葉青??+曹國軍??+耿玉輝??

摘要：通過對連續(xù)7年小麥玉米輪作體系中施用控釋肥田間定位試驗(yàn)玉米收獲后土壤樣品的測定和分析，研究了在不同施氮條件對玉米產(chǎn)量、肥料利用率、硝銨態(tài)氮累積和分布、土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量等的影響。結(jié)果表明，施用氮肥對夏玉米與冬小麥有顯著的增產(chǎn)作用，但過量施用氮肥會(huì)造成籽粒減產(chǎn)，小麥和玉米產(chǎn)量的最高增產(chǎn)幅度分別為6.0%～287%、5.5%～71.9%。等氮條件下，施用控釋氮肥可以增加土壤中全氮和有機(jī)質(zhì)的含量，減少肥料養(yǎng)分的淋溶與揮發(fā)損失，從而顯著提高肥料利用率?？蒯尩试谛←溣衩纵喿魃弦淮涡曰┤〉酶弋a(chǎn)的小麥最佳施氮量范圍為120～240 kg/hm2，玉米最佳施氮量范圍為150～300 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：玉米；控釋氮肥；養(yǎng)分累積；肥料利用率；輪作體系

中圖分類號： S512.106；S513.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0124-06

小麥、玉米是我國重要的糧食作物，其作用不言而喻，因此提高肥料利用率，降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)安全的重要任務(wù)[1]。土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，長久維持和提高土壤生產(chǎn)力、保持以及提高土壤肥力是農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[2]。但是化肥對于玉米增產(chǎn)的貢獻(xiàn)是顯著的，資料顯示，1985—1994年，我國化肥在玉米增產(chǎn)總額中發(fā)揮了 51.5% 的作用，施用化肥逐漸成為最主要的糧食增產(chǎn)措施[3]。然而目前我國肥料的當(dāng)季利用率偏低[4]，這不僅會(huì)引起經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力下降、生態(tài)環(huán)境破壞、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等嚴(yán)重問題[5]。

控釋肥的出現(xiàn)為如何提高肥料利用率以及避免因施肥引起的環(huán)境問題提供了新的思路[6]。早在20世紀(jì)60年代，美國、日本等發(fā)達(dá)國家已開始研制并推出控釋緩控釋肥料產(chǎn)品，大大提高了肥料利用率[7]。研究表明控釋肥可較速效氮肥提高13.6%～164.1%的氮肥利用率[8]。我國自20世紀(jì)70年代開始緩/控釋肥的研究，起步較晚，但經(jīng)過我國部分高校及科研單位的努力已取得較大成果，研制出的控釋肥產(chǎn)品在土壤中的控釋時(shí)間和釋放模式已達(dá)到了可釋放的要求和標(biāo)準(zhǔn)[9]。我國學(xué)者對控釋肥的肥效研究表明控釋肥可提高土壤供肥能力、增加土壤微生物量、提高酶活性[10]；稻田中施用控釋肥可顯著提高氮肥利用率及水稻產(chǎn)量[11]，控釋肥減氮30%時(shí)，仍可較速效氮肥增產(chǎn)15.1%[12]；旱田中施用控釋肥可顯著提高肥料偏生產(chǎn)力[13]。控釋肥可以提高肥料的利用率，減輕環(huán)境污染，改善作物的生長發(fā)育狀況，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，這將會(huì)成為解決化肥問題的最理想的選擇[14]。

緩控釋肥緩慢釋放的特性能夠提高小麥、玉米籽粒產(chǎn)量及生物量[15]。其中小麥、玉米都以中氮量50%控氮比的釋摻混肥處理產(chǎn)量最高，分別較常規(guī)施肥處理增產(chǎn)1 217.7、754.0 kg/hm2[16]。氮肥用量相同，控釋尿素和普通尿素2種氮肥合理摻混（控釋尿素70%+普通尿素30%）時(shí)，玉米和小麥產(chǎn)量都高于2種氮肥單施時(shí)的產(chǎn)量[17]。高產(chǎn)冬小麥—夏玉米輪作體系一基一追施肥模式下采用100%緩釋尿素或80%-20%緩釋-普通尿素組合2種處理，較好地滿足了冬小麥和夏玉米中后期的氮素需求，促進(jìn)了植株對氮素的吸收和積累，因而2個(gè)輪作周期氮肥利用率和產(chǎn)量均高于一基三追施肥模式下100%普通尿素處理，且產(chǎn)量均超過 22 500 kg/hm2[18]。

雖然該應(yīng)用已有相關(guān)方面研究，但是大多數(shù)研究都不系統(tǒng)，現(xiàn)在機(jī)械化程度逐漸提高，研究控釋摻混肥在小麥玉米輪作體系中對小麥、玉米產(chǎn)量及對土壤養(yǎng)分吸收、遷移的影響，還有其后效等方面的內(nèi)容具有十分重要的意義。本試驗(yàn)于2008年6月玉米季開始，至2015年6月小麥季結(jié)束，數(shù)據(jù)為7年統(tǒng)計(jì)結(jié)果。本研究主要解決的問題是：研究控釋氮肥在冬小麥和夏玉米上一次性基施取得高產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，主要技術(shù)難題是控釋肥一次施用能否滿足小麥、玉米各生育期的需求，尤其是小麥、玉米最大需肥期的要求。

1材料與方法

[BT2+*5]1.1試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1玉米試驗(yàn)方案本試驗(yàn)于2008年6月1日實(shí)施，試驗(yàn)區(qū)設(shè)在山東省淄博市桓臺縣中國農(nóng)大生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)站，試驗(yàn)作物玉米品種為“登海661”，第1年6月中旬播種，10月份左右收獲，生育期為120～130 d。玉米種百粒質(zhì)量為34.37 g，種植密度8.25萬株/hm2，行距65 cm，株距 19 cm。種植方式為夏玉米直播。

試驗(yàn)區(qū)控釋肥按氮1個(gè)因素、4個(gè)水平、7個(gè)處理。4個(gè)水平的含義是：0水平為不施肥，2水平為當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿康慕浦担?水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5（該水平為過量施肥水平）（表1），重復(fù)3次。所施肥料種類為山東金正大集團(tuán)生產(chǎn)的玉米專用控釋尿素?fù)交旆剩蒯尩?0%，普通尿素氮占30%），磷肥用過磷酸鈣（P2O5=16%）、鉀肥用氯化鉀（K2O=60%）。核心試驗(yàn)區(qū)每小區(qū)面積為26 m2（長10 m ，寬2.6 m）=0.039畝，48個(gè)小區(qū)為1 248 m2，50個(gè)小區(qū)為1 300 m2。

1.2冬小麥試驗(yàn)方案試驗(yàn)區(qū)設(shè)在淄博市桓臺縣中國農(nóng)大桓臺生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)站，試驗(yàn)作物冬小麥品種為“魯原502”，生育期230～240 d，于上一季玉米收獲的10月份播種，至第2年6月份收獲。千粒質(zhì)量43.6 g，播種量 168.75 kg/hm2，行距21.7 cm，小區(qū)面積26 m2。

核心試驗(yàn)區(qū)控釋肥按氮 1因素、4個(gè)水平、7個(gè)處理。4個(gè)水平的含義是：0水平為不施肥，2水平為當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿康慕浦担?水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5（該水平為過量施肥水平）（表2），重復(fù)3次。保護(hù)行不施肥。所施肥料種類為山東金正大集團(tuán)生產(chǎn)的小麥專用控釋尿素?fù)交旆剩蒯尩?0%，普通尿素氮占30%），[HJ1.4mm]磷肥用富過磷酸鈣（P2O5=30%）、硫酸鉀（K2O=50%），硫酸鋅（ZnSO4）30 kg/hm2（78 g/26 m2）。尿素：70%包膜尿素[70%硫包[JP3]（34%）+30%樹脂包（42%）]+30%尿素（46%）=39.3%（N）。

1.2.1植株試驗(yàn)開始后，小麥于返青期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、成熟期取樣，玉米于苗期、拔節(jié)、大喇叭口、抽雄、灌漿和成熟期取樣，小麥玉米植株地上部干物質(zhì)質(zhì)量：植株分為籽粒和莖稈，分別于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量。小麥玉米植株全氮、全磷、全鉀含量的測定：將上述已烘干至恒質(zhì)量的葉片、籽粒和莖稈磨碎過篩，植株樣品采用濃 H2SO4-H2O2 法消煮提取，凱氏定氮法測全氮含量，釩鉬黃比色法測全磷含量，火焰光度計(jì)法測全鉀含量。

1.2.2土樣試驗(yàn)開始后分別于小麥玉米成熟期取樣，每小區(qū)用土鉆取 3個(gè)點(diǎn)，混勻后風(fēng)干，研磨過2 mm篩。 采用 1 ∶[KG-*3]2.5 土水比，PHSJ-3F型pH計(jì)測定土壤pH值；采用 1 ∶[KG-*3]5 土水比，DDS II A型電導(dǎo)儀測定土壤EC值；用 0.01 mol/L CaCl2溶液浸提，水土比10 ∶[KG-*3]1，AA3-A001-02E型流動(dòng)注射分析儀測定土壤NO3--N和NH4+-N含量。采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量；鉬銻抗法測定土壤速效磷含量；火焰光度計(jì)法測定土壤速效鉀含量；重鉻酸鉀容量法（外加熱法）測定土壤有機(jī)質(zhì)含量。

1.2.3氮肥利用效率計(jì)算

[JZ（]氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量；[JZ）]

氮肥農(nóng)學(xué)效率（AEN，kg/kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-對照區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥利用效率（NUE，%）=（施氮區(qū)地上部吸氮量-對照區(qū)地上部吸氮量）/施氮量×100%。

1.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

本研究所有試驗(yàn)測定數(shù)據(jù)采用美國SAS程序軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同氮肥處理對氮肥利用率的影響

由表3可知，不同氮肥處理間冬小麥籽粒產(chǎn)量差異顯著，均較N0處理有顯著的增產(chǎn)效果，N2處理時(shí)小麥產(chǎn)量達(dá)到最高，當(dāng)控釋氮肥在240 kg/hm2的施氮水平下（N2）產(chǎn)量最高。等氮條件下，N2、N3兩處理的籽粒產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于SN2、SN3。由此表明控釋氮肥養(yǎng)分的控制釋放可以有效提高小麥的產(chǎn)量，并且一次基肥施用不用追肥，利用效率又高，在保證產(chǎn)量的前提下，可以節(jié)省施肥的費(fèi)用。

2.2不同氮肥處理對土壤中氮素狀況的影響

氮素是作物所需大量元素之一，我國農(nóng)田普遍缺氮，施氮肥是提高土壤供氮能力的重要措施[7]。

2.2.1不同氮肥處理對土壤無機(jī)氮的影響氮肥施入土壤中后因氨化、硝化過程對土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量影響較大[19-21]。從圖1-a可以看出，在小麥成熟期土壤0～20 cm土層中，普通氮肥SN3處理銷態(tài)氮含量最高，而控釋肥N1處理N2和N3處理之間差異不顯著，而與空白處理差異顯著。從圖1-b可以看出，從0～20 cm土層到20～40 cm土層土壤NO3--N急劇減少，然后從20～40 cm土層到180～200 cm 土層，土壤NO3--N又逐漸增多，同時(shí)等氮條件下，控釋肥處理比普通肥料處理土壤銷態(tài)氮含量低。說明在等氮條件下施用控釋肥有利于減少硝態(tài)氮的淋溶，提高肥料利用率。

從圖2-a看出，在小麥成熟期土壤中0～20 cm土層的N0處理土壤中銨態(tài)氮含量最高，SN3處理土壤中銨態(tài)氮含量最低，其他處理的銨態(tài)氮含量無顯著差異。從圖2-b看出，在玉米季土壤中，從0～20 cm到20～40 cm土層，土壤銨態(tài)氮急劇減少，從20～40 cm到180～200 cm土層，土壤銨態(tài)氮含量保持相對穩(wěn)定，土壤銨態(tài)氮含量在等氮處理?xiàng)l件下，控釋肥處理比普通肥料處理土壤NH4+-N含量少。說明在等氮條件下施用控釋肥有利于減少銨態(tài)氮損失，提高肥料利用率。

2.2.2不同氮肥處理對土壤全氮和有機(jī)質(zhì)的影響施用化肥可在短時(shí)間內(nèi)迅速提高土壤速效氮含量[7]。從圖3看出，小麥成熟期全氮在一定范圍內(nèi)隨著施氮量的增加而增加，超過范圍之后，隨著土壤施氮量的增加而減少。等量施肥條件下，全氮含量控釋肥處理比普通肥料處理要高，所以合理施控釋肥更加有利于氮素的積累。

從圖3-a可以看出，種植玉米過后的玉米成熟期土壤與玉米播種時(shí)即上季小麥成熟期的土壤，在0～20 cm土層中各處理間的差異的趨勢基本相同，在一季小麥玉米輪作之后，土壤中的氮素得到積累。土壤全氮的含量隨著土層的加深逐漸減[CM（25]少，并且各處理間的差異逐漸減少，到40～60[KG*3]cm土層時(shí)，[CM）]

各處理間幾乎沒有差異。

土壤有機(jī)質(zhì)與土壤物理性質(zhì)的改善、養(yǎng)分供給及防止土壤侵蝕有重要關(guān)系[22]。從圖4-a可以看出，小麥成熟期耕層土壤在相同的磷鉀施用水平下，不同處理中土壤有機(jī)質(zhì)含量均較無氮處理有顯著增高。相同施肥量的控釋氮肥N2處理比普通氮肥SN2處理含有機(jī)質(zhì)量高，達(dá)到顯著水平。同時(shí)控釋氮肥N2處理區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量最高與其他處理差異顯著，說明適宜的氮肥施用，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，過多或過少施用氮肥都對土壤有機(jī)質(zhì)的積累不利。

從圖4-b可以看出，玉米成熟期土壤與玉米播種時(shí)即上季小麥成熟期的土壤，在0～20 cm土層中各處理間的差異基本相同，在一季小麥玉米輪作之后，土壤中的有機(jī)質(zhì)得到積累。土壤有機(jī)質(zhì)的含量隨著土層的加深，逐漸減少，并且各處理間的差異逐漸減少，到40～60 cm土層時(shí)，各處理間幾乎沒有差異。

2.3不同氮肥處理對土壤有效磷的影響

小麥成熟期土壤在磷鉀施肥水平相同條件下，施氮量對土壤有效磷含量有顯著影響（圖5-a），N0處理時(shí)土壤有效磷含量達(dá)到最大水平，除土壤空白外，普通氮肥SN3 處理區(qū)的土壤有效磷含量最低，3組控釋肥N1處理、N2處理和N3處理之間差異不顯著，但與普通氮肥SN3處理差異顯著，控釋氮肥N3處理與普通氮肥SN3處理差異不顯著，部分說明控釋氮肥N3處理與普通氮肥SN3處理區(qū)的植株生長得比較好，從土壤有效磷側(cè)面反映植株生長狀況這個(gè)角度看，普通氮肥SN3處理可能是最適合的土壤施肥量。

玉米成熟期土壤與玉米播種時(shí)即上季小麥成熟期的土壤有效磷的情況基本一致（圖5-b），土壤有效磷的含量隨著土層的加深逐漸減少，并且各處理間的差異逐漸減少。除土壤空白外，其他各處理施磷量是一樣的，假設(shè)損耗是一樣的，土壤中剩余的多，說明植株吸收的少，單從這一角度看，土壤中有效磷剩余的少的施氮處理對植株和籽粒產(chǎn)量有利，也體現(xiàn)了氮磷肥的配施有正交互作用[22-23]。

2.4不同氮肥處理對土壤速效鉀的影響

土壤交換性鉀的水平高低決定鉀肥的施用[24]。小麥成熟[CM（25]期土壤在在相同的磷鉀施用水平下，施用氮肥可以顯著影[CM）]

響土壤速效鉀含量（圖6-a），N0處理土壤速效鉀含量最低，與其他處理差異顯著。N0處理時(shí)土壤速效鉀含量達(dá)到最大水平，而土壤空白CK的速效鉀含量最低，與其他處理差異顯著。速效鉀含量氮含量不相同的條件下，氮鉀元素相互作用，隨施氮量的增加土壤速效鉀含量減少。這可能與植物的長勢

相對應(yīng)，在施用磷鉀相同的條件下，適宜的氮使植株能夠生長旺盛，從而吸收消耗的土壤養(yǎng)分多，相對應(yīng)的土壤中剩余的養(yǎng)分就少。通過土壤速效鉀的含量側(cè)面反映植株的生長狀況，反應(yīng)氮的作用，從中看出施用控釋氮肥的2組N2和N3處理和普通肥料SN3P2K2處理之間差異不顯著，與氮空白N0處理相比差異最顯著，說明這3組的施氮量對植株生長最合適，而從節(jié)省環(huán)保的角度看，控釋肥處理N2最合適。

玉米成熟期土壤與玉米播種時(shí)即上季小麥成熟期的0～20 cm土層各處理間的差異基本一致（圖6-b），除土壤空白N0和普通肥料N2土壤有效鉀含量減少之外其他處理經(jīng)過小麥玉米一茬輪作之后，土壤速效鉀含量增加，說明種植作物時(shí)需要施用鉀肥來彌補(bǔ)被作物吸收利用的鉀，也要適量，不能施用過多造成浪費(fèi)。同時(shí)隨著土層的加深，土壤速效鉀含量逐漸降低。

2.5不同氮肥處理對土壤電導(dǎo)率的影響

小麥成熟期的耕層土壤除空白N0處理電導(dǎo)率最低、控釋肥N3處理電導(dǎo)率最高外，其他各處理間差異不顯著（圖7-a）。控釋肥N3處理與控釋肥N2處理和普通氮肥處理SN3之間差異顯著，說明在磷鉀水平相同條件下一定范圍內(nèi)土壤電導(dǎo)率隨施氮量的增加而增加，而在同等施氮量條件下，施用控釋氮肥比施用普通氮肥土壤電導(dǎo)率高。從圖7-b看出，玉米成熟期土壤在0～20 cm土層到20～40 cm土層深度電導(dǎo)率下降，而40 cm以下土壤電導(dǎo)率總體表現(xiàn)不變，同時(shí)在0～200 cm土層中，在等氮處理的條件下，使用控釋肥的N3處理和N2處理與普通氮肥SN3處理和SN2處理相比一直保持電導(dǎo)率高的趨勢。土壤電導(dǎo)率包含了土壤養(yǎng)分與理化特性的豐富信息[25]，綜上可知控釋肥對提高肥料的利用率、減輕施肥對環(huán)境的污染有重要意義。

3討論與結(jié)論

經(jīng)過7年小麥玉米輪作，施用氮肥比不施氮肥籽粒產(chǎn)量大幅度提高，小麥產(chǎn)量最高處理（N2）較其他處理增產(chǎn)幅度為6.0%～287%，玉米產(chǎn)量最高處理（N2）較其他處理增幅度為5.5%～71.9%。但是過量施用氮肥會(huì)造成籽粒減產(chǎn)，小麥籽粒減產(chǎn)幅度為6.2%～7.7%，玉米籽粒減產(chǎn)幅度為 5.3%～6.7%。在等氮條件下，施用控釋氮肥的小麥籽粒產(chǎn)量比施用普通氮肥的處理增產(chǎn)3.7%～6.0%，施用控釋氮肥的處理玉米籽粒產(chǎn)量比施用普通氮肥的處理增產(chǎn)3.9%～5.5%。

施用控釋氮肥能提高氮肥利用效率，表現(xiàn)為在等氮條件下小麥玉米的施用控釋氮肥N2、N3兩處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于速效氮 SN2、SN3。

施用氮肥能夠增加土壤中養(yǎng)分含量，各施氮處理均較空白N0差異顯著，土壤中全氮和有機(jī)質(zhì)隨著施氮量的增加而增加，到N2處理時(shí)含量最高，隨后隨施氮量增加土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著或是減少。玉米成熟期土壤整個(gè)剖面來看施用氮肥比空白N0電導(dǎo)率高，在0～40 cm到土層深度，土壤電導(dǎo)率下降，而40 cm以下土壤電導(dǎo)率總體表現(xiàn)不變，同時(shí)在0～200 cm土層中，在等氮處理的條件下，使用控釋肥的N3處理和N2處理與普通氮肥SN3處理和SN2處理相比一直保持電導(dǎo)率高的趨勢。

控釋氮肥的釋放與作物利用同步，有益于減少肥料的浪費(fèi)，提高利用率[26-27]。從0～20 cm土層到20～40 cm土層土壤NO3--N含量急劇減少，然后從20～40 cm土層到180～200 cm 土層，土壤NO3--N含量又逐漸增多，同時(shí)等氮條件下，控釋肥處理比普通肥料處理土壤銷態(tài)氮含量低。說明在等NO3--N條件下施用控釋肥有利于減少硝態(tài)氮的淋溶，提高肥料利用率。在玉米成熟期土壤中，從0～20 cm土層到20～40 cm土層，土壤銨態(tài)氮含量急劇減少，從20～40 cm 土層到180～200 cm土層，土壤銨態(tài)氮含量保持相對穩(wěn)定，在等氮處理?xiàng)l件下，控釋肥處理比普通肥料處理土壤NH4+-N含量少。說明在等氮條件下施用控釋肥有利于減少銨態(tài)氮損失，提高肥料利用率。

施用控釋氮肥能夠促進(jìn)作物對磷鉀的吸收，表現(xiàn)為土壤中的速效鉀、有效磷隨施氮量的增加而減少。

綜合以上條件，控釋氮肥在小麥玉米輪作上一次性基施取得高產(chǎn)的小麥最佳施氮量范圍為120～240 kg/hm2，玉米最佳施氮量范圍為150～300 kg/hm2。

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