增值尿素对小麦产量、 氮肥利用率及肥料氮在土壤剖面中分布的影响

袁 亮， 赵秉强， 林治安， 温延臣， 李燕婷

(1 农业部作物营养与施肥重点实验室，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081;2 中国农业科学院德州盐碱土改良实验站，山东德州 253015)

同位素15N示踪法是研究氮肥利用率、 肥料氮在土壤剖面中分布和损失量的重要手段[15-16]，本文以发酵海藻液、 改性腐植酸和聚合谷氨酸作为增效剂，与同位素15N尿素充分熔融，制备增值尿素(海藻酸尿素、 腐植酸尿素和谷氨酸尿素)试验产品，利用土柱栽培试验研究其对小麦产量、 氮肥利用率及肥料氮在土壤剖面中分布的影响，旨在为增值尿素新产品的研发和推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

1.2 供试材料

1.2.1 供试土壤 供试土壤采自中国农业科学院德州盐碱土改良实验站禹城试验基地连续三年以上未施用任何肥料的匀地试验场，采集0—30 cm土壤，过2 mm筛，混匀、 备用。土壤类型为石灰性潮土，质地为轻壤。土壤的基本化学性质： pH(土 ∶水=1 ∶2.5)8.11、 有机质10.47 g/kg、 全氮0.61 g/kg、 速效磷(P2O5)8.74 mg/kg、 速效钾(K2O)85.6 mg/kg。

1.2.2 供试作物 供试作物为冬小麦，品种为济麦22。

1.2.3 供试肥料 增效剂分别为发酵海藻液(A)、 改性腐植酸(HA)和聚合谷氨酸(G)。发酵海藻液主要成分是海藻酸，海藻酸的含量是2.5%; 改性腐植酸是通过微生物发酵方法对风化煤进行处理，再用弱碱提取的腐植酸，腐植酸含量为10%; 聚合氨基酸主要成分为谷氨酸，含量为10%。将发酵海藻液、 改性腐植酸和聚合谷氨酸分别按固形物2‰、 5‰和5‰的比例添加到尿素中，在116℃下与尿素充分混匀、 熔融，冷却后粉碎，制备成相应的增值尿素试验产品，为保持条件一致，普通尿素添加与增值尿素等量的水，也经过相同的熔融过程。增值尿素试验产品均利用15N尿素(购自海化工研究院，原子丰度为10.22%)制备。供试肥料代号、 氮含量及丰度值见表1。

表1 供试尿素全氮含量及丰度

1.3 试验设计

试验采用土柱栽培方式，选用直径为25 cm(内径)、 高100 cm PVC管，埋入土中，上口高出地面3 cm，以防止降水地表径流流入，下不封口，与自然土壤直接接触，模拟田间自然栽培状态[17]。每个土柱装风干土55 kg。增值尿素与普通尿素处理均按N 0.1 g/kg干土(以0—30 cm土壤干重计算)，等氮量投入，与磷钾肥播种前一次性施用，均匀混施于土柱0—30 cm土层中; 磷、 钾用量按充足供应原则设计，磷肥用过磷酸钙(P2O5含量为12.5%)，施用量为P2O50.3 g/kg干土； 钾肥用氯化钾(K2O含量为60%)，施用量为K2O 0.3 g/kg干土(P2O5和K2O均以0—30 cm土壤干重计算)。

试验处理设置5个处理： 不施氮对照(CK，只施磷、 钾肥，用量与其它施肥处理相同)、 普通尿素(U)、 海藻酸尿素(AU)、 腐植酸尿素(HAU)和谷氨酸尿素(GU)，每个处理6次重复。试验于2011年10月19日播种，精选均匀饱满的麦种，每个土柱播36粒，在苗期间苗，每个土柱留20株。在小麦起身期(2012年3月22日)、 挑旗期(2012年4月12日)用量杯各浇水3 L。小麦于2012年6月9日收获。

1.4 测试项目与计算方法

植株样品的全氮含量采用H2SO4-H2O2联合消煮后，利用KDY-9820凯氏定氮仪蒸馏，0.02 mol/L(1/2 H2SO4)滴定[18]，尿素、 植物和土壤样品的15N丰度用Finngan-mat251超精度气体同位素质谱仪测定。

氮肥表观利用率=(施氮处理作物吸氮量-未施氮CK处理作物吸氮量)/施氮量×100%

氮的农学效率=(施氮处理作物产量-未施氮CK处理作物产量)/施氮量

原子百分超=实测丰度值-自然丰度值

肥料氮含量=样品全氮含量×样品15N原子百分超/肥料15N原子百分超

15N肥料利用率=作物地上部肥料氮吸收量/肥料氮施用量×100%

肥料N的土壤残留率=土壤肥料氮累积量/肥料氮施用量×100%

肥料氮损失率=1-(作物地上部肥料氮吸收量+土壤残留肥料氮量)/肥料氮施用量×100%

土壤氮素激发率=施氮肥处理作物吸收的土壤氮/未施氮CK处理作物吸收的总氮量×100%[19-23]

数据统计分析采用Excel 和SPSS Statistics 17.0 统计软件。

2 结果与分析

2.1 增值尿素对小麦产量及产量构成因素的影响

从表2中可以看出，与普通尿素相比，海藻酸尿素(AU)、 腐植酸尿素(HAU)和谷氨酸尿素(GU)均可显著提高小麦籽粒产量，增加幅度分别为7.12%、 13.63%和3.65%，小麦的生物产量分别提高9.13%，16.66%和5.81%，且处理间差异均达显著水平。从产量构成因素看，AU、 HAU和GU的穗数均显著高于U，分别增加4.3、 9.0和3.3穗。增值尿素处理的穗粒数与普通尿素无显著差异，AU处理的小麦千粒重较U高出0.25 g，GU处理则较U低0.33 g， 差异均不显著，HAU的小麦千粒重仅为43.20 g，显著低于U。可见，与普通尿素比较，3个增值尿素主要是通过增加小麦的穗数实现产量的提高。

表2 增值尿素对小麦产量及产量构成因素的影响

2.2 增值尿素对小麦氮素养分含量和吸收量的影响

由表3可知，HAU的小麦籽粒全氮和肥料氮含量均最高，且显著高于U、 AU和GU。普通尿素处理的小麦秸秆全氮和肥料氮含量最高，显著高于3个增值尿素处理，腐植酸尿素处理的小麦秸秆肥料氮含量显著低于其他施肥处理。

表3 增值尿素处理小麦全氮和肥料氮含量

从表4可看出，HAU的小麦籽粒氮素吸收量最高，其次为AU，较U分别高出N 0.239和0.104 g/pot，且差异达显著水平; GU较U高出0.058 g/pot，二者间差异不显著。HAU的小麦秸秆吸氮量显著高于其他处理，U、 AU和GU之间无显著差异。从小麦的地上部吸氮量来看，HAU和AU显著高于U，GU略高于U，二者之间差异不显著。

从表5可以看出，与U相比，AU、 HAU和GU处理均可促进小麦籽粒对土壤氮和肥料氮的吸收。AU、 HAU和GU处理小麦籽粒吸收来自土壤的氮量显著高于U处理，分别提高9.46%、 23.44%和4.34%， GU与U之间无显著差异;粒吸收肥料氮量显著高于其他处理，较U高出8.46%，AU和GU处理分别比普通尿素高出4.8%和3.48%，处理间差异达显著水平。

HAU处理的籽

表5 增值尿素对小麦土壤氮和肥料氮吸收量的影响 (g/pot)

HAU处理小麦秸秆吸收的土壤氮较U显著高出16.16%，AU和GU略低于U处理，但处理间无显著差异。各施肥处理的小麦秸秆吸收肥料氮量之间均无显著差异。从小麦地上部吸收的土壤氮来看，AU和HAU显著高于U处理，分别高出7.03%和21.12%，U与GU差异不显著。

表6 小麦吸收的肥料氮量占氮素吸收量的比例(%)

2.3 增值尿素对肥料氮在土壤剖面中分布的影响

表7 增值尿素对肥料氮在土壤剖面中分布的影响(N g/pot)

2.4 增值尿素对小麦氮肥利用率的影响

由表8可知，与普通尿素相比，增值尿素均可显著提高氮肥的表观利用率和农学效率，并显著降低损失率，HAU和AU可显著提高15N利用率和肥料氮的土壤残留率。AU、 HAU和GU处理的小麦氮肥表观利用率分别较U处理提高6.38、 15.63、 3.08个百分点，各处理间差异显著。HAU和AU处理的15N利用率，分别较U高出3.70和2.41个百分点，且差异达显著水平; GU处理的氮肥15N利用率比U高出1.55个百分点，显著不差异。这可能是因为供试土壤的氮素肥力偏低，同时土柱试验的缓冲能力相对较小，小麦对肥料氮的吸收量较高。HAU和AU处理肥料氮的土壤残留率比U高出5.82和5.22个百分点，差异达显著水平，GU与U处理间无显著差异。AU、 HAU和GU处理的肥料氮的损失率，分别比U降低7.64、 9.52和2.19个百分点，均显著低于普通尿素处理，氮肥的农学效率分别提高47.1%、 90.1%和24.1%，且处理间差异达显著水平。

表8 增值尿素对小麦氮肥利用率的影响

3 讨论

土壤氮素激发率反映的是施入土壤的氮肥对土壤有机氮释放的影响[43]。从小麦地上部肥料氮吸收量占氮素吸收总量的比例可以看出，普通尿素显著高于腐植酸尿素处理，说明施用腐植酸尿素处理可提高小麦对土壤氮素的吸收量，即腐植酸尿素和海藻酸尿素较普通尿素更能促进土壤有机氮的释放。本研究还得出，与腐植酸尿素和海藻酸尿素相比，普通尿素在土壤中的移动性略强，且海藻酸尿素和腐植酸尿素处理肥料氮在0—90 cm层次土壤的累积量显著高于普通尿素。

4 结论

1)与普通尿素相比，海藻酸尿素、 腐植酸尿素和谷氨酸尿素处理均可显著提高小麦籽粒产量，从产量构成因素看，增值尿素主要是通过增加小麦的穗数实现产量的提高。

3)土壤残留的肥料氮主要集中在0—50 cm土层中，海藻酸尿素和腐植酸处理在0—90 cm层次土壤肥料氮累积量显著高于普通尿素处理，分别高出14.3%和16.0%。

4)与普通尿素相比，海藻酸尿素、 腐植酸尿素和谷氨酸尿素均可显著提高小麦氮肥表观利用率和氮肥的农学效率，并显著降低肥料氮损失率; 腐植酸尿素和海藻酸尿素处理的15N利用率分别较普通尿素高出3.70和2.41个百分点。

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