0 引言
【研究意义】氮素是农田系统中最重要的产量限制因子[1],近年来,中国农用氮肥施用量不断增加,因此如何在保证“氮肥零增长”的情况下保障粮食安全,提高氮肥利用效率,并通过减少氮素损失来降低肥料的环境效应是中国农业发展的大方向之一。【前人研究进展】在农田生态系统中,调节肥料养分释放与作物需求之间的关系可影响作物的养分利用。在玉米常规施肥中,为了保证玉米高产,需在玉米生长的开花期和灌浆期追施氮肥,这样不仅导致费力费工、增加成本,而且还会因玉米生长期高温多雨,使肥料淋失,造成浪费,增加环境压力[2,3,4]。因此可对肥料本身性质进行改良或加入肥料增效剂,实现一次性施肥,进行有效控释养分,来提高肥料利用率[5,6,7,8,9,10,11,12]。如今,通过不同改良和缓释处理后的氮肥如包膜类肥料、控失尿素、脲甲醛、凝胶尿素等在不断服务于农业生产。与尿素相比,包膜尿素、控失尿素和脲甲醛能显著促进氮素吸收和转化、提高玉米产量和氮素利用效率。凝胶尿素中的缓控载体能够控制养分释放,提高作物氮素利用效率[13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24]。魏海燕等[13]研究了缓释肥类型对不同穗型水稻产量的影响,结果表明,其产量呈现脲甲醛>树脂包衣缓控释肥>硫包衣缓控释肥。张艳菲等[6]研究了控失尿素养分释放特性,结果表明,控失尿素比普通尿素有更长的肥效期,且控失尿素的氮释放率随着控失剂含量的增加而降低。【本研究切入点】以上研究多集中于同类控释类氮肥、控失类氮肥、化能缓释类氮肥或者传统氮肥对作物产量、氮素吸收等的影响,关于不同大类氮肥对整个作物-土壤系统氮素平衡的研究较少,缺乏各大类氮肥对华北地区中低产田夏玉米肥料效应的比较研究与评估。【拟解决的关键问题】本研究旨在华北地区北部中低产土壤上研究不同缓释化氮肥的夏玉米肥料效应,为该地区选择合适的缓释化处理氮肥、提高夏玉米氮肥利用率提供科学依据。1 材料与方法
1.1 试验点概况
试验于2014年和2015年在河北省廊坊市广阳区万庄镇北中国农业科学院国际农业高新技术示范园内（N39°35′47.03″、E116°35′16.24″）进行,该地区属于暖温带大陆性季风气候,年平均日照时数在2 660 h,年平均气温11.9 ℃,无霜期平均183 d,年平均降水量554.9 mm。种植制度为玉米与小麦轮作。1.2 试验材料
供试肥料分别为尿素、树脂包膜尿素（含氮量43%）、脲甲醛（含氮量41%,此肥料为中国农业科学院国家测土配方施肥重点实验室自制,冷水不溶氮为0.56,热水不溶氮为0.39,活性指数为30%）、控失尿素（含氮量44%,即为在尿素中添加控失因子制得,其控失因子为一种天然的生物高分子材料,遇水形成网状结构对尿素进行包裹）、凝胶尿素（含氮量46%,以水﹕尿素﹕丙烯酰胺-丙烯酸钾交聚物=100﹕75﹕2制得,其中丙烯酰胺-丙烯酸钾交聚物为一种保水剂材料,分子式为(CH2CH)nCONH2-(CH2CH)mCOOK [25]）,磷肥为过磷酸钙,钾肥为硫酸钾。试验区土壤类型为潮土,土壤质地为砂壤。0—20 cm土层土壤有机质含量7.4 g·kg-1、铵态氮3.8 mg·kg-1、硝态氮19.5 mg·kg-1、速效磷 21.0 mg·kg-1、速效钾65.7 mg·kg-1、pH 8.2。
供试作物为夏玉米,品种为郑单958,种植行距为60 cm,株距为21 cm。
1.3 试验方法
1.3.1 试验设计 进行连续两年大田试验,试验设置6个处理：不施氮（CK）;尿素（CU）;树脂包膜尿素（CRF）;控失尿素（LCU）;凝胶尿素（CLP）;脲甲醛（UF）。每个处理3次重复,小区面积3 m×8 m,共18个小区,随机区组设计。施肥方式为人工沟施覆土,施肥量由国家测土配方与施肥中心采用高效土壤养分测试法（ASI法）对试验田土壤测试后根据目标产量法推荐：氮肥（N）、磷肥（以P2O5计）、钾肥（以K2O计）用量分别为180、90、90 kg·hm-2。各处理均为一次性基施,试验分别于2014年6月24日至2014年10月14日以及2015年6月19日至2015年10月19日进行,其他田间管理按大田常规方法进行。1.3.2 样品采集与测定
（1）植株样品的采集与测定 在玉米收获期选择3株有代表性的植株,分秸秆和穗分别装入网袋带回实验室,烘干后全部粉碎。采用H2SO4 -H2O2消解,用连续流动分析仪（Seal AA3）测定全氮含量。
（2）土壤样品的采集与测定 在播种玉米前和玉米收获期采集0—100 cm土层样品,每 20 cm 为一层（共5层）。用2 mol·L-1 KCl进行振荡提取,用双通道流动分析仪（Seal AA3）测定土壤无机氮（NH4+-N、NO3--N）含量;采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定土壤速效磷含量;采用NH4OAc浸提,火焰光度法测定土壤速效钾含量。
1.3.3 产量及产量结构的测定 在玉米成熟期,将试验小区全部收获,并调查穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数和百粒重等产量构成因子。
1.4 数据统计与分析方法
吸氮量（kg·hm-2）=植株干重×氮含量;氮收获指数（NHI,%）=籽粒吸氮量/植株吸氮量×100[26];
氮肥农学利用效率（NAE,kg·kg-1）=（施氮区产量–不施氮区产量）/施氮量[26];
氮素内在利用效率（NIE,kg·kg-1）=产量/地上部
总吸氮量[27];
氮肥表观回收率（NRE,%）=（施氮区地上部分吸氮量–不施氮区地上部分吸氮量）/施氮量×100[26,28];
土壤硝态氮积累量（kg·hm-2）=土层厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤硝态氮含量（mg·kg-1）/10[26];
土壤铵态氮积累量（kg·hm-2）=土层厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤铵态氮含量（mg·kg-1）/10;
土壤矿化氮量（kg·hm-2）=不施氮区地上部分吸氮量+不施氮区土壤残留无机氮量–不施氮区土壤起始无机氮量[26,29];
氮表观损失量（kg·hm-2）=氮输入量–氮输出量=（施氮量+播前土壤起始无机氮量+土壤矿化氮量）–（施氮区地上部吸氮量+收获后土壤残留无机氮量）[26,29];
氮肥表观损失率（%）=氮表观损失量/施氮量×100[26,29];
氮肥土壤残留率（%）=（1-氮肥表观回收率-氮肥表观损失率）×100[29];
作物吸收肥料氮（kg·hm-2）=施氮区地上部吸氮量-不施氮区地上部吸氮量[28];
作物吸收肥料氮的比例（%）=作物吸收肥料氮/施氮区地上部吸氮量×100[28];
肥料氮残留量（kg·hm-2）=施氮区土壤残留无机氮量–不施氮区土壤残留无机氮量[28];
肥料氮残留率（%）=肥料氮残留量/施氮区土壤残留无机氮量×100[28];
肥料氮总损失量（kg·hm-2）=施氮量–作物吸收肥料氮–肥料氮残留量[28]。
试验数据采用 Excel 2003软件对数据进行处理和作图,采用 SAS9.1 统计软件 Duncan 方法进行方差分析。
2 结果
2.1 不同氮肥对夏玉米产量及其构成因子的影响
由表1可知,不同缓释化处理的氮肥较尿素处理增产效果显著。其中脲甲醛的增产幅度最大,两年平均增产达18.9%。凝胶尿素、控失尿素、树脂包膜尿素平均分别增产16.8%、13.6%和13.7%。施氮处理与不施氮对照相比,脲甲醛、凝胶尿素、控失尿素、树脂包膜尿素和尿素平均增产率分别为30.5%、28.2%、24.7%、24.7%和9.8%。Table 1
表1
表1施用不同缓释化处理氮肥的夏玉米产量和生物学性状
Table 1Comparison of yield and biological traits of summer maize among different nitrogen fertilizer treatments
| 年份 Year | 处理 Treatments | 穗长 Ear length (cm) | 穗粗 Ear diameter (cm) | 行粒数 Kernels per row (No. ) | 穗粒数 Seeds per ear (No. ) | 百粒重 100-grain weight (g) | 产量 Yield (t·hm-2) | 增产率 Yield increase rate (%) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2014 | CK | 13.9e | 14.3d | 31.7c | 443.3a | 36.4d | 8.6c | - | - |
| CU | 14.3d | 15.2c | 33.3b | 489.3a | 38.0c | 9.6c | 11.6 | - | |
| CRF | 15.2c | 15.4b | 33.7ab | 516.7a | 39.0b | 10.7ab | 24.4 | 11.5 | |
| LCU | 15.5b | 15.3bc | 34.3ab | 526.0a | 38.9b | 10.9ab | 26.7 | 13.5 | |
| CLP | 15.7ab | 16.1a | 34.7a | 350.0a | 39.2b | 11.1ab | 29.1 | 15.6 | |
| UF | 15.9a | 16.2a | 34.7a | 554.7a | 40.2a | 11.2a | 30.2 | 16.7 | |
| 2015 | CK | 14.2d | 14.4e | 31.3b | 438.7b | 36.7c | 8.8d | - | - |
| CU | 13.9c | 14.9d | 33.0ab | 484.7ab | 37.5bc | 9.5c | 8.0 | - | |
| CRF | 15.1bc | 15.6c | 33.3ab | 511.3a | 39.2a | 11.0b | 25.0 | 15.8 | |
| LCU | 15.4b | 15.8c | 34.0ab | 520.7a | 38.3b | 10.8bc | 22.7 | 13.7 | |
| CLP | 15.7ab | 16.1b | 34.3a | 526.0a | 39.4a | 11.2ab | 27.3 | 17.9 | |
| UF | 15.9a | 16.4a | 34.3a | 526.7a | 39.8a | 11.5a | 30.7 | 21.1 | |
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比较两年施用不同氮肥品种的夏玉米生物学性状可知,穗粒数变化稳定,各处理之间没有明显差异。脲甲醛处理的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和百粒重在各处理中均为最高,其穗粗、行粒数和穗粒数与凝胶尿素处理的无显著性差异。各处理的百粒重大小顺序依次为脲甲醛>凝胶尿素>树脂包膜尿素>控失尿素>尿素>不施氮。这进一步证明,脲甲醛处理下的夏玉米主要通过增加百粒重来提高产量。
2.2 不同氮肥对夏玉米氮素利用状况的影响
地上部总吸氮量之间均存在显著性差异,2014年,各处理之间地上部总吸氮量的大小顺序依次为脲甲醛>凝胶尿素>控失尿素>树脂包膜尿素>尿素。2015年,各处理之间地上部总吸氮量的大小顺序依次为脲甲醛>树脂包膜尿素>凝胶尿素>控失尿素>尿素。脲甲醛的地上部吸氮量两年平均为最高,高达245.0 kg·hm-2。两年结果平均来看,与尿素相比,脲甲醛、凝胶尿素、树脂包膜尿素和控失尿素处理的地上部吸氮量平均提高了32.7%、20.7%、15.6%和16.6%。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1不同缓释化处理氮肥的夏玉米收获期吸氮量
-->Fig. 1The difference of N uptake of different nitrogen fertilizer sources in maize field
-->
2.2.2 氮肥利用效率 由表2可知,两个年度不同氮肥处理下玉米的氮素内在利用效率均存在显著性差异。2014年,不同氮肥处理夏玉米的氮素内在利用效率大小依次为尿素>树脂包膜尿素>控失尿素>凝胶尿素>脲甲醛,2015年的大小依次为尿素>凝胶尿素>控失尿素>树脂包膜尿素>脲甲醛。与尿素相比,脲甲醛的氮肥农学利用效率为最高,两年平均提高了6.5 kg·kg-1,凝胶尿素、树脂包膜尿素和控失尿素的氮肥农学利用效率两年平均提高了4.8、4.0和3.7 kg·kg-1。
Table 2
表2
表2不同氮肥对夏玉米氮肥利用率的影响
Table 2Effects of different nitrogen fertilizer on nitrogen use efficiency of summer maize
| 年份 Year | 处理 Treatments | 氮素内在利用效率 NIE(kg·kg-1) | 氮肥农学利用效率 NAE(kg·kg-1) |
|---|---|---|---|
| 2014 | CK | 67.5a | |
| CU | 58.9ab | 9.8b | |
| CRF | 57.1bc | 11.7ab | |
| LCU | 53.8bcd | 12.6ab | |
| CLP | 51.8cd | 12.7ab | |
| UF | 48.9d | 14.5a | |
| 2015 | CK | 53.3a | |
| CU | 47.0b | 6.5d | |
| CRF | 45.8bc | 12.5b | |
| LCU | 47.6b | 11.0c | |
| CLP | 47.9b | 13.2ab | |
| UF | 44.2c | 14.8a |
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2.3 化肥氮的去向
尿素和控失尿素平均提高了32.9、20.4、16.3和16.3个百分点。尿素、控失尿素、凝胶尿素、树脂包膜尿素和脲甲醛处理的肥料氮0—100 cm土层残留量平均分别占施氮量的46.6%、46.2%、43.9%、39.2%和28.3%。施入农田中的肥料氮除了被作物吸收和残留于土壤中外,有一部分也以氮化物进入环境中,造成肥料氮损失。与尿素相比,氮肥缓释化处理能够明显减少肥料氮的损失,凝胶尿素、控失尿素、脲甲醛和树脂包膜尿素平均分别降低了41.9%、37.1%、35.5%和20.6%。Table 3
表3
表3化肥氮在夏玉米季的去向及各部分占施氮量的比例
Table 3The fate of nitrogen fertilizer in the summer maize cropping season and the proportion of each part of the amount of nitrogen
| 年份 Year | 处理 Treatments | 玉米吸收肥料氮 Fertilizer N uptake | 肥料氮土壤0-100 cm残留 Soil residue of fertilizer N | 肥料氮总损失 Fertilizer N total loss | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N (kg·hm-2) | (%) | N (kg·hm-2) | (%) | N (kg·hm-2) | (%) | ||
| 2014 | CU | 37.1d | 20.6 | 86.6a | 48.1 | 77.5a | 31.3 |
| CRF | 61.5c | 34.2 | 78.9ab | 43.8 | 60.8ab | 22.0 | |
| LCU | 75.9bc | 42.2 | 88.6a | 49.2 | 36.7b | 8.6 | |
| CLP | 84.4b | 46.9 | 84.6a | 47.0 | 32.2b | 6.1 | |
| UF | 103.3a | 57.4 | 51.9b | 28.8 | 46.0b | 13.8 | |
| 2015 | CU | 41.8d | 23.5 | 81.0a | 45.0 | 52.2a | 31.8 |
| CRF | 75.9b | 42.4 | 62.2b | 34.6 | 41.9b | 23.3 | |
| LCU | 61.4c | 34.4 | 77.6a | 43.1 | 41.0b | 22.8 | |
| CLP | 67.7bc | 37.9 | 73.3ab | 40.7 | 39.0b | 21.7 | |
| UF | 93.8a | 52.4 | 49.8c | 27.7 | 36.4b | 20.2 | |
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2.4 夏玉米吸收土壤氮和肥料氮的比例
由表4可知,作物吸收的氮主要来源于土壤氮和肥料氮,在各处理中,脲甲醛处理的玉米吸收的肥料氮在两年内均为最高,平均高达40.5%,凝胶尿素、控失尿素、树脂包膜尿素和尿素处理下,玉米吸收的肥料氮平均为34.5%、32.2%、32.0%和21.4%。这表明,与尿素处理相比,缓释化处理的氮肥能够促进玉米对肥料氮的吸收,其中脲甲醛的促进作用最为明显。Table 4
表4
表4夏玉米吸收肥料氮的比例
Table 4The ratio of N uptake from soil and nitrogen fertilizer of summer maize
| 处理 Treatments | 2014 | 2015 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 总吸氮量 N uptake (kg·hm-2) | 吸收肥料氮占比 N uptake from nitrogen fertilizer (%) | 总吸氮量 N uptake (kg·hm-2) | 吸收肥料氮占比 N uptake from nitrogen fertilizer (%) | ||
| CU | 163.9d | 22.6 | 207.8d | 20.1 | |
| CRF | 188.3c | 32.7 | 241.9b | 31.4 | |
| LCU | 202.7bc | 37.4 | 227.4c | 27.0 | |
| CLP | 211.2b | 40.0 | 233.7bc | 29.0 | |
| UF | 230.1a | 44.9 | 259.8a | 36.1 | |
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2.5 不同氮肥对农田氮素平衡的影响
由表5可知,2014年和2015年土壤起始无机氮量与土壤氮素的矿化量之和分别达252和267 kg·hm-2,土壤自身可以满足作物对氮素的需求。但从收获期残留的无机氮来说,各施肥处理的无机氮残留量也较高。而大量残留的无机氮尤其是硝态氮极易通过淋洗或硝化-反硝化过程从土壤-作物体系中损失出去,对环境造成污染。Table 5
表5
表5不同缓释化处理氮肥的农田氮素表观平衡
Table 5Nitrogen balance under different nitrogen fertilizer treatments
| 年份 Year | 处理 Treatments | 氮输入N input（kg·hm-2） | 氮输出N output（kg·hm-2） | 氮肥表观 损失率 Apparent loss rate (%) | 氮肥土壤 残留率 Residual rate (%) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 施氮量 N rates | 起始Nmin Initial Nmin | 矿化氮 Net mineralization | 总输入 Total input | 作物吸收 Crop uptake | 残留Nmin Residual Nmin | 表观损失 Apparent loss | |||||
| 2014 | CK | 0 | 128 | 124 | 252 | 126.8e | 104.4d | ||||
| CU | 180 | 128 | 124 | 432 | 163.9d | 191.0a | 77.1a | 42.8a | 36.6ab | ||
| CRF | 180 | 128 | 124 | 432 | 188.3c | 183.3b | 60.4b | 33.6b | 32.2b | ||
| LCU | 180 | 128 | 124 | 432 | 202.7bc | 193.0a | 36.3c | 20.2c | 37.7a | ||
| CLP | 180 | 128 | 124 | 432 | 211.2b | 189.0ab | 31.9c | 17.7c | 35.4ab | ||
| UF | 180 | 128 | 124 | 432 | 230.1a | 156.3c | 45.6c | 25.3c | 17.3c | ||
| 2015 | CK | 0 | 144 | 123 | 267 | 166.0e | 100.7d | ||||
| CU | 180 | 144 | 123 | 447 | 207.8d | 181.7a | 61.9a | 34.4a | 44.6a | ||
| CRF | 180 | 144 | 123 | 447 | 241.9b | 162.9bc | 42.2b | 23.4b | 34.1d | ||
| LCU | 180 | 144 | 123 | 447 | 227.4c | 178.3a | 41.3b | 22.9b | 42.7a | ||
| CLP | 180 | 144 | 123 | 447 | 233.7bc | 173.9ab | 39.3b | 21.8b | 40.3b | ||
| UF | 180 | 144 | 123 | 447 | 259.8a | 150.5c | 36.7b | 20.4b | 27.2e | ||
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2014年,各处理的地上部总吸氮量之间均存在显著性差异,其大小顺序依次为脲甲醛>凝胶尿素>控失尿素>树脂包膜尿素>尿素>对照。与2014年相比,2015年收获期各氮肥处理的地上部吸氮量与对照相比增加幅度有所降低,其大小顺序依次为脲甲醛>树脂包膜尿素>凝胶尿素>控失尿素>尿素>对照。与尿素相比,脲甲醛和凝胶尿素地上部吸氮量平均分别提高了32.7%和20.7%,分别位居第一和第二。
2014年和2015年数据表明,各处理的无机氮残留量在两年里均存在差异。其中,脲甲醛处理由于大部分氮素被作物吸收利用,其无机氮残留量为最低,2014年和2015年分别为156.3和150.5 kg·hm-2,2014年,各处理的土壤残留量大小顺序依次为控失尿素>尿素>凝胶尿素>树脂包膜尿素>脲甲醛。2015年,其顺序依次为尿素>控失尿素>凝胶尿素>树脂包膜尿素>脲甲醛。
各处理的氮素表观损失量与尿素之间均存在显著性差异。2014年,尿素处理的氮表观损失量高达77.1 kg·hm-2,氮肥表观损失率为42.8%。树脂包膜尿素处理的氮肥表观损失量次之,为60.4 kg·hm-2,其表观损失率为33.6%。脲甲醛、控失尿素和凝胶尿素处理的氮表观损失量之间无差异,仅次于树脂包膜尿素处理,分别为45.6、36.3和31.9 kg·hm-2,表观损失率分别为25.3%、20.2%和17.7%。脲甲醛处理的氮肥土壤残留率为最低,仅为17.3%。控失尿素、尿素、凝胶尿素和树脂包膜尿素的土壤残留率分别为37.7%、36.6%、35.4%和32.2%。2015年,尿素处理的氮表观损失量高达61.9 kg·hm-2,氮肥表观损失率为34.4%。树脂包膜尿素、控失尿素、凝胶尿素以及脲甲醛处理的氮表观损失量之间的差异性不显著。脲甲醛处理的氮肥土壤残留率为最低,仅为27.2%。尿素处理的土壤残留率为44.6%,其他依次为控失尿素、凝胶尿素、树脂包膜尿素处理,分别为42.7%、40.3%和34.1%,且各处理之间差异均达显著水平。两年平均来看,与尿素处理相比,脲甲醛、凝胶尿素、树脂包膜尿素和控失尿素处理的氮素残留量分别降低了17.7%、2.7%、7.2%和0.4%,农田氮表观损失量分别降低了40.8%、47.6%、26.7%和43.1%。
3 讨论
3.1 缓释化氮肥对夏玉米产量和氮素利用的影响
氮肥缓释化处理能够明显提高玉米的产量,改善玉米的氮素利用状况。姬景红等[5]研究表明,与普通尿素一次性基施相比,控释尿素能够提高玉米产量、植株吸氮量、氮肥表观利用率。在相同氮素施用水平下（100%、75%、50%氮肥用量）,100%基施控释尿素比100%基施普通尿素的各处理玉米产量分别平均增加391、427、291 kg·hm-2,氮肥表观利用率提高5.9%、4.9%和5.1%。张丽华等[24]的研究表明,使用保水剂可有效提高玉米产量。本研究表明,脲甲醛、凝胶尿素、控失尿素、树脂包膜尿素与尿素相比均能提高玉米的产量,且差异显著。其中脲甲醛处理的增产效果最为明显,其次为凝胶尿素、控失尿素和树脂包膜尿素处理。这是因为,在收获期脲甲醛和凝胶尿素的籽粒吸氮量和秸秆吸氮量在两年中均较高,因此,脲甲醛和凝胶尿素能够促进夏玉米对氮素的吸收和转化。这也是二者处理的夏玉米具有较高产量的原因之一。且脲甲醛处理的氮肥表观回收率最高,平均高达54.9%,其次为凝胶尿素,平均达42.4%,高于中国氮肥表观回收率的平均水平31.3%[30]。脲甲醛的氮肥农学利用效率在各处理中为最高,与其他处理之间存在显著性差异,这说明其能够促进夏玉米对养分的转运储存。另外,脲甲醛和凝胶尿素处理的玉米吸收的肥料氮平均达40.5%和34.5%,高于其他处理。这可能与脲甲醛和凝胶尿素的控释机理有关,脲甲醛是由甲醛和尿素经两步反应制得的。一方面,它的亚甲基具有吸附功能,可以促进养分与土粒的结合,利于玉米吸收;另一方面,脲甲醛不同成分在不同的温度下分解速度不同,可满足作物不同生长时期对养分的需求[18]。另外,本研究采用的凝胶尿素添加了一种交链丙烯酰胺-丙烯酸钾交聚物缓控载体,该缓控载体不是肥,它属阴离子型,所以能控制阳离子释放,从而调节养分释放与作物吸收之间的关系,提高夏玉米产量和氮肥利用率 [7,14]。
3.2 缓释化氮肥对氮去向和农田氮素平衡的影响
氮肥缓释化处理能够明显增加作物对肥料氮的吸收并降低肥料氮的损失,凝胶尿素、控失尿素、脲甲醛和树脂包膜尿素降低氮损失的幅度介于29.7%— 80.5%。其中凝胶尿素的降低幅度最大,其次为控失尿素、脲甲醛和树脂包膜尿素。凝胶尿素可通过CLP网状结构减缓尿素的水解、铵化和硝化过程,从而降低氮损失,这与前人的试验结果较为一致[7,14]。而控失尿素是通过添加一种环境友好、成本低廉、无溶剂的天然高分子纳米分子网材料与化肥复配,借助胶体作用形成巨大的网状交链,吸附化肥中的营养元素,促进养分吸收,减少肥料损失[6]。土壤氮素的矿化量与土壤起始无机氮量之和能够满足作物对氮素的需求,但各施肥处理的无机氮残留量也较高。脲甲醛的土壤无机氮残留量为最低,两年平均为153.4 kg·hm-2。氮肥缓释化处理与尿素相比能够明显降低氮肥表观损失量,凝胶尿素、控失尿素和脲甲醛的降低效果更明显,这是因为缓控释尿素能够改善作物吸收与养分供应之间的关系,提高了作物吸氮量,从而促进作物对养分的吸收,降低氮素损失[31,32,33,34]。
本研究虽评估了各缓释化氮肥的肥料效应以及氮素平衡状况,但是未引入不同氮肥与环境气候因子之间相互影响的研究,因此可加强土壤-作物-大气之间综合调控的相关研究,将环境因子细化分析,从而对不同缓释化氮肥的效应进行综合评估,以更好的为农业可持续性发展服务。
4 结论
氮肥缓释化处理能够明显提高夏玉米产量、促进氮素吸收并减少氮素残留,与尿素处理相比,脲甲醛、凝胶尿素、树脂包膜尿素和控失尿素处理的夏玉米平均增产分别为18.9%、16.8%、13.7%和13.6%,地上部吸氮量分别提高了32.7%,20.7%,15.6%和16.6%。氮素残留分别降低了17.7%,2.7%,7.2%和0.4%,农田氮素损失分别降低了40.8%,47.6%,26.7%和43.1%。综合分析玉米对各肥料的吸收量,以及各种肥料的土壤残留量及损失量可知,脲甲醛和凝胶尿素的肥料效应相对较好,能够更好的满足可持续农业的需求,服务于华北地区中低产田农业生产。The authors have declared that no competing interests exist.
