崔雙雙，孫澤強(qiáng),2，王學(xué)君,2，董曉霞,2，劉盛林，田慎重，劉志鑫

（1山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，濟(jì)南 250100；2農(nóng)業(yè)部山東耕地保育科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，濟(jì)南 250100；3東營(yíng)市農(nóng)業(yè)高新技術(shù)示范區(qū)，山東東營(yíng) 257000）

0 引言

在所有植物生長(zhǎng)的必需元素中，氮素是限制植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的首要因素[1]，因而一般氮肥在所有肥料中的使用量最大，占到中國(guó)化肥用量的60%以上[2-4]。中國(guó)是世界上化肥生產(chǎn)和施用量最多的國(guó)家[5]，在維持作物高產(chǎn)穩(wěn)定的同時(shí)，也因傳統(tǒng)水肥管理的不合理而造成大量氮素流失，目前中國(guó)氮肥的當(dāng)季利用率平均約為28%～41%[6-8]，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家50%～60%的水平[9-10]。玉米廣泛應(yīng)用于食品、飼料、化工等領(lǐng)域，是中國(guó)播種面積最大的糧食作物[11]，但是玉米的氮肥利用率低于其他糧食作物，山東省所在的華北平原年降水70%以上集中在夏玉米季，降水多而集中，易造成土壤中氮素淋失，為增加產(chǎn)量而盲目、過(guò)量施加化肥，帶來(lái)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的增加、生態(tài)環(huán)境的污染和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的急劇下降，同時(shí)使該地區(qū)夏玉米氮肥利用率不斷降低。

控失劑由多種微納米多孔天然礦物材料和生物高分子材料精準(zhǔn)復(fù)配后改性而來(lái)[12-13]，溶解后形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能“綁定”植物根系周圍的肥料養(yǎng)分，達(dá)到控制養(yǎng)分遷移、流失的目的，與普通肥料均勻混合造粒形成的肥料稱為控失性肥料，控失肥料施入土壤后，在適當(dāng)?shù)臈l件下控失劑形成無(wú)數(shù)的“網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)，相互作用并“網(wǎng)捕”肥料的有效養(yǎng)分，降低水分以及“網(wǎng)捕”的肥料養(yǎng)分的遷移和揮發(fā)，為作物生長(zhǎng)提供持續(xù)充足的養(yǎng)分。

已有諸多關(guān)于控失肥提質(zhì)增效的研究，周麗平等[14]、孫克剛等[15]、楊威等[16]均有研究表明，施用控失肥可以提高夏玉米產(chǎn)量、減少養(yǎng)分損失、提高氮肥利用效率，但是控失劑價(jià)格偏高，要想在保證效益的基礎(chǔ)上推廣控失肥，就要制定最適宜的控失劑添加量。

國(guó)家也十分重視農(nóng)用新型肥料發(fā)展，鼓勵(lì)研究開(kāi)發(fā)環(huán)保、省工、增產(chǎn)、高效的新型肥料，控失劑是一種天然高分子物質(zhì)，符合國(guó)家政策方針，適宜作物高產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展，但是對(duì)于控失劑用量的研究較少，因此對(duì)控失肥添加劑用量的把控還有待進(jìn)一步研究。本研究以心連心肥料有限公司生產(chǎn)的控失尿素為材料，開(kāi)展田間肥效試驗(yàn)，研究不同量控失尿素對(duì)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量、氮素吸收累積、當(dāng)季利用率的影響，以期為新型控失尿素肥料中添加劑的適宜用量提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

2016 年6 月和2017 年6 月分別在低產(chǎn)田（東營(yíng)市渤海農(nóng)場(chǎng)二分場(chǎng)）、中產(chǎn)田（濟(jì)寧市嘉祥縣）進(jìn)行夏玉米肥效試驗(yàn)。東營(yíng)市渤海農(nóng)場(chǎng)(37°45′53.57″N，118°40′52.51″E)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.8℃，年平均降水量555.9 mm，地下水深埋2～3 m，地下水礦化度10～40 g/L；濟(jì)寧市嘉祥縣(35°27′9.23″N，116°17′32.56″E)，地處于魯西南平原，屬黃泛沖積平原，暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫13.9℃，年降水量701.8 mm，海拔高度38 m。兩處試驗(yàn)地前茬作物均為冬小麥，小麥?zhǔn)斋@后全部秸稈機(jī)械粉碎還田，玉米播種日期為當(dāng)年6月。

試驗(yàn)地土壤類型以及耕層土壤基礎(chǔ)理化性狀如表1所示。

表1 試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 試驗(yàn)用肥 氮肥分別為普通尿素（含N 46.4%），1%控失劑尿素（含N 46.0%），2%控失劑尿素（含N 45.7%），3%控失劑尿素（含N 44.8%），4%控失劑尿素（含N 44.5%），5%控失劑尿素（含N 44.3%），6%控失劑尿素（含N 43.8%），試驗(yàn)所用氮肥肥料均由河南心連心化工集團(tuán)有限公司生產(chǎn)提供。磷肥均使用重過(guò)磷酸鈣（P2O5含量44%），鉀肥均使用氯化鉀（K2O含量60%）。

1.2.2 玉米品種 東營(yíng)市渤海農(nóng)場(chǎng)二分場(chǎng)試驗(yàn)地所用玉米品種為‘聯(lián)創(chuàng)808’，濟(jì)寧市嘉祥縣試驗(yàn)地所用玉米品種為‘偉科702’，均為當(dāng)?shù)刂魍葡挠衩灼贩N。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 分別于2016 年和2017 年在東營(yíng)市渤海農(nóng)場(chǎng)二分場(chǎng)和嘉祥縣開(kāi)設(shè)試驗(yàn)，均設(shè)置8 個(gè)處理：（1）無(wú)氮處理（CK，不施加氮肥，磷肥、鉀肥的施加量與其余處理一致）；（2）常規(guī)尿素處理(CU)；（3）Ⅰ型控失尿素處理（控失劑含量1%，LCU1）；（4）Ⅱ型控失尿素處理（控失劑含量2%，LCU2）；（5）Ⅲ型控失尿素處理（控失劑含量3%，LCU3）；（6）Ⅳ型控失尿素處理（控失劑含量4%，LCU4）；（7）Ⅴ型控失尿素處理（控失劑含量5%，LCU5）；（8）Ⅵ型控失尿素處理（控失劑含量6%，LCU6）。每個(gè)處理3 次重復(fù)，共計(jì)24 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積40 m2，小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組排列。

2016 年?yáng)|營(yíng)市夏玉米試驗(yàn)地肥料施用量為225 kg N/hm2、105 kg P2O5/hm2、60 kg K2O/hm2，2017 年濟(jì)寧市夏玉米試驗(yàn)地肥料施用量為180 kg N/hm2、105 kg P2O5/hm2、90 kg K2O/hm2，施肥方法為底肥肥料撒施后旋耕，氮磷鉀肥全部基施。

1.3.2 樣品采集與分析 試驗(yàn)開(kāi)始前按照“S”型采樣法于試驗(yàn)地均勻采集0～20 cm耕層土樣，經(jīng)過(guò)風(fēng)干、過(guò)篩后，測(cè)定基礎(chǔ)土壤樣品的pH、EC、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

玉米成熟后，試驗(yàn)小區(qū)全部收獲，單獨(dú)記產(chǎn)，各小區(qū)分別取樣置于通風(fēng)處自然風(fēng)干，并進(jìn)行考種，測(cè)定玉米地上部生物量、籽粒質(zhì)量、千粒重，然后將秸稈和籽粒分開(kāi)進(jìn)行烘干粉碎，采用凱氏法(ISO 20483:2006,IDT)進(jìn)行全氮含量測(cè)定。同時(shí)，采集玉米收獲后的耕層土壤樣品，風(fēng)干過(guò)篩后測(cè)定堿解氮含量。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 見(jiàn)公式(1)～(3)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007 軟件進(jìn)行計(jì)算，Origin 8.0軟件做圖，SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，LSD多重比較檢驗(yàn)處理間差異顯著性(P＜0.10)。

2 結(jié)果與分析

2.1 控失尿素對(duì)玉米地上部生物量累積和氮吸收利用的影響

從圖1 可以看出，施氮顯著促進(jìn)夏玉米地上部干物質(zhì)累積。其中，2016 年?yáng)|營(yíng)試驗(yàn)地施氮處理較CK玉米干物質(zhì)累積量增大幅度為6.5%～18.0%，控失劑含量為4%～5%的尿素（Ⅳ型、Ⅴ型）對(duì)玉米干物質(zhì)量累積影響最大，分別較CK增加17.3%和18.0%，分別較CU增加6.85%和7.46%；2017年濟(jì)寧試驗(yàn)地，與CK相比，Ⅵ型控失尿素處理顯著提高夏玉米干物質(zhì)量，與CU相比，Ⅱ型、Ⅳ型控失尿素對(duì)夏玉米干物質(zhì)累積量影響顯著。綜合2016 年和2017 年的玉米干物質(zhì)累積量結(jié)果來(lái)看，Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素夏玉米干物質(zhì)累積量最多，因此尿素中控失劑添加量為4%和5%是較適合玉米生長(zhǎng)的添加量。

施氮顯著增加玉米氮吸收累積量（見(jiàn)圖1），2016年?yáng)|營(yíng)試驗(yàn)地，Ⅴ型控失尿素與CK 相比顯著促進(jìn)夏玉米對(duì)氮素的吸收利用，與CU相比促進(jìn)作用不顯著，Ⅱ～Ⅴ型控失尿素氮吸收量分別較CK 增加36.02%、26.64%、30.72%、41.23%，分別較CU 增加12.23%、2.85%、6.92%、17.43%。2017年濟(jì)寧試驗(yàn)地，施氮顯著提升玉米氮吸收量，與CU 相比較，Ⅲ～Ⅵ型控失尿素顯著增加夏玉米氮吸收量，分別增加15.25%、21.44%、14.625%、10.29%。綜合2016年和2017年玉米氮吸收量結(jié)果，4%～5%控失劑用量的尿素玉米氮吸收效果最好，因此尿素中添加4%和5%控失增效劑是適合玉米氮肥吸收的添加量。

圖1 尿素中不同控失劑用量對(duì)夏玉米地上部干物質(zhì)累積量和氮吸收累積量的影響

由表2 可以看出控失尿素對(duì)玉米氮肥肥效的影響。Ⅰ型控失尿素的氮肥當(dāng)季利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力均小于其余氮肥處理，隨控失增效劑量的增加玉米的氮肥當(dāng)季利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在4%控失劑用量處最大。綜合所述，Ⅳ型控失尿素的氮肥肥效最高，因此尿素中添加控失劑的量太低反而會(huì)降低作物對(duì)肥料的吸收利用，只有合適的劑量才能保證肥效的最高利用。

表2 不同控失劑添加量尿素的玉米氮素養(yǎng)分吸收利用效率

2.2 控失尿素對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表3 可知，施加氮肥顯著提高玉米產(chǎn)量。2016年和2017 年CK 處理均比CU 處理減產(chǎn)8%以上。Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素對(duì)玉米增產(chǎn)效果最好，其中2016 年Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素分別較CU增產(chǎn)12.59%和11.11%，2017 年Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素分別較CU 增產(chǎn)4.72%和4.96%。普通尿素和控失尿素對(duì)2016 年和2017 年夏玉米千粒重均無(wú)顯著影響。

表3 不同控失尿素處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由圖2 可知，不同控失劑添加量尿素對(duì)2016 年和2017 年夏玉米產(chǎn)量的影響，由圖中擬合公式計(jì)算出2016年尿素中控失劑添加量為4.461%時(shí)，夏玉米產(chǎn)量最高；2017 年尿素中控失劑添加量為5.158%時(shí)，夏玉米產(chǎn)量最高。因此，可推算出4.81%的控失劑添加尿素對(duì)夏玉米產(chǎn)量影響最大。

圖2 不同添加量的控失尿素對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

2.3 控失尿素對(duì)土壤堿解氮含量的影響

施加氮肥增加夏玉米收獲后土壤中的堿解氮含量（見(jiàn)表4），增加幅度為22.66%～32.01%。Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素土壤堿解氮含量最高，分別較CK 高出31.22%和32.01%，分別較CU 高出5.73%和6.37%；無(wú)氮處理降低土壤中堿解氮含量，低于CU 19.43%。

表4 玉米收獲后不同控失處理耕層土壤的堿解氮含量

3 討論

作物生物量的累積是作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)[17]，植株養(yǎng)分的吸收累積則直接影響作物干物質(zhì)量的累積，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量[18]，要想作物高產(chǎn)必須要保證作物養(yǎng)分的吸收累積和生物量累積，所有養(yǎng)分中又以氮素對(duì)作物生長(zhǎng)影響最大，因此了解作物氮素吸收累積特性是合理施肥的重要依據(jù)[19-20]。本研究結(jié)果表明，施加氮肥增加玉米地上部生物量累積，對(duì)玉米氮吸收累積量亦有顯著增加（見(jiàn)圖1），以Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素生物量和

氮吸收量最高，因夏玉米氮吸收量和生物量決定產(chǎn)量，玉米產(chǎn)量同樣為Ⅳ型、Ⅴ型控失尿素最高（見(jiàn)表3）。周麗平、楊威等均有研究證明控失尿素對(duì)夏玉米增產(chǎn)效果顯著[14,16]?？厥蛩亍熬W(wǎng)捕”肥料中的養(yǎng)分，并在一定條件下釋放養(yǎng)分以滿足各個(gè)時(shí)期作物生長(zhǎng)發(fā)育的需求，促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收和累積，但是控失劑添加量太少或太多均會(huì)阻礙作物生長(zhǎng)，這可能是因?yàn)椤熬W(wǎng)”的量太少，對(duì)肥料養(yǎng)分的控制作用不夠，反而阻礙了作物更好地吸收養(yǎng)分；控失劑量太多對(duì)玉米生長(zhǎng)促進(jìn)作用降低，一方面可能是因?yàn)榉柿橡B(yǎng)分被“網(wǎng)捕”過(guò)多，玉米初期的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)所需養(yǎng)分得不到充足供應(yīng)，另一方面可能是網(wǎng)捕的養(yǎng)分在作物成熟后還沒(méi)有完全釋放，養(yǎng)分得不到有效利用。

因一部分肥料養(yǎng)分被固定在土壤中，當(dāng)季肥料表觀利用率并不能很好地反映肥料真實(shí)利用效率[21]，因此將氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮收獲指數(shù)、氮肥利用率等指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行分析比較，能夠更清晰地反映作物對(duì)肥料的吸收利用效果[22-25]。已有諸多研究證明控失尿素可促進(jìn)作物吸收累積氮素，提高氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率等[14,26-27]。本研究結(jié)果表明，2%～6%控失劑添加量尿素玉米的氮肥利用率、氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于普通尿素，其中以Ⅳ型控失尿素最高，其次是Ⅴ型控失尿素（表2），與玉米生物量累積、氮吸收累積、產(chǎn)量結(jié)果相一致，說(shuō)明控失劑的添加量對(duì)玉米生長(zhǎng)和氮肥肥效有顯著影響，添加量過(guò)低，增效不顯著，添加量過(guò)高則降低肥料肥效，且成本較高。

4 結(jié)論

施加氮肥促進(jìn)夏玉米生物量累積和氮吸收累積，提高產(chǎn)量和氮肥肥效，普通肥料中添加一定比例的控失劑后玉米產(chǎn)量和氮肥肥效更高?？厥蛩剌^普通尿素玉米產(chǎn)量增加高達(dá)12.59%，氮肥利用率最高達(dá)27.77%，且4%控失劑添加量尿素的玉米產(chǎn)量、氮吸收量、生物量、氮肥利用率均最高，其次是5%控失劑添加量尿素，說(shuō)明新型控失尿素對(duì)玉米的增產(chǎn)增效明顯。由不同添加量控失尿素與夏玉米產(chǎn)量的擬合情況（見(jiàn)圖2）推算出尿素中最佳控失劑添加量為4.81%。