NAM型尿素對三江平原白漿土氮素轉(zhuǎn)化和玉米產(chǎn)量的影響

王玲莉　古慧娟　江志陽*　王婷婷

(中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所　沈陽　110016)

摘　要：NAM是一種由脲酶抑制劑和硝化抑制劑及腐植酸等成分有機組合而成的肥料添加劑。通過田間小區(qū)試驗，研究了尿素配施NAM對三江平原白漿土氮素轉(zhuǎn)化、玉米產(chǎn)量以及氮肥利用率的影響，為肥料添加劑NAM的進一步推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。研究結(jié)果表明，與單施尿素相比，等氮配施NAM使土壤NH4+-N在較長時間內(nèi)維持較高的水平，并顯著提高玉米生長后期的土壤總有效氮供應(yīng)，從而增加玉米吸氮量，增加幅度為6.8%、增產(chǎn)3.1%，其對玉米產(chǎn)量的影響主要是增加了穗粒數(shù)；減氮20%配施NAM維持了土壤NH4+-N總體供應(yīng)水平和玉米生長后期的土壤總有效氮供應(yīng)，從而使玉米吸氮量及產(chǎn)量與常規(guī)施氮處理保持相當；減氮40%配施NAM由于過多降低施氮水平致使土壤供氮(特別在玉米生長前期明顯)不足，進而降低玉米吸氮量及產(chǎn)量。尿素配施NAM較單施尿素氮肥利用率提高4.9～8.0個百分點。綜上，在等氮和適當減氮條件下，肥料添加劑NAM適合用于三江平原白漿土-玉米體系，有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：肥料添加劑　白漿土　氮素轉(zhuǎn)化　氮肥利用率　玉米產(chǎn)量

Effect on Soil Nitrogen Transformation and Corn Yield by Combination of Urea and Fertilizer

Additive NAM in Sanjiang Plain of China

Wang Lingli,Gu Huijuan,Jiang Zhiyang*,Wang Tingting

(Institute of Applied Ecology,Chinese Academy of Sciences,Shenyang,110016)

Abstract: NAM is a kind of fertilizer additive made of the urease inhibitor,nitrification inhibitor and other components.This paper reports the effects of urea combined with NAM on soil nitrogen (N)transformation and corn yield and fertilizer N use efficiency in Sanjiang Plain of China.The results show that,compared with the single urea,etc.with Nitrogen NAM soil NH4+-N to maintain a high level in a long time,and significantly improve the total effective soil nitrogen supply late crops,thus increasing nitrogen uptake 6.8 %,an increase of 3.1%,its effect on yield increase is mainly composed of grains per spike;20% reduction of nitrogen Fertilizers NAM maintain soil NH4+-N total soil available nitrogen supply level and the overall supply of late crops,so crop uptake nitrogen and yield remained fairly conventional nitrogen application;40% reduction of nitrogen Fertilizers NAM due to excessive nitrogen levels cause reduced soil for crops,particularly in the early obviously insufficient nitrogen,thereby reducing nitrogen uptake and yield.Urea N use efficiency was significantly enhanced by 4.9　to 8.0 percent points under the combination of urea and NAM than the urea alone.Our findings indicate that NAM application is an effective option for promoting agricultural sustainability in corn systems of Sanjiang Plain of China.

Key words: Fertilizer additive;urease inhibitor;nitrification inhibitor;soil N transformation;N use efficiency;corn yield

我國氮肥施用量占全球氮肥用量的30%，為世界第一氮肥消費大國，而氮肥平均利用率僅為30%～35%，遠遠低于世界平均水平[1]。氮肥利用率低不僅增加生產(chǎn)成本，造成資源浪費，還給生態(tài)環(huán)境帶來一系列危害，如大氣的氮氧化物污染和溫室效應(yīng)、水體的硝酸鹽污染和富營養(yǎng)化等，從而嚴重制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。土壤氮素損失途徑主要包括氨揮發(fā)、硝態(tài)氮淋溶和反硝化損失。抑制劑等生物化學方法是目前減少氮素損失、提高氮肥利用率最為有效和常見的方法[2]。脲酶抑制劑可以延緩尿素氮的水解過程，抑制氨揮發(fā)損失，延長肥效，從而提高氮肥利用率及生產(chǎn)力[3，4]。硝化抑制劑可以抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，延長銨態(tài)氮的存留時間，減少轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮后的淋溶以及進一步的反硝化損失，從而提高氮肥利用率及生產(chǎn)力[5～8]。脲酶抑制劑和硝化抑制劑的組合使用可以對氮素轉(zhuǎn)化進行全過程調(diào)節(jié)，通常在提高氮肥利用率、減少氮素環(huán)境污染和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面起到更好的效果[9～15]。然而，抑制劑的作用受環(huán)境條件和土壤性質(zhì)等影響較大，其作用效果表現(xiàn)不穩(wěn)定[16]。

[收稿日期]2015-09-22

[作者簡介]王玲莉，女，1983年生，副研究員，主要研究方向為穩(wěn)定性肥料。*通訊作者：江志陽，男，高級工程師，E-mail：jiangzhiyang@iae.ac.cn。

NAM是一種由脲酶抑制劑和硝化抑制劑及腐植酸等成分有機組合而成的肥料添加劑，是中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所研制開發(fā)的一項專利技術(shù)，對土壤和肥料氮素轉(zhuǎn)化可起到綜合調(diào)控作用。鄧軍波等對漢江中下游平原水稻土的研究結(jié)果表明，與常規(guī)尿素相比，NAM緩釋肥促進水稻分蘗，增加水稻有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，增產(chǎn)16%[17]。然而，關(guān)于NAM在其他地區(qū)和環(huán)境條件下的應(yīng)用效果還有待于廣泛的驗證。三江平原是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，農(nóng)作物播種面積386萬公頃，土壤類型以白漿土為主，主要糧食作物為玉米和水稻。本文以三江平原白漿土-玉米體系為研究對象，通過田間小區(qū)試驗研究了尿素配施肥料添加劑NAM對土壤氮素轉(zhuǎn)化和玉米產(chǎn)量及肥料利用率的影響，這對于深入了解肥料添加劑NAM的適用條件意義重大，為NAM在該地區(qū)的推廣應(yīng)用提供直接數(shù)據(jù)支撐。

1　材料與方法

1.1　試驗地點概況

試驗設(shè)在黑龍江雙鴨山市八五三農(nóng)場進行。地處東經(jīng)132°57′，北緯46°31′，年均氣溫2.8　℃，多年平均降雨量557mm，7、8、9三個月降水量占全年的53%，無霜期131天。供試土壤類型為草甸白漿土，粘壤土質(zhì)地，肥力中等，有機質(zhì)64.2　g/kg、全氮1.7g/kg、堿解氮153mg/kg、有效磷26.9mg/kg、速效鉀123mg/kg、pH(H2O)5.67。供試玉米品種為“綏玉7號”。

1.2　試驗設(shè)計

設(shè)置5個施氮處理。(1)N0：即不施氮肥；(2)N1：常規(guī)施氮量165 kg/hm2；(3)N1+NAM：常規(guī)施氮量添加NAM；(4)80%N1+NAM：減氮20%(即施氮132 kg/hm2)添加NAM；(5)60%N1+NAM：減氮40%(即施氮99 kg/hm2)添加NAM。各處理施P2O5　82.8kg/hm2、K2O 54 kg/hm2。氮肥采用市售商品尿素(含N 46%)，磷肥采用市售商品重過磷酸鈣(含P2O5　46%)，鉀肥為市售商品氯化鉀(含K2O 60%)。NAM施用量為總施肥量的8‰，與肥料充分混勻后一次性基施。試驗采用隨機區(qū)組排列，3次重復。小區(qū)面積為39 m2，株行距為20cm×65cm。2010年5月5日播種，9月25日收獲測產(chǎn)。其他田間管理措施與當?shù)爻Ｒ?guī)情況一致。

1.3　測定項目及方法

分別在玉米的苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期、灌漿期與成熟期六個時期采取表層(0～30cm)土壤樣品，采用KCl浸提-流動分析儀法測定土壤的NH4+-N、NO3--N含量[18]。收獲時在每個小區(qū)單獨測產(chǎn)，隨機選取5株樣品，采取地上部分，分籽粒和秸稈兩部分烘干，然后以采樣面積折算生物量。樣品烘干粉碎后，用H2SO4、H2O2消煮，凱氏定氮法測其全氮含量[18]。氮肥利用率=100%×(施氮處理玉米吸氮量-不施氮處理玉米吸氮量)/施氮量。收獲時觀測玉米株高和產(chǎn)量構(gòu)成因素(穗長、穗粒數(shù)和百粒重等)。采用SPSS 11.5軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　對土壤銨態(tài)氮的影響

從圖1可以看出，施肥處理土壤NH4+-N的含量隨生育期總體呈下降趨勢。與單施尿素相比，等氮配施NAM處理土壤NH4+-N含量總的來說顯著增加，特別是大喇叭口期之前差異更加明顯，到灌漿期后無顯著差異。這說明NAM中脲酶抑制劑和硝化抑制劑的協(xié)同作用既延緩了尿素的水解，同時又抑制了土壤NH4+-N向NO3--N的轉(zhuǎn)化，從而使土壤NH4+-N在較長時間內(nèi)保持了較高水平[2，10，15]。其前期增加效果明顯可能與硝化抑制劑的作用相對較強有關(guān)。到灌漿期后，隨著抑制劑的分解，抑制作用逐漸消失，因此土壤NH4+-N又恢復至單施尿素處理水平。焦曉光等在下遼河平原小麥田進行的脲酶抑制劑NBPT和硝化抑制劑DCD組合應(yīng)用研究也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果[3]。但邢衛(wèi)等進行的棕壤室內(nèi)模擬實驗表明，脲酶抑制劑NBPT和硝化抑制劑DMPP組合使用，土壤NH4+-N含量在培養(yǎng)前期較對照無顯著變化，后期顯著增加[13]。這可能與抑制劑的種類、劑量以及實驗條件等差異有關(guān)。與單施尿素相比，80%N1+NAM處理盡管減少20%的施氮量，但由于NAM的調(diào)控作用，仍然使土壤NH4+-N的供應(yīng)保持基本不變。而60%N1+NAM處理盡管使用NAM對土壤NH4+-N加以維持調(diào)控，但過多的減少施氮量40%致使土壤NH4+-N含量特別在玉米生長前期顯著降低。

圖1　不同處理下的土壤NH4+-N含量動態(tài)變化
Fig.1 Dynamic changes of soil NH4+-N content under different treatment

2.2　對土壤硝態(tài)氮的影響

從圖2可以看出，施肥處理土壤NO3--N含量隨著生育期呈先升高后降低的趨勢，在玉米的拔節(jié)期達到最大值。在玉米的苗期和拔節(jié)期，由于NAM中的抑制劑對土壤肥料氮素水解、特別是硝化過程的抑制作用[6，11]，致使配施NAM處理的土壤NO3--N含量顯著低于單施尿素處理，并且隨著施氮量的減少而降低。之后隨著抑制劑的逐漸分解和作用逐漸減弱，到大喇叭口期，其差異明顯縮小，其中等氮配施NAM處理土壤NO3--N含量略有升高，減氮40%配施NAM處理土壤NO3--N含量略有降低。灌漿期以后差異消失。這與焦曉光等人關(guān)于NBPT和DCD組合應(yīng)用的研究結(jié)果相類似[3]。

圖2　不同處理下的土壤NO3--N含量動態(tài)變化
Fig.2 Dynamic changes of soil NO3--N content under different treatment

2.3　對土壤有效氮的影響

土壤NH4+-N+NO3--N總量，即總有效氮水平，可從側(cè)面反映這一時期土壤尿素氮轉(zhuǎn)化的情況和土壤對作物的供氮能力。從圖3可以看出，與單施尿素處理相比，在玉米的苗期和拔節(jié)期，等氮配施NAM處理土壤有效氮含量無顯著變化，這是NH4+-N含量增加和NO3--N含量降低相互抵消的結(jié)果；減氮20%特別是減氮40%配施NAM處理土壤有效氮含量顯著降低。大喇叭口期之后，與單施尿素處理相比，等氮配施NAM處理土壤有效氮含量起初隨NH4+-N和NO3--N含量的增加而顯著增加，灌漿期以后保持穩(wěn)定；減氮20%配施NAM處理則保持與單施尿素處理基本一致的土壤氮素有效性；減氮40%配施NAM處理與單施尿素處理相比，土壤氮素有效性總的來說有所下降。

圖3　不同處理下的土壤有效氮含量動態(tài)變化
Fig.3 Dynamic changes of available nitrogen content of the soil under different treatment

2.4　對玉米氮吸收及氮肥利用率的影響

不同處理下的玉米吸氮量及氮肥利用率如圖4所示?？梢钥闯?，施氮各處理均較不施氮顯著增加了玉米氮吸收。與單施尿素相比，等氮配施NAM由于減少氮素損失，增加玉米生長后期土壤有效氮供應(yīng)，所以顯著增加玉米吸氮量，增加幅度為6.8%。焦曉光等在下遼河平原的研究結(jié)果顯示，脲酶抑制劑NBPT和硝化抑制劑DCD組合施用對小麥氮吸收有相同幅度的提高[3]。減氮20%配施NAM處理與單施尿素處理相當，通過保持后期土壤有效氮供應(yīng)，從而維持了玉米吸氮水平。該處理前期土壤有效氮供應(yīng)相對較低并未影響玉米吸氮，說明其滿足玉米前期生長需求，常規(guī)施尿素的前期供氮可能超過玉米需求。減氮40%配施NAM處理，因為過多降低施氮水平而使土壤有效氮供應(yīng)不足，從而使玉米吸氮量有所降低。

與單施尿素相比，尿素配施NAM處理的氮肥利用率提高4.9～8.0個百分點(圖4)，表明NAM中的脲酶抑制劑和硝化抑制劑能夠協(xié)同控制土壤肥料氮素的損失，促進氮素被玉米吸收利用[11]。

圖4　不同處理下的作物吸氮量及氮肥利用率
Fig.4 Corn N uptake and nitrogen use efficiency under different treatments

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.5　對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知，施尿素后各處理玉米產(chǎn)量均顯著增加。較常規(guī)單施尿素相比，等氮配施NAM處理通過促進玉米氮吸收從而顯著增加玉米產(chǎn)量3.1%。鄧軍波等[17]在漢江中下游平原的研究表明，NAM緩釋肥比常規(guī)尿素使水稻增產(chǎn)16%，其幅度明顯高于本研究結(jié)果，這可能與環(huán)境條件、土壤性質(zhì)和作物種類的不同有關(guān)；減氮20%配施NAM處理由于維持玉米吸氮量進而維持產(chǎn)量，致使該處理玉米產(chǎn)量與單施尿素想當；減氮40%配施NAM處理則因為減少玉米吸氮量而使產(chǎn)量有所降低。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，不同處理間的百粒重無顯著差異；較不施肥處理相比，尿素以及配施NAM各處理均顯著增加玉米株高和穗長，但常規(guī)尿素和尿素配施NAM各處理間的株高和穗長均無顯著差異；等氮配施NAM處理的玉米禿尖長顯著低于減氮配施NAM處理，但與常規(guī)尿素相比，禿尖長略有降低，但是變化不顯著；等氮配施NAM處理的玉米穗粒數(shù)顯著高于常規(guī)尿素，這與鄧軍波等[17]在漢江中下游平原水稻上的研究結(jié)果相似?？梢姡涫㎞AM對三江平原玉米產(chǎn)量的影響主要是增加了其穗粒數(shù)。

表1　不同處理下的玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素
Tab.1 Corn yield and its constituent elements under different treatments

注：同一列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

3　小結(jié)

在本研究條件下，主要得出以下幾條結(jié)論：

(1)與單施尿素相比，等氮配施NAM能夠使土壤NH4+-N在較長時間內(nèi)維持較高的水平，提高玉米生長后期土壤總有效氮供應(yīng)，從而增加玉米吸氮量，增加幅度為6.8%、增產(chǎn)3.1%、氮肥利用率提高4.9～8.0個百分點，其對玉米產(chǎn)量的影響主要是增加了穗粒數(shù)。

(2)減氮20%配施NAM較常規(guī)施氮處理相比，維持了土壤NH4+-N總體供應(yīng)水平和作物后期的土壤總有效氮供應(yīng)，從而使作物吸氮及產(chǎn)量與常規(guī)施氮處理保持相當，但氮肥利用率顯著提高4.9～8.0個百分點。

(3)減氮40%配施NAM由于過多降低施氮水平，導致土壤供氮水平(特別在玉米生長前期)比其他施氮處理明顯不足，進而較常規(guī)施氮處理降低了玉米吸氮量及產(chǎn)量。

綜上，對于三江平原白漿土玉米，在等氮和適當減氮條件下，配施肥料添加劑NAM是提高氮肥利用率、減少氮肥環(huán)境污染、節(jié)約氮肥資源或增加產(chǎn)量、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項有利措施。

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