不同包膜类型控释氮肥减施对冬小麦产量及氮素利用效率的影响

来源:用户上传      作者:蒋丽萍 李国芳 苗中琴 刘玉东 钱欣 张慧 高英波 齐世军 李宗新 刘开昌 刘树堂 薛艳芳

　　 摘要：以济麦22为供试品种，以不施氮为对照（T1），设置6个施氮处理，分别为：推荐优化施肥（纯N 180 kg/hm2，T2），在T2处理基础上上调30%（234 kg/hm2，T3），农民习惯施肥（280 kg/hm2，T4），与T2处理等量施氮条件下，基肥一次性施用硫加树脂尿素（T5）、热固树脂尿素（T6）和树脂包膜尿素（T7）。结果表明，等量施氮条件下，与T2相比，T6和T7处理小麦产量分别增加7.8%和10.5%，氮肥利用率提高10.5个百分点和21.6个百分点，土壤氮依存率降低8.0个百分点和14.1个百分点。T5处理对小麦的增产作用与T2处理相当，但氮肥利用效率较低，对土壤氮素依存率较强。与T4处理相比，减量施氮的T2和T6处理小麦产量分别降低7.6%和0.4%，T7小麦产量提高2.2%、氮肥利用率提高16.9个百分点、氮肥偏生产力提高58.8%。因此，本试验条件下，纯氮量180 kg/hm2的树脂包膜尿素一次性基施可提高小麦产量和氮肥利用率，达到高产、高效、节肥的目的，适合在该区域推广应用。
　　关键词：控释氮肥;冬小麦;氮素利用效率;产量
　　中图分类号：S143.1+5：S512.106.2  文獻标识号：A  文章编号：1001-4942（2020）02-0064-06
　　Abstract Wheat cultivar Jimai 22 was used as the experiment material. Seven treatments were set as follows： no N application as control （T1）， recommended and optimized N application （180 kg N/hm2， T2）， 30% addition of N rate （234 kg N/hm2， T3）， traditional N rate （280 kg N/hm2， T4）， polymer-sulfur coated urea as basal fertilizer （T5）， thermosetting polymer coated urea as basal fertilizer （T6） and polymer coated urea as basal fertilizer （T7）. The one-off N application rate for T5～T7 treatments was 180 kg N/hm2， equal to T2 treatment. The results showed that compared with T2 treatment with the equal N application rate （180 kg N/hm2）， the grain yield of winter wheat increased by 7.8% and 10.5%， N use efficiency increased by 10.5 and 21.6 percentage points， and soil N dependence rate decreased by 8.0 and 14.1 percentage points， respectively， under T6 and T7 treatments. Although T5 treatment resulted in the equal yield to T2 treatment， but its N use efficiency was lower while soil N dependence rate was higher. Compared to T4 treatment， the grain yield of T2 and T6 treatments decreased by 7.6% and 0.4%， while that of T7 increased by 2.2%; the N use efficiency and N partial productivity of T7 increased by 16.9 percentage points and 58.8% respectively. In conclusion， one-off application of 180 kg N/hm2 of polymer coated urea as basal fertilizer could increase wheat yield and N use efficiency under the experiment conditions， which achieved higher yield and higher efficiency and saving fertilizer， so it was suitable for popularization and application in this area.
　　Keywords Controlled-release N fertilizer; Winter wheat; N use efficiency; Yield
　　 小麦是我国重要的粮食作物，种植面积和总产量均占全国粮食作物的21%左右[1]。氮素是影响小麦籽粒产量和品质的关键营养因素。中国已成为世界最大的氮肥生产国和消费国，预计到2050年会占世界消费量的一半以上[2]，单位面积农田每年氮肥施用量约是世界平均施用量的4倍[3]，但氮肥利用率仅为25%左右，而同期世界平均水平约为42%[4]。因此，通过合理氮肥管理，提高作s物氮肥利用效率，用更少的化学氮肥生产更多的作物经济产量，是实现可持续绿色高效农业的重要途径之一。 　　近年来，随着农村劳动力转移，高产栽培要求的氮肥深施和多次追施在生产上难以实施，基施“一炮轰”现象比例逐年上升[5]，严重影响了小麦高产稳产。缓控释肥具有肥效期长且稳定的特点，为小麦简化施肥，减少施肥次数和数量并实现作物稳产高产、氮肥高效利用和节约农业劳动力提供了新的思路和途径[6-8]。据统计，2005—2015年，我国缓控释氮肥的总生产量为2 100万吨，总推广面积达到3 300万公顷[9]。目前包膜颗粒控释氮肥主要包括树脂包膜尿素、硫包膜尿素、硫加树脂包膜尿素 [10，11]，它们可根据作物对养分的需求控制其养分释放模式，使养分释放与作物养分吸收基本同步，从而减少氮素损失，提高肥料利用率[12，13]，而且采用一次性施肥可大大节省施肥劳动力。尽管前人关于控释氮肥在小麦上增产、增效以及减少环境影响方面的研究报道较多[6-8，12，13]，但由于不同地区的土壤类型、气候条件等各不相同，控释氮肥在不同区域的应用效果也不尽相同。此外，目前市场上的控释肥料种类繁多，养分配比各异，很难因地制宜地发挥其最优的效益[7，14]。因此，有必要在特定区域有针对性进行控释肥产品研发筛选，以期实现小麦增产增效。
　　本试验通过不同类型控释氮肥减量施用，明确其对小麦产量、养分吸收量及氮肥利用效率的影响，为冬小麦一次性施肥技术推广应用提供合适产品和用量，以期更好指导小麦生产。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　试验于2017年10月至2018年6月在山东省淄博市临淄区朱台镇徐王村（118°12′E，36°57′N）进行。试验地0～30 cm耕层土壤理化性状：pH值7.8、有机质含量18.8 g/kg、全氮0.60 g/kg、碱解氮73.6 mg/kg、速效磷30.8 mg/kg、速效钾174.0 mg/kg。
　　1.2 供试肥料
　　普通尿素（N，46%），硫加树脂包膜尿素（含氮量≥35%、含硫量≥20%），热固树脂尿素（含氮量≥44%）和树脂包膜尿素（含氮量≥43%），三种控释肥控释期均为3个月。所用肥料均由金正大公司生产提供。
　　1.3 试验设计
　　试验采用单因素随机区组设计，以不施氮肥为对照，共设6个施氮处理，见表1。小区面积为116 m2，重复3次。各处理磷肥（P2O5 90 kg/hm2）和钾肥（K2O 90 kg/hm2）全部作基肥于播种前一次性均匀撒施，旋耕后播种。供试小麦品种为济麦22，前茬作物为夏玉米。生育期内无明显病虫害和杂草发生。
　　1.4 测定项目与方法
　　1.4.1 收获和测产 成熟期分别在每小区选取2行50 cm样段植株，分为籽粒和秸秆两部分，60～65℃条件下烘干后称重，用不锈钢磨样机将烘干样品磨碎后用于氮磷钾含量测定。另外，每小区收获10 m2 样方，脱粒称重，产量以14%的水分含量计算。
　　1.4.2 计算方法 氮肥利用率（%）=（施氮区作物吸氮量-不施氮区作物吸氮量）/施氮量 × 100;
　　氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮量;
　　氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区产量/施氮量;
　　土壤氮依存率（%）= 不施氮区作物吸氮量/施氮作物区吸氮量× 100[15]。
　　1.5 数据处理
　　采用 Microsoft Excel 2007软件进行数据处理;数据分析应用 IBM SPSS Statistics 20软件进行，采用Duncan’s法进行显著性分析（P<0.05）。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同施氮处理对小麦产量的影響
　　由图1看出，氮肥为普通尿素时，施氮量从0增加到280 kg/hm2，小麦产量逐渐增加，但3个施肥处理间差异不显著。等氮量条件下（180 kg/hm2），与尿素分次施用处理（T2）相比，一次性施用热固树脂尿素（T6）和树脂包膜尿素（T7）的处理小麦产量分别增加7.8%和10.5%，而硫加树脂尿素（T5）则减产0.05%。与农民习惯施氮处理（T4）相比，减氮35.7%的T2、T5和T6处理分别减产7.6%、7.7%、0.4%，而T7处理增产2.2%。
　　
　　2.2 不同施氮处理对小麦籽粒和秸秆氮含量的影响
　　图2结果显示，与不施氮处理（T1）相比，各施氮处理可使小麦籽粒氮含量增加0.5%～6.5%，但各处理间差异不显著。对于小麦秸秆氮含量，与T1处理相比，除T5处理外，其他施氮处理均可显著增加秸秆氮含量，增幅为23.0%～43.2%，其中T7处理增幅最高。
　　2.3 不同施氮处理对小麦地上部氮素积累量的影响
　　由图3看出，氮肥为普通尿素时，施氮量从180 kg/hm2增加到280 kg/hm2时，小麦籽粒和秸秆氮素积累量均呈增加趋势，分别较T1处理增加8.6%～18.4%和32.2%～64.4%，但T2、T3、T4处理间差异不显著。地上部氮素总积累量表现为T4比T2处理增加14.1%，差异达显著水平。
　　等量施氮条件下（180 kg/hm2），与T2相比，T6和T7处理小麦籽粒氮素积累量分别增加2.9%和8.5%，秸秆氮素积累量增加23.0%和42.3%，地上部氮素总积累量增加9.6%和19.8%;而T5与T2处理相比，小麦籽粒、秸秆和地上部总氮素积累量分别降低3.8%、9.5%和5.7%。与农民习惯施氮处理（T4）相比，T5和T6处理小麦地上部氮素积累量分别降低17.4%和4.0%，而T7处理地上部氮素积累量增加5.0%。
　　
　　2.4 不同施氮处理对氮肥利用率的影响
　　由表2看出，氮肥为普通尿素时，随施氮量增加，氮素收获指数从T1处理的70.7%降低到T4处理的64.0%，但T2、T3、T4处理间差异不显著。等氮量条件下，T2、T5、T6和T7处理的氮素收获指数分别为66.6%、68.0%、62.6%和60.4%。随施氮量增加（T2～T4），氮肥利用率无显著差异，氮肥偏生产力显著下降，土壤氮依存率为T4显著低于T2。等量施氮条件下，与尿素分次施用处理（T2）相比，T6和T7处理的氮肥利用率分别提高10.5个百分点和21.6个百分点，氮肥偏生产力分别提高7.6%和10.4%，土壤氮依存率分别降低8.0个百分点和14.1个百分点。与农民习惯施氮处理（T4）相比， T6和T7处理的氮肥利用率分别提高5.8个百分点和16.9个百分点，氮肥偏生产力分别提高54.8%和58.8%。 　　2.5 不同施氮处理对籽粒和秸秆磷钾含量和积累量的影响
　　表3结果表明，等量施氮条件下，不同种类氮肥处理下，小麦籽粒磷钾含量及秸秆钾含量均无显著差异。对于秸秆磷含量，T7处理显著高于T5处理，但与T2和T6处理间无显著差异，小麦地上部（籽粒+秸秆）磷钾积累量有相似规律。总之，就地上部养分积累量而言，与T2处理相比，T5～T7处理可使地上部钾积累量增加13.8%～25.6%，磷积累量仅T7较T2处理增加23.7%。
　　3 讨论与结论
　　控释肥是能减缓或控制养分释放速度的新型肥料，是通过包膜层来调节肥料内部速效养分的释放速率，通过包膜材料的组成设计，最有可能实现养分的释放速率与作物的需肥规律相匹配[16]，在提高肥料利用率、减少环境污染、一次性施肥节省劳动力等方面具有其他化学肥料无法比拟的优点[17]。
　　本研究结果表明，当氮肥为普通尿素时，与农民习惯处理（280 kg/hm2）相比，推荐优化施氮量180 kg/hm2（减氮35.7%）的尿素分次施用处理尽管未显著降低小麦产量，但有减产的风险（产量降低7.6%）。等量施氮条件下（180 kg/hm2），三种控释氮肥产品中，树脂包膜尿素在增加小麦产量和提高氮素利用效率方面均起到较好的作用，热固树脂尿素次之，二者均优于等氮量普通尿素分次施用，硫加树脂包膜尿素对小麦的增产作用与尿素分次施用相当，但氮肥利用效率较低，对土壤氮素依存率较强。因此，在本试验区域内，推荐优化施氮量条件下，树脂包膜尿素较其他两种肥料更能促进小麦氮素吸收，提高小麦产量和氮肥利用率，适合在该区域推广树脂包膜尿素小麦季一次性基施。与本研究结果一致，马富亮等[18]研究表明，硫膜控释尿素和树脂膜控释尿素在增加小麦产量、改善小麦籽粒品质和提高氮素利用率方面均起到较好的作用，其中树脂膜控释尿素比硫膜控释尿素表现出更好的增产效应，实现了氮素的高效利用，可能的原因是树脂膜控释尿素释放速率较慢，更能有效防止硝态氮淋失和氨挥发损失，降低土壤氮素依存率，使小麦对土壤氮的依赖性逐渐减弱，对肥料氮的依赖性逐渐增强，进而提高小麦氮素吸收能力，有效提高氮素利用率。郑沛等[19]研究也表明，施氮量在210 kg/hm2时，硫加树脂尿素和树脂包膜尿素较普通尿素分别增产10.1%和28.2%，树脂包膜尿素增产效果优于硫加树脂尿素。孙云保等[20]四年肥料定位试验结果表明，与尿素分次施用相比（N，180 kg/hm2），减氮30%的树脂包膜尿素处理（126 kg/hm2）小麦四年平均减产2.1%，玉米平均增产1.27%，但均未达到显著水平，表明减氮30%的树脂包膜尿素仍可维持小麦-玉米轮作体系周年稳产。但郑文魁等[13]研究表明，硫包膜尿素和硫加树脂包膜尿素较树脂包膜尿素在小麦产量和氮肥利用率方面差异不显著，在增加土壤酶活性方面效果优于树脂包膜尿素。
　　本研究结果进一步表明，等量施氮条件下，与尿素分次施用相比，树脂包膜尿素一次性基施可提高小麦地上部氮磷钾积累量，分别提高19.8%、23.7%和25.6%。张务帅等[21]田间试验结果也表明，树脂包膜尿素一次性施用较等氮量尿素分次施用的小麦地上部氮钾积累量分别增加13.7%和9.4%，而地上部磷积累量仅增加0.1%。冯爱青等[22]盆栽试验结果表明，树脂包膜尿素一次性施用较等氮量尿素分次施用可使小麦地上部植株氮磷钾吸收量分别提高24.5%、45.3%和21.9%，减氮30%的树脂包膜尿素一次性基施仍可维持小麦地上部养分吸收能力，可能的原因是树脂包膜尿素施用提高了土壤酶活性（如土壤脱氢酶、脲酶、中性磷酸酶），有利于改善土壤生物化学环境，从而提高小麦产量和养分（氮磷钾）吸收和利用。
　　综上所述，在本试验区域，与农民习惯施氮处理（280 kg/hm2）相比，推荐优化施氮量180 kg/hm2（减氮35.7%）时，普通尿素分次施用尽管没有显著降低小麦产量，但有减产的风险（产量降低7.6%），树脂包膜尿素一次性基施较农民习惯施肥小麦产量提高2.2%，地上部氮磷钾积累量分别提高19.8%、23.7%和25.6%，氮肥利用率提高16.9个百分点、氮肥偏生产力提高58.8%，可以实现高产、高效、节肥的目的。因此，在小麦生产中推广控释氮肥的一次性基施具有重要的实践意义。然而在“减肥增效”的背景下，减量施用控释氮肥能否持续保持小麦高产、稳产和可持续性生产，还有待更深入地研究。
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