趙麗芳，袁 亮，張水勤，趙秉強(qiáng)，林治安，李燕婷

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081）

鋅是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的微量元素之一，在作物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著重要的生理生化作用[1]。同時(shí)，鋅也是維持人體生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的生命元素[2]。然而，全世界幾乎一半人口受到缺鋅的困擾[3]。在許多以谷物為主的發(fā)展中國(guó)家，居民缺鋅現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，這主要是因?yàn)楣任镒蚜Ｖ械匿\含量偏低，不能滿足人體的需要。因此，提高谷物籽粒中鋅的含量關(guān)系到人類(lèi)健康與社會(huì)發(fā)展[4]。土壤是植物吸收鋅元素最主要的來(lái)源，在農(nóng)作物生產(chǎn)，由于連年高產(chǎn)及大量元素肥料的施用導(dǎo)致農(nóng)田生產(chǎn)系統(tǒng)中微量元素，尤其是鋅的缺乏[5]，我國(guó)缺少微量元素鋅的耕地面積占總耕地面積的51.5%[6]。土壤缺鋅已是引起世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降的一個(gè)眾所周知的問(wèn)題[3]。

玉米作為世界三大糧食作物之一，具有較高的生物量和產(chǎn)量，對(duì)鋅敏感[7]。鋅可以通過(guò)影響玉米的內(nèi)源激素合成和氧自由基代謝過(guò)程促進(jìn)授粉，提高玉米產(chǎn)量和玉米籽粒中的鋅含量，從而增加人體對(duì)鋅的攝入[8-11]。研究表明，氮素極有可能是影響植物生物富集鋅的重要營(yíng)養(yǎng)成分[12]，施氮能促進(jìn)作物根系對(duì)鋅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而提高作物籽粒中鋅的含量[13-16]，達(dá)到籽粒鋅生物強(qiáng)化的目的[17-18]。施鋅也能夠通過(guò)促進(jìn)氮的代謝過(guò)程，提高作物對(duì)氮素的吸收利用[19-20]，氮鋅配施可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)，增加作物對(duì)氮、鋅的吸收[21-24]。生產(chǎn)實(shí)踐中，通常以鋅與大量元素肥料配合施用，如，將鋅與氮、磷、鉀肥分別配制成氮-鋅復(fù)合肥、磷–鋅復(fù)合肥、鉀–鋅復(fù)合肥，均有提高鋅肥有效性的作用效果[25]。然而，目前的研究多集中于鋅與大量元素化肥配施的效果，且以氮鋅肥配施為主，而將鋅與尿素熔融造粒制成一種新型肥料，研究不同添加量的鋅與尿素結(jié)合對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和氮、鋅吸收利用及分配的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。本文運(yùn)用15N示蹤技術(shù)，利用不同添加量的鋅與尿素通過(guò)熔融混合和物理混合兩種方式結(jié)合制備含鋅尿素，開(kāi)展土柱栽培試驗(yàn)，研究含鋅尿素施用對(duì)玉米產(chǎn)量及肥料氮、鋅去向的影響，探究氮鋅交互作用效果，以期為含鋅尿素新產(chǎn)品的研制提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物為夏玉米‘鄭單958’。

供試土壤取自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院德州鹽堿土改良實(shí)驗(yàn)站禹城試驗(yàn)基地，連續(xù)3年未施用任何肥料的勻地地塊。土壤類(lèi)型為石灰性潮土，質(zhì)地為輕壤。分別采集 0—20 cm 耕層土壤和 20—90 cm 的底層土壤，風(fēng)干、過(guò) 1 cm 篩、混勻，備用，其基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

供試肥料及其制備方法：1)含15N尿素，將15N尿素(豐度10.10%，上海化工研究院)在130℃熔融、冷卻、粉碎研磨過(guò)篩(20目)；2)鋅與尿素物理混合產(chǎn)品：室溫下，將硫酸鋅(ZnSO4·7H2O，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)分別按0.5%和5%的比例(ZnSO4·7H2O/尿素，質(zhì)量比)與15N尿素充分混合均勻、粉碎、研磨、過(guò)篩(0.85 mm)，制得15N標(biāo)記的含鋅尿素物理混合試驗(yàn)產(chǎn)品U+Zn0.5和U+Zn5；3)鋅與尿素熔融混合產(chǎn)品：將硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)分別按0.5%和5%的比例 (質(zhì)量比)與15N尿素在130℃下熔融，充分?jǐn)嚢杌靹? min，冷卻后粉碎、過(guò)篩(0.85 mm)，制得含15N標(biāo)記的鋅尿素熔融混合試驗(yàn)產(chǎn)品UZn0.5和UZn5。

尿素中鋅添加量設(shè)置5%和0.5%兩個(gè)用量水平，是因?yàn)樵谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，尿素平均用量約300～375 kg/hm2，鋅肥平均用量 (以 ZnSO4·7H2O 計(jì))為 15 kg/hm2左右，即ZnSO4·7H2O用量約占尿素用量的5%左右，所以，本研究所設(shè)置5%鋅用量即為生產(chǎn)中鋅肥和尿素用量的常規(guī)比例；而設(shè)置0.5%添加量為鋅低水平用量，目的是與常規(guī)用量(5%)進(jìn)行比較，以研究鋅與尿素通過(guò)物理混合和熔融混合配伍后是否能提高鋅的有效性和利用率。各供試肥料性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 供試肥料的ZnSO4·7H2O添加比例及養(yǎng)分含量Table 2 ZnSO4·7H2O addition rate and nutrient contents of the fertilizers prepared

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年5—11月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院德州實(shí)驗(yàn)站禹城試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)采用土柱栽培方式，將高100 cm、內(nèi)徑30 cm的PVC管埋入土中，管口上部高出地面3 cm，以防止降雨后產(chǎn)生的地表徑流流入，下不封口，與自然土壤直接接觸。每個(gè)土柱裝75 kg過(guò)1 cm篩的干土，土層深90 cm，其中土層下部30—90 cm裝取自田間20—90 cm的底層土壤，分兩次裝入，每次裝入后灌水沉實(shí)；0—30 cm裝取自田間0—20耕層土壤，與肥料混勻后裝入，灌水。

試驗(yàn)共設(shè) 8 個(gè)處理：1) 不施氮肥 (CK)；2) 單施尿素 (U)；3) 單施鋅 0.39 mg/kg 干土 (Zn0.5)；4) 單施鋅 3.93 mg/kg 干土 (Zn5)；5) U+Zn0.5；6)U+Zn5；7) UZn0.5；8) UZn5。所有處理的肥料施用量均按0—30 cm土層的干土重計(jì)算，在播種前一次性基施，均勻混入0—30 cm土層。其中，所有施氮處理按照等氮量施肥，施氮量為0.15 g/kg干土，3)、5)和7)鋅用量相同，施鋅量(Zn)為0.39 mg/kg干土，4)、6)和8)鋅用量相同，施鋅量(Zn2+)為3.93 mg/kg干土。所有處理磷、鉀肥施用量按照充足供應(yīng)原則，分別施用 P2O50.2 g/kg 干土和 K2O 0.2 g/kg干土，即每個(gè)土柱磷(P2O5)和鉀(K2O)施用量均為 5.0 g，以 KH2PO4和 KCl (國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)的形式施用。每個(gè)處理重復(fù)6次，采用隨機(jī)區(qū)組排列。每個(gè)土柱播種3 粒玉米，三葉期間苗，保留1 株/柱。玉米生長(zhǎng)期間的管理同當(dāng)?shù)厣a(chǎn)常規(guī)管理。

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 樣品采集 玉米收獲后，置于通風(fēng)處自然風(fēng)干，并進(jìn)行考種，測(cè)定穗行數(shù)、行粒數(shù)；然后，將玉米葉片、莖稈、苞葉、穗軸、籽粒分開(kāi)，于 65℃烘干并稱(chēng)重，測(cè)定百粒重和玉米各部分的干物質(zhì)量，并分別粉碎，過(guò)0.149 mm篩，保存，備用；同時(shí)，采集 0—30、30—60、60—90 cm 土層的土壤樣品，風(fēng)干后，充分混勻，磨細(xì)，過(guò)0.149 mm篩，保存，備用。

1.3.2 樣品分析 采集所得植物和土壤樣品，采用同位素質(zhì)譜儀Elementar [艾力蒙塔貿(mào)易(上海)有限公司]測(cè)定其含氮量和15N 豐度。植株樣品采用濃硝酸–高氯酸消煮，原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定植株鋅含量[26]；土壤樣品采用EDTA浸提，原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定土壤有效鋅含量[27]；X射線光電子能譜(XPS)采用ESCALab250型X射線光電子能譜儀(美國(guó) Thermo Scientific 公司)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式[28-30]：

施入氮肥15N原子百分超 = 肥料15N豐度–0.00365

植株肥料氮吸收量 = (植株15N豐度–未施用15N尿素的植株15N豐度)/施入氮肥15N原子百分超×植株氮含量×植株干物質(zhì)量

土壤中肥料氮?dú)埩袅?= (土壤15N豐度–未施用15N尿素的土壤15N豐度)/施入氮肥15N原子百分超×土壤氮含量×土壤質(zhì)量

式中，未施用15N尿素的植株15N豐度和土壤15N豐度為自然狀態(tài)下的自然豐度。

鋅利用率 = (施鋅處理植株含鋅總量–不施鋅處理植株含鋅總量)/總施鋅量×100%

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin 9.0進(jìn)行作圖，并用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較 (P< 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋅與尿素物理混合和熔融混合對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

表3表明，4個(gè)含鋅尿素處理的玉米籽粒和莖稈干物質(zhì)量均高于普通尿素(U)處理，熔融含鋅尿素處理(UZn0.5、UZn5)的玉米穗粒數(shù)也均高于普通尿素和物理混合含鋅尿素處理，UZn 0.5和UZn5處理之間各指標(biāo)無(wú)顯著差異。可見(jiàn)，與單施尿素相比，尿素中加鋅(物理混合和熔融混合)促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)、提高了玉米產(chǎn)量，其中熔融混合優(yōu)于物理混合。

表3 不同處理玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及各部位生物量Table 3 Yield component and biomass of different parts of maize under different treatments

2.2 鋅與尿素物理混合和熔融混合對(duì)肥料氮去向的影響

2.2.1 玉米對(duì)氮的吸收利用 與對(duì)照(CK、Zn0.5、Zn5)相比，各施氮處理均顯著提高了玉米植株地上部和不同器官的氮素吸收量(表4)。含鋅尿素處理的玉米籽粒、莖稈中的總氮吸收量多高于普通尿素處理(U)，其中，熔融含鋅尿素(UZn0.5、UZn5)處理的地上部和籽?？偟樟匡@著高于U處理，籽粒吸氮量較U處理分別顯著增加6.12%和5.92%。UZn0.5和UZn5處理所有部位氮素吸收量之間無(wú)顯著差異。

表4 不同處理玉米地上部總氮吸收量(g/pot)Table 4 Total N uptake by maize under different treatments

表5表明，與普通尿素處理(U)相比，熔融含鋅尿素處理(UZn0.5、UZn5)顯著提高了玉米地上部的總肥料氮吸收量，主要增加了籽粒的肥料氮吸收量，降低了穗軸的肥料氮吸收量，UZn0.5和UZn5之間沒(méi)有顯著差異。物理混合含鋅尿素對(duì)玉米各部位肥料氮的吸收多沒(méi)有顯著影響?？傊c普通尿素相比，鋅與尿素熔融混合可以提高玉米地上部對(duì)氮素的吸收，提高玉米籽粒的氮吸收量。

表5 不同處理玉米地上部肥料氮吸收量(g/pot)Table 5 Total fertilizer N uptake by maize under different treatments

2.2.2 肥料氮在土層中的分布與殘留 從表6中可以看出，肥料氮主要?dú)埩粼?—30 cm土層，U、U+Zn0.5、U+Zn5、UZn0.5和UZn5處理在0—30 cm土層的肥料氮?dú)埩袅糠謩e占0—90 cm土層總殘留量的68.18%、69.12%、69.57%、71.43%和69.86%。在0—30和30—60 cm土層，UZn0.5和UZn5處理的肥料氮?dú)埩袅烤@著高于U，而U+Zn0.5和U+Zn5處理與U沒(méi)有顯著差異。在0—30和30—60 cm土層，UZn0.5處理的肥料氮?dú)埩袅恳诧@著高于U+Zn0.5和U+Zn5，而UZn5的氮素殘留量只在0—30 cm土層顯著高于U+Zn0.5。在60—90 cm土層，所有處理的肥料氮?dú)埩袅繜o(wú)顯著差異。可見(jiàn)，鋅與尿素熔融混合增加了0—60 cm土層的肥料氮?dú)埩袅?，且?.5%的鋅添加量有益于尿素在土壤中的固持。

表6 不同處理各土層肥料氮的殘留量(g/pot)Table 6 Residual quantity of fertilizer N in different soil layers under different treatments

2.2.3 肥料氮的利用、殘留及損失 與普通尿素相比，熔融混合含鋅尿素顯著提高了玉米對(duì)肥料氮的吸收量和肥料氮素利用率，提高了肥料氮在土壤中的殘留率，UZn0.5和UZn5處理間沒(méi)有顯著差異(表7）。尿素與鋅混合均降低了肥料氮的損失量和損失率，UZn0.5和UZn5處理的損失量顯著低于U、U+Zn0.5處理，U+Zn5處理的肥料氮素?fù)p失量也顯著低于U處理，但與U+Zn0.5處理沒(méi)有顯著差異。因此，在尿素中以熔融法混合鋅顯著提高了肥料氮的利用率和土壤殘留率，降低了肥料氮的損失率。

表7 不同處理肥料氮的利用率及去向Table 7 Nitrogen use efficiency and fate of fertilizer nitrogen under different treatments

2.3 鋅與尿素物理混合和熔融混合對(duì)鋅有效性的影響

2.3.1 玉米對(duì)鋅的吸收利用 表8顯示，與CK相比，單施鋅多不能顯著提高玉米各部位鋅的積累量，而施用氮肥可以顯著提高玉米地上部鋅的積累量。與普通尿素處理(U)相比，UZn0.5處理提高玉米籽粒鋅積累量的效果最佳，顯著高于其他處理，其中UZn0.5處理較U處理玉米籽粒鋅累積量顯著提高62.08%；其次是UZn5和U+Zn5處理，其籽粒的鋅積累量也高于U處理，而U+Zn0.5與U處理相比沒(méi)有提高籽粒鋅積累量的效果。UZn0.5處理的鋅肥利用率為8.94%，是U+Zn0.5處理的2.4倍，而兩個(gè)添加5%鋅的尿素的鋅肥利用率均小于1%在熔融混合方式下，UZn0.5處理籽粒鋅累積量較UZn5顯著提高46.82%，鋅肥利用率提高8.43個(gè)百分點(diǎn)。綜上所述，與鋅肥單施相比，鋅與尿素結(jié)合提高了玉米地上部對(duì)鋅的吸收利用，熔融效果優(yōu)于物理混合，且以0.5%的鋅添加量效果最為理想。

表8 不同處理玉米地上部鋅累積量及鋅肥利用率Table 8 The accumulation and utilization of zinc in the maize shoots of different treatments

2.3.2 土壤有效鋅含量 在玉米收獲后，各處理不同土層土壤有效鋅含量不同(表9)。在0—90 cm土層中，各含鋅尿素處理土壤有效鋅含量均高于普通尿素處理(U)，高出25.27%～60.90%。鋅用量相同時(shí)，在0—30 cm土層，UZn0.5處理比Zn0.5、U+Zn0.5處理土壤有效鋅含量分別顯著高出47.03%和34.17%，UZn5處理比Zn5、U+Zn5處理土壤有效鋅含量分別高出25.44%和14.15%?？梢?jiàn)，鋅與尿素熔融混合較鋅肥單施、鋅與尿素物理混合能夠提高施肥層土壤的有效鋅含量。

表9 不同處理各土層土壤有效鋅含量(mg/kg)Table 9 Available zinc content in different soil layers under different treatments

3 討論

3.1 鋅與尿素結(jié)合對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

據(jù)研究，鋅作為多種酶的組分，參與了生長(zhǎng)素、葉綠素的合成以及碳水化合物的轉(zhuǎn)化，氮鋅配施能夠促進(jìn)植物的光合作用，提高光合效率，并最終影響作物的生長(zhǎng)及產(chǎn)量的提高[31]。本研究結(jié)果顯示，鋅與尿素結(jié)合較普通尿素可提高玉米籽粒產(chǎn)量和地上部總干物質(zhì)量，其中，鋅與尿素熔融混合制成含鋅尿素的提高作用優(yōu)于二者物理混合(表3)，這與康利允等[32]、劉紅恩等[33]、楊爽等[34]的研究結(jié)果相一致。Liu等[21]研究發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量會(huì)隨著施Zn量的增加先上升，后趨于平穩(wěn)。是因?yàn)樵谑㈱n超過(guò)一定量之后，Zn不再是玉米生長(zhǎng)的限制因子，繼續(xù)增加施 Zn 量對(duì)于玉米沒(méi)有顯著的增產(chǎn)作用[35]。本研究中，相同結(jié)合方式下，不同添加量(0.5%、5%)的鋅與尿素結(jié)合玉米產(chǎn)量之間無(wú)顯著差異，可能是因?yàn)?%鋅用量超過(guò)了玉米的生長(zhǎng)需要。穗粒數(shù)和百粒重是玉米籽粒產(chǎn)量構(gòu)成的決定因素[36]，在本研究條件下，施用氮肥均顯著增加了玉米的穗粒數(shù)和百粒重，且在各施氮處理間，玉米的百粒重差異不顯著，但鋅與尿素結(jié)合施用較單施尿素顯著提高了玉米產(chǎn)量，且在鋅用量相同時(shí)，鋅與尿素熔融混合較物理混合顯著增加了玉米穗粒數(shù)(表3)。

本研究發(fā)現(xiàn)，鋅與尿素熔融結(jié)合后，其物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，如圖1所示。從圖中可以看到，UZn的化學(xué)譜峰結(jié)合能分別為1045.53和1022.30 eV，而U+Zn的化學(xué)譜峰分別為1045.91和1022.68 eV，UZn較U+Zn的化學(xué)位移發(fā)生了較小的偏移，初步猜測(cè)是UZn肥料里的Zn化學(xué)環(huán)境發(fā)生了變化。對(duì)N表面原子成鍵進(jìn)行了分析(圖2)，XPS N 1s的分峰擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在U+Zn混合物中只檢測(cè)到了結(jié)合能分別為399.8 eV的氮，其為酰胺態(tài)氮；而UZn熔融混合物中除了檢測(cè)到結(jié)合能為399.7 eV的酰胺態(tài)氮之外，還檢測(cè)到了結(jié)合能為399.18 eV的另一種形態(tài)氮，這兩種形態(tài)的氮分別占總氮的64.19%%和35.81% (由峰面積計(jì)算所得)?？梢?jiàn)，位于 UZn N 1s譜圖399.18 eV 處的峰則可能是 Zn2+與尿素反應(yīng)結(jié)合形成新的氮形態(tài)(—NX)。結(jié)合圖1中鋅的化學(xué)位移峰發(fā)生偏移，則可進(jìn)一步推斷，Zn2+與尿素中的N發(fā)生了配位作用而形成新的化合物。這是因?yàn)?，Zn2+與尿素中的N原子發(fā)生了配位作用，進(jìn)而對(duì)尿素氮的釋放起到一定的緩釋效果[37]，從而保證了玉米生長(zhǎng)過(guò)程中氮素的持續(xù)供應(yīng)，優(yōu)化了玉米生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng)和穗粒數(shù)的增加，提高了玉米籽粒產(chǎn)量。因此，熔融法主要影響了尿素中氮的形態(tài)，而對(duì)鋅的形態(tài)影響較小，鋅與不同形態(tài)氮素的結(jié)合對(duì)尿素氮和鋅的釋放可能都起到了一定的緩沖效果，因而提高了玉米對(duì)氮、鋅的吸收。添加0.5%的硫酸鋅更有利于玉米的鋅吸收和生長(zhǎng)，而添加5%的硫酸鋅可能超過(guò)了玉米的需求，因而沒(méi)體現(xiàn)出鋅吸收量的增加和對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的有益效果。

圖1 XPS Zn 2p分峰擬合圖Fig. 1 XPS Zn 2p peak fitting spectra of samples

圖2 XPS N 1s分峰擬合圖Fig. 2 XPS N 1s peak fitting spectra of samples

3.2 鋅與尿素結(jié)合對(duì)氮素去向的影響

作物吸收、土壤中殘留和損失是氮肥進(jìn)入土壤-作物系統(tǒng)后的3個(gè)基本去向[36]。15N示蹤研究結(jié)果表明，普通尿素氮的利用率、殘留率和損失率分別為34.51%、17.55%和47.94%；而鋅與尿素結(jié)合氮對(duì)應(yīng)的利用率和殘留率高于普通尿素，且損失率低于普通尿素(表7)。且鋅與尿素兩種結(jié)合方式中，熔融混合較物理混合提高了氮肥利用率和氮肥在土壤中的殘留量，降低了氮肥損失率?？梢?jiàn)，鋅與尿素熔融混合制備成含鋅尿素施用能夠促進(jìn)玉米對(duì)肥料氮的吸收，增加氮素在土壤中的殘留，降低肥料氮的損失。

研究結(jié)果表明，施用鋅肥促進(jìn)了玉米次生根的發(fā)生和根系的良好發(fā)育，根系數(shù)量大，有利于提高根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收能力，進(jìn)而提高氮素的吸收效率，從而增加了玉米地上部的肥料氮吸收量，并促進(jìn)氮從其它器官向果穗中運(yùn)輸，增加籽粒中的氮累積量[38]，本研究中，鋅與尿素結(jié)合地上部總氮吸收量和肥料氮吸收量均高于普通尿素處理，其中，鋅與尿素熔融混合的提高作用優(yōu)于二者物理混合(表4、表5)，而且含鋅尿素在提高玉米肥料氮總吸收量的同時(shí)，苞葉中的肥料氮吸收量有所降低，籽粒中的肥料氮吸收量增加，說(shuō)明含鋅尿素促進(jìn)了苞葉的氮向籽粒中的轉(zhuǎn)移，提高了玉米的氮肥利用率。這與趙鵬等[39]的研究結(jié)果相一致。

氮素在土壤中殘留是不可避免的[40]。本試驗(yàn)中，15N標(biāo)記的肥料氮的殘留主要集中在0—30 cm土層，下層殘留量逐漸減少，但在30—90 cm土層中仍有肥料氮的殘留(表6)。由此推斷，在90 cm以下土層中可能還會(huì)有肥料氮的殘留，所以其肥料氮的總殘留量可能會(huì)略高于測(cè)定值。對(duì)比各施氮處理肥料氮?dú)埩袅堪l(fā)現(xiàn)，鋅與尿素熔融混合在0—60 cm土層的肥料氮?dú)埩袅匡@著高于U處理。不同結(jié)合方式下，施鋅量為0.5%時(shí)，鋅與尿素熔融混合在0—60 cm土層的肥料氮?dú)埩袅匡@著高于物理混合，且0.5%添加量的鋅與尿素熔融在0—30 cm土層的殘留量高于5%添加量的鋅與尿素熔融處理，說(shuō)明含鋅尿素施用降低了土壤氮素的淋溶，且以低添加量的鋅與尿素熔融混合效果最好，這對(duì)于滿足植物根系對(duì)養(yǎng)分的需求以及促進(jìn)作物生長(zhǎng)有一定的積極作用。同時(shí)大量研究表明，殘留在土壤中的氮有助于后茬作物的生長(zhǎng)以及對(duì)養(yǎng)分的吸收利用[41-42]。

3.3 鋅與尿素結(jié)合對(duì)鋅肥利用的影響

有研究表明，施用氮肥能促進(jìn)小麥根系對(duì)Zn的吸收、Zn從根系往地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)以及植物體內(nèi) Zn的再轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而提高小麥籽粒中Zn的含量，從而達(dá)到籽粒鋅生物強(qiáng)化的目的[4]；施鋅肥能夠促進(jìn)各器官中鋅素向籽粒的轉(zhuǎn)移，提高籽粒中鋅的分配比例，而這一現(xiàn)象在氮鋅配施時(shí)表現(xiàn)更加明顯[18]，氮鋅配施能夠刺激作物根系發(fā)育，促進(jìn)作物對(duì)鋅的吸收和鋅向籽粒的轉(zhuǎn)移[43-44]，提高了籽粒鋅含量[45-46]。本試驗(yàn)中與普通尿素相比，鋅與尿素熔融混合增加了玉米地上部對(duì)鋅的吸收和累積(表8)；鋅與尿素熔融混合較普通尿素提高了鋅在地上部，尤其是籽粒中的累積量，與前人[47-48]研究結(jié)果一致。

本研究中，施鋅量為0.5%時(shí)，鋅與尿素熔融混合較物理混合顯著提高了玉米地上部尤其是籽粒鋅累積量，鋅肥利用率大幅提高(表8)。Shivay等[49]將含ZnSO4·7H2O的包膜尿素施到土壤中，在低施用量(0.5% ZnSO4·7H2O)情況下，可以顯著提高Zn肥的表觀利用率，而在高施用量(2% ZnSO4·7H2O)下，Zn的表觀利用率則下降。鋅的累積量和利用率并沒(méi)有隨著鋅肥施用量的增加而增加，可能是由于較高添加量的鋅已超過(guò)了玉米正常生長(zhǎng)的需要，影響了玉米對(duì)鋅的進(jìn)一步吸收；也可能是因?yàn)槲蠢玫匿\肥會(huì)受土壤條件的影響被土壤固定的程度增加，降低鋅肥有效性[50]，從而影響了Zn的利用率。

研究表明，施入土壤中鋅元素利用率很低，只有少部分被作物吸收利用，而大部分在土壤中殘留[50]。本試驗(yàn)中施用鋅肥顯著增加了0—90 cm土層土壤有效鋅含量，且與鋅肥單施相比，鋅與尿素熔融結(jié)合增加了土壤有效鋅含量(表9)。土壤鋅含量和有效性受土壤母質(zhì)、pH、有機(jī)質(zhì)含量及其他共存金屬元素等諸多因素影響[51]；劉合滿等[52]運(yùn)用通徑分析研究各因子對(duì)有效鋅的影響程度發(fā)現(xiàn)，土壤氮對(duì)鋅有效性影響較大，可以促進(jìn)鋅的有效化。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，氮鋅配施能促進(jìn)土壤中的鋅從松結(jié)有機(jī)態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)向交換態(tài)轉(zhuǎn)化，提高土壤鋅的有效性[53]，進(jìn)而提高土壤有效鋅含量。本研究還發(fā)現(xiàn)，相同施鋅量下，鋅與尿素熔融混合較物理混合顯著提高了0—30 cm土層的土壤有效鋅含量，可能是因?yàn)殇\與尿素熔融后，Zn2+與尿素中的N發(fā)生了配位結(jié)合而減少了Zn2+在土壤中的固定，提高了土壤鋅的有效性，這對(duì)于后茬作物的生長(zhǎng)和品質(zhì)提升具有重要的促進(jìn)作用[35]。相同結(jié)合方式但不同鋅用量下，高添加量(5%)的鋅與尿素結(jié)合土壤有效鋅含量高于低添加量(0.5%)的鋅與尿素結(jié)合(表9)。可能是由于本試驗(yàn)土壤不屬于嚴(yán)重缺鋅但屬于潛在性缺鋅土壤，相對(duì)增加適量的鋅肥即可提高土壤有效鋅含量，促進(jìn)作物的吸收利用，而作物達(dá)到一定的吸收量后，未被作物吸收利用的鋅肥則殘留在土壤中。這也是本研究中低添加量的鋅與尿素結(jié)合鋅利用率顯著高于高添加量的鋅與尿素結(jié)合的原因之一。同時(shí)也進(jìn)一步說(shuō)明，在施氮的同時(shí)，適當(dāng)補(bǔ)施鋅肥對(duì)于提高作物產(chǎn)量，增加作物氮、鋅累積量具有重要作用。下一步的研究應(yīng)針對(duì)含鋅尿素設(shè)置不同的鋅肥用量梯度，找到含鋅尿素最佳的氮鋅配比，為生產(chǎn)中合理施肥、增加籽粒氮鋅含量、提高氮鋅肥利用率、開(kāi)發(fā)含鋅尿素新產(chǎn)品提供理論支持。

4 結(jié)論

與物理混合相比，鋅與尿素熔融混合可以調(diào)節(jié)氮素的釋放，有利于玉米對(duì)氮素和鋅素的吸收利用，促進(jìn)地上部各器官生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累，從而提高玉米產(chǎn)量，而且可以顯著提高肥料氮在0—60 cm土壤中的殘留量，減少肥料氮的損失率。硫酸鋅以0.5%的添加量與尿素熔融即可滿足作物的需要，同時(shí)也可提高鋅肥的利用率。