• ISSN 1008-505X
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不同降雨年份控释尿素与普通尿素配施对夏玉米产量、氮素利用及经济效益的影响

任宁 汪洋 王改革 赵亚南 黄玉芳 岳松华 叶优良

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不同降雨年份控释尿素与普通尿素配施对夏玉米产量、氮素利用及经济效益的影响

    作者简介: 任宁 E-mail:luyirenning@163.com;
    通讯作者: 叶优良, E-mail:ylye@henau.edu.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2017YFD0200100,2018YFD0200601)。

Yield, nitrogen use and economic benefit of summer maize under different ratios of controlled-release and ordinary urea combination in normal and dry rainfall years

    Corresponding author: YE You-liang, E-mail:ylye@henau.edu.cn
  • 摘要:   【目的】  在干旱和正常降雨年份,比较控释尿素与普通尿素不同配施比例对玉米产量和经济效益的影响,为夏玉米养分科学管理提供依据。  【方法】  试验于2017—2018年在河南省禹州市顺店镇进行,该地2017年6—9月降雨量为210.9 mm,属少雨干旱年份;2018年6—9月,降雨量为533.9 mm,属降雨正常年份。试验设置控释尿素 (N 45%) 与普通尿素 (N 46%) 的配比分别为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5,施氮量均为N180 kg/hm2。于拔节期、大喇叭口期、开花期、乳熟期、成熟期取植株样品,测定植株全氮含量;于成熟期,测定玉米产量同时测试土壤无机氮含量。  【结果】  不同降雨年份玉米产量差异显著,相同处理下干旱年份 (2017) 与降雨正常年份 (2018) 相比玉米减产36.5%~53.4%。在降雨正常年份,与仅施普通尿素相比,控释尿素与普通尿素以4:6配比的玉米产量提高10.1%,经济效益提高15.8%。在干旱年份,与仅施普通尿素处理相比,控释尿素与普通尿素配施处理的玉米产量有所下降,其中CRU4显著减产22.9%,经济效益降低56.7%,当控释尿素与普通尿素比例为4∶6时减产幅度达到最大,经济效益也最低。相同配施处理下,在降雨正常年份玉米花后氮素累积比干旱年份增长108.0%~1175.7%,氮肥偏生产力增长57.4%~114.6%。在干旱年份,控释尿素与普通尿素配施处理的表层土壤硝态氮含量比降雨正常年份高52.3%~131.9%。在降雨正常年份,控释尿素与普通尿素配施处理土壤表层 (0—30 cm) 硝态氮含量均高于仅施普通尿素的处理。  【结论】  与正常降雨年份相比,干旱可导致玉米减产36.5%~53.4%,植株干物质累积量、氮素累积量、氮肥偏生产力均有所降低,土壤硝态氮残留量升高52.3%~131.9%。正常降雨量下,控释尿素与普通尿素配施能够提高玉米氮素累积量和经济效益,控释尿素与普通尿素在3∶7的配比下能获得最佳经济效益。
  • 图 1  玉米生育期内日均气温和降雨量

    Figure 1.  Average daily temperature and rainfall during maize growth period

    图 2  控释尿素与普通尿素田间释放特征

    Figure 2.  Nutrient release characteristics of controlled-release and ordinary urea in field

    图 3  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米植株干物质量

    Figure 3.  Dry matter quality of maize plants under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

    图 4  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米植株氮素累积量

    Figure 4.  N accumulation in maize plants under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

    图 5  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米各器官氮素累积所占的百分数

    Figure 5.  Percentage of accumulated N in each maize organ under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

    图 6  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米成熟期土壤NO3-N含量

    Figure 6.  NO3-N content in soil during maize maturity under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

    表 1  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米产量及其构成因子

    Table 1.  Yield and yield components of maize under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    产量 (kg/hm2)
    Yield
    百粒重 (g)
    100-grain weight
    穗粒数
    Grains per ear
    秃尖长 (cm)
    Bald tip length
    2017CK4481.67 b24.87 ab136 ab6.81 b
    U5817.37 a25.08 ab198 ab7.21 ab
    CRU15578.77 a29.30 a161 ab8.91 a
    CRU24770.13 ab24.64 ab155 ab8.06 ab
    CRU35274.52 ab21.91 b244 a7.86 ab
    CRU44485.51 b25.65 ab105 b8.52 ab
    CRU54755.28 ab26.49 ab122 ab7.60 ab
    2018CK4845.56 c25.54 c336 b6.81 a
    U9157.50 b28.15 b499 ab2.40 c
    CRU19335.00 b28.69 ab527 a2.97 bc
    CRU29212.50 b29.30 a517 a3.22 bc
    CRU310080.00 a29.19 a525 a3.14 bc
    CRU49624.17 b30.15 a514 a3.41 bc
    CRU59427.50 b28.58 ab501 ab3.04 b
    年份 Year**ns****
    注(Note):控释尿素与普通尿素比例 Ratio of controlled-release urea to common urea: 1∶9 (CRU1),2∶8 (CRU2),3∶7 (CRU3),4∶6 (CRU4),5∶5 (CRU5);同列数值后不同小写字母表示同一年份不同处理间差异达 P < 0.05 显著水平 Values followed by different lowercase letters in a column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05);**—P < 0.01;ns—不显著 No significance.
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    表 2  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米氮素利用

    Table 2.  N utilization of maize under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    氮肥回收率 (kg/kg)
    N recovery efficiency
    氮肥偏生产力 (kg/kg)
    N partial factor productivity
    收获指数 (kg/kg)
    Harvest index
    2017CK0.54 a
    U0.05 a32.32 a0.45 ab
    CRU10.00 d30.99 ab0.42 b
    CRU20.04 b26.50 ab0.38 b
    CRU30.04 b29.30 ab0.39 b
    CRU 4–0.04 e24.92 b0.43 ab
    CRU 50.02 c26.42 ab0.38 b
    2018CK0.41 d
    U0.47 c50.88 b0.52 ab
    CRU10.52 b51.86 b0.51 ab
    CRU20.45 c51.18 b0.48 abc
    CRU30.67 a56.00 a0.53 a
    CRU40.59 b53.47 ab0.44 cd
    CRU50.71 a52.38 b0.46 bcd
    年份 Yearnsnsns
    注(Note):控释尿素与普通尿素比例 Ratio of controlled-release urea to common urea: 1∶9 (CRU1),2∶8 (CRU2),3∶7 (CRU3),4∶6 (CRU4),5∶5 (CRU5);同列数值后不同小写字母表示同一年份不同处理间差异达 P < 0.05 显著水平 Different lowercase letters in a column indicate significant differences among treatments in the same year (P < 0.05). ns—差异不显著 No significance.
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    表 3  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米种植经济效益

    Table 3.  Economic benefit of maize production under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    产值
    Output value
    (yuan/hm2)
    肥料成本
    Fertilizer cost
    (yuan/hm2)
    其他生产成本
    Other production costs
    (yuan/hm2)
    经济收益
    Economic benefits
    (yuan/hm2)
    2017CK7171 b88637002584 abc
    U9308 a164937003959 a
    CRU18926 a167837003548 ab
    CRU27632 ab170937002223 bc
    CRU38439 ab173837003001 abc
    CRU47177 b176837001709 c
    CRU57608 ab179837002111 bc
    2018CK7753 c88637003167 c
    U14652 b164937009303 b
    CRU114936 b167837009558 b
    CRU214740 b170937009331 b
    CRU316128 a1738370010690 a
    CRU415399 b176837009931 b
    CRU515084 b179837009586 b
    年份 Year**nsns**
    注(Note): 控释尿素与普通尿素比例 Ratio of controlled-release urea to common urea: 1∶9 (CRU1), 2∶8 (CRU2), 3∶7 (CRU3), 4∶6 (CRU4), 5∶5 (CRU5);玉米当季价格 1.6 yuan/kg;尿素、控释尿素、重钙、氯化钾单价分别为 1.95、2.65、2.5、2.65 yuan/kg;农资成本、农机成本及灌溉成本玉米为 3700 yuan/hm2 The seasonal price of maize is 1.6 yuan/kg The unit prices of urea, controlled-release urea, bicalcium and potassium chloride were 1.95, 2.65, 2.5 and 2.65 yuan/kg, respectively. The cost of agricultural equipment,agricultural machinery and irrigation cost of maize is 3700 yuan/hm2. 同列数值后不同小写字母表示同一年份不同处理间差异达 P< 0.05 显著水平 Different lowercase letters in a column indicate significant differences among treatments in the same year ( P< 0.05). **—P < 0.01;ns—不显著 No significance.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-02
  • 网络出版日期:  2020-05-29
  • 刊出日期:  2020-04-01

不同降雨年份控释尿素与普通尿素配施对夏玉米产量、氮素利用及经济效益的影响

    作者简介:任宁 E-mail:luyirenning@163.com
    通讯作者: 叶优良, ylye@henau.edu.cn
  • 河南农业大学资源与环境学院/河南省农业绿色发展工程技术研究中心,河南郑州 450002
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2017YFD0200100,2018YFD0200601)。
  • 摘要:   【目的】  在干旱和正常降雨年份,比较控释尿素与普通尿素不同配施比例对玉米产量和经济效益的影响,为夏玉米养分科学管理提供依据。  【方法】  试验于2017—2018年在河南省禹州市顺店镇进行,该地2017年6—9月降雨量为210.9 mm,属少雨干旱年份;2018年6—9月,降雨量为533.9 mm,属降雨正常年份。试验设置控释尿素 (N 45%) 与普通尿素 (N 46%) 的配比分别为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5,施氮量均为N180 kg/hm2。于拔节期、大喇叭口期、开花期、乳熟期、成熟期取植株样品,测定植株全氮含量;于成熟期,测定玉米产量同时测试土壤无机氮含量。  【结果】  不同降雨年份玉米产量差异显著,相同处理下干旱年份 (2017) 与降雨正常年份 (2018) 相比玉米减产36.5%~53.4%。在降雨正常年份,与仅施普通尿素相比,控释尿素与普通尿素以4:6配比的玉米产量提高10.1%,经济效益提高15.8%。在干旱年份,与仅施普通尿素处理相比,控释尿素与普通尿素配施处理的玉米产量有所下降,其中CRU4显著减产22.9%,经济效益降低56.7%,当控释尿素与普通尿素比例为4∶6时减产幅度达到最大,经济效益也最低。相同配施处理下,在降雨正常年份玉米花后氮素累积比干旱年份增长108.0%~1175.7%,氮肥偏生产力增长57.4%~114.6%。在干旱年份,控释尿素与普通尿素配施处理的表层土壤硝态氮含量比降雨正常年份高52.3%~131.9%。在降雨正常年份,控释尿素与普通尿素配施处理土壤表层 (0—30 cm) 硝态氮含量均高于仅施普通尿素的处理。  【结论】  与正常降雨年份相比,干旱可导致玉米减产36.5%~53.4%,植株干物质累积量、氮素累积量、氮肥偏生产力均有所降低,土壤硝态氮残留量升高52.3%~131.9%。正常降雨量下,控释尿素与普通尿素配施能够提高玉米氮素累积量和经济效益,控释尿素与普通尿素在3∶7的配比下能获得最佳经济效益。

    English Abstract

    • 玉米是我国重要的粮食作物,也是重要的饲料作物,在国家粮食安全生产及畜牧业发展中占举足轻重的地位,2017年我国玉米种植面积达4239.9万hm2,占我国粮食种植面积的35.9%,玉米产量为25907.1万t,占我国粮食总产的39.2%[1]。施肥是保障玉米高产、稳产的主要技术手段[2]。王宜伦等[3]研究发现,玉米的氮素吸收前期缓慢增长,拔节后快速上升,吐丝至成熟期增幅较小。普通尿素一次性施入土壤后快速释放,28天后释放量快速下降[4]。前期玉米苗需氮量较小,肥料释放的氮不能及时被作物吸收,又遇夏季高温,普通氮肥很容易以NH3、NOX形式挥发损失,导致氮肥利用率降低,造成农业生产资源的浪费[5]。普通尿素分次施用可以减少氮素的损失并提高肥料利用率,然而这并不符合我国农业轻简化生产的要求。控释尿素是一种控制养分释放的包膜肥料,是解决尿素养分快速释放的有效途径之一,可在玉米需肥高峰期提供充足的氮素,具有提高肥料利用率、改善作物品质等特点[6-7],但控释尿素养分的释放具有一定的缓效性,玉米生育前期也需要一定的养分供给,因此仅控释肥料的投入会造成玉米生育前期氮素供应不足,通过普通尿素与控释尿素配施可以很好解决这一问题[8-9]。此外,控释尿素一般价格较高,因而普通尿素与控释尿素配合施用是提高作物氮素利用率,减少生产人工投入及获得高收益的有效途径[10-11]

      干旱是影响作物生产最严重的限制因子,并且在我国发生的频率很高,影响范围非常大[12-13],倪深海等[14]研究指出,在我国农业干旱脆弱性统计分区中,严重干旱脆弱区域占44.4%,在我国粮食主产区有十年九旱的说法。近年来,我国每年因干旱而导致的粮食产量损失达3亿t[15-16]。进入21世纪以来,河南地区全省供水总量中地下水开采量逐年增加,地下水开采总量占总供水量的70%,由此也导致河南平原地区地下水位不断下降,致使农业生产受到影响[17-18]。水分对控释尿素养分的释放和运移有着重要影响,水分在土壤中以水蒸气的形式透过控释尿素膜壳微孔进入膜内,充足的水分使膜内压增大,膜内外压力差的形成使控释尿素的养分得以释放[19-20]。合理的增施控释尿素可以有效缓解水分胁迫对作物干物质累积及产量的影响,控释尿素和水分在作物产量及氮素利用效率上存在正耦合效应,土壤水分可以有效促进控释尿素与普通尿素配施下的养分释放[21-23]。控释尿素与普通尿素对作物生长发育影响多是在雨水供应充足情况下进行,而关于缺水条件下控释尿素与普通尿素配施效果的研究则鲜有报道。近年来全国不同地区常有干旱的发生,研究干旱和雨水丰沛两种年份种植玉米时氮肥的速控比具有非常重要的意义。本研究通过2年大田试验,以登海605为供试品种,探讨不同降雨年份下控释尿素与普通尿素配比对玉米干物质累积、氮素吸收及经济效益的影响,为提高玉米氮素利用与玉米种植经济效益以及探究控释尿素在不同降雨水平下养分释放速率提供理论依据。

      • 试验于2017—2018年在河南省禹州市顺店镇康城村进行,玉米生育期内日均气温和降雨量如图1所示,统计数据显示禹州地区年均降雨量为756.1 mm[1],其中2017—2018年玉米生育期降雨量分别为210.9、533.9 mm,试验期间玉米生育期内蒸发量分别为528.0、493.0 mm。试验前取田块耕层 (0—30 cm) 土壤检测,其基础养分状况为:有机质20.5 g/kg、全氮0.92 g/kg、速效磷22.0 mg/kg、速效钾135.7 mg/kg、pH 8.2。

        图  1  玉米生育期内日均气温和降雨量

        Figure 1.  Average daily temperature and rainfall during maize growth period

      • 试验为田间小区试验,供试肥料为控释尿素 (CRU,含N 45%),普通尿素 (U,含N 46%),各施肥处理氮肥用量均为N 180 kg/hm2,设置7个处理,分别为不施氮肥 (CK)、只施用普通尿素 (U)和5个控释尿素与普通尿素配施处理,配施比例依次为1∶9 (CRU1)、2∶8 (CRU2)、3∶7 (CRU3)、4∶6 (CRU4)、5∶5 (CRU5),每个处理3次重复,随机排列,小区面积为30 m2 (5 m × 6 m)。试验于6月5—8日播种,9月22—25日收获。玉米品种选用登海605,种植密度为60000株/hm2。磷肥为过磷酸钙 (P2O5 46%),用量为90 kg/hm2;钾肥为氯化钾 (K2O 60%),用量为90 kg/hm2。氮肥、磷肥、钾肥均在玉米三叶一心期定苗后一次性施用。

        控释尿素与普通尿素养分释放量采用物理称重法测定,用尼龙网袋埋入大田中,于播种后0、15、30、45、60、75、90、105、120天取网袋,用蒸馏水缓慢冲洗,直至把肥料上的土壤杂质冲洗干净,将肥料放在60℃烘箱中烘至恒重,通过差减法计算氮素释放率。

      • 于玉米拔节期、大喇叭口期、开花期、乳熟期、成熟期取植株样品,分为茎、叶、穗 (开花期后出现,包括苞叶、穗轴和籽粒) 三部分器官,鲜样在105℃下杀青30 min,80℃烘干至恒重。样品粉碎后过1 mm筛,用H2SO4-H2O2消煮,定容消煮后过滤得到待测液,采用连续流动分析仪 (AA3,SEAL,德国) 测定植株氮含量。成熟期采集0—30、30—60、60—90 cm土层鲜土样,用0.01 mol/L KCl浸提,采用AA3流动注射分析仪测定土壤中硝态氮含量。

      • 花后氮素吸收量 (kg/hm2) = 成熟期植株氮素累积量 - 开花期植株氮素累积量

        花前氮素转运量 (kg/hm2) = 开花期营养器官氮素累积量 - 成熟期营养器官氮素累积量

        器官氮素占比 (%) = 器官氮素累积量/植株氮素累积量 × 100

        氮素偏生产力 (kg/kg) = 施氮区籽粒产量/施氮量

        收获指数 (kg/kg) = 成熟期籽粒产量/生物产量

        氮素回收率 (kg/kg) = (施氮区玉米整株氮素吸收量 - 不施氮区玉米整株氮素吸收量)/总施氮量

        采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0处理试验数据,用Duncan法进行处理间多重比较,采用Origin 9.0作图。

      • 干旱年份 (2017年) ,普通尿素养分释放量最终达到77.4%,控释尿素最终释放量为53.4% (图2)。降雨正常年份 (2018年),普通尿素养分释放量在播种后的30天就达到79.0%,该阶段控释尿素释放了29.4%。控释尿素养分释放高峰期在播种后的60~105天,该阶段养分释放了37.2%。至玉米成熟期普通尿素养分释放量达100%,而控释尿素养分释放量为78.2%。

        图  2  控释尿素与普通尿素田间释放特征

        Figure 2.  Nutrient release characteristics of controlled-release and ordinary urea in field

      • 年际间玉米产量差异显著,年份对产量的影响达极显著水平 (表1)。2017年,施肥区玉米产量与2018年相比降低约50%,而不施肥区仅下降8.1%。与仅施普通尿素处理相比,2017年控释尿素与普通尿素配施处理的玉米产量有所下降,其中CRU4显著减产22.9%,而在2018年则有增产趋势,其中CRU3显著增产10.1%。降雨量不同显著影响了玉米穗粒数和秃尖长度,如与2017年相比,CRU3处理2018年的玉米百粒重、穗粒数分别增加33.2%、115.2%,秃尖长度缩短60.4%。

        表 1  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米产量及其构成因子

        Table 1.  Yield and yield components of maize under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        产量 (kg/hm2)
        Yield
        百粒重 (g)
        100-grain weight
        穗粒数
        Grains per ear
        秃尖长 (cm)
        Bald tip length
        2017CK4481.67 b24.87 ab136 ab6.81 b
        U5817.37 a25.08 ab198 ab7.21 ab
        CRU15578.77 a29.30 a161 ab8.91 a
        CRU24770.13 ab24.64 ab155 ab8.06 ab
        CRU35274.52 ab21.91 b244 a7.86 ab
        CRU44485.51 b25.65 ab105 b8.52 ab
        CRU54755.28 ab26.49 ab122 ab7.60 ab
        2018CK4845.56 c25.54 c336 b6.81 a
        U9157.50 b28.15 b499 ab2.40 c
        CRU19335.00 b28.69 ab527 a2.97 bc
        CRU29212.50 b29.30 a517 a3.22 bc
        CRU310080.00 a29.19 a525 a3.14 bc
        CRU49624.17 b30.15 a514 a3.41 bc
        CRU59427.50 b28.58 ab501 ab3.04 b
        年份 Year**ns****
        注(Note):控释尿素与普通尿素比例 Ratio of controlled-release urea to common urea: 1∶9 (CRU1),2∶8 (CRU2),3∶7 (CRU3),4∶6 (CRU4),5∶5 (CRU5);同列数值后不同小写字母表示同一年份不同处理间差异达 P < 0.05 显著水平 Values followed by different lowercase letters in a column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05);**—P < 0.01;ns—不显著 No significance.
      • 图3可知,相同处理下,2018年干物质累积量比2017年增加了20.1%~111.1%,CK处理增幅最低,CRU4处理增幅最高。在成熟期,施肥处理以CRU4处理下的玉米干物质累积量最低,仅比CK处理的高4.58%,CRU1处理下的干物质累积量最高且较CK处理高35.3%。在干旱条件下,控释尿素与普通尿素配施干物质累积量仅有CRU1、CRU3两种处理比U处理高。表明正常降雨量年份 (2018) 下,配施控释尿素才有较好的效果,以CRU4配比增加干物质累积量效果最为明显。

        图  3  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米植株干物质量

        Figure 3.  Dry matter quality of maize plants under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

      • 图4可知,相同处理下,玉米氮素累积量在2018年较2017年增加41.8%~193.6%,以CRU4处理增幅最大。2018年,控释尿素配施处理成熟期玉米的氮素累积量比单施尿素增加2.3%~20.7%,以CRU5处理最高,CRU2处理最低。2017年玉米花后氮素累积量为5.7~33.1 kg/hm2,以单施尿素处理最高,达33.1 kg/hm2,占整个生育期植株氮素累积量的34.8%。相同处理下,2018年玉米花后氮素累积较2017年增长108.0%~1175.7%,以单施尿素处理增幅最低,CRU4处理增幅最高。2018年CRU3处理的花后氮素累积量最高,达97.9 kg/hm2,占整个生育期氮素累积量的40.5%,玉米茎秆花前氮素转移量为14.8~19.5 kg/hm2,且随着控释尿素投入比例的提高,茎秆花前氮素转移量呈现为先升高后降低的趋势,以CRU4处理最高;叶片花前氮素转移量为23.5~48.3 kg/hm2,以CRU5处理最高。

        图  4  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米植株氮素累积量

        Figure 4.  N accumulation in maize plants under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

        图5可知,玉米穗部氮素占比随生育期推进逐渐升高。2017年成熟期玉米穗部氮素占比以CK处理最高,达63%。2018年成熟期玉米穗部氮素占比以CRU5处理最高,达82%。

        图  5  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米各器官氮素累积所占的百分数

        Figure 5.  Percentage of accumulated N in each maize organ under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

      • 双因素方差分析结果 (表2) 显示,氮肥配施对氮肥回收率和氮肥偏生产力有显著影响,年份与不同处理互作对收获指数的影响达极显著水平。较干旱年份 (2017) 相比,降雨正常年份 (2018) 玉米氮肥偏生产力增长57.4%~114.6%,以CRU4处理增长最大。干旱年份 (2017),U处理的氮肥偏生产力相比控释尿素与普通尿素配施处理提高4.3%~29.7%,收获指数提高3.9%~18.7%。降雨正常年份 (2018),CRU3和CRU5两种处理下的氮肥回收率与U处理相比分别高42.6%和51.1%,同时CRU3处理的氮肥偏生产力与收获指数均达到最高。

        表 2  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米氮素利用

        Table 2.  N utilization of maize under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        氮肥回收率 (kg/kg)
        N recovery efficiency
        氮肥偏生产力 (kg/kg)
        N partial factor productivity
        收获指数 (kg/kg)
        Harvest index
        2017CK0.54 a
        U0.05 a32.32 a0.45 ab
        CRU10.00 d30.99 ab0.42 b
        CRU20.04 b26.50 ab0.38 b
        CRU30.04 b29.30 ab0.39 b
        CRU 4–0.04 e24.92 b0.43 ab
        CRU 50.02 c26.42 ab0.38 b
        2018CK0.41 d
        U0.47 c50.88 b0.52 ab
        CRU10.52 b51.86 b0.51 ab
        CRU20.45 c51.18 b0.48 abc
        CRU30.67 a56.00 a0.53 a
        CRU40.59 b53.47 ab0.44 cd
        CRU50.71 a52.38 b0.46 bcd
        年份 Yearnsnsns
        注(Note):控释尿素与普通尿素比例 Ratio of controlled-release urea to common urea: 1∶9 (CRU1),2∶8 (CRU2),3∶7 (CRU3),4∶6 (CRU4),5∶5 (CRU5);同列数值后不同小写字母表示同一年份不同处理间差异达 P < 0.05 显著水平 Different lowercase letters in a column indicate significant differences among treatments in the same year (P < 0.05). ns—差异不显著 No significance.
      • 年份对玉米经济收益的影响达极显著水平 (表3)。相同处理下,降雨正常年份 (2018) 玉米经济收益相比干旱年份 (2017) 增长22.6%~480.6%。在干旱年份 (2017),U处理的玉米产值与经济效益最高,达9308、3959元/hm2,控释尿素与普通尿素配施相比仅使用普通尿素处理经济效益降低了10.2%~56.7%。在降雨正常年份 (2018),相比U处理,控释尿素与普通尿素配施处理的经济效益提高0.8%~15.8%,以CRU3处理的玉米产值与经济效益最高,两项指标分别增长10.1%和15.0%。

        表 3  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米种植经济效益

        Table 3.  Economic benefit of maize production under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        产值
        Output value
        (yuan/hm2)
        肥料成本
        Fertilizer cost
        (yuan/hm2)
        其他生产成本
        Other production costs
        (yuan/hm2)
        经济收益
        Economic benefits
        (yuan/hm2)
        2017CK7171 b88637002584 abc
        U9308 a164937003959 a
        CRU18926 a167837003548 ab
        CRU27632 ab170937002223 bc
        CRU38439 ab173837003001 abc
        CRU47177 b176837001709 c
        CRU57608 ab179837002111 bc
        2018CK7753 c88637003167 c
        U14652 b164937009303 b
        CRU114936 b167837009558 b
        CRU214740 b170937009331 b
        CRU316128 a1738370010690 a
        CRU415399 b176837009931 b
        CRU515084 b179837009586 b
        年份 Year**nsns**
        注(Note): 控释尿素与普通尿素比例 Ratio of controlled-release urea to common urea: 1∶9 (CRU1), 2∶8 (CRU2), 3∶7 (CRU3), 4∶6 (CRU4), 5∶5 (CRU5);玉米当季价格 1.6 yuan/kg;尿素、控释尿素、重钙、氯化钾单价分别为 1.95、2.65、2.5、2.65 yuan/kg;农资成本、农机成本及灌溉成本玉米为 3700 yuan/hm2 The seasonal price of maize is 1.6 yuan/kg The unit prices of urea, controlled-release urea, bicalcium and potassium chloride were 1.95, 2.65, 2.5 and 2.65 yuan/kg, respectively. The cost of agricultural equipment,agricultural machinery and irrigation cost of maize is 3700 yuan/hm2. 同列数值后不同小写字母表示同一年份不同处理间差异达 P< 0.05 显著水平 Different lowercase letters in a column indicate significant differences among treatments in the same year ( P< 0.05). **—P < 0.01;ns—不显著 No significance.
      • 除CK外,成熟期各施肥处理的土壤硝态氮含量均随土壤深度的增加而逐渐降低 (图6)。成熟期表层 (0—30 cm) 土壤硝态氮含量在干旱年份 (2017) 要高于正常降雨年份 (2018)。相同配施处理干旱年份 (2017) 的表层土壤硝态氮含量较降雨正常年份 (2018) 高52.3%~131.9%。在干旱年份 (2017),与U处理相比,控释尿素与普通尿素配施后的土壤表层 (0—30 cm) 硝态氮含量提高了45.2%~72.1%,以CRU3处理最高。在降雨正常年份 (2018),控释尿素与普通尿素配施处理的土壤表层 (0—30 cm) 硝态氮含量也都高于U处理,以CRU4处理最高。

        图  6  2017和2018年不同控释尿素配施比例下玉米成熟期土壤NO3-N含量

        Figure 6.  NO3-N content in soil during maize maturity under different combination ratio of controlled-release urea in 2017 and 2018

      • 干旱是导致粮食减产的重要自然灾害,在我国北方夏粮主产区,干旱已经成为影响玉米产量的重要因子[24]。有研究指出干旱导致我国玉米减产20%~50%[16, 25],严重时直接导致作物绝收[10]。本研究中相同处理,干旱年份 (2017) 与降雨正常年份 (2018) 相比玉米减产36.5%~53.4%,同时玉米的氮肥偏生产力与收获指数也有显著性降低。在干旱条件下,水分的缺乏导致控释尿素包膜无法涨破[19],因此普通尿素养分的释放量要大于控释尿素[11],本研究中干旱年份仅施普通尿素的处理玉米产量达到最高,且其氮素回收率、氮肥偏生产力、收获指数均为最高。降雨正常年份 (2018),控释尿素与普通尿素配施处理玉米产量均高于仅施普通尿素的处理,这说明控释尿素的投入能够提高玉米的产量[26-27],同时控释尿素的投入也提高了氮素的偏生产力,我国高产玉米的氮肥偏生产力平均为57 kg/kg[28],本研究中控释尿素∶普通尿素=3∶7处理的氮肥偏生产力为56.0 kg/kg。水分的缺乏使肥料的养分无法得到充分释放[29],也导致了养分资源的浪费,且市场上控释尿素价格远高于普通尿素的价格[30-31]。本研究中降雨正常年份 (2018),控释尿素与普通尿素配施处理与仅施普通尿素处理相比玉米经济收益增加0.3%~14.9%,其中该条件下玉米获得最高收益的肥料配比为控释尿素∶普通尿素=3∶7。

      • 水分供应充足是土壤中养分被作物吸收、转运及转化的关键[29, 32],水分的缺乏将会抑制根系对氮素吸收,在生育后期水分的缺乏还会极大程度的限制氮素向穗部的转运[23, 33]。本研究中,与降雨正常年份 (2018) 相比,相同处理下干旱年份干物质累积量降低16.8%~52.6%,氮素累积量降低17.2%~65.9%。干旱年份 (2017) 玉米花后氮素吸收量在5.7~33.1 kg/hm2,与降雨正常年份的氮素吸收量 (32.9~97.9 kg/hm2) 相比有很大程度地降低。有研究[34-35]指出,玉米花前叶器官向穗部转运的氮素量要高于茎器官的转运量。本研究中,干旱年份 (2017) 玉米花前茎器官氮素转移量为1.5~8.6 kg/hm2,显著低于花前叶器官氮素转移量 (17.0~27.6 kg/hm2);降雨正常年份 (2018) 玉米花前茎器官氮素转移量为14.8~19.5 kg/hm2,低于花前叶器官氮素转移量 (28.9~48.3 kg/hm2)。营养器官花前氮素转移对植株干物质累积及籽粒氮素累积有很大的贡献[32, 35]。本研究中,降雨正常年份 (2018),控释尿素与普通尿素配施处理的花前叶器官氮素转移量比仅施普通尿素处理的高8.2%~67.0%,花前茎器官氮素转移量比仅施普通尿素处理高10.5%~32.0%。

      • 氮肥施入土壤后经过水解转化为无机氮供作物吸收转运,因而充足的水分是氮肥水解的必要条件[36],同时水分也是导致肥料向地下淋洗的主要因素[37-38]。前人[22, 39]研究表明,控释尿素的投入能够加强玉米对土壤氮素营养的吸收,也可以有效缓解水分胁迫对干物质累积和氮素利用的影响。本研究中,相同配施处理下,与降雨正常年份 (2018) 相比,干旱年份 (2017) 表层土壤硝态氮含量升高了52.3%~131.9%,而30—90 cm土层的硝态氮残留量并无明显差异,这与水分带动养分向下淋溶有很大的关系[37]。控释尿素养分释放较普通尿素具有很强的延迟性[40],在生育后期水分充足的情况下,普通尿素养分已完全释放并被作物吸收,而控释尿素开始大量水解释放,本研究中,降雨正常年份 (2018) 成熟期控释尿素养分释放仅为78.2%,土壤硝态氮残留量高于仅施普通尿素的处理。

      • 与正常降雨年份相比,相同处理在干旱年份下减产36.5%~53.4%,玉米植株干物质累积量、氮素累积量、氮素回收率均有所降低,0—30 cm土壤硝态氮残留量提高了52.3%~131.9%。在干旱年份,仅施普通尿素处理的经济效益为最高。在正常降雨量年份,与仅施普通尿素处理相比,控释尿素与普通尿素 3∶7 的配比可使玉米产量升高10.1%,并获得最佳收益。

    参考文献 (40)

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