不同類型緩／控釋氮肥對夏玉米生長及產量的影響

范震 趙有欣 陳鈺蓉 萬云婷 邢玉美 王鵬飛 劉延龍 田曉飛

摘要：本研究采用盆栽試驗法，以不施氮肥為對照（CK），設置普通尿素（U）、尿素+硝化抑制劑（NI）、尿素+脲酶抑制劑（UI）、凝膠尿素（SU）和包膜尿素（CRU）共6個處理，探究不同緩/控釋氮肥在夏玉米上的應用效果。結果表明，施氮顯著提高夏玉米各生育期土壤硝態氮含量和葉片凈光合速率。與U處理相比，各緩/控釋氮肥處理均顯著提高拔節期和灌漿期夏玉米穗位葉凈光合速率。與普通尿素相比，各緩/控釋尿素處理夏玉米產量均有所增加，其中SU和CRU處理分別顯著增產45.05%和49.23%。因此，施用緩/控釋尿素能改善夏玉米生育后期土壤氮素供應狀況，使葉片維持更高的凈光合速率，有利于地上部干物質量和產量的形成，其中凝膠尿素和包膜尿素增產效果更為顯著。

關鍵詞：夏玉米;緩/控釋氮肥;生長;光合速率;產量

氮素營養是夏玉米產量形成的重要限制因素之一，各生育期合理的土壤氮素供應是夏玉米高產優質的前提[1，2]。在黃淮海平原地區，由于夏玉米生產過程中土壤氮素供應與夏玉米氮素需求在時間、空間和強度上的匹配度較低[3]，以基肥形式施入的氮素在土壤中易通過氨揮發、硝化-反硝化、淋洗和徑流等途徑造成農業面源污染，導致氮肥利用效率不高[4]。與傳統的尿素“一炮轟”施肥方式相比，尿素分次施用雖然可以提高夏玉米產量，但也增加生產過程中的人力投入，在農村勞動力日益減少的情況下不利于農業精簡化生產[5]。

為解決上述問題，硝化抑制劑、脲酶抑制劑、脲醛緩釋肥、包膜尿素等新型緩/控釋肥被逐漸篩選并應用于農業生產中。周麗平等[6]通過田間試驗發現脲甲醛能夠顯著降低夏玉米田間氨揮發，產量和氮肥利用效率較普通尿素分別顯著增加18.8%和57.9%。Tian等[7]通過4年田間試驗，發現包膜尿素養分釋放與棉花養分吸收具有較好的同步性，并且能夠顯著降低硝態氮向深層土壤的淋溶，從而以更少的氮肥用量實現棉花高產穩產。朱永昶等[8]的研究結果則證明添加雙氰胺硝化抑制劑可以顯著降低春玉米生產過程中N2O的排放，玉米顯著增產6.35%。魏蓉等[9]以廢棄雞毛為原料制備保水型緩釋尿素，并進一步通過盆栽試驗驗證了其在糯玉米上的增產效果。但這些研究主要集中在同一類緩/控釋肥與普通尿素肥效的比較，對于不同類型緩/控釋氮肥在夏玉米上的應用效果研究較少。因此，本試驗選用硝化抑制劑類穩定性尿素、脲酶抑制劑類穩定性尿素、凝膠尿素和樹脂包膜尿素為材料，探究不同緩/控釋氮肥對夏玉米生長及葉片光合特性的影響，以期為黃淮海區域夏玉米高產和新型氮肥的應用提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2020年5—10月在聊城大學環境土壤學教學科研基地（36°26′N，116°01′E）進行。該地區屬溫帶季風氣候。供試土壤為石灰性潮土，耕層土壤基本理化性質為：有機質12.5g/kg、全氮0.7g/kg、硝態氮24.5mg/kg、銨態氮6.5mg/kg、有效磷17.2mg/kg、速效鉀143.5mg/kg，pH值7.9（1∶2.5）。供試夏玉米品種為鄭單958。

供試肥料包括大顆粒尿素（N46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、硫酸鉀（K2O50%）、凝膠尿素（N42%，由水、尿素、玉米秸稈基纖維素保水劑按100∶10∶1經超聲振蕩24h后烘干制得，其在土壤中吸水后為凝膠狀態，所用玉米秸稈基纖維素保水劑由聊城大學地理與環境學院制備）、樹脂包膜尿素（N42%，包膜材料為環氧樹脂，25℃靜水中釋放期為90d），均由山東農大肥業科技有限公司提供。硝化抑制劑雙氰胺（DCD）、脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）均為分析純，購自Macklin生物科技公司。

1.2試驗設計與方法

采用盆栽試驗法，共設6個處理：分別為不施氮對照（CK）、普通尿素（U）、硝化抑制劑+尿素（NI）、脲酶抑制劑+尿素（UI）、凝膠尿素（SU）、樹脂包膜尿素（CRU）。隨機區組排列，重復3次。除CK只施磷、鉀肥外，各處理氮、磷、鉀施用量一致，分別為3.11-1.33-1.33g/株（根據大田施肥量為N-P2O5-K2O為210-90-90kg/hm2和種植密度6.75萬株/hm2計算）。DCD和NBPT添加量均為施氮量的1%。

將30kg風干土和肥料倒在2m×2m塑料布上，充分混勻后裝入陶土盆中（盆高35cm，底徑27cm，上徑45cm），播種2粒。待幼苗長出3片真葉后每盆定苗1株，分別于拔節期噴施200mg/L縮節胺。整個生育期各處理管理措施保持一致。

1.3樣品采集與測定

分別在夏玉米苗期（6月21日）、拔節期（7月8日）、大喇叭口期（7月24日）、灌漿期（8月28日）和乳熟期（9月13日）采用LI-6800新一代光合-熒光全自動測量系統（Li-CorInc，美國）測定穗位葉中部凈光合速率（Pn）。選擇植株生長一致、無破損的健康葉片于晴天上午9∶00—11∶00進行測定，測定時使用內置紅藍光源，光照強度為1000μmol/（m2·s），氣體流速為500μmol/s。同時采用卷尺測量株高，采用直尺測量葉長和葉寬，并采用長寬系數法（長×寬×0.75）計算葉面積[10]。玉米成熟期收獲后進行考種并測產。

分別在玉米拔節期、大喇叭口期、乳熟期采集土壤樣品，用土鉆（d=3cm）取3鉆，混勻后帶回實驗室。采用烘干法測定含水量，采用0.01mol/LCaCl2浸提（土水比1∶10），紫外分光光度法測定土壤硝態氮含量[11]。

1.4數據處理與分析

試驗數據采用MicrosoftExcel2010處理和作圖，采用SPSS19.0軟件Duncan’s法進行方差分析。

2結果與分析

2.1不同處理對夏玉米生長的影響

玉米苗期各處理株高無顯著差異，葉面積以SU處理最大，與UI及CRU無顯著差異而顯著高于其他處理。施氮提高拔節期后夏玉米株高（圖1A）和葉面積（圖1B），施氮各處理葉面積與CK差異顯著。各緩/控釋氮肥與普通尿素處理株高基本一致，這可能與玉米拔節期噴施縮節胺抑制莖稈營養生長，繼而促進生殖生長有關。與U處理相比，大喇叭口期SU和CRU葉面積分別增加6.3%和17.1%，但UI和NI處理葉面積與U處理基本一致。說明施用凝膠尿素和樹脂包膜尿素較普通尿素更能促進夏玉米的生長，為干物質積累和籽粒形成打下良好的基礎。

2.2不同處理對夏玉米葉片凈光合速率的影響

如圖2所示，各施氮處理夏玉米葉片Pn值均在拔節期達到最高值，之后隨生育期延長而降低。與普通尿素處理（U）相比，施用緩/控釋氮肥各處理均提高拔節期至乳熟期葉片Pn值，其中拔節期UI和CRU處理顯著提高48.65%和60.06%，乳熟期NI、UI、SU和CRU處理分別增加33.97%、24.22%、13.35%和51.85%。灌漿期不同緩/控釋氮肥處理間葉片Pn值無顯著差異，但均顯著高于普通尿素。

2.3不同處理對夏玉米不同生育期土壤硝態氮含量的影響

在干旱與半干旱地區土壤中，硝態氮是作物可以直接吸收利用的主要氮源，其含量在一定程度上反映了土壤氮素的豐缺[12]?？傮w而言，各處理土壤硝態氮含量均隨夏玉米生長呈逐漸下降趨勢，且拔節期和大喇叭口期各施氮肥處理均顯著高于CK（圖3）。拔節期土壤硝態氮含量以施用普通尿素處理最高，較其他處理增加0.96%～64.15%，這可能是與尿素在土壤中水解速率高于其他緩/控釋肥有關。大喇叭口期U處理土壤硝態氮含量降幅較大，而緩/控釋氮肥處理土壤硝態氮含量略有降低，且UI和CRU處理硝態氮含量均顯著高于U處理。乳熟期各處理硝態氮含量以CRU處理最高，較其他施氮處理顯著增加33.64%～146.83%，SU處理較普通尿素處理增加53.86%。

2.4不同處理對夏玉米產量及其構成因素的影響

與CK相比，各施氮處理夏玉米地上部干物質量和籽粒產量分別顯著提高25.39%～66.03%和54.23%～130.16%（表1）。各施氮處理地上部干物質量總體表現為CRU>SU>UI>NI>U。各緩/控釋尿素處理百粒重均顯著高于普通尿素，其中CRU較U提高43.48%。與普通尿素處理相比，SU和CRU處理籽粒產量分別顯著增加45.05%和49.23%，但NI和UI處理籽粒產量與U處理無顯著差異。

3討論

化肥作為糧食的糧食，在作物產量形成中的地位不可替代。尿素施入土壤后，在脲酶的作用下迅速水解轉化為NH+4-N，而后在氨氧化細菌和硝化細菌的作用下轉化為NO-3-N供作物吸收利用。這一過程伴隨著氨揮發、NO2排放、硝態氮淋溶，造成后期氮素供應不足、氮素利用率低[13]。肥料中添加脲酶/硝化抑制劑可顯著提高中后期土壤硝態氮含量（圖3）。作為一種磷酰胺類化合物，NBPT通過與脲酶活性中心的鎳離子進行配位，起到抑制脲酶活性的作用，從而延緩尿素水解為NH+4-N的進程，使得氮素更多以酰胺態存在于土壤中，減少氨揮發和氮素轉化帶來的損失[14]。DCD具有與NH+4相似的氨基和亞氨基結構，可以競爭性結合氨氧化細菌中氨單加氧酶上的氧化NH3的活性位點，使其失去吸收利用NH3的能力，從而推遲NH3的氧化，延緩硝態氮的產生，保障后期硝態氮的供應[14]。本試驗中，乳熟期包膜尿素和凝膠尿素處理的土壤硝態氮含量較普通尿素分別增加146.83%和53.86%。這與其控釋機理有關，一方面包膜尿素外部包裹一層用來調節肥料釋放速率的熱固性樹脂，外界水分進入后與內部的尿素核心接觸溶解形成飽和溶液，內部尿素溶液在壓力梯度的作用下從膜內孔隙中緩慢向外部釋放;另一方面包膜尿素的養分釋放速率受溫度的影響，溫度升高可以加快水分滲入包膜尿素的速率以及膜內尿素的溶解度，從而滿足作物不同時期的養分需求[15，16]。另外，本試驗采用的凝膠尿素由玉米秸稈與丙烯酸接枝共聚物制成的保水劑作載體，內部有羧基、羥基等親水官能團，可以吸附游離的養分離子，并使其隨著水分的釋放和高分子網絡結構的松弛而緩慢釋放，從而達到氮素養分后移的效果[17]。

光合作用是作物產量形成的物質基礎[18]，作物85%以上的干物質量來源于光合作用。氮素通過影響葉綠素含量和光反應中酶活性直接或間接地影響光合速率[19]。李強等[20]發現在低氮脅迫下，夏玉米葉片凈光合速率降低34.4%。Mu等[21]認為施氮可以增加光合酶的含量和活性，提高羧化速率，同時在玉米生育期，增施氮肥可以延緩葉片衰老和氮組分的降解，從而提高光合速率。本試驗結果顯示，與普通尿素相比，不同類型緩/控釋氮肥處理乳熟期凈光合速率提高13.35%～51.85%，說明充足的氮素供應提高了玉米中后期的光合效率。

眾多研究表明不同類型氮肥處理均增加夏玉米產量與干物質量。Hu等[22]通過連續兩年的田間試驗發現，在相同氮素水平下，與普通尿素相比，施用包膜尿素夏玉米產量增加5.3%～8.6%，干物質量增加4.7%～8.9%。Raza等[23]研究表明，DCD處理夏玉米葉綠素含量增加10%，干物質量增加13.1%。本研究中，施用不同類型氮肥均顯著提高夏玉米產量，表現為包膜尿素>凝膠尿素>硝化抑制劑+尿素>脲酶抑制劑+尿素，且包膜尿素處理夏玉米千粒重較其他類型氮肥處理明顯增加。這可能是因為包膜尿素使得玉米全生育期具有充足的硝態氮供應，提高其葉片凈光合速率，促進光同化物的形成和轉運，增加千粒重，最終增產。

4結論

施用緩/控釋尿素使玉米生長關鍵物候期保持較高的土壤硝態氮含量，更能滿足玉米生育后期的需要，改善葉片光合特性，為玉米干物質積累和產量形成增產提供更好的養分供應條件。本試驗條件下，凝膠尿素（SU）和包膜尿素（CRU）處理產量較高，與相同施氮量的普通尿素處理相比，分別顯著增產45.05%和49.23%。