不同氮肥形式對玉米產量、土壤無機氮的影響

趙京考 張鑫 吳德亮 仝利朋 李莎+梁元振

摘要：比較同等氮素用量156 kg/hm2條件下不同施氮方式對玉米產量的影響，結果表明，同等施氮用量條件下，以樹脂包膜尿素（CRF2）的玉米產量相對最高，其他處理玉米產量由高到低依次為50%尿素+50%包膜尿素（CRF3）>[JP]普通尿素2次施用（CCF2）>普通尿素1次性施用（CCF1）>硫包膜尿素1次性施用（CRF1）。以樹脂包膜尿素為最佳施氮方案，比較不同施氮方式的氮素釋放特征，結果表明，玉米苗期、拔節期、抽雄期、成熟期時0～30 cm土壤的銨態氮含量由高到低分別為CCF1>CRF3>CRF1>CCF2>CRF2、CCF2>CCF1>CRF2>CRF3>CRF1、CRF2>CRF3>CCF2>CRF1>CCF1、CRF2>CRF3>CRF1>CCF2>CCF1；0～30 cm土壤的硝態氮含量由高到低分別為CCF1>CRF3>CRF1>CCF2>CRF2、CCF2>CCF1>CRF2>CRF1>CRF3、CRF3>CCF2>CRF1≈CCF1>CRF2、CCF2>CRF1>CRF3>CCF1≈CRF2。

關鍵詞：玉米；產量；氮素；硝態氮；銨態氮；無機氮

中圖分類號： S147.35；S513.06文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）10-0052-04

玉米對氮素的吸收與氮素供給之間的關系是確定氮素施肥措施的主要依據[1-2]，而玉米高產、氮素低損失是氮肥施用追求的主要目標，因此，須改善玉米的生長環境，增強玉米對養分的吸收能力[3]。目前，在黑龍江省南部地區，玉米產量潛力在8～10 t/hm2，而常規的耕作措施是化學除草加“兩鏟一耥”的除草方式，加上基肥按40%氮肥總量、拔節期按60%氮肥總量、磷鉀肥隨基肥一次性施入的施肥模式[4-5]。在這種施肥模式下，氮素的當季利用率在5%～60%之間[6]，而氮在土壤中的釋放、作物吸收和損失仍存在諸多疑問[7]。

氨揮發與硝態氮的淋失是氮素損失的主要途徑[8-9]。在作物生長早期，施用尿素產生的銨態氮揮發量可高達總施氮量的27%[10]，而通過改變施肥方式、氮肥緩釋化處理可顯著降低銨態氮的揮發量[11]。有研究表明，氮肥撒施加翻耕施肥方式的氨揮發量小于條施，而包膜氮肥的氨揮發量僅為施氮量的4%，遠遠小于普通尿素的銨態氮損失量。銨態氮對作物與環境的影響還表現在銨態氮向硝態氮的轉化，后者是作物氮素吸收的主要形式之一，同時也是潛在的環境污染物，硝態氮會從土壤中淋失到地下水中[9]。將氮肥顆粒包被1層具有一定強度的化學材料，可不同程度地改變氮素的釋放形式[12-13]。氮肥（尿素）顆粒包膜材料主要分為硫包膜和樹脂包膜2大類，具有一定的半透性。包膜尿素施入土壤，在化學梯度作用下，土壤中的水分通過半透膜被吸收到尿素顆粒內形成尿素溶液，尿素分子從顆粒內部向土壤中緩慢釋放。包膜尿素顆粒的釋放與環境溫度、濕度密切相關，隨環境溫度、濕度的增加而加快，這與作物的需氮形式近似[2]。

包膜尿素在提高作物產量、降低氮素損失上的表現差異較大，對玉米的增產效應并不明顯[7]。黑土質地黏重，具有較好的保肥能力，而玉米在整個生育期面臨著較為明顯的氮素損失風險[5]。研究黑土區包膜尿素對玉米的增產效應和氮素釋放規律，不僅可以優化包膜尿素的施用方法，改進施肥效果，而且還可以找出現有氮肥施肥方法的不足，改進現有的施肥方法。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地位于黑龍江省哈爾濱市阿城區東北農業大學試驗基地，地理位置1 272′3.1″ E、4 531′11.6″ N，海拔144 m，是黑龍江省玉米主產區。試驗地屬寒溫帶，冬季漫長、春秋季短，3月份開始化凍，年活動積溫在2 200～2 800 ℃，年均降水量為 520 mm（圖1），雨熱同季；土壤為典型黑土，耕層土壤有機質、全氮含量分別為29.8、1.47 g/kg，堿解氮、有效磷、有效鉀含量分別為125.0、29.1、122.5 mg/kg，pH值為6.11，土壤容重為1.23 g/cm3。玉米播種期一般為4月下旬到5月10日前，生長期為5—9月。

1.2試驗設計

根據施肥用量和方式不同，試驗共設6個處理（表1），除CCF2處理40%氮肥總量作基肥、60%氮肥總量在玉米拔節時作追肥外，其他處理氮肥均與磷鉀肥作為基肥一次性施入，P2O5、K2O用量均分別為72、60 kg/hm2。每試驗小區面積為40 m2，完全隨機區組排列，重復4次。處理CRF3中，樹脂包膜尿素、普通尿素各占總施氮量的50%。供試玉米品種為巴玉11，于2014年5月8日采用機械播種，人工開溝施肥。每小區等行距種植4壟，壟寬66.7 cm、長15 m。基肥施在壟的兩側以避免燒苗，中耕、除草、病蟲害防治等田間管理措施同常規大田。

1.3采樣時間與測定內容

于玉米苗期（6月13日）、拔節期（7月6日）、抽雄期（7月24）、成熟期（10月9日）分別采集深度為0～30、30～60、60～90 cm的新鮮土壤，室內測定其含水量；用2 mol/L KCl溶液浸提，用A33型流動注射分析儀測定新鮮土壤中硝態氮、銨態氮含量，并通過含水量換算成風干土中的硝態氮、銨態氮含量。2014年10月16日收獲，并考種測產。

1.4數據處理與分析

采用SPSS 17.0、Excel 2007軟件對數據進行統計分析。

2結果與分析

2.1不同施氮方式對玉米產量的影響

由表2可見，不同施氮處理的玉米產量由高到低依次為單純施用樹脂包膜尿素（CRF2）>50%尿素+50%包膜尿素（CRF3）>普通尿素2次施用（CCF2）>普通尿素一次性施用（CCF1）>硫包膜尿素一次性施用（CRF1）>不施肥（CK），其中處理CRF2的玉米產量相對最高，為12.398 t/hm2，與CRF3處理差異不顯著，與其他處理差異極顯著；處理CRF3與處理CCF2、處理CCF2與處理CCF1、處理CCF1與處理CRF1之間差異不顯著；對照（不施肥）的玉米產量相對最低，為8.475 t/hm2，極顯著低于其他處理的玉米產量。這說明氮素是玉米增產的關鍵因素，在單位面積施氮量相同的情況下，處理CRF2的玉米產量相對最高，這在一定程度上說明玉米對氮素的吸收量相對最高、失量相對最小，為最佳施肥方案。由表3可見，不同施氮處理對玉米產量具有極顯著的影響。

含量進行比較。

由圖2-A可見，在玉米苗期，0～30 cm土壤的銨態氮含量由高到低依次為CCF1>CRF3>CRF1>CCF2>CRF2>CK，其中普通尿素一次性施入時銨態氮的釋放相對最快，土壤中的銨態氮含量相對最高；50%樹脂包膜尿素+50%普通尿素（CRF3）處理的土壤銨態氮含量略低于CCF1處理；硫包膜尿素處理（CRF1）的土壤銨態氮含量低于處理CRF3，而稍高于處理CCF2；除CK外，樹脂包膜尿素處理（CRF2）的銨態氮含量相對較低。這說明改變苗期施肥方式，可有效降低耕層土壤的銨離子含量。玉米拔節期是對氮素的吸收高峰期，適當提高銨離子含量會對玉米的生長有利。由圖2-B可見，在玉米拔節期，0～30 cm土壤的銨態氮含量由高到低依次為CCF2>CCF1>CRF2>CRF3>CRF1>CK，其中尿素分2次施肥處理（CCF2）的銨態氮含量相對最高，追肥可能是造成銨離子含量急劇增加的主要因素；處理CCF1也使土壤的銨離子含量較高。由圖2-C可見，在玉米抽雄期，0～30 cm土壤的銨態氮含量由高到低依次為CRF2>CRF3>CCF2>CRF1>CCF1>CK，說明此時樹脂包膜尿素處理（CRF2）的銨離子供給能力相對最強，其次是50%尿素+50%樹脂包膜尿素處理（CRF3），尿素分2次施入處理（CCF2）仍具有較高的銨離子供給能力。由圖2-D可見，在玉米成熟期，與玉米其他3個時期相比，各個施氮處理的銨態氮含量基本降到最低，0～30 cm土壤銨態氮含量由高到低依次為CRF2>CRF3>CRF1>CCF2>CK>CCF1，其中樹脂包膜尿素處理的銨態氮含量相對最高，其次是50%尿素+50%樹脂包膜尿素處理（CRF3）[14]，硫包膜尿素處理次之。

[HTK]2.3不同施氮處理對玉米不同時期不同深度土壤硝態氮含量的影響[HT]

由圖3可見，玉米苗期各處理0～30 cm土層土壤的硝態氮含量相對最高；抽雄期30～60、60～90 cm土層土壤的硝態氮含量大多高于拔節期，說明從拔節期到抽雄期，土壤中的硝態氮隨水體向下淋洗；玉米成熟期與抽雄期相比，各個土層土

壤的硝態氮含量大多有不同程度的下降，說明土壤中一部分硝態氮被植物吸收利用，一部分被淋洗損失；不同處理0～30 cm 土層土壤的硝態氮含量大致順序為苗期>拔節期>抽雄期>成熟期，且施氮處理明顯高于對照，這說明施入氮肥后，有相當數量的氮素從尿素轉變為銨態氮，并又轉化為硝態氮。

由圖3-A可見，在玉米苗期，0～30 cm土壤的硝態氮含量由高到低依次為CCF1>CRF3>CRF1>CCF2>CRF2>CK，其中普通尿素一次性施肥處理（CCF1）的土壤硝態氮含量相對最高，其次是50%尿素+50%樹脂包膜尿素一次性施肥（CRF3）；傳統的施氮方式即處理CCF2，其硝態氮含量僅略高于樹脂包膜尿素一次性施氮（CRF2）；硝態氮含量最低的為對照，即不施氮肥，此硝態氮可能來自于前茬土壤的殘余氮。由圖3-B可見，在玉米拔節期，0～30 cm土壤的硝態氮含量由高到低依次為CCF2>CCF1>CRF2>CRF1>CRF3>CK，處理CCF2土壤的硝態氮含量相對最高，這可能是拔節期追施60%氮肥的緣故；處理CRF2土壤的硝態氮含量次于處理CCF2、CCF1，說明處理CRF2可以供給作物較多的氮素。由圖3-C可見，在玉米抽雄期，0～30 cm土壤的硝態氮含量由高到低依次為CRF3>CCF2>CRF1≈CCF1>CRF2>CK，其中，處理CRF3土壤的硝態氮含量相對最高，其次是處理CCF2；處理CRF1、CCF1土壤的硝態氮含量基本相當，處理CRF2土壤的硝態氮含量低于處理CRF1、CCF1而高于不施肥處理，說明樹脂包膜尿素一次性施肥在抽雄期釋放的硝態氮水平較低。由圖3-D可見，在玉米成熟期，0～30 cm土壤的硝態氮含量由高到低依次為CCF2>CRF1>CRF3>CCF1≈CRF2≈CK，其中處理CRF2土壤的硝態氮含量相對較低，說明樹脂包膜尿素處理（CRF2）能在玉米生長后期降低表層土壤中硝態氮含量；處理CCF1 0～30 cm土壤的硝態氮含量相對較低，而30～60 cm土壤的硝態氮含量相對較高，這可能是大量硝態氮淋洗到深層土壤的緣故。

[HTK]2.4玉米不同生育時期、土層深度和處理對土壤銨態氮、硝態氮影響的方差分析[HT]

在土壤中，尿素中的酰胺態氮會在脲酶的作用下轉化為銨態氮，進一步在細菌的作用下轉化為硝態氮。銨態氮和硝態氮是作物吸收氮素的主要形式，而硝態氮還是造成環境污染的主要物質，二者在土壤中的變化反映了土壤氮素的供給狀態。由表4可見，玉米生育時期、土層深度、施氮方式對銨態氮、硝態氮的影響均達到極顯著水平；玉米生育時期對銨態氮的影響遠高于硝態氮；土層深度對2種氮素的影響較大，對硝態氮的影響略低于銨態氮；玉米生育時期與土層深度、生育時期與施氮方式互作對土壤銨態氮的影響達到極顯著水平。

3結論與討論

在不同施氮方式下，玉米產量差異明顯，樹脂包膜尿素、與樹脂包膜尿素處理相關的施氮方式均對玉米有較好的增產趨勢。然而，樹脂包膜尿素處理與傳統的分次施氮相比，增產沒有顯著性差異。玉米高產的氮釋放特點是在生長前期即苗期與拔節期，土壤銨態氮處于較低水平；隨生育期的推進，銨態氮釋放強度增強，處于相對較高水平。因此，前期控制氮素的釋放是增加后期氮供給的重要調控手段，而具備這一調控特征的施氮處理主要有3個，即樹脂包膜尿素播種時期一次性施入處理、50%尿素+50%樹脂包膜尿素播種時一次性施入處理、40%尿素播種時施入+60%尿素拔節期追肥處理。可見，樹脂包膜尿素與傳統的施氮方式相比，優勢并不明顯。對硝態氮來說，其變化規律與銨態氮基本相似，在玉米生育前期，土壤硝態氮含量相對較低，隨生育期的推進，硝態氮含量略有增加，在成熟期突降，各處理的硝態氮含量多處于較低水平，這反映樹脂包膜尿素在增加后期土壤銨態氮含量的同時，土壤硝態氮水平并沒有增加，使土壤硝態氮含量保持在環境友好水平。

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