包膜尿素不同配比减施对土壤无机氮含量及玉米氮素吸收的影响

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冯小杰, 战秀梅^,, 王雪鑫, 陈坤, 彭靖, 韩晓日沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室,沈阳 110866

Effects of Soil Inorganic Nitrogen and Nitrogen Absorbing by Maize Under the Reduced Application of Coated Urea at Different Proportions

FENG XiaoJie, ZHAN XiuMei^,, WANG XueXin, CHEN Kun, PENG Jing, HAN XiaoRiCollege of Land and Environment, Shenyang Agricultural University/National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, Shenyang 110866

通讯作者: 战秀梅,E-mail： xiumeizhan@163.com

编委: 李云霞
收稿日期:2018-11-21接受日期:2019-01-14网络出版日期:2019-05-16

基金资助:

国家重点研发计划.2018YFD0300303

Received:2018-11-21Accepted:2019-01-14Online:2019-05-16
作者简介 About authors
冯小杰,E-mail： fengxiaojie920218@163.com。

摘要
【目的】研究包膜尿素与普通尿素不同配施比例对氮素释放及玉米氮素吸收的影响,旨在筛选有利于东北春玉米高产及氮素高效利用的包膜肥料与普通尿素比例,为控释氮肥在东北地区春玉米生产上的推广应用提供科学依据。【方法】2017年在辽宁省沈阳市和海城市两地以当地主栽品种东单6531和铁研358开展田间试验。供试肥料：树脂包膜尿素和普通尿素。两个试验区均设置了不施氮处理（CK0）、普通尿素常规施氮量（CK）和减氮对照处理（CK1）、树脂包膜尿素较CK减氮处理（T0）;沈阳试验区还设置了3个树脂包膜尿素与普通尿素不同配比及减氮处理（T1、T2、T3）,海城试验区设置了两个处理（T1、T2）。T1、T2、T3处理包膜尿素和普通尿素的配施比例分别为8:2、6:4、4:6;沈阳试验区常规氮肥用量为244 kg·hm ^-2,减氮处理施氮量为220 kg·hm ^-2;海城试验区常规氮肥用量为217 kg·hm ^-2,减氮处理施氮量为195 kg·hm ^-2。玉米生长季内各生育时期分别采集土壤和植株样品,测定土壤无机氮含量和植株不同部位养分含量,每个小区单独采收记录产量。【结果】包膜尿素与普通尿素配施能显著提高玉米产量（P<0.05）,且随着配施比例的增加,产量呈先增加后降低趋势,其中T2处理的玉米产量最高（10 250 kg·hm ^-2）,CK1产量最低（9 307 kg·hm ^-2）。在等氮素条件下,玉米产量表现为T2>T3>T1>T0>CK1,籽粒产量较CK1处理增产幅度为3.89%—25.76%。在减氮10%条件下,T2处理产量与CK处理相比差异不显著。包膜尿素与普通尿素配施能显著提高玉米生育前期土壤中无机氮含量,树脂包膜尿素可以为玉米中后期生长提供氮源,且在等氮条件下,随着包膜肥料与普通尿素配比增加,氮素表观利用率和氮肥农学效益均呈先升高后降低趋势,其中均以T2处理最高,CK1处理最低,两地结果一致。【结论】包膜尿素与普通尿素配施处理的春玉米产量、氮肥利用率和氮肥农学效益均优于普通尿素处理,其中以T2处理包膜尿素与普通尿素配比为6:4,效果最好;根据两种肥料不同时期的释放特点,通过拟合曲线,在辽中南地区,当62%包膜尿素搭配38%普通尿素条件下,产量、氮素表观利用率和经济效益最高且最合理,可以充分发挥普通尿素和包膜肥料优势,可有效增加春玉米中后期土壤无机氮供应能力,获得显著的增产效果,提高经济效益。
关键词： 树脂包膜尿素;土壤无机氮;氮肥利用效率;春玉米;产量;减氮

Abstract

【Objective】 By studying the effects of nitrogen releasing and nitrogen absorbing by maize under the application of different ratios with coated urea and ordinary urea, this paper aimed to screen the optimal ratio, which was beneficial to the outputs of spring maize in the northeast China and nitrogen utilization efficiency, and to provide the basis for the generalizing of controlled release nitrogen fertilizer on maize.【Method】Field experiments were set in Shenyang and Haicheng of Liaoning province in 2017, and crop strains were Dongdan6531 and Tieyan358, respectively. The experiment fertilizers were ordinary and coated urea. The treatments in both set points included blank control (CK0), ordinary urea nitrogen control (CK) and decreased urea N control treatments (CK1), decreased coated urea N control (T0)compared with (CK)treatments; three different ratios urea between ordinary and coated were arranged in Shenyang (T1, T2 and T3) and two in Haicheng (T1 and T2). The ratios of T1, T2 and T3 were 8:2, 6:4 and 4:6, respectively; the ordinary urea control rate was 244 kg·hm ^-2 and decreased coated urea N control was 220 kg·hm ^-2 in Shenyang and that were 217 kg·hm ^-2 and 195 kg·hm ^-2 in Haicheng, respectively. Soil and plant samples were collected according to the maize growing season, respectively. Determination of the content of soil inorganic nitrogen and different plant parts nutrient, and the biological yield of different treatments were also measured.【Result】The treatments of coated urea plus the ordinary increased the maize yield significantly (P<0.05), and with the ratio increasing, the yield first rise and then drop. The yield of T2 was the highest (10 250 kg·hm ^-2), and CK1 was the lowest (9 307 kg·hm ^-2). The yields of equal N inputting treatments were in the order as T2>T3>T1>T0>CK1, and the grain yield increased 3.89%-25.76% compare to CK1, but there was no significant difference between T2 and CK. The soil inorganic N content was increased at the early maize growth stage applying with either type urea, and the soil N content was rich at the late maize growth stage applying with coated urea. Under the same N input treatments, the N use efficiency (NUE) and agronomic efficiency of N fertilizer (AEN) applied first rise and then drop with the ratio increasing, and T2 was the highest, CK1 was the lowest, the results in different place was the same.【Conclusion】Coated urea plus ordinary urea performed better than other treatments on yield, AEN and NUE, and T2 (i.e. 6:4 of the coated and ordinary urea) was the best. According to the characteristics of coated urea and ordinary urea, we fitted a curve for those results, and made it to know that 62% coated urea plus 38% ordinary urea input could get the best NUE and maize yield in South Central Liaoning, which could increase soil N content at the late of crop growth stage by using coated urea and ordinary urea to their advantages fully, gaining yield and economic benefits.

Keywords：resin coated urea (RCU);inorganic nitrogen;NUE;spring maize;yield;decreased-nitrogen

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本文引用格式
冯小杰, 战秀梅, 王雪鑫, 陈坤, 彭靖, 韩晓日. 包膜尿素不同配比减施对土壤无机氮含量及玉米氮素吸收的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(10): 1733-1745 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.007
FENG XiaoJie, ZHAN XiuMei, WANG XueXin, CHEN Kun, PENG Jing, HAN XiaoRi. Effects of Soil Inorganic Nitrogen and Nitrogen Absorbing by Maize Under the Reduced Application of Coated Urea at Different Proportions[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(10): 1733-1745 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.007

0 引言

【研究意义】春玉米生物累积量大,对氮肥敏感且需求数量和强度都非常高,合理的氮肥运筹是提高玉米产量的重要途径。研究表明,一次性施用大量普通速效氮肥,一般会造成苗期烧苗^[1]、后期脱氮早衰和氮肥利用率下降等问题^[2],而分次施肥又大大增加了劳动力投入^[3],包膜肥料的研发为解决这些问题提供了新的思路。包膜肥料主要是在肥料颗粒表层包被上控制养分释放的包膜材料,调节养分释放的肥料,使控释时间,即转化为植物有效利用养分的释放速率与作物吸收规律相同步^[4]。主要种类有物理型和物理化学型,其中最为常见的是树脂包膜肥料和硫包膜尿素等^[5]。但是由于包膜肥料的市场价格一般比普通肥料高2.5—8倍^[6],导致其难以大面积推广应用,控释肥的用量仅占化肥用量的0.15%,主要用于经济价值较高的水果、蔬菜、花卉和草坪等植物^[7];另外包膜肥料养分释放受土壤温度和水分等环境因素影响较大,种、肥同播方式易造成缓释肥前期养分释放不足,影响玉米苗期生长,后期养分过多,造成玉米贪青晚熟^[8]。因此研究包膜肥料与普通尿素配施既有利于降低肥料成本,又可调控苗期养分供应,对丰富玉米施肥技术有重要意义。【前人研究进展】佟玉欣等^[9]和韩蔚娟等^[1]对东北地区春玉米产量和氮素需求之间关系的研究表明,追施氮肥能增加玉米籽粒中氮浓度并提高玉米产量;基施不同新型肥料能满足玉米整个生长季的需肥,且能达到增产和提高肥料利用率以及减少人工投入的效果,而增收不显著。为了降低成本,增加农民收益以及便于在大田作物上大面积推广应用,司贤宗等^[10]和黄巧义等^[11]在夏玉米上就包膜肥料与普通尿素配施以及合适比例的应用进行了可行性研究。FUJISAWA等^[12]、张玉玲等^[13]和衣文平等^[14]探究了环境因素对控释氮肥释放速率的影响,结果表明控释肥释放期长短会随温度升高而减少,土壤温度在10—25℃内,每升高5℃,释放速率常数一般提高1倍;土壤水分含量越少,控释肥养分溶出速率常数越小,当土壤含水量高于田间持水量的40%,控释肥料的养分释放速率和释放期才不受土壤水分状况的影响。【本研究切入点】诸多研究表明,包膜肥料与普通尿素配施在夏玉米上表现出良好的增产效果,而针对东北地区春玉米前期土壤温度低和生长周期长的特点,就包膜肥料与普通尿素配施比例的应用研究鲜有报道。为此,笔者在辽中南地区开展了包膜肥料与普通尿素配施在春玉米应用上的研究,并探究了不同比例施用的效果。【拟解决的关键问题】本研究通过在辽中南地区开展大田试验,探究包膜肥料与普通尿素不同配施比例及减氮施用对氮素释放与玉米氮素吸收的影响,旨在筛选有利于春玉米高产及氮素高效利用的包膜肥料与普通尿素比例,为控释氮肥在辽中南地区春玉米生产上的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

春玉米田间小区试验于2017年5—9月在沈阳农业大学北山科研基地（沈阳试验区）（40°48′N,123°33′E）和沈阳农业大学海城教学实习基地（海城试验区）（40°48′N,122°37′E）进行。沈阳农业大学北山科研基地处于松辽平原,年平均降雨量574—684 mm,年平均气温7.0—8.1℃,无霜期为148—180 d;沈阳农业大学海城教学实习基地位于辽宁南部,辽东半岛北端,属暖温带大陆性季风气候区,年平均气温10℃以上,年积温在3 000—3 100℃,无霜期170 d左右,年降雨量在600—800 mm。土壤类型均为棕壤,供试肥料为普通尿素（含N46%）、过磷酸钙（含P₂O₅ 14%）、硫酸钾（含K₂O 50%）、热固性树脂包膜尿素（包膜尿素释放期为90 d,含N44%）。根据辽宁省21站近30年月平均降雨量和温度的变化曲线,趋势分别为降雨量从6月份开始增加,7月份陡升,达到峰值,8月稍有回落,9月急剧减少^[15];温度从5月份开始增加,6、7月份陡升,7月达到峰值,8月稍有回落,9月急剧减少^[16]。供试土壤理化性状及试验期间温度、降雨情况见表1和图1。

Table 1
表1
表1供试土壤基本理化性状（0—20 cm）
Table 1Soil properties of the experimental sites

试验地点 Experimental sites	pH	有机质 Organic Matter（g·kg^-1）	无机氮 Inorganic N （mg·kg^-1）	全氮 Total N （g·kg^-1）	解碱氮 Available N （mg·kg^-1）	速效磷 Available P （mg·kg^-1）	速效钾 Available K （mg·kg^-1）
沈阳 Shenyang	5.14	14.61	8.53	0.83	91.40	7.60	89.80
海城 Haicheng	5.14	22.30	18.25	0.86	129.60	27.42	122.76

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图1

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图12017年5-9月试验地点月平均温度和总降雨量情况

Fig. 1Monthly mean temperatures and total precipitation at the experimental site from April to September in 2017

1.2 试验设计

1.2.1 春玉米田间小区试验于2017年在沈阳和海城两地布置了春玉米田间小区试验。两个试验区均设置了不施氮处理（CK0）、普通尿素常规施氮量（CK）和减氮对照处理（CK1）、树脂包膜尿素较CK减氮处理（T0）;沈阳试验区还设置了3个较CK减氮的树脂包膜尿素与普通尿素不同配比处理（T1、T2、T3）;T1、T2、T3处理的包膜尿素与普通尿素氮素配施比例分别为8:2、6:4、4:6。海城试验区设置了两个处理（T1、T2）。两个试验区常规施氮量是根据辽宁省测土配方施肥项目推荐施肥量确定,减氮处理氮肥用量是在常规氮肥用量基础上减氮10%;因此沈阳试验区常规氮肥用量为244 kg·hm^-2,减氮处理施氮量为 220 kg·hm^-2,施磷量（P₂O₅）97.5 kg·hm^-2,施钾量（K₂O）101.5 kg·hm^-2,各处理磷、钾肥用量相同;海城试验区常规氮肥用量为217 kg·hm^-2,减氮处理施氮量为195 kg·hm^-2,施磷量（P₂O₅）75 kg·hm^-2,施钾量（K₂O）90 kg·hm^-2,各处理磷、钾肥用量相同。沈阳试验区于5月8日播种,9月26日收获,供试玉米品种为东单6531;海城试验区于5月11日播种,9月24日收获,供试玉米品种为铁研358。所有肥料均作基肥在播种前一次性以垄施方式施到种子行侧下方8—10 cm土层。小区面积30 m²。各处理均3次重复,随机区组排列。田间管理方法同当地。

1.2.2 树脂包膜肥料养分释放动态试验选择孔径100目的尼龙网料,将其缝制成长10 cm,宽8 cm的网袋。将包膜尿素过2 mm孔径的网筛,称取过筛后的根据244 kg·hm^-2和66 000株/hm²,计算得到包膜尿素8.03 g,装入已制制作好的网袋中,用缝纫机封口,每袋拴上具有防水编号的塑料标签2副。网袋制作好后,在种植前对试验地进行翻土、整地。然后在将要播种的种子行正下方挖一条深15 cm,宽10 cm的沟,自然整平沟底,将肥料网袋按顺序平铺在沟底,使实际释放率尽可能与真实释放率相一致。根据玉米品种种植密度确定袋与袋的间隔,并使网袋中的肥料颗粒均匀散开,覆土约5 cm,播种,继续覆土至沟平。包膜肥料田间试验取样：砍掉肥料网袋上面的玉米植株,用小铲小心的将网袋挖出,按照相同方法从不同的3行分别挖取1袋肥料。取样时间分别为播种后1、3、7、14、21、38、63、103、137 d。

1.3 测定项目与方法

分别在施肥前、施肥后7 d、玉米苗期（20 d）、拔节期（40 d）、大喇叭口期（55 d）、抽雄期（68 d）、乳熟期（100 d）、成熟期（130 d）,采集0—20、20—40、40—60、60—80和80—100 cm土层的土样,测定土壤无机氮含量及含水量。

分别于拔节期、大喇叭口期、抽雄期、乳熟期、成熟期,取5株长势均匀一致的植株,按器官分离,在105℃杀青30 min后,80℃烘至恒重,测定玉米氮素吸收量。

土壤无机氮（土壤鲜样）用0.01 mol·L^-1 CaCl₂浸提,采用连续流动分析仪（AA3,SEAL Analytical,德国）测定。玉米全氮含量用浓H₂SO₄+H₂O₂消煮,用凯氏定氮法测定。包膜肥料氮肥释放速率用差重法进行测定^[17]。

氮素相关参数计算：

植株氮素积累量（nitrogen accumulation amount,NAA,kg·hm^-2）=单株干重×植株含氮量;

氮肥农学效率（agronomic efficiency of applied nitrogen,AEN,kg·kg^-1）=（施氮小区籽粒产量 -不施氮小区籽粒产量）/施氮量;

氮素表观利用率（recovery efficiency of applied nitrogen,REN,%）=（施氮区植株地上部吸氮量-不施氮区植株地上部吸氮量）/施氮量×100;

植株氮素的增加速率（%）=（（某个生育期的氮素含量-上个生育期的氮素含量）/上个生育期的氮素含量）/天数。

1.4 产量测定

玉米成熟期每处理小区测产15 m²,调查株数、双穗率和空秆率,籽粒按含水率14%折算产量。

1.5 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010 整理数据、SigmaPlot 10.0作图和SPSS 19.0对数据进行单因素方差分析,两地间土壤无机氮和玉米氮素积累试验数据趋势相近,用沈阳试验区数据呈现,采用Duncan法进行显著性检验,显著水平为P<0.05。

2 结果

2.1 土壤中树脂包膜肥料的累积释放率和阶段释放率变化

由图2可以看出,供试树脂包膜尿素养分释放特征可以用拟合曲线描述,氮素释放期为140 d,可划分为3个阶段,即缓慢释放阶段、快速释放阶段、降速释放阶段,其中0—13 d养分阶段释放率为15.27%,为缓慢释放阶段,20—65 d,养分阶段释放率为42.54%,为快速释放阶段,80—120 d养分阶段释放率为12.05%,为降速释放阶段。表明树脂包膜尿素前期和后期养分释放速率较慢,中期养分释放较快。

图2

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图2树脂包膜尿素氮素累积释放速率和阶段释放速率

Fig. 2Nitrogen release rate and stage release rate of RCU

2.2 土壤中无机氮的时空变化

无机氮在土壤中含量的高低能在一定程度上反映近期土壤的供氮能力。由图3可见,在0—20 cm土层,不同处理（除100%RCU处理,即T0处理外）的土壤无机氮含量均显著高于播种前处理,而T1、T2、T3处理与CK1处理相比土壤无机氮含量差异不显著。

图3

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图3施肥后一周0—20 cm土层中无机氮的变化

Fig. 3Changes of inorganic nitrogen in 0-20 cm soil layer during a week of fertilizer application

表明普通尿素在施肥后短时间内能提高土壤无机氮含量;而包膜尿素由于在播种后土壤温度低,氮素释放慢,因此T0处理与BS处理相比土壤无机氮含量无明显变化。由图4可知,苗期0—20 cm不同施肥处理土壤无机氮含量表现为T1>CK>T2>T3>CK1>T0,表明单独施用包膜肥料在玉米生育前期,土壤中可利用无机氮水平较低。随着玉米的吸收、利用及转化,0—20 cm土层土壤无机氮浓度各施氮处理均呈先增长后下降的趋势,拔节期为峰值时期;20—40 cm土层一般呈先下降后增长的趋势,乳熟期为峰值时期,分析原因为在这个时期之前有一次明显降雨过程,导致土壤剖面无机氮随土壤水分向下层移动淋失;60—100 cm土层各处理土壤无机氮含量无明显变化;成熟期0—40 cm土层土壤无机氮残留量表现为包膜肥料各处理一般高于普通尿素处理。表明与普通尿素相比,各时期土壤无机氮含量表层一般以包膜肥料与普通尿素配施处理较高,而其余土层一般以普通尿素较高;在抽雄期之前,特别是拔节期和大喇叭口期处理间差异较大,包膜肥料与普通尿素配施处理较普通尿素处理降低不明显,可见包膜肥的养分释放对玉米的确具有较好的控释性;包膜肥料与普通尿素配施处理上、中土层无机氮含量一般高于下土层,而普通尿素处理一般以中下土层较高。可见,包膜肥对玉米土壤无机氮向下运移的控制较好,这对减少氮素的潜在淋洗损失是有利的,但是在玉米成熟期,包膜肥料与普通尿素配施处理中上层无机氮含量明显大于普通尿素处理。

图4

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图4玉米各生育时期0—100 cm土层中无机氮的变化

Fig. 4Changes of inorganic nitrogen in 0-100 cm soil layer at different growth stages of maize

2.3 春玉米氮素阶段累积量及阶段吸收速率特点

由表2可知,从玉米整个生育时期对氮素阶段累积量来看,拔节期—大喇叭口期、抽雄期—乳熟期是春玉米对氮素吸收积累量较大的两个阶段,分别占总量的22%—32%和20%—29%。由图5可见,各处理的植株氮素增加速率变化较为一致,从玉米整个生育期对养分的吸收速率变化看,拔节期-大喇叭口期氮的吸收速率最大,其次是抽雄期-乳熟期。表明,春玉米拔节期至大喇叭口期是营养生长的氮素吸收关键期,抽雄吐丝期至乳熟期是生殖生长的氮素吸收关键期,这两个时期氮素吸收速率大,积累量高,生产实践中应着重考虑对该时期氮素养分的供应。由表2中抽雄吐丝期-乳熟期玉米氮素吸收量可知,包膜肥料各处理与CK和CK1相比玉米氮素吸收量差异显著,增加吸氮量幅度为0.39—0.629 g/株,表明包膜肥料可以为玉米后期氮素养分吸收提供氮源。

图5

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图5春玉米植株氮素阶段吸收速率

Fig. 5Plant N uptake rate of spring maize during different growth stages

Table 2
表2
表2春玉米植株氮素阶段累积量
Table 2Accumulation rate of spring maize plant N to different growth stage

吸收特点 Absorption characteristics	处理 Treatment	苗期—拔节期 SD-SS	拔节期—大喇叭口期 SS-BS	大喇叭口期—抽雄期 BS-HS	抽雄期—乳熟期 HS-FS	乳熟期—成熟期 FS-MS	合计 Total
阶段吸收量 N accumulation （g/plant）	CK0	0.74±0.05a	1.21±0.08ab	0.40±0.17b	0.22±0.10a	0.37±0.11b	2.94b
	CK	0.77±0.04a	1.29±0.12a	0.37±0.16a	0.64±0.05b	0.59±0.11ab	3.92a
	CK1	0.84±0.03a	1.07±0.11abc	0.61±0.16a	0.52±0.06b	0.87±0.19a	3.90a
	T0	0.83±0.03a	1.06±0.06abc	0.44±0.03a	0.91±0.13a	0.67±0.10a	3.90a
	T1	0.76±0.04a	0.91±0.10c	0.59±0.05a	1.14±0.26a	0.55±0.21ab	3.95a
	T2	0.74±0.02a	0.98±0.05bc	0.58±0.13a	1.03±0.15a	0.80±0.26ab	4.13a
	T3	0.77±0.02a	1.07±0.03abc	0.28±0.05a	1.15±0.10a	0.68±0.12a	3.94a
占总量比例 N percentage (%)	CK0	25.1	41.6	13.4	7.5	12.5	100
占总量比例 N percentage (%)	CK	19.4	32.5	9.5	16.4	14.9	100
	CK1	21.8	27.5	15.9	13.3	22.2	100
	T0	20.8	26.7	11.1	23.3	17.2	100
	T1	18.8	22.6	14.7	28.9	13.9	100
	T2	18.4	24.2	14.3	25.0	19.3	100
	T3	19.3	26.7	6.9	29.1	17.2	100

SD: Seeding stage; SS: Shooting stage; BS: Bell-mouthed stage; HS: Heading stage; FS: Filling stage; MS: Maturity stage. The same as Fig.5
SD：苗期;SS：拔节期;BS：大喇叭口期;HS：抽雄期;FS：乳熟期;MS：成熟期。图5同

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2.4 包膜尿素减氮配施对产量、氮素利用效率和经济效益的影响

由表3、4可知,供试玉米产量两地均表现为T2>CK>T3>T1>T0>CK1>CK0,施氮肥处理与CK0不施氮肥处理相比玉米产量差异显著,表明施用氮肥对春玉米效果显著;施氮肥量相同处理间,包膜肥料T0、T1、T2和T3处理与等氮量普通尿素处理产量差异显著,在沈阳试验区分别增产为3.89%、6.5%、10.12%和8.19%,在海城试验区分别增产7.58%、14.39%和25.76%,表明施用包膜肥料可以显著提高春玉米产量;T1、T2和T3处理与CK处理,产量间差异不显著,表明包膜肥料与普通尿素搭配较CK处理减氮10%施用可以在不减产的基础上,减少肥料投入,降低生产成本;T1、T2和T3处理比T0处理增产、增收幅度分别为243—581 kg和529—1 198 元/hm2（沈阳试验区）;675—1 800 kg和1 266—3 216 元/hm2（海城试验区）;表明包膜尿素与普通尿素配合施用可以实现肥料间肥效的缓急相济,优势互补,达到提高产量的目的。其中T2处理作为氮源施用效果最好。表3还表明,包膜肥料各处理的氮肥利用率和氮肥农学效益均显著高于等氮量普通尿素（CK1）处理,随着包膜肥料与普通尿素配比增加,氮素表观利用率、氮肥农学效益均呈先升高后降低趋势,当60%包膜尿素搭配40%普通尿素施用时,氮素表观利用率、氮肥农学效益最高,分别为37.4%和9.5 kg·kg^-1（沈阳试验区）,36.3%和26.4 kg·kg^-1（海城试验区）,其次是T3处理,CK、CK1处理最低,表明包膜尿素搭配普通尿素施用可以提高氮素表观利用率和氮肥农学效率。

Table 3
表3
表3不同氮肥处理对春玉米产量和氮素利用效率的影响
Table 3Effect of different fertilizer treatments on yield and N fertilizer use efficiency of spring maize

试验地点 Experimental sites	处理 Treatment	产量 Yield （kg·hm^-2）	增产率 Increased rate (%)		氮素表观利用率 REN (%)	氮肥农学效率 NAE (kg·kg^-1)
试验地点 Experimental sites	处理 Treatment	产量 Yield （kg·hm^-2）	比CK增产 Compared to CK	比CK1增产 Compared to CK1	氮素表观利用率 REN (%)	氮肥农学效率 NAE (kg·kg^-1)
沈阳	CK0	6855d	---	---	---	---
Shenyang	CK	10042ab	---	7.9	31.6e	7.7 abc
	CK1	9307c	-7.32	---	31.2f	5.2 d
	T0	9669abc	-3.72	3.89	32.5d	6.9 bcd
	T1	9912ab	-1.29	6.5	35.8b	7.7 abc
	T2	10250a	2.06	10.12	37.4a	9.5 a
	T3	10068ab	0.27	8.19	33.6c	8.7 ab
海城	CK0	7300e	---	---	---	---
Haicheng	CK	11850d	---	19.70	29.1e	21.0b
	CK1	9900d	-16.46	---	30.3d	13.3d
	T0	10650c	-10.13	7.58	31.4c	17.2c
	T1	11325b	-4.43	14.39	34.5b	20.6b
	T2	12450a	5.06	25.76	36.3a	26.4a

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Table 4
表4
表4经济效益
Table 4Economic benefits

试验地点 Experimental site	处理 Treatment	产量 Yield （kg·hm^-2）	产值 Output value (yuan)	肥料 Fertilizer input (yuan)	人工 Manual input (yuan)	总成本 Total cost (yuan)	净收入 Net income (yuan)
沈阳	CK0	6855	10439	1371	2250	3620	6819
Shenyang	CK	10042	15264	2432	2850	4681	10583
	CK1	9307	14146	2327	2250	4577	9569
	T0	9669	14696	3120	2250	5370	9326
	T1	9912	15066	2961	2250	5211	9855
	T2	10250	15577	2803	2250	5053	10524
	T3	10068	15305	2644	2250	4894	10411
海城	CK0	7300	11096	1031	2250	3281	7815
Haicheng	CK	11850	18012	1974	2250	4224	13788
	CK1	9900	15048	1879	2250	4129	10919
	T0	10650	16188	2656	2250	4906	11282
	T1	11325	17214	2416	2250	4666	12548
	T2	12450	18924	2176	2250	4426	14498

尿素 Urea 2.00 yuan/kg,树脂包膜尿素 Resin coated urea 3.5 yuan/kg,磷肥 Phosphate fertilizer 1.0 yuan/kg,钾肥 Potassium fertilizer 3.75 yuan/kg,人工费 Manual input 100 yuan per person per day,玉米（14%标准水）Maize 1.52 yuan/kg;（价位依据当年市场价Price is based on current market price）

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2.5 包膜尿素与普通尿素最佳配比

由图6可知,根据两种肥料不同时期的释放特点,通过拟合曲线,在辽中南地区,当62%包膜尿素（RCU）搭配38%普通尿素（U）条件下,产量、氮肥利用率达到最高且最合理,分别为10 106 kg·hm^-2和氮肥利用率为35.5%;当61.5%RCU搭配38.5%U条件下,经济效益达到最高且便于推广应用,为10 585 元/hm2。综上所述,在包膜尿素与普通尿素配施比例为62%:38%条件下,可以充分发挥普通尿素和包膜肥料优势,可有效增加春玉米中后期土壤无机氮供应能力,进而提高氮肥利用率,获得显著的增产效果,增加经济效益。

图6

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图6包膜尿素与普通尿素配比在经济效益、氮肥利用率和玉米产量上的拟合曲线

Fig. 6Fitting curves of different ratios with resin coated urea on economic benefit, nitrogen fertilizer utilization rate and maize yield

3 讨论

3.1 包膜尿素不同配比减施对土壤中速效氮供应和氮肥利用效率的影响

土壤中无机氮含量能够表征土壤中可利用氮水平的高低^[18],是土壤肥力的重要指标和作物生长的重要氮源^[19],玉米在整个生育期内生长速度快且生物量大,物质形成和累积速率高,对氮素养分吸收强度大^[20]。陈剑秋等^[17]研究表明供试树脂包膜尿素养分释放特征类似幂乘函数曲线,曲线近似“S”状。本研究与之相吻合。王端等^[21]研究表明包膜肥料在玉米整个生育时期,能不断的给玉米提供充足的氮素养分,使土壤无机氮含量始终维持在较高水平;但佟玉欣等^[9]研究结果表明控释肥养分释放较慢,基施控释肥易造成玉米前期短时脱肥。本研究表明在施肥后第一周,T0处理土壤无机氮含量与施肥前相比无明显变化;苗期T0处理同添加普通尿素处理相比,土壤无机氮含量最低;根据2017年5月气象数据显示试验区气温为18℃,土壤温度为12℃,月总降雨量为33.2 mm,基本与辽宁地区近30年5月份气象数据相吻合^[15,16]。FUJISAWA 等^[12]和张玉玲等^[13]研究结果表明控释肥的释放速率,在土壤10—25℃内,每升高5℃,释放速率常数一般提高1倍,说明在辽中南地区包膜尿素前期释放受到土壤温度和降雨量的影响。而张敬昇等^[24]研究表明控释尿素和普通尿素配合施用既能弥补控释尿素前期释放速率过慢的不足,又能通过控释氮肥延长在玉米营养生长和生殖生长两个关键时期的氮素供应。本研究结果与之相似,在施肥后第一周和苗期,T1、T2和T3处理与施肥前相比土壤无机氮含量有显著增加。随着玉米的吸收、利用及转化,土壤无机氮浓度（0—20 cm）各施氮处理随生育期推进均呈先增长后下降的趋势,拔节期为峰值时期;20—40 cm一般呈先下降后增长的趋势,乳熟期为峰值时期;玉米的氮素吸收累积量从拔节期开始大幅提高,并在抽雄期至乳熟期达到高峰^[22],拔节初期和抽雄期是氮营养关键时期,吸收速率大,养分积累量高^[23],本研究结果与之相似。说明本试验两种肥料不同时期的释放衔接与玉米对氮素的需求基本吻合。ZHENG等^[25]研究表明在成熟期0—40 cm土层各控释肥处理土壤无机氮含量高于常规尿素处理,与施用普通尿素处理相比,能显著减少土壤无机氮向深层淋洗损失;控释肥对玉米土壤无机氮向下运移的控制较好,这对减少氮素的潜在淋洗损失是有利的,但是在玉米成熟期,控释肥处理中上层土壤无机氮含量明显的大于普通化肥处理,玉米后期氮素过量供应容易造成玉米贪青晚熟^[26]。本研究结果与之相吻合。说明本试验两种肥料不同时期的释放衔接与玉米对氮素的需求还没有完全吻合,需进一步研究改进氮素控制释放的时期和释放量,仍是值得深入研究的一个问题。

由于土壤会固定一部分肥料养分,因此当季肥料表观利用率并不能很好地反映肥料真实利用效率^[27]。当前能反映作物对氮肥的吸收、利用效果的有效指标有氮肥农学效率、氮肥利用率^[28]。王寅等^[29]研究表明控释尿素与普通尿素配比施用可提高氮肥利用率。施用控释尿素可以显著提高水稻、玉米、小麦等作物的氮肥利用率和氮肥农学效率^[30,31]。本研究结果也表明,控释尿素与普通尿素配施处理的氮肥农学效率和氮肥吸收利用率均显著高于普通尿素处理,且随着控释尿素与普通尿素配比增加,氮肥利用率、氮肥农学效益均呈先升高后降低趋势。当RCU和U比例为6:4施用时,氮肥利用率、氮肥农学效益最高,分别为37.4%和9.5 kg·kg^-1（沈阳试验区）,36.3%和26.4 kg·kg^-1（海城试验区）。

3.2 包膜尿素减氮配施对玉米产量和经济效益的影响

2014年全国农业工作会议明确提出了“化肥减施增效”任务指标,试图通过降低化肥用量,提高肥料利用效率,从而促进农业可持续发展。研究表明,采用控释肥作为氮素缓释肥料,在小麦、水稻、春玉米、土豆、棉花等作物上,均能在稳产,甚至增产情况下实现化肥减量施肥^[20,32];在等氮条件下控释尿素和普通尿素配合施用处理能增加产量及提高产量构成因子^[24]。本研究结果表明,在等氮条件下,包膜尿素与普通尿素配合施用处理的产量显著高于普通尿素处理,且随着控释肥与普通尿素比例增加均呈先升高后降低趋势^[30]。然而,随着控释肥与普通尿素施用比例增加,施肥成本必然随着提高,影响经济效益。控释尿素和普通尿素配合施用各处理比等氮量普通尿素处理增产、增收幅度分别为3.89%—10.12%和243—955 元/hm2（沈阳试验区）;7.58%—25.76%和363—3 579 元/hm2（海城试验区）;在减氮10%条件下,控释尿素和普通尿素配合施用与（100%U）CK处理相比玉米产量差异不显著,优势是可以在不减产的基础上,减少肥料投入,降低生产成本,便于在大田作物上大面积推广应用,其中T2处理表现最好;郭萍等^[33]研究表明控释尿素和普通尿素配合施用,通过两种肥料不同时期的释放衔接来提高玉米产量。本研究表明T1、T2和T3处理比T0处理增产、增收幅度分别为243—581 kg和529—1 198 元/hm2（沈阳试验区）;675—1 800 kg和1266—3 216 元/hm2（海城试验区）;其中所有处理中均已T2处理RCU搭配U比例为6:4施用时,产量和经济效益最高,分别为10 250 kg·hm^-2和10 524 元/hm2（沈阳试验区）;12 450 kg·hm^-2和14 498 元/hm2（海城试验区）。通过拟合曲线,在辽中南地区,当62%RCU搭配38%U条件下,产量和经济效益最高为10 106 kg·hm^-2和10 585 元/hm2。

3.3 树脂包膜尿素与普通尿素配施比例

李伟等^[30]研究了释放期为60 d包膜尿素与普通尿素配施,结果表明随着控释比例的增加,夏玉米产量呈现先升高后降低的趋势,当掺混比例为50%时,增产效果最好。衣文平等^[14]研究了释放期为30、60和90 d包膜尿素与普通尿素配施,结果表明释放期为60 d包膜尿素与普通尿素配施,当掺混比例为30%时,夏玉米产量、氮素积累总量、氮素表观利用率和经济效益最高。郭萍^[33]等研究了释放期为60—90 d包膜尿素与普通尿素配施,结果表明随着控释肥比例的增加,夏玉米产量呈现先升高后降低的趋势,当掺混比例为50%—75%时,既能增加夏玉米产量,又可实现氮素的高效利用。而辽中南地区春玉米全生育期日数,变化范围为126—181 d^[34]。黄淮海夏玉米区全生育期日数,变化范围为95—115 d^[35]。因此,本研究结果表明随着控释肥比例的增加,春玉米产量、氮素表观利用率和经济效益均呈现先升高后降低的趋势,当掺混比例为62%时,春玉米产量、氮素表观利用率和经济效益最高,分别为10 106 kg·hm^-2、35.5%和10 585 元/hm2。说明与黄淮海区相比辽中南地区可适当提高包膜尿素与普通尿素掺混比例,通过两种肥料不同时期的释放衔接,可以满足春玉米全生育期对氮素的需求,获得显著的增产效果,提高经济效益。

4 结论

包膜尿素与普通尿素配合施用,通过两种肥料不同时期的释放衔接,可以实现肥料间肥效的缓急相济,优势互补,达到平衡供肥的目的,包膜尿素不同配比籽粒产量较普通尿素处理增产幅度3.89%—25.76%。肥料间肥效的有效接力对产量建成作用均衡,显著促进土壤前期供氮能力和玉米抽雄吐丝后期氮素积累,使氮素利用率和农学效率分别提高2.4%—6.2%和2.5%—7.3%。通过拟合曲线,当62%包膜尿素搭配38%普通尿素条件下,产量、氮素表观利用率和经济效益最高且最合理,可以充分发挥普通尿素和缓释肥优势,简化生产过程,促进氮肥高效生产利用,是克服树脂包膜类控释肥成本较高的一种较经济实用的新型施肥方法。在本试验条件下,包膜尿素与普通尿素配合施用的最佳比例为6:4。

（责任编辑李云霞）

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通过大田对比试验研究了释放期为30 d、60 d、90 d的包膜控释尿素（分别用PCU30、PCU60、PCU90表示）与普通尿素（U）配合一次性基施对夏玉米产量、氮肥利用率、氮素积累量及经济效益的影响。结果表明: 在施氮量相等、包膜控释氮素占总施氮量30%的条件下，不同释放期的包膜控释尿素（PCU30、PCU60、PCU90）与普通尿素配合一次基施比习惯施肥显著增加夏玉米产量和氮素积累总量，提高氮肥利用率和经济效益，其中PCU60与普通尿素配合一次基施玉米产量最高，为8778 kg/hm2，增产12.0%; 氮素积累总量为201.5 kg/hm2，增加18.9%; 氮肥利用率提高11.02个百分点; 经济效益为11468.7元/hm2，提高产量10.7%。

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在不同水、氮供应条件下 ,研究了玉米干物质累积、养分吸收及氮肥利用率的变化动态。结果表明 ,植株干物质和养分吸收量 ,随生育期延长而持续增加 ,变化动态可用S曲线方程拟合。对干物质和养分累积方程求导 ,得到了干物质累积和养分吸收速率。玉米生长期间干物质累积速率前期上升快 ,至高峰后缓慢下降。在氮、磷、钾三要素中 ,氮、钾吸收速率高 ,上升快 ,下降也快 ;磷吸收速率低 ,上升慢 ,下降亦慢。养分最大吸收速率出现的时间 ,钾最早 ,氮次之 ,磷最晚 ,但均早于干物质最大累积速率出现时间。氮肥利用率与干物质累积、养分吸收速率有类似变化趋势 ;氮肥最高瞬时利用率与氮素最大吸收速率出现的时间基本一致。灌水明显提高了氮肥累积利用率和瞬时利用率 ;水分和氮素供应虽然增加了养分吸收速率和干物质累积速率 ,但未改变其变化趋势

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【目的】探讨实现超高产夏玉米(≥12 000 kg?hm-2)简化、高产和高效施肥技术。【方法】2007年和2008年在河南省浚县通过大田试验研究了超高产夏玉米植株氮素吸收、分配和积累特性及具有知识产权的缓/控释氮肥施用效果。【结果】拔节期至大喇叭口期和吐丝期至灌浆中期是超高产夏玉米两个氮素吸收关键时期,从出苗到吐丝期,叶片是氮素的分配中心,吐丝期以后,籽粒/果穗成为氮素的分配中心;吐丝后超高产夏玉米氮素吸收积累量占总积累量的40%—48%,生育后期土壤充足供氮促进夏玉米对氮素的吸收利用保证籽粒灌浆,对实现超高产至关重要。苗期一次性施用缓/控释氮肥的植株氮素积累量比常规2次施氮提高了6%—7%,产量提高了3%—4%,氮肥利用率提高了5个百分点,氮肥农学效率提高了1.26—1.59 kg?kg-1。【结论】施用缓/控释氮肥有利于超高产夏玉米生育后期氮素吸收利用,实现了超高产夏玉米的一次性施肥,增产显著且省工高效。

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DOI:10.11674/zwyf.2011.1019 Magsci [本文引用: 1]

通过马铃薯玉米套作田间小区试验，研究了控释肥对土壤养分垂直分布及养分利用率的影响。结果表明，与普通肥料相比，两种控释氮肥提高了耕层土壤速效氮含量，显著降低了氮素淋失，使耕层以下土层的硝态氮含量平均减少28.60%，氮肥表观利用率平均提高了16.32%，也在一定程度上抑制了磷、钾的淋失，分别平均减少5.72%和7.03%，使磷、钾的利用率分别平均提高8.67%和10.01%。控释肥减量处理（80%常规量）与常规量控释肥处理相比，没有显著降低耕层土壤养分含量，并使耕层以下速效养分含量降低，养分利用率提高，其中硝态氮含量减少14.36%，氮肥表观利用率提高了10.22%，因此该处理为本试验中的最优处理。

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