范震 赵有欣 陈钰蓉 万云婷 邢玉美 王鹏飞 刘延龙 田晓飞

摘要：本研究采用盆栽试验法，以不施氮肥为对照（CK），设置普通尿素（U）、尿素+硝化抑制剂（NI）、尿素+脲酶抑制剂（UI）、凝胶尿素（SU）和包膜尿素（CRU）共6个处理，探究不同缓/控释氮肥在夏玉米上的应用效果。結果表明，施氮显著提高夏玉米各生育期土壤硝态氮含量和叶片净光合速率。与U处理相比，各缓/控释氮肥处理均显著提高拔节期和灌浆期夏玉米穗位叶净光合速率。与普通尿素相比，各缓/控释尿素处理夏玉米产量均有所增加，其中SU和CRU处理分别显著增产45.05%和49.23%。因此，施用缓/控释尿素能改善夏玉米生育后期土壤氮素供应状况，使叶片维持更高的净光合速率，有利于地上部干物质量和产量的形成，其中凝胶尿素和包膜尿素增产效果更为显著。

关键词：夏玉米;缓/控释氮肥;生长;光合速率;产量

氮素营养是夏玉米产量形成的重要限制因素之一，各生育期合理的土壤氮素供应是夏玉米高产优质的前提[1，2]。在黄淮海平原地区，由于夏玉米生产过程中土壤氮素供应与夏玉米氮素需求在时间、空间和强度上的匹配度较低[3]，以基肥形式施入的氮素在土壤中易通过氨挥发、硝化-反硝化、淋洗和径流等途径造成农业面源污染，导致氮肥利用效率不高[4]。与传统的尿素“一炮轰”施肥方式相比，尿素分次施用虽然可以提高夏玉米产量，但也增加生产过程中的人力投入，在农村劳动力日益减少的情况下不利于农业精简化生产[5]。

为解决上述问题，硝化抑制剂、脲酶抑制剂、脲醛缓释肥、包膜尿素等新型缓/控释肥被逐渐筛选并应用于农业生产中。周丽平等[6]通过田间试验发现脲甲醛能够显著降低夏玉米田间氨挥发，产量和氮肥利用效率较普通尿素分别显著增加18.8%和57.9%。Tian等[7]通过4年田间试验，发现包膜尿素养分释放与棉花养分吸收具有较好的同步性，并且能够显著降低硝态氮向深层土壤的淋溶，从而以更少的氮肥用量实现棉花高产稳产。朱永昶等[8]的研究结果则证明添加双氰胺硝化抑制剂可以显著降低春玉米生产过程中N2O的排放，玉米显著增产6.35%。魏蓉等[9]以废弃鸡毛为原料制备保水型缓释尿素，并进一步通过盆栽试验验证了其在糯玉米上的增产效果。但这些研究主要集中在同一类缓/控释肥与普通尿素肥效的比较，对于不同类型缓/控释氮肥在夏玉米上的应用效果研究较少。因此，本试验选用硝化抑制剂类稳定性尿素、脲酶抑制剂类稳定性尿素、凝胶尿素和树脂包膜尿素为材料，探究不同缓/控释氮肥对夏玉米生长及叶片光合特性的影响，以期为黄淮海区域夏玉米高产和新型氮肥的应用提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2020年5—10月在聊城大学环境土壤学教学科研基地（36°26′N，116°01′E）进行。该地区属温带季风气候。供试土壤为石灰性潮土，耕层土壤基本理化性质为：有机质12.5g/kg、全氮0.7g/kg、硝态氮24.5mg/kg、铵态氮6.5mg/kg、有效磷17.2mg/kg、速效钾143.5mg/kg，pH值7.9（1∶2.5）。供试夏玉米品种为郑单958。

供试肥料包括大颗粒尿素（N46%）、过磷酸钙（P2O512%）、硫酸钾（K2O50%）、凝胶尿素（N42%，由水、尿素、玉米秸秆基纤维素保水剂按100∶10∶1经超声振荡24h后烘干制得，其在土壤中吸水后为凝胶状态，所用玉米秸秆基纤维素保水剂由聊城大学地理与环境学院制备）、树脂包膜尿素（N42%，包膜材料为环氧树脂，25℃静水中释放期为90d），均由山东农大肥业科技有限公司提供。硝化抑制剂双氰胺（DCD）、脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）均为分析纯，购自Macklin生物科技公司。

1.2试验设计与方法

采用盆栽试验法，共设6个处理：分别为不施氮对照（CK）、普通尿素（U）、硝化抑制剂+尿素（NI）、脲酶抑制剂+尿素（UI）、凝胶尿素（SU）、树脂包膜尿素（CRU）。随机区组排列，重复3次。除CK只施磷、钾肥外，各处理氮、磷、钾施用量一致，分别为3.11-1.33-1.33g/株（根据大田施肥量为N-P2O5-K2O为210-90-90kg/hm2和种植密度6.75万株/hm2计算）。DCD和NBPT添加量均为施氮量的1%。

将30kg风干土和肥料倒在2m×2m塑料布上，充分混匀后装入陶土盆中（盆高35cm，底径27cm，上径45cm），播种2粒。待幼苗长出3片真叶后每盆定苗1株，分别于拔节期喷施200mg/L缩节胺。整个生育期各处理管理措施保持一致。

1.3样品采集与测定

分别在夏玉米苗期（6月21日）、拔节期（7月8日）、大喇叭口期（7月24日）、灌浆期（8月28日）和乳熟期（9月13日）采用LI-6800新一代光合-荧光全自动测量系统（Li-CorInc，美国）测定穗位叶中部净光合速率（Pn）。选择植株生长一致、无破损的健康叶片于晴天上午9∶00—11∶00进行测定，测定时使用内置红蓝光源，光照强度为1000μmol/（m2·s），气体流速为500μmol/s。同时采用卷尺测量株高，采用直尺测量叶长和叶宽，并采用长宽系数法（长×宽×0.75）计算叶面积[10]。玉米成熟期收获后进行考种并测产。

分别在玉米拔节期、大喇叭口期、乳熟期采集土壤样品，用土钻（d=3cm）取3钻，混匀后带回实验室。采用烘干法测定含水量，采用0.01mol/LCaCl2浸提（土水比1∶10），紫外分光光度法测定土壤硝态氮含量[11]。

1.4数据处理与分析

试验数据采用MicrosoftExcel2010处理和作图，采用SPSS19.0软件Duncan’s法进行方差分析。

2结果与分析

2.1不同处理对夏玉米生长的影响

玉米苗期各处理株高无显著差异，叶面积以SU处理最大，与UI及CRU无显著差异而显著高于其他处理。施氮提高拔节期后夏玉米株高（图1A）和叶面积（图1B），施氮各处理叶面积与CK差异显著。各缓/控释氮肥与普通尿素处理株高基本一致，这可能与玉米拔节期喷施缩节胺抑制茎秆营养生长，继而促进生殖生长有关。与U处理相比，大喇叭口期SU和CRU叶面积分别增加6.3%和17.1%，但UI和NI处理叶面积与U处理基本一致。说明施用凝胶尿素和树脂包膜尿素较普通尿素更能促进夏玉米的生长，为干物质积累和籽粒形成打下良好的基础。

2.2不同处理对夏玉米叶片净光合速率的影响

如图2所示，各施氮处理夏玉米叶片Pn值均在拔节期达到最高值，之后随生育期延长而降低。与普通尿素处理（U）相比，施用緩/控释氮肥各处理均提高拔节期至乳熟期叶片Pn值，其中拔节期UI和CRU处理显著提高48.65%和60.06%，乳熟期NI、UI、SU和CRU处理分别增加33.97%、24.22%、13.35%和51.85%。灌浆期不同缓/控释氮肥处理间叶片Pn值无显著差异，但均显著高于普通尿素。

2.3不同处理对夏玉米不同生育期土壤硝态氮含量的影响

在干旱与半干旱地区土壤中，硝态氮是作物可以直接吸收利用的主要氮源，其含量在一定程度上反映了土壤氮素的丰缺[12]。总体而言，各处理土壤硝态氮含量均随夏玉米生长呈逐渐下降趋势，且拔节期和大喇叭口期各施氮肥处理均显著高于CK（图3）。拔节期土壤硝态氮含量以施用普通尿素处理最高，较其他处理增加0.96%～64.15%，这可能是与尿素在土壤中水解速率高于其他缓/控释肥有关。大喇叭口期U处理土壤硝态氮含量降幅较大，而缓/控释氮肥处理土壤硝态氮含量略有降低，且UI和CRU处理硝态氮含量均显著高于U处理。乳熟期各处理硝态氮含量以CRU处理最高，较其他施氮处理显著增加33.64%～146.83%，SU处理较普通尿素处理增加53.86%。

2.4不同处理对夏玉米产量及其构成因素的影响

与CK相比，各施氮处理夏玉米地上部干物质量和籽粒产量分别显著提高25.39%～66.03%和54.23%～130.16%（表1）。各施氮处理地上部干物质量总体表现为CRU>SU>UI>NI>U。各缓/控释尿素处理百粒重均显著高于普通尿素，其中CRU较U提高43.48%。与普通尿素处理相比，SU和CRU处理籽粒产量分别显著增加45.05%和49.23%，但NI和UI处理籽粒产量与U处理无显著差异。

3讨论

化肥作为粮食的粮食，在作物产量形成中的地位不可替代。尿素施入土壤后，在脲酶的作用下迅速水解转化为NH+4-N，而后在氨氧化细菌和硝化细菌的作用下转化为NO-3-N供作物吸收利用。这一过程伴随着氨挥发、NO2排放、硝态氮淋溶，造成后期氮素供应不足、氮素利用率低[13]。肥料中添加脲酶/硝化抑制剂可显著提高中后期土壤硝态氮含量（图3）。作为一种磷酰胺类化合物，NBPT通过与脲酶活性中心的镍离子进行配位，起到抑制脲酶活性的作用，从而延缓尿素水解为NH+4-N的进程，使得氮素更多以酰胺态存在于土壤中，减少氨挥发和氮素转化带来的损失[14]。DCD具有与NH+4相似的氨基和亚氨基结构，可以竞争性结合氨氧化细菌中氨单加氧酶上的氧化NH3的活性位点，使其失去吸收利用NH3的能力，从而推迟NH3的氧化，延缓硝态氮的产生，保障后期硝态氮的供应[14]。本试验中，乳熟期包膜尿素和凝胶尿素处理的土壤硝态氮含量较普通尿素分别增加146.83%和53.86%。这与其控释机理有关，一方面包膜尿素外部包裹一层用来调节肥料释放速率的热固性树脂，外界水分进入后与内部的尿素核心接触溶解形成饱和溶液，内部尿素溶液在压力梯度的作用下从膜内孔隙中缓慢向外部释放;另一方面包膜尿素的养分释放速率受温度的影响，温度升高可以加快水分渗入包膜尿素的速率以及膜内尿素的溶解度，从而满足作物不同时期的养分需求[15，16]。另外，本试验采用的凝胶尿素由玉米秸秆与丙烯酸接枝共聚物制成的保水剂作载体，内部有羧基、羟基等亲水官能团，可以吸附游离的养分离子，并使其随着水分的释放和高分子网络结构的松弛而缓慢释放，从而达到氮素养分后移的效果[17]。

光合作用是作物产量形成的物质基础[18]，作物85%以上的干物质量来源于光合作用。氮素通过影响叶绿素含量和光反应中酶活性直接或间接地影响光合速率[19]。李强等[20]发现在低氮胁迫下，夏玉米叶片净光合速率降低34.4%。Mu等[21]认为施氮可以增加光合酶的含量和活性，提高羧化速率，同时在玉米生育期，增施氮肥可以延缓叶片衰老和氮组分的降解，从而提高光合速率。本试验结果显示，与普通尿素相比，不同类型缓/控释氮肥处理乳熟期净光合速率提高13.35%～51.85%，说明充足的氮素供应提高了玉米中后期的光合效率。

众多研究表明不同类型氮肥处理均增加夏玉米产量与干物质量。Hu等[22]通过连续两年的田间试验发现，在相同氮素水平下，与普通尿素相比，施用包膜尿素夏玉米产量增加5.3%～8.6%，干物质量增加4.7%～8.9%。Raza等[23]研究表明，DCD处理夏玉米叶绿素含量增加10%，干物质量增加13.1%。本研究中，施用不同类型氮肥均显著提高夏玉米产量，表现为包膜尿素>凝胶尿素>硝化抑制剂+尿素>脲酶抑制剂+尿素，且包膜尿素处理夏玉米千粒重较其他类型氮肥处理明显增加。这可能是因为包膜尿素使得玉米全生育期具有充足的硝态氮供应，提高其叶片净光合速率，促进光同化物的形成和转运，增加千粒重，最终增产。

4结论

施用缓/控释尿素使玉米生长关键物候期保持较高的土壤硝态氮含量，更能满足玉米生育后期的需要，改善叶片光合特性，为玉米干物质积累和产量形成增产提供更好的养分供应条件。本试验条件下，凝胶尿素（SU）和包膜尿素（CRU）处理产量较高，与相同施氮量的普通尿素处理相比，分别显著增产45.05%和49.23%。