劉永哲， 陳長(zhǎng)青， 尚 健， 王火焰, 周健民， 陳照明， 劉曉偉

(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用生態(tài)研究所, 南京 210095; 2 宣城市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管局， 安徽宣城 242000;3 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所， 南京 210008)

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沙壤土包膜尿素釋放期與小麥適宜施用方式研究

劉永哲1,3， 陳長(zhǎng)青1， 尚 健2， 王火焰3*, 周健民3， 陳照明3， 劉曉偉3

(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用生態(tài)研究所, 南京 210095; 2 宣城市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管局， 安徽宣城 242000;3 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所， 南京 210008)

【目的】在保水保肥性差、 氮素淋溶損失嚴(yán)重的姜堰高砂土地區(qū)，采用新型水基反應(yīng)成膜技術(shù)的包膜尿素，研究可提高小麥產(chǎn)量以及氮肥利用率的肥料品種和施肥方法?！痉椒ā勘狙芯坎捎?0、 60、 90 d三種控釋期包膜尿素(PCU30、 PCU60、 PCU90)并各設(shè)置三種施肥方式處理: 播種行下方12 cm處一次基施、 播種行側(cè)方3 cm深5 cm處一次基施、 播種行側(cè)方10 cm深5 cm處一次基施(T1、 T2、 T3)。小麥成熟期測(cè)定各小麥秸稈和籽粒產(chǎn)量與干物質(zhì)分配，測(cè)定氮素吸收量?！窘Y(jié)果】三種包膜尿素中，施用PCU60增產(chǎn)效果最好，其側(cè)施處理優(yōu)于種下深施，其中T2處理的小麥產(chǎn)量最高，為8661 kg/hm2，比當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥增產(chǎn)6.5%。PCU60 T2處理的氮肥利用率為53.7%，較習(xí)慣施肥提高17.3%，差異顯著。PCU90各處理較習(xí)慣施肥均減產(chǎn)且收獲期土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅扛撸贿m合當(dāng)?shù)厥褂?。【結(jié)論】在砂土基質(zhì)下，PCU60在播種行側(cè)方3 cm深5 cm處一次基施可替代尿素分次施用，降低勞動(dòng)成本。

小麥; 包膜肥料; 施肥位置; 尿素; 氮肥利用率

小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要糧食作物，在我國(guó)糧食安全中起著不可替代的重要作用。隨著我國(guó)人口數(shù)量的遞增和耕地面積的不斷減少，農(nóng)民單方面追求作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，過(guò)量的、 不合理的氮肥施用已趨于常態(tài)化，結(jié)果造成土壤養(yǎng)分不平衡、 肥料資源浪費(fèi)以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)降低等一系列問(wèn)題[1]。過(guò)量施入農(nóng)田的氮素通過(guò)徑流、 淋溶或揮發(fā)等途徑進(jìn)入環(huán)境系統(tǒng)，造成地表水富營(yíng)養(yǎng)化以及地下水硝酸鹽含量超標(biāo)等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅人體健康[2-3]。資料顯示，施用包膜尿素能有效降低氮肥損失，提高氮肥利用效率，減輕因肥料使用所產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)面影響[4-5]。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)材料為中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所采用水基反應(yīng)成膜技術(shù)(包衣工業(yè)中用水代替有機(jī)溶劑，用化學(xué)聚合反應(yīng)在尿素顆粒表面直接成膜制成保水包膜尿素材料)制造的30、 60、 90天控釋期包膜尿素(分別用PCU30、 PCU60、 PCU90表示)，含氮量均為41%。小麥品種為揚(yáng)麥20。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)11個(gè)處理， 其中兩個(gè)對(duì)照處理為CK1(不施氮肥)和CK2(當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥，普通尿素，撒施，基追比40% ∶30% ∶30%)。 另外，3種包膜尿素各設(shè)3種施肥方式處理： T1(包膜尿素在播種行下方12 cm處一次條施)； T2(包膜尿素在播種行側(cè)方3 cm深5 cm處一次條施)； T3(包膜尿素播種行側(cè)方10 cm深5 cm處一次條施)， 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理設(shè)4個(gè)重復(fù)。各處理肥料用量: N 225 kg/hm2(CK1除外)，P2O5180 kg/hm2(含量12%的過(guò)磷酸鈣，基施一次撒施)，K2O 120 kg/hm2(含量60%的氯化鉀，基施一次撒施)。

試驗(yàn)微區(qū)2.5 m2(長(zhǎng)2.5 m、 寬1 m)。小麥條播，包膜尿素條施(農(nóng)民習(xí)慣施肥所用尿素為表面撒施)。施肥前，在微區(qū)內(nèi)按照25 cm的行距標(biāo)記出小麥播種行，而后分別在播種行下方或平行的一側(cè)，按照上述處理所描述的深度和距離開溝，將稱好的包膜尿素均勻撒入，覆土后在播種行均勻播入小麥種子。在冬小麥生育期內(nèi)按照揚(yáng)麥20高產(chǎn)栽培技術(shù)進(jìn)行田間管理。

1.3樣品采集與測(cè)定方法

小麥成熟期時(shí)各微區(qū)全部收獲，測(cè)定各微區(qū)秸稈和籽粒的產(chǎn)量與干物質(zhì)分配，同時(shí)取部分籽粒與秸稈樣品帶回室內(nèi)，采用凱氏定氮法測(cè)定植株樣品氮素含量。

每個(gè)小區(qū)以肥料條施位置為中心采取長(zhǎng)寬高均為20 cm的耕層土壤樣品，混合均勻，四分法取樣。土壤樣品用2 mol/L的KCl提取后測(cè)定土壤銨態(tài)氮(水楊酸鈉-次氯酸鈉比色法)、 硝態(tài)氮(鎘柱還原法)含量，以上指標(biāo)均采用法國(guó)SmartChem200全自動(dòng)化學(xué)分析儀測(cè)定。

氮肥利用率采用差值法計(jì)算，其公式為:

氮肥表觀利用率(%)=(施氮區(qū)植株吸氮量-不施氮區(qū)植株吸氮量)/施氮量×100

試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，EXCEL2010軟件作圖

2　結(jié)果與分析

2.1包膜尿素釋放期及施肥方式對(duì)小麥產(chǎn)量及干物質(zhì)分配的影響

施氮使冬小麥極顯著增產(chǎn)，PCU30、 PCU60、 PCU90不同施肥方式下的產(chǎn)量均顯著高于CK1(表1)。三種包膜尿素中，PCU60的增產(chǎn)效果最佳。本試驗(yàn)條件下，CK2小麥產(chǎn)量為8129 kg/hm2。PCU30

表1　不同緩控肥及施用方式小麥產(chǎn)量及干物質(zhì)分配率

注(Note): 處理列30、 60、 90分別表示包膜肥釋放天數(shù) 30, 60 and 90 in the treatment column mean duration of nutrient release; T1、 T2、 T3分別表示種下12 cm、 種子行一側(cè)3 cm深5 cm、 種子行一側(cè)10 cm深5 cm三種施肥方式T1, T2 and T3 mean different fertilizer application patterns (12 cm underneath the wheat seed, 3 cm away from and 5 cm underneath the seed， and 10 cm away from and 5 cm underneath the seed); 數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Values followed by different letters mean significantly different in the same column(P<0.05).

在T2、 T3處理下的小麥產(chǎn)量相對(duì)于CK2無(wú)顯著增加，T3處理產(chǎn)量最高，為8207 kg/hm2。T1處理相對(duì)CK2減產(chǎn)9.1%，差異顯著。PCU60以T2處理產(chǎn)量最高，為8661 kg/hm2，相對(duì)CK2增產(chǎn)6.5%，差異顯著。PCU60在T1處理下的產(chǎn)量相對(duì)CK2顯著減產(chǎn)。PCU90不同施肥處理較CK2處理均表現(xiàn)顯著的減產(chǎn)趨勢(shì)，其中產(chǎn)量下降最嚴(yán)重為T2處理，相對(duì)習(xí)慣施肥減產(chǎn)13.1%。

施用包膜尿素各處理的籽粒干物質(zhì)分配比例除PCU60的T2處理外均低于習(xí)慣施肥。CK2處理的籽粒干物質(zhì)分配比例為53.9%，僅次于PCU60的T2處理55.4%。其他各個(gè)處理均低于CK2，但高于CK1。

2.2包膜尿素釋放期及施肥方式對(duì)小麥氮含量及氮積累分配的影響

施用包膜尿素各處理的小麥籽粒及秸稈氮含量較習(xí)慣施肥均有不同程度的提高(圖1)。CK1籽粒氮含量最低，為21.4 mg/kg。PCU30不同施肥方式下籽粒氮含量均顯著高于CK2，最高的處理為T1，為28.5 mg/kg。PCU60在T1和T2處理下的籽粒氮含量高，且T2>T1，兩處理顯著高于CK2，T3處理較CK2差異不顯著。PCU90在不同施肥方式下的籽粒氮含量的大小順序?yàn)?T1>T2>T3，除了T1處理外其他處理較CK2差異不顯著。各處理的小麥秸稈氮含量比籽粒氮含量差異更加明顯。PCU30與PCU60在不同施肥方式下的秸稈氮含量變化趨勢(shì)一致，最高的均為T1處理，其次為T2處理，顯著高于CK2，T3處理較CK2無(wú)顯著差異。PCU90不同處理的秸稈氮含量大小趨勢(shì)仍然為T1>T2>T3>CK2，但是僅僅T1處理差異顯著。

圖1　不同緩控肥及施肥方式對(duì)小麥氮含量的影響Fig.1　Effect of different coated fertilizers and application patterns on N content of wheat[注(Note): 柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Different letters above the bars mean significantly different among treatments(P<0.05).]

2.3包膜尿素釋放期及施肥方式對(duì)小麥氮肥表觀利用率的影響

習(xí)慣施肥處理的氮肥表觀利用率為36.4%，施用PCU30、 PCU60可不同程度地提高氮肥表觀利用率。PCU30在T3處理下的氮肥表觀利用率最高，達(dá)51.4%，比農(nóng)民習(xí)慣增加了15.0%; PCU60的T2處理達(dá)到53.7%，比農(nóng)民習(xí)慣高了17.3%，差異達(dá)到顯著水平。PCU90的施用較農(nóng)民習(xí)慣施肥未能有效提高氮肥表觀利用率，除播種行下方12 cm施用高于習(xí)慣施肥外，其他兩處理均顯著低于農(nóng)民習(xí)慣措施(表2)。

2.4包膜尿素釋放期及施肥方式對(duì)土壤速效氮?dú)埩舻挠绊?/p>

表2　不同緩控肥及施肥方式對(duì)小麥氮積累及分配的影響

注(Note): 數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)P<0.05顯著水平Values followed by different letters in the same column are significantly different among treatments(P<0.05).

圖2　不同緩控肥及施肥方式收獲季土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量Fig.2　Soil and concents in different coated urea and application patterns at harvest[注(Note): 柱上不同小寫字母表示同一包膜尿素控釋肥不同施肥方式間差異顯著(P<0.05)Different letters above the bars mean different application patterns significant difference in same coated urea(P<0.05).]

3　討論

3.1包膜尿素釋放期對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

姜堰是長(zhǎng)江下游地區(qū)重要的稻麥輪作區(qū)，該地區(qū)土壤類型為高砂土，土壤透水透氣能力強(qiáng)，為了保證稻麥產(chǎn)量，當(dāng)?shù)亓?xí)慣氮肥用量往往高于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門推薦用量。相對(duì)普通尿素而言，包膜尿素可以根據(jù)小麥生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期調(diào)節(jié)養(yǎng)分釋放速率，提高養(yǎng)分利用率并減少養(yǎng)分流失[4-5,8]。研究表明施用包膜尿素會(huì)降低小麥的成穗數(shù)，但可顯著增加小麥千粒重、 穗粒數(shù)和籽粒的蛋白質(zhì)含量，達(dá)到增產(chǎn)提質(zhì)的效果[17-18]。雖然包膜尿素具有以上優(yōu)點(diǎn)，但是采用何種控釋期的包膜尿素應(yīng)該針對(duì)當(dāng)?shù)赝寥李愋图白魑锷L(zhǎng)環(huán)境而定。本試驗(yàn)條件下，PCU60一次基施的增產(chǎn)效果最好，其次為PCU30的處理，PCU90的處理則明顯減產(chǎn)，其不同施肥方式下的小麥產(chǎn)量均低于農(nóng)民習(xí)慣施肥。造成這種差異的可能原因?yàn)镻CU30養(yǎng)分釋放速率稍快，釋放的養(yǎng)分在砂質(zhì)土壤中損失較大，無(wú)法滿足小麥后期生長(zhǎng)對(duì)氮素的需求。而PCU90則在小麥生長(zhǎng)前期氮素釋放量低，不能滿足小麥前期生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求，影響作物發(fā)育，導(dǎo)致最后產(chǎn)量下降。趙士誠(chéng)等[19]試驗(yàn)也表明，在砂質(zhì)土等貧瘠土壤中，一定比例的基肥對(duì)于小麥產(chǎn)量及氮素吸收非常重要，是小麥穩(wěn)產(chǎn)、 高產(chǎn)的重要前提，僅后期追肥并不能消除前期氮缺乏對(duì)小麥生長(zhǎng)和高產(chǎn)的影響。PCU90在小麥?zhǔn)斋@時(shí)耕層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅扛撸部勺C明其釋放速率過(guò)慢。石玉等[20]研究指出,在施氮量相同的條件下，增加追肥比例，保證作物整個(gè)生育期連續(xù)的氮素供應(yīng)可顯著提高小麥產(chǎn)量。對(duì)比其余兩種肥料，我們可以推測(cè)PCU60在本試驗(yàn)區(qū)域的釋放規(guī)律能基本擬合冬小麥的需氮要求，其持續(xù)釋放相當(dāng)于增加了小麥后期“追肥”的比例，從而提高了小麥產(chǎn)量和氮肥利用率。

3.2施肥方式對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響

肥料位置效應(yīng)的體現(xiàn)需要以肥料合理的施用量和施肥時(shí)期為基礎(chǔ)，影響肥料施用位置效應(yīng)的因素包括肥料的特點(diǎn)、 作物的種類及土壤的性質(zhì)等，不同品種的肥料對(duì)于不同施用位置會(huì)產(chǎn)生明顯不同的利用效應(yīng)[14,21-22]。谷佳林等[23]試驗(yàn)表明，采用包膜尿素與玉米種子接觸性一次基施能夠替代常規(guī)分次施肥，降低了氮肥損失，能夠有效提高氮肥利用率。本文試驗(yàn)結(jié)果同樣顯示，包膜尿素施肥距離的遠(yuǎn)近顯著影響小麥的產(chǎn)量。PCU30和PCU60兩種有增產(chǎn)效果的包膜尿素，其施用位置對(duì)小麥產(chǎn)量影響的大小為: 側(cè)3 cm深5 cm條施>側(cè)10 cm深5 cm條施>種下12 cm處條施，即側(cè)施的肥料效應(yīng)都優(yōu)于小麥種子正下方施用?？赡茉?yàn)? 包膜尿素養(yǎng)分釋放速度慢，12 cm的種下距離太遠(yuǎn)，在高砂土地區(qū)，小麥生長(zhǎng)前期充足的雨水容易導(dǎo)致原本釋放量就少的肥料養(yǎng)分隨水淋洗至亞耕層，不利于小麥對(duì)養(yǎng)分的吸收。而PCU90在不同施用方式下的表現(xiàn)則與PCU30和PCU60相反，其種下12 cm施用的小麥產(chǎn)量、 籽粒和秸稈中的氮含量均高于側(cè)施的處理，而且收獲時(shí)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舾?，這說(shuō)明這種肥料前期釋放量低，無(wú)法滿足作物前期生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求、 后期釋放多導(dǎo)致奢侈吸收的特點(diǎn)。但是值得注意的是PCU90三種施肥方式相對(duì)農(nóng)民習(xí)慣均顯著減產(chǎn)，可見90天控釋期包膜尿素不適用于該地區(qū)一次性施用，其與速效尿素不同比例混合做基肥可能效果更佳，這值得進(jìn)一步深入研究。

本試驗(yàn)條件下農(nóng)民習(xí)慣施肥的小麥氮肥表觀利用率為36.4%，與現(xiàn)有研究結(jié)果基本一致[24-25]，將尿素分次施用改為控釋肥一次基施顯著提高了氮肥表觀利用率。包膜肥釋放期和施肥位置非常關(guān)鍵，本文氮肥表觀利用率增幅最高的為PCU60的T2處理，達(dá)到53.7%。但是PCU90未能有效提高氮肥表觀利用率，其T2、 T3處理較習(xí)慣施肥不同程度降低。綜合土壤殘留的硝態(tài)氮數(shù)據(jù)，推測(cè)PCU90大部分養(yǎng)分殘留在土壤中或者還有未釋放的養(yǎng)分，最終導(dǎo)致氮肥利用率低。雖然PCU60 T2處理的氮肥表觀利用率較習(xí)慣施肥有顯著提高，但此處理的籽粒氮積累量高達(dá)244.7 kg/hm2，已超過(guò)了氮肥施入量，加上秸稈的氮積累量，地上部總氮積累量高達(dá)302.3 kg/hm2。從養(yǎng)分平衡的角度看，達(dá)到這種產(chǎn)量水平的小麥已耗竭了土壤原有的氮養(yǎng)分，若得不到其他外源氮素的補(bǔ)充，長(zhǎng)期如此必然導(dǎo)致土壤地力水平下降，不利于產(chǎn)量水平的可持續(xù)性[15, 26]。

3.3與當(dāng)前研究結(jié)果的異同

從已有文獻(xiàn)研究結(jié)果看，不同種類的緩控釋氮肥田間養(yǎng)分釋放規(guī)律及與尿素配施比例對(duì)作物產(chǎn)量以及氮素吸收影響等方面的研究比較成熟[27-29]，但對(duì)緩釋氮肥集中施用的位置效應(yīng)的研究還比較少見。雖然控釋氮肥可以通過(guò)緩慢釋放來(lái)降低肥料的氨揮發(fā)以及淋洗等損失，但是表面撒施的施肥方式仍然相對(duì)粗獷，尤其是保肥能力弱的砂土地區(qū)，小麥出苗至拔節(jié)時(shí)間長(zhǎng)且養(yǎng)分需求少，緩控肥暴露于土壤表面仍有一定損失[30]。本試驗(yàn)將緩控肥一次集中深施于土壤中，使得肥料養(yǎng)分被土壤固持，更進(jìn)一步降低氮養(yǎng)分揮發(fā)損失，進(jìn)而影響小麥的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。這與王賀等[14]在華北平原砂質(zhì)土壤上所做夏玉米對(duì)控釋肥不同施用位置響應(yīng)的研究結(jié)果相符。

4　結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，60天緩控期的包膜尿素對(duì)小麥的增產(chǎn)效果最好，其最佳的施肥方式為小麥播種行側(cè)方3 cm深5 cm處一次條施，產(chǎn)量高達(dá)8661 kg/hm2，相對(duì)尿素分次施用增產(chǎn)顯著，該處理顯著提高了小麥對(duì)氮素的吸收利用，使氮肥表觀利用率從常規(guī)處理的36.4%提高到53.7%。30天、 90天緩控期包膜尿素在本試驗(yàn)環(huán)境下的釋放規(guī)律均不符合冬小麥整個(gè)生育期的需氮要求，而且90天緩控期包膜尿素在小麥?zhǔn)斋@后仍有大量硝態(tài)氮在土壤殘留，加大了損失風(fēng)險(xiǎn)，故不推薦這兩種控釋期包膜尿素在該區(qū)使用。

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Release durations and suitable application patterns of coated urea on winter wheat in sandy loam soil

LIU Yong-zhe1,3, CHEN Chang-qing1, SHANG Jian2, WANG Huo-yan3*, ZHOU Jian-min3, CHEN Zhao-ming3, LIU Xiao-wei3

(1InstituteofAppliedEcology,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing, 210095,China; 2XuanchengAgriculturalProductsQualitySafetySupervisionBureau,Xuancheng,Anhui242000,China; 3StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture,InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China)

wheat; coated fertilizer; placement of fertilizer; urea; N fertilizer use efficiency

2015-06-23接受日期: 2015-09-22

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013CB127401); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271309) 資助。

劉永哲(1990—)， 男， 山東泰安人， 碩士研究生， 主要從事養(yǎng)分高效利用機(jī)理與調(diào)控措施方面的研究。E-mail: lyzqdny@163.com

Tel: 025-86881569， E-mail: hywang@issas.ac.cn

S153

A

1008-505X(2016)04-0905-08