差異化尿素對玉米生長及氮素利用率的影響

鄭文

（中國中煤能源股份有限公司，北京 100120）

氮素是作物生長的必需元素之一，施用氮肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的關(guān)鍵一步[1]。我國是世界上最大的化學(xué)氮肥施用國，占全球總量的33%。近年來，我國氮肥施用量持續(xù)增加，但糧食產(chǎn)量增長卻十分緩慢[2-3]。普通氮肥施入土壤后，經(jīng)過揮發(fā)、淋溶、反硝化等物理、化學(xué)作用后，損失率可高達(dá)70%，不僅造成巨大的浪費(fèi)，而且造成的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重[4-6]。

當(dāng)前我國化肥行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)如下：一是產(chǎn)能仍呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)性過剩；二是肥料制造業(yè)盈利能力較差；三是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，化肥利用率仍然偏低；四是環(huán)境代價高，化肥的過度使用已經(jīng)造成了土壤板結(jié)、酸化、次生鹽漬化等問題。我國尿素氮肥消費(fèi)量大、利用率低，全國大田作物的平均氮肥利用率只有30%左右，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家50%～60%的水平。尿素新產(chǎn)品種類繁多，銷售價格也參差不齊，目前市場上主流的有包膜緩釋尿素、增值尿素、穩(wěn)定性尿素等，其中包膜尿素、增值尿素等已擁有國家或者行業(yè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，為新產(chǎn)品尿素市場健康發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前在歐洲、美國等發(fā)達(dá)國家，緩控釋肥料生產(chǎn)量占比較大，美國占了43%，西歐占比則高達(dá)70%。德國在1924年就有了關(guān)于脲甲醛的專利，在五六十年以前，德國的巴斯夫?qū)崿F(xiàn)了脲甲醛的產(chǎn)業(yè)化，目前德國已經(jīng)立法規(guī)定化肥必須經(jīng)過緩釋處理才能進(jìn)入市場流通。印度出于對節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的要求，已經(jīng)立法通過所有的尿素都不能直接施用，必須要施用緩釋尿素[7-9]。

近年來，新型化肥開始逐步取代傳統(tǒng)化肥，成為化肥領(lǐng)域發(fā)展創(chuàng)新的關(guān)注點(diǎn)。新型化肥包括緩控釋肥、水溶肥、有機(jī)肥、生物肥、功能性肥劑、中微量元素肥等。我國緩控釋肥生產(chǎn)加工以及消費(fèi)使用總量已居全球第一。未來5年，我國新型肥料將以10%以上的復(fù)合增長率增長，其中水溶肥和緩釋肥增長率分別為16%和9%，生物刺激素市場增速高達(dá)18%[10]。在尿素行業(yè)方面，開發(fā)出大顆粒尿素、多肽尿素、聚谷氨酸尿素等一系列產(chǎn)品。為了對比差異化尿素對玉米生長及氮素利用率的影響，本研究通過田間對比試驗(yàn)，設(shè)置不同施肥方式和施肥量處理與對照處理，對玉米關(guān)鍵生育期生物量、土壤水分、速效養(yǎng)分等關(guān)鍵指標(biāo)變化進(jìn)行監(jiān)測，從而對肥料功能進(jìn)行客觀評價。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

中國科學(xué)院禹城綜合試驗(yàn)站地處黃淮海平原腹地，地貌類型為黃河沖積平原，土壤母質(zhì)為黃河沖積物，以潮土和鹽化潮土為主，表土質(zhì)地為輕-中壤土，是黃淮海平原的主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)以種植業(yè)（小麥、玉米、蔬菜為主）、畜牧業(yè)（牛、雞、豬為主）、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為主要結(jié)構(gòu)，在黃淮海平原具有典型性和代表性。

1.2 試驗(yàn)材料

供試尿素產(chǎn)品共4種，分別為聚谷氨酸尿素、普通大顆粒尿素、普通小顆粒尿素、多肽大顆粒尿素。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)于2019年5—10月開展，根據(jù)施肥方式和施肥量不同，共設(shè)7個處理，具體如表1所示。3次重復(fù)，小區(qū)面積 50 m2（10 m×5 m）。

表1 不同處理小區(qū)施肥量

1.4 試驗(yàn)過程

玉米于2019年6月13日種植，10月10日收獲。處理2～6的尿素均分為底肥與追肥施用，磷鉀肥全量作為底肥施用；追肥時間為大喇叭口期（2019年7月13日）。田間蟲害防治等其他管理與當(dāng)?shù)亓?xí)慣一致。在關(guān)鍵生長季采集土壤、作物和根系樣品，測定指標(biāo)包括土壤硝態(tài)氮（NO3-）、銨態(tài)氮（NH4+）、總氮（TN）、含水量、生物量、產(chǎn)量等。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成

由表2可知，CK籽粒產(chǎn)量為7 560 kg/hm2，顯著低于其他各施肥處理（各施肥處理玉米籽粒產(chǎn)量在8 757.0～9 615.0 kg/hm2之間）。各施肥處理之間籽粒產(chǎn)量及秸稈產(chǎn)量均無顯著性差異。同時，在聚谷氨酸尿素的3種施用模式處理之間，處理1和處理2籽粒產(chǎn)量均低于處理3，減幅分別為2.2%、2.6%。

表2 不同處理玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子

玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子方面，處理3、6的增產(chǎn)效應(yīng)主要體現(xiàn)在穗行數(shù)與行粒數(shù)的提高。千粒重處理3略低，但與其他施肥處理之間并無顯著差異。此外，在聚谷氨酸尿素不同施用方式處理之間，處理2行粒數(shù)顯著低于處理1、3。

2.2 作物生長情況

由圖1可知，CK干物質(zhì)積累量低于其他各處理。不同種類尿素處理間總干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為處理3＞處理4＞處理5＞處理6；在大喇叭口期前，處理5玉米干物質(zhì)積累量最高，其次為處理2?？芍?，聚谷氨酸減量對玉米生育初期的生長并無影響。在吐絲期，干物質(zhì)積累量以處理6和處理3最高，分別為193.6、186.3 g，分別高于 CK 73.0%、79.8%。在聚谷氨酸尿素不同施用方式之間，以處理3玉米吐絲期的總干物質(zhì)積累量最高，比處理1、2高56.2%～64.6%。

由圖2可知，根系密度從玉米苗期—吐絲期均表現(xiàn)為增長趨勢，且在各個時期不同種類尿素處理均高于CK。在吐絲期與收獲期，處理6、3根系密度均高于處理4、5。聚谷氨酸尿素不同施用方式間，處理1在苗期、大喇叭口期以及拔節(jié)期的根系密度均高于其他施用方式；但在吐絲期與收獲期，以處理3最高，根系密度分別為1 105.9、814.9 g/m3，特別是在收獲期，高于其他施用方式30.5%～36.1%。

由圖3可知，玉米葉面積不同種類尿素處理在苗期表現(xiàn)為處理6＞處理3＞處理5＞處理4，且在拔節(jié)期與吐絲期，處理6、3仍表現(xiàn)最優(yōu)。聚谷氨酸尿素不同施用方式間，在苗期與大喇叭口期，處理1玉米葉面積均高于其他2個處理；而在拔節(jié)期、吐絲期，處理3葉面積最高，分別比處理1高9.6%、17.2%。

由圖4可知，不同種類尿素處理間，處理5玉米株高最高，但在大喇叭口期，處理6玉米株高最高；在拔節(jié)期—吐絲期，處理6、3玉米株高均高于其他肥料處理。在聚谷氨酸尿素不同施用方式處理之間，在大喇叭口期與拔節(jié)期，處理1玉米株高最高，分別為196.0、248.5 cm；但在吐絲期，以處理3株高最高，為267 cm。

2.3 氮肥利用效率

由圖5可知，根系含氮量在不同種類尿素處理之間，以處理5的根系含氮量最低（12.55 g/kg）。聚谷氨酸不同施用方式處理之間，以處理1根系含氮量最低（11.85 g/kg）。分析秸稈含氮量，不同尿素處理之間并無顯著性差異；在聚谷氨酸尿素不同施用方式處理之間，處理3、2均高于處理1（增幅7.0%～9.4%）。玉米籽粒含氮量方面，處理6、3最高，分別為19.02、18.95 g/kg，均高于其他尿素處理。此外，處理1籽粒含氮量僅為17.3 g/kg，比處理3低9.1%。

由表3可知，在4個不同種類尿素處理（處理3、4、5、6）之間，處理 3、6 表現(xiàn)有較高的 RE，分別為35.1%、36.4%；玉米氮素農(nóng)學(xué)利用效率（NUE）4個不同種類尿素處理之間的排序均為處理6＞處理3＞處理4＞處理5；處理5 HI最高，說明在同樣的生物量下，小顆粒尿素能獲得更多的籽粒。不同聚谷氨酸尿素施用方式處理間，處理2獲得較高的NUE與PFP，分別為10.1與54.9；處理1各項(xiàng)氮素利用效率均最低，RE與NUE分別低于處理3 48.1%與11.5%。

表3 不同處理肥料利用效率

2.4 土壤保水特征

圖6為8月11日集中降水后土壤傳感器實(shí)時數(shù)據(jù)，并采用土壤水分下降速率表征灌溉后的土壤水分變化特征。圖7為玉米不同生育期采用烘干法測定的耕層土壤含水量。

可以看出，在降雨后的第1天，各個處理的土壤水分快速下降，隨著時間的推移，下降趨勢減慢，直到基本平緩。對比不同處理間的土壤水分下降速率以及不同生育期土壤含水量，處理3沒有表現(xiàn)出明顯的保水特征。

3 結(jié)論

在華北平原潮土區(qū)開展差異化尿素玉米季田間肥效試驗(yàn)，對聚谷氨酸尿素、多肽大顆粒尿素、普通大顆粒尿素與普通小顆粒尿素的肥效及聚谷氨酸尿素的施用模式進(jìn)行綜合評價，結(jié)果表明：聚谷氨酸尿素在玉米穗行數(shù)、行粒數(shù)方面表現(xiàn)出增產(chǎn)作用；聚谷氨酸尿素能促進(jìn)玉米籽粒的氮素吸收；聚谷氨酸尿素與多肽大顆粒尿素均能促進(jìn)玉米根系生長；常規(guī)用量并分底肥與返青追肥的施肥模式是適用于聚谷氨酸尿素的施用模式[11-12]。