呂金嶺，寇長(zhǎng)林，于冬梅

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.農(nóng)業(yè)部原陽(yáng)農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，河南 原陽(yáng) 453500；3.河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002；4.西平縣土肥利用管理站，河南西平 463900）

提升作物氮肥利用效率，減少氮素的其他損失途徑，是當(dāng)前綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然要求之一［1］。然而傳統(tǒng)肥料通常存在揮發(fā)性強(qiáng)、淋溶損失嚴(yán)重和氮肥利用效率不高等問(wèn)題，從而引發(fā)了一系列生態(tài)和環(huán)境危機(jī)［2-3］。造成這些問(wèn)題的根源不僅是傳統(tǒng)肥料施用方式和施用量的問(wèn)題，更多的是由于傳統(tǒng)肥料自身難以克服的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題［4-5］。因此，新型緩控釋肥料的研發(fā)和應(yīng)用顯得極為重要。聚脲甲醛緩釋肥作為一種新型緩釋肥料，最早應(yīng)用在菜地和高爾夫球場(chǎng)［6-7］，隨著工藝技術(shù)的推進(jìn)，聚脲甲醛緩釋肥的成本明顯降低，使得其在農(nóng)田上應(yīng)用成為可能［8-9］。聚脲甲醛是尿素和甲醛在不同溫度與壓力條件下的縮合產(chǎn)物，通過(guò)調(diào)整尿素和甲醛的比例，可以縮合出不同鏈長(zhǎng)的聚脲甲醛肥料［10］。聚脲甲醛肥料進(jìn)入農(nóng)田后需要通過(guò)微生物的分解，才能進(jìn)一步被作物所利用，因此不同氣候、土壤和農(nóng)田管理措施下其養(yǎng)分釋放存在著一定的差異［5，11-12］。小麥?zhǔn)侨A北平原的主產(chǎn)作物，而潮土是華北平原最典型的土壤類型之一，聚脲甲醛緩釋肥在潮土麥田的利用方式以及產(chǎn)生的產(chǎn)量效益和氮肥利用率研究還未見(jiàn)報(bào)道?；诖耍狙芯恳猿蓖列←湠檠芯繉?duì)象，探討不同量聚脲甲醛緩釋肥的緩釋效果，并對(duì)其產(chǎn)量、氮素吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估，以期為此類肥料的進(jìn)一步優(yōu)化和大范圍推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于河南省原陽(yáng)縣祝樓鄉(xiāng)，該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為14.4℃，多年平均降水量為549.9 mm，降雨主要集中在6至8月，降雨量約占全年的60%，全年日照2 300～2 600 h，無(wú)霜期210～220 d。供試土壤為輕壤質(zhì)潮土。耕層（0～20 cm）土壤的主要理化性質(zhì)如下：pH約8.2、w（有機(jī)質(zhì)）11 g/kg、w（總氮）0.63 g/kg、w（總磷）0.75 g/kg、w（有效鉀）144.1 mg/kg、w（有效磷）23.6 mg/kg、w（銨態(tài)氮）0.89 mg/kg、w（硝態(tài)氮）35 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2017年開(kāi)始，共設(shè)置5個(gè)處理，分別為不施氮肥（CK）、單純尿素（OPT）、100%聚脲甲醛緩釋肥（鄭州高富肥料有限公司提供）（MU1）、75%聚脲甲醛緩釋肥+25%尿素（MU2）和50%聚脲甲醛緩釋肥+50%尿素（MU3）。每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。小區(qū)按照隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積為40 m2（5 m×8 m）。磷、鉀肥采用過(guò)磷酸鈣（w（P2O5）12%）和氯化鉀（w（K2O）60%），磷、鉀肥和聚脲甲醛緩釋肥均一次性基施。尿素除了OPT處理分2次施用（按照當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣，40%基施，60%追施）外，MU2和MU3處理也均一次性基施。不同施肥處理具體施肥量見(jiàn)表1。試驗(yàn)小區(qū)各處理均由高20 cm、寬30 cm的土埂隔開(kāi)，用于防止灌溉過(guò)程中的串肥、串水問(wèn)題。小麥基肥期采取撒施后旋耕覆土的方式，追肥期采取撒施灌溉方式。小麥選用國(guó)審小麥158。播期為2017年10月12日，667 m2播量12.5 kg，收獲期為2018年6月5日。試驗(yàn)期間做好田間除草、病蟲(chóng)害檢測(cè)防治工作。

表1 不同施肥處理聚脲甲醛、尿素及磷鉀肥施用量 kg/hm2

1.3 樣品采集與測(cè)定

土壤樣品的采集：在作物種植前采集0～20 cm耕層土壤樣品，分析pH、有機(jī)質(zhì)、總氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀等。其中pH測(cè)定采用1∶2.5土水質(zhì)量比（風(fēng)干土）制備土壤懸浮液；土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用1 mol/L氯化鉀浸提，用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定。具體樣品分析方法見(jiàn)鮑士旦編著的《土壤農(nóng)化分析》［13］。同時(shí)采集小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵期和收獲后0～20 cm耕層土壤樣品，主要用于分析土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。

植物樣品的采集：記錄小麥各時(shí)期苗情。收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)采集小麥2 m2，用于后期估算小區(qū)產(chǎn)量和地上生物量。同時(shí)選取1 m樣行裝入網(wǎng)袋并做好標(biāo)記，隨后進(jìn)行考種，用于測(cè)定小麥株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)以及千粒質(zhì)量等。并將風(fēng)干的小麥樣品進(jìn)行烘干并粉碎處理，用于測(cè)定籽粒和秸稈氮含量。

1.4 計(jì)算公式與數(shù)據(jù)處理

不同處理間產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等均采用最小顯著法（LSD）進(jìn)行多重比較以鑒別不同處理差異是否顯著，并使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果和討論

2.1 聚脲甲醛緩釋肥對(duì)耕層土壤氮素含量影響

不同施肥處理對(duì)耕層土壤氮素含量的影響見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，不同施肥處理耕層土壤總氮含量差別不顯著（p＞0.05），CK處理的總氮含量盡管相對(duì)較低，但與其他處理差異仍未達(dá)到顯著水平，這與化肥投入氮與土壤固有的總氮含量相比相對(duì)較低有關(guān)。同時(shí)比較不同施肥處理的礦質(zhì)氮含量（作物收獲后）發(fā)現(xiàn)，MU1處理的硝態(tài)氮含量最高，顯著高于其他處理，其次為MU2和MU3處理，CK和OPT處理的硝態(tài)氮含量較低。這說(shuō)明施用聚脲甲醛緩釋肥可以顯著提升土壤的硝態(tài)氮含量。高量聚脲甲醛緩釋肥處理耕層土壤硝態(tài)氮的含量最高，減量聚脲甲醛緩釋肥處理土壤硝態(tài)氮含量降低，但仍高于單施尿素處理，說(shuō)明聚脲甲醛氮素具有較強(qiáng)的緩釋效果。趙蒙等［9］在太湖稻田試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，說(shuō)明聚脲甲醛緩釋肥在水田和旱地均擁有良好的緩釋效果。

圖1 不同施肥處理耕層土壤全氮和礦質(zhì)氮

2.2 聚脲甲醛緩釋肥對(duì)小麥關(guān)鍵生理指標(biāo)的影響

不同施肥處理對(duì)小麥關(guān)鍵生理指標(biāo)的影響見(jiàn)圖2。不同聚脲甲醛量與尿素配施對(duì)小麥群體數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)與千粒質(zhì)量均有不同程度的影響。從圖2中可知，除CK處理外，其余施肥處理間的群體數(shù)無(wú)明顯差別；OPT處理和MU2處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著高于其他處理，其次為MU1和MU3處理，CK處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)最低；對(duì)比不同處理的千粒質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，除了MU1處理顯著低于其他處理之外，其余處理的千粒質(zhì)量均無(wú)顯著差別。

圖2 不同施肥處理小麥群體數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量

2.3 聚脲甲醛緩釋肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

不同施肥處理對(duì)小麥產(chǎn)量的影響見(jiàn)圖3。從圖3中可以看出，OPT、MU2和MU3處理的籽粒產(chǎn)量顯著高于其他處理，其次為MU1處理，CK處理的籽粒產(chǎn)量最低。這說(shuō)明單純使用聚脲甲醛處理不利于作物產(chǎn)量的提升，而配施尿素可以起到穩(wěn)定產(chǎn)量的作用，其原因可能歸結(jié)于，聚脲甲醛緩釋速度較慢，有可能影響前期作物對(duì)氮素的有效吸收，同時(shí)也可能與聚脲甲醛緩釋肥緩釋周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致氮素可能未在小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵需肥期內(nèi)完全釋放出有關(guān)。對(duì)比不同施肥處理的秸稈產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，除CK處理外，其余施肥處理差別不明顯，整體而言MU3處理的秸稈產(chǎn)量相對(duì)較高。

圖3 不同施肥處理小麥籽粒及秸稈產(chǎn)量

2.4 聚脲甲醛緩釋肥的氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效率

不同施肥處理的氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效率見(jiàn)表2。不同聚脲甲醛施用量處理小麥籽粒和秸稈總氮含量有所不同，從表2中可以看出，MU1和MU2處理籽粒全氮含量顯著高于其他處理，其次為OPT和MU3處理，CK處理小麥籽粒總氮含量最低。MU1、MU2和MU3處理的秸稈總氮含量顯著高于其他處理，聚脲甲醛處理間差別不明顯，由此可見(jiàn)聚脲甲醛施用可以提升小麥對(duì)氮素的吸收量。不同處理的地上吸氮量也存在顯著差別，OPT、MU2和MU3處理的地上總吸氮量顯著高于其他處理（p<0.05），其次為MU1處理，CK處理的數(shù)值最低。這主要與MU1和CK處理的籽粒和秸稈產(chǎn)量較低有關(guān)。對(duì)比不同處理的氮吸收利用率發(fā)現(xiàn)，MU2處理的氮肥利用率最高，其次為MU3和OPT處理，MU1的氮肥利用率較低。與氮肥利用率結(jié)果不同，OPT、MU2、MU3處理的氮素農(nóng)學(xué)效率無(wú)顯著差異，但明顯高于MU1處理。這說(shuō)明適量的聚脲甲醛緩釋肥配施尿素可以顯著提升作物氮肥利用效率，過(guò)多或者過(guò)少施用都不利于氮吸收利用率和農(nóng)學(xué)效率的提升。

表2 不同施肥處理的氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效率

2.5 聚脲甲醛的經(jīng)濟(jì)效益分析

對(duì)比不同處理的肥料總投入和小麥總產(chǎn)值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MU1處理的肥料投入成本最高，其次為MU2和MU3，OPT和CK處理的肥料投入成本相對(duì)較低。不同于肥料總投入，OPT處理的小麥產(chǎn)值最高，達(dá)到13 834元/hm2，MU2和MU3處理的小麥總產(chǎn)值也均超過(guò)13 000元/hm2，CK處理的小麥總產(chǎn)值最低（見(jiàn)表3）。結(jié)合肥料投入和小麥產(chǎn)值，估算不同施肥處理的經(jīng)濟(jì)效益和肥料產(chǎn)投比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，OPT處理的肥料總收益高于其他處理，其次為MU2處理，其余處理的肥料總收益相對(duì)較低。MU1和MU2處理的肥料產(chǎn)投比低于其他處理，說(shuō)明聚脲甲醛緩釋肥的產(chǎn)投比較低，未來(lái)仍需進(jìn)一步提升。

表3 不同聚脲甲醛處理的經(jīng)濟(jì)效益分析

3 總結(jié)

（1）不同聚脲甲醛緩釋肥施用量配施尿素在作物收獲后的耕層土壤的氮?dú)埩袅坎煌?，聚脲甲醛施用量越高，其土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅吭礁撸粗降?，說(shuō)明聚脲甲醛的緩釋周期較長(zhǎng)，所產(chǎn)生的肥效不局限于小麥季，還可能影響第二季作物。

（2）不同聚脲甲醛緩釋肥施用量配施尿素的小麥產(chǎn)量、穗粒數(shù)、穗數(shù)和千粒質(zhì)量有所差別，整體而言，單施尿素處理和聚脲甲醛配施適量尿素處理的各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)較好，但單施尿素處理施氮量更高，間接說(shuō)明聚脲甲醛配施適量尿素可以提升氮肥利用效率。

（3）除CK處理外，不同施肥處理的產(chǎn)量盡管有差異，但差異未達(dá)到顯著水平，但相對(duì)而言，單施尿素和50%聚脲甲醛緩釋肥+50%尿素處理的產(chǎn)量相對(duì)更高。

（4）單施聚脲甲醛緩釋肥的肥效并不高，但和尿素適量配比可以顯著提升作物的氮肥利用效率。

（5）整體而言，聚脲甲醛緩釋肥的肥料總收益及肥料產(chǎn)投比相對(duì)較低，但考慮到聚脲甲醛緩釋肥氮投入量較低，試驗(yàn)周期較短，未研究后期肥效，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)，探明其整體的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及生態(tài)效益。

致謝：

感謝河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和鄭州高富肥料有限公司提供肥料樣品、場(chǎng)地和樣品分析等方面的支持。