型尿素对三江平原白浆土氮素转化和玉米产量的影响

NAM型尿素对三江平原白浆土氮素转化和玉米产量的影响

王玲莉　古慧娟　江志阳*　王婷婷

(中国科学院沈阳应用生态研究所　沈阳　110016)

摘　要：NAM是一种由脲酶抑制剂和硝化抑制剂及腐植酸等成分有机组合而成的肥料添加剂。通过田间小区试验，研究了尿素配施NAM对三江平原白浆土氮素转化、玉米产量以及氮肥利用率的影响，为肥料添加剂NAM的进一步推广应用提供理论依据。研究结果表明，与单施尿素相比，等氮配施NAM使土壤NH4+-N在较长时间内维持较高的水平，并显著提高玉米生长后期的土壤总有效氮供应，从而增加玉米吸氮量，增加幅度为6.8%、增产3.1%，其对玉米产量的影响主要是增加了穗粒数；减氮20%配施NAM维持了土壤NH4+-N总体供应水平和玉米生长后期的土壤总有效氮供应，从而使玉米吸氮量及产量与常规施氮处理保持相当；减氮40%配施NAM由于过多降低施氮水平致使土壤供氮(特别在玉米生长前期明显)不足，进而降低玉米吸氮量及产量。尿素配施NAM较单施尿素氮肥利用率提高4.9～8.0个百分点。综上，在等氮和适当减氮条件下，肥料添加剂NAM适合用于三江平原白浆土-玉米体系，有利于农业可持续发展。

关键词：肥料添加剂　白浆土　氮素转化　氮肥利用率　玉米产量

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

我国氮肥施用量占全球氮肥用量的30%，为世界第一氮肥消费大国，而氮肥平均利用率仅为30%～35%，远远低于世界平均水平[1]。氮肥利用率低不仅增加生产成本，造成资源浪费，还给生态环境带来一系列危害，如大气的氮氧化物污染和温室效应、水体的硝酸盐污染和富营养化等，从而严重制约农业可持续发展。土壤氮素损失途径主要包括氨挥发、硝态氮淋溶和反硝化损失。抑制剂等生物化学方法是目前减少氮素损失、提高氮肥利用率最为有效和常见的方法[2]。脲酶抑制剂可以延缓尿素氮的水解过程，抑制氨挥发损失，延长肥效，从而提高氮肥利用率及生产力[3，4]。硝化抑制剂可以抑制铵态氮向硝态氮的转化，延长铵态氮的存留时间，减少转化成硝态氮后的淋溶以及进一步的反硝化损失，从而提高氮肥利用率及生产力[5～8]。脲酶抑制剂和硝化抑制剂的组合使用可以对氮素转化进行全过程调节，通常在提高氮肥利用率、减少氮素环境污染和促进农业可持续发展等方面起到更好的效果[9～15]。然而，抑制剂的作用受环境条件和土壤性质等影响较大，其作用效果表现不稳定[16]。

[收稿日期]2015-09-22

[作者简介]王玲莉，女，1983年生，副研究员，主要研究方向为稳定性肥料。*通讯作者：江志阳，男，高级工程师，E-mail：jiangzhiyang@iae.ac.cn。

NAM是一种由脲酶抑制剂和硝化抑制剂及腐植酸等成分有机组合而成的肥料添加剂，是中科院沈阳应用生态研究所研制开发的一项专利技术，对土壤和肥料氮素转化可起到综合调控作用。邓军波等对汉江中下游平原水稻土的研究结果表明，与常规尿素相比，NAM缓释肥促进水稻分蘖，增加水稻有效穗数和穗粒数，增产16%[17]。然而，关于NAM在其他地区和环境条件下的应用效果还有待于广泛的验证。三江平原是我国重要的商品粮生产基地，农作物播种面积386万公顷，土壤类型以白浆土为主，主要粮食作物为玉米和水稻。本文以三江平原白浆土-玉米体系为研究对象，通过田间小区试验研究了尿素配施肥料添加剂NAM对土壤氮素转化和玉米产量及肥料利用率的影响，这对于深入了解肥料添加剂NAM的适用条件意义重大，为NAM在该地区的推广应用提供直接数据支撑。

1　材料与方法

1.1　试验地点概况

试验设在黑龙江双鸭山市八五三农场进行。地处东经132°57′，北纬46°31′，年均气温2.8　℃，多年平均降雨量557mm，7、8、9三个月降水量占全年的53%，无霜期131天。供试土壤类型为草甸白浆土，粘壤土质地，肥力中等，有机质64.2　g/kg、全氮1.7g/kg、碱解氮153mg/kg、有效磷26.9mg/kg、速效钾123mg/kg、pH(H2O)5.67。供试玉米品种为“绥玉7号”。

1.2　试验设计

设置5个施氮处理。(1)N0：即不施氮肥；(2)N1：常规施氮量165 kg/hm2；(3)N1+NAM：常规施氮量添加NAM；(4)80%N1+NAM：减氮20%(即施氮132 kg/hm2)添加NAM；(5)60%N1+NAM：减氮40%(即施氮99 kg/hm2)添加NAM。各处理施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过磷酸钙(含P2O5　46%)，钾肥为市售商品氯化钾(含K2O 60%)。NAM施用量为总施肥量的8‰，与肥料充分混匀后一次性基施。试验采用随机区组排列，3次重复。小区面积为39 m2，株行距为20cm×65cm。2010年5月5日播种，9月25日收获测产。其他田间管理措施与当地常规情况一致。

1.3　测定项目及方法

分别在玉米的苗期、拔节期、大喇叭口期、开花期、灌浆期与成熟期六个时期采取表层(0～30cm)土壤样品，采用KCl浸提-流动分析仪法测定土壤的NH4+-N、NO3--N含量[18]。收获时在每个小区单独测产，随机选取5株样品，采取地上部分，分籽粒和秸秆两部分烘干，然后以采样面积折算生物量。样品烘干粉碎后，用H2SO4、H2O2消煮，凯氏定氮法测其全氮含量[18]。氮肥利用率=100%×(施氮处理玉米吸氮量-不施氮处理玉米吸氮量)/施氮量。收获时观测玉米株高和产量构成因素(穗长、穗粒数和百粒重等)。采用SPSS 11.5软件进行数据统计分析。

2　结果与分析

2.1　对土壤铵态氮的影响

从图1可以看出，施肥处理土壤NH4+-N的含量随生育期总体呈下降趋势。与单施尿素相比，等氮配施NAM处理土壤NH4+-N含量总的来说显著增加，特别是大喇叭口期之前差异更加明显，到灌浆期后无显著差异。这说明NAM中脲酶抑制剂和硝化抑制剂的协同作用既延缓了尿素的水解，同时又抑制了土壤NH4+-N向NO3--N的转化，从而使土壤NH4+-N在较长时间内保持了较高水平[2，10，15]。其前期增加效果明显可能与硝化抑制剂的作用相对较强有关。到灌浆期后，随着抑制剂的分解，抑制作用逐渐消失，因此土壤NH4+-N又恢复至单施尿素处理水平。焦晓光等在下辽河平原小麦田进行的脲酶抑制剂NBPT和硝化抑制剂DCD组合应用研究也发现类似结果[3]。但邢卫等进行的棕壤室内模拟实验表明，脲酶抑制剂NBPT和硝化抑制剂DMPP组合使用，土壤NH4+-N含量在培养前期较对照无显著变化，后期显著增加[13]。这可能与抑制剂的种类、剂量以及实验条件等差异有关。与单施尿素相比，80%N1+NAM处理尽管减少20%的施氮量，但由于NAM的调控作用，仍然使土壤NH4+-N的供应保持基本不变。而60%N1+NAM处理尽管使用NAM对土壤NH4+-N加以维持调控，但过多的减少施氮量40%致使土壤NH4+-N含量特别在玉米生长前期显著降低。

图1　不同处理下的土壤NH4+-N含量动态变化
Fig.1 Dynamic changes of soil NH4+-N content under different treatment

2.2　对土壤硝态氮的影响

从图2可以看出，施肥处理土壤NO3--N含量随着生育期呈先升高后降低的趋势，在玉米的拔节期达到最大值。在玉米的苗期和拔节期，由于NAM中的抑制剂对土壤肥料氮素水解、特别是硝化过程的抑制作用[6，11]，致使配施NAM处理的土壤NO3--N含量显著低于单施尿素处理，并且随着施氮量的减少而降低。之后随着抑制剂的逐渐分解和作用逐渐减弱，到大喇叭口期，其差异明显缩小，其中等氮配施NAM处理土壤NO3--N含量略有升高，减氮40%配施NAM处理土壤NO3--N含量略有降低。灌浆期以后差异消失。这与焦晓光等人关于NBPT和DCD组合应用的研究结果相类似[3]。

图2　不同处理下的土壤NO3--N含量动态变化
Fig.2 Dynamic changes of soil NO3--N content under different treatment

2.3　对土壤有效氮的影响

土壤NH4+-N+NO3--N总量，即总有效氮水平，可从侧面反映这一时期土壤尿素氮转化的情况和土壤对作物的供氮能力。从图3可以看出，与单施尿素处理相比，在玉米的苗期和拔节期，等氮配施NAM处理土壤有效氮含量无显著变化，这是NH4+-N含量增加和NO3--N含量降低相互抵消的结果；减氮20%特别是减氮40%配施NAM处理土壤有效氮含量显著降低。大喇叭口期之后，与单施尿素处理相比，等氮配施NAM处理土壤有效氮含量起初随NH4+-N和NO3--N含量的增加而显著增加，灌浆期以后保持稳定；减氮20%配施NAM处理则保持与单施尿素处理基本一致的土壤氮素有效性；减氮40%配施NAM处理与单施尿素处理相比，土壤氮素有效性总的来说有所下降。

图3　不同处理下的土壤有效氮含量动态变化
Fig.3 Dynamic changes of available nitrogen content of the soil under different treatment

2.4　对玉米氮吸收及氮肥利用率的影响

不同处理下的玉米吸氮量及氮肥利用率如图4所示。可以看出，施氮各处理均较不施氮显著增加了玉米氮吸收。与单施尿素相比，等氮配施NAM由于减少氮素损失，增加玉米生长后期土壤有效氮供应，所以显著增加玉米吸氮量，增加幅度为6.8%。焦晓光等在下辽河平原的研究结果显示，脲酶抑制剂NBPT和硝化抑制剂DCD组合施用对小麦氮吸收有相同幅度的提高[3]。减氮20%配施NAM处理与单施尿素处理相当，通过保持后期土壤有效氮供应，从而维持了玉米吸氮水平。该处理前期土壤有效氮供应相对较低并未影响玉米吸氮，说明其满足玉米前期生长需求，常规施尿素的前期供氮可能超过玉米需求。减氮40%配施NAM处理，因为过多降低施氮水平而使土壤有效氮供应不足，从而使玉米吸氮量有所降低。

与单施尿素相比，尿素配施NAM处理的氮肥利用率提高4.9～8.0个百分点(图4)，表明NAM中的脲酶抑制剂和硝化抑制剂能够协同控制土壤肥料氮素的损失，促进氮素被玉米吸收利用[11]。

图4　不同处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：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

2.5　对玉米产量及产量构成因素的影响

由表1可知，施尿素后各处理玉米产量均显著增加。较常规单施尿素相比，等氮配施NAM处理通过促进玉米氮吸收从而显著增加玉米产量3.1%。邓军波等[17]在汉江中下游平原的研究表明，NAM缓释肥比常规尿素使水稻增产16%，其幅度明显高于本研究结果，这可能与环境条件、土壤性质和作物种类的不同有关；减氮20%配施NAM处理由于维持玉米吸氮量进而维持产量，致使该处理玉米产量与单施尿素想当；减氮40%配施NAM处理则因为减少玉米吸氮量而使产量有所降低。

从产量构成因素来看，不同处理间的百粒重无显著差异；较不施肥处理相比，尿素以及配施NAM各处理均显著增加玉米株高和穗长，但常规尿素和尿素配施NAM各处理间的株高和穗长均无显著差异；等氮配施NAM处理的玉米秃尖长显著低于减氮配施NAM处理，但与常规尿素相比，秃尖长略有降低，但是变化不显著；等氮配施NAM处理的玉米穗粒数显著高于常规尿素，这与邓军波等[17]在汉江中下游平原水稻上的研究结果相似。可见，配施NAM对三江平原玉米产量的影响主要是增加了其穗粒数。

表1　不同处理下的玉米产量及产量构成因素
Tab.1 Corn yield and its constituent elements under different treatments

注：同一列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

3　小结

在本研究条件下，主要得出以下几条结论：

(1)与单施尿素相比，等氮配施NAM能够使土壤NH4+-N在较长时间内维持较高的水平，提高玉米生长后期土壤总有效氮供应，从而增加玉米吸氮量，增加幅度为6.8%、增产3.1%、氮肥利用率提高4.9～8.0个百分点，其对玉米产量的影响主要是增加了穗粒数。

(2)减氮20%配施NAM较常规施氮处理相比，维持了土壤NH4+-N总体供应水平和作物后期的土壤总有效氮供应，从而使作物吸氮及产量与常规施氮处理保持相当，但氮肥利用率显著提高4.9～8.0个百分点。

(3)减氮40%配施NAM由于过多降低施氮水平，导致土壤供氮水平(特别在玉米生长前期)比其他施氮处理明显不足，进而较常规施氮处理降低了玉米吸氮量及产量。

综上，对于三江平原白浆土玉米，在等氮和适当减氮条件下，配施肥料添加剂NAM是提高氮肥利用率、减少氮肥环境污染、节约氮肥资源或增加产量、促进农业可持续发展的一项有利措施。

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