一次性施用控釋氮肥對夏玉米產量、品質及氮素利用率的影響

摘要：為研究一次性施用控釋氮肥在魯西南地區夏玉米上的應用效果，通過2年試驗，設置CK（不施氮肥）、PU（普通尿素）、PCU（聚氨酯包膜尿素）、SPCU（硫磺樹脂包膜尿素）、SCU（硫磺包膜尿素）5個處理，在等養分投入下，研究一次性施用控釋氮肥對玉米產量、品質、氮素利用率的影響。結果表明：氮肥的施用能夠顯著提高玉米產量，同CK相比，施氮肥增產率達79.52%～108.43%。不同控釋氮肥對玉米產量、氮肥利用率、經濟效益的提升效果整體表現為PCUgt;SPCUgt;PUgt;SCU；PCU處理效果最佳，與PU處理相比，玉米產量增加9.49%，氮肥利用率提高7.97百分點，經濟效益提升14.06%。不同控釋氮肥均能提高玉米籽粒中可溶性糖、還原性糖、淀粉、蛋白質、脂肪含量，改善玉米品質。綜合考慮不同控釋氮肥對玉米產量、品質、氮素利用率和經濟效益的影響，一次性施用聚氨酯包膜尿素有利于魯西南地區夏玉米高產提質，并可提高氮肥利用效率和經濟效益。

關鍵詞：控釋氮肥；夏玉米；產量；品質；氮肥利用率

中圖分類號：S513.06" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）24-0060-06

收稿日期：2023-11-29

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2022YFD1700603）；湖北省重點研發計劃（編號：2023BBB147）。

作者簡介：高璐陽（1987—），男，山東菏澤人，碩士，高級農藝師，主要從事新型肥料研發及養分資源高效利用研究。E-mail：gaoluyang81@126.com。

通信作者：陳宏坤，博士，研究員，主要從事新型肥料研發及應用研究。E-mail：chenhk99@163.com。

玉米是我國主要的糧食作物，也是良好的畜牧和工業原料，具有生長周期短、營養豐富、附加值高等特點，在保障國家糧食安全方面占有重要地位^［1］。2022年，全國玉米種植面積達0.43億km2，經濟產量達2.77億t^［2］，已成為面積最大、總產最高的第一大糧食作物。黃淮海平原是我國最大的夏玉米主產區，玉米種植面積占全國玉米種植面積的43.4%；但由于長期不合理施肥，造成養分利用效率降低，不僅浪費資源，還帶來農業面源污染^［3］。當前，科學施肥是保障糧食高產安全有效供給、實現資源節約高效利用的關鍵舉措。一次性施肥技術是指結合作物養分需求規律和區域土壤肥力狀況而確定的最優施肥量，通過專用機械，將作物緩控釋氮肥結合磷、鉀肥作為基肥，在整地時一次性施入，整個生育期不再追肥，具有輕簡、高效、綠色、環保的優點^［4-6］，逐漸成為玉米生產中的主要施肥方式^［7-10］。夏玉米是氮素敏感型作物，合理施用氮肥不僅能夠提高夏玉米的產量和氮肥利用率，同時還能緩解施肥給環境帶來的壓力^［11］。常規氮肥作為基肥一次性施入后，氮素供應與玉米需肥規律不匹配，前期易造成揮發和淋洗，后期易脫氮，嚴重影響夏玉米的產量和肥料利用率^［11］。當前我國玉米經濟產量的提高主要是建立在農業資源高投入、高消耗的基礎上^［12］。如何減少因施肥不當造成的資源浪費和環境污染，已成為當前亟需解決的問題。

楊巖等的研究表明，不同緩控釋肥結合一次性施肥技術應用于黃淮海地區夏玉米生產，提高了夏玉米的產量和氮肥利用率；但不同緩控釋肥間的應用效應存在差異^［3，5］。高永祥等通過長期定位試驗，發現緩控釋摻混肥與尿素分次施用相比，夏玉米地上部生物量積累顯著提高，年均產量均有一定程度的增加^［13］。鄭文魁在泰安夏玉米上的研究結果表明，與尿素分施處理相比，緩控釋肥一次性基施的夏玉米氮肥利用率顯著提高^［14］。安文博等的研究表明，施用不同緩控釋肥增加了鮮食玉米籽粒的維生素C、可溶性糖、蛋白質含量^［15］。Liu等的研究表明，長期一次性基施控釋肥氮肥，不僅可提高土壤中NO-3-N、NH+4-N的含量，減少氮素的淋溶損失，同時對土壤全氮、有機質含量也具有提升作用，能有效減少氮肥投入造成的環境污染^［16-18］。

目前，關于控釋氮肥種類、配施方式及摻混比例一次性基施對玉米氮素吸收、肥料氮素釋放、氨揮發及氮素淋溶等方面已有一定的研究^［19-22］。但研究的種植面積有限、區域代表性小，且不同肥料養分釋放速率受溫度、土壤、水分等田間環境的影響較大，導致同一種控釋氮肥在不同地區的應用效果存在不同程度的差異。本研究通過田間試驗，探究一次性施用控釋氮肥對夏玉米產量、品質、氮素利用率及經濟效益的影響，篩選適合魯西南地區夏玉米一次性施用的控釋氮肥品類，以期為該地區夏玉米一次性施肥技術的推廣提供適宜的產品及配方。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年5月至2022年9月在山東省菏澤市經濟開發區（35°23′N，115°49′E）進行。該地區屬于暖溫帶大陸性季風氣候，寒暑交替，光熱充足，年平均氣溫為12.9～14.9 ℃，平均降水量為 649.9 mm，降水主要集中在6—8月，雨熱同季，適合多種作物生長發育。試驗田土壤類型為發育在第4紀黃土狀母質上的簡育濕潤淋溶土（棕壤），質地黏重，地勢平坦。前茬種植作物為大蒜。播種前土壤基本理化性質如表1所示。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為夏玉米鄭單958。供試控釋肥料產品為聚氨酯包膜尿素PCU（N含量為44%）、硫磺樹脂包膜尿素SPCU（N含量為36%）、硫磺包膜尿素SCU（N含量為37%）。常規肥料產品為普通尿素PU（N含量為46%）、過磷酸鈣（P2O5含量為12%）、氯化鉀（K2O含量為60%）。

1.3 試驗設計

采用連續2年的田間小區定位試驗，設5個處理，每個處理重復3次，小區面積為30 m2，采用完全隨機區組設計。各試驗處理及肥料總養分投入量如表2所示，其中PCU、SPCU、SCU處理肥料均作為基肥一次性施用；PU處理肥料采用基肥+追肥方式施用，70%氮肥做基肥施用，30%氮肥在玉米大喇叭口期采用溝施的方式追肥；各處理磷肥和鉀肥均作為基肥一次性施用。在前茬大蒜收獲后，將肥料均勻撒施到對應試驗小區，旋耕3遍。玉米種植采用種肥同播技術，定植行間距為43 cm×30 cm，種植密度為 77 100株/hm2，分別于2021年5月25日播種，9月25日收獲；2022年6月1日播種，9月30日收獲。其他田間栽培管理按玉米高產要求進行。

1.4 樣本采集與測定

于2021、2022年玉米收獲期，將小區玉米全部收獲，脫粒風干后，測定玉米經濟產量；并于2022年玉米收獲期采集植物樣本，進一步測定肥料利用率、籽粒品質、產量構成等指標。依據均勻性和代表性原則，每個小區采集2株玉米，去除根部后按莖葉、籽粒等器官分類，裝入檔案袋后立即在105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，烘干樣品粉碎混勻后備用待測。植物全氮含量采用濃H2SO4-H2O2消煮法、凱氏定氮法測定^［23］，玉米籽粒中可溶性糖、脂肪、淀粉、蛋白質含量分別采用硫酸蒽酮比色法、索氏抽提法、酸水解法、考馬斯亮藍G-250比色法測定^［23］。

1.5 數據分析及相關參數計算

氮肥利用率=（施肥區地上部氮素吸收量-不施肥區地上部氮素吸收量）/施氮量×100%；

氮肥農學利用率（kg/kg）=（施肥區經濟產量-不施肥區經濟產量）/施氮量；

氮肥偏生產力（kg/kg）=施肥區經濟產量/施氮量；

采用SPSS 25.0軟件進行數據統計分析、最小顯著極差法（LSD法）進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同控釋氮肥對玉米經濟產量的影響

施用氮肥能夠顯著提高玉米的經濟產量。由表3可知，CK的玉米經濟產量為4 613.42 kg/hm2；同CK相比，施氮肥處理的玉米增產率達79.52%～108.43%。PU處理的玉米經濟產量為 8 782.17 kg/hm2；同PU處理相比，PCU、SPCU處理的玉米產量分別提高9.49%、0.51%；SCU處理的玉米略有減產，但同PU相比差異不顯著。新型肥料PCU對玉米經濟產量的提升效果最好，玉米產量顯著高于其他（SPCU處理除外）施肥處理（Plt;0.05）。SPCU處理的玉米經濟產量與PU處理相比相差不大，SCU處理的玉米經濟產量同PU處理相比降低；原因可能在于SPCU、SCU處理中，肥料包膜層中存在硫磺且包膜層較厚，影響試驗區玉米對于氮素養分的吸收。

2.2 不同控釋氮肥對玉米產量構成要素的影響

從產量構成要素（表4）看，同CK處理相比，不同氮肥處理均能夠增加玉米的穗長、穗行數、穗粒數、百粒重，減少玉米的禿尖長，進一步說明施用氮肥是提升玉米經濟產量的主要因素。除CK外，其余各施肥處理間的玉米穗長為20.0～20.8 cm，無明顯差異。PCU處理的玉米穗行數、穗粒數顯著高于PU、SPCU、SCU處理（Plt;0.05），PU、SPCU、SCU處理的玉米穗行數、穗粒數之間無顯著性差異。各施氮肥處理下，玉米百粒重達31.3～33.4 g；PCU處理的玉米百粒重最大，為33.4 g，說明聚氨酯包膜尿素（PCU）對于玉米經濟產量的提高及其對產量構成要素的影響效果最佳。由表5可知，穗行數、穗粒數、百粒重與產量之間存在極顯著正相關關系，且以穗粒數與玉米產量間的相關性最強，達0.995。

2.3 不同控釋氮肥對玉米氮素吸收量及利用率的影響

由表6可知，PU處理的氮肥利用率為34.87%，同PU處理相比，PCU、SPCU、SCU處理的氮肥利用率分別提高7.97、2.26、0.68百分點，說明施用3種新型包膜氮肥均能提高玉米的氮肥利用率，且以施用聚氨酯包膜尿素（PCU）提高最多，顯著高于其他施肥處理。PU處理的氮肥農學效率為17.37 kg/kg，同PU處理相比，PCU、SPCU、SCU處理的氮肥農學效率分別提高19.98%、1.09%、-11.97%，PCU處理對于氮肥農學效率的提升效果最好。PU處理氮肥偏生產力為36.59 kg/kg；同PU處理相比，PCU處理對于氮肥偏生產力的提升達9.51%。在施氮肥量相同的條件下 氮肥農學效率、氮肥偏生產力與作物經濟產量呈正相關，因此各施肥處理間的氮肥農學效率、偏生產力同玉米產量呈現相同的變化趨勢，聚氨酯包膜尿素（PCU處理）對于氮肥利用率、農學效率、偏生產力的提升效果最佳。

2.4 不同控釋氮肥對玉米籽粒品質的影響

不同控釋氮肥對玉米籽粒品質的影響見表7。與CK處理相比，氮肥處理均能提高玉米籽粒中可溶性糖、還原性糖、淀粉、蛋白質、脂肪、水分含量，說明施用氮肥不僅能夠提高玉米產量，還能改善玉米品質。與PU處理相比，SPCU處理顯著提高玉米籽粒中的可溶性糖、還原性糖、淀粉、脂肪、水分含量（Plt;0.05）；PCU處理顯著提高了玉米籽粒中的可溶性糖、還原性糖、淀粉含量（Plt;0.05）；SCU處理提高了玉米籽粒中的可溶性糖、還原性糖、淀粉、脂肪、蛋白質、水分含量，但差異不顯著。3種包膜尿素處理對玉米籽粒品質的綜合影響存在差異，表現為SPCUgt;PCUgt;SCU。

2.5 不同控釋氮肥對玉米經濟效益的影響

由表8可知，玉米純經濟收益表現為PCUgt;SPCUgt;PUgt;SCUgt;CK。CK的玉米純經濟收益為 8 251.72元/hm2；與CK相比，氮肥處理的玉米純經濟收益增加81.58%～117.49%；與PU處理相比，PCU、SPCU、SCU處理的經濟收益分別增長14.06%、2.12%、-4.78%。PCU處理對玉米經濟效益的提升效果最佳，其次為SPCU處理；SCU處理的玉米經濟效益下降，主要原因在于硫包膜尿素處理導致玉米減產，同時硫包膜氮肥價格高于普通尿素。

3 討論

3.1 控釋氮肥一次性施用對夏玉米產量及產量構成的影響

前人關于控釋氮肥一次性施用對玉米的增產效應做了大量研究。江麗華等在河北、河南、山東等地、周麗平等在河北夏玉米上的研究表明，施用不同緩控釋肥均能提高玉米產量；同施用普通尿素相比，施用控釋氮肥能夠顯著增加玉米產量，增產幅度為6.3%～18.8%^［5，24］。侯云鵬等在吉林春玉米上的研究表明，施用不同緩/控釋氮肥均能夠增加玉米產量，其中以樹脂包膜尿素增產效果最佳^［25］。本研究中，施氮處理對玉米的增產效應與前人研究結果一致，但不同控釋氮肥一次性施用與普通尿素分施對玉米的增產效應與前人研究結果存在差異；表現為SCU一次性施用處理的玉米產量低于尿素分施處理。這一方面可能是由于玉米品種不同、試驗區域氣候條件、土壤基礎肥力狀況等綜合因素的影響造成的；另一方面可能是由于尿素分施處理在玉米生長大量需氮的大喇叭口期追施了氮素，一定程度上保證了氮素供應，硫磺的施用有效提升了土壤的酶活性^［26］，進而影響了土壤微生物活性，進一步導致SCU降解速率加快，控釋期變短，后期氮素供應不足，影響了玉米的產量。

產量構成要素之間的協調發展是實現作物高產的基礎。本研究中，與CK相比，各施氮處理均能增加玉米的穗長、穗行數、穗粒數、百粒重，減少玉米的禿尖長，進而顯著提高玉米產量，進一步說明氮肥的施用是提升玉米經濟產量的主要因素。本研究通過對玉米產量構成要素與產量的相關性分析，驗證了前人關于緩/控釋氮肥可顯著提高玉米穗粒數和百粒重^［11］的結論。本研究中，與尿素分施處理相比，不同緩控釋肥一次性施用對玉米穗粒數和百粒重的影響不同，穗粒數表現為PCUgt;SPCUgt;SCU，這主要是由于不同包膜控釋肥的養分釋放速率不同導致的。PCU處理的養分釋放速度慢，養分能夠持續供應玉米養分吸收，延緩植株衰老，促進籽粒灌漿，增加玉米穗粒數和百粒重。SPCU、SCU處理的養分釋放速度快，一定程度上影響了玉米生長后期的養分供應。

3.2 控釋氮肥一次性施用對夏玉米氮素吸收利用的影響

肥料利用率主要取決于作物的養分吸收能力和土壤、肥料提供養分的能力^［27］。本研究中，同PU處理相比，PCU、SPCU、SCU處理的氮肥利用率分別提高7.97、2.26、0.68百分點，且以PCU處理提高最多，氮肥利用率達42.84%，顯著高于我國玉米氮肥30%～35%的利用率水平^［28］，這與其控釋機制有關。聚氨酯包膜尿素是用有機高分子作為包膜材料，減少養分與土壤的相互接觸，降低周圍土壤的生物、化學、物理作用對養分的固定作用，通過有效控制養分的釋放，進而提高養分的利用效率。在施氮量相同的條件下，氮肥農學效率、氮肥偏生產力與作物經濟產量呈正相關。盧艷艷等研究表明，施用包膜控釋氮肥均能夠降低農田土壤氨揮發，增加作物經濟產量，提高氮肥的農學利用率和肥料偏生產力^［29-30］。本研究中，PCU、SPCU處理均能夠提高氮肥農學效率和偏生產力，與前人研究結果基本一致。

3.3 控釋氮肥一次性施用對夏玉米品質的影響

氮是植物體內氨基酸、蛋白質等含氮化合物的重要構成元素，也是植物體內多種酶的組成部分，可以促進作物秸稈中干物質轉運至籽粒，增加作物產量，改善作物品質^［31］。徐峰等的研究結果表明，與常規施肥處理相比，不同種類的緩/控釋肥料能夠增加玉米籽粒中維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白質的含量^［32］。安文博等研究表明，施用樹脂包膜肥料，能夠增加玉米籽粒中的可溶性糖、可溶性蛋白含量，改善玉米籽粒品質^［15］。本研究中，同PU處理相比，SPCU、PCU處理能夠顯著增加玉米籽粒中可溶性糖、還原性糖、淀粉含量，與前人的研究結果基本一致。本研究施用的3種不同緩控釋肥對玉米籽粒品質的改善效應存在差異，表現為SPCUgt;PCUgt;SCU，主要原因可能在于不同種類包膜肥料通過不同方式實現控釋，產生不同的氮素形態及其比例，進而影響玉米籽粒中可溶性糖、還原性糖、淀粉含量，但具體作用機制仍需進一步研究。

4 結論

氮肥的施用能夠顯著提高玉米經濟產量，增產率達79.52%～108.43%。在同等養分投入條件下，不同控釋氮肥對玉米的增產效果、氮肥利用率和經濟效益整體表現為PCUgt;SPCUgt;PUgt;SCU，其中PCU處理的玉米增產效果和經濟效益最佳。不同包膜控釋氮肥均能夠增加玉米籽粒中的可溶性糖、還原性糖、淀粉、蛋白質、脂肪含量，改善玉米品質。綜合考慮不同包膜控釋氮肥對玉米產量、品質、經濟效益及氮素利用率的影響，一次性施用聚氨酯包膜尿素表現出較好的應用效果，有利于魯西南地區棕壤夏玉米的高產和提質增效。

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