氮肥控释替代及配施腐植酸对小麦产量和土壤氮素的影响

范仲卿 包涛涛 杨武杰 吴银钗 刘晓辰 孟庆羽 郭新送*

1 山东农大肥业科技股份有限公司 泰安 271000

2 山东省农业技术推广中心 济南 250014

3 鱼台县农业农村局 济宁 272399

为确保我国粮食安全，通过施用化肥促进作物高产是一项重要举措[1]。但近年来我国过量施用化肥现象普遍，导致肥料利用率偏低[2]，不仅没有促进作物增产，还造成了地下水污染等严重的环境污染，不利于农业可持续发展[3～5]。因此，我国现代农业可持续发展需要在保证作物稳产的情况下优化养分管理技术，提高化肥利用率，避免过量施肥。减量施肥作为优化施肥技术的一种，目的在于维持稳定产量的同时减少肥料投入量。大量研究表明[6～8]，适量减肥并没有引起产量显著变化且有上升趋势，并改善了作物品质、提高了肥料利用率和经济效益，降低了养分的环境损失和污染，达到节肥增效的目的。缓控释肥被广泛应用于现代农业生产，研究表明[9～11]，缓控释肥的投入可明显增加作物产量以及肥料偏生产力。腐植酸作为一种天然生物刺激素，对作物具有促生抗逆的效果，腐植酸与缓控释肥配合施用可有效提高肥料利用效率。

目前，大多数研究聚焦于减少化肥量或以缓控释肥替代普通化肥对小麦生产的影响，而对缓控释肥施用量及与腐植酸配施研究较少。因此本试验从减少化肥施用量、不同比例控释氮肥和腐植酸复配全部或部分替代农民传统氮肥入手，研究不同施肥处理对小麦土壤基本理化性质、不同肥料有效性及小麦的影响，以期为小麦优化养分管理措施提供数据支撑，实现减肥增效、绿色生产。

1 材料与方法

1.1 试验区概述

本研究于2020 年11 月至2021 年6 月在山东省淄博市临淄区朱台镇（北纬：36°93′，东经：118°26′）进行大田试验。该区域地处山东半岛东部，属于大陆性季风气候，年平均气温为13.2 ℃，年平均降雨量为762.20 mm。供试土壤类型为壤土，其0 ～20 cm 土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性质Tab.1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

1.2 供试材料

供试肥料：控释氮肥为树脂包膜尿素（OF、CCRF，N：45%），尿素为大颗粒尿素（N：46%）；经过活化后的腐植酸，其原料为优质的风化煤粉末（总腐植酸含量为40%）；磷肥为过磷酸钙（P2O5：12%）；钾肥为硫酸钾（K2O：50%）。均由山东农大肥业科技股份有限公司提供。

供试作物：小麦，品种为“济麦22”。

1.3 试验设计

在当地传统施氮量220 kg/hm2的基础上进行减氮试验。试验设8 个处理：（1）不施氮肥（CK）；（2）农民传统施肥（CCF）；（3）控释氮肥等量替代农民传统施氮肥（OF）；（4）控释氮肥减施50%替代农民传统施氮肥（CCRF）；（5）控释氮肥等量替代农民传统施氮肥+腐植酸（CRF）；（6）控释氮肥减施25%替代农民传统施氮肥+腐植酸（75% CRF）；（7）控释氮肥减施33.3%替代农民传统施氮肥+腐植酸（66.7% CRF）；（8）控释氮肥减施50%替代农民传统施氮肥+腐植酸（50% CRF）。采用随机区组设计，小区面积为20 m2（4 m×5 m），每个处理共3 个重复，生育期管理措施同大田。各试验处理用肥量见表2。

表2 施肥处理和施肥量Tab.2 Fertilization treatment and fertilization amount kg/hm2

1.4 植株样品采集与测定

土壤养分测定[12]：于小麦收获期后采用五点取样法采集0 ～20 cm 土壤样品，使用靛酚蓝比色法和酚二磺酸比色法通过全自动化学分析仪测定土壤NH4+-N 和NO3--N 含量。

小麦生物量测定：小麦收获时，在每个小区收获期内随机采集1/3 面积小麦测定麦地上部生物量及籽粒产量。

植株养分测定：对收获后的小麦依据不同施肥处理将地上部分进行粉碎研磨过100 目筛，称取约0.25 g 于锡纸杯中，使用镊子将其按压成圆滑立方体，使用元素分析仪测定植株全氮。

氮肥偏生产力：PFPN ＝Y/F（Y 代表施肥后所获得的作物产量；F 代表氮肥的投入量）。

氮累积吸收量：氮累积吸收量（kg/hm2）=植株全氮含量（%）×植株干物质重（kg/hm2）。

1.5 数据统计

使用Excel 2010、SPSS 22.0 进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小麦地上部生物量及籽粒产量的影响

由表3 可以看出，相较于CCF 处理，OF 处理小麦地上部生物量与籽粒产量分别显著增加了13.4%、13.02%；同时，CRF 处理地上部生物量及籽粒产量分别增加了4.41%、2.82%，在添加腐植酸的基础上进行减肥处理，75% CRF 地上部生物量及籽粒产量仍高于OF 处理，分别高出了0.6%、1.82%；继续减少施肥量，地上部生物量及籽粒产量有下降的趋势，但其之间差异未达到显著水平。

表3 不同处理对小麦地上部生物量及籽粒产量的影响Tab.3 Effects of different treatments on aboveground biomass and grain yield of wheat

2.2 不同处理对小麦氮素利用及偏生产力的影响

由表4 可以看出，相较于CCF 处理，OF 处理的氮素累积吸收量及氮肥偏生产力分别显著增加了16.38 kg/hm2、4.05 kg/kg；在控释氮肥的基础上添加腐植酸，氮素累积吸收量增加了8.57 kg/hm2，但氮肥偏生产力并无明显变化；在此基础上进行减肥处理，除50% CRF 外，其余2 个处理氮素累积吸收量均显著高于OF 处理（P<0.05），增幅为16.41、15.84 kg/hm2；从氮肥偏生产力来看，相较于OF 处理，在控释氮肥减量的基础上添加腐植酸均可有效提高氮肥偏生产力，增幅范围为35.76%～96.77%，以50% CRF 处理的氮肥偏生产力最高。

表4 不同处理对小麦养分吸收的影响Tab.4 Effects of different treatments on nutrient absorption in wheat

2.3 不同处理对小麦生育期内土壤氮养分的影响

由表5 可以看出，小麦拔节期，除50% CRF处理外，其余各处理NO3-含量均显著高于CCF 处理，其增幅范围为34.5%～61.93%，以75% CRF处理最高，其后依次是CRF、OF、CCRF、66.7%CRF，说明控释氮肥的投入可以增加拔节期土壤NO3-含量，在控释氮肥的基础上添加腐植酸可进一步增加土壤中NO3-的含量；NH4+也有类似的规律，除50% CRF 处理外，其余各处理NH4+含量均显著高于CCF 处理，其增幅范围为18.42%～46.18%，以CRF 处理最高。说明CRF 处理在小麦拔节期间可以提高土壤养分利用效率，保证作物养分需求量。小麦收获期，不同施肥处理NO3-、NH4+含量均显著高于CK 对照，施氮量很低的处理NO3-、NH4+没有降低更多的原因是，添加腐植酸后加速了原有有机质的降解，矿化产生NO3-、NH4+的量增加，同时在小麦收获期对土壤氮的吸收利用效率也会降低。

表5 不同处理对小麦生育期土壤氮养分的影响Tab.5 Effects of different treatments on soil nitrogen nutrients during wheat growth stage

3 讨论

本试验结果表明，施肥水平与肥料种类均可显著影响小麦籽粒产量，相较于CCF 处理，OF、CCRF 处理小麦籽粒产量不降反增，分别增加了14.97%、3.65%；李前等[13]研究也得到类似的结论，同等施氮量下，控释氮肥处理较尿素处理产量增加了11.4%。CRF 处理籽粒产量有进一步增加的趋势，增加了2.82%；孙志梅等[14]得到类似结论，使用控释氮肥等量替代农民传统施氮肥+腐植酸后小麦增产幅度达到13.5%～18.7%。在此基础上进行减少肥料用量，75% CRF 地上部生物量及籽粒产量仍高于OF 处理，分别高出了0.6%、1.82%，继续减少施肥量，地上部生物量及产量有下降的趋势，但其之间差异未达显著性。说明当地传统施肥水平严重过量，不利于小麦籽粒产量增加，控释替代及减施或增加腐植酸都可进一步增加产量，其中以75% CRF 处理效果最好，这与卢艳丽等[15]、汪强等[16]、朱晓霞等[17]研究结果基本一致：卢艳丽等[15]研究表明，减少20%用量的控释氮肥处理产量显著高于农民传统施氮处理，增产达到18.3%；汪强等[16]研究表明与尿素基施相比，控释氮肥等量替代农民传统施氮肥增产10.03%～11.17%；朱晓霞等[17]研究也表明，控释氮肥减量20%施用可以维持较好的产量性状。

控释氮肥替代及增施腐植酸可在维持小麦产量、土壤肥力、系统可持续性的基础上，达到减少肥料用量，提高肥料利用率的目标。相较于CCF处理，OF 及CRF 均可提高氮素累积吸收量，分别增加了16.38、25.13 kg/hm2，在CRF 处理的基础上进行减肥处理，这是因为控释氮肥能够协调养分的释放时间和强度，使养分释放速率与作物对养分的需求同步，同时腐植酸可以促进植物对养分的吸收[18，19]。除50% CRF 处理外，75% CRF、66.7% CRF 处理氮素累积吸收量均显著高于OF 处理（P ＜0.05），增幅为16.41、15.84 kg/hm2；从氮肥偏生产力来看，与OF 处理相比，在减量施肥的基础上添加腐植酸均可有效提高氮肥偏生产力，增幅范围为35.76%～96.77%，以50% CRF 处理的氮肥偏生产力最高。刘萍等[20]研究表明，控释氮肥投入可提高30%以上的氮肥利用率；蒋丽萍等[21]也研究表明相较于传统施肥280 kg/hm2，施用树脂包膜尿素并减少用量20%，可提高16.9%的氮肥利用率。这些研究与本试验结果一致。

控释肥是针对作物需肥规律，使其养分按照设定的释放率和释放期缓慢或控制释放的肥料[22]。本试验结果表明，小麦拔节期，相较于CCF 处理（61.40 mg/kg），除50% CRF 处理（60.66 mg/kg）外，其余各处理硝态氮含量均显著增加了34.5%～61.93%，其中以75% CRF 处理最高（99.43 mg/kg），说明控释氮肥的投入可以增加拔节期土壤硝态氮含量，在控释肥的基础上添加腐植酸可进一步增加土壤中NO3-的含量；NH4+也有类似的规律，说明控释氮肥及与腐植酸配施在小麦拔节期间可以维持土壤养分底墒，保证作物养分需求量。小麦收获期，不同施肥处理NO3-、NH4+含量均显著高于CK处理。控释氮肥的施用可在小麦关键生育期提供充足的氮素，且在收获期可以稳定土壤养分平衡[23，24]。郑文魁等[25]研究表明，控释氮肥能显著增加冬小麦中后期土壤中无机氮含量。Geng J B 等[26]研究也表明，施加硫包尿素使耕层土壤中中有效氮含量提升32%。这些研究与本试验结果一致。

4 结论

本研究通过设置不同施肥方式探究对小麦产量及土壤养分的影响。研究结果表明，控释氮肥等量替代农民传统施氮肥+腐植酸显著提高小麦产量，同时在一定程度上也增加了土壤氮素的累积量，为小麦优化养分管理措施提供数据支撑，实现减肥增效、绿色生产。