不同氮肥形式对玉米产量、土壤无机氮的影响

赵京考 张鑫 吴德亮 仝利朋 李莎+梁元振

摘要：比较同等氮素用量156 kg/hm2条件下不同施氮方式对玉米产量的影响，结果表明，同等施氮用量条件下，以树脂包膜尿素（CRF2）的玉米产量相对最高，其他处理玉米产量由高到低依次为50%尿素+50%包膜尿素（CRF3）>[JP]普通尿素2次施用（CCF2）>普通尿素1次性施用（CCF1）>硫包膜尿素1次性施用（CRF1）。以树脂包膜尿素为最佳施氮方案，比较不同施氮方式的氮素释放特征，结果表明，玉米苗期、拔节期、抽雄期、成熟期时0～30 cm土壤的铵态氮含量由高到低分别为CCF1>CRF3>CRF1>CCF2>CRF2、CCF2>CCF1>CRF2>CRF3>CRF1、CRF2>CRF3>CCF2>CRF1>CCF1、CRF2>CRF3>CRF1>CCF2>CCF1；0～30 cm土壤的硝态氮含量由高到低分别为CCF1>CRF3>CRF1>CCF2>CRF2、CCF2>CCF1>CRF2>CRF1>CRF3、CRF3>CCF2>CRF1≈CCF1>CRF2、CCF2>CRF1>CRF3>CCF1≈CRF2。

关键词：玉米；产量；氮素；硝态氮；铵态氮；无机氮

中图分类号： S147.35；S513.06文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）10-0052-04

玉米对氮素的吸收与氮素供给之间的关系是确定氮素施肥措施的主要依据[1-2]，而玉米高产、氮素低损失是氮肥施用追求的主要目标，因此，须改善玉米的生长环境，增强玉米对养分的吸收能力[3]。目前，在黑龙江省南部地区，玉米产量潜力在8～10 t/hm2，而常规的耕作措施是化学除草加“两铲一耥”的除草方式，加上基肥按40%氮肥总量、拔节期按60%氮肥总量、磷钾肥随基肥一次性施入的施肥模式[4-5]。在这种施肥模式下，氮素的当季利用率在5%～60%之间[6]，而氮在土壤中的释放、作物吸收和损失仍存在诸多疑问[7]。

氨挥发与硝态氮的淋失是氮素损失的主要途径[8-9]。在作物生长早期，施用尿素产生的铵态氮挥发量可高达总施氮量的27%[10]，而通过改变施肥方式、氮肥缓释化处理可显著降低铵态氮的挥发量[11]。有研究表明，氮肥撒施加翻耕施肥方式的氨挥发量小于条施，而包膜氮肥的氨挥发量仅为施氮量的4%，远远小于普通尿素的铵态氮损失量。铵态氮对作物与环境的影响还表现在铵态氮向硝态氮的转化，后者是作物氮素吸收的主要形式之一，同时也是潜在的环境污染物，硝态氮会从土壤中淋失到地下水中[9]。将氮肥颗粒包被1层具有一定强度的化学材料，可不同程度地改变氮素的释放形式[12-13]。氮肥（尿素）颗粒包膜材料主要分为硫包膜和树脂包膜2大类，具有一定的半透性。包膜尿素施入土壤，在化学梯度作用下，土壤中的水分通过半透膜被吸收到尿素颗粒内形成尿素溶液，尿素分子从颗粒内部向土壤中缓慢释放。包膜尿素颗粒的释放与环境温度、湿度密切相关，随环境温度、湿度的增加而加快，这与作物的需氮形式近似[2]。

包膜尿素在提高作物产量、降低氮素损失上的表现差异较大，对玉米的增产效应并不明显[7]。黑土质地黏重，具有较好的保肥能力，而玉米在整个生育期面临着较为明显的氮素损失风险[5]。研究黑土区包膜尿素对玉米的增产效应和氮素释放规律，不仅可以优化包膜尿素的施用方法，改进施肥效果，而且还可以找出现有氮肥施肥方法的不足，改进现有的施肥方法。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验地位于黑龙江省哈尔滨市阿城区东北农业大学试验基地，地理位置1 272′3.1″ E、4 531′11.6″ N，海拔144 m，是黑龙江省玉米主产区。试验地属寒温带，冬季漫长、春秋季短，3月份开始化冻，年活动积温在2 200～2 800 ℃，年均降水量为 520 mm（图1），雨热同季；土壤为典型黑土，耕层土壤有机质、全氮含量分别为29.8、1.47 g/kg，碱解氮、有效磷、有效钾含量分别为125.0、29.1、122.5 mg/kg，pH值为6.11，土壤容重为1.23 g/cm3。玉米播种期一般为4月下旬到5月10日前，生长期为5—9月。

1.2试验设计

根据施肥用量和方式不同，试验共设6个处理（表1），除CCF2处理40%氮肥总量作基肥、60%氮肥总量在玉米拔节时作追肥外，其他处理氮肥均与磷钾肥作为基肥一次性施入，P2O5、K2O用量均分别为72、60 kg/hm2。每试验小区面积为40 m2，完全随机区组排列，重复4次。处理CRF3中，树脂包膜尿素、普通尿素各占总施氮量的50%。供试玉米品种为巴玉11，于2014年5月8日采用机械播种，人工开沟施肥。每小区等行距种植4垄，垄宽66.7 cm、长15 m。基肥施在垄的两侧以避免烧苗，中耕、除草、病虫害防治等田间管理措施同常规大田。

1.3采样时间与测定内容

于玉米苗期（6月13日）、拔节期（7月6日）、抽雄期（7月24）、成熟期（10月9日）分别采集深度为0～30、30～60、60～90 cm的新鲜土壤，室内测定其含水量；用2 mol/L KCl溶液浸提，用A33型流动注射分析仪测定新鲜土壤中硝态氮、铵态氮含量，并通过含水量换算成风干土中的硝态氮、铵态氮含量。2014年10月16日收获，并考种测产。

1.4數据处理与分析

采用SPSS 17.0、Excel 2007软件对数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同施氮方式对玉米产量的影响

由表2可见，不同施氮处理的玉米产量由高到低依次为单纯施用树脂包膜尿素（CRF2）>50%尿素+50%包膜尿素（CRF3）>普通尿素2次施用（CCF2）>普通尿素一次性施用（CCF1）>硫包膜尿素一次性施用（CRF1）>不施肥（CK），其中处理CRF2的玉米产量相对最高，为12.398 t/hm2，与CRF3处理差异不显著，与其他处理差异极显著；处理CRF3与处理CCF2、处理CCF2与处理CCF1、处理CCF1与处理CRF1之间差异不显著；对照（不施肥）的玉米产量相对最低，为8.475 t/hm2，极显著低于其他处理的玉米产量。这说明氮素是玉米增产的关键因素，在单位面积施氮量相同的情况下，处理CRF2的玉米产量相对最高，这在一定程度上说明玉米对氮素的吸收量相对最高、失量相对最小，为最佳施肥方案。由表3可见，不同施氮处理对玉米产量具有极显著的影响。

含量进行比较。

由图2-A可见，在玉米苗期，0～30 cm土壤的铵态氮含量由高到低依次为CCF1>CRF3>CRF1>CCF2>CRF2>CK，其中普通尿素一次性施入时铵态氮的释放相对最快，土壤中的铵态氮含量相对最高；50%树脂包膜尿素+50%普通尿素（CRF3）处理的土壤铵态氮含量略低于CCF1处理；硫包膜尿素处理（CRF1）的土壤铵态氮含量低于处理CRF3，而稍高于处理CCF2；除CK外，树脂包膜尿素处理（CRF2）的铵态氮含量相对较低。这说明改变苗期施肥方式，可有效降低耕层土壤的铵离子含量。玉米拔节期是对氮素的吸收高峰期，适当提高铵离子含量会对玉米的生长有利。由图2-B可见，在玉米拔节期，0～30 cm土壤的铵态氮含量由高到低依次为CCF2>CCF1>CRF2>CRF3>CRF1>CK，其中尿素分2次施肥处理（CCF2）的铵态氮含量相对最高，追肥可能是造成铵离子含量急剧增加的主要因素；处理CCF1也使土壤的铵离子含量较高。由图2-C可见，在玉米抽雄期，0～30 cm土壤的铵态氮含量由高到低依次为CRF2>CRF3>CCF2>CRF1>CCF1>CK，说明此时树脂包膜尿素处理（CRF2）的铵离子供给能力相对最强，其次是50%尿素+50%树脂包膜尿素处理（CRF3），尿素分2次施入处理（CCF2）仍具有较高的铵离子供给能力。由图2-D可见，在玉米成熟期，与玉米其他3个时期相比，各个施氮处理的铵态氮含量基本降到最低，0～30 cm土壤铵态氮含量由高到低依次为CRF2>CRF3>CRF1>CCF2>CK>CCF1，其中树脂包膜尿素处理的铵态氮含量相对最高，其次是50%尿素+50%树脂包膜尿素处理（CRF3）[14]，硫包膜尿素处理次之。

[HTK]2.3不同施氮处理对玉米不同时期不同深度土壤硝态氮含量的影响[HT]

由图3可见，玉米苗期各处理0～30 cm土层土壤的硝态氮含量相对最高；抽雄期30～60、60～90 cm土层土壤的硝态氮含量大多高于拔节期，说明从拔节期到抽雄期，土壤中的硝态氮随水体向下淋洗；玉米成熟期与抽雄期相比，各个土层土

壤的硝态氮含量大多有不同程度的下降，说明土壤中一部分硝态氮被植物吸收利用，一部分被淋洗损失；不同处理0～30 cm 土层土壤的硝态氮含量大致顺序为苗期>拔节期>抽雄期>成熟期，且施氮处理明显高于对照，这说明施入氮肥后，有相当数量的氮素从尿素转变为铵态氮，并又转化为硝态氮。

由图3-A可见，在玉米苗期，0～30 cm土壤的硝态氮含量由高到低依次为CCF1>CRF3>CRF1>CCF2>CRF2>CK，其中普通尿素一次性施肥处理（CCF1）的土壤硝态氮含量相对最高，其次是50%尿素+50%树脂包膜尿素一次性施肥（CRF3）；传统的施氮方式即处理CCF2，其硝态氮含量仅略高于树脂包膜尿素一次性施氮（CRF2）；硝態氮含量最低的为对照，即不施氮肥，此硝态氮可能来自于前茬土壤的残余氮。由图3-B可见，在玉米拔节期，0～30 cm土壤的硝态氮含量由高到低依次为CCF2>CCF1>CRF2>CRF1>CRF3>CK，处理CCF2土壤的硝态氮含量相对最高，这可能是拔节期追施60%氮肥的缘故；处理CRF2土壤的硝态氮含量次于处理CCF2、CCF1，说明处理CRF2可以供给作物较多的氮素。由图3-C可见，在玉米抽雄期，0～30 cm土壤的硝态氮含量由高到低依次为CRF3>CCF2>CRF1≈CCF1>CRF2>CK，其中，处理CRF3土壤的硝态氮含量相对最高，其次是处理CCF2；处理CRF1、CCF1土壤的硝态氮含量基本相当，处理CRF2土壤的硝态氮含量低于处理CRF1、CCF1而高于不施肥处理，说明树脂包膜尿素一次性施肥在抽雄期释放的硝态氮水平较低。由图3-D可见，在玉米成熟期，0～30 cm土壤的硝态氮含量由高到低依次为CCF2>CRF1>CRF3>CCF1≈CRF2≈CK，其中处理CRF2土壤的硝态氮含量相对较低，说明树脂包膜尿素处理（CRF2）能在玉米生长后期降低表层土壤中硝态氮含量；处理CCF1 0～30 cm土壤的硝态氮含量相对较低，而30～60 cm土壤的硝态氮含量相对较高，这可能是大量硝态氮淋洗到深层土壤的缘故。

[HTK]2.4玉米不同生育时期、土层深度和处理对土壤铵态氮、硝态氮影响的方差分析[HT]

在土壤中，尿素中的酰胺态氮会在脲酶的作用下转化为铵态氮，进一步在细菌的作用下转化为硝态氮。铵态氮和硝态氮是作物吸收氮素的主要形式，而硝态氮还是造成环境污染的主要物质，二者在土壤中的变化反映了土壤氮素的供给状态。由表4可见，玉米生育时期、土层深度、施氮方式对铵态氮、硝态氮的影响均达到极显著水平；玉米生育时期对铵态氮的影响远高于硝态氮；土层深度对2种氮素的影响较大，对硝态氮的影响略低于铵态氮；玉米生育时期与土层深度、生育时期与施氮方式互作对土壤铵态氮的影响达到极显著水平。

3结论与讨论

在不同施氮方式下，玉米产量差异明显，树脂包膜尿素、与树脂包膜尿素处理相关的施氮方式均对玉米有较好的增产趋势。然而，树脂包膜尿素处理与传统的分次施氮相比，增产没有显著性差异。玉米高产的氮释放特点是在生长前期即苗期与拔节期，土壤铵态氮处于较低水平；随生育期的推进，铵态氮释放强度增强，处于相对较高水平。因此，前期控制氮素的释放是增加后期氮供给的重要调控手段，而具备这一调控特征的施氮处理主要有3个，即树脂包膜尿素播种时期一次性施入处理、50%尿素+50%树脂包膜尿素播种时一次性施入处理、40%尿素播种时施入+60%尿素拔节期追肥处理。可见，树脂包膜尿素与传统的施氮方式相比，优势并不明显。对硝态氮来说，其变化规律与铵态氮基本相似，在玉米生育前期，土壤硝态氮含量相对较低，随生育期的推进，硝态氮含量略有增加，在成熟期突降，各处理的硝态氮含量多处于较低水平，这反映树脂包膜尿素在增加后期土壤铵态氮含量的同时，土壤硝态氮水平并没有增加，使土壤硝态氮含量保持在环境友好水平。

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