減氮施肥及氮肥添加脲酶抑制劑對涼州灌區(qū)春玉米產(chǎn)量和氮肥利用的影響

李春玲，李國山，于亦忠，毛文明，馬林山

(1.甘肅省武威市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，甘肅 武威 733000；2.武威金倉生物科技有限公司，甘肅 武威 733000)

氮肥對于保障作物產(chǎn)量發(fā)揮著至關重要的作用。但是，隨著氮肥施用量的增加，其增產(chǎn)效應正在逐漸減緩，氮肥的利用效率也在不斷降低[1]，例如我國三大糧食作物水稻、小麥、玉米的氮肥利用率僅為27.3%、38.2%和31.0%[2]，遠低于46%、57%、65%的世界平均水平[3]。氮肥利用水平的降低造成了土壤酸化的加劇[4]、土壤無機氮的過量積累[5]、環(huán)境污染的風險增加[6]等一系列問題，所以，如何在保證作物產(chǎn)量的同時提高氮肥的利用效率，一直成為農(nóng)業(yè)科學領域研究的重點。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于甘肅省武威市黃羊鎮(zhèn)黃羊村七組(102°81′E、37°65′N)，海拔1 632 m，多年平均降雨量為160 mm，年均蒸發(fā)量為2 020 mm，平均氣溫為7.8℃，無霜期150 d，日照時數(shù)2 873.4 h，屬溫帶大陸干旱氣候，土壤為沙質(zhì)壤土，2018年試驗開始前土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理：(1)對照(CK)，不施氮肥；(2)農(nóng)戶施肥(CF)，根據(jù)對當?shù)?5個農(nóng)戶的春玉米施肥調(diào)查結果，施氮肥267 kg·hm-2，其中基施氮肥186.9 kg·hm-2，拔節(jié)期追施氮肥80.1 kg·hm-2；(3)減氮施肥，氮肥施用量較農(nóng)戶施肥減少20%，其中基施氮肥149.5 kg·hm-2，拔節(jié)期追施氮肥64.1 kg·hm-2(80% CF)；(4)農(nóng)戶施肥處理的基礎上添加脲酶抑制劑(CF+NBPT)；(5)減氮施肥處理的基礎上添加脲酶抑制劑(80% CF+NBPT)。脲酶抑制劑(NBPT)按照尿素施入量的1%與尿素配合施入。磷肥為過磷酸鈣，含P2O5180 kg·hm-2，鉀肥為硫酸鉀，含K2O 180 kg·hm-2，全部基施，追施氮肥采用滾動鴨嘴式穴播機在膜上破膜追施。玉米品種為先玉335，采用全膜平作栽培，春季頂凌全地面140 cm地膜覆蓋，行距46 cm、株距28 cm，播種密度77 640株·hm-2。第1年為2018年4月26日播種，10月8日機械收獲，第2年為2019年4月25日播種，10月6日收獲。全生育期灌水3次，每次灌水量1 125 m3·hm-2。田間采用完全隨機區(qū)組試驗設計，小區(qū)面積40 m2，小區(qū)長10 m，寬4 m，重復4次。

1.3 樣品采集與測定

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

春玉米產(chǎn)量采用全區(qū)收獲法確定，用烘干質(zhì)量表示。成熟期每小區(qū)取20穗調(diào)查穗部性狀與產(chǎn)量構成因素，同時取具有代表性的植株5株，分為秸稈和籽粒，采用濃H2SO4-H2O2消化法測定含氮量。

1.4 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

氮肥表觀利用率(%)=(施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量(kg·hm-2)-不施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量)/施氮量(kg·hm-2)×100%[11]

氮肥農(nóng)學效率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量(kg·hm-2)-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量[12]

氮素收獲指數(shù)(%)=籽粒中氮積累量/成熟期地上部分總吸氮量(kg·hm-2)×100[11]

土壤硝態(tài)氮殘留量(kg·hm-2)=土層厚度(cm)×土壤面積(m2)×土壤容重(g·cm-3)×土壤硝態(tài)氮含量(mg·kg-1)/10[13]

數(shù)據(jù)整理及圖表制作采用Microsoft Excel 2007，統(tǒng)計分析采用DPS 7.05軟件(Duncan新復極差法)。

2 結果與分析

2.1 不同處理下春玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)的變化

從圖1可以看出，減氮施肥處理雖然在農(nóng)戶施肥處理的基礎上氮肥施用量減少了20%，但春玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)與農(nóng)戶施肥處理相比沒有明顯降低。農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理與農(nóng)戶施肥處理相比，春玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)顯著增加，2018年和2019年平均增加了15.5%和9.46%，與減氮施肥處理相比，春玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)亦顯著增加，2018年和2019年平均增加了17.3%和9.93%。減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理與農(nóng)戶施肥和減氮施肥處理相比，春玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)2018年顯著增加，2019年卻差異不明顯，與農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理相比，產(chǎn)量和收獲指數(shù)2018年差異不明顯，2019年卻顯著降低。說明在涼州灌區(qū)春玉米實際生產(chǎn)過程中，在現(xiàn)行的農(nóng)戶氮肥施用量基礎上，適當比例降低氮肥施用量可以保證春玉米產(chǎn)量，農(nóng)戶施肥的基礎上添加脲酶抑制劑(NBPT)能夠顯著增加春玉米產(chǎn)量，效果更明顯。

2.2 不同處理對春玉米產(chǎn)量構成因素的影響

從春玉米產(chǎn)量構成因素來看(表2)，減氮施肥春玉米穗粒數(shù)、百粒重、禿頂長與農(nóng)戶施肥處理差異不明顯；農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理與農(nóng)戶施肥處理相比，穗粒數(shù)差異不明顯，但2018年百粒重顯著增加了8.36%，2019年也有明顯的增加趨勢，2018年禿頂長顯著降低了21.5%， 2019年也有明顯的降低趨勢；減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理與農(nóng)戶施肥處理相比，2018年穗粒數(shù)和百粒重差異不明顯，禿頂長顯著降低，2019年百粒重和禿頂長之間差異不明顯，但穗粒數(shù)又顯著降低。綜合分析2 a春玉米產(chǎn)量，農(nóng)戶施肥的基礎上添加脲酶抑制劑(NBPT)可以增加春玉米百粒重，降低禿頂長，從而提高春玉米產(chǎn)量。

2.3 不同處理下春玉米氮肥利用效率的變化

分析春玉米氮肥利用效率(表3)，減氮施肥處理氮肥農(nóng)學效率和氮素收獲指數(shù)與農(nóng)戶施肥處理差異不明顯，但氮肥利用率較農(nóng)戶施肥處理2018年和2019年平均顯著增加了24.6%。農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理的氮肥農(nóng)學效率、氮肥利用率、氮素收獲指數(shù)較農(nóng)戶施肥處理2018年和2019年平均顯著增加了120.3%、33.54%、9.06%，氮肥農(nóng)學效率和氮素收獲指數(shù)較減氮施肥處理2018年和2019年平均顯著增加了137.8%和8.29%。減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理氮肥農(nóng)學效率、氮肥利用率較農(nóng)戶施肥處理2018年顯著增加，2019年卻差異不明顯，氮肥利用效率較減氮施肥處理2018年和2019年平均顯著降低了12.9%。可見，減氮施肥及農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理能夠提高春玉米對氮肥的吸收利用，農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理更有利于氮素向春玉米籽粒的轉移，但減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)后卻影響了春玉米對氮素的吸收利用。

表3 不同處理對春玉米氮肥利用效率的影響

2.4 各處理春玉米收獲期0～100 cm土壤硝態(tài)氮的殘留量

春玉米收獲后，不同處理0～100 cm土層均出現(xiàn)了明顯的硝態(tài)氮殘留(表4)，其中農(nóng)戶施肥、減氮施肥、農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)、減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理2018年和2019年0～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量平均達到152.2、113.1、111.6 kg·hm-2和82.2 kg·hm-2，減氮施肥、農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)、減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理分別較農(nóng)戶施肥處理平均降低了25.7%、26.7%和46.0%；進一步分析各處理不同土層硝態(tài)氮殘留量，農(nóng)戶施肥、減氮施肥、農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)、減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理2018年和2019年60～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量平均達到69.7、43.5、37.3 kg·hm-2和27.8 kg·hm-2，減氮施肥、農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)、減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理分別較農(nóng)戶施肥處理平均降低了37.5%、46.4%和60.1%。可見，減氮施肥及農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理均能夠明顯降低春玉米收獲后0～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量，且深層60～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量降低更為明顯，從而有效降低了土層硝態(tài)氮淋溶損失的風險。

表4 不同處理對春玉米0～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量的影響/(kg·hm -2)

3 討論與結論

3.1 減氮施肥對春玉米產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

長期過量施用氮肥，不僅不能增加作物產(chǎn)量，反而會造成嚴重的氮肥資源浪費和環(huán)境污染[14-15]。適當比例降低氮肥施用量，既可以保證作物產(chǎn)量，同時可以提高氮肥利用效率，例如陳傳永等[16]研究表明，玉米減施氮肥14.3%～28.6%，籽粒產(chǎn)量沒有明顯下降的情況下，隨著施氮量的減少，玉米氮肥利用效率、氮肥農(nóng)學效率反而升高。鄒曉錦等[17]研究表明，玉米減施氮肥10%和20%，產(chǎn)量沒有明顯降低，但氮收獲指數(shù)、氮肥利用率、氮肥農(nóng)學效率卻顯著增加，且0～100 cm土層氮表觀損失量和收獲期殘留無機氮明顯降低。鄭利芳等[18]研究也表明，春玉米減施氮肥20%，產(chǎn)量顯著提高7.59%，收獲期0～300 cm土層硝態(tài)氮殘留量減少61.2%。本研究春玉米減施氮肥20%，產(chǎn)量沒有明顯降低的情況下，氮肥利用率顯著增加，且收獲期0～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量明顯降低，深層60～100 cm土層硝態(tài)氮降低更為明顯，殘留氮素淋溶損失的風險也明顯降低。

3.2 尿素添加脲酶抑制劑(NBPT)對春玉米產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

土壤中的脲酶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有非常重要的意義，其可以催化尿素水解，使尿素轉化為無機氮供給植物吸收[19]，脲酶抑制劑可有效抑制土壤中脲酶的活性，緩解尿素的水解速率，長時間內(nèi)維持土壤礦質(zhì)態(tài)氮的穩(wěn)定，從而提高氮肥利用效率，增加作物產(chǎn)量，例如張雪崧[20]、魯艷紅[11]、劉垚[21]、Muneer Ahmed[22]等研究表明脲酶抑制劑(NBPT)與尿素配施可以提高大豆、水稻、玉米的產(chǎn)量及氮肥利用效率，本研究農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)后，春玉米產(chǎn)量顯著增加，氮肥利用效率顯著提高，尤其是氮素收獲指數(shù)顯著增加了9.06%，收獲期0～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量明顯降低，其中春玉米產(chǎn)量增加的主要原因是百粒重的增加和禿頂長的降低，這與劉垚[21]等人的研究結論一致。但有研究卻表明氮素添加脲酶抑制劑不一定能夠增加作物產(chǎn)量，例如張文學等[23]研究表明當脲酶抑制劑(NBPT)的添加量小于1%時，對水稻產(chǎn)量無顯著影響，王小彬等[24]研究也表明，脲酶抑制劑(NBPT)處理對春小麥產(chǎn)量無顯著影響。本研究減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理，春玉米產(chǎn)量、氮肥利用率2018年顯著增加，2019年卻差異不明顯，收獲期0～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量明顯降低。因為脲酶抑制劑(NBPT)不直接對脲酶產(chǎn)生抑制作用，需進一步轉化為氧類似物NBPTO后才對脲酶產(chǎn)生抑制作用，而NBPT向NBPTO轉化速率受到土壤理化性質(zhì)、水分、溫度、脲酶活性及NBPT濃度的影響[25]。所以，受土壤理化性質(zhì)、水分、溫度、脲酶活性及NBPT濃度等因素的影響，有關脲酶抑制劑對作物產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響研究所得結論也會不一致。本研究減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理增產(chǎn)不明顯，主要原因可能是減氮施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)后，2018年春玉米收獲后0～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量降低太多，加之休閑期受灌水淋溶影響，導致2019年播前期0～100 cm土層硝態(tài)氮殘留量太低，直接影響了2019年春玉米對氮素的吸收，進而影響了春玉米的增產(chǎn)。

綜合考慮春玉米產(chǎn)量、氮肥利用效率及收獲期土層硝態(tài)氮殘留量，減氮施肥和農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理能夠在保證春玉米產(chǎn)量的同時，提高氮肥利用效率，降低收獲期0～100 cm土層氮素殘留量，其中農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑(NBPT)處理能夠顯著增加春玉米產(chǎn)量，效果更明顯。