不同脲甲醛肥料与尿素配施对夏玉米生长及土壤氮素的影响
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作者:房娜娜 李敏 段文龙 卢宗云 丁芳 魏占波 王玲莉 石元亮
摘要 探究脲甲醛肥料與尿素配施对夏玉米生长及土壤氮素的影响，为制备夏玉米一次性施用的缓释氮肥提供理论依据。以夏玉米品种“隆平206”为供试材料，在微区试验条件下，设置3种不同工艺条件下合成的脲甲醛肥料（A、B、C）、常规施肥处理（U）、不施氮肥处理（PK）和不施肥处理（CK），研究不同脲甲醛肥料与尿素配施对夏玉米SPAD值、植株地上部吸氮量、产量、氮肥利用率、土壤无机氮含量的影响。结果表明，3种不同脲甲醛肥料均能有效提高玉米叶片SPAD值，脲甲醛肥料B效果最显著。脲甲醛肥料较普通尿素显著提高夏玉米产量和籽粒吸氮量，增产达5.7%～19.3%，籽粒吸氮量增加5.81%～20.15%，均以脲甲醛肥料B产量最高，脲甲醛肥料C次之，脲甲醛肥料A产量最低。脲甲醛肥料处理的氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率均高于常规尿素处理，分别增加2.98～9.62百分点、4.18～5.95 kg/kg和4.19～5.96 kg/kg，规律相似，以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，两者无显著差异。3种脲甲醛肥料配施尿素处理的土壤铵态氮在第30～50天显著高于常规尿素处理，而土壤硝态氮在第10、30和50天显著高于常规尿素处理。3种不同脲甲醛缓释肥中，脲甲醛肥料B处理效果最好，可作为夏玉米专用缓释肥。
关键词 脲甲醛肥料;尿素;夏玉米;产量;氮肥利用率;氮肥偏生产力;氮肥农学效率;土壤无机氮
中图分类号 S513文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）07-0166-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.047
Effects of Combined Application of Urea and Ureaformaldehyde Fertilizers on Summer Maize Growth and Soil Nitrogen
FANG Nana1，2， LI Min3， DUAN Wenlong1 et al
（1.Institute of Applied Ecology，Chinese Academy of Sciences，Shenyang，Liaoning 100016;2.Shenyang Agricultural University， Shenyang，Liaoning 100016;3.Soil and Fertilizer Research Institute，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei，Anhui 230031）
Abstract The effect of combined application of ureaformaldehyde on the growth of summer maize and soil nitrogen was explored. It could provide theoretical basis for the preparation of slowreleased nitrogen fertilizer for summer maize. The summer maize variety “Longping 206” was used as study object， under the condition of the micro area test. Treatments consisted of synthesis of ureaformaldehyde （A， B， C） and conventional fertilization treatment （U）， no nitrogen （PK） and no fertilizer treatment （CK）. SPAD，N uptake， yield， N use efficiency， N partial nutrient productivity， N agronomic efficiency and soil inorganic nitrogen content were investigated in this study. Three different kinds of ureaformaldehyde fertilizers could effectively increase the SPAD value of maize leaves， and specially the effect of urea formaldehyde fertilizer B was more significant. Ureaformaldehyde fertilizer significantly increased the yield of summer maize by 5.7%-19.3%， compared to urea treatment. The maize yields with ureaformaldehyde treatments from high to low were as the following： ureaformaldehyde fertilizer B > C > A. The N uptake of summer maize grains treated with urea formaldehyde fertilizer was significantly higher than that of conventional urea treatment with an increase of 5.81%-20.15 %. The N uptake of summer maize grains with ureaformaldehyde treatments from high to low were as the following： ureaformaldehyde fertilizer B>C>A. The N use efficiency， N partial nutrient productivity and N agronomic efficiency of ureaformaldehyde fertilizer were all higher than those of conventional urea treatment. The N use efficiency， N partial nutrient productivity and N agronomic efficiency of ureaformaldehyde fertilizers from high to low were as the following： ureaformaldehyde fertilizer B>C>A. There was no significant difference between B and C treatments. The N use efficiency， N partial nutrient productivity and N agronomic efficiency of ureaformaldehyde fertilizer increased by 2.89-9.62 percentage points， 4.18-5.95 kg/kg and 4.19-5.96 kg/kg， respectively， compared with conventional urea treatment. Ureaformaldehyde fertilizer had a certain effect on soil inorganic nitrogen. Especially in the 30th to 50th days， the soil ammonium nitrogen with combined application of ureaformaldehyde fertilizers and urea treatments was significantly higher than that of conventional urea treatment. Soil nitrate nitrogen with combined application of ureaformaldehyde fertilizers and urea treatments was significantly higher than conventional urea treatment on days 10， 30 and 50. Among the three kinds of ureaformaldehyde slowrelease fertilizers， the ureaformaldehyde fertilizer B treatment has obtained relatively the best results， which can be used as a special slowrelease fertilizer for summer maize. Key words Ureaformaldehyde;Urea;Summer maize;Yield;N use efficiency;N partial nutrient productivity;N agronomic efficiencic;Soil inorganic nitrogen
基金项目 国家重点研发计划项目“新型稳定性复混肥料研制与产业化”（2017YFD0200708）;中国科学院战略性先导科技专项（A类）“盐碱地稳定性专用肥料的研制与应用”（XDA13020601）。
作者简介 房娜娜（1982—），女，辽宁沈阳人，助理研究员，在读博士，从事新型肥料研制与推广研究。通信作者，研究员，博士，博士生导师，从事新型肥料研制研究。
收稿日期 2019-10-10
肥料在粮食生产中贡献率占50%[1]。玉米是我国主要粮食作物，也是重要的饲料和工业原料，在国民经济发展中占有重要的地位，其播种范围较广，其中我国夏玉米种植区域（集中分布在黄淮海夏播玉米区）的播种面积和总产量分别占全国玉米生产比例的34.7%和36.8%[2]。研究表明，夏玉米生育期短，耗肥量大，施用氮肥是提高其单产水平的重要措施[3]。由于速效氮肥的肥效期短，氮肥利用率只有35%，易随水淋失，在造成环境污染的同时也造成浪费[4-6]。因此常规施肥通常采用氮肥基施+追施的模式。然而，近年来随着我国城镇化速度的加快，尤其中部地区人多地少，大量农村劳动力转移就业，玉米追肥模式不再适应我国目前的农业现状，需要施用缓控释肥料以简化玉米施肥步骤。
脲醛肥料（UF）是一种化学合成的缓释肥，脲甲醛是尿素与甲醛在一定条件下，经过羟基化加成反应和亚甲基化缩合反应2步反应制得[7]，又称脲甲醛树脂（UF），是最早商品化生产的缓释氮肥。根据尿素与甲醛的摩尔比不同，可以制成不同缩合度（释放期）的脲醛肥料。与普通氮肥相比，由于脲甲醛肥料含有少量游离尿素、冷水不溶氮和热水不溶氮，具有速效和缓释相济的功能，可满足作物不同时期的生长需求[8]，对环境污染少。脲甲醛肥料由于肥料利用率高，可增加作物产量，节约人力等成本，做到一次性施肥或者减少1～2次追肥，简化农业生产程序，农民增收。 目前，世界缓释肥料的消耗总量约为65万t/a，其中脲甲醛肥料为 22.5 万t/a，约占其消费总量的35%。美国是脲甲醛肥料的最大消费国，其次是日本和欧洲。国外关于脲甲醛肥料的应用主要是蔬菜和树木，尤其是早期蔬菜的应用较多[9]。脲醛肥料在我国的应用较少，由于生产成本高、产量低、生产工艺不成熟等原因，限制了其在我国的大规模推广。笔者根据脲醛缓释肥的特点与优势，探究在大田作物尤其玉米上如何与常规氮肥配合施用，做到一次性施肥，提高利用率，简化施肥程序，进而使作物增产、农民增收、减少面源污染，以期为脲甲醛肥料在我国大范围推广应用提供数据支撑和理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2017年6—9月在安徽省舒城县国家农业科技创新与集成示范基地（31.47°E、116.93°N）进行。该地属亚热带温润性季风气候区，年平均气温15.6 ℃，年平均降雨量约1 100 mm。供试土壤类型为水稻土，全氮1.21 g/kg，有机质18.60 g/kg，碱解氮92.36 mg/kg，有效磷8.85 mg/kg，速效钾185.25 mg/kg，pH 5.89。
1.2 试验设计 前茬作物为油菜。供试玉米品种为“隆平206”，密度70 050 株/hm2。
供试肥料为常规尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O5 12%）、氯化钾（K2O 60%）、脲甲醛肥料A（含N 38.05%）、脲甲醛肥料B（含N 42.30%）、脲甲醛肥料C（含N 43.80%），其中脲甲醛肥料A、B和C由沈阳中科新型肥料有限公司提供。
试验共设6个处理：①不施肥CK;②不施氮肥PK;③常规尿素U;④脲甲醛肥料A;⑤脲甲醛肥料 B;⑥脲甲醛肥料 C。小區面积2 m×3 m=6 m2，3次重复，随机排列。施肥量 N 240 kg/hm2，P2O5 90 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2。处理③常规尿素按基肥∶大喇叭口追肥6∶4的比例分次施用，处理④～⑥脲甲醛肥料与常规尿素（纯氮）配施比例为1∶1，一次性基肥施用。磷钾各处理等量一次性基肥施用。玉米于6月19日施基肥点播，7月30日追施尿素，9月28日收获采收（表1）。
1.3 样品采集与分析方法
各小区分别于玉米种植的第0、5、10、30、50、70、90天S形布点采集0～20 cm 土壤5点，混为一个样品，测定土壤中的铵态氮和硝态氮，土壤铵态氮采用靛酚蓝比色法测定，土壤硝态氮采用紫外分光光度法测定。在玉米关键生育期中（拔节期、大喇叭口期和抽穗期）测定玉米SPAD值，使用手持叶绿素仪（SPAD-502）测定玉米最上部全展开叶（抽穗后为穗位叶）的SPAD值，每小区测定10片叶，测定部位为叶片中部无叶脉处，收获期各小区单打单收，测定玉米实产。各小区采集玉米3株进行室内考种，测定植株氮素吸收量，并根据公式（1）～（3）计算氮肥利用率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力。 氮肥利用率（nitrogen use efficiency）=（施氮肥区植株地上部氮素积累量-不施氮肥区植株地上部氮素积累量）/施氮肥量×100%（1）
氮肥偏生产力（N partial nutrient productivity，kg/kg）=施氮肥区产量/施纯氮肥量（2）
氮肥农学效率（N agronomic efficiency，kg/kg）=（施氮肥区产量-不施氮肥区产量）/施纯氮肥量（3）
1.4 统计方法 采用Microsoft Excel 2007和SPSS 16.0软件进行数据处理和统计分析，Origin 8.5 作图。
2 结果与分析
2.1 不同脲甲醛肥料处理对夏玉米SPAD值的影响
SPAD值能够反映作物叶片氮素含量。不同脲甲醛肥料处理的夏玉米关键生育期SPAD值存在很大差异，施氮能显著提高玉米叶片SPAD值（表2）。拔节期各施氮处理以脲甲醛肥料B最高，但各处理间无显著差异。随着夏玉米生育进程的延长，大喇叭口期玉米叶片SPAD值以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，两者显著高于其他施氮处理。脲甲醛肥料A略高于普通氮肥，但无显著差异。抽穗期以脲甲醛肥料B最高，显著高于其他施氮处理。以上结果说明脲甲醛肥料B更能有效提高玉米生育中后期功能叶片SPAD值，促进氮素吸收。
2.2 不同脲甲醛肥料处理对夏玉米产量及产量构成的影响
施肥和施氮显著提高玉米产量，各施肥处理存在显著差异（表3）。脲甲醛肥料较普通尿素显著提高玉米产量，增产达5.7%～19.3%，以脲甲醛肥料B产量最高，脲甲醛肥料C次之，脲甲醛肥料A产量最低。株高PK处理最高，施氮处理均一定程度降低玉米株高，脲甲醛肥料C降幅最大。穗长、穗行数和穗周长以脲甲醛肥料B最高，行粒数以脲甲醛肥料C最高，但各施氮处理无显著差异。施氮能够降低玉米秃尖长度，秃尖长以脲甲醛肥料C最低。施氮能够增加玉米百粒重，脲甲醛肥料均高于普通氮肥，以脲甲醛肥料B最高，显著高于普通尿素。说明脲甲醛肥料施用能显著提高夏玉米产量，以脲甲醛肥料B施用效果最佳，增产原因可能在于显著提高玉米百粒重。研究证明，与对照相比，施用脲醛型缓释肥玉米产量提高9.75%，收益增加13.20%;不设追肥且底肥用量减少16.67%的情况下，施用高分子型缓释肥仍能保障玉米的正常产量，平均增产4.08%，收益增加6.72%。另外，施用缓释肥料还提高了玉米的穗长、穗粗、穗粒数及百粒重[10]。脲甲醛缓释肥作玉米一次性专用肥增产效果显著，UFA、UFB、UFC肥料处理较常规施肥（CF）2年平均增产6.53%、7.63%和 4.98%[11]。
2.3 不同脲甲醛肥料处理对夏玉米吸氮量、氮肥利用率的影响
由图1和表4可知，施氮显著提高玉米籽粒、秸秆和总吸氮量，脲甲醛肥料处理不同程度地高于普通氮肥。脲甲醛肥料处理的夏玉米籽粒吸氮量显著高于常规尿素，以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，脲甲醛肥料A最低，较常规尿素增加5.81%～20.15%。脲甲醛肥料处理的秸秆吸氮量高于常规尿素，以脲甲醛肥料C最高，脲甲醛肥料B次之，脲甲醛肥料A最低，施氮处理间无显著差异，脲甲醛肥料较常规尿素吸氮量增加4.87%～10.15%。脲甲醛肥料处理的地上部总吸氮量显著高于常规尿素，以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，脲甲醛肥料A最低，脲甲醛肥料较常规尿素增加4.61%～14.96%。脲甲醛肥料处理的氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率均高于常规尿素处理，规律相似，以脲甲醛肥料B最高，脲甲醛肥料C次之，两者无显著差异，氮肥利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率脲甲醛肥料B较常规尿素增加9.62百分点、5.95和5.96 kg/kg，脲甲醛肥料C较常规尿素增加6.85百分点、1.75和1.75 kg/kg;常规尿素略低于脲甲醛肥料A，脲甲醛肥料A较常规尿素增加2.98百分点、4.18和4.19 kg/kg，两者无显著差异。该试验结果表明，玉米种植上施用脲甲醛肥料B配施常规尿素提高氮肥利用率效果最佳，原因可能在于脲甲醛肥料B在玉米生育中后期能保持土壤较高的硝态氮和铵态氮含量，为玉米生长提供氮素营养。研究证明，不同组分脲醛缓释肥与常规施肥相比，苗期耕层土壤无机氮含量较高，穗粒数增加显著，地上部氮素积累量增加，玉米产量和氮素利用率分别增加 4.98%～7.63%、0.91%～14.72%，氮农学效率增加 2.27 ～4.82 kg/kg[12]。
2.4 不同脲甲醛肥料处理对土壤无机氮含量的影响
夏玉米种植后不同施肥处理土壤无机氮含量變化见图2。由图2可知，各处理间土壤铵态氮和硝态氮含量存在显著差异。在0 d（施肥当天）各处理间土壤铵态氮和硝态氮含量无差异。玉米种植5 d施氮处理土壤铵态氮和硝态氮含量较不施氮和不施肥处理迅速增加，各施氮处理间差异不显著。施肥10 d各施氮处理间变化较大，脲甲醛肥料处理的土壤铵态氮和硝态氮含量均高于常规尿素处理，脲甲醛肥料处理间的土壤铵态氮含量无显著变化，而脲甲醛肥料处理的土壤硝态氮含量以B肥料含量最高。施肥30 d脲甲醛肥料处理的土壤无机氮含量均有峰值出现，以脲甲醛肥料B处理最高，其次为脲甲醛肥料C，脲甲醛肥料A最次。常规尿素处理的土壤无机氮较脲甲醛肥料下降。50 d常规尿素土壤硝态氮和铵态氮含量有一定程度的上升，但仍低于脲甲醛肥料，脲甲醛肥料处理的土壤铵态氮含量表现为C>B>A，土壤硝态氮含量表现为B>C>A。70 d土壤铵态氮含量表现为B>C≈A≈U，土壤硝态氮含量表现为B>C>A≈U。90 d各施氮处理间的土壤铵态氮和土壤硝态氮基本无差异。这是由于脲甲醛肥料是尿素与甲醛的一系列缩合物，由6种尿素与甲醛直链的缩合物混合物，较低的分子聚合物都是无分支链的分子，如MDU、DMTU等[13]。而这些短链的甲基尿素能被甲基尿素降解酶（MDUase）水解成铵态氮、尿素、甲醛和二氧化碳[14]，因此脲甲醛肥料施入土壤中能够显著提高土壤中的铵态氮，进而产生更多的硝态氮。 3 结论
玉米产量、吸氮量、氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率的各项指标显示，脲甲醛肥料与尿素搭配一次性施肥均优于普通尿素基施加一次追肥的模式。
脲甲醛肥料配施尿素一次性施肥对土壤无机氮有一定的提高作用，可以满足玉米生长季对土壤无机氮的需求。
夏玉米上脲甲醛肥料配施尿素增效明显，可以做到一次性施肥，节能省工。该试验条件下，施用效果为脲甲醛肥料B>脲甲醛肥料C>脲甲醛肥料A>普通尿素。
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