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  • ISSN 1008-505X
  • CN 11-3996/S

缓释氮肥与尿素掺施比例对冬小麦产量及氮素吸收利用的影响

张晨阳, 张富仓, 郭金金, 刘翔

张晨阳, 张富仓, 郭金金, 刘翔. 缓释氮肥与尿素掺施比例对冬小麦产量及氮素吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(4): 669-680. DOI: 10.11674/zwyf.19224
引用本文: 张晨阳, 张富仓, 郭金金, 刘翔. 缓释氮肥与尿素掺施比例对冬小麦产量及氮素吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(4): 669-680. DOI: 10.11674/zwyf.19224
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ZHANG Chen-yang, ZHANG Fu-cang, GUO Jin-jin, LIU Xiang. Effects of blending ratios of slow-release nitrogen fertilizer and urea on yield and nitrogen uptake of winter wheat[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(4): 669-680. DOI: 10.11674/zwyf.19224
Citation: ZHANG Chen-yang, ZHANG Fu-cang, GUO Jin-jin, LIU Xiang. Effects of blending ratios of slow-release nitrogen fertilizer and urea on yield and nitrogen uptake of winter wheat[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(4): 669-680. DOI: 10.11674/zwyf.19224
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缓释氮肥与尿素掺施比例对冬小麦产量及氮素吸收利用的影响

  • 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室/西北农林科技大学旱区节水农业研究院，陕西杨凌 712100

基金项目: 国家重点研发计划项目（2017YFC0403303）；农业部公益性行业科研专项（201503124）；教育部高等学校创新引智计划（B12007）。
详细信息
    作者简介:

    张晨阳E-mail：zhangchenyang@nwsuaf.edu.cn

    通讯作者:

    张富仓 Tel：029-87091151，E-mail：zhangfc@nwsuaf.edu.cn

Effects of blending ratios of slow-release nitrogen fertilizer and urea on yield and nitrogen uptake of winter wheat

  • Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education, Northwest A&F University/Institute of Water-saving Agriculture in Arid Areas of China, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China

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    摘要
  • 摘要:
    目的 

    研究不同氮肥类型下缓释氮肥与尿素掺混对3个不同冬小麦品种生长发育、干物质累积量、产量、氮素转运、吸收利用效率以及土壤硝态氮残留的影响，探索适宜提高陕西关中地区冬小麦产量的氮肥配比，为该地冬小麦高效生产的肥料管理提供科学依据。

    方法 

    本试验设置了4个氮肥处理，分别为纯尿素 (U)、纯缓释氮肥 (S)、缓释氮肥与尿素8∶2掺混 (SU1)、缓释氮肥与尿素6∶4掺混 (SU2)，施氮量为180 kg/hm2；以不施氮肥 (N0) 为对照。选取关中地区农民主栽的3个冬小麦品种[小偃22 (XY22)、西农979 (XN979) 和郑麦379 (ZM379)]为试材，每个品种设5个处理。观测冬小麦在主要生育期的株高和叶面积指数，并分析冬小麦成熟期的干物质累积量、产量、植株氮素累积量和土壤硝态氮残留量。

    结果 

    施氮量相等时，缓释氮肥与尿素掺施能显著促进冬小麦生长发育，增加冬小麦的产量和成熟期植株氮素累积量。SU2处理下不同冬小麦品种的株高、叶面积指数、产量和成熟期植株氮素累积量均达到最大值，且0—100 cm土层剖面硝态氮残留量最小。SU2处理下3个冬小麦品种的产量分别比U和S处理提高了31.81%～31.99%和9.66%～25.38%；营养器官的氮素向籽粒的转移率也分别提高了21.31%～51.12%和2.60%～20.78%。此外，缓释氮肥与尿素掺施能显著提高3个冬小麦品种的氮素吸收利用效率，显著促进开花后营养器官的氮素向籽粒转运，XY22、XN979和ZM379在SU处理下，冬小麦营养器官氮素转运对籽粒的贡献率分别为49.71%、48.32%和49.39%；在SU2处理下3个冬小麦品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均最大，分别为17.54和41.95 kg/kg、17.94和41.53 kg/kg、11.32和38.56 kg/kg。冬小麦收获后，XY22在SU2处理下0—100 cm土层硝态氮的残留总量在3个品种中最小, 为112.67 kg/hm2，比U处理下的硝态氮累积总量明显下降13.48%。这表明缓释氮肥与尿素掺施可以显著提高表层土壤硝态氮含量，减少硝态氮向土壤深层淋失，提高氮肥的利用效率。

    结论 

    施氮量为180 kg/hm2时，缓释氮肥与尿素按6∶4掺混是本试验条件下冬小麦高效生产的最佳掺施比例。

    Abstract:
    Objectives 

    To explore the optimal blending ratio that is beneficial to increase the yield of winter wheat in Guanzhong Plain, Shaanxi, to provide a scientific basis for fertilizer management in efficient winter wheat production.

    Methods 

    Field experiments were conducted to study the effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on the growth, yield, nitrogen uptake and utilization and soil nitrate nitrogen residue of three different winter wheat varieties under different nitrogen fertilizer types and blending ratios. There were four nitrogen fertilizer application treatments (U: urea, S: slow release nitrogen fertilizer, SU1∶a mixture of slow release nitrogen fertilizer and urea with N ratio of 8∶2 and SU2∶a mixture of slow release nitrogen fertilizer and urea with N ratio of 6∶4) in this experiment, and three winter wheat cultivars popularly planted by farmers in Guanzhong Plain, Xiaoyan 22 (XY22), Xinong 979 (XN979) and Zhengmai 379 (ZM379). Plant height, leaf area index, dry mater accumulation, yield, nitrogen uptake and utilization and soil nitrate nitrogen residue of winter wheat were measured. 180 kg/hm2 of nitrogen was applied in this research, and no nitrogen plot was designed as the control (CK).

    Results 

    Slow-release nitrogen fertilizer and urea blending could significantly promote plant growth and increase crop yield, nitrogen uptake and utilization efficiency of winter wheat. The plant height, leaf area index, yield and nitrogen accumulation at maturity stage of different winter wheat cultivars under SU2 treatment reached the maximum values, the cumulative amount of nitrate nitrogen in the 0–100 cm soil layer under SU2 treatment reached the minimum value simultaneously. Commpared to U and S treatment, the yields were 31.81%–31.99% and 9.66%–25.38% higher; and the N translocation rates were 21.31%–51.12% and 2.60%–20.78% higher under SU2 treatment, respectively. In addition, slow-release nitrogen fertilizer and urea blending markedly increased nitrogen uptake and use efficiency of three winter wheat cultivars, significantly promoted the transport of nitrogen from the vegetative organs to grains after flowering. Under SU treatment, the contribution rates of nitrogen transport to grain of XY22, XN979 and ZM379 were 49.71%, 48.32% and 49.39%, respectively. The nitrogen agronomic use efficiency and partial factor productivity from applied N of XY22, XN979 and ZM379 under SU2 treatment reached their largest values, 17.54 kg/kg and 41.95 kg/kg, 17.94 kg/kg and 41.53 kg/kg, 11.32 kg/kg and 38.56 kg/kg, respectively. The cumulative amount of nitrate nitrogen in the 0–100 cm soil layer of XY22 under SU2 treatment reached the minimum value of 112.67 kg/hm2 among the three varieties after harvest, which was 13.48% lower than that under U treatment, with a significant difference. Slow-release nitrogen fertilizer and urea blending distinctly increased the content of nitrate nitrogen in surface soil at maturity stage, reduced nitrate leaching to deep soil, and improved nitrogen use efficiency.

    Conclusion 

    These results demonstrate that a mixture of slow release nitrogen fertilizer and urea with N ratio of 6∶4 is the optimal blending ratio when 180 kg/hm2 of nitrogen is applied..

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  • 小麦是陕西省的第一大粮食作物，而关中平原是陕西省主要的小麦生产区域，其小麦产量占全省产量的64%。为给陕西经济的高速发展提供强有力的支撑，提升关中平原小麦的生产能力至关重要[1]。为保证产量，许多农户增加氮肥投入量。常艳丽等[2]研究表明，陕西关中地区38.5%的农户施氮量很高，远超过平均施氮量，而小麦产量却没有同步增加；同时氮肥前期投入过量也成为制约陕西关中地区农业发展的主要问题。过量的氮肥投入，不仅使肥料的利用率降低，还可能导致作物减产[3-4]、经济效益降低[5]，也会造成土壤环境的面源污染等[6-7]。提高氮肥利用效率一直是众多学者探索的重要问题。氮肥后移技术的提出，显著提高了冬小麦中后期的灌浆速率、产量和氮肥利用率[8-9]，多次施肥更有利于氮肥利用效率的提高[10]，但多次施肥也会增加劳动力投入。缓释氮肥的出现，为解决以上问题提供了新的思路，作为新型的长效肥料，缓释氮肥的养分释放速率与作物养分的吸收速率基本同步[11-13]，一次性基施就可以基本满足作物各个生育时期的养分需求[14]，它的出现为提高作物产量和肥料利用效率，有效缓解环境污染提供了新的方法[15]。但其缓释性可能会造成作物前期养分供应不足，较高的价格也限制了它的推广应用。因此，将缓释氮肥与尿素按一定的比例掺施对于提高陕西关中地区冬小麦产量和肥料利用率具有十分重要的意义。缓释氮肥肥效期较长，基施基本可以满足作物生长时期的养分需求，保证作物的产量，但仅施用缓释肥料很难与作物对肥料的需求规律完全一致，为更好地满足作物生长发育的需求，可将缓释肥料与尿素掺施[16]。已有的研究表明，相同施氮量下缓释氮肥与尿素掺混，可显著提高冬小麦和夏玉米干物质累积量和产量，提高氮肥利用效率[17]；有效提升作物生长后期土壤硝态氮含量，降低成熟期的残留量，减少肥料的消耗和追肥时劳动力的投入[18]；有效减轻肥料过量投入对水土环境造成的点面源污染[15]。此外，在缓释氮肥与尿素掺混对作物的影响机制的研究中发现，通过调节作物光合和灌浆等生长生理活动，缓释氮肥与尿素掺施明显促进了作物生长发育中后期干物质累积和转移，促进了籽粒蛋白质和养分含量的增加，在保证小麦产量的同时提高了年平均利润，是一种值得推荐的氮肥运筹方式[19-21]。目前，陕西关中地区夏玉米的产量及肥料利用效率对缓释氮肥与尿素掺施的响应已有一系列报道，但是关于缓释氮肥与尿素掺施对关中地区不同品种冬小麦生长发育、产量性状和土壤剖面硝态氮累积的影响还需进一步研究。本试验通过设置不同的缓释氮肥与尿素掺施比例，与单施缓释氮肥和尿素作对比，研究不同氮肥类型和掺施比例对关中地区农民主栽的3个冬小麦品种的生长、干物质累积量、产量、氮素转运、氮素吸收利用效率以及土壤硝态氮残留的影响机制，旨在探索适宜提高陕西关中地区冬小麦产量的氮肥配比，为该地冬小麦高效生产的肥料管理提供科学依据。

    1.   材料与方法

    1.1   试验地概况

    试验于2017年10月24日至2018年6月5日在西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室节水灌溉试验站进行。该试验站位于108°24'E、34°20'N，属于温带大陆性气候。年平均气温为12.9℃，多年平均降水量和多年平均蒸发量分别为602和1510 mm，全年共有无霜期210 天，海拔为521 m。试验期间的气象条件如图1所示。

    图  1  试验期间日平均温度和降水量
    Figure  1.  Average temperature and precipitation during the growing season
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    试验区土壤质地为重壤土，0—100 cm剖面田间持水量为24%，凋萎含水量为8.5%。0—20 cm耕层土壤pH为8.14，有机质为12.0 g/kg，全氮含量为0.89 g/kg、全磷为0.60 g/kg、全钾为14.10 g/kg，碱解氮55.3 mg/kg、有效磷 8.21 mg/kg、速效钾132 mg/kg。

    1.2   试验设计

    试验共设4个氮肥处理：尿素 (U)、缓释氮肥 (S)、缓释氮肥与尿素以8:2掺混 (SU1)、缓释氮肥与尿素以6:4掺混 (SU2)，以不施氮肥 (N0) 为对照；以关中地区农民主栽的3个冬小麦品种为研究对象：小偃22 (XY22，1990年)、西农979 (XN979，2000年) 和郑麦379 (ZM379，2010年)。每个品种设5个处理，每个处理重复3次，共45个小区，各小区随机排列。

    试验施氮量均为180 kg/hm2，所用氮肥为尿素和缓释氮肥，供试肥料尿素含氮量46.4%，缓释氮肥由山东菲姆频果商贸有限公司生产，含氮量26%，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。缓释氮肥和缓释氮肥与尿素掺混肥均作为基肥于播种前一次性施入，纯尿素施肥按基追比5∶5在小麦拔节期 (2018年4月5日) 追肥。各处理磷肥和钾肥均作为基肥一次性施入。

    冬小麦在2017年10月24日播种，播种量为150 kg/hm2，行距为20 cm，2018年6月5日收获。每个试验小区面积为7 m × 3 m = 21 m2，试验区周围设有1 m的相同作物保护行。试验期间于冬小麦拔节期追肥后统一灌水30 mm，其他田间管理措施与当地农户相同。

    1.3   测定项目与方法

    1.3.1   植株生长指标的测定

    在冬小麦返青期、拔节期、开花期、灌浆期，每小区随机选取20株长势一致的作物，用卷尺测定株高；在冬小麦返青期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期，每小区随机选取3个点，用植物冠层分析仪LAI-2000测定叶面积指数。

    1.3.2   植株干物重与产量测定

    于冬小麦成熟期每小区随机破坏性取样20株。在105℃下杀青30 min，然后在75℃烘至恒重，称干物重；产量及其构成要素测定于冬小麦成熟期各小区随机选取1 m2取样，风干至籽粒水分含量为14%时测定产量。

    1.3.3   植株氮素吸收量测定

    冬小麦开花期和成熟期取样，开花期分为茎、叶和穗3部分，成熟期分为茎、叶、穗和籽粒4部分。样品在105℃下杀青30 min，然后在75℃烘至恒重，将烘干后的植株地上部各组织器官用小型粉碎机粉碎，过1 mm筛，经H2SO4-H2O2消煮后通过连续流动分析仪 (Auto Analyzer-Ⅲ，德国Bran Luebbe公司) 测定植株体各组织器官全氮含量[22]。

    1.3.4   土壤硝态氮含量的测定

    在冬小麦收获后，采用土钻法取0—100 cm土层土样，每20 cm为一个取样区间。将土样自然风干研磨后过2 mm筛，称取5 g土，采用2 mol/L KCl溶液浸提，振荡30 min后过滤，采用流动分析仪 (AutoAnalyzer -Ⅲ，德国Bran +Luebbe公司) 测定土壤中硝态氮 (NO3−-N) 含量[18, 23]。硝态氮累积量计算公式[24]如下：

    M=C×H×Y10

    式中，M为土壤硝态氮的积累量 (kg/hm2)；C为土壤硝态氮含量 (mg/kg)；H为土层深度 (cm)；Y为土壤容重 (g/cm3)。

    1.3.5   植株氮素吸收、转运及氮肥利用效率的计算

    相关计算公式[22, 24-27]如下：

    植株氮素吸收量 (kg/hm2) = 植株氮素含量 × 干物质质量

    开花期后氮素吸收量 (kg/hm2) = 成熟期氮素吸收总量 − 开花期营养器官氮素吸收量

    营养器官氮素转移量 (kg/hm2) = 开花期营养器官氮素吸收量 − 成熟期营养器官氮素吸收量

    营养器官氮素转移率 (%) = 营养器官氮素转移量/开花期营养器官氮素吸收量 × 100

    营养器官氮素贡献率 (%) = 营养器官氮素转移量/成熟期籽粒氮素吸收量 × 100

    氮肥表观利用率 (%) = (施氮区植株吸氮量−不施氮区植株吸氮量)/施氮量 × 100

    氮肥偏生产力 (kg/kg) = 籽粒产量/施氮量

    氮肥农学利用率 (kg/kg) = (施氮区籽粒产量−不施氮区籽粒产量)/施氮量

    土壤氮依存率 (%) = 不施氮区植株吸氮量/施氮区植株吸氮量 × 100

    采用Excel 2013进行数据整理和误差计算；采用SPSS 23.0 软件中的单因素AVNOVA 进行方差分析，采用Duncan 新复极差法进行显著性方差分析；Origin 9.0软件绘图。

    2.   结果与分析

    2.1   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦生长的影响

    2.1.1   冬小麦株高

    适宜的株高不仅可以保障小麦的营养供给，还有利于增强抗倒性能，进而实现较高的产量[28]。图2显示，随着生育期的推进，冬小麦的株高逐渐增大；与不施氮肥相比，不同氮肥类型及其掺施比例处理都能明显地促进冬小麦株高的增加。返青期到拔节期冬小麦株高的增长速度最快，SU2处理下冬小麦株高增长量分别比N0、U、S和SU1高出39.7%、21.6%、10.0%和2.8%；开花期到灌浆期冬小麦株高的增长速度缓慢，U处理下XY22灌浆期的株高仅比开花期提高1.3 cm。开花期U处理下冬小麦株高低于S和SU处理，说明缓释氮肥能够释放充足的氮素供给冬小麦生长。等氮量条件下，3种不同年代冬小麦品种各生育期株高均表现为SU2 > SU1 > S > U。

    图  2  缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦株高的影响
    Figure  2.  Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on plant height of winter wheat
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    2.1.2   冬小麦叶面积指数

    叶片是植物的主要营养器官，它通过影响作物的光合作用进而影响作物的生长发育和生物量的累积。由图3可知，3个冬小麦品种的叶面积指数均从返青期到拔节期快速增长，在开花期达到最大，且均呈现SU2 > SU1 > S > U的趋势。由此可见，冬小麦的叶面积指数以SU2处理最高。

    图  3  缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦叶面积指数的影响
    Figure  3.  Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on leaf area index of winter wheat
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    2.2   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦干物质累积的影响

    由图4可以看出，施氮可以使成熟期冬小麦地上部干物质累积量显著增加，且不同氮肥类型和掺施比例处理对冬小麦地上部干物质累积量有显著影响。等氮量条件下，3个冬小麦品种成熟期地上部干物质累积量均表现为SU2 > SU1 > S > U处理，且不同施肥处理间差异显著。与U处理相比，S、SU1和SU2处理下XY22、XN979和ZM379的成熟期地上部干物质累积量分别高出10.56%～25.73%、14.88%～39.14%和18.13%～50.19%。冬小麦成熟期的干物质累积量主要集中在籽粒中，SU2处理下XY22、XN979和ZM379的籽粒干物质积累量分别比U处理高31.41%、34.88%和31.00%。由此可见，SU2处理下3种冬小麦的干物质累积量最高，有利于增产。

    图  4  缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦成熟期地上部干物质量的影响
    [注（Note）：柱上不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05)Different letters in the bars indicate significant difference among treatments for the same cultivar (P < 0.05).]
    Figure  4.  Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on dry matter accumulation amount at maturity stage of winter wheat
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    2.3   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦穗长、千粒重和产量的影响

    表1显示，氮肥类型和掺施比例处理对3种不同年代冬小麦的穗长、千粒重和产量有显著的影响。相比N0处理，施氮可以使3种冬小麦的产量显著提高7.42%～76.08%。等氮量条件下，3个冬小麦品种的千粒重和产量均表现为SU2 > SU1 > S > U，各施肥处理之间产量均有显著性差异；除XN979外，SU2处理下冬小麦的穗长均显著高于其他施肥处理。SU2处理下冬小麦产量分别比SU1、S和U处理高出3.89%～12.11%、9.66%～25.38%和31.81%～31.99%；千粒重分别高出6.25%～15.83% 、14.10%～26.73%和36.15%～42.86%；穗长分别高出0.81%～8.90% 、2.46%～10.78%和11.00%～13.61%。由此可见，SU2处理效果好于其他处理。

    表  1  缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦穗长、千粒重和产量的影响
    Table  1.  Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on ear length, 1000-grain weight and yield of winter wheat
    品种
    Cultivar    		氮肥处理
    Nitrogen fertilizer treatment    		穗长 (cm)
    Ear length    		千粒重 (g)
    1000-grain weight    		产量 (kg/hm2)
    Yield
    XY22N06.50 d27.77 e4393 e
    U7.57 c34.46 d5725 d
    S 7.73 bc36.07 c6766 c
    SU17.87 b41.43 b7072 b
    SU28.60 a49.23 a7551 a
    XN979N06.90 c26.60 e4246 e
    U7.90 b33.86 d5664 d
    S 8.00 ab39.60 c6817 c
    SU1 8.00 ab43.22 b7196 b
    SU28.33 a46.10 a7476 a
    ZM379N06.23 d25.97 d4902 e
    U7.27 c30.76 c5265 d
    S 7.43 bc 34.38 bc5535 c
    SU17.57 b 37.91 ab6190 b
    SU28.07 a41.12 a6940 a
    显著性分析 Significance analysis
    氮肥 Nitrogen fertilizer******
    品种Cultivar******
    氮肥 × 品种 Nitrogen fertilizer × Cultivar******
    注（Note）：同列数据后不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed with different letters in the same column indicate significant difference among different treatments for the same cultivar (P < 0.05). **—P < 0.01.
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    2.4   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦开花期后氮素累积和转运的影响

    从表2可以看出，氮肥类型和掺施比例处理显著影响冬小麦营养器官氮吸收和开花后营养器官氮素转运。SU2处理下开花期后营养器官氮素吸收和转移量显著高于其他施肥处理，且各施肥处理间有显著差异。开花期后，缓释氮肥与尿素掺施处理下冬小麦营养器官的氮素转移率以及对籽粒的贡献率高于其他氮肥处理。SU2处理下冬小麦营养器官的氮素转移率分别比U和S处理高21.31%～51.12%和2.60%～20.78%；氮素转移对籽粒的贡献率分别比U和S处理高21.21%～58.81%和2.79%～23.60%。由此可见，与单施缓释氮肥和尿素相比，缓释氮肥与尿素掺施可以明显增加成熟期氮素在籽粒中的分配量，其中以SU2处理的效果最好。

    表  2  缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦开花期后营养器官氮素向籽粒转运的影响
    Table  2.  Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on anthesis N accumulation and remobilization of winter wheat
    品种
    Cultivar    		氮肥处理
    Nitrogen fertilizer treatment    		营养器官氮吸收 (kg/hm2)
    Vegetative N uptake    		开花期后氮素吸收
    Post-anthesis N uptake
    (kg/hm2)    		转移量
    Translocation amount
    (kg/hm2)    		转移率
    Translocation rate
    (%)    		贡献率
    Contribution rate
    (%)
    开花期Anthesis成熟期Maturity
    XY22N042.60 e28.04 e36.63 e14.56 e34.14 c28.40 c
    U95.27 d55.26 d57.41 d40.01 d41.99 b41.06 b
    S116.34 c 58.58 c61.54 c57.77 c49.65 a48.42 a
    SU1128.53 b 62.48 b66.98 b66.05 b51.39 a49.65 a
    SU2133.53 a 65.50 a68.65 a68.02 a50.94 a49.77 a
    XN979N032.57 e26.47 e32.49 e 6.10 e18.73 c15.81 d
    U74.84 d52.40 d52.52 d22.44 d29.99 c29.94 c
    S94.64 c56.20 c57.77 c38.43 c40.61 b39.95 b
    SU1116.45 b 59.03 b61.22 b57.42 b49.31 a48.39 a
    SU2123.93 a 63.47 a64.86 a60.46 a48.78 a48.24 a
    ZM379N028.50 e22.78 d28.33 d 5.71 e19.94 c16.65 d
    U65.95 d48.33 c48.12 c17.62 d26.75 c26.68 c
    S90.66 c53.70 b53.66 b36.96 c40.76 b40.23 b
    SU1110.91 b 57.53 ab55.16 b53.05 b 47.83 ab49.02 a
    SU2118.77 a 60.29 a59.04 a58.48 a49.23 a49.76 a
    显著性分析 Significance analysis
    氮肥Nitrogen fertilizer************
    品种Cultivar************
    氮肥 × 品种
    Nitrogen fertilizer × Cultivar    		**NS*******
    注（Note）：同列数据后不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05)Values followed with different letters in the same column indicate significant difference among different treatments for the same cultivar (P < 0.05).*—P < 0.05，**—P < 0.01，NS—差异不显著 No significant difference (P > 0.05).
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    2.5   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦氮素吸收利用的影响

    从表3可以看出，施用氮肥后冬小麦成熟期吸氮量显著增加。氮肥类型和掺施比例处理显著影响冬小麦氮素吸收利用。等氮量条件下，冬小麦的成熟期氮素吸收量、氮肥表观利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均表现为SU2 > SU1 > S > U，土壤氮依存率表现为U > S > SU1 > SU2，各施肥处理间均有显著差异。SU处理下，3种冬小麦营养器官氮素转运对籽粒的贡献率分别为49.71%、48.32%和49.39%。相比U处理，S、SU1、SU2可以使3种不同年代冬小麦的土壤氮依存率显著降低14.16%～35.84%，氮肥偏生产力提高，SU1、S和U处理下XY22的氮肥偏生产力分别比SU2处理减少了6.34%、10.40%和24.18%。由此可见，与单施缓释氮肥和尿素相比，缓释氮肥与尿素掺施可以显著促进氮素吸收，提高氮肥表观利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力，降低土壤氮依存率，其中以SU2处理的效果最好。

    表  3  缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦氮素吸收利用的影响
    Table  3.  Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on nitrogen uptake and use efficiency of winter wheat
    品种
    Cultivar    		氮肥处理
    Nitrogen fertilizer treatment    		成熟期氮累积量
    N accumulation at maturity
    (kg/hm2)    		氮肥表观利用率
    Apparent N use efficiency
    (%)    		氮肥农学利用率
    N agronomic use efficiency
    (kg/kg)    		氮肥偏生产力
    Partial factor productivity from applied N
    (kg/kg)    		土壤氮依存率
    Soil N dependent rate
    (%)
    XY22N0 79.23 e
    U152.68 d40.81 d 7.40 d31.80 d51.89 a
    S177.88 c54.81 c13.18 c37.59 c44.54 b
    SU1195.52 b64.60 b14.88 b39.29 b40.52 c
    SU2202.18 a68.30 a17.54 a41.95 a39.19 d
    XN979N0 65.06 e
    U127.36 d34.61 d 7.88 d31.46 d51.08 a
    S152.41 c48.53 c14.29 c37.87 c42.69 b
    SU1177.68 b62.57 b16.39 b39.98 b36.62 c
    SU2188.79 a68.74 a17.94 a41.53 a34.46 d
    ZM379N0 56.83 e
    U114.08 d31.81 d 2.02 d29.25 d49.81 a
    S145.32 c49.16 c 3.52 c30.75 c39.11 b
    SU1166.07 b60.69 b 7.16 b34.39 b34.22 c
    SU2177.81 a67.21 a11.32 a38.56 a31.96 d
    显著性分析 Significance analysis
    品种Cultivar**********
    氮肥Nitrogen fertilizer**********
    品种 × 氮肥
    Cultivar × Nitrogen fertilizer    		**********
    注（Note）：同列数据后不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed with different letters in the same column indicate significant difference among different treatments for the same cultivar (P < 0.05). **—P < 0.01.
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    2.6   缓释氮肥与尿素掺施对土壤硝态氮分布和累积的影响

    2.6.1   成熟期土壤硝态氮分布

    如图5所示，相比N0处理，施用氮肥后，3种不同年代冬小麦成熟期0—100 cm 土层中硝态氮的含量显著增加。缓释氮肥处理下土壤中硝态氮主要集中在0—40 cm 土层，整体表现为SU2 > SU1 > S > U。XY22、XN979和ZM379施用不同类型氮肥时，SU2处理下0—40 cm 土层中硝态氮含量较SU1、S和U分别增加了1.47%～3.80%、5.14%～8.41%和6.10%～16.97%。同时，SU2处理下60 —100 cm 土层中硝态氮含量显著低于其他施氮处理，XY22、XN979和ZM379在SU2处理下60—100 cm 土层中硝态氮含量较U分别减少了27.73%、34.36%和22.74%。U处理下，XY22和XN979两种冬小麦成熟期0—80 cm 土层中硝态氮含量减少，80—100 cm缓慢增加。以上结果显示，缓释氮肥与尿素掺施可以增加表层土壤硝态氮含量，减少土壤氮素向深层土壤淋失，其中以SU2处理的效果最好。

    图  5  缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦成熟期0—100 cm土层硝态氮分布的影响
    Figure  5.  Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on NO3–-N distribution in the 0–100 cm soil depth at maturity stage of winter wheat
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    2.6.2   土壤硝态氮累积量

    从图6可以看出，施用氮肥后土层中硝态氮的累积量显著增大，3个品种的冬小麦成熟期0—40 cm 土层中硝态氮的分布整体呈现SU2 > SU1 > S > U。SU2处理下XY22、XN979和ZM379的0—40 cm 土层中硝态氮累积量分别占0—100 cm 土层中总硝态氮累积量的60.94%、64.35%和63.53%；分别比U处理高出了5.81%、16.73%和14.35%。而0—100 cm 土层中硝态氮的累积量却整体呈现U > S > SU1 > SU2，且不同氮肥类型之间均有显著差异。XY22在SU2处理下0—100 cm土层硝态氮的残留总量为3个冬小麦品种中最小，为112.67 kg/hm2，比U处理下的硝态氮累积总量明显降低13.48%。以上结果表明，缓释氮肥与尿素掺施可以显著增加表层土壤中硝态氮累积量，有效地降低硝态氮沿土层下移的损失，在提高氮肥利用率的同时，为作物生长提供更充足的养分，其中以SU2的效果最好。

    图  6  缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦成熟期土壤0—100 cm NO3–-N累积量的影响
    [注（Note）：柱上不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05)Different letters above the bars indicate significant difference among treatments for the same cultivar (P < 0.05).]
    Figure  6.  Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on soil NO3–-N accumulation amount in the 0–100 cm soil depth at maturity stage of winter wheat
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    3.   讨论

    已有研究表明，缓释氮肥能显著促进植物的生长发育，缓释氮肥处理下植物的株高、茎粗、叶面积指数均显著提高[29-30]。本试验表明，相比单施尿素和缓释氮肥，缓释氮肥与尿素掺混一次性基施可以明显提高冬小麦的株高和叶面积指数。施氮量相同时，不同生育时期冬小麦的株高和叶面积指数均呈现SU2处理 > SU1处理 > S处理 > U处理，不同氮肥类型和掺施比例处理下均有明显差异。这与郭金金[29]的研究结果一致，缓释氮肥与尿素掺施可以显著提高冬小麦的株高和叶面积指数。

    缓释肥高效、环保等效果日益得到证明[31-32]。本试验结果表明，相比单施尿素和缓释氮肥，缓释氮肥与尿素掺混一次性基施可以显著提高冬小麦的地上部干物质累积量和产量。施氮量相同时3种不同年代冬小麦地上部干物质累积量和产量整体呈现SU2处理 > SU1处理 > S处理 > U处理，不同氮肥类型处理下均有显著差异。SU2处理下，3种冬小麦的成熟期干物质累积量、穗长和千粒重均明显高于其他施肥处理，从而保证了较高的产量。这与衣文平等[33]和栗丽等[34]的研究结果一致。而李伟等[35]的研究发现控释尿素与普通尿素按5∶5配施的效果最好；何杰等[36]认为尿素掺施20%～40%控释氮肥是适宜冬小麦生产的配比，控释氮肥掺混比例高达40%时，前期供氮量的不足会造成冬小麦后期晚熟现象，从而导致减产。造成研究结果差异的原因可能有3种：一是试验地土壤基础条件不同，气候条件不同，试验所采用的肥料也不同；二是试验施氮量不同，本试验施氮量为180 kg/hm2，而李伟等[35]的试验施氮量为225 kg/hm2，何杰等[36]的试验施氮量为150 kg/hm2；三是试验所设置的掺施比例不同，本研究只设置了两种掺施比例，且都是缓释氮肥比例较高。

    前人[37-38]研究表明，施用缓释肥可以促进作物吸收氮肥，显著提高氮收获指数和氮素利用率。本试验研究表明，3种不同年代冬小麦开花期后的氮素吸收和转运整体呈现SU2处理 > SU1处理 > S处理 > U处理，与成熟期干物质累积量的趋势一致。SU2处理不仅可以提升籽粒干物质累积量，还可以通过促进3种不同年代小麦开花后氮素向籽粒的转运量和转移率，进而提升产量。这与张敬昇等[39]的研究结果相吻合，小麦干物质累积规律与氮素累积规律基本一致。缓释肥料养分释放率与作物养分的吸收相同步，可实现供肥强度与作物生理需求的动态平衡，以提高肥效，是一种肥效期较长、养分不易损失的新型化学肥料[12-13]。本试验缓释氮肥与尿素掺混下的冬小麦开花期后氮素转运及利用有明显的优势，SU2和SU1处理下的氮肥表观利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力显著高于S和U处理，表明相比于单施缓释氮肥或尿素，缓释氮肥与尿素掺混能弥补尿素养分释放过快、需要后期追施的缺点，也能解决缓释氮肥前期释放速率慢的问题，具有省时省工的优势。这与常凤等[40]的研究结果一致，控释氮肥与尿素掺混可以解决前期供氮过量及后期供氮不足这一潜在问题。

    施氮是增产的重要措施，作物前期吸氮能力较弱，前期大量施入尿素会造成浪费，过多的氮会给土壤和水环境带来负面影响，也会降低氮肥利用效率、增大肥料投入[41-42]。本试验发现，在等氮量条件下，3种不同年代冬小麦均表现为缓释氮肥与尿素掺施可以显著提高表层土壤 (0—40 cm) 的硝态氮累积量供下季作物生长，减少养分向深层土壤的淋失；同时，0—100 cm土层的硝态氮累积总量又明显小于尿素处理，减少了不必要的氮肥损失，一定程度上提高了氮肥利用率，这与王寅等[43]的研究结果一致。3个品种小麦SU2处理下土壤硝态氮累积量显著低于S和SU1处理，但是单施尿素处理下小麦3个品种间土壤硝态氮累积量没有显著差异。

    4.   结论

    缓释氮肥与尿素掺施能显著促进冬小麦的生长发育和提高氮素利用效率，其中缓释氮肥与尿素按6∶4掺混 (SU2) 一次性基施冬小麦的地上部干物质累积量和产量最高，开花期后营养器官氮素向籽粒的转运量最大，氮素利用效率最高。不同冬小麦品种的氮素吸收利用效率虽然不同，但肥料效果均以SU2施肥模式最好。

    尿素与缓释氮肥掺施可以显著提高表层土壤硝态氮含量，减少硝态氮向土壤深层淋失。虽然不同冬小麦品种由于吸收利用氮素的能力不同，导致成熟期土壤硝态氮残留量有差异，但是均以缓释氮肥与尿素按6∶4掺混 (SU2) 一次性基施的最低。因此，在施氮量为180 kg/hm2的情况下，缓释氮肥与尿素按6∶4掺施是本试验条件下冬小麦高效生产的最佳掺施比例。

  • 图  1   试验期间日平均温度和降水量

    Figure  1.   Average temperature and precipitation during the growing season

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    图  2   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦株高的影响

    Figure  2.   Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on plant height of winter wheat

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    图  3   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦叶面积指数的影响

    Figure  3.   Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on leaf area index of winter wheat

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    图  4   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦成熟期地上部干物质量的影响

    [注（Note）：柱上不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05)Different letters in the bars indicate significant difference among treatments for the same cultivar (P < 0.05).]

    Figure  4.   Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on dry matter accumulation amount at maturity stage of winter wheat

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    图  5   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦成熟期0—100 cm土层硝态氮分布的影响

    Figure  5.   Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on NO3–-N distribution in the 0–100 cm soil depth at maturity stage of winter wheat

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    图  6   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦成熟期土壤0—100 cm NO3–-N累积量的影响

    [注（Note）：柱上不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05)Different letters above the bars indicate significant difference among treatments for the same cultivar (P < 0.05).]

    Figure  6.   Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on soil NO3–-N accumulation amount in the 0–100 cm soil depth at maturity stage of winter wheat

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    表  1   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦穗长、千粒重和产量的影响

    Table  1   Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on ear length, 1000-grain weight and yield of winter wheat

    品种
    Cultivar    		氮肥处理
    Nitrogen fertilizer treatment    		穗长 (cm)
    Ear length    		千粒重 (g)
    1000-grain weight    		产量 (kg/hm2)
    Yield
    XY22N06.50 d27.77 e4393 e
    U7.57 c34.46 d5725 d
    S 7.73 bc36.07 c6766 c
    SU17.87 b41.43 b7072 b
    SU28.60 a49.23 a7551 a
    XN979N06.90 c26.60 e4246 e
    U7.90 b33.86 d5664 d
    S 8.00 ab39.60 c6817 c
    SU1 8.00 ab43.22 b7196 b
    SU28.33 a46.10 a7476 a
    ZM379N06.23 d25.97 d4902 e
    U7.27 c30.76 c5265 d
    S 7.43 bc 34.38 bc5535 c
    SU17.57 b 37.91 ab6190 b
    SU28.07 a41.12 a6940 a
    显著性分析 Significance analysis
    氮肥 Nitrogen fertilizer******
    品种Cultivar******
    氮肥 × 品种 Nitrogen fertilizer × Cultivar******
    注（Note）：同列数据后不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed with different letters in the same column indicate significant difference among different treatments for the same cultivar (P < 0.05). **—P < 0.01.
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    表  2   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦开花期后营养器官氮素向籽粒转运的影响

    Table  2   Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on anthesis N accumulation and remobilization of winter wheat

    品种
    Cultivar    		氮肥处理
    Nitrogen fertilizer treatment    		营养器官氮吸收 (kg/hm2)
    Vegetative N uptake    		开花期后氮素吸收
    Post-anthesis N uptake
    (kg/hm2)    		转移量
    Translocation amount
    (kg/hm2)    		转移率
    Translocation rate
    (%)    		贡献率
    Contribution rate
    (%)
    开花期Anthesis成熟期Maturity
    XY22N042.60 e28.04 e36.63 e14.56 e34.14 c28.40 c
    U95.27 d55.26 d57.41 d40.01 d41.99 b41.06 b
    S116.34 c 58.58 c61.54 c57.77 c49.65 a48.42 a
    SU1128.53 b 62.48 b66.98 b66.05 b51.39 a49.65 a
    SU2133.53 a 65.50 a68.65 a68.02 a50.94 a49.77 a
    XN979N032.57 e26.47 e32.49 e 6.10 e18.73 c15.81 d
    U74.84 d52.40 d52.52 d22.44 d29.99 c29.94 c
    S94.64 c56.20 c57.77 c38.43 c40.61 b39.95 b
    SU1116.45 b 59.03 b61.22 b57.42 b49.31 a48.39 a
    SU2123.93 a 63.47 a64.86 a60.46 a48.78 a48.24 a
    ZM379N028.50 e22.78 d28.33 d 5.71 e19.94 c16.65 d
    U65.95 d48.33 c48.12 c17.62 d26.75 c26.68 c
    S90.66 c53.70 b53.66 b36.96 c40.76 b40.23 b
    SU1110.91 b 57.53 ab55.16 b53.05 b 47.83 ab49.02 a
    SU2118.77 a 60.29 a59.04 a58.48 a49.23 a49.76 a
    显著性分析 Significance analysis
    氮肥Nitrogen fertilizer************
    品种Cultivar************
    氮肥 × 品种
    Nitrogen fertilizer × Cultivar    		**NS*******
    注（Note）：同列数据后不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05)Values followed with different letters in the same column indicate significant difference among different treatments for the same cultivar (P < 0.05).*—P < 0.05，**—P < 0.01，NS—差异不显著 No significant difference (P > 0.05).
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    表  3   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦氮素吸收利用的影响

    Table  3   Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on nitrogen uptake and use efficiency of winter wheat

    品种
    Cultivar    		氮肥处理
    Nitrogen fertilizer treatment    		成熟期氮累积量
    N accumulation at maturity
    (kg/hm2)    		氮肥表观利用率
    Apparent N use efficiency
    (%)    		氮肥农学利用率
    N agronomic use efficiency
    (kg/kg)    		氮肥偏生产力
    Partial factor productivity from applied N
    (kg/kg)    		土壤氮依存率
    Soil N dependent rate
    (%)
    XY22N0 79.23 e
    U152.68 d40.81 d 7.40 d31.80 d51.89 a
    S177.88 c54.81 c13.18 c37.59 c44.54 b
    SU1195.52 b64.60 b14.88 b39.29 b40.52 c
    SU2202.18 a68.30 a17.54 a41.95 a39.19 d
    XN979N0 65.06 e
    U127.36 d34.61 d 7.88 d31.46 d51.08 a
    S152.41 c48.53 c14.29 c37.87 c42.69 b
    SU1177.68 b62.57 b16.39 b39.98 b36.62 c
    SU2188.79 a68.74 a17.94 a41.53 a34.46 d
    ZM379N0 56.83 e
    U114.08 d31.81 d 2.02 d29.25 d49.81 a
    S145.32 c49.16 c 3.52 c30.75 c39.11 b
    SU1166.07 b60.69 b 7.16 b34.39 b34.22 c
    SU2177.81 a67.21 a11.32 a38.56 a31.96 d
    显著性分析 Significance analysis
    品种Cultivar**********
    氮肥Nitrogen fertilizer**********
    品种 × 氮肥
    Cultivar × Nitrogen fertilizer    		**********
    注（Note）：同列数据后不同字母表示相同品种不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed with different letters in the same column indicate significant difference among different treatments for the same cultivar (P < 0.05). **—P < 0.01.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-03
  • 录用日期:  2019-08-19
  • 网络出版日期:  2020-04-12
  • 刊出日期:  2020-04-24

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  • 1.   材料与方法

  • 1.1   试验地概况

  • 1.2   试验设计

  • 1.3   测定项目与方法

  • 1.3.1   植株生长指标的测定
  • 1.3.2   植株干物重与产量测定
  • 1.3.3   植株氮素吸收量测定
  • 1.3.4   土壤硝态氮含量的测定
  • 1.3.5   植株氮素吸收、转运及氮肥利用效率的计算

  • 2.   结果与分析

  • 2.1   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦生长的影响

  • 2.1.1   冬小麦株高
  • 2.1.2   冬小麦叶面积指数

  • 2.2   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦干物质累积的影响

  • 2.3   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦穗长、千粒重和产量的影响

  • 2.4   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦开花期后氮素累积和转运的影响

  • 2.5   缓释氮肥与尿素掺施对冬小麦氮素吸收利用的影响

  • 2.6   缓释氮肥与尿素掺施对土壤硝态氮分布和累积的影响

  • 2.6.1   成熟期土壤硝态氮分布
  • 2.6.2   土壤硝态氮累积量

  • 3.   讨论

  • 4.   结论

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