劉 敏， 宋付朋， 盧艷艷

(土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室， 國(guó)家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 山東泰安 271018)

硫膜和樹脂膜控釋尿素對(duì)土壤硝態(tài)氮含量及氮素平衡和氮素利用率的影響

劉 敏， 宋付朋*， 盧艷艷

(土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室， 國(guó)家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 山東泰安 271018)

硫膜控釋尿素； 樹脂膜控釋尿素； 土壤硝態(tài)氮； 氮素平衡； 氮素利用率

據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織估計(jì)，在發(fā)展中國(guó)家的糧食增產(chǎn)中，化肥的作用占到55%以上[1]。為了追求高產(chǎn)，我國(guó)北方玉米產(chǎn)區(qū)大量施用氮肥，過(guò)量投入的氮素不僅造成氮素利用率降低，而且使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中有大量的氮素盈余，這些盈余的氮素部分以氣體形式揮發(fā)損失，或以硝態(tài)氮的形式通過(guò)淋洗、徑流等途徑污染農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[2-6]。因此如何科學(xué)有效地施用氮肥， 提高肥料利用率， 減少對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的重大課題，而控釋尿素的開發(fā)應(yīng)用這一問(wèn)題的解決開辟了新的途徑[7-8]。

近年來(lái)，關(guān)于控釋尿素的研究多集中在控釋尿素對(duì)玉米、小麥、水稻等作物的產(chǎn)量和氮肥利用率及對(duì)耕層土壤養(yǎng)分狀況的影響等方面[9-12]，而關(guān)于硫膜和樹脂膜兩種不同包膜控釋尿素在防止農(nóng)田土壤硝態(tài)氮的遷移淋失和氮素平衡方面的報(bào)道較少。為解決在高溫多雨的氣候條件下夏玉米種植中硫膜和樹脂膜控釋尿素的選擇和應(yīng)用問(wèn)題，本文通過(guò)田間試驗(yàn)研究硫膜和樹脂膜控釋尿素在降低玉米農(nóng)田土壤剖面硝態(tài)氮遷移累積的效應(yīng)及其對(duì)土壤—作物體系氮素平衡的影響規(guī)律，以期為不同包膜控釋尿素在玉米種植上的選擇與應(yīng)用以及大面積推廣提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

1.2 試驗(yàn)材料

供試土壤為潮褐土(土壤系統(tǒng)分類為斑紋簡(jiǎn)育干潤(rùn)淋溶土)，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量 8.26 g/kg、 全氮0.36 g/kg、 硝態(tài)氮 8.8 mg/kg、 銨態(tài)氮2.4 mg/kg、 有效磷 26 mg/kg、 速效鉀71 mg/kg、 pH 值8.51(水土比=2.5 ∶1)，電導(dǎo)率181.7 μS/cm，容重1.13 g/cm3。

供試氮肥為普通尿素(含N 46%)，硫膜控釋尿素(含N 35%)，樹脂膜控釋尿素(含N 43%)，其中硫膜和樹脂膜控釋尿素的釋放時(shí)間均為3個(gè)月，均由山東金正大生態(tài)工程股份有限公司生產(chǎn)提供；普通尿素由泰安市肥城阿斯德化工廠提供。磷肥為粉末狀過(guò)磷酸鈣(含P2O514%)(湖北祥云生產(chǎn))，鉀肥為俄羅斯生產(chǎn)的紅色大顆粒氯化鉀(含K2O 60%)。

供試玉米品種為鄭單958。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè) 1)不施氮對(duì)照(CK)；2)低量普通尿素(LCU)；3)高量普通尿素(HCU)；4)低量硫膜控釋尿素(LSU)；5)高量硫膜控釋尿素(HSU)；6)低量樹脂膜控釋尿素(LPU)；7)高量樹脂膜控釋尿素(HPU)，共7個(gè)施氮肥處理，每個(gè)處理4次重復(fù)，共28個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積22.5 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。低量和高量氮肥分別為施 N 210 kg/hm2和 300 kg/hm2；各處理施磷量和施鉀量相同，均為P2O5105 kg/hm2、 K2O 210 kg/hm2。氮、磷、鉀肥均在玉米播種前(2012年6月12日)作基肥撒施，然后旋耕，使其與耕層土壤充分混合，施肥當(dāng)天按照常規(guī)播量播種夏玉米，田間管理按照常規(guī)方式進(jìn)行，10月3日收獲并測(cè)產(chǎn)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目和方法

分別于玉米苗期(施肥后14 d)、灌漿期(施肥后65 d)、收獲期(施肥后90 d)在小區(qū)內(nèi)按每 20 cm一層分5層取0—100 cm土樣，每小區(qū)隨機(jī)取3個(gè)點(diǎn)，相同層次的土壤混合為一個(gè)樣，置于冰柜中冷凍保存。鮮土樣解凍后混勻稱取 6 g 土樣3份，用50 mL 0.01 mol/L CaCl2溶液浸提，振蕩30 min后過(guò)濾，用德國(guó)產(chǎn)AA3型流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量，同時(shí)測(cè)定土壤含水量。

玉米收獲后采集植株樣品，每小區(qū)取3株。樣品取回后在105℃殺青30min，溫度降至70℃烘干稱重。粉碎后采用凱氏定氮法測(cè)定植株全氮含量。

1.5 計(jì)算方法

土壤氮素凈礦化量=不施氮肥區(qū)玉米地上部氮素累積量+不施氮肥區(qū)土壤礦質(zhì)氮量-不施氮肥區(qū)起始礦質(zhì)氮量[13]。

氮輸入包括施入氮肥、土壤起始無(wú)機(jī)氮和土壤氮素凈礦化量；氮輸出包括作物吸收、殘留無(wú)機(jī)氮和表觀損失，根據(jù)氮素輸入輸出的平衡模型計(jì)算氮的表觀損失。

氮表觀損失量= 氮輸入量-作物吸收量-土壤殘留無(wú)機(jī)氮量；

氮肥表觀損失率(%)=氮表觀損失量/施氮量×100 ；

氮盈余量(kg/hm2)=土壤殘留無(wú)機(jī)氮含量+氮表觀損失量[14]。

氮肥農(nóng)學(xué)效率(籽粒 kg/kg N)= (施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量；

氮肥利用率(%)=(施氮處理作物吸氮量-不施氮處理作物吸氮量)/施氮量×100[15]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同控釋尿素對(duì)玉米不同生育期土壤剖面硝態(tài)氮含量的影響

在玉米苗期、灌漿期、收獲期，硫膜和樹脂膜控釋尿素處理0—100 cm各土層的土壤硝態(tài)氮含量均隨著施氮量的升高而升高，但影響幅度不同(圖1)。

圖1 不同處理硝態(tài)氮含量的時(shí)空變化Fig.1 Spatial-temporal variations of soil -N content of different treatments[注(Note)： CK—不施氮肥 No nitrogen fertilizer; LCU—低量普通尿素Low amount common urea; HCU—高量普通尿素High amount common urea; LSU—低量硫膜控釋尿素Low amount sulfur-coated controlled release urea; HSU—高量硫膜控釋尿素High amount sulfur-coated controlled release urea; LPU—低量樹脂膜控釋尿素Low amount polymer-coated controlled release urea; HPU—高量樹脂膜控釋尿素High amount polymer-coated controlled release urea.]

2.2 不同控釋尿素對(duì)玉米生育期土壤氮素平衡的影響

表1 玉米整個(gè)生育期的土壤氮素平衡(kg/hm2)

注(Note): CK—不施氮肥 No nitrogen fertilizer; LCU—低量普通尿素Low amount common urea; HCU—高量普通尿素High amount common urea; LSU—低量硫膜控釋尿素Low amount sulfur-coated controlled release urea; HSU—高量硫膜控釋尿素High amount sulfur-coated controlled release urea; LPU—低量樹脂膜控釋尿素Low amount polymer-coated controlled release urea; HPU—高量樹脂膜控釋尿素High amount polymer-coated controlled release urea. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

這表明硫膜和樹脂膜控釋尿素在供應(yīng)作物氮素、減少土壤殘留無(wú)機(jī)氮量、氮表觀損失量和氮盈余量方面的效果優(yōu)于普通尿素，其中樹脂膜控釋尿素在減少氮的表觀損失和氮盈余方面的效果優(yōu)于硫膜控釋尿素，而在土壤殘留無(wú)機(jī)氮方面二者差異不顯著。

2.3 不同控釋尿素對(duì)玉米產(chǎn)量及氮素利用率影響

表2 玉米產(chǎn)量和控釋尿素對(duì)肥料的氮素利用效率

注(Note): CK—不施氮肥 No nitrogen fertilizer; LCU—低量普通尿素Low amount common urea; HCU—高量普通尿素High amount common urea; LSU—低量硫膜控釋尿素Low amount sulfur-coated controlled release urea; HSU—高量硫膜控釋尿素High amount sulfur-coated controlled release urea; LPU—低量樹脂膜控釋尿素Low amount polymer-coated controlled release urea; HPU—高量樹脂膜控釋尿素High amount polymer-coated controlled release urea. AE—N agricultural efficiency; NUE—Nitrogen use efficiency.同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

這說(shuō)明硫膜和樹脂膜控釋尿素均能明顯提高玉米產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮素利用率，樹脂膜控釋尿素在提高氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮素利用率方面的效果優(yōu)于硫膜控釋尿素。施氮 N 300 kg/hm2比 N 210 kg/hm2更有利于提高玉米產(chǎn)量和氮素利用率。

3 討論與結(jié)論

大量研究認(rèn)為土壤殘留硝態(tài)氮極易通過(guò)淋溶或硝化—反硝化途徑損失出土壤—作物生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生威脅[16-17]。本試驗(yàn)條件下，與普通尿素相比，硫膜和樹脂膜控釋尿素均能降低玉米苗期 0—100 cm 各土層的硝態(tài)氮含量，提高玉米灌漿期和收獲期 0—40 cm的土壤硝態(tài)氮供應(yīng)量并降低了40 cm以下土層的硝態(tài)氮的累積量，這與盧艷艷等[18]的研究結(jié)果相一致。這是由于普通尿素的氮素釋放快，在玉米生育前期即大量釋放，到玉米需肥高峰期易造成土壤氮素供應(yīng)不足，而兩種包膜控釋尿素的氮素供應(yīng)在時(shí)間和空間上與作物養(yǎng)分吸收規(guī)律更加接近，從而減少了前期硝態(tài)氮的累積淋失，增加了玉米需肥高峰期的硝態(tài)氮含量。本試驗(yàn)還研究表明，硫膜與樹脂膜控釋尿素相比，樹脂膜控釋尿素能減少苗期0—60 cm土層土壤的硝態(tài)氮供應(yīng)，提高灌漿期和收獲期 0—20 cm土層土壤硝態(tài)氮含量。這是由于樹脂膜控釋尿素的氮素養(yǎng)分釋放規(guī)律與玉米養(yǎng)分吸收規(guī)律更加吻合，對(duì)土壤硝態(tài)氮向下運(yùn)移的控制優(yōu)于硫膜控釋尿素，有利于減少氮素潛在的淋洗、遷移損失。兩種控釋尿素施氮量N 300 kg/hm2比N 210 kg/hm2更有利于提高耕層土壤硝態(tài)氮含量，降低耕層以下土層的硝態(tài)氮累積損失，保證玉米生育盛期的速效氮素供應(yīng)，且樹脂膜控釋尿素優(yōu)于硫膜控釋尿素。

因此，綜合考慮保證氮素供應(yīng)、減少氮素?fù)p失、提高玉米產(chǎn)量及氮素利用率等方面，在黃淮海區(qū)域高溫多雨的氣候條件下，夏玉米種植中，施氮量為N 300 kg/hm2的樹脂膜控釋尿素或者硫膜和樹脂膜控釋尿素二者配合施用是最佳施氮方式。

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LIU Min, SONG Fu-peng*, LU Yan-yan

(NationalEngineeringLaboratoryforEfficientUtilizationofSoilandFertilizerResources/NationalEngineering&TechnologyResearchCenterforSlowandControlledReleaseFertilizers/CollegeofResourcesandEnvironment,ShandongAgriculturalUniversity,Taian,Shandong271018,China)

2014-03-03 接受日期： 2014-06-07

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD11B01, 2011BAD11B02)；國(guó)家“948”重點(diǎn)項(xiàng)目(2011-G30)資助。

劉敏(1988—)，女，山東肥城人，碩士研究生，主要從事土壤生態(tài)環(huán)境方面的研究。E-mail: m3509001@163.com * 通信作者 E-mail: fpsong@126.com

S143.1+5

A

1008-505X(2015)02-0541-08