SODm 尿素氮减量对河西绿洲灌区春玉米产量效益及氮利用效率的影响*

崔云玲，张立勤

(1.甘肃省农业科学院 土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070；2.农业农村部 甘肃耕地保育与农业环境科学观测实验站，甘肃 武威 733017)

玉米是甘肃省种植面积最大的粮食作物之一，其稳产增收对甘肃农业的发展至关重要。增加水肥特别是氮肥投入是河西绿洲灌区多年来玉米产量不断提高的重要措施。但一味追求高产而超量施氮使得大量的氮素流失到环境中，不仅利用率低下，还引发了一系列的环境问题[1-3]。减量施氮正是在这种背景下发展起来的一种高效施肥方式，即在保证作物产量稳定的前提下，尽量减少氮肥的投入量，以提高氮肥的利用效率，降低环境污染[4-7]。关于施氮对玉米生长、产量及氮肥利用效率的影响国内外已有许多研究[8-13]，但多为普通尿素不同氮肥梯度下适宜用量的筛选，而普通尿素常规施氮量和SODm 尿素(将超氧化物歧化酶加在尿素溶液中混合造粒而成，兼有SOD酶活性和氮的双重作用，简称SODm 尿素)氮减量施用对玉米生长及产量的变化情况研究少有报道。本研究拟通过普通尿素常规施氮量和SODm尿素氮减量施用对玉米产量及氮素利用的差异研究，以期为SODm 尿素在玉米及其他作物上的科学合理施用提供依据，从而促进和推动新型肥料在农业生产中的快速推广和应用。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在甘肃省农业科学院张掖节水农业试验站，位于E100°26′，N38°56′，地处黑河上游大满灌区，海拔1 570 m，年平均蒸发量2 047 mm，降水量130 mm，干旱指数达10.3。

播前0～25 cm 土壤养分状况：有机质含量为17.47 g/kg，碱解氮含量为93.8 mg/kg，有效磷含量为23.2 mg/kg，速效钾含量为115.3 mg/kg，pH值8.50，全盐含量为0.467 g/kg，土壤肥力处于中等水平。试验地土壤属绿洲灌漠土类，前茬为玉米。玉米生育期内，即4 月中旬至9 月底自然降水量为110 mm。

1.2 供试材料

供试肥料为 SODm 尿素(含氮量≥46.4%，SODm≥0.05%，用SODmN 表示)、普通尿素(含氮量≥46.4%)、普通过磷酸钙(P2O5含量≥12.0%)和硫酸钾(K2O 含量≥50%)。供试玉米品种为武科2 号，种植密度8.25 万株/hm2。

1.3 试验设计

试验设7 个处理：(1) 不施氮肥(CK)；(2) 常规施氮量施普通尿素氮(CFN)：375.00 kg/hm2；(3) 常规施氮量施SODm 尿素氮(SODmN)：375.00 kg/hm2；(4) SODm 尿素氮减量10% (SODmN-10%)：337.50kg/hm2；(5) SODm 尿素氮减量15%(SODmN-15%)：318.75 kg/hm2；(6) SODm 尿素氮减量20% (SODmN-20%)：300.00 kg/hm2；(7)SODm 尿素氮减量25% (SODmN-25%)：281.25 kg/hm2。小区面积24 m2，随机区组排列，重复3 次。

2017 年4 月17 日播种，行距为50 cm，株距为24 cm，播深4 cm。对各处理种植的玉米采取相同的农业田间管理：人工除草、中耕及病虫害防治。10 月8 日收获，其他田间管理措施与当地大田一致。

各处理磷、钾肥用量一致，施磷 (P2O5) 120 kg/hm2，钾(K2O) 45 kg/hm2。其中20%氮及全部的磷钾肥结合耕地基施。80%的氮在玉米生长期间分3 次追施，分别为拔节期20%、喇叭口期30%、吐丝期30%，均于灌水前按株穴施。各处理灌溉定额均为6 000 m3/hm2，分4 次灌溉，分别于拔节、大喇叭口、吐丝和灌浆中期进行，每次灌水定额均为1 500 m3/hm2，水表量水，实施定额灌溉。

1.4 数据处理与分析

收获时每个试验小区取2 株植株样品，在105 ℃下杀青0.5 h 后于60 ℃烘干至恒质量，粉碎过1 mm 筛用于分析全氮。植株全氮用浓硫酸消煮，全自动定氮仪测定。

表征氮肥利用效率参数按下列公式[14]计算：

氮肥利用率=(施氮区玉米地上部吸氮量-无氮区玉米地上部吸氮量)/施氮量×100%；

N 收获指数=籽粒吸氮量/总吸氮量×100%；

N 素表观平衡=N 投入量-N 吸收量；

纯收益(元/hm2)=经济产量×玉米价格-肥料投入-其他投入(包括种子、地膜和农药等)。

试验数据均采用Excel 软件进行计算，用SAS 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 SODm 尿素氮减量对玉米产量及效益的影响

表1 显示：不施氮肥处理玉米产量均最低，所有施氮肥处理较不施氮肥处理均有显著的增产效果，增施氮肥仍是玉米高产的关键。施用氮肥能显著提高玉米籽粒产量，与CK 相比，增产20.6%～31.6%；与CFN 处理相比，SODmN 处理产量显著下降，但SODmN 减量处理与其无显著差异，SODmN-15%还表现为增产。用SODmN替代CFN，适度减少施用量，玉米产量呈增加的趋势，当施氮量减少15%并继续降低时，玉米产量呈下降趋势。施氮对春玉米的生物量也有显著的影响，其变化趋势与产量变化趋势不尽相同，过量的氮更有利于秸秆产量的增加而对籽粒产量不利，SODmN 处理春玉米地上部生物量较CFN处理高5.7%。各SODmN 减量施肥处理中，氮减量在20%以内(即施用量在300～375 kg/hm2)变化时，随着氮用量的减少玉米地上部生物量变化不大，但当氮减量超过20%即为SODmN-25%时春玉米地上部生物量降幅最大。

表1 SODm 尿素氮减量对春玉米产量及效益的影响Tab.1 Effect of SODmN reduction application on the yield and profit of spring maize

玉米籽粒产量以SODmN-15%处理最高，与CFN 处理产量相当，较SODmN 处理增产5.4%，随着氮肥用量的减少，玉米产量逐渐降低，但SODmN 处理与SODmN-25%处理间差异并不显著。上述分析结果表明：用SODmN 替代CFN后SODm 促进了玉米对氮素的吸收利用，氮减量25%以内对玉米的产量并没有造成显著影响。

方差分析结果显示：各施氮处理与CK 间产量差异达极显著水平；各施氮处理之间相互比较，CFN 处理除与SODmN 之间达差异显著水平外，与其他氮减量处理间不显著，表明只有在适宜的氮水平下玉米籽粒产量才能达到最高，而过量的氮则会导致营养生长与生殖生长失调，容易造成籽粒减产。依据籽粒产量(y，kg/hm2)与施氮量(x，kg/hm2)的关系建立拟合方程：y=-0.046 2x2+28.913x+1 1 468 (R2=0.975 6)，计算得到最高产量15 992 kg/hm2下的施氮量为313 kg/hm2。

春玉米的纯收益是评价施肥效果的重要参数。从表1 还可见：施氮量与籽粒产量的高低直接影响着春玉米的纯收益，与不施氮(CK)相比，SODmN-15%处理纯收益最高，其他施氮处理间纯收益相差不大，表明适宜的施氮量是增加春玉米纯收益的关键，施肥不足或过量，均不能带来高效益。纯收益与不同氮肥施用量之间的关系可表示为：y=-0.083 1x2+48.544x+18 077 (R2=0.967 1)。由此求得最高纯收益施氮量为292 kg/hm2，此时纯收益为25 166 kg/hm2。

2.2 SODm 尿素氮减量对春玉米氮素吸收和利用的影响

施氮水平对春玉米氮吸收、氮收获指数、氮平衡及氮肥利用效率均有一定影响，结果如表2所示。氮吸收量随着施氮量的减少表现为先增加后降低的趋势，不施氮处理的氮吸收总量最低，为176.5 kg/hm2，SODmN 处理氮吸收总量最高，为320.3 kg/hm2，较CFN 处理氮吸收总量增加4.9%。就氮收获指数而言，不同氮肥施用量表现不一，所有施氮处理的氮收获指数均较CK 下降，但随着氮减量程度的加大氮收获指数呈增加趋势。从氮表观平衡看，SODmN-15%基本能满足氮素平衡，低于此施氮量，氮素平衡处于亏缺状态，高于此量则处于盈余状态。本试验获得的最高产量施氮量为318.75 kg/hm2，氮素平衡盈余11.02 kg/hm2，当SODmN 减量超15%时，氮素平衡处于亏缺状态。就氮肥利用效率而言，SODmN-20%处理(300 kg/hm2)取得最高的氮肥利用效率，为43.1%；施氮量超过318.75 kg/hm2时明显下降，普通尿素和SODm 尿素氮供应时氮肥利用效率明显降低，但SODmN 处理的氮肥利率较CFN 处理提高了11.6%，充分显示出SODm 对玉米的生长产生了促进作用；SODmN-15%处理的氮肥利用效率为41.2%，故SODmN-15%处理可以实现高产、高效，同时氮肥利用效率也实现较高的目标。结果表明：在河西绿洲灌区用新型SODm 尿素氮肥替代普通尿素氮肥可达到减肥增效的目的，玉米在适当减量施氮情况下可实现稳产优质，并提高肥料利用率，保持较好的氮平衡，这对土地的可持续利用有重要作用。

表2 SODmN 减量对春玉米氮吸收和利用的影响Tab.2 Effect of SODmN reduction application on the N uptake and utilization of spring maize

3 讨论

作物减量施肥应以土壤肥力状况为基础，综合考虑作物生长发育规律和需肥特性，做到养分供需平衡，减少肥料的浪费。金继运等[15]研究表明：氮素过量可使营养体生长过旺，与籽粒竞争光合产物，叶片中的氮向籽粒转运减少，不利于籽粒碳的积累。OSAKI 等[16]和SPIERTZ 等[17]研究表明：营养体过量的氮素转移将导致叶片早衰及光合能力下降，造成籽粒碳水化合物供应不足，降低灌浆速率，对玉米后期碳氮代谢互作及粒质量形成不利。本研究结果表明：常规施氮量水平下用SODm 尿素氮替代普通尿素氮，在一定范围内减少施氮量(即SODmN 减量20%以内)并未对玉米产量造成显著影响，减少施氮量25%时虽有减产趋势但与常规施肥间未达到显著差异水平，这主要是由于SODm 尿素中含有SOD 酶，可有效抑制土壤中金属离子与磷形成不溶性沉淀，且SOD 酶可促进作物根系的生长发育，增强作物对养分的吸收，同时也促进了对氮素的吸收利用，使玉米前期营养生长过旺，从而影响其籽粒产量。

减量施肥同时还在一定程度上提高了氮肥利用效率，这与前人研究结果[18-19]一致。赵士诚等[18]对华北地区春玉米氮肥减量的研究结果均表明：氮肥减量后玉米产量没有显著降低，肥料利用率反而略有增加；段然等[19]对湖垸旱地玉米和油菜减量施氮研究结果也表明：在现有施肥水平下，减量施肥对玉米和油菜产量没有显著影响。

在中国不同地区玉米的施肥量差异较大，众多学者也提出了因地制宜的施肥建议。叶东靖等[12]研究指出：吉林省玉米施氮适宜用量应在180～240 kg/hm2；王俊忠等[20]利用15N 标记研究了河南地区施氮量，结果表明：施氮量在300 kg/hm2以内可保证夏玉米高产，过量施氮并没有表现出持续增产的效果。

确定作物的合理施肥量是一个复杂的问题，除了与肥料投入和作物产出相关外，还与植株全生育期内土壤养分的矿化量、当季降水量及土壤有机质含量等密切相关。有研究指出：植株全生育期土壤氮素矿化加上播前无机氮数量，土壤自身供氮量可高达347 kg/hm2，足够植株生长发育所需[6,21-22]，这大大弱化了施肥量差异对作物产量带来的影响。

甘肃河西绿洲灌区春玉米种植区域过量不合理施肥问题普遍存在，在现有玉米施肥水平下，采取适宜的减量施肥方式并配合施用新型的氮肥品种，在减少化肥投入的同时能保证玉米产量和有效提高氮肥的利用效率，可避免因施肥过量对环境造成的潜在威胁。

4 结论

在本试验条件下，用新型SODm 尿素氮替代普通尿素氮，在氮肥用量较常规施氮量减少25%以内时玉米产量不会明显下降，但会造成土壤氮平衡的亏缺；而氮肥用量较常规施氮量减少15%时，在保证稳产高效的同时肥料利用率也相对较高。