聚脲甲醛緩釋肥與尿素不同配比對潮土小麥產量及氮肥利用率的影響

呂金嶺，寇長林，于冬梅

（1.河南省農業科學院 植物營養與資源環境研究所，河南 鄭州 450002；2.農業部原陽農業環境與耕地保育科學觀測實驗站，河南 原陽 453500；3.河南省農業生態環境重點實驗室，河南 鄭州 450002；4.西平縣土肥利用管理站，河南西平 463900）

提升作物氮肥利用效率，減少氮素的其他損失途徑，是當前綠色農業發展的必然要求之一［1］。然而傳統肥料通常存在揮發性強、淋溶損失嚴重和氮肥利用效率不高等問題，從而引發了一系列生態和環境危機［2-3］。造成這些問題的根源不僅是傳統肥料施用方式和施用量的問題，更多的是由于傳統肥料自身難以克服的結構性問題［4-5］。因此，新型緩控釋肥料的研發和應用顯得極為重要。聚脲甲醛緩釋肥作為一種新型緩釋肥料，最早應用在菜地和高爾夫球場［6-7］，隨著工藝技術的推進，聚脲甲醛緩釋肥的成本明顯降低，使得其在農田上應用成為可能［8-9］。聚脲甲醛是尿素和甲醛在不同溫度與壓力條件下的縮合產物，通過調整尿素和甲醛的比例，可以縮合出不同鏈長的聚脲甲醛肥料［10］。聚脲甲醛肥料進入農田后需要通過微生物的分解，才能進一步被作物所利用，因此不同氣候、土壤和農田管理措施下其養分釋放存在著一定的差異［5，11-12］。小麥是華北平原的主產作物，而潮土是華北平原最典型的土壤類型之一，聚脲甲醛緩釋肥在潮土麥田的利用方式以及產生的產量效益和氮肥利用率研究還未見報道。基于此，本研究以潮土小麥為研究對象，探討不同量聚脲甲醛緩釋肥的緩釋效果，并對其產量、氮素吸收利用率、氮肥農學效率和經濟效益進行評估，以期為此類肥料的進一步優化和大范圍推廣應用提供基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于河南省原陽縣祝樓鄉，該地區屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為14.4℃，多年平均降水量為549.9 mm，降雨主要集中在6至8月，降雨量約占全年的60%，全年日照2 300～2 600 h，無霜期210～220 d。供試土壤為輕壤質潮土。耕層（0～20 cm）土壤的主要理化性質如下：pH約8.2、w（有機質）11 g/kg、w（總氮）0.63 g/kg、w（總磷）0.75 g/kg、w（有效鉀）144.1 mg/kg、w（有效磷）23.6 mg/kg、w（銨態氮）0.89 mg/kg、w（硝態氮）35 mg/kg。

1.2 試驗處理

試驗于2017年開始，共設置5個處理，分別為不施氮肥（CK）、單純尿素（OPT）、100%聚脲甲醛緩釋肥（鄭州高富肥料有限公司提供）（MU1）、75%聚脲甲醛緩釋肥+25%尿素（MU2）和50%聚脲甲醛緩釋肥+50%尿素（MU3）。每個處理3次重復，共15個小區。小區按照隨機區組排列，每個小區面積為40 m2（5 m×8 m）。磷、鉀肥采用過磷酸鈣（w（P2O5）12%）和氯化鉀（w（K2O）60%），磷、鉀肥和聚脲甲醛緩釋肥均一次性基施。尿素除了OPT處理分2次施用（按照當地施肥習慣，40%基施，60%追施）外，MU2和MU3處理也均一次性基施。不同施肥處理具體施肥量見表1。試驗小區各處理均由高20 cm、寬30 cm的土埂隔開，用于防止灌溉過程中的串肥、串水問題。小麥基肥期采取撒施后旋耕覆土的方式，追肥期采取撒施灌溉方式。小麥選用國審小麥158。播期為2017年10月12日，667 m2播量12.5 kg，收獲期為2018年6月5日。試驗期間做好田間除草、病蟲害檢測防治工作。

表1 不同施肥處理聚脲甲醛、尿素及磷鉀肥施用量 kg/hm2

1.3 樣品采集與測定

土壤樣品的采集：在作物種植前采集0～20 cm耕層土壤樣品，分析pH、有機質、總氮、銨態氮和硝態氮、有效磷、有效鉀等。其中pH測定采用1∶2.5土水質量比（風干土）制備土壤懸浮液；土壤中的銨態氮和硝態氮用1 mol/L氯化鉀浸提，用連續流動分析儀測定。具體樣品分析方法見鮑士旦編著的《土壤農化分析》［13］。同時采集小麥生長關鍵期和收獲后0～20 cm耕層土壤樣品，主要用于分析土壤銨態氮和硝態氮含量。

植物樣品的采集：記錄小麥各時期苗情。收獲時，每個小區采集小麥2 m2，用于后期估算小區產量和地上生物量。同時選取1 m樣行裝入網袋并做好標記，隨后進行考種，用于測定小麥株高、穗長、穗粒數以及千粒質量等。并將風干的小麥樣品進行烘干并粉碎處理，用于測定籽粒和秸稈氮含量。

1.4 計算公式與數據處理

不同處理間產量、穗粒數、千粒質量等均采用最小顯著法（LSD）進行多重比較以鑒別不同處理差異是否顯著，并使用SPSS軟件進行統計分析。

2 結果和討論

2.1 聚脲甲醛緩釋肥對耕層土壤氮素含量影響

不同施肥處理對耕層土壤氮素含量的影響見圖1。從圖1可以看出，不同施肥處理耕層土壤總氮含量差別不顯著（p＞0.05），CK處理的總氮含量盡管相對較低，但與其他處理差異仍未達到顯著水平，這與化肥投入氮與土壤固有的總氮含量相比相對較低有關。同時比較不同施肥處理的礦質氮含量（作物收獲后）發現，MU1處理的硝態氮含量最高，顯著高于其他處理，其次為MU2和MU3處理，CK和OPT處理的硝態氮含量較低。這說明施用聚脲甲醛緩釋肥可以顯著提升土壤的硝態氮含量。高量聚脲甲醛緩釋肥處理耕層土壤硝態氮的含量最高，減量聚脲甲醛緩釋肥處理土壤硝態氮含量降低，但仍高于單施尿素處理，說明聚脲甲醛氮素具有較強的緩釋效果。趙蒙等［9］在太湖稻田試驗中發現了類似的現象，說明聚脲甲醛緩釋肥在水田和旱地均擁有良好的緩釋效果。

圖1 不同施肥處理耕層土壤全氮和礦質氮

2.2 聚脲甲醛緩釋肥對小麥關鍵生理指標的影響

不同施肥處理對小麥關鍵生理指標的影響見圖2。不同聚脲甲醛量與尿素配施對小麥群體數、穗數、穗粒數與千粒質量均有不同程度的影響。從圖2中可知，除CK處理外，其余施肥處理間的群體數無明顯差別；OPT處理和MU2處理的穗數和穗粒數顯著高于其他處理，其次為MU1和MU3處理，CK處理的穗數和穗粒數最低；對比不同處理的千粒質量發現，除了MU1處理顯著低于其他處理之外，其余處理的千粒質量均無顯著差別。

圖2 不同施肥處理小麥群體數、穗數、穗粒數和千粒質量

2.3 聚脲甲醛緩釋肥對小麥產量的影響

不同施肥處理對小麥產量的影響見圖3。從圖3中可以看出，OPT、MU2和MU3處理的籽粒產量顯著高于其他處理，其次為MU1處理，CK處理的籽粒產量最低。這說明單純使用聚脲甲醛處理不利于作物產量的提升，而配施尿素可以起到穩定產量的作用，其原因可能歸結于，聚脲甲醛緩釋速度較慢，有可能影響前期作物對氮素的有效吸收，同時也可能與聚脲甲醛緩釋肥緩釋周期較長，導致氮素可能未在小麥生長關鍵需肥期內完全釋放出有關。對比不同施肥處理的秸稈產量發現，除CK處理外，其余施肥處理差別不明顯，整體而言MU3處理的秸稈產量相對較高。

圖3 不同施肥處理小麥籽粒及秸稈產量

2.4 聚脲甲醛緩釋肥的氮肥利用率和農學效率

不同施肥處理的氮肥利用率和農學效率見表2。不同聚脲甲醛施用量處理小麥籽粒和秸稈總氮含量有所不同，從表2中可以看出，MU1和MU2處理籽粒全氮含量顯著高于其他處理，其次為OPT和MU3處理，CK處理小麥籽粒總氮含量最低。MU1、MU2和MU3處理的秸稈總氮含量顯著高于其他處理，聚脲甲醛處理間差別不明顯，由此可見聚脲甲醛施用可以提升小麥對氮素的吸收量。不同處理的地上吸氮量也存在顯著差別，OPT、MU2和MU3處理的地上總吸氮量顯著高于其他處理（p<0.05），其次為MU1處理，CK處理的數值最低。這主要與MU1和CK處理的籽粒和秸稈產量較低有關。對比不同處理的氮吸收利用率發現，MU2處理的氮肥利用率最高，其次為MU3和OPT處理，MU1的氮肥利用率較低。與氮肥利用率結果不同，OPT、MU2、MU3處理的氮素農學效率無顯著差異，但明顯高于MU1處理。這說明適量的聚脲甲醛緩釋肥配施尿素可以顯著提升作物氮肥利用效率，過多或者過少施用都不利于氮吸收利用率和農學效率的提升。

表2 不同施肥處理的氮肥利用率和農學效率

2.5 聚脲甲醛的經濟效益分析

對比不同處理的肥料總投入和小麥總產值，結果發現，MU1處理的肥料投入成本最高，其次為MU2和MU3，OPT和CK處理的肥料投入成本相對較低。不同于肥料總投入，OPT處理的小麥產值最高，達到13 834元/hm2，MU2和MU3處理的小麥總產值也均超過13 000元/hm2，CK處理的小麥總產值最低（見表3）。結合肥料投入和小麥產值，估算不同施肥處理的經濟效益和肥料產投比，結果發現，OPT處理的肥料總收益高于其他處理，其次為MU2處理，其余處理的肥料總收益相對較低。MU1和MU2處理的肥料產投比低于其他處理，說明聚脲甲醛緩釋肥的產投比較低，未來仍需進一步提升。

表3 不同聚脲甲醛處理的經濟效益分析

3 總結

（1）不同聚脲甲醛緩釋肥施用量配施尿素在作物收獲后的耕層土壤的氮殘留量不同，聚脲甲醛施用量越高，其土壤硝態氮殘留量越高，反之越低，說明聚脲甲醛的緩釋周期較長，所產生的肥效不局限于小麥季，還可能影響第二季作物。

（2）不同聚脲甲醛緩釋肥施用量配施尿素的小麥產量、穗粒數、穗數和千粒質量有所差別，整體而言，單施尿素處理和聚脲甲醛配施適量尿素處理的各項指標相對較好，但單施尿素處理施氮量更高，間接說明聚脲甲醛配施適量尿素可以提升氮肥利用效率。

（3）除CK處理外，不同施肥處理的產量盡管有差異，但差異未達到顯著水平，但相對而言，單施尿素和50%聚脲甲醛緩釋肥+50%尿素處理的產量相對更高。

（4）單施聚脲甲醛緩釋肥的肥效并不高，但和尿素適量配比可以顯著提升作物的氮肥利用效率。

（5）整體而言，聚脲甲醛緩釋肥的肥料總收益及肥料產投比相對較低，但考慮到聚脲甲醛緩釋肥氮投入量較低，試驗周期較短，未研究后期肥效，未來應進一步試驗，探明其整體的經濟、環境及生態效益。

致謝：

感謝河南省農業生態環境重點實驗室和鄭州高富肥料有限公司提供肥料樣品、場地和樣品分析等方面的支持。