張 磊，孔麗麗，侯云鵬*，尹彩俠，趙胤凱，劉志全，徐新朋

（1 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室 / 吉林省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，吉林長春 130033；2 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

氮 (N)是作物生長最重要的營養(yǎng)元素之一，也是應用最為廣泛的營養(yǎng)元素[1]。施用氮肥是增加作物產(chǎn)量[2]、提高土壤氮庫儲量和土壤供氮能力的有效途徑[3]。然而當?shù)适┯梅绞讲划?，則會起到相反效果，如導致玉米產(chǎn)量和氮肥利用率降低，過量施氮則會通過氮的淋洗、徑流和揮發(fā)等途徑對環(huán)境產(chǎn)生不利影響[4–6]。

玉米是我國東北平原的主要糧食作物，常年種植面積為1654.55 萬hm2，總產(chǎn)量11591.8 萬t，分別占我國玉米種植面積的39.5%和總產(chǎn)的42.8%[7]，其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對保證我國糧食安全具有舉足輕重的地位。然而在東北地區(qū)，過量施肥現(xiàn)象在玉米種植系統(tǒng)中普遍存在，特別是氮肥的供應遠超過當前產(chǎn)量水平下玉米對氮素的需求[8]。并且農(nóng)民施肥大部分氮肥在玉米播種前一次性基施[9]，而玉米對氮素的吸收高峰在生育中后期，常常導致土壤氮素供應與作物氮素需求不匹配，造成氮肥浪費。因此，有必要優(yōu)化氮肥運籌方式，以滿足作物的需求并減少氮素損失。有效的氮肥管理包括選擇適宜的氮肥種類、采用正確的氮肥用量、在正確的時間將肥料施用在正確的位置上[3]，以確保作物氮素需求與土壤氮素供應相匹配，從而最大限度地提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率，并最大限度地減少氮肥對環(huán)境的負面影響[10]。研究表明，利用分次施氮提高作物氮素需求和土壤氮素有效性在時間上同步是提高氮素利用率和減少氮素損失的有效策略之一[11–13]。然而，分次施肥增加了作業(yè)成本，并且多次施肥在玉米生長中的可操作性也存在一定難度。

近年來，控釋氮肥在我國得到廣泛應用。許多研究表明，施用控釋氮肥通過延長氮素釋放[14]，可顯著提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率[15]，并減少對環(huán)境的負面影響[16–17]。當前，一次性施用控釋氮肥比傳統(tǒng)尿素更具勞動力和時間成本效益的優(yōu)勢[18]。然而，受當前控釋氮肥價格偏高和氣候條件的影響，一方面全量施用控釋肥會導致成本增加、經(jīng)濟效益降低[19]；另一方面受環(huán)境不利因素影響 (春季低溫或干旱)，易造成前期養(yǎng)分釋放緩慢而影響作物生長，后期土壤無機氮殘留過多而增加生態(tài)風險[20]。因此，將緩/控釋氮肥和普通尿素按一定比例摻混施用，既可以滿足作物不同時期的氮素需求，還能節(jié)本增效、減少環(huán)境風險[21]。在東北黑土區(qū)關于控釋氮肥與普通尿素摻混對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用的影響研究已有較多，如王寅等[22]研究表明，控釋尿素摻混比例在30%左右時，可獲得較高的玉米產(chǎn)量，并可減少氮素損失。尹彩俠等[23]認為控釋氮肥與普通尿素適宜摻混比例應在50%左右。姬景紅等[24]指出，控釋氮肥比例控制在40%～60%，能夠使作物維持良好的光合性能，進而達到高產(chǎn)高效、降低環(huán)境污染的目的。這些研究結果不盡相同，且試驗設計中控釋氮肥與普通尿素摻混比例處理較少，因此有必要系統(tǒng)性的開展進一步研究，以明確玉米控釋氮肥與普通尿素適宜摻混比例，這對于最大限度的提高玉米產(chǎn)量、氮素吸收利用以及最小化環(huán)境成本非常重要。因此，本研究在東北典型黑土區(qū)，進行了為期3年的田間定位試驗，以探索不同控釋氮肥與普通尿素摻混比例下玉米產(chǎn)量、氮素吸收利用的變化規(guī)律，并分析玉米生育期土壤無機氮含量動態(tài)變化及氮素表觀平衡變化特征，進而確定東北地區(qū)玉米控釋氮肥與普通尿素適宜摻混比例，為控釋氮肥在東北典型黑土區(qū)玉米生產(chǎn)中高效施用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2017年5月—2019年10月在中國東北吉林省公主嶺市 (N 43°39′21.3″，E 125°06′10.2″)進行，該研究區(qū)域屬中溫帶濕潤地區(qū)大陸性季風氣候。試驗地種植制度為玉米一年一熟制。不同年份玉米生長季平均溫度、最高溫度、最低溫度和降雨量通過試驗區(qū)附近的自動氣象站獲取 (圖1)。試驗田塊土壤類型為典型黑土。試驗田塊起始時 (2017年播前) 0—20 cm耕層土壤的理化性狀如下：有機質含量為23.19 g/kg，堿解氮含量為120 mg/kg，無機氮含量為 20.89 mg/kg，有效磷含量為 14.6 mg/kg，速效鉀含量為104 mg/kg，pH為6.35。

圖1 玉米生育期溫度和降雨量(2017—2019)Fig. 1 Temperature and precipitation during maize growth periods from 2017 to 2019

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，重復3次。每個小區(qū)面積為40 m2。根據(jù)2015—2016年在該區(qū)域研究確定高產(chǎn)玉米氮肥用量210 kg/hm2的基礎上[25]，設置了6個普通尿素(common urea，RU)與控釋氮肥(controlled-release nitrogen fertilizer，CRU)摻混比例，分別為 10∶0 (RU)、8∶2 (CRU20%)、6∶4(CRU40%)、4∶6 (CRU60%)、2∶8 (CRU80%)、0∶10 (CRU100%)，并以不施氮肥處理為對照 (N0)，共計7個處理。所有試驗處理的磷、鉀肥用量相同，分別為80和90 kg/hm2。供試肥料品種分別為普通尿素 (46% N)、控釋氮肥 (43% N)、重過磷酸鈣(46% P2O5)和氯化鉀 (60% K2O)。供試普通尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀從當?shù)胤柿辖?jīng)銷商處購買，控釋氮肥為樹脂包膜尿素 (金正大生態(tài)工程有限公司生產(chǎn)，為水溶性聚合物包膜的控釋尿素，氮素釋放曲線為S型，釋放期約為60 天)。施肥方法均為全部氮、磷、鉀肥于玉米播種前一次性基施。供試玉米品種為富民108。播種日期分別為2017年5月3日、2018年5月1日和2019年5月5日，種植密度均為65000 株/hm2。收獲日期分別為2017年9月30日、2018年10月2日和2019年10月5日。試驗田控制雜草和病蟲害等田間管理措施與常規(guī)生產(chǎn)大田保持一致。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 玉米產(chǎn)量 玉米成熟時，在每小區(qū)收取中間2行，收獲后在晾曬場自然風干，人工脫粒后用PM-8188谷物水分測定儀測定籽粒含水量，以14%標準含水量折算最后產(chǎn)量，并按測產(chǎn)面積折算成單位面積產(chǎn)量。同時選擇10株代表性植株調查產(chǎn)量性狀指標，測定玉米的穗粒數(shù)和百粒重。

土壤氮素礦化量 (kg/hm2)=不施氮區(qū)作物吸氮量+不施氮區(qū)土壤無機氮殘留量–不施氮區(qū)土壤初始無機氮累積量；

生育期土壤氮素表觀損失量 (kg/hm2)= (施氮量+土壤初始無機氮累積量+土壤氮素凈礦化量)– (作物攜出量+收獲后土壤無機氮殘留量)；

氮素盈余量 (kg/hm2)=氮素表觀損失量+收獲后土壤無機氮殘留量。

1.3.3 植株氮素積累與氮素利用率 分別于玉米苗期 (V3)、拔節(jié)期 (V6)、大喇叭口期 (V12)、開花期(VT)、灌漿期 (R2)和成熟期 (PM)從各小區(qū)隨機采集玉米植株樣品5株，分解為莖稈和籽粒兩部分。于105℃殺青30 min后，70℃烘干至恒重，稱重計算不同處理植株生物量，將樣品研磨和篩分，采用H2SO4–H2O2消煮—凱氏定氮法測定秸稈和籽粒氮含量。

植株氮素積累量 (N accumulation, kg/hm2)=各時期干物質量×氮素含量；

開花后氮素積累量 (kg/hm2)=成熟期植株氮素積累量?開花期植株氮素積累量；

開花期后氮素積累量對籽粒氮貢獻率 (%)=開花后氮素積累量/成熟期籽粒氮素積累量×100；

美國國防部網(wǎng)站《特別報道》欄目圖文標題的功能語言學分析 …………………………………… 王煒琳（4.45）

氮素回收率 (REN，%)=(施氮區(qū)植株地上部氮積累量?不施氮區(qū)植株地上部氮積累量)/施氮量×100；

氮素農(nóng)學利用率 (AEN，kg/kg)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量?不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量；

氮素偏生產(chǎn)力 (PFPN，kg/kg)=施氮區(qū)作物產(chǎn)量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Excel 2019整理匯總試驗數(shù)據(jù)，年份與施肥處理兩因素間交互作用應用 SPSS 19.0軟件一般線性模型 (GLM)多因素方差分析進行檢驗，處理間差異采用 Duncan多重比較檢驗，P<0.05差異顯著。采用 Sigma Plot 14.0 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 玉米產(chǎn)量及其構成因素

試驗年份對玉米產(chǎn)量和穗粒數(shù)影響顯著，對百粒重影響不顯著；施氮處理對玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重均影響顯著；且試驗年份和施氮兩因素互作對玉米產(chǎn)量和穗粒數(shù)的影響效應達到了顯著水平 (表1)。與RU處理相比，控釋氮肥與普通尿素摻混各處理均顯著提高了玉米產(chǎn)量，3 年增幅分別為5.8%～17.3%(2017)、5.4%～18.0% (2018)和 5.9%～16.6% (2019)，平均增幅為5.7%～17.3%。控釋氮肥與普通尿素摻混各處理顯著提高了玉米穗粒數(shù)和百粒重，平均增幅分別為2.1%～7.1%和1.8%～8.5%，進而提高了玉米產(chǎn)量。在各摻混處理中，玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重均隨控釋氮肥所占比例的增加呈先增后減趨勢，均以CRU60%處理最高，3 年平均產(chǎn)量較CRU20%、CRU40%、CRU80%、CRU100%處理分別提高11.0%、3.6%、2.0%和6.1%?？梢?，適宜的控釋氮肥與普通尿素摻混比例可提高玉米穗粒數(shù)和百粒重，使玉米獲得高產(chǎn)。

表1 不同施氮處理玉米產(chǎn)量及其構成因素Table 1 Maize yield and yield components under different nitrogen treatments

2.2 玉米氮素積累與分配

2.2.1 玉米氮素積累 與N0處理相比，除苗期外，各施氮處理均顯著提高了玉米各生育期氮素積累量 (P<0.05；圖2)。RU處理玉米拔節(jié)期至開花期的氮素積累量高于控釋氮肥與普通尿素摻混各處理，而灌漿期至成熟期則相反。說明RU處理雖然促進了玉米生育前期氮素積累，但在玉米生育中后期脫氮現(xiàn)象明顯，導致氮積累量下降?？蒯尩逝c普通尿素摻混各處理中，在玉米拔節(jié)期至開花期氮積累量隨控釋氮肥比例的增加而下降；而在玉米灌漿期至成熟期則表現(xiàn)為隨控釋氮肥比例的增加呈先增后降趨勢，其中以CRU60%處理最高，后依次為CRU80%、CRU40%、CRU100%和CRU20%處理。成熟期CRU60%氮積累量較CRU20%、CRU40%、CRU80%和CRU100%處理提高了3.0%～21.8%。

圖2 不同施氮處理玉米氮素積累動態(tài)Fig. 2 Dynamics of N accumulation in maize under different nitrogen treatments

2.2.2 玉米開花前后地上部氮素分配比例 與RU處理相比，普通尿素與控釋氮肥摻混各處理均顯著提高了玉米開花期至生理成熟期氮素積累量占整個植株氮素積累量比例 (P<0.05，圖3)，3 年平均增幅范圍為23.4%～70.7%。說明控釋氮肥與普通尿素配合施用促進了玉米開花期至生理成熟期氮素積累。隨控釋氮肥所占比例增加，玉米開花期至生理成熟期氮積累量占整個植株氮素總積累量的比例呈先增后減趨勢，其中以CRU60%處理的比例最高，達到了35.5%，與CRU20%、CRU40%、CRU80%和CRU100%處理相比，3 年平均玉米開花期至生理成熟期氮積累量占整個植株氮素總積累量的比例分別增加了38.4%、11.5%、3.8%和11.7%。

圖3 不同施氮處理玉米開花前后地上部氮素積累量占整株氮素積累量的比例Fig. 3 Proportions of above-ground N accumulation in the whole plant before and after the flowering stage of maize under different nitrogen treatments

2.2.3 玉米開花后氮素積累對籽粒貢獻率 與RU處理相比，控釋氮肥與普通尿素摻混各處理顯著提高了玉米開花后氮素積累對籽粒氮素積累的貢獻率 (P<0.05，圖4)，3年平均增幅范圍為22.2%～69.5%。在各摻混處理中，玉米開花后氮素積累對籽粒氮素貢獻率隨控釋氮肥所占比例的增加呈先增后減趨勢，其中以CRU60%處理最高，3 年平均開花后氮積累對籽粒素氮貢獻率較CRU20%、CRU40%、CRU80%和CRU100%處理分別提高了38.7%、10.1%、3.8%和12.5%。

圖4 不同施氮處理玉米開花后氮素積累對籽粒氮素的貢獻率Fig. 4 Contribution rate of N accumulation after the flowering stage to grain N of maize under different nitrogen treatments

2.3 氮素利用率

試驗年份和施氮處理顯著影響玉米氮素回收率、農(nóng)學利用率和偏生產(chǎn)力，且二者表現(xiàn)出顯著的交互作用 (圖5)。與RU處理相比，控釋氮肥與普通尿素摻混各處理氮素回收率、農(nóng)學利用率和偏生產(chǎn)力的增幅均達顯著水平 (P<0.05)，3 年累計利用率增幅分別為11.1%～36.1%、21.9%～66.9%和5.7%～17.3%。在各摻混處理中，隨控釋氮肥所占比例的增加，氮素回收率、農(nóng)學利用率和偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)先增后減趨勢，均以CRU60%處理最高，3 年累計利用率分別達到了 48.3%、19.6 kg/kg 和 53.1 kg/kg。與CRU20%、CRU40%、CRU80%和CRU100%處理相比，CRU60%處理的氮素回收率分別提高了22.5%、8.7%、5.4%和16.9%；農(nóng)學利用率分別提高了36.9%、10.6%、5.6%和18.6%；偏生產(chǎn)力分別提高了11.0%、3.6%、2.0%和6.1%。

圖5 不同施氮處理氮素利用率Fig. 5 Nitrogen use efficiency under different nitrogen treatments

2.4 土壤無機氮含量

不同年份玉米生育期內0—20 cm 土壤無機氮含量變化趨勢一致，均以玉米苗期土壤無機氮含量最高，但隨著生育期推進，土壤無機氮含量呈現(xiàn)先逐漸下降后小幅上升的趨勢，其中灌漿期達到最低，成熟期有所回升 (圖6)。各施氮處理中，RU處理的苗期至大喇叭口期土壤無機氮含量高于控釋氮肥與普通尿素摻混各處理，而開花期至成熟期則表現(xiàn)出相反趨勢?？蒯尩逝c普通尿素摻混各處理中，土壤無機氮含量在玉米苗期至大口期隨控釋氮肥所占比例的增加而下降，而在玉米開花期至成熟期則表現(xiàn)為隨控釋氮肥所占比例的增加呈上升趨勢。

圖6 不同施氮處理下春玉米生長季0—20 cm土層土壤無機氮含量動態(tài)變化Fig. 6 Dynamic changes of inorganic N content in the 0?20 cm soil of spring maize growing stage under different N treatments

2.5 氮素平衡

土壤?植物系統(tǒng)的氮素表觀平衡結果 (表2)表明，在氮素輸入項中，施氮量所占比例最高，占總氮素輸入中的62.4%；在氮素輸出項中，以作物氮素吸收移走為主，占總氮素輸出的51.9% (RU)～59.9%(CRU60%)。與RU處理相比，控釋氮肥與普通尿素摻混各處理不僅提高了作物氮素吸收量，還增加了土壤無機氮固持，提高幅度分別為4.7%～15.4%和4.9%～15.6%，分別以CRU60%和CRU100%處理提高的幅度最高。同時，控釋氮肥與普通尿素摻混各處理還較RU處理顯著降低了氮素表觀損失 (P<0.05)，降低幅度為8.9%～28.8%。隨控釋氮肥所占比例的增加，氮素表觀損失量呈先減后增趨勢，其中以CRU60%處理表觀氮素損失量最低，較CRU20%、CRU40%、CRU80%和CRU100%處理分別降低了21.8%、10.6%、3.0%和7.3%。結果表明適宜控釋氮肥與普通尿素摻混比例可顯著提高玉米氮素吸收和土壤無機氮殘留，減少氮素損失。

表2 2017—2019年不同施氮處理土壤氮素表觀平衡( (kg/hm2)Table 2 Soil N apparent balance under different N treatments from 2017 to 2019

2.6 適宜摻混比例確定

對控釋氮肥與普通尿素摻混比例與產(chǎn)量、氮素利用率、土壤無機氮含量和氮素損失量的相關關系進行回歸分析，結果 (圖7)得出，控釋氮肥與普通尿素摻混比例與玉米產(chǎn)量、氮素利用率和氮素表觀損失量呈極顯著的二次相關，與土壤無機氮含量呈極顯著的線性相關。將回歸方程聯(lián)立并通過內插法計算，當控釋氮肥與普通尿素摻混比例為63.4%時，玉米理論產(chǎn)量最高，為11059 kg/hm2，相對應的氮素回收率為42.4%，農(nóng)學利用率為17.1 kg/kg，偏生產(chǎn)力為53.2 kg/kg，土壤無機氮含量為20.8 mg/kg，氮素表觀損失量為223.1 kg/hm2。計算所得的理論產(chǎn)量、氮素利用率和氮素表觀損失量與實際最高產(chǎn)量處理 (CRU60%)相近，且土壤無機氮含量與試驗起始時相近。以理論最佳控釋氮肥與普通尿素摻混比例的95%作為置信區(qū)間，得出適宜控釋氮肥摻混比例在61%～67%。

圖7 控釋氮肥(CRU)與普通尿素(RU)摻混比例與玉米產(chǎn)量、氮素利用率、土壤無機氮含量和氮素表現(xiàn)損失量的關系Fig. 7 Correlation of CRU and RU application ratio with maize yield, N use efficiency, soil inorganic N content,and apparent N loss

3 討論

3.1 不同控釋氮肥與普通尿素摻混比例下玉米產(chǎn)量與構成因子

玉米單位面積產(chǎn)量的提高，取決于其單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和百粒重的協(xié)調發(fā)展[26]。在相同種植密度條件下，穗粒數(shù)和百粒重則是決定玉米產(chǎn)量的主要因素。外源氮素供應顯著影響作物產(chǎn)量及其構成因子，而合理調控氮肥可提高其作用效果。本研究發(fā)現(xiàn)，控釋氮肥與普通尿素摻混各處理玉米穗數(shù)粒和百粒重均高于單施普通尿素處理，并隨控釋氮肥比重增加呈先增后減趨勢，而產(chǎn)量與穗數(shù)粒和百粒重變化趨勢相同 (表1)。其原因在于相較普通尿素，控釋氮肥具有肥效期長、供肥穩(wěn)定等特點，但受東北地區(qū)春季低溫干旱等環(huán)境因素的影響，往往前期釋放速率過低，如果控釋氮肥占比過高，則會使玉米生育前期由于氮肥供應過低而抑制其生長發(fā)育，在一定程度上影響穗分化質量，而在玉米生育中后期氮素供應過量則會引起玉米貪青晚熟，導致玉米穗粒數(shù)和百粒重下降。但如果控釋氮肥占比過低，同樣會使玉米生長前期氮素供應過量，無法保證玉米生育后期充足的氮素供應，使玉米產(chǎn)量降低。適宜的控釋氮肥和普通尿素摻混比例可在控釋氮肥釋放部分氮素與普通尿素共同作用下，促進葉片積累較多的同化產(chǎn)物[27]，同時延緩植株衰老，增強作物生育后期葉片的光合作用，有利于籽粒灌漿，提高作物穗粒數(shù)和粒重[28]，獲得高產(chǎn)。

3.2 不同控釋氮肥與普通尿素摻混比例下玉米氮素積累

作物氮素積累是作物生長、根系吸收能力和土壤氮素有效性動態(tài)變化的結果，其積累量的增加會直接或間接的促進生物量的增加，為作物增產(chǎn)和提高氮肥利用效率奠定基礎[29]。Rohá?ek等[30]指出，作物籽粒產(chǎn)量的90%來源于花后光合產(chǎn)物積累，而籽粒產(chǎn)量與玉米生育后期氮積累量密切相關[31]，因此，提高玉米生育后期氮素積累，對提高作物產(chǎn)量和氮素利用率具有重要意義。郭金金等[32]研究表明，與普通尿素相比，施用控釋氮肥可顯著提高玉米生育后期氮素積累量，而本研究結果與之相似。說明施用控釋氮肥可使玉米生育后期保持一個較高的氮素積累速率[33]，同時延緩生育后期氮素積累速率的降低。雖然控釋氮肥與普通尿素摻混各處理較一次性基施氮肥顯著提高了玉米開花后氮素積累及所占比例，但不同控釋氮肥與普通尿素摻混比例各處理存在差異 (圖2，圖3)。本研究中，CRU20%和CRU40%處理由于普通尿素所占比例過高，玉米生育前期氮素供應較高，而在灌漿期則表現(xiàn)出供應不足，導致氮素總積累量下降。而當控釋氮肥所占比例過高時，如本研究中的CRU80%和CRU100%處理，由于控釋肥在玉米生長前期氮素供應不足，抑制了植株前期營養(yǎng)生長的氮素吸收，同樣不利于玉米生育后期氮素的積累。CRU60%處理與玉米氮素需求具有較好的同步性，在滿足玉米生長前期對氮素需求的同時，還滿足了玉米生育后期的氮素需求，可有效保證玉米生育后期功能葉片葉綠素含量的穩(wěn)定，減緩群體功能綠葉面積的消亡[27]，進而提高玉米開花后氮素積累量，為庫器官籽粒的同化物積累奠定基礎，并最終實現(xiàn)玉米高產(chǎn)與氮高效的協(xié)調統(tǒng)一。

3.3 不同控釋氮肥與普通尿素摻混比例下土壤氮素變化與氮素平衡

土壤無機氮 (NO3?-N 和 NH4+-N)是植物吸收氮素的主要形式，在施用不當條件下極易通過揮發(fā)、淋失等方式損失。在作物吸收之前，減少氮素養(yǎng)分存留在土壤中的時間，可有效降低氮素流失的風險，并增加氮素利用率[34]。因此，通過調整運籌方式可有效提高土壤氮素供應與作物吸收之間的時間同步性。大量研究[16, 24, 33, 35]表明，與普通尿素相比，控釋氮肥可不斷的給玉米提供充足的氮素養(yǎng)分，使土壤無機氮含量始終維持在一定水平，可減少氮的揮發(fā)和淋洗；但也有研究指出，控釋氮肥養(yǎng)分釋放較慢，單施控釋氮肥易造成玉米前期短時氮素虧缺[36]。本研究中，在玉米苗期至大喇叭口期土壤耕層 (0—20 cm)無機氮含量以普通尿素處理最高，但開花期至成熟期土壤無機氮含量卻低于控釋氮肥與普通尿素摻混各處理 (圖5)，主要是由于普通尿素一次性施入使氮素供應與作物氮素需求的時間錯位[37]，導致玉米生育前期土壤氮素因超過土壤固持能力向土壤深處淋洗，而在玉米生育后期又因氮素供應不足，降低了玉米氮素吸收總量，同時顯著增加了氮素損失量 (表2)。而控釋氮肥摻混普通尿素通過延長氮素釋放周期，提高不同階段土壤氮素的有效供應，在增加了作物氮吸收量同時，降低氮素損失。但不同控釋氮肥與普通尿素摻混比例處理間氮素損失也存在差異，其中CRU60%處理氮素表觀損失量最低。主要是由于CRU60%處理的控釋氮肥與普通尿素摻混比例下土壤氮素供應與玉米氮素需求匹配程度更高，促進了氮素的吸收，使玉米氮積累量較CRU20%、CRU40%、CRU80%和CRU100%處理提高了3.0%～21.8%，進而降低了氮素損失。由此可見，適宜的控釋氮肥與普通尿素摻混比例既可以促進玉米對氮素的吸收與利用，又可有效減少氮肥損失量，降低施用氮肥對環(huán)境造成的負面效應。

3.4 控釋氮肥與普通尿素適宜摻混比例確定

當前關于控釋氮肥與普通尿素適宜摻混比例的確定大多基于作物產(chǎn)量或效益等因素[36]，并未將氮素利用率、土壤養(yǎng)分變化與農(nóng)田養(yǎng)分收支平衡等因素考慮在內，使其結果具有一定局限性。本研究通過擬合控釋氮肥與普通尿素摻混比例與產(chǎn)量、氮素利用率、土壤無機氮含量變化和土壤氮素表觀損失量之間的關系發(fā)現(xiàn)，控釋氮肥與普通尿素摻混比例與各參數(shù)間具有顯著的二次或線性相關。當控釋氮肥與普通尿素摻混比例為63.4%時，得到的玉米理論產(chǎn)量最高，并可獲得較高的氮素利用率和較低的氮素損失。同時計算所得玉米理論產(chǎn)量、氮素利用率、土壤無機氮含量和土壤表觀損失量與實際最高產(chǎn)量處理 (CRU60%)相近。由此可確定最優(yōu)控釋氮肥與普通尿素摻混比例為63.4%，以理論最佳控釋氮肥與普通尿素摻混比例的95%作為置信區(qū)間，求得適宜控釋氮肥與普通尿素摻混比例在61%～67%，與馮小杰等[35]的研究結果相近，但低于衣文平等[37]的研究結果。其原因在于后者的土壤氮素本底值較低 (堿解氮含量92.6 mg/kg)，需增加普通尿素比例以滿足玉米生育前期對氮素的需求。而本研究中試驗地的土壤基礎養(yǎng)分狀況為中等肥力水平，具有一定代表性，試驗確定的控釋氮肥與普通尿素摻混比例可作為一種兼顧產(chǎn)量及環(huán)境效益的優(yōu)化施氮參照值。

4 結論

在東北黑土區(qū)，60%的控釋氮肥與40%的普通尿素配合一次性施用可維持土壤前期供氮能力，提高玉米生育后期土壤無機氮供應能力，提高土壤氮素供應與玉米生育期的氮素需求匹配程度，促進玉米氮素吸收，進而顯著提高玉米產(chǎn)量和氮素利用率，降低土壤氮素表觀損失。