。PCU30和PCU60兩種有增產效果的包膜尿素，其施用位置對小麥產量影響的大小為: 側3 cm深5 cm條施>側10 cm深5 cm條施>種下12 cm處條施，即側施的肥料效應都優于小麥種子正下方施用。可能原因為: 包膜尿素養分釋放速度慢，12 cm的種下距離太遠，在高砂土地區，小麥生長前期充足的雨水容易導致原本釋放量就少的肥料養分隨水淋洗至亞耕層，不利于小麥對養分的吸收。而PCU90在不同施用方式下的表現則與PCU30和PCU60相反，其種下12 cm施用的小麥產量、 籽粒和秸稈中的氮含量均高于側施的處理，而且收獲時土壤硝態氮殘留高，這說明這種肥料前期釋放量低，無法滿足作物前期生長的養分需求、 后期釋放多導致奢侈吸收的特點。但是值得注意的是PCU90三種施肥方式相對農民習慣均顯著減產，可見90天控釋期包膜尿素不適用于該地區一次性施用，其與速效尿素不同比例混合做基肥可能效果更佳，這值得進一步深入研究。

本試驗條件下農民習慣施肥的小麥氮肥表觀利用率為36.4%，與現有研究結果基本一致[24-25]，將尿素分次施用改為控釋肥一次基施顯著提高了氮肥表觀利用率。包膜肥釋放期和施肥位置非常關鍵，本文氮肥表觀利用率增幅最高的為PCU60的T2處理，達到53.7%。但是PCU90未能有效提高氮肥表觀利用率，其T2、 T3處理較習慣施肥不同程度降低。綜合土壤殘留的硝態氮數據，推測PCU90大部分養分殘留在土壤中或者還有未釋放的養分，最終導致氮肥利用率低。雖然PCU60 T2處理的氮肥表觀利用率較習慣施肥有顯著提高，但此處理的籽粒氮積累量高達244.7 kg/hm2，已超過了氮肥施入量，加上秸稈的氮積累量，地上部總氮積累量高達302.3 kg/hm2。從養分平衡的角度看，達到這種產量水平的小麥已耗竭了土壤原有的氮養分，若得不到其他外源氮素的補充，長期如此必然導致土壤地力水平下降，不利于產量水平的可持續性[15, 26]。

3.3與當前研究結果的異同

從已有文獻研究結果看，不同種類的緩控釋氮肥田間養分釋放規律及與尿素配施比例對作物產量以及氮素吸收影響等方面的研究比較成熟[27-29]，但對緩釋氮肥集中施用的位置效應的研究還比較少見。雖然控釋氮肥可以通過緩慢釋放來降低肥料的氨揮發以及淋洗等損失，但是表面撒施的施肥方式仍然相對粗獷，尤其是保肥能力弱的砂土地區，小麥出苗至拔節時間長且養分需求少，緩控肥暴露于土壤表面仍有一定損失[30]。本試驗將緩控肥一次集中深施于土壤中，使得肥料養分被土壤固持，更進一步降低氮養分揮發損失，進而影響小麥的生長和產量。這與王賀等[14]在華北平原砂質土壤上所做夏玉米對控釋肥不同施用位置響應的研究結果相符。

4　結論

本試驗條件下，60天緩控期的包膜尿素對小麥的增產效果最好，其最佳的施肥方式為小麥播種行側方3 cm深5 cm處一次條施，產量高達8661 kg/hm2，相對尿素分次施用增產顯著，該處理顯著提高了小麥對氮素的吸收利用，使氮肥表觀利用率從常規處理的36.4%提高到53.7%。30天、 90天緩控期包膜尿素在本試驗環境下的釋放規律均不符合冬小麥整個生育期的需氮要求，而且90天緩控期包膜尿素在小麥收獲后仍有大量硝態氮在土壤殘留，加大了損失風險，故不推薦這兩種控釋期包膜尿素在該區使用。

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Release durations and suitable application patterns of coated urea on winter wheat in sandy loam soil

LIU Yong-zhe1,3, CHEN Chang-qing1, SHANG Jian2, WANG Huo-yan3*, ZHOU Jian-min3, CHEN Zhao-ming3, LIU Xiao-wei3

(1InstituteofAppliedEcology,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing, 210095,China; 2XuanchengAgriculturalProductsQualitySafetySupervisionBureau,Xuancheng,Anhui242000,China; 3StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture,InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China)

wheat; coated fertilizer; placement of fertilizer; urea; N fertilizer use efficiency

2015-06-23接受日期: 2015-09-22

國家重點基礎研究發展計劃項目(2013CB127401); 國家自然科學基金項目(41271309) 資助。

劉永哲(1990—)， 男， 山東泰安人， 碩士研究生， 主要從事養分高效利用機理與調控措施方面的研究。E-mail: lyzqdny@163.com

Tel: 025-86881569， E-mail: hywang@issas.ac.cn

S153

A

1008-505X(2016)04-0905-08