脲甲醛肥料與尿素不同比例配施在南方鮮食玉米上的應(yīng)用效果

房娜娜　王煌平　段文龍　韓巍　盧宗云　丁芳　石元亮　依艷麗

摘要：為探討脲甲醛肥料與尿素不同比例配施在南方玉米上的應(yīng)用效果，以南方玉米品種閩玉糯3號為供試材料，在微區(qū)試驗條件下，設(shè)置2種不同工藝條件下合成的脲甲醛肥料（A、B）與尿素配施比例分別為1 ∶1、3 ∶7 的施肥條件，研究脲甲醛肥料與尿素不同比例配施對玉米SPAD值、產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因子、土壤銨態(tài)氮含量、土壤硝態(tài)氮含量、土壤全N含量、土壤pH值的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)施肥處理相比，脲甲醛肥料配施不同比例尿素的各處理對玉米不同生育期的SPAD值影響效果相當(dāng)，其中脲甲醛肥料B與尿素比例為3 ∶7的處理UF4效果略好。脲甲醛肥料與尿素不同比例配施處理UF1、UF3、UF4的玉米穗鮮質(zhì)量和秸稈鮮質(zhì)量，分別高于常規(guī)尿素處理0.82%～2.41%和166%～4.33%。從產(chǎn)量構(gòu)成的各因素看，施用含氮肥料可顯著增加玉米的穗長和穗周長，株高大多略降低，穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量大多有一定增加。土壤全N含量以脲甲醛處理UF1最高，以N0PK處理最低，分別為0.159%、0137%。與常規(guī)施肥處理相比，脲甲醛處理的土壤全N含量差異尚不明顯。施用脲甲醛處理的土壤銨態(tài)氮平均含量由高到低依次為UF4>UF3>UF2>UF1，其中UF1和UF2處理低于N0PK處理。施用脲甲醛肥料處理的土壤硝態(tài)氮平均含量由高到低依次為UF4>UF3>UF1>UF2。施肥降低了土壤pH值，與常規(guī)施肥處理相比，脲甲醛肥料處理的土壤pH值略升高了-0.24%～4.14%，但差異不明顯。說明脲甲醛肥料替代部分尿素在玉米上一次性施用與普通尿素基施加一次追施的效果相當(dāng)，且以脲甲醛：尿素為1 ∶1的效果略好，可以滿足玉米生長季對土壤無機氮的需求，但對土壤pH值和土壤全N含量影響不明顯。

關(guān)鍵詞：脲甲醛肥料;玉米;產(chǎn)量;土壤銨態(tài)氮;土壤硝態(tài)氮

中圖分類號：S513.06?? 文獻標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）19-0071-05

收稿日期：2019-12-05

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2017YFD0200708）;沈陽市科技計劃（編號：18-202-0-09）;公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（編號：201503116）。

作者簡介：房娜娜（1982—），女，河南新鄉(xiāng)人，博士研究生，助理研究員，主要從事新型肥料研發(fā)。E-mail：fangnana0373@163.com。

通信作者：石元亮，博士，研究員，主要從事穩(wěn)定性肥料、聚氨酸肥料研究，E-mail：shiyl@iae.ac.cn;依艷麗，博士，教授，主要從事土壤肥力、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護研究，E-mail：yi_yanli@sohu.com。

施用氮肥是農(nóng)業(yè)獲得高產(chǎn)的重要手段之一，為了追求產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，我國氮肥用量不斷增加，已位居世界第1，但我國的氮肥利用率只有30%～35%[1-3]，不僅造成了資源的浪費，也造成了土壤酸化、板結(jié)、面源污染等一系列環(huán)境問題，成為現(xiàn)階段制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一[4-7]。研制與開發(fā)環(huán)保、高效的新型肥料，尤其是緩控釋肥料是解決上述問題的根本途徑之一[8-9]。

脲甲醛肥料（UF）是一種典型的緩釋肥料，是第1個大規(guī)模實現(xiàn)商業(yè)化的緩釋肥料，也是目前世界范圍內(nèi)施用量最大的緩釋肥料[10-11]。脲甲醛肥料是一種白色無味的粒狀或粉狀固體，是尿素與甲醛（或多聚甲醛）以直鏈結(jié)合的聚合物，主要成分是含脲分子從2個到6個的聚合物[12]。通過調(diào)整尿素與甲醛的摩爾比[n（U）/n（F）]，可制得縮合度不同的脲甲醛肥料[11]。脲甲醛肥料中含有少量游離尿素、冷水不溶氮、熱水不溶氮，具有速效、緩釋相濟的功能，可實現(xiàn)氮素速效、長效的完美結(jié)合，氮的利用率可高達50%以上[11，13];肥效可持續(xù)作用80 d以上，最長可達2年[11]，1次施肥可滿足作物整個生長周期的養(yǎng)分需求，從而節(jié)省用肥成本。脲甲醛肥料在土壤中可被微生物水解成銨態(tài)氮、二氧化碳和水，能實現(xiàn)肥料的完全降解，對環(huán)境無污染，因此具有獨特的優(yōu)勢[14]。近幾年脲甲醛肥料在我國的需求量逐年增加，逐漸成為我國肥料行業(yè)的研究熱點之一，備受業(yè)界關(guān)注和重視，成為我國最具有潛力的緩釋肥料品種[14]。但由于種種原因和條件限制，脲甲醛肥料在我國的相關(guān)研究起步較晚，理論研究與應(yīng)用均較少，在如何與速效氮肥配施以及對作物生長、土壤養(yǎng)分、土壤pH值的影響方面還不是很清楚，尤其在我國南方地區(qū)的相關(guān)研究報道較少。

目前我國大部分地區(qū)玉米施肥還采用普通尿素作底肥加1次追肥的模式，由于我國城鎮(zhèn)化和土地流轉(zhuǎn)加快，農(nóng)村勞動力短缺，這種模式遠遠不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，如土地流轉(zhuǎn)、機械化、規(guī)模化等。而脲甲醛肥料由于含有亞甲基氮，且具有吸附作用，能夠使養(yǎng)分更好地與土粒結(jié)合，牢牢吸附在作物根部，利于作物吸收，大大提高肥料利用率[15]，因此，可用作緩釋肥，為實現(xiàn)一次性施肥提供可能性[16]。本研究分析通過不同工藝條件化學(xué)合成的2種脲甲醛肥料與尿素按不同比例配施對南方鮮食玉米生長、產(chǎn)量、土壤氮素含量、pH值的影響，以期為脲甲醛肥料在南方鮮食玉米上的施用提供可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2018年4月11日至7月4日在福建省福州市閩侯縣白沙鎮(zhèn)溪頭村農(nóng)業(yè)農(nóng)村部福建耕地保育觀測試驗站進行，該試驗站位于119°04′52″E、26°12′33″N，屬中亞熱帶氣候區(qū)，年均溫度19.5 ℃，年均日照時長 1 812.5 h，年均降水量1 350.9 mm。定位試驗點土壤類型為黃泥土，供試土壤基本理化性質(zhì)：全氮含量1.28 g/kg，有機質(zhì)含量17.00 g/kg，堿解氮含量 70.30 mg/kg，有效磷含量28.90 mg/kg，速效鉀含量86.00 mg/kg，pH值4.67。

1.2 試驗設(shè)計

前茬作物為甘薯，供試鮮食玉米品種為閩玉糯3號，種子用量22.5 kg/hm2，種植密度60 000株/hm2。

供試肥料為常規(guī)尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、氯化鉀（含K2O 60%）、脲甲醛肥料A（含N 36.5%）、脲甲醛肥料B（含N 39.6%），其中脲甲醛肥料A、B由中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所提供。

試驗共設(shè)7個處理：不施肥（N0P0K0）、不施氮肥（N0PK）、施常規(guī)尿素（U）、施脲甲醛肥料[UF1（脲甲醛肥料A ∶常規(guī)尿素=1 ∶1）]、施脲甲醛肥料[UF2（脲甲醛肥料A ∶常規(guī)尿素=3 ∶7）]、施脲甲醛肥料[UF3（脲甲醛肥料B ∶常規(guī)尿素=1 ∶1）]、施脲甲醛肥料[UF4（脲甲醛肥料B ∶常規(guī)尿素=3 ∶7）]。小區(qū)面積為2 m×5 m，每個處理3次重復(fù)，隨機排列。施肥量為N 240 kg/hm2，P2O5 120 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2。常規(guī)尿素（U）處理按基肥：大喇叭口期追肥=6 ∶4（質(zhì)量比）分2次施肥（大喇叭口期將尿素完全溶解于適量水后直接澆于玉米植株中間），UF1～UF4處理中的氮肥均一次性作基肥施用。各處理磷鉀肥等量一次性作基肥施用。于2018年4月11日施基肥，4月12日播種玉米，6月4日追施尿素，7月4日收獲玉米。各處理肥料用量詳見表1。

1.3 樣品采集及分析方法

各小區(qū)分別于玉米施肥的第3、7、12、22、32、52、92天采用S形取樣法采集5點0～20 cm土層的土壤，混為1個樣品，每次取樣后，將土壤凍存至-20 ℃冰箱， 次日用2.0 mol/L KCl（分析純， 國藥集團化學(xué)試劑有限公司）溶液浸提土樣1 h（土溶液比為1 g ∶10 mL），將浸提液過濾于50 mL塑料瓶中并在 -20 ℃ 冰箱凍存。土壤銨態(tài)氮（NH+4-N）、硝態(tài)氮（NO-3-N）含量采用連續(xù)流動分析儀（荷蘭SKALAR公司）測定。于收獲期2018年7月4日采集土樣，采用H2SO4消煮凱氏定氮法測定土壤全N含量;土壤含水量測定采用烘干法;pH值（土水比為1 g ∶5 mL）采用pH計（SevenCompact系列，瑞士梅特勒托利多集團）測定。

在玉米關(guān)鍵生育期（拔節(jié)后期2018年5月29日、大喇叭口期6月5日、結(jié)穗期6月22日）采用TYSA葉綠素測定儀（浙江托普儀器有限公司）測定玉米最上部全展開葉（抽穗后為穗位葉）的SPAD值，每小區(qū)測定10張葉片，測定部位為葉片中部無葉脈處。收獲期7月4日各小區(qū)單打單收，測定玉米穗鮮質(zhì)量和玉米秸稈鮮質(zhì)量。各小區(qū)采集玉米3株進行室內(nèi)考種，測定玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子（株高、穗長、穗周長、穗行數(shù)、行粒數(shù)及百粒質(zhì)量）。

1.4 統(tǒng)計方法

試驗數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，采用DPS 14.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，不同處理間數(shù)據(jù)通過最小顯著性差異法（LSD）進行多重比較，顯著性水平定位為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米SPAD值的影響

SPAD值能夠反映作物葉片氮素含量的高低。由表2可看出，施用含氮肥料后玉米關(guān)鍵生育期SPAD值大多顯著高于不施氮肥的N0P0K0、N0PK處理，說明施氮可顯著提高玉米葉片SPAD值。施用含氮肥料間的比較結(jié)果表明，UF3、UF4處理的SPAD值大多高于尿素常規(guī)施肥處理，但所有施氮處理間的差異均不顯著，表明脲甲醛肥料一次性施用可替代部分尿素，維持玉米氮素吸收，并減少施肥次數(shù)，其中UF4處理的SPAD值表現(xiàn)略好。

2.2 不同處理對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

本試驗所用玉米品種屬于鮮食玉米，玉米穗可食用，玉米鮮秸稈可作青儲飼料，故玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)用玉米穗鮮質(zhì)量和玉米秸稈鮮質(zhì)量表示，即玉米產(chǎn)量=玉米穗鮮質(zhì)量+玉米秸稈鮮質(zhì)量。由表3可看出，玉米穗鮮質(zhì)量和玉米秸稈鮮質(zhì)量以不施肥N0P0K0處理為最低。施用含氮肥料后玉米穗鮮質(zhì)量和秸稈鮮質(zhì)量大多顯著高于不施氮肥的N0PK處理。施用含氮肥料間的比較結(jié)果表明，雖然脲甲醛肥料處理UF1、UF3、UF4玉米穗鮮質(zhì)量和秸稈鮮質(zhì)量高于常規(guī)尿素處理，但所有施氮處理間的差異均不顯著，表明脲甲醛肥料搭配一定比例的尿素在玉米上一次性施用可替代尿素基施加1次追施的施肥模式，維持玉米的產(chǎn)量，且在產(chǎn)量上表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)趨勢，玉米穗鮮質(zhì)量和秸稈鮮質(zhì)量分別增產(chǎn)082%～2.41%和1.66%～433%。Zekri等研究表明，脲甲醛肥料與速效肥料混合施用能降低施肥次數(shù)（由15次降至6次）[17]。從產(chǎn)量構(gòu)成的各因素（表4）看，施用含氮肥料明顯增加了玉米的穗長和穗周長，株高大多略降低，穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量大多有一定增加，但差異不顯著。與U處理相比，施用脲甲醛處理的玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子差異較小。這與脲甲醛復(fù)混肥料在建平縣春玉米上施用的研究結(jié)論一致，即與農(nóng)戶常規(guī)施肥相比，施用脲甲醛復(fù)混肥可以使玉米的株高、莖粗、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等生育性狀顯著改善，施用脲甲醛復(fù)混肥50 kg/667 m2的玉米產(chǎn)量為 876.74 kg/667 m2，比農(nóng)戶常規(guī)施肥處理增產(chǎn)64.28 kg/667 m2，增產(chǎn)率為7.91%[18]。周麗平等研究認為，與常規(guī)氮肥相比，脲甲醛可顯著提高玉米產(chǎn)量，并能降低玉米田間氨揮發(fā)[19]。候云鵬等認為，與常規(guī)尿素處理相比，脲甲醛處理顯著影響玉米穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量，能夠使玉米增產(chǎn)950%～10.35%[20]。

2.3 不同處理土壤氮素含量變化特征

圖1表明，土壤全N含量以脲甲醛處理UF1最高，以N0PK處理最低，分別為0.159%、0137%。與常規(guī)施肥處理相比，除脲甲醛處理UF3土壤全N含量略低，其余脲甲醛處理土壤全N含量均較高，但差異尚不明顯。

圖2-a表明，隨著玉米的生長，施肥處理的土壤銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢。常規(guī)施肥處理和脲甲醛處理UF1、UF2、UF3、UF4的土壤銨態(tài)氮含量明顯高于N0P0K0、N0PK處理。施用脲甲醛處理的土壤銨態(tài)氮平均含量由高到低依次為UF4>UF3>UF2>UF1，其中UF1和UF2處理高于N0PK處理。從土壤銨態(tài)氮含量指標(biāo)來看，脲甲醛肥料A和B與尿素比例均以1 ∶1效果好于3 ∶7。脲甲醛處理UF1和UF2在施肥第12天、UF3和UF4在施肥第7天土壤銨態(tài)氮含量仍低于常規(guī)施肥處理，隨著玉米生育期的延長，UF3和UF4處理土壤銨態(tài)氮含量總體高于常規(guī)施肥處理，且在施肥52 d后銨態(tài)氮含量高于UF1和UF2處理，表明脲甲醛肥料B配施一定比例的尿素且一次性施肥能維持較高的土壤銨態(tài)氮水平。

圖2-b表明，隨著玉米的生長，施肥處理的土壤硝態(tài)氮含量也呈現(xiàn)先升后降的趨勢。施肥12 d后，常規(guī)施肥處理和UF1、UF2、UF3和UF4處理的土壤硝態(tài)氮含量明顯高于N0P0K0和N0PK處理。施用脲甲醛肥料處理的土壤硝態(tài)氮平均含量由高到低依次為UF4>UF3>UF1>UF2，其中脲甲醛處理UF1和UF2低于常規(guī)施肥處理。脲甲醛處理UF1和UF2在前 50 d 土壤硝態(tài)氮含量總體低于常規(guī)施肥處理，而UF3和UF4處理與U處理相當(dāng)，且在92 d時仍能保持較高的水平，表明脲甲醛肥料B配施一定比例的尿素也能維持較高的土壤硝態(tài)氮水平。這是因為脲甲醛能夠被甲基尿素降解酶在一定條件下水解成銨態(tài)氮、尿素、甲醛和二氧化碳，但具體機制還不能確認，有待進一步研究[21]。侯云鵬等認為，在春玉米生育期內(nèi)，脲甲醛處理的0～30 cm 土層無機氮含量整體表現(xiàn)為先降低后小幅上升的趨勢，其中玉米苗期略低于常規(guī)尿素處理，但是在開花期逐漸增高，尤其在成熟期，顯著高于常規(guī)尿素處理[20]。

綜上，說明脲甲醛肥料A和B配施一定比例的尿素在玉米整個生長期能夠維持相對較高含量的土壤無機氮，滿足玉米生長。

2.4 不同處理對土壤pH值的影響

圖3表明，土壤pH值以N0P0K0處理最高，以常規(guī)施肥處理最低，分別為4.84和4.19。施肥之間的pH值差異均不明顯。與常規(guī)施肥處理相比，脲甲醛肥料處理的土壤pH值升高了-0.24%～414%。說明脲甲醛肥料在南方酸性土壤上施用后提高土壤pH值，這一結(jié)果還需要進一步驗證，對于解決南方土壤長期過量施用氮肥造成的土壤酸化問題提供了可能性。

3 結(jié)論

綜合玉米SPAD值、產(chǎn)量構(gòu)成因子、產(chǎn)量、土壤銨態(tài)氮含量、土壤硝態(tài)氮含量、土壤全N含量、土壤pH值結(jié)果可知，脲甲醛肥料A、B替代部分尿素（脲甲 醛 ∶尿 素為3 ∶7、1 ∶1）在南方鮮食玉米上一次性施用與普通尿素基施加一次追施的效果相當(dāng)，且以脲甲醛 ∶尿素為1 ∶1的效果略好。

脲甲醛肥料A、B替代部分尿素（脲甲醛 ∶尿素為3 ∶7、1 ∶1）對土壤無機氮含量有一定的提高作用，對土壤pH值和土壤全N含量影響不明顯。

參考文獻：

[1]朱兆良. 農(nóng)田中氮肥的損失與對策[J]. 土壤與環(huán)境，2000，9（1）：1-6.

[2]朱兆良，孫 波，楊林章，等. 我國農(nóng)業(yè)面源污染的控制政策和措施[J]. 科技導(dǎo)報，2005，23（4）：47-51.

[3]朱兆良. 中國土壤氮素研究[J]. 土壤學(xué)報，2008，45（5）：778-783.

[4]熊又升，陳明亮，喻永熹，等. 包膜控釋肥料的研究進展[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000（5）：40-42.

[5]許秀成. 緩釋、控釋肥料生產(chǎn)、使用前景展望[J]. 磷肥與復(fù)肥，2006，21（6）：9-11.

[6]李東坡，武志杰. 化學(xué)肥料的土壤生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19（5）：1158-1165.

[7]Molen D T V D，Breeuwsma A，Boers P C M. Agricultural nutrient losses to surface water in the Netherlands：impact，strategies and perspectives[J]. Journal of Environmental Quality，1998，27（1）：4-11.

[8]武志杰，周健民. 我國緩釋、控釋肥料發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及對策[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2001，3（1）：73-76.

[9]趙秉強，張福鎖，廖宗文，等. 我國新型肥料發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2004，10（5）：536-545.

[10]呂云峰. 脲甲醛緩釋肥料[J]. 磷肥與復(fù)肥，2009，11（6）：8-10.

[11]許秀成，李菂萍，王好斌. 脲甲醛肥料在我國發(fā)展的可行性[J]. 磷肥與復(fù)肥，2009，11（6）：5-7.

[12]黃麗娜，魏守興. 脲甲醛肥料合成及應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報，2015，5（7）：76-80.

[13]張文輝，丁巍巍，張 勇，等. 脲甲醛緩釋肥料的研究進展[J]. 化工進展，2011，30（增刊1）：437-441.

[14]奚振邦. 現(xiàn)代化學(xué)肥料學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008：108-115.

[15]董 杰，王 雁，王 禾，等. 脲甲醛緩控釋肥對夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響[J].農(nóng)民致富之友，2015，2：166，108.

[16]朱德進，寧運旺，王會方，等. 江蘇單季粳稻對新型氮肥減量減次施用的適宜性分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（16）：46-50.

[17]Zekri M，Koo R C J. Evaluation of controlled- release fertilizer for young citrus[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，1991，116（6）：987-990.

[18]趙 凱. 玉米高效控量施肥項目區(qū)脲甲醛緩釋肥對比示范[J]. 糧油農(nóng)資，2016，2：19-20.

[19]周麗平，楊俐蘋，白由路，等. 不同氮肥緩釋化處理對夏玉米田間氨揮發(fā)和氮素利用的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2016，22（6）：1449-1457.

[20]侯云鵬，李 前，孔麗麗，等. 不同緩/控釋氮肥對春玉米氮素吸收利用、土壤無機氮變化及氮平衡的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，51（20）：3928-3940.

[21]Jahns T，Schepp R，Kaltwasser H. Purification and characterization of an enzyme from a strain of Ochrobactrum anthropi that degrades condensation products of urea and formaldehyde （ureaform）[J]. Canadian Journal of Microbiology，1997，43（12）：1111-1117.