脲甲醛肥料與尿素不同比例配施在南方鮮食玉米上的應用效果

房娜娜　王煌平　段文龍　韓巍　盧宗云　丁芳　石元亮　依艷麗

摘要：為探討脲甲醛肥料與尿素不同比例配施在南方玉米上的應用效果，以南方玉米品種閩玉糯3號為供試材料，在微區試驗條件下，設置2種不同工藝條件下合成的脲甲醛肥料（A、B）與尿素配施比例分別為1 ∶1、3 ∶7 的施肥條件，研究脲甲醛肥料與尿素不同比例配施對玉米SPAD值、產量、產量構成因子、土壤銨態氮含量、土壤硝態氮含量、土壤全N含量、土壤pH值的影響。結果表明，與常規施肥處理相比，脲甲醛肥料配施不同比例尿素的各處理對玉米不同生育期的SPAD值影響效果相當，其中脲甲醛肥料B與尿素比例為3 ∶7的處理UF4效果略好。脲甲醛肥料與尿素不同比例配施處理UF1、UF3、UF4的玉米穗鮮質量和秸稈鮮質量，分別高于常規尿素處理0.82%～2.41%和166%～4.33%。從產量構成的各因素看，施用含氮肥料可顯著增加玉米的穗長和穗周長，株高大多略降低，穗行數、行粒數、百粒質量大多有一定增加。土壤全N含量以脲甲醛處理UF1最高，以N0PK處理最低，分別為0.159%、0137%。與常規施肥處理相比，脲甲醛處理的土壤全N含量差異尚不明顯。施用脲甲醛處理的土壤銨態氮平均含量由高到低依次為UF4>UF3>UF2>UF1，其中UF1和UF2處理低于N0PK處理。施用脲甲醛肥料處理的土壤硝態氮平均含量由高到低依次為UF4>UF3>UF1>UF2。施肥降低了土壤pH值，與常規施肥處理相比，脲甲醛肥料處理的土壤pH值略升高了-0.24%～4.14%，但差異不明顯。說明脲甲醛肥料替代部分尿素在玉米上一次性施用與普通尿素基施加一次追施的效果相當，且以脲甲醛：尿素為1 ∶1的效果略好，可以滿足玉米生長季對土壤無機氮的需求，但對土壤pH值和土壤全N含量影響不明顯。

關鍵詞：脲甲醛肥料;玉米;產量;土壤銨態氮;土壤硝態氮

中圖分類號：S513.06?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）19-0071-05

收稿日期：2019-12-05

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2017YFD0200708）;沈陽市科技計劃（編號：18-202-0-09）;公益性行業（農業）科研專項（編號：201503116）。

作者簡介：房娜娜（1982—），女，河南新鄉人，博士研究生，助理研究員，主要從事新型肥料研發。E-mail：fangnana0373@163.com。

通信作者：石元亮，博士，研究員，主要從事穩定性肥料、聚氨酸肥料研究，E-mail：shiyl@iae.ac.cn;依艷麗，博士，教授，主要從事土壤肥力、農業環境保護研究，E-mail：yi_yanli@sohu.com。

施用氮肥是農業獲得高產的重要手段之一，為了追求產量和經濟效益，我國氮肥用量不斷增加，已位居世界第1，但我國的氮肥利用率只有30%～35%[1-3]，不僅造成了資源的浪費，也造成了土壤酸化、板結、面源污染等一系列環境問題，成為現階段制約農業可持續發展的瓶頸之一[4-7]。研制與開發環保、高效的新型肥料，尤其是緩控釋肥料是解決上述問題的根本途徑之一[8-9]。

脲甲醛肥料（UF）是一種典型的緩釋肥料，是第1個大規模實現商業化的緩釋肥料，也是目前世界范圍內施用量最大的緩釋肥料[10-11]。脲甲醛肥料是一種白色無味的粒狀或粉狀固體，是尿素與甲醛（或多聚甲醛）以直鏈結合的聚合物，主要成分是含脲分子從2個到6個的聚合物[12]。通過調整尿素與甲醛的摩爾比[n（U）/n（F）]，可制得縮合度不同的脲甲醛肥料[11]。脲甲醛肥料中含有少量游離尿素、冷水不溶氮、熱水不溶氮，具有速效、緩釋相濟的功能，可實現氮素速效、長效的完美結合，氮的利用率可高達50%以上[11，13];肥效可持續作用80 d以上，最長可達2年[11]，1次施肥可滿足作物整個生長周期的養分需求，從而節省用肥成本。脲甲醛肥料在土壤中可被微生物水解成銨態氮、二氧化碳和水，能實現肥料的完全降解，對環境無污染，因此具有獨特的優勢[14]。近幾年脲甲醛肥料在我國的需求量逐年增加，逐漸成為我國肥料行業的研究熱點之一，備受業界關注和重視，成為我國最具有潛力的緩釋肥料品種[14]。但由于種種原因和條件限制，脲甲醛肥料在我國的相關研究起步較晚，理論研究與應用均較少，在如何與速效氮肥配施以及對作物生長、土壤養分、土壤pH值的影響方面還不是很清楚，尤其在我國南方地區的相關研究報道較少。

目前我國大部分地區玉米施肥還采用普通尿素作底肥加1次追肥的模式，由于我國城鎮化和土地流轉加快，農村勞動力短缺，這種模式遠遠不能滿足現代農業的發展需求，如土地流轉、機械化、規模化等。而脲甲醛肥料由于含有亞甲基氮，且具有吸附作用，能夠使養分更好地與土粒結合，牢牢吸附在作物根部，利于作物吸收，大大提高肥料利用率[15]，因此，可用作緩釋肥，為實現一次性施肥提供可能性[16]。本研究分析通過不同工藝條件化學合成的2種脲甲醛肥料與尿素按不同比例配施對南方鮮食玉米生長、產量、土壤氮素含量、pH值的影響，以期為脲甲醛肥料在南方鮮食玉米上的施用提供可靠的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2018年4月11日至7月4日在福建省福州市閩侯縣白沙鎮溪頭村農業農村部福建耕地保育觀測試驗站進行，該試驗站位于119°04′52″E、26°12′33″N，屬中亞熱帶氣候區，年均溫度19.5 ℃，年均日照時長 1 812.5 h，年均降水量1 350.9 mm。定位試驗點土壤類型為黃泥土，供試土壤基本理化性質：全氮含量1.28 g/kg，有機質含量17.00 g/kg，堿解氮含量 70.30 mg/kg，有效磷含量28.90 mg/kg，速效鉀含量86.00 mg/kg，pH值4.67。

1.2 試驗設計

前茬作物為甘薯，供試鮮食玉米品種為閩玉糯3號，種子用量22.5 kg/hm2，種植密度60 000株/hm2。

供試肥料為常規尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、氯化鉀（含K2O 60%）、脲甲醛肥料A（含N 36.5%）、脲甲醛肥料B（含N 39.6%），其中脲甲醛肥料A、B由中國科學院沈陽應用生態研究所提供。

試驗共設7個處理：不施肥（N0P0K0）、不施氮肥（N0PK）、施常規尿素（U）、施脲甲醛肥料[UF1（脲甲醛肥料A ∶常規尿素=1 ∶1）]、施脲甲醛肥料[UF2（脲甲醛肥料A ∶常規尿素=3 ∶7）]、施脲甲醛肥料[UF3（脲甲醛肥料B ∶常規尿素=1 ∶1）]、施脲甲醛肥料[UF4（脲甲醛肥料B ∶常規尿素=3 ∶7）]。小區面積為2 m×5 m，每個處理3次重復，隨機排列。施肥量為N 240 kg/hm2，P2O5 120 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2。常規尿素（U）處理按基肥：大喇叭口期追肥=6 ∶4（質量比）分2次施肥（大喇叭口期將尿素完全溶解于適量水后直接澆于玉米植株中間），UF1～UF4處理中的氮肥均一次性作基肥施用。各處理磷鉀肥等量一次性作基肥施用。于2018年4月11日施基肥，4月12日播種玉米，6月4日追施尿素，7月4日收獲玉米。各處理肥料用量詳見表1。

1.3 樣品采集及分析方法

各小區分別于玉米施肥的第3、7、12、22、32、52、92天采用S形取樣法采集5點0～20 cm土層的土壤，混為1個樣品，每次取樣后，將土壤凍存至-20 ℃冰箱， 次日用2.0 mol/L KCl（分析純， 國藥集團化學試劑有限公司）溶液浸提土樣1 h（土溶液比為1 g ∶10 mL），將浸提液過濾于50 mL塑料瓶中并在 -20 ℃ 冰箱凍存。土壤銨態氮（NH+4-N）、硝態氮（NO-3-N）含量采用連續流動分析儀（荷蘭SKALAR公司）測定。于收獲期2018年7月4日采集土樣，采用H2SO4消煮凱氏定氮法測定土壤全N含量;土壤含水量測定采用烘干法;pH值（土水比為1 g ∶5 mL）采用pH計（SevenCompact系列，瑞士梅特勒托利多集團）測定。

在玉米關鍵生育期（拔節后期2018年5月29日、大喇叭口期6月5日、結穗期6月22日）采用TYSA葉綠素測定儀（浙江托普儀器有限公司）測定玉米最上部全展開葉（抽穗后為穗位葉）的SPAD值，每小區測定10張葉片，測定部位為葉片中部無葉脈處。收獲期7月4日各小區單打單收，測定玉米穗鮮質量和玉米秸稈鮮質量。各小區采集玉米3株進行室內考種，測定玉米產量構成因子（株高、穗長、穗周長、穗行數、行粒數及百粒質量）。

1.4 統計方法

試驗數據為3次重復的平均值±標準差，采用Excel 2007進行數據處理和繪圖，采用DPS 14.0軟件對數據進行統計分析，不同處理間數據通過最小顯著性差異法（LSD）進行多重比較，顯著性水平定位為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同處理對玉米SPAD值的影響

SPAD值能夠反映作物葉片氮素含量的高低。由表2可看出，施用含氮肥料后玉米關鍵生育期SPAD值大多顯著高于不施氮肥的N0P0K0、N0PK處理，說明施氮可顯著提高玉米葉片SPAD值。施用含氮肥料間的比較結果表明，UF3、UF4處理的SPAD值大多高于尿素常規施肥處理，但所有施氮處理間的差異均不顯著，表明脲甲醛肥料一次性施用可替代部分尿素，維持玉米氮素吸收，并減少施肥次數，其中UF4處理的SPAD值表現略好。

2.2 不同處理對玉米產量及產量構成的影響

本試驗所用玉米品種屬于鮮食玉米，玉米穗可食用，玉米鮮秸稈可作青儲飼料，故玉米產量數據用玉米穗鮮質量和玉米秸稈鮮質量表示，即玉米產量=玉米穗鮮質量+玉米秸稈鮮質量。由表3可看出，玉米穗鮮質量和玉米秸稈鮮質量以不施肥N0P0K0處理為最低。施用含氮肥料后玉米穗鮮質量和秸稈鮮質量大多顯著高于不施氮肥的N0PK處理。施用含氮肥料間的比較結果表明，雖然脲甲醛肥料處理UF1、UF3、UF4玉米穗鮮質量和秸稈鮮質量高于常規尿素處理，但所有施氮處理間的差異均不顯著，表明脲甲醛肥料搭配一定比例的尿素在玉米上一次性施用可替代尿素基施加1次追施的施肥模式，維持玉米的產量，且在產量上表現出一定的增產趨勢，玉米穗鮮質量和秸稈鮮質量分別增產082%～2.41%和1.66%～433%。Zekri等研究表明，脲甲醛肥料與速效肥料混合施用能降低施肥次數（由15次降至6次）[17]。從產量構成的各因素（表4）看，施用含氮肥料明顯增加了玉米的穗長和穗周長，株高大多略降低，穗行數、行粒數、百粒質量大多有一定增加，但差異不顯著。與U處理相比，施用脲甲醛處理的玉米產量構成因子差異較小。這與脲甲醛復混肥料在建平縣春玉米上施用的研究結論一致，即與農戶常規施肥相比，施用脲甲醛復混肥可以使玉米的株高、莖粗、穗粒數、千粒質量等生育性狀顯著改善，施用脲甲醛復混肥50 kg/667 m2的玉米產量為 876.74 kg/667 m2，比農戶常規施肥處理增產64.28 kg/667 m2，增產率為7.91%[18]。周麗平等研究認為，與常規氮肥相比，脲甲醛可顯著提高玉米產量，并能降低玉米田間氨揮發[19]。候云鵬等認為，與常規尿素處理相比，脲甲醛處理顯著影響玉米穗粒數和百粒質量，能夠使玉米增產950%～10.35%[20]。

2.3 不同處理土壤氮素含量變化特征

圖1表明，土壤全N含量以脲甲醛處理UF1最高，以N0PK處理最低，分別為0.159%、0137%。與常規施肥處理相比，除脲甲醛處理UF3土壤全N含量略低，其余脲甲醛處理土壤全N含量均較高，但差異尚不明顯。

圖2-a表明，隨著玉米的生長，施肥處理的土壤銨態氮含量呈現先升后降的趨勢。常規施肥處理和脲甲醛處理UF1、UF2、UF3、UF4的土壤銨態氮含量明顯高于N0P0K0、N0PK處理。施用脲甲醛處理的土壤銨態氮平均含量由高到低依次為UF4>UF3>UF2>UF1，其中UF1和UF2處理高于N0PK處理。從土壤銨態氮含量指標來看，脲甲醛肥料A和B與尿素比例均以1 ∶1效果好于3 ∶7。脲甲醛處理UF1和UF2在施肥第12天、UF3和UF4在施肥第7天土壤銨態氮含量仍低于常規施肥處理，隨著玉米生育期的延長，UF3和UF4處理土壤銨態氮含量總體高于常規施肥處理，且在施肥52 d后銨態氮含量高于UF1和UF2處理，表明脲甲醛肥料B配施一定比例的尿素且一次性施肥能維持較高的土壤銨態氮水平。

圖2-b表明，隨著玉米的生長，施肥處理的土壤硝態氮含量也呈現先升后降的趨勢。施肥12 d后，常規施肥處理和UF1、UF2、UF3和UF4處理的土壤硝態氮含量明顯高于N0P0K0和N0PK處理。施用脲甲醛肥料處理的土壤硝態氮平均含量由高到低依次為UF4>UF3>UF1>UF2，其中脲甲醛處理UF1和UF2低于常規施肥處理。脲甲醛處理UF1和UF2在前 50 d 土壤硝態氮含量總體低于常規施肥處理，而UF3和UF4處理與U處理相當，且在92 d時仍能保持較高的水平，表明脲甲醛肥料B配施一定比例的尿素也能維持較高的土壤硝態氮水平。這是因為脲甲醛能夠被甲基尿素降解酶在一定條件下水解成銨態氮、尿素、甲醛和二氧化碳，但具體機制還不能確認，有待進一步研究[21]。侯云鵬等認為，在春玉米生育期內，脲甲醛處理的0～30 cm 土層無機氮含量整體表現為先降低后小幅上升的趨勢，其中玉米苗期略低于常規尿素處理，但是在開花期逐漸增高，尤其在成熟期，顯著高于常規尿素處理[20]。

綜上，說明脲甲醛肥料A和B配施一定比例的尿素在玉米整個生長期能夠維持相對較高含量的土壤無機氮，滿足玉米生長。

2.4 不同處理對土壤pH值的影響

圖3表明，土壤pH值以N0P0K0處理最高，以常規施肥處理最低，分別為4.84和4.19。施肥之間的pH值差異均不明顯。與常規施肥處理相比，脲甲醛肥料處理的土壤pH值升高了-0.24%～414%。說明脲甲醛肥料在南方酸性土壤上施用后提高土壤pH值，這一結果還需要進一步驗證，對于解決南方土壤長期過量施用氮肥造成的土壤酸化問題提供了可能性。

3 結論

綜合玉米SPAD值、產量構成因子、產量、土壤銨態氮含量、土壤硝態氮含量、土壤全N含量、土壤pH值結果可知，脲甲醛肥料A、B替代部分尿素（脲甲 醛 ∶尿 素為3 ∶7、1 ∶1）在南方鮮食玉米上一次性施用與普通尿素基施加一次追施的效果相當，且以脲甲醛 ∶尿素為1 ∶1的效果略好。

脲甲醛肥料A、B替代部分尿素（脲甲醛 ∶尿素為3 ∶7、1 ∶1）對土壤無機氮含量有一定的提高作用，對土壤pH值和土壤全N含量影響不明顯。

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