控釋尿素施用比例對旱地春玉米產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊?/h1>
2022-11-05 02:34:38鄭利芳黨廷輝
劉 晶，鄭利芳，王 穎,，黨廷輝,
(1西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100)
氮肥對促進(jìn)糧食作物增產(chǎn)和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義,尿素是農(nóng)用氮肥的主要來源，為了追求產(chǎn)量效益，尿素的施用量逐年增加[1-2]。在中國北方石灰性土壤中，施入土壤中的尿素會被脲酶迅速水解為銨離子，其中部分銨離子以氣態(tài)形式損失[3]，另一部分銨離子易被氧化成硝酸根離子而被淋失或發(fā)生反硝化作用損失，使作物可利用的氮素降低，造成尿素?zé)o效輸入、損失嚴(yán)重及環(huán)境污染等問題[4-5]。因此，如何有效減少氮素?fù)p失、優(yōu)化氮肥投入，對改善土壤肥力、保護(hù)環(huán)境及促進(jìn)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展均具有重要意義。
控釋氮肥采用聚合物包膜，能定量調(diào)節(jié)氮素的釋放量和釋放周期，使養(yǎng)分供應(yīng)與作物各生育期營養(yǎng)需求相吻合[6]，眾多研究表明，施用控釋氮肥可以優(yōu)化氮肥投入，防控土壤氮素流失，達(dá)到減肥增效的作用[7-10]。但控釋氮肥也存在一定的缺陷，例如控釋氮肥價(jià)格較高，若完全施用控釋氮肥，將不利于降低生產(chǎn)成本[11]；此外，控釋氮肥前期釋放養(yǎng)分緩慢，易使作物前期缺氮后期貪青，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量[12]。
黃土高原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)域，當(dāng)?shù)剞r(nóng)田長期過量或不平衡施用氮肥，造成土壤硝態(tài)氮大量累積[13]。減少氮肥投入并摻混施用控釋尿素為阻控硝態(tài)氮淋溶提供了重要思路，針對黃土高原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)合理施肥的大量研究表明，在當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施氮量(250 kg/hm2)下減氮20%不會對玉米產(chǎn)量產(chǎn)生消極影響[14-16]。因此，本研究在長武地區(qū)布設(shè)了3年的田間試驗(yàn)，在當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施氮量的基礎(chǔ)上將氮肥用量減少20%(氮肥總用量為200 kg/hm2)，將普通尿素與控釋尿素按不同比例配施，研究該地區(qū)玉米連作系統(tǒng)中控釋尿素施用比例對玉米產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮的調(diào)控效果，并探討控釋尿素添加比例對旱地土壤硝化潛勢和微生物量碳氮的影響，以確定適宜控釋尿素施用比例，為黃土高原南部旱地玉米種植區(qū)推廣應(yīng)用控釋尿素肥料以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)區(qū)概況
試驗(yàn)于2017年4月-2019年9月在陜西長武試驗(yàn)站(35°12′N,107°40′E)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)海拔1 200 m，屬半干旱濕潤性季風(fēng)氣候，年均溫9.2 ℃，年日照時(shí)長2 230 h，年平均降雨量560 mm。供試土壤為黏壤質(zhì)黑壚土，試驗(yàn)初始耕層土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)碳含量6.5 g/kg，全氮含量0.8 g/kg，速效磷含量5.0 mg/kg，速效鉀含量129.3 mg/kg，土壤體積質(zhì)量1.35 g/cm3，pH 8.4。
1.2 材 料
供試春玉米品種為先玉335，每年一熟，連作種植。供試肥料為普通尿素(N 46.4%)和樹脂包膜控釋尿素(N 45%)、過磷酸鈣(P2O516%)、硫酸鉀(K2O 51%)。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在2017-2019年的原位試驗(yàn)中，氮肥總用量為200 kg/hm2，按照氮肥中控釋尿素的施用比例設(shè)置5個(gè)處理，分別為：① CK：不施氮對照(CK)；② NC0：控釋尿素0%+100%普通尿素(200 kg/hm2)；③ NC35：控釋尿素35%(70 kg/hm2)+普通尿素65%(130 kg/hm2)；④ NC50：控釋尿素50%(100 kg/hm2)+普通尿素50%(100 kg/hm2)；⑤ NC65：控釋尿素65%(130 kg/hm2)+普通尿素35%(70 kg/hm2)。各處理3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為46.75 m2( 8.5 m×5.5 m )。每個(gè)處理均施用等量的磷、鉀肥(P2O5120 kg/hm2和K2O 38 kg/hm2)。田間操作依據(jù)當(dāng)?shù)厥┓史绞竭M(jìn)行，施肥前將普通尿素和控釋尿素?fù)交炀鶆颍租浄首鳛榛视诓デ安捎萌鍪┓绞揭淮涡允┤?，不追肥。玉米于每年?月下旬播種，9月下旬收獲。采用半地膜種植模式，膜寬80 cm，行距60 cm，株距30 cm。
1.4 測定指標(biāo)與方法
1.4.1 春玉米產(chǎn)量 于2017-2019年春玉米收獲期，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇16 m2的樣方收獲取樣，稱量全部玉米穗鮮質(zhì)量后，從中選取具有代表性的20穗玉米，脫粒后風(fēng)干，稱取其籽粒質(zhì)量并折算最終產(chǎn)量。本研究的玉米產(chǎn)量取2017-2019年3年的平均值進(jìn)行分析。
1.4.2 土壤微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)含量和土壤硝化潛勢 于2019年春玉米吐絲期(6月25日)，在各小區(qū)內(nèi)采用5 點(diǎn)取樣法，用土鉆分別取0～20和20～40 cm土層土樣，將同層土樣混合后放入塑封袋，用冰盒運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室。去除新鮮土樣中的雜質(zhì)后過孔徑2 mm篩，用于測定SMBC、SMBN含量和土壤硝化潛勢。SMBC、SMBN含量采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法(水土體積質(zhì)量比為4∶1)測定[17]，土壤硝化潛勢采用氯酸鹽抑制法(水土體積質(zhì)量比為4∶1)測定[18]。
1.4.3 土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?于2019年春玉米收獲后(9月28日)，在各小區(qū)內(nèi)采用5 點(diǎn)取樣法，用土鉆鉆取0～300 cm土層土壤(0～100 cm和100～300 cm土層分別按間隔10 和20 cm 等層多點(diǎn)混合取樣)。將同層土樣混合后放入塑封袋，用冰盒運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室。去除鮮土樣中可見雜質(zhì)后過2 mm篩，稱取5.0 g土樣，用1 mol/L KCl浸提，振蕩過濾后采用流動分析儀測定硝態(tài)氮含量，然后計(jì)算土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅浚和寥老鯌B(tài)氮?dú)埩袅?土層厚度×土壤體積質(zhì)量×土壤硝態(tài)氮含量/10[19]。
1.4.4 植物地上部干物質(zhì)質(zhì)量和全氮含量 于2017-2019年春玉米收獲期，每小區(qū)選取代表性植株 3 株，稱取地上部(包括莖、葉、苞葉、穗軸、籽粒)鮮質(zhì)量后裝入檔案袋，105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒質(zhì)量，稱干物質(zhì)量后用凱氏定氮法[20]測定全氮含量。
1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算方法
吸氮量(kg/hm2)=地上部干物質(zhì)質(zhì)量×全氮含量/1 000；
氮肥偏生產(chǎn)力(PEP,kg/kg)=施氮處理產(chǎn)量/施氮量；
氮肥農(nóng)學(xué)效率(ANUE，kg/kg)=(施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量)/施氮量；
氮肥吸收效率(NUPE，%)=(施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量)/施氮量×100%。
1.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析
采用Excel 2019、SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。用 LSD法進(jìn)行多重比較，Origin 2021軟件進(jìn)行繪圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 控釋尿素施用比例對春玉米產(chǎn)量及氮肥效率的影響
從表1可以看出，與CK 相比，施用氮肥可以顯著增加春玉米產(chǎn)量，各處理玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為NC50>NC0>NC65>NC35>CK，其中，NC0、NC50處理籽粒產(chǎn)量顯著高于NC35、NC65(P<0.05)，而NC0與NC50處理之間玉米產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)，NC65和NC35處理春玉米產(chǎn)量較NC0處理顯著降低了5.76%和14.39%(P<0.05)。3種控釋尿素處理中，隨控釋尿素施用比例的提高，春玉米吸氮量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥吸收效率總體上均呈先增后減趨勢，當(dāng)控釋尿素施用比例為50%時(shí)(NC50)，以上指標(biāo)均達(dá)到峰值，但與全施用普通尿素處理(NC0)相比，3種控釋尿素處理并未顯著提高氮肥利用率。以上結(jié)果表明，控釋尿素添加比例會影響春玉米產(chǎn)量，其中控釋尿素添加比例為35%和65%時(shí)會導(dǎo)致春玉米減產(chǎn)，而控釋尿素添加比例為50%時(shí)可以保證春玉米的產(chǎn)量。
表1 控釋尿素施用比例對春玉米產(chǎn)量及氮肥效率的影響Table 1 Effect of controlled-release urea application ratio on spring maize yield and nitrogen efficiency
2.2 控釋尿素施用比例對春玉米吐絲期土壤微生物量碳、氮含量的影響
從圖1可以看出，與CK 相比，施用氮肥可以顯著增加SMBC、SMBN含量(P<0.05)。在0～20，20～40 cm土層SMBC和SMBN含量的變化趨勢均為NC50>NC35>NC65>NC0>CK。在0～20 cm土層，與NC0處理相比，施用控釋尿素顯著提高了SMNC含量(P<0.05)，NC65、NC35和NC50處理的SMBC含量分別增加了9.8%，13.5%和14.7%；在20～40 cm土層，與NC0相比，施用控釋尿素使SMBC含量顯著提高了8.7%～11.9%。在0～20 cm土層，與NC0處理相比，施用控釋尿素均可以增加土壤的SMBN含量，增幅大小依次為NC50>NC35>NC65，其中NC50和NC35處理的SMBN含量顯著增加了23.5%和15.2%(P<0.05)，NC65處理的SMBN含量增加不顯著。在20～40 cm土層，NC35和NC50處理的SMBN含量較NC0處理分別顯著增加了24.8%和41.6%(P<0.05)，NC65處理的SMBN含量無顯著變化。以上結(jié)果表明，控釋尿素與普通尿素配合施用可以增加土壤的SMBC、SMBN含量，其中當(dāng)控釋尿素的施用比例為50%時(shí)，SMBC和SMBN含量的提升效果較為顯著。
2.3 控釋尿素施用比例對春玉米吐絲期土壤硝化潛勢的影響
從2019年的測定結(jié)果(圖2)可以看出，與CK 相比，施用氮肥可顯著增加土壤的硝化潛勢(P<0.05)，但與NC0處理相比，施用控釋尿素會降低土壤硝化潛勢。從圖2還可看出，各處理0～20 cm土層土壤硝化潛勢均高于20～40 cm土層。施用控釋尿素處理0～20和20～40 cm土層的土壤硝化潛勢分別保持在0.27～0.32和0.12～0.17 mg/(kg·h)，與NC0處理相比，施用控釋尿素處理0～20和20～40 cm土層的土壤硝化潛勢分別下降了6.8%～22.3%和17.5%～41.3%。其中，2個(gè)土層中均以NC50處理土壤硝化潛勢降低幅度最大，且與其他處理之間的差異均達(dá)到了顯著水平。以上結(jié)果表明，施用不同比例控釋尿素會降低土壤硝化潛勢，其中當(dāng)控釋尿素施用比例為50%時(shí)土壤硝化潛勢的降低幅度最大。
2.4 控釋尿素施用比例對土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊?/h3>
從2019年測定結(jié)果(圖3)可以看出，0～300 cm 土層中，施用氮肥顯著增加了土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?P<0.05)，其中NC0處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅孔罡?，?5.9 kg/hm2；與CK處理相比，NC35、NC50、NC65和NC0處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e顯著增加了31.66%，47.45%，66.22%和102.44%；與NC0處理相比， NC65、NC50和NC35處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e顯著降低了17.89%，27.16%和34.96%(P<0.05)，可知施用不同比例的控釋尿素均能顯著降低土壤的硝態(tài)氮?dú)埩袅?。?～100 cm土層中，與NC0處理相比，NC35、NC50和NC65處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅烤兴档?，其中只有NC35與NC0處理的差異達(dá)顯著水平，其他2個(gè)處理與NC0處理之間差異均不顯著。在100～300 cm土層中，NC0處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅棵黠@高于其他處理，NC65、NC50和NC35處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅枯^NC0處理分別降低了23.17%，34.26%和38.85%(P<0.05)。由此可知，施用不同比例控釋尿素能夠削弱土壤硝態(tài)氮在土壤中的累積，且阻控土壤硝態(tài)氮向深層土壤淋溶。
3 討 論
本研究表明，控釋尿素的施用比例會對玉米產(chǎn)量產(chǎn)生不同影響。姬景紅等[21]和解文艷等[22]的研究均表明，控釋尿素施用比例過高或過低都會影響作物產(chǎn)量。本研究表明，控釋尿素施用比例為50%(NC50)時(shí)，可以保證春玉米的產(chǎn)量，當(dāng)控釋尿素施用比例為35%(NC35)和65%(NC65)時(shí)，會造成春玉米減產(chǎn)。與NC0處理相比，NC35和NC65處理春玉米產(chǎn)量顯著降低了14.3%和5.5%，這可能是由于施用35%的控釋尿素時(shí)，普通尿素施用比例過多，玉米生育前期土壤中釋放的氮素過多，玉米所吸氮量高于實(shí)際需氮量，葉片生長旺盛，使得株間通風(fēng)透光能力下降，光能利用率降低，導(dǎo)致玉米呼吸作用旺盛，提高了其對光合產(chǎn)物的消耗，最終消耗大于合成而使其減產(chǎn)；另外控釋尿素后期供氮不足，也可能導(dǎo)致玉米減產(chǎn)。當(dāng)施用65%的控釋尿素時(shí)，控釋尿素施用比例過高，導(dǎo)致“氮肥后移”，玉米生育前期供氮不足，影響了玉米生長，即使后期氮素供應(yīng)充足，仍對玉米產(chǎn)量造成了不利影響。同時(shí)，也有少量學(xué)者針對玉米控釋尿素的施用比例進(jìn)行了研究，董亮等[23]提出，褐土區(qū)控釋氮肥施用比例為70%～100%較為適宜；馮朋博等[24]研究認(rèn)為，普通尿素與控釋尿素按1∶2質(zhì)量比配施最佳。以上研究結(jié)果的差異，可能與不同地區(qū)土壤類型、水肥條件、試驗(yàn)所用控釋尿素種類、肥料的施用時(shí)期等有關(guān)。
土壤微生物量碳、氮是衡量微生物可固定活性碳氮的數(shù)量指標(biāo)，具有較高的生物活性，可以有效反映土壤肥力變化和各種施肥措施的差異性[25]。施用肥料會對土壤微生物的數(shù)量、活性產(chǎn)生顯著的影響。有研究表明，施用普通氮肥后，氮素在前期釋放較多、較快，會產(chǎn)生“激發(fā)效應(yīng)”，影響微生物對氮素的固定[26]，與施用普通氮肥相比，施用控釋氮肥可以顯著增加土壤微生物生物量[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，施用不同比例控釋尿素增加了SMBC、SMBN含量，這是因?yàn)槭┯每蒯屇蛩匾环矫婵梢詼p緩氮素釋放，有效控制尿素的釋放速率，使土壤中可利用的氮素長期保持在一定的范圍和比例內(nèi)[28]，促進(jìn)土壤微生物活動，進(jìn)而維持較高的土壤微生物量；另一方面，微生物可以通過同化作用固定部分活性氮素，減緩?fù)寥老趸饔?，進(jìn)而調(diào)控土壤硝態(tài)氮水平，避免過多的硝態(tài)氮淋溶累積至土壤深層，故SMBC、SMBN含量明顯增加。
硝化作用是微生物將土壤中的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的過程，這一反應(yīng)過程聯(lián)系著礦化-生物固持作用及氮素?fù)p失[29]，且與微生物作用密切相關(guān)，更是土壤氮素轉(zhuǎn)化的重要環(huán)節(jié)。氮素在土壤中被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的快慢，影響著施入土壤中氮肥的存在形態(tài)，這一進(jìn)程常用硝化潛勢來表達(dá)。研究表明，施氮會顯著增加土壤硝化潛勢[30-31]，導(dǎo)致銨態(tài)氮易被硝化成為硝態(tài)氮，增加淋失或反硝化作用損失風(fēng)險(xiǎn)。有研究證實(shí)，施用控釋肥能有效減少氮損失，降低環(huán)境污染，是適宜推廣的農(nóng)田減肥增效技術(shù)[23]。本研究結(jié)果表明，施氮可以顯著增加土壤硝化潛勢，而施用不同比例控釋尿素則會顯著降低土壤硝化潛勢，其中當(dāng)控釋尿素施用比例為50%時(shí)土壤硝化潛勢的降低幅度最大，說明施用控釋尿素可以減緩?fù)寥老趸瘽搫荩档拖鯌B(tài)氮的淋溶風(fēng)險(xiǎn)。
研究表明，合理施用控釋氮肥對調(diào)控土壤硝態(tài)氮淋溶具有重要作用。趙營等[32]研究表明，施用控釋肥對阻控土壤硝態(tài)氮淋溶運(yùn)移具有顯著作用。本研究3年的試驗(yàn)結(jié)果也表明，與全施用普通尿素相比，施用控釋尿素可以降低0～300 cm土層中的硝態(tài)氮?dú)埩袅浚易杩叵鯌B(tài)氮向下淋溶累積。氮肥施入土壤后，主要有3個(gè)去向，即被作物吸收利用、在土壤中殘留或氨揮發(fā)損失[33]。本研究中，由春玉米的氮肥利用率可知，施用控釋尿素并未提高氮肥利用率，說明施用控釋尿素減少的未淋溶而累積在深層土壤剖面中的硝態(tài)氮并未被春玉米吸收，這些未被吸收的氮素可能通過氨揮發(fā)途徑損失[34]，也有可能隨水流滲透到還原層，通過反硝化作用被還原為N2或N2O而釋放到大氣中。但由于本試驗(yàn)未進(jìn)行施用控釋尿素對土壤-作物-大氣之間綜合調(diào)控影響的相關(guān)研究，今后將利用氮同位素示蹤等技術(shù)探究氮的遷移轉(zhuǎn)化過程，以期更好地闡明氮素的去向。
4 結(jié) 論
在黃土高原南部旱作春玉米連作區(qū)，施用不同比例控釋尿素可對春玉米產(chǎn)量及氮素農(nóng)學(xué)效率產(chǎn)生不同影響，當(dāng)控釋尿素施用比例為35%和65%時(shí)會顯著降低春玉米產(chǎn)量，當(dāng)施用比例為50%時(shí)可以保證春玉米產(chǎn)量。與NC0處理相比，施入不同比例控釋尿素會增加SMBC、SMBN含量，降低 0～20和20～40 cm土層的土壤硝化潛勢以及0～300 cm土層中的硝態(tài)氮?dú)埩袅俊Ｒ虼?，?dāng)控釋尿素施用比例為50%時(shí)，其對春玉米產(chǎn)量及土壤環(huán)境無明顯影響，具有較好的減肥增效效果。
猜你喜歡
賀蘭山沿山地區(qū)強(qiáng)對流潛勢預(yù)報(bào)方法研究農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究(2022年1期)2022-05-07 01:31:04 臨渙選煤廠浮選效果評價(jià)與尾煤再選潛勢分析選煤技術(shù)(2022年1期)2022-04-19 11:15:00 氨對甲苯二次有機(jī)氣溶膠生成潛勢影響的實(shí)驗(yàn)研究能源工程(2021年2期)2021-07-21 08:39:54 氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定茶葉中戊唑醇的殘留量廣東茶業(yè)(2019年2期)2019-06-18 10:24:24 HPLC-MS/MS法檢測花生中二嗪磷的殘留量農(nóng)藥科學(xué)與管理(2019年12期)2019-05-20 09:33:26 黨參中二氧化硫殘留量的測定中成藥(2018年1期)2018-02-02 07:20:31 “適者生存”？雜文月刊(2017年24期)2017-03-03 07:42:55 低C/N比污水反硝化過程中亞硝態(tài)氮累積特性研究環(huán)境污染與防治(2016年12期)2016-03-13 05:52:12 浙貝母中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留量和二氧化硫殘留量分析中國藥業(yè)(2014年24期)2014-05-26 09:00:16 硝態(tài)氮供應(yīng)下植物側(cè)根生長發(fā)育的響應(yīng)機(jī)制植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)(2011年4期)2011-10-26 02:44:56
劉 晶，鄭利芳，王 穎,，黨廷輝,
(1西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100)
氮肥對促進(jìn)糧食作物增產(chǎn)和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義,尿素是農(nóng)用氮肥的主要來源，為了追求產(chǎn)量效益，尿素的施用量逐年增加[1-2]。在中國北方石灰性土壤中，施入土壤中的尿素會被脲酶迅速水解為銨離子，其中部分銨離子以氣態(tài)形式損失[3]，另一部分銨離子易被氧化成硝酸根離子而被淋失或發(fā)生反硝化作用損失，使作物可利用的氮素降低，造成尿素?zé)o效輸入、損失嚴(yán)重及環(huán)境污染等問題[4-5]。因此，如何有效減少氮素?fù)p失、優(yōu)化氮肥投入，對改善土壤肥力、保護(hù)環(huán)境及促進(jìn)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展均具有重要意義。
控釋氮肥采用聚合物包膜，能定量調(diào)節(jié)氮素的釋放量和釋放周期，使養(yǎng)分供應(yīng)與作物各生育期營養(yǎng)需求相吻合[6]，眾多研究表明，施用控釋氮肥可以優(yōu)化氮肥投入，防控土壤氮素流失，達(dá)到減肥增效的作用[7-10]。但控釋氮肥也存在一定的缺陷，例如控釋氮肥價(jià)格較高，若完全施用控釋氮肥，將不利于降低生產(chǎn)成本[11]；此外，控釋氮肥前期釋放養(yǎng)分緩慢，易使作物前期缺氮后期貪青，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量[12]。
黃土高原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)域，當(dāng)?shù)剞r(nóng)田長期過量或不平衡施用氮肥，造成土壤硝態(tài)氮大量累積[13]。減少氮肥投入并摻混施用控釋尿素為阻控硝態(tài)氮淋溶提供了重要思路，針對黃土高原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)合理施肥的大量研究表明，在當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施氮量(250 kg/hm2)下減氮20%不會對玉米產(chǎn)量產(chǎn)生消極影響[14-16]。因此，本研究在長武地區(qū)布設(shè)了3年的田間試驗(yàn)，在當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施氮量的基礎(chǔ)上將氮肥用量減少20%(氮肥總用量為200 kg/hm2)，將普通尿素與控釋尿素按不同比例配施，研究該地區(qū)玉米連作系統(tǒng)中控釋尿素施用比例對玉米產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮的調(diào)控效果，并探討控釋尿素添加比例對旱地土壤硝化潛勢和微生物量碳氮的影響，以確定適宜控釋尿素施用比例，為黃土高原南部旱地玉米種植區(qū)推廣應(yīng)用控釋尿素肥料以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)區(qū)概況
試驗(yàn)于2017年4月-2019年9月在陜西長武試驗(yàn)站(35°12′N,107°40′E)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)海拔1 200 m，屬半干旱濕潤性季風(fēng)氣候，年均溫9.2 ℃，年日照時(shí)長2 230 h，年平均降雨量560 mm。供試土壤為黏壤質(zhì)黑壚土，試驗(yàn)初始耕層土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)碳含量6.5 g/kg，全氮含量0.8 g/kg，速效磷含量5.0 mg/kg，速效鉀含量129.3 mg/kg，土壤體積質(zhì)量1.35 g/cm3，pH 8.4。
1.2 材 料
供試春玉米品種為先玉335，每年一熟，連作種植。供試肥料為普通尿素(N 46.4%)和樹脂包膜控釋尿素(N 45%)、過磷酸鈣(P2O516%)、硫酸鉀(K2O 51%)。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在2017-2019年的原位試驗(yàn)中，氮肥總用量為200 kg/hm2，按照氮肥中控釋尿素的施用比例設(shè)置5個(gè)處理，分別為：① CK：不施氮對照(CK)；② NC0：控釋尿素0%+100%普通尿素(200 kg/hm2)；③ NC35：控釋尿素35%(70 kg/hm2)+普通尿素65%(130 kg/hm2)；④ NC50：控釋尿素50%(100 kg/hm2)+普通尿素50%(100 kg/hm2)；⑤ NC65：控釋尿素65%(130 kg/hm2)+普通尿素35%(70 kg/hm2)。各處理3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為46.75 m2( 8.5 m×5.5 m )。每個(gè)處理均施用等量的磷、鉀肥(P2O5120 kg/hm2和K2O 38 kg/hm2)。田間操作依據(jù)當(dāng)?shù)厥┓史绞竭M(jìn)行，施肥前將普通尿素和控釋尿素?fù)交炀鶆颍租浄首鳛榛视诓デ安捎萌鍪┓绞揭淮涡允┤?，不追肥。玉米于每年?月下旬播種，9月下旬收獲。采用半地膜種植模式，膜寬80 cm，行距60 cm，株距30 cm。
1.4 測定指標(biāo)與方法
1.4.1 春玉米產(chǎn)量 于2017-2019年春玉米收獲期，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇16 m2的樣方收獲取樣，稱量全部玉米穗鮮質(zhì)量后，從中選取具有代表性的20穗玉米，脫粒后風(fēng)干，稱取其籽粒質(zhì)量并折算最終產(chǎn)量。本研究的玉米產(chǎn)量取2017-2019年3年的平均值進(jìn)行分析。
1.4.2 土壤微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)含量和土壤硝化潛勢 于2019年春玉米吐絲期(6月25日)，在各小區(qū)內(nèi)采用5 點(diǎn)取樣法，用土鉆分別取0～20和20～40 cm土層土樣，將同層土樣混合后放入塑封袋，用冰盒運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室。去除新鮮土樣中的雜質(zhì)后過孔徑2 mm篩，用于測定SMBC、SMBN含量和土壤硝化潛勢。SMBC、SMBN含量采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法(水土體積質(zhì)量比為4∶1)測定[17]，土壤硝化潛勢采用氯酸鹽抑制法(水土體積質(zhì)量比為4∶1)測定[18]。
1.4.3 土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?于2019年春玉米收獲后(9月28日)，在各小區(qū)內(nèi)采用5 點(diǎn)取樣法，用土鉆鉆取0～300 cm土層土壤(0～100 cm和100～300 cm土層分別按間隔10 和20 cm 等層多點(diǎn)混合取樣)。將同層土樣混合后放入塑封袋，用冰盒運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室。去除鮮土樣中可見雜質(zhì)后過2 mm篩，稱取5.0 g土樣，用1 mol/L KCl浸提，振蕩過濾后采用流動分析儀測定硝態(tài)氮含量，然后計(jì)算土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅浚和寥老鯌B(tài)氮?dú)埩袅?土層厚度×土壤體積質(zhì)量×土壤硝態(tài)氮含量/10[19]。
1.4.4 植物地上部干物質(zhì)質(zhì)量和全氮含量 于2017-2019年春玉米收獲期，每小區(qū)選取代表性植株 3 株，稱取地上部(包括莖、葉、苞葉、穗軸、籽粒)鮮質(zhì)量后裝入檔案袋，105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒質(zhì)量，稱干物質(zhì)量后用凱氏定氮法[20]測定全氮含量。
1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算方法
吸氮量(kg/hm2)=地上部干物質(zhì)質(zhì)量×全氮含量/1 000；
氮肥偏生產(chǎn)力(PEP,kg/kg)=施氮處理產(chǎn)量/施氮量；
氮肥農(nóng)學(xué)效率(ANUE，kg/kg)=(施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量)/施氮量；
氮肥吸收效率(NUPE，%)=(施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量)/施氮量×100%。
1.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析
采用Excel 2019、SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。用 LSD法進(jìn)行多重比較，Origin 2021軟件進(jìn)行繪圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 控釋尿素施用比例對春玉米產(chǎn)量及氮肥效率的影響
從表1可以看出，與CK 相比，施用氮肥可以顯著增加春玉米產(chǎn)量，各處理玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為NC50>NC0>NC65>NC35>CK，其中，NC0、NC50處理籽粒產(chǎn)量顯著高于NC35、NC65(P<0.05)，而NC0與NC50處理之間玉米產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)，NC65和NC35處理春玉米產(chǎn)量較NC0處理顯著降低了5.76%和14.39%(P<0.05)。3種控釋尿素處理中，隨控釋尿素施用比例的提高，春玉米吸氮量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥吸收效率總體上均呈先增后減趨勢，當(dāng)控釋尿素施用比例為50%時(shí)(NC50)，以上指標(biāo)均達(dá)到峰值，但與全施用普通尿素處理(NC0)相比，3種控釋尿素處理并未顯著提高氮肥利用率。以上結(jié)果表明，控釋尿素添加比例會影響春玉米產(chǎn)量，其中控釋尿素添加比例為35%和65%時(shí)會導(dǎo)致春玉米減產(chǎn)，而控釋尿素添加比例為50%時(shí)可以保證春玉米的產(chǎn)量。
表1 控釋尿素施用比例對春玉米產(chǎn)量及氮肥效率的影響Table 1 Effect of controlled-release urea application ratio on spring maize yield and nitrogen efficiency
2.2 控釋尿素施用比例對春玉米吐絲期土壤微生物量碳、氮含量的影響
從圖1可以看出，與CK 相比，施用氮肥可以顯著增加SMBC、SMBN含量(P<0.05)。在0～20，20～40 cm土層SMBC和SMBN含量的變化趨勢均為NC50>NC35>NC65>NC0>CK。在0～20 cm土層，與NC0處理相比，施用控釋尿素顯著提高了SMNC含量(P<0.05)，NC65、NC35和NC50處理的SMBC含量分別增加了9.8%，13.5%和14.7%；在20～40 cm土層，與NC0相比，施用控釋尿素使SMBC含量顯著提高了8.7%～11.9%。在0～20 cm土層，與NC0處理相比，施用控釋尿素均可以增加土壤的SMBN含量，增幅大小依次為NC50>NC35>NC65，其中NC50和NC35處理的SMBN含量顯著增加了23.5%和15.2%(P<0.05)，NC65處理的SMBN含量增加不顯著。在20～40 cm土層，NC35和NC50處理的SMBN含量較NC0處理分別顯著增加了24.8%和41.6%(P<0.05)，NC65處理的SMBN含量無顯著變化。以上結(jié)果表明，控釋尿素與普通尿素配合施用可以增加土壤的SMBC、SMBN含量，其中當(dāng)控釋尿素的施用比例為50%時(shí)，SMBC和SMBN含量的提升效果較為顯著。
2.3 控釋尿素施用比例對春玉米吐絲期土壤硝化潛勢的影響
從2019年的測定結(jié)果(圖2)可以看出，與CK 相比，施用氮肥可顯著增加土壤的硝化潛勢(P<0.05)，但與NC0處理相比，施用控釋尿素會降低土壤硝化潛勢。從圖2還可看出，各處理0～20 cm土層土壤硝化潛勢均高于20～40 cm土層。施用控釋尿素處理0～20和20～40 cm土層的土壤硝化潛勢分別保持在0.27～0.32和0.12～0.17 mg/(kg·h)，與NC0處理相比，施用控釋尿素處理0～20和20～40 cm土層的土壤硝化潛勢分別下降了6.8%～22.3%和17.5%～41.3%。其中，2個(gè)土層中均以NC50處理土壤硝化潛勢降低幅度最大，且與其他處理之間的差異均達(dá)到了顯著水平。以上結(jié)果表明，施用不同比例控釋尿素會降低土壤硝化潛勢，其中當(dāng)控釋尿素施用比例為50%時(shí)土壤硝化潛勢的降低幅度最大。
2.4 控釋尿素施用比例對土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊?/h3>
從2019年測定結(jié)果(圖3)可以看出，0～300 cm 土層中，施用氮肥顯著增加了土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?P<0.05)，其中NC0處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅孔罡?，?5.9 kg/hm2；與CK處理相比，NC35、NC50、NC65和NC0處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e顯著增加了31.66%，47.45%，66.22%和102.44%；與NC0處理相比， NC65、NC50和NC35處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e顯著降低了17.89%，27.16%和34.96%(P<0.05)，可知施用不同比例的控釋尿素均能顯著降低土壤的硝態(tài)氮?dú)埩袅?。?～100 cm土層中，與NC0處理相比，NC35、NC50和NC65處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅烤兴档?，其中只有NC35與NC0處理的差異達(dá)顯著水平，其他2個(gè)處理與NC0處理之間差異均不顯著。在100～300 cm土層中，NC0處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅棵黠@高于其他處理，NC65、NC50和NC35處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅枯^NC0處理分別降低了23.17%，34.26%和38.85%(P<0.05)。由此可知，施用不同比例控釋尿素能夠削弱土壤硝態(tài)氮在土壤中的累積，且阻控土壤硝態(tài)氮向深層土壤淋溶。
3 討 論
本研究表明，控釋尿素的施用比例會對玉米產(chǎn)量產(chǎn)生不同影響。姬景紅等[21]和解文艷等[22]的研究均表明，控釋尿素施用比例過高或過低都會影響作物產(chǎn)量。本研究表明，控釋尿素施用比例為50%(NC50)時(shí)，可以保證春玉米的產(chǎn)量，當(dāng)控釋尿素施用比例為35%(NC35)和65%(NC65)時(shí)，會造成春玉米減產(chǎn)。與NC0處理相比，NC35和NC65處理春玉米產(chǎn)量顯著降低了14.3%和5.5%，這可能是由于施用35%的控釋尿素時(shí)，普通尿素施用比例過多，玉米生育前期土壤中釋放的氮素過多，玉米所吸氮量高于實(shí)際需氮量，葉片生長旺盛，使得株間通風(fēng)透光能力下降，光能利用率降低，導(dǎo)致玉米呼吸作用旺盛，提高了其對光合產(chǎn)物的消耗，最終消耗大于合成而使其減產(chǎn)；另外控釋尿素后期供氮不足，也可能導(dǎo)致玉米減產(chǎn)。當(dāng)施用65%的控釋尿素時(shí)，控釋尿素施用比例過高，導(dǎo)致“氮肥后移”，玉米生育前期供氮不足，影響了玉米生長，即使后期氮素供應(yīng)充足，仍對玉米產(chǎn)量造成了不利影響。同時(shí)，也有少量學(xué)者針對玉米控釋尿素的施用比例進(jìn)行了研究，董亮等[23]提出，褐土區(qū)控釋氮肥施用比例為70%～100%較為適宜；馮朋博等[24]研究認(rèn)為，普通尿素與控釋尿素按1∶2質(zhì)量比配施最佳。以上研究結(jié)果的差異，可能與不同地區(qū)土壤類型、水肥條件、試驗(yàn)所用控釋尿素種類、肥料的施用時(shí)期等有關(guān)。
土壤微生物量碳、氮是衡量微生物可固定活性碳氮的數(shù)量指標(biāo)，具有較高的生物活性，可以有效反映土壤肥力變化和各種施肥措施的差異性[25]。施用肥料會對土壤微生物的數(shù)量、活性產(chǎn)生顯著的影響。有研究表明，施用普通氮肥后，氮素在前期釋放較多、較快，會產(chǎn)生“激發(fā)效應(yīng)”，影響微生物對氮素的固定[26]，與施用普通氮肥相比，施用控釋氮肥可以顯著增加土壤微生物生物量[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，施用不同比例控釋尿素增加了SMBC、SMBN含量，這是因?yàn)槭┯每蒯屇蛩匾环矫婵梢詼p緩氮素釋放，有效控制尿素的釋放速率，使土壤中可利用的氮素長期保持在一定的范圍和比例內(nèi)[28]，促進(jìn)土壤微生物活動，進(jìn)而維持較高的土壤微生物量；另一方面，微生物可以通過同化作用固定部分活性氮素，減緩?fù)寥老趸饔?，進(jìn)而調(diào)控土壤硝態(tài)氮水平，避免過多的硝態(tài)氮淋溶累積至土壤深層，故SMBC、SMBN含量明顯增加。
硝化作用是微生物將土壤中的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的過程，這一反應(yīng)過程聯(lián)系著礦化-生物固持作用及氮素?fù)p失[29]，且與微生物作用密切相關(guān)，更是土壤氮素轉(zhuǎn)化的重要環(huán)節(jié)。氮素在土壤中被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的快慢，影響著施入土壤中氮肥的存在形態(tài)，這一進(jìn)程常用硝化潛勢來表達(dá)。研究表明，施氮會顯著增加土壤硝化潛勢[30-31]，導(dǎo)致銨態(tài)氮易被硝化成為硝態(tài)氮，增加淋失或反硝化作用損失風(fēng)險(xiǎn)。有研究證實(shí)，施用控釋肥能有效減少氮損失，降低環(huán)境污染，是適宜推廣的農(nóng)田減肥增效技術(shù)[23]。本研究結(jié)果表明，施氮可以顯著增加土壤硝化潛勢，而施用不同比例控釋尿素則會顯著降低土壤硝化潛勢，其中當(dāng)控釋尿素施用比例為50%時(shí)土壤硝化潛勢的降低幅度最大，說明施用控釋尿素可以減緩?fù)寥老趸瘽搫荩档拖鯌B(tài)氮的淋溶風(fēng)險(xiǎn)。
研究表明，合理施用控釋氮肥對調(diào)控土壤硝態(tài)氮淋溶具有重要作用。趙營等[32]研究表明，施用控釋肥對阻控土壤硝態(tài)氮淋溶運(yùn)移具有顯著作用。本研究3年的試驗(yàn)結(jié)果也表明，與全施用普通尿素相比，施用控釋尿素可以降低0～300 cm土層中的硝態(tài)氮?dú)埩袅浚易杩叵鯌B(tài)氮向下淋溶累積。氮肥施入土壤后，主要有3個(gè)去向，即被作物吸收利用、在土壤中殘留或氨揮發(fā)損失[33]。本研究中，由春玉米的氮肥利用率可知，施用控釋尿素并未提高氮肥利用率，說明施用控釋尿素減少的未淋溶而累積在深層土壤剖面中的硝態(tài)氮并未被春玉米吸收，這些未被吸收的氮素可能通過氨揮發(fā)途徑損失[34]，也有可能隨水流滲透到還原層，通過反硝化作用被還原為N2或N2O而釋放到大氣中。但由于本試驗(yàn)未進(jìn)行施用控釋尿素對土壤-作物-大氣之間綜合調(diào)控影響的相關(guān)研究，今后將利用氮同位素示蹤等技術(shù)探究氮的遷移轉(zhuǎn)化過程，以期更好地闡明氮素的去向。
4 結(jié) 論
在黃土高原南部旱作春玉米連作區(qū)，施用不同比例控釋尿素可對春玉米產(chǎn)量及氮素農(nóng)學(xué)效率產(chǎn)生不同影響，當(dāng)控釋尿素施用比例為35%和65%時(shí)會顯著降低春玉米產(chǎn)量，當(dāng)施用比例為50%時(shí)可以保證春玉米產(chǎn)量。與NC0處理相比，施入不同比例控釋尿素會增加SMBC、SMBN含量，降低 0～20和20～40 cm土層的土壤硝化潛勢以及0～300 cm土層中的硝態(tài)氮?dú)埩袅俊Ｒ虼?，?dāng)控釋尿素施用比例為50%時(shí)，其對春玉米產(chǎn)量及土壤環(huán)境無明顯影響，具有較好的減肥增效效果。
猜你喜歡
農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究(2022年1期)2022-05-07 01:31:04
選煤技術(shù)(2022年1期)2022-04-19 11:15:00
能源工程(2021年2期)2021-07-21 08:39:54
廣東茶業(yè)(2019年2期)2019-06-18 10:24:24
農(nóng)藥科學(xué)與管理(2019年12期)2019-05-20 09:33:26
中成藥(2018年1期)2018-02-02 07:20:31
雜文月刊(2017年24期)2017-03-03 07:42:55
環(huán)境污染與防治(2016年12期)2016-03-13 05:52:12
中國藥業(yè)(2014年24期)2014-05-26 09:00:16
植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)(2011年4期)2011-10-26 02:44:56
