新型尿素对冬小麦产量及氮素吸收利用的影响

尹焕丽， 岳艳军， 常凤， 王海标， 苗玉红， 王宜伦*

(1.河南农业大学资源与环境学院，郑州450002；2.河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡453000)

氮被称为“生命元素”，是冬小麦必需的大量营养元素，也是蛋白质主要成分，化学氮肥则是作物氮素的主要来源[1]。当前，我国主要粮食作物氮肥利用率明显低于国际水平[2]。过量氮施用、氮肥损失造成的环境问题越来越受到关注[3-4]。尿素是我国主要氮肥种类，对提高作物产量发挥了巨大作用，但尿素的氮素释放快、损失较大。新型尿素是尿素生产过程中添加某些增效剂或微量元素，以延缓养分释放、增加产量、提高氮肥利用率[5-6]。已有研究表明，控失尿素能够改善小麦旗叶性状，提高氮素积累[7]；海藻酸尿素对玉米籽粒吸氮量和穗粒数有促进作用[8]；施用聚能网尿素能够提高地上部养分积累量，促进养分吸收，增加产量[9]；而锰作为影响蛋白质、碳水化合物合成的元素，施用含锰尿素能够提高小麦锰含量，促进小麦对氮的吸收，提高产量[10-11]。与普通尿素相比，新型尿素能够减少潮褐土中氨挥发的损失量，提高肥料利用率[12]。新型尿素能够提高河北省褐土栽植的小麦产量和氮肥利用率[13]。然而，这些研究多针对某一新型尿素及其机理展开研究，对于豫北潮土区以冬小麦光合生理、氮素吸收利用为基础，综合研究几种不同新型尿素的效应，鲜见报道。本研究对控失尿素、聚能网尿素、海藻酸尿素及含锰尿素对冬小麦氮素吸收利用及产量影响进行了研究，旨在明确新型尿素效果及推广应用价值，为冬小麦的氮肥科学施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年10月至2017年6月于河南省新乡市原阳县河南农业大学原阳科教园区(E 113°43’，N 35°10’)进行。试验地地处豫北平原，温带大陆性气候，年平均气温14.5 ℃，年均降水量573.5 mm，无霜期220 d，全年日照时间约 2 400 h。 供试土壤为砂质潮土，pH 7.87，有机质14.95 g·kg-1，碱解氮79.80 mg·kg-1，有效磷25.25 mg·kg-1，速效钾93.88 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验共设8个处理：普通尿素(N 46.4%，Urea)、控失尿素(N 43.2%，控失期约为180 d，LC-Urea)、聚能网尿素(N 46.4%，N-Urea)、海藻酸尿素(N 46.0%，H-Urea)、含锰尿素(N 43.2%，Mn 2.3%，Mn-Urea)、控失尿素一次施肥(N 43.2%，LC-Urea-1)、普通尿素+等量锰(N 46.4%+ 14.86 kg·hm-2MnSO4·H2O，Urea+Mn)、不施氮肥(CK)。

小麦品种为‘设农999’，于2016年10月16日播种，播量为225 kg·hm-2，小区面积36 m2，3次重复，随机区组排列。试验氮磷钾(N-P2O5-K2O)施肥量分别为210、90和75 kg·hm-2，磷钾肥均一次性基施，其中氮肥除控失尿素为一次性基施外，其余氮肥均为50%基施、50%拔节期追施。

1.3 测定项目与方法

1.3.1基础土样采集与分析 小麦播种前采集0～20 cm混合土壤样品，风干磨细过筛后测定土壤基础理化性质。碱解扩散法[14]测定土壤碱解氮，0.5 mol·L-1NaHCO3浸提—钼蓝比色法[14]测定土壤有效磷，NH4OAc 浸提—火焰光度法[14]测定土壤速效钾，重铬酸钾容量法[14]测定土壤有机质。

1.3.2植株样品采集与指标分析 分别于小麦越冬期(2017年1月18日)、拔节期(2017年3月11日)、孕穗期(2017年4月12日)、灌浆期(2017年5月5日)及成熟期(2017年6月1号)，各小区选取代表性小麦30株，用SPAD-502型叶绿素仪(日本Minolta公司)测定主茎第一片完全展开叶SPAD值，并每个小区采2个0.2 m双行小麦样品，105 ℃杀青30 min，65 ℃烘至恒重，粉碎后H2O2-H2SO4消煮[14]再用AA3流动分析仪(德国SEAL)测定冬小麦植株和籽粒的氮素含量。氮肥效率公式如下。

氮肥贡献率(nitrogen contribution rate，NCR)=(施氮区产量-不施氮区产量)/施氮区产量×100%

氮肥偏生产力(partial factor productivity of nitrogen，PFP-N)=施氮区产量/施氮量

氮肥利用率(nitrogen use efficiency，NUE)=(施氮区养分积累量-不施氮区养分积累量)/施氮量×100%

氮肥农学效率(nitrogen agronomic efficiency，NAE)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/施氮量

灌浆期每小区取代表性小麦旗叶10片，采用活体法[15]测定叶片硝酸还原酶活性，用Multiskan GO型酶标仪(美国Thermo)比色。

在冬小麦孕穗期和灌浆期，于晴朗天气上午9:00—11:00利用Li-6400便携式光合仪(美国LI-COR公司)，测定内置光源光强1 100 μmol·m-2·s-1下冬小麦旗叶净光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、蒸腾速率(transpiration rate，Tr)和气孔导度(stomatal conductance，Gs)。

1.3.3测产与考种 小麦成熟期每小区取2个1 m2调查并测定其穗数及穗粒数，并脱粒测定千粒重，收获小区1/2小麦测定实际产量。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据输入和前期处理，SPSS 21.0进行方差分析和显著性检验(LSD法)，Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理各生育期叶片SPAD值

由图1可知，越冬期小麦叶片SPAD值以Mn-Urea处理最高，其次为LC-Urea处理，两者间差异不显著。拔节期以LC-Urea-1处理最高，LC-Urea处理次之，两者较Urea处理分别显著增加15.06%和15.00%。而孕穗期叶片SPAD较拔节期有所下降，LC-Urea处理浮动最大，较拔节期降低10.51%，LC-Urea-1处理叶片SPAD值最高，且较LC-Urea显著高6.21%。灌浆期叶片SPAD值为整个生育期最高，其中H-Urea处理最高，LC-Urea处理次之，但差异不显著，施氮处理较CK显著增加3.87%～8.58%。新型氮肥能够提高冬小麦叶片SPAD值，增加叶片相对叶绿素含量，总体LC-Urea处理效果最好，H-Urea处理次之。

2.2 不同处理各生育期的叶片光合特性

不同处理下冬小麦孕穗期和灌浆期的光合特性结果(表1)显示，孕穗期各处理间的净光合速率没有显著差异，而灌浆期则为LC-Urea处理最高，H-Urea处理次之，均显著高于Urea处理，LC-Urea处理较Urea处理显著提高33.04%。孕穗期和灌浆期，气孔导度均以LC-Urea处理最高，并显著高于CK。孕穗期各氮肥处理间气孔导度差异不显著，而灌浆期LC-Urea、H-Urea和LC-Urea-1处理显著高于CK和Urea处理，且LC-Urea处理较CK和Urea处理分别显著提高38.10%和26.09%。孕穗期，LC-Urea处理下冬小麦蒸腾速率较N-Urea、Mn-Urea、Urea+Mn处理分别显著增加22.56%、27.22和34.00%，H-Urea处理较Mn-Urea和Urea+Mn处理显著增加19.62%和26.00%。表明新型尿素能够提高净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，促进冬小麦光合作用和对养分的吸收，提高冬小麦对养分的积累，其中LC-Urea处理的效果最为明显。

表1 不同处理对不同生育期小麦光合特性的影响Table 1 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of winter wheat of different growth stages

2.3 不同处理的小麦硝酸还原酶活性

硝酸还原酶是氮代谢中的重要酶，对提高氮效率具有重要作用。由图2可知，新型尿素处理中H-Urea处理的硝酸还原酶活性最高，显著高于N-Urea和Mn-Urea处理，其次是LC-Urea和LC-Urea-1处理，但差异不显著，3个处理分别较Urea处理增加6.84%、2.73%和2.58%。表明海藻酸尿素能够显著提高灌浆期冬小麦叶片硝酸还原酶活性，从而有利于氮代谢。

2.4 不同处理各生育期植株氮积累量

由图3可知，新型尿素能够提高小麦对氮素的吸收利用。拔节期，LC-Urea-1处理的氮素积累最大，其次为LC-Urea和H-Urea处理，LC-Urea-1处理较除LC-Urea处理外其他处理均显著提高，提高幅度为18.20%～54.03%。孕穗期，LC-Urea处理的氮积累量较其他处理显著增高15.15%～37.50%，且除N-Urea处理外其他新型尿素处理均较Urea处理显著增加，增加幅度为23.25%～60.00%。灌浆期，氮积累量趋势表现为LC-Urea>LC-Urea-1>H-Urea>Mn-Urea>Urea>N-Urea>Urea+Mn，前4个处理较Urea处理增加5.66%～19.10%。成熟期，LC-Urea处理的氮积累量最高，其次是LC-Urea-1和H-Urea处理，3个处理分别较Urea处理分别增加14.49%、14.39%和12.36%。越冬期、拔节期和成熟期的Mn-Urea与Urea+Mn处理均无显著差异，表明这些时期新型尿素与施用尿素和单质元素相比效果不明显。所有新型尿素中，LC-Urea与H-Urea能够有效提高小麦对氮素的吸收与积累。

2.5 不同处理下冬小麦的氮肥效率

由表2可以看出，氮肥贡献率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率均以LC-Urea处理最高，LC-Urea-1和H-Urea处理其次，但差异不显著。LC-Urea和H-Urea处理的氮肥贡献率分别显著高于Urea处理1.23%和9.15%，氮肥偏生产力较Urea处理分别显著提高6.41和5.02 kg·kg-1，氮肥农学效率分别显著增加6.40和5.01 kg·kg-1。氮肥利用率以LC-Urea处理最高，其次是LC-Urea-1处理，分别较Urea处理显著增加15.56%和15.45%。

表2 不同处理对冬小麦氮肥效率的影响Table 2 Effects of different treatments on nitrogen use efficiency of winter wheat

2.6 不同处理对冬小麦产量与产量构成因子的影响

不同处理的冬小麦产量及产量构成因子结果(表3)可知，LC-Urea处理产量最高，H-Urea处理次之，前者高达9 037 kg·hm-2，较Urea处理显著提高14.49%，LC-Urea、H-Urea和LC-Urea-1处理的产量均显著高于普通尿素。并且LC-Urea处理的穗数最高，较其他处理显著增加9.66%～34.40%，H-Urea处理的穗数次之，较Urea处理显著增加15.96%。表明控释尿素能显著增加小麦有效穗数并提高产量，效果最好，其次为海藻酸尿素。

表3 不同处理的冬小麦产量及产量构成Table 3 Grain yield and its components of winter wheat in different treatmens

3 讨论

提高作物产量和肥料利用率是科学施肥的核心目标。本研究发现，相比于普通尿素，控失尿素可以显著提高冬小麦的氮肥贡献率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率。海藻酸尿素可有效提高冬小麦产量、改善肥料利用效率。已有研究者在玉米、甜瓜、水稻和番茄等作物上研究表明，施用控失和海藻酸等新型尿素可有效提高作物成熟期产量[16-19]，与本研究结果一致。控失尿素可有效降低氮肥损失，提高氮肥利用率，继而增强作物对氮素的吸收利用能力[20]。此外，控失尿素能延缓氮素释放，使冬小麦生育期内氮素持续供应，满足冬小麦生长氮素需求，促进氮素吸收利用、改善光合生理特性，进而实现增产增效[21]。可能因为海藻酸尿素含海藻多糖、高度不饱和脂肪酸等生物活性物质，能够促进根系生长，提高对养分的吸收利用，促进冬小麦生长发育，从而达到增产效果[22-23]。

研究表明，小麦籽粒灌浆物质主要来自光合作用，而叶绿素含量影响叶片对光能的吸收利用[24]。本研究显示，控失尿素和海藻酸尿素能够提高冬小麦叶片SPAD值。生育期间，拔节期与孕穗期间控失尿素处理冬小麦叶片SPAD值显著降低，且与其他处理的SPAD值差异不显著，可能是由于拔节期冬小麦生长迅速，新陈代谢快，因此测定结果可能有所降低。马洪波等[25]对控失尿素和含锌锰尿素在冬小麦上的应用效果表明，控失尿素也能够提高苗期冬小麦叶片叶绿素含量，与本研究相似。本研究结果表明，控失尿素和海藻酸尿素均显著提高灌浆期冬小麦的气孔导度和蒸腾速率，显著提高净光合速率，促进光合作用。充足的氮素能够促进小麦光合作用，控失尿素使冬小麦各生育期氮供应充足，海藻酸尿素能够促进作物均衡吸收养分，两者在灌浆期仍能满足冬小麦生长需求，从而提高其光合生理特性[26-27]。本研究中，与普通尿素相比，聚能网尿素处理的小麦氮素积累量和氮肥利用率差异不显著，未能显著影响其氮素吸收利用和产量。聚能网尿素所含的高分子物质随着肥料的溶解，能够吸附大量的养分，形成一个养分库[28]，但其效果不明显，可能是其吸附能力使土壤中养分分布不均匀，养分供应无法满足小麦整个生育期的养分需求，而养分浓度过高也可能影响冬小麦根系对养分的吸收利用。