郭金金，張富倉，王海東，閆世程，鄭靜，陳東峰，李志軍

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不同施氮量下緩釋氮肥與尿素摻混對玉米生長與氮素吸收利用的影響

郭金金，張富倉，王海東，閆世程，鄭靜，陳東峰，李志軍

（西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室/西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌712100）

研究不同施氮量下，尿素與緩釋氮肥摻混對大田玉米生長、干物質累積量、產(chǎn)量、氮肥利用率和土壤硝態(tài)氮殘留的影響，為作物高效施氮管理提供理論依據(jù)。試驗選用玉米品種鄭單958，設置了3種氮肥類型（尿素（U）、緩釋氮肥（S）、尿素緩釋肥3∶7摻混（SU））和4個施氮水平（N1（90 kg·hm-2）、N2（120 kg·hm-2）、N3（180 kg·hm-2）、N4（240 kg·hm-2）），以不施氮肥（N0）為對照，共13個處理。生育期內(nèi)對玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)進行觀測，并統(tǒng)計干物質累積量、產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素。氮肥類型與施氮量及兩者交互作用對玉米生長指標、干物質累積量、產(chǎn)量及產(chǎn)量構成要素都有顯著的影響。尿素摻混緩釋氮肥（SU）在N3施氮量下玉米最大干物質累積量和氮素累積吸收量分別為17 927.9 kg·hm-2和156.1 kg·hm-2，較其他處理分別提高了16.0%—61.7%和8.1%—45.2%。尿素摻混緩釋氮肥（SU）在N3施氮量下，產(chǎn)量達到最高，為6 200 kg·hm-2，比尿素（U）N3處理和緩釋氮肥（S）N2處理的產(chǎn)量分別增加了19.8%和20.7%；其中，緩釋氮肥處理（S）和尿素摻混緩釋氮肥處理（SU）在N2施氮量下比尿素處理施氮量減少30%時，產(chǎn)量無顯著性差異。玉米的產(chǎn)量并不是隨著施氮量的增加而增加，尿素（U）和尿素摻混緩釋氮肥處理（SU）在N3施氮量時玉米產(chǎn)量比N4施氮量分別增加了19.7%和19.0%，緩釋氮肥處理（S）中N2施氮量的玉米產(chǎn)量比N3和N4施氮量分別提高10.9%和26.5%。尿素摻混緩釋氮肥（SU）N3處理玉米吐絲期后營養(yǎng)器官中氮素向籽粒中轉運量最大，比尿素（U）N3處理和緩釋氮肥（S）N2處理分別增加了14.7%和8.2%，有利于促進籽粒的增產(chǎn)。土壤硝態(tài)氮的累積量隨著施氮量的增加而增加，但是尿素摻混緩釋氮肥（SU）處理的土壤硝態(tài)氮累積量比尿素（U）處理和緩釋氮肥（S）處理分別平均減少21.2%和9.5%，尿素摻混緩釋氮肥（SU）處理土壤硝態(tài)氮含量主要分布在0—40 cm土層，不僅促進玉米的吸收，更減少土壤氮素向更深土層的淋失，提高耕作層的土壤養(yǎng)分。尿素與緩釋氮肥摻混，施氮量180 kg·hm-2是試驗區(qū)玉米高效生產(chǎn)的最佳施氮量。

玉米；緩釋氮肥；尿素；摻混；施氮量；氮素利用效率；土壤硝態(tài)氮

0 引言

【研究意義】陜西關中平原是中國糧食的主產(chǎn)地之一，是陜西省最大的糧食產(chǎn)地，夏玉米/冬小麥輪作為當?shù)刂饕N植制度。該地區(qū)玉米產(chǎn)量占全省的60%以上[1-2]。施化肥，特別是施氮肥作為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的主要措施之一[3-4]，在關中平原糧食持續(xù)生產(chǎn)中起到了很大的作用。據(jù)統(tǒng)計，陜西省1980年糧食產(chǎn)量為757萬噸，而2015年已增加至1 227萬噸[5]，但同期化肥施用量從30萬噸增加到197萬噸，增加了556%，可以看出糧食產(chǎn)量的增幅遠低于化肥的增加幅度。研究表明，陜西關中地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)玉米純氮施用量約為（288±113）kg·hm-2，而推薦量為112—205 kg·hm-2[6]，普遍存在氮肥過量施用問題，氮肥利用率顯著下降[7-9]。緩釋氮肥是可延緩氮素釋放速率，減少氮素損失并供植物持續(xù)吸收利用的氮肥[10-11]。緩釋氮肥在提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率等方面有較多的研究和應用[12-14]，但是施用緩釋氮肥對作物不同生育期內(nèi)能否被更有效地吸收利用，特別是與傳統(tǒng)氮肥配合施用對作物生長、氮素吸收和產(chǎn)量的影響機理等還需要進行探索研究。因此，研究不同施氮條件下緩釋氮肥與傳統(tǒng)氮肥摻混對作物生長和氮素吸收的影響對氮肥高效生產(chǎn)有重要的理論與實際意義?！厩叭搜芯窟M展】緩釋氮肥通過改變內(nèi)核尿素粒子與交界環(huán)境中的擴散通量，可有效控制氮素釋放速率[15]，不僅促進作物生育后期的氮素供應，還能有效增加氮素轉換與積累，協(xié)調(diào)作物各器官養(yǎng)分吸收與分配，使作物產(chǎn)量和氮肥利用率大大提高，減少了氮素的淋溶損失[16-17]。近年來，施用緩釋肥能促進作物營養(yǎng)生長和生殖生長，抗倒伏能力強，提高肥料利用率，增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益明顯，且不用追肥，減少工時[18-21]。緩釋肥可根據(jù)作物對養(yǎng)分的需要控制其養(yǎng)分釋放模式，使養(yǎng)分釋放與作物養(yǎng)分吸收同步，尤其在節(jié)水條件下，控鹽和增產(chǎn)效果顯著[22-24]。在2年的水稻田間試驗中發(fā)現(xiàn)施用緩釋氮肥能夠減少氮肥的花費和施肥頻率[25]。姬景紅等在控釋摻混肥對春玉米產(chǎn)量、光合特性及氮肥利用率的影響研究中發(fā)現(xiàn)不同比例摻混緩釋肥能夠延緩葉片衰老，提高產(chǎn)量，增加0—30 cm土層的硝態(tài)氮含量，減少30—90 cm土層硝態(tài)氮殘留量[26]；王宜倫等在緩/控釋氮肥對玉米氮代謝、氮素積累及產(chǎn)量的影響的研究表明，施用緩釋肥既提高了玉米植株的氮素累積和氮肥利用率，又增加了產(chǎn)量[27]。此外，不同品牌新型肥料在玉米中的研究表明，3種新型肥料（金陽牌、金正大和紅四方納米）均提高了玉米產(chǎn)量和氮肥利用率，其中紅四方納米控釋肥對玉米增產(chǎn)和改善品質效果最好[28]；不同包膜緩釋肥在水稻中的研究表明，樹脂包膜和硫加樹脂包膜緩釋肥的處理在水稻產(chǎn)量上無明顯差異，較傳統(tǒng)肥料增產(chǎn)14.1%—15.0%[29]。研究不同包膜緩釋肥在夏玉米/冬小麥輪作系統(tǒng)表明施用緩釋摻混肥和硫加樹脂包膜緩釋肥均可提高氮收獲指數(shù)和籽粒產(chǎn)量[30]?！颈狙芯壳腥朦c】以往對于緩釋氮肥的研究主要集中在不同品牌、不同包膜方式的緩釋氮肥以及不同品牌摻混的緩釋氮肥對作物生長及氮素在土壤中的分布、運移和在植株體內(nèi)的吸收、分配等方面，關于緩釋氮肥的田間應用主要以水稻[31]和生育期較長的春玉米為主，而對于關中地區(qū)主要的糧食作物夏玉米的研究甚少?！緮M解決的關鍵問題】本研究把普通尿素與新型肥料緩釋氮肥摻混同尿素和緩釋氮肥單獨施用作比較，通過研究不同的氮肥類型和施氮量及兩者的交互作用對玉米生長、產(chǎn)量及其組成因素、氮肥利用率和土壤硝態(tài)氮殘留的影響，旨在探究適合關中平原玉米生長的氮肥類型及合理的施氮量，為玉米高產(chǎn)高效安全的尿素摻混緩釋氮肥推廣應用提供科學的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年6—10月在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室的節(jié)水灌溉試驗站（108°24′E、34°20′N）進行。試驗區(qū)屬于暖溫帶季風半濕潤氣候區(qū)，海拔 524.7 m，年平均溫度為12.9℃，多年平均降水量580 mm（主要集中在7、8、9月），年平均蒸發(fā)量1 500 mm。試驗區(qū)土壤質地為重壤土，0—100 m土層的田間持水量為23%—25%，凋萎含水量為8.5%，0—20 cm土層的土壤pH為8.14，有機質含量為12.0 g·kg-1、全氮為0.89 g·kg-1、速效磷為8.21 mg·kg-1、堿解氮為55.30 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗設置3種氮肥類型：尿素（U）、緩釋肥（S）和尿素緩釋肥3﹕7摻混（SU）；4個施氮水平：N1（90 kg·hm-2）、N2（120 kg·hm-2）、N3（180 kg·hm-2）和N4（240 kg·hm-2），以不施氮肥N0為對照，共13個處理。各處理小區(qū)隨機排列，重復3次，小區(qū)面積為3 m×7 m=21 m2，試驗區(qū)周圍布設2 m保護帶。

試驗所用氮肥為尿素（含N≥46%）和史丹利緩釋氮肥（含N≥28%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O5≥16%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O≥50%）。其中緩釋肥（S）和尿素摻混緩釋氮肥（SU）均作為基肥，播種前一次性施入，尿素（U）基追比為3﹕7，追肥在拔節(jié)期（7月14日）進行。各處理磷肥（120 kg·hm-2P2O5）和鉀肥（60 kg·hm-2K2O）均作為基肥一次性施入。

供試玉米品種為鄭單958，行距為60 cm、株距為25 cm，播種密度為67 000株/hm2，于2016年6月10日播種，10月1日收獲。由于伏旱時期過長，在8月16日灌水30 mm，生育期內(nèi)無明顯病蟲害和雜草出現(xiàn)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株生長指標測定 在玉米苗期、拔節(jié)期、吐絲期、灌漿期和成熟期測定株高、莖粗和葉面積，每個小區(qū)在苗期選取長勢一致的3株幼苗，3次重復共計9株進行掛牌標記。株高用卷尺測定；莖粗用游標卡尺測定；葉面積測量單個葉片的長和寬后，采用長×寬×0.75計算單株葉面積，葉面積指數(shù)=單株葉面積×種植密度/土地面積。

1.3.2 植株干物質累積量與產(chǎn)量測定 在玉米成熟期破壞性取樣，每個小區(qū)隨機取樣3株，3次重復共計9株，在105℃下殺青30 min，接著在75℃下烘至恒重；根干物質量測定，收獲后用鐵鍬挖玉米主根區(qū)40 cm深，用清水沖洗干凈，并用吸水紙將根表面的水分吸干，在105℃條件下殺青30 min后，置于75℃條件下烘至恒重；產(chǎn)量及其構成要素測定在玉米成熟期各小區(qū)隨機選取10株，3次重復共計30株，風干脫粒測定總重及其構成要素，最終折算成含水率為14%的籽粒百粒重和產(chǎn)量，并折算成公頃產(chǎn)量。

1.3.3 植株氮素吸收量測定 玉米各生育時期取樣，吐絲期分莖和葉片2部分，成熟期按莖、葉片、包皮+穗軸和籽粒分為4部分。樣品放入105℃烘箱中殺青30 min，75℃烘至恒重，稱取干物質重，磨碎，采用濃硫酸消煮，用連續(xù)流動分析儀（Auto Analyzer-III，德國Bran Luebbe公司）測定植物樣品全氮含量。

1.3.4 土壤硝態(tài)氮含量測定 在玉米收獲后，用土鉆取0—120 cm土層土樣，20 cm為一層，晾干磨細過篩后，稱取5 g土壤樣品，加入50 mL 2 mol·L-1的KCl溶液，振蕩30 min后過濾，浸提液用連續(xù)流動分析儀（Auto Analyzer-III，德國Bran Luebbe公司）測定土壤硝態(tài)氮含量。硝態(tài)氮累積量計算公式[32]如下：

式中，為土壤硝態(tài)氮的積累量（kg·hm-2）；為土壤硝態(tài)氮含量（mg·kg-1）；為土層深度（cm）；為土壤容重（g·cm-3）。

1.3.5 相關指標計算公式 植株氮素吸收與轉運及

氮素利用效率的計算公式[33-34]：

植株氮素吸收量=植株氮素含量（%）×干物質質量；

營養(yǎng)器官氮素轉移量=吐絲期營養(yǎng)器官氮素吸收量-成熟期營養(yǎng)器官氮素吸收量；

吐絲期后氮素吸收量=成熟期氮素吸收總量-吐絲期營養(yǎng)器官氮素吸收量；

營養(yǎng)器官氮素轉移率（NRE）（%）=營養(yǎng)器官氮素轉移量/吐絲期營養(yǎng)器官氮素吸收量×100；

氮素吸收效率（kg·kg-1）=植株氮素累積量/施氮量；

氮素利用效率（kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/植株氮素累積量；

氮肥利用效率（kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/施氮量；

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素吸收量/植株氮素吸收量。

采用SPSS23.0統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性方差分析；采用Microsoft Excel 2013進行數(shù)據(jù)處理；Origin8.0軟件繪圖。

2 結果

2.1 尿素摻混緩釋氮肥對玉米生長的影響

2.1.1 玉米株高 株高是反映作物生長的重要指標。不同施氮量對玉米株高較CK處理均有明顯的促進作用，且在吐絲期達到最大，吐絲期以后株高有所下降（圖1）。在苗期各處理之間株高差異不明顯。在拔節(jié)期尿素追肥，U處理玉米株高增長最快，而S和SU處理與U處理的株高在拔節(jié)期并無顯著性差異，說明緩釋氮肥在這一時期能釋放大量的養(yǎng)分供玉米生長。拔節(jié)期以后，U和SU處理株高隨著施氮量的增加而增加，而施氮量為N4時株高反而下降，其中U和SU處理在N3玉米株高分別高于其他施氮量1.2%— 16.4%和1.5%—12.4%；S處理中N2玉米株高分別高于其他施氮量1.2%—5.9%。在所有處理中SU處理中N3玉米株高達到最大值，株高的整體趨勢是SU處理＞S處理＞U處理。

圖1 不同氮肥對玉米株高的影響

2.1.2 玉米莖粗 隨著玉米的生長，各處理莖粗較CK處理都有不同程度的增加，但在拔節(jié)期以后開始減小，這可能與玉米前期生長旺盛耗水過多后期嚴重缺水抑制了玉米的生長有關（圖2）。在玉米苗期到拔節(jié)期莖粗增加較快，且隨著施氮量的增加而增加，但在拔節(jié)期以后N4略微降低，這是因為施氮量過高，不利于玉米生長。在U和SU處理中N3的莖粗高于其他施氮量4.1%—21.5%和3.3%—18.9%，S處理中拔節(jié)期以后N2的莖粗高于其他施氮量4.4%—24.9%。SU處理莖粗在各個生育期均顯著高于U和S處理。U處理的N3與S處理的N2在各生育期的莖粗無顯著差異，這說明緩釋氮肥的氮肥利用效率高于普通尿素，作物長勢相同，能夠節(jié)省肥料用量。

2.1.3 玉米葉面積指數(shù) 由圖3可以看出，隨著生育時期的推進玉米葉面積指數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，吐絲期葉面積指數(shù)達到最大。苗期不同處理葉面積指數(shù)無顯著性差異。苗期到拔節(jié)期葉面積指數(shù)隨施氮量的增加而增加，同時這一時期也是葉面積指數(shù)增加速率最大。但是在拔節(jié)期以后各氮肥N4處理的葉面積指數(shù)明顯下降，這是由于施氮量過高，抑制了作物的生長，使得葉面積指數(shù)降低。其中S處理中的N4葉面積指數(shù)在灌漿期以后快速下降，在成熟期N2的葉面積指數(shù)高于其他施氮量；SU處理的N3的葉面積指數(shù)在拔節(jié)期和吐絲期高于其他施氮量7.3%—57.7%和6.3%—32.3%，但是到灌漿期葉面積指數(shù)有所下降，低于N4 5.46%，在成熟期葉面積指數(shù)高于其他處理30.4%—69.5%。吐絲期各處理葉面積指數(shù)達到最大，其中SU處理中N3葉面積指數(shù)最大為4.2，較其他處理葉面積指數(shù)高出1.9%—18.2%。玉米主要生育時期不同處理的葉面積指數(shù)總體上呈現(xiàn)出SU處理＞S處理＞U處理。

圖2 不同氮肥對玉米莖粗的影響

圖3 不同氮肥對玉米葉面積指數(shù)的影響

2.2 尿素摻混緩釋氮肥對玉米干物質累積的影響

如圖4所示，施氮能夠明顯的促進作物生長，施氮各處理的干物質累積量比CK處理平均高出了10.6%—78.9%。但是玉米的干物質累積量并不是隨著施氮量的增加而同步線性增加的，施氮量為0—180 kg·hm-2能夠促進作物生長，施氮量高于180 kg·hm-2抑制玉米的生長，導致植株干物質累積量下降。U處理中N3干物質累積量高于其他施氮量處理13.0%— 26.7%，在莖和籽粒中比例最大；S處理中N2干物質累積量高于其他施氮量處理15.7%—43.9%，在根、莖和籽粒中有明顯差異；SU處理中N3干物質累積量高于其他3個施氮量16.0%—42.2%，在根、莖、葉和籽粒中都具有明顯差異。SU處理干物質累積量最高可達17 927.9 kg·hm-2，比U和S處理干物質累積量最大值分別高出了18.5%和12.4%。玉米成熟期的干物質累積量主要集中在籽粒中，籽粒重占干物質累積量的39.9%—48.3%。雖然U和S處理整體差異不明顯，但是S處理的施氮量比U處理施氮量減少了30%，節(jié)約了肥料的用量；而SU處理的N3較S處理N2干物質累積增加了12.4%。成熟期干物質累積量整體呈現(xiàn)出SU處理＞S處理＞U處理。

圖4 不同氮肥對玉米干物質累積量的影響

2.3 尿素摻混緩釋氮肥對玉米吐絲期前后氮素累積及運轉的影響

由表1可以看出，不同氮肥下，玉米植株營養(yǎng)器官在吐絲期貯存的氮素吸收量大于成熟期，這說明吐絲期后營養(yǎng)器官中貯存的氮素向籽粒中發(fā)生轉移。隨著施氮量的增加，玉米吐絲期后營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉運量和轉運效率均呈先增大后減小的變化趨勢；U處理和SU處理的氮素轉運量在N3達最大，其他施氮量較N3減少了19.8%—60.3%和21.8%—56.7%，S處理的N2最大，其他施氮量較N2減少了10.7%—59.0%，其中SU處理中N3轉運量比U處理中N3和S處理中N2分別增加14.7%和8.2%。但不同氮肥類型中N2、N3和N4施氮量下的玉米氮素轉運效率之間沒有顯著性差異。這說明，玉米籽粒中氮素的吸收量除吐絲期后營養(yǎng)器官中氮素向籽粒的轉移外，還有吐絲期后玉米從土壤中吸收同化的氮素；適宜的施氮量更有利于吐絲期后營養(yǎng)器官中的氮素向籽粒中轉移。

2.4 尿素摻混緩釋氮肥對玉米產(chǎn)量及其構成因素的影響

如表2所示，施氮肥均能提高玉米籽粒產(chǎn)量，不同氮肥類型和施氮量對玉米產(chǎn)量及其影響因素有不同程度的影響。氮肥類型對穗行數(shù)、百粒重具有極顯著性影響，對穗長、產(chǎn)量具有顯著性影響；施氮量對穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量有極顯著性影響，對穗長具有顯著性影響。兩者交互作用對穗長和百粒重有極顯著影響，對穗粗和產(chǎn)量具有顯著性影響，對其他產(chǎn)量性狀均無顯著性差異。

SU處理各施氮量玉米產(chǎn)量均比U和S處理高，其中SU處理中N3產(chǎn)量最高，達6 200.4 kg·hm-2，比SU處理中其他施氮量處理高12.1%—32.6%，較U和S處理中最高產(chǎn)量分別高出了20.7%和19.8%，比CK處理高81.3%。U和SU處理中N4玉米產(chǎn)量比N3分別減少了16.5%和16.0%；S處理中N3和N4的玉米產(chǎn)量比N2分別減少了9.9%和20.9%。在同一施氮量下SU處理的玉米產(chǎn)量及其構成因素均較U和S處理有明顯的優(yōu)勢，S處理在施肥量減少30%的情況下仍與U處理的產(chǎn)量相齊平。

表1 不同氮肥對玉米吐絲期前后氮素累積及運轉的影響

表中數(shù)值為平均值（=13）。同列不同字母表示顯著性差異（< 0.05）；*表示差異顯著，**表示差異極顯著。下同

The data are mean values (=13). Different letters in the same column indicate significant difference (<0.05); * meant significant difference, while**meant much significant difference. The same as below

表2 不同氮肥對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

2.5 尿素摻混緩釋氮肥對玉米氮肥利用率的影響

如表3示，植株氮素累積量并不是隨著施氮量的增加而增加的，施氮處理的植株氮素累積量比對照增加了15.3%—67.3%，整體上呈現(xiàn)出SU處理＞S處理＞U處理，與植株干物質累積量有相同的趨勢。氮素吸收效率和氮肥利用率隨著施氮量的增加呈下降趨勢，SU各處理氮素率較U和S處理顯著增加，但是在不同氮肥類型中N2氮素吸收效率反而增加，說明這一施氮量下玉米吸收氮肥達到最高水平，玉米吸收的養(yǎng)分主要用于形成籽粒，提高產(chǎn)量。氮收獲指數(shù)在U與SU處理 N3與S處理N2中達到0.51—0.52，說明這3個處理籽粒含氮量占植株含氮量50%以上，養(yǎng)分主要儲存在籽粒中。氮肥類型對所有氮素吸收利用指標均有極顯著影響。施氮量對植物養(yǎng)分累積量、氮素吸收效率、氮收獲指數(shù)和氮肥利用率均有極顯著性影響，兩者的交互作用對植物養(yǎng)分累積量、氮素吸收效率和氮肥利用有極顯著性影響。

2.6 尿素摻混緩釋氮肥對土壤硝態(tài)氮的影響

2.6.1 土壤硝態(tài)氮的分布 如圖5所示，玉米收獲后0—120 cm土層內(nèi)硝態(tài)氮含量隨著施氮量的增加而增加，不同肥料明顯地影響土壤硝態(tài)氮的分布，其中CK土壤硝態(tài)氮含量最低，隨深度的增加呈下降趨勢。U處理土壤硝態(tài)氮含量隨著土層深度的增加呈先減小后增大再減小的趨勢，S與SU處理土壤硝態(tài)氮含量隨著土層的增加逐漸減小。通過計算0—120 cm各土層硝態(tài)氮累積量占整個土層累積量的比例可知，0—40 cm土層硝態(tài)氮累積量占0—120 cm土層累積量的比例滿足S處理＞SU處理＞U處理。S處理與SU處理在0—120 cm土層硝態(tài)氮含量明顯低于U處理，這說明在相同施氮量下，與尿素相比緩釋氮肥和尿素摻混緩釋氮肥處理不僅能增加0—40 cm土層硝態(tài)氮含量，還能夠減少土壤氮素向更深土層的淋失，降低土壤硝態(tài)氮的殘留量，提高氮肥利用率。

圖5 0—120 cm土層硝態(tài)氮的分布

2.6.2 土壤硝態(tài)氮的累積量 由圖6可知，玉米0—120 cm土層內(nèi)硝態(tài)氮累積總量隨著施氮量的增加而增加，施氮量相同時土壤硝態(tài)氮累積量整體上呈現(xiàn)為U處理＞S處理＞SU處理。S處理和SU 處理在0—40 cm土層中硝態(tài)氮含量，比U處理各施氮量在0—40 cm土層中硝態(tài)氮含量平均增加了29.3%和12.8%，在40—120 cm，U處理各施氮量土層硝態(tài)氮含量比S處理和SU 處理各施氮量平均增加了35.1%和40.8%，這說明S處理和SU處理中硝態(tài)氮主要殘留在表層還能被下季作物利用，降低了淋失風險。以上結果表明，S和SU處理的土壤硝態(tài)氮主要集中在土壤表層；而U處理隨著施氮量的增加，過多的硝態(tài)氮隨水下移至土壤深層，更容易發(fā)生淋失。施氮量相同時，SU處理在0—40 cm的硝態(tài)氮含量較S處理平均將低了13.3%，這說明SU處理較S處理更有利于玉米植株對氮素的吸收，從而使得0—40 cm土層中硝態(tài)氮含量降低。

圖6 0—120 cm土層硝態(tài)氮累積量

3 討論

本文研究不同類型氮肥供應對玉米各生長指標、產(chǎn)量及其構成因素、氮肥利用率和土壤硝態(tài)氮殘留的影響。結果表明，不同類型的氮肥均能提高玉米株高、莖粗、葉面積指數(shù)、干物質量、產(chǎn)量和氮肥利用率，其整體變化趨勢表現(xiàn)為SU處理＞S處理＞U處理。

不同氮肥與施氮量對玉米的生長有明顯的影響，有研究表明，緩釋氮肥與尿素摻混能夠促進玉米中后期生長[20,26]。在本試驗中玉米莖粗和葉面積指數(shù)生長指標均表現(xiàn)為隨施氮量的增加呈先增加后減小的趨勢。本試驗結果表明，尿素處理和尿素摻混緩釋氮肥的N3處理玉米各項生長指標最優(yōu)。緩釋氮肥N2處理和尿素N3處理玉米各生長指標無明顯差異，但是尿素摻混緩釋氮肥N3處理比緩釋氮肥N2處理在株高上有所增加，葉面積指數(shù)提高了12.2%。這說明尿素摻混緩釋氮肥釋放的養(yǎng)分大多數(shù)能被作物吸收利用，比普通尿素處理氮素利用效率提高，這與銀敏華[35]等的氮肥運籌對玉米根系生長與氮素利用效率的影響研究結果相一致。

施氮對玉米干物質累積和產(chǎn)量及其構成因素的影響更為顯著。在緩釋氮肥一次基施與普通尿素分次施用的效果研究上表明，采用緩釋氮肥在作物產(chǎn)量及其構成因素方面可取得與速效氮肥分次施用接近或顯著增加的效果[36-37]。本試驗結果表明尿素摻混緩釋氮肥和緩釋氮肥均能在一次性施肥的基礎上較尿素在拔節(jié)期追肥提高作物產(chǎn)量，尿素摻混緩釋氮肥處理所收獲最高干物質累積量與產(chǎn)量比尿素處理最大值有顯著性提高。其中尿素和緩釋氮肥處理干物質累積量與產(chǎn)量最大值無明顯差異，但是S處理施氮量比尿素施氮量減少了30%，節(jié)約了肥料的用量。而且緩釋氮肥處理的干物質累積量、穗長、穗粗、百粒重和產(chǎn)量較尿素摻混緩釋氮肥低，這可能是由于緩釋肥釋放需要一定的時間，玉米前期養(yǎng)分供應不足造成脫肥現(xiàn)象，而后期氮素供應大于玉米所需養(yǎng)分，又造成氮肥收獲指數(shù)低，植株氮素累積量較高。

在玉米上研究發(fā)現(xiàn)，在相同施肥量情況下，施用樹脂包膜緩釋氮肥和硫磺包膜緩釋氮肥均能夠顯著增加玉米產(chǎn)量，在減少25%施肥量情況下，仍能顯著增加玉米產(chǎn)量[38]；在小麥、稻與油菜輪作中研究表明，減少1/3的緩釋肥施入量和普通尿素處理在小麥上的產(chǎn)量相同，并且在減少50%的控釋氮肥的情況下水稻產(chǎn)量顯著高于100%的尿素處理的產(chǎn)量[39-40]。本試驗研究表明即使尿素摻混緩釋氮肥處理減少施氮量也能增加玉米產(chǎn)量，尿素摻混緩釋氮肥N3處理產(chǎn)量達到最大，緩釋氮肥N2處理產(chǎn)量最大，但尿素摻混緩釋氮肥處理最大產(chǎn)量比尿素與緩釋氮肥處理最大產(chǎn)量分別提高了20.7%和16.8%；尿素摻混緩釋氮肥N3處理產(chǎn)量比尿素處理和緩釋氮肥N3處理的產(chǎn)量高出20.7%和33.0%，當尿素摻混緩釋氮肥施氮量為N2時比尿素N3減少30%的施氮量時產(chǎn)量仍高出7.7%；緩釋氮肥N2處理產(chǎn)量最大為5 175.0 kg·hm-2，尿素在N3時產(chǎn)量達到最大為5 136.0 kg·hm-2，這說明收獲相的產(chǎn)量時，緩釋氮肥比尿素節(jié)省30%的施氮量。

有研究表明緩釋氮肥與普通尿素摻混可以提高氮肥利用率，使更多的氮素向籽粒中運轉，從而提高作物產(chǎn)量[41]。在本研究中，各處理玉米營養(yǎng)器官氮素轉移量和轉移效率均隨著施氮量的增加呈先增加后減小的變化趨勢，其中尿素摻混緩釋氮肥處理N3中的氮素向籽粒中轉運量最高，向籽粒中轉運效率也最大，但是與N2、N4施氮量的氮肥轉運率無顯著性差異，這是由于籽粒中的氮素來源于兩部分，一部分為吐絲期前吸收并貯存在營養(yǎng)器官中于吐絲期后轉移到籽粒中的氮素，另一部分為吐絲期后植株吸收同化的氮素[33]。氮素吸收效率和氮肥利用率是隨著施氮量的增加而降低的。氮肥利用率為單位有效氮素所形成的籽粒產(chǎn)量，本試驗中氮肥利用率尿素摻混緩釋氮肥處理高于尿素處理，這與隋常玲[30]在不同包膜控釋氮肥適用對輪作作物養(yǎng)分利用效率的影響略有差異，可能是因為試驗環(huán)境不同，對作物吸收與肥料的養(yǎng)分釋放有不同的影響。

施氮可以明顯增加作物產(chǎn)量，在玉米生長時期是雨水比較充沛的季節(jié)，氮素的淋溶被認為是氮損失的最主要的原因，尤其發(fā)生在施氮量過高的地區(qū)[42]。土壤中氮素的不足或者殘留過多往往與不同氮肥的供給和不同作物的需求差異有關。張務帥等[43]的研究結果表明：緩釋氮肥處理中氮的投入絕對量較小，且由于肥料本身緩慢釋放的特性，相比一次大量施用速效氮肥，使得氮素向土壤深層次淋溶的風險降低，從而減少對地下水的潛在硝酸鹽污染。在本試表明，硝態(tài)氮在土壤中的累積量與氮肥用量密切相關，施氮量從120 kg·hm-2增加到240 kg·hm-2，0—40 cm土層的硝態(tài)氮累積量顯著提高，尤其在0—20 cm土層內(nèi)。在本試驗中，等施氮量條件下與普通尿素相比，緩釋氮肥以及尿素摻混緩釋氮肥的處理土壤硝態(tài)氮殘留量在0—40 cm土層顯著增加，但是在40—120 cm的土層中有相反的趨勢，這說明緩釋氮肥與尿素摻混緩釋氮肥不僅明顯的降低了氮肥向深層土壤的淋失，同時還增加了土壤耕作層的養(yǎng)分含量，可供下一季作物生長。

由于氣候特點、作物品種、種植模式及產(chǎn)量水平的影響，加之不同地區(qū)玉米養(yǎng)分需求也存在一定的差異，在其他地區(qū)施用尿素摻混緩釋氮肥還需進一步研究，而且本試驗只設置了尿素和緩釋氮肥的一種比例混摻，局限性較大，在今后的試驗中應該設置不同混摻比例，在不同的試驗點，綜合考慮產(chǎn)量、經(jīng)濟效益和環(huán)境效應來確定最佳施肥類型和施肥量。

4 結論

與尿素和緩釋氮肥單施相比，尿素與緩釋氮肥3﹕7摻混施用能顯著提高玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和干物質積累量，且隨施氮量的提高呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；吐絲期后營養(yǎng)器官氮素的轉運量隨著施氮量的增加先增大后減小，尿素摻混緩釋氮肥N3處理的轉運量達最大，促使營養(yǎng)器官中的氮素向籽粒中轉運，提高玉米產(chǎn)量；在玉米吐絲期后營養(yǎng)器官轉移氮素和吸收同化氮素的共同作用下，尿素摻混緩釋氮肥N3處理玉米籽粒中氮素的吸收量和氮素轉運效率最大；玉米產(chǎn)量隨著施氮量的增加先增大后減小，在尿素摻混緩釋氮肥N3處理時收獲最大，較尿素摻混緩釋氮肥處理中其他施氮量處理高12.1%—32.6%，較尿素和緩釋氮肥處理中最高產(chǎn)量分別高出了20.7%和19.8%；收獲后尿素摻混緩釋氮肥處理土壤硝態(tài)氮累積量明顯低于尿素處理，在耕作層的硝態(tài)氮含量高于尿素處理，低于緩釋氮肥處理，尿素摻混緩釋氮肥處理提高氮素吸收利用，減少硝態(tài)氮向土壤深層淋失。

綜上所述，在尿素與緩釋氮肥摻混情況下，施氮量180 kg·hm-2為該試驗區(qū)玉米高效生產(chǎn)的最佳施氮量。

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（責任編輯 李云霞）

Effects of Slow-release Nitrogen Fertilizer and UreaBlending on Maize Growth and Nitrogen Uptake under Different Nitrogen Application Rates

GUO JinJin, ZHANG FuCang, WANG HaiDong, YAN ShiCheng, ZHENG Jing, CHEN DongFeng, LI ZhiJun

(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education, Northwest A&F University / Institute of Water-saving Agriculture in Arid Areas of China, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

Understanding of the effects of mixed slow-release nitrogen fertilizer on crop growth can serve as a guide for optimal N management by improving N use efficiency and grain yield and reducing soil NO3-- N residue.An experiment was conducted in Guanzhong Plain to investigate the effects of a mixture of conventional urea and slow-release fertilizer (N ratios 3∶7, respectively) and N application rates on maize plant height, stem diameter, leaf area index, dry matter accumulation , yield, yield components and nitrogen use with a high yielding ‘Zhengdan 958’in a randomized complete block design. Three nitrogen fertilizer types (U: conventional urea, S: slow- release urea and SU: a mixture of slow- release and conventional urea with N ratio 7∶3) and four N application rates N1 (90 kg·hm-2), N2 (120 kg·hm-2), N3 (180 kg·hm-2) and N4 (240 kg·hm-2) were applied in the study. No nitrogen plot was designed as the control (CK). There were 13 treatments were established.The interactions of nitrogen fertilizer types and rates on maize growth index, dry matter accumulation, yield and yield components were significant. Compared with other treatments, the maximum dry matter and nitrogen accumulation (17 927.9 kg·hm-2and 156.1 kg·hm-2) with SU (N3) were increased by 16.0%-61.7% and 8.1%-45.2%, respectively .The highest grain yield (6 200 kg·hm-2) was achieved in the treatment of SU (N3), increased by 19.8% and 20.7% in comparison with the treatments of U (N3) and S (N2), respectively. There was no significant difference in yield among S (N2), SU (N2) and U (N3). The results also indicated that the yield did not increase with increasing N application rate. In the N3 treatment, the yields with U and SU were, respectively, increased by 19.7% and 19.0%, compared with N4. Moreover, the yield with S (N2) application was increased by 10.9% and 26.5% compared with S under N3 and N4, respectively. Compared with the U (N3) and S (N2) treatments, the nitrogen translocation amount with SU (N3) was highest, increased by 14.7% and 8.2%, respectively. It was conducive to promoting the grain yield. The accumulation of nitrate nitrogen in soil increased with higher N application rate, but applying mixture (SU) reduced the NO3--N accumulation by 21.2% and 9.5% compared with monotypic conventional or slow- release urea. Regardless of application rate, the mixed urea treatments reduced the leaching N in the soil profile by augmenting NO3--N contents at 0-40 cm soil layers.The results demonstrate that moderate amount (180 kg·hm-2) of application of the mixture of slow-release and conventional urea is recommended for gaining greater yields of maize and N use efficiency in Guanzhong Plain.

; slow-release nitrogen fertilizer; urea; blending; nitrogen application rate; N use efficiency; soil nitrate nitrogen

2017-04-20；接受日期：2017-06-14

國家高技術研究計劃（“863”計劃）（2011AA100504）、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項（201503124）、教育部高等學校創(chuàng)新引智計劃（B12007）

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