全 文 ：硫膜和树脂膜控释尿素对小麦产量、品质及
氮素利用率的影响*
马富亮摇 宋付朋**摇 高摇 杨摇 邹摇 朋
(山东农业大学资源与环境学院 /作物生物学国家重点实验室 /国家缓控释肥工程技术研究中心, 山东泰安 271018)
摘摇 要摇 通过田间试验,研究了硫膜和树脂膜控释尿素对小麦产量、品质和耕层土壤无机氮
含量及氮素利用率的影响.结果表明:与普通尿素相比,硫膜和树脂膜控释尿素均能显著提高
小麦籽粒产量和品质,增产幅度达 10. 4% ~ 16. 5% ,小麦籽粒蛋白质和淀粉含量分别提高
5郾 8% ~18. 9%和 0. 3% ~1. 4% ;两种控释肥均能有效保持耕层土壤无机氮含量,且其氮素后
移的功效满足了小麦生育后期对氮素的需求;有效提高了氮肥偏生产力,降低了土壤氮素依
存率(降幅 11. 0% ~17. 3% ),提高了氮素利用率(增幅 58. 2% ~101. 2% ) .其中,树脂膜控释
尿素比硫膜控释尿素表现出更好的增产效应,实现了氮素的高效利用.
关键词摇 硫膜控释尿素摇 树脂膜控释尿素摇 产量摇 品质摇 氮素利用率
文章编号摇 1001-9332(2012)01-0067-06摇 中图分类号摇 S143. 1+5摇 文献标识码摇 A
Effects of sulfur鄄 and polymer鄄coated controlled release urea fertilizers on wheat yield and
quality and fertilizer nitrogen use efficiency. MA Fu鄄liang, SONG Fu鄄peng, GAO Yang, ZOU
Peng (State Key Laboratory of Crop Biology / National Engineering Research Center for Slow / Con鄄
trolled Release Fertilizers / College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University,
Tai爷an 271018, Shandong, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(1): 67-72.
Abstract: A field experiment was conducted to study the effects of sulfur鄄 and polymer鄄coated con鄄
trolled release urea fertilizers on wheat yield and its quality, plow layer soil inorganic nitrogen (N)
contents, and fertilizer N use efficiency. Compared with traditional urea fertilizer, both sulfur鄄 and
polymer鄄coated controlled release urea fertilizers increased the grain yield by 10. 4% -16. 5% , and
the grain protein and starch contents by 5. 8% -18. 9% and 0. 3% -1. 4% , respectively. The con鄄
trolled release urea fertilizers could maintain the topsoil inorganic N contents to meet the N require鄄
ment for the wheat, especially during its late growth stage. In the meantime, the fertilizer N use ef鄄
ficiency was improved by 58. 2% -101. 2% . Polymer鄄coated urea produced better wheat yield and
higher fertilizer N use efficiency, compared with sulfur鄄coated controlled release urea.
Key words: sulfur鄄coated controlled release urea; polymer鄄coated controlled release urea; yield;
quality; nitrogen use efficiency.
* “ 十 二 五 冶 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 2011BAD11B01,
2011BAD11B02)、国家“水土污染监测与防控技术引进与应用冶项目
(2011鄄G30) 和山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目
(2007BS08016)资助.
**通讯作者. E鄄mail: fpsong@ sdau. edu. cn
2011鄄04鄄05 收稿,2011鄄10鄄27 接受.
摇 摇 市场经济的快速发展和人民生活水平的不断提
高,必然促使农业生产向高产、优质、高效的方向发
展,因此,作物品质问题日益受到人们的重视[1] . 蛋
白质和淀粉是小麦籽粒的重要组成物质,占小麦籽
粒的 80%以上,其含量及积累状况决定了小麦的产
量和品质[2] .随着人们对小麦籽粒品质要求的不断
提高,对蛋白质和淀粉与小麦品质关系的研究也日
益深入[3],研究发现,蛋白质和淀粉对小麦品质的
影响不是相互独立的,具有互作效应.小麦的产量和
品质性状除与品种特性有关外,还受环境条件和栽
培措施的影响[4-6],而栽培措施中以氮肥对小麦产
量和籽粒品质的影响最大[7] .
普通尿素施入土壤后极易挥发、淋溶和发生反
硝化反应[8-9],导致氮素的大量损失,造成环境污
染,氮素利用率极低.为此,具有肥效长且稳定、利用
率高等特点的控释尿素,成为肥料研究领域的热
点[10] .研究表明,同等氮素水平下,硫膜控释尿素处
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 1 月摇 第 23 卷摇 第 1 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2012,23(1): 67-72
理的玉米产量明显高于普通尿素处理[11];与硫膜控
释尿素相比,树脂膜控释尿素在玉米需肥高峰期更
能持续保持较高水平的耕层土壤无机氮含量,玉米
产量和氮素利用率均有提高,但硫膜控释尿素处理
的土壤氮素依存率稍高于树脂膜控释尿素处理[12] .
以往的相关研究多集中在控释尿素对水稻、玉米等
作物的增产效应方面[13-17],而有关硫膜和树脂膜控
释尿素对小麦产量、品质和氮素利用率的影响研究
甚少.为此,本试验研究了硫膜和树脂膜两种包膜控
释尿素对小麦籽粒产量、营养品质、耕层土壤无机氮
含量及氮素利用率的影响,以期为硫膜和树脂膜两
种包膜控释尿素在小麦高产、优质、高效生产中的推
广应用提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 试验地概况
田间试验在位于山东省泰安市的山东农业大学
黄淮海区域(山东)玉米技术创新中心试验基地进
行,该区属温带大陆性半湿润季风气候,年均降雨量
803郾 7 mm,最大年降雨量 1498 mm,雨热同季,年均
气温13郾 2 益,7 月气温最高,平均 26郾 4 益,全年
逸0 益的积温 4731 益,逸10 益的积温 4213 益,无霜
期 195 d,最长 241 d,最短 161 d,气温适宜,可满足
农作物一年两熟或通过间套种一年三熟的需要.
1郾 2摇 试验材料
供试肥料:氮肥为普通尿素、硫膜控释尿素和树
脂膜控释尿素.普通尿素为泰安市肥城阿斯德化工
厂生产的大颗粒尿素(含 N 46% );硫膜控释尿素
(含 N 35% )和树脂膜控释尿素(含 N 43% )由山东
金正大生态工程股份有限公司生产,控释期均为 3
个月.磷肥为湖北祥云产粉末状过磷酸钙(含 P2O5
14% );钾肥为俄罗斯产红色大颗粒氯化钾(含 K2O
60% ).供试小麦品种为山农 15.供试土壤类型为潮
褐土(土壤系统分类为斑纹简育干润淋溶土),耕层
土壤有机质 9郾 84 g·kg-1,全氮 0郾 57 g·kg-1,有效
磷 52郾 3 mg·kg-1,速效钾 122郾 9 mg·kg-1,pH 值
(土 颐 水=1 颐 2郾 5)为 7郾 51.
1郾 3摇 试验设计
本试验于 2008 年 10 月 8 日播种,2009 年 6 月
10 日收获,采用小麦鄄玉米轮作制. 根据无公害食品
优质强筋小麦的生产技术规程和玉米高产优质高效
技术规程要求,即高产与超高产水平条件下小麦产
量分别为 6000 ~ 7500 和 7500 ~ 9000 kg·hm-2,对
应施氮量分别为 180 ~ 210 和 210 ~ 240 kg·hm-2;
玉米产量为 9000 kg·hm-2,对应施氮量为 270 ~
290 kg·hm-2 .小麦和玉米的需肥规律基本都为
N 颐 P2O5 颐 K2O=3 颐 1 颐 2,设置施氮量分别为 300
和210 kg·hm-2(减少氮用量 30% ),则 N 颐 P2O5 颐
K2O分别为 20 颐 7 颐 14 和 14 颐 7 颐 14. 本试验设施
纯氮 0、210(低量)、300 kg·hm-2(高量)共 3 个水
平 7 个处理,分别为:1)缺氮对照(CK);2)高量普
通尿素(HCU);3)低量普通尿素(LCU);4)高量硫
膜控释尿素(HSU);5)低量硫膜控释尿素(LSU);
6)高量树脂膜控释尿素(HPU);7)低量树脂膜控释
尿素(LPU),每个处理重复 4 次,共 28 个小区,小区
面积 22郾 5 m2,随机分布. 各小区磷、钾肥施用量相
同,分别为 105 和210 kg·hm-2 .氮、磷、钾肥在小麦
播种前全部作为基肥一次施入,田间管理按照常规
方式进行.
1郾 4摇 测定项目与方法
1郾 4郾 1 产量及产量构成因素摇 在小麦收获时,以小区
为单位,在小区中间位置取 1 m2区域测定穗数;随机
抽取 100穗调查穗粒数;收获 1 m2籽粒,经自然风干,
测定籽粒含水量后,折合成产量,并测定千粒重.
1郾 4郾 2 品质指标摇 籽粒的蛋白质含量 =籽粒全氮含
量伊5郾 7,籽粒全氮含量采用半微量凯氏定氮法自动
定氮仪测定,籽粒淀粉总量采用蒽酮显色法测定.
1郾 4郾 3 土壤无机氮含量 摇 分别在小麦的越冬期、拔
节期、孕穗期、开花期、成熟期用土钻采集耕层土壤
(0 ~ 20 cm ) 样品, 新鲜土样采回后立即用
0郾 01 mol·L-1的 CaCl2溶液浸提,浸提液中的无机
氮(硝态氮和铵态氮)用 AA3 型流动注射分析仪测
定.
1郾 4郾 4 氮素利用率摇 氮肥偏生产力(kg·kg-1N)=施
氮区产量 /施氮量[18];土壤氮依存率 =无氮区吸氮
量 /施氮区吸氮量伊100% ;氮素利用率 = (施氮区吸
氮量-无氮区吸氮量) /施氮量伊100% .
1郾 5摇 数据处理
采用 Excel、OriginPro 8 及 SAS软件进行数据的
计算、绘图与统计分析.多重比较采用 Duncan法,显
著性水平设定为 琢=0郾 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同处理对小麦产量和品质的影响
2郾 1郾 1 小麦籽粒产量及产量构成因素摇 不同处理对
小麦产量及其构成因素的影响差异显著(表 1). 产
量构成因素中,施氮肥处理的小麦每平方米穗数、穗
粒数和千粒重均高于缺氮处理.在300 kg·hm-2氮
86 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 1摇 不同处理对小麦籽粒产量及其构成因素的影响
Table 1摇 Effects of different treatments on grain yield and
its components of wheat
处理
Treatment
每平方米
穗数
Spikes per
square meter
穗粒数
Kernels
per ear
千粒重
1000鄄grain
mass
(g)
籽粒产量
Grain yield
(kg·
hm- 2)
CK 722c 28郾 55c 45郾 63d 7741d
HCU 843bc 29郾 77bc 48郾 19bc 8493bc
LCU 741c 29郾 02c 47郾 18c 8092cd
HSU 902ab 33郾 62ab 50郾 14a 9727a
LSU 816bc 30郾 10bc 48郾 37bc 8930b
HPU 982a 35郾 10a 50郾 22a 9891a
LPU 877ab 30郾 75bc 48郾 57b 8941b
同列不同字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters in the
same column meant significant difference among treatments at 0郾 05 level.
下同 The same below.
素水平下,与 HCU处理相比,HPU 处理每平方米穗
数、穗粒数和千粒重分别提高 7郾 0% ~ 16郾 5% 、
12郾 9% ~ 17郾 9%和 4郾 1% ~ 4郾 2% ,差异均达到显著
水平;HSU 处理仅千粒重差异达到显著水平. 在
210 kg·hm-2氮素水平下,与 LCU处理相比,LPU处
理每平方米穗数和千粒重差异达到显著水平,增幅
分别达 18郾 4%和 3郾 0% .
摇 摇 从产量水平上看,施氮肥处理的小麦籽粒产量
均高于缺氮对照,除 LCU 处理差异不显著外,其他
施氮肥处理差异均达到显著水平.在 300 kg·hm-2
氮素水平下,与 HCU处理相比,HSU、HPU处理分别
增产 14郾 5% 和 16郾 5% ,差异均达到显著水平. 在
210 kg·hm-2氮素水平下,与 LCU 处理相比,LSU、
LPU处理分别增产 10郾 4%和 10郾 5% ,差异均达到显
著水平.在相同施氮量条件下,树脂膜控释尿素对小
麦的增产效果优于硫膜控释尿素.
2郾 1郾 2 小麦籽粒营养品质摇 不同施肥处理对小麦籽
粒蛋白质、淀粉的影响程度不同(图 1).施氮肥处理
的小麦籽粒蛋白质及淀粉含量均高于缺氮对照,在
300 和 210 kg·hm-2氮素水平下,控释尿素处理的
小麦籽粒蛋白质和淀粉含量均高于普通尿素处理.
在 300 kg·hm-2氮素水平下,HSU、HPU处理小麦籽
粒蛋白质含量分别比 HCU 处理高 16郾 1% 和
18郾 9% ,处理间差异显著;在 210 kg·hm-2氮素水平
下,LSU、LPU处理小麦籽粒蛋白质含量分别比 LCU
处理高 5郾 8%和 9郾 3% . 在小麦籽粒淀粉含量方面,
在 300 kg·hm-2氮素水平下,HSU、HPU处理分别比
HCU处理增加 0郾 3%和 1郾 3% ,处理间差异未达到
显著水平;在 210 kg·hm-2氮素水平下,LSU、LPU
处理分别比 LCU 处理增加 1郾 3%和 1郾 4% . 在改善
小麦籽粒营养品质方面,树脂膜控释尿素效果更好.
图 1摇 不同处理对小麦籽粒蛋白质和淀粉含量的影响
Fig. 1摇 Effects of different treatments on protein and starch con鄄
tents of wheat grain (mean依SE).
2郾 2摇 不同处理对耕层土壤无机氮含量及小麦氮素
利用率的影响
2郾 2郾 1 耕层土壤无机氮含量摇 旱作农田耕层土壤无
机氮(硝态氮和铵态氮)含量的变化受气候、土壤、
肥料、作物及田间管理措施等因素的综合影响[19] .
在其他因素相同的条件下,本试验不同施肥处理对
小麦不同生育期耕层土壤硝态氮、铵态氮含量的影
响不同(图 2). 随着小麦生育期的推进,对照处理
(CK)耕层土壤硝态氮、铵态氮含量均呈现逐渐降低
的趋势. HCU和 LCU处理从越冬期至拔节期耕层土
壤硝态氮、铵态氮含量骤减,硝态氮含量降幅在
2郾 94 ~ 3郾 88 mg·kg-1,铵态氮含量降幅达 1郾 77 ~
2郾 08 mg·kg-1,生育中后期硝态氮、铵态氮含量变
化均平缓.各控释尿素处理硝态氮和铵态氮含量均
呈现先缓慢下降后升高然后再逐渐降低的趋势;自
越冬期至拔节期,硫膜控释尿素处理硝态氮和铵态
氮含量分别降低 0郾 40 ~ 1郾 14 mg·kg-1和 0郾 69 ~
1郾 01 mg· kg-1,树脂膜控释尿素处理分别降低
0郾 13 ~ 0郾 82 mg·kg-1和 0郾 95 ~ 0郾 99 mg·kg-1 .
摇 摇 综上所述,提高施氮量能有效提高耕层土壤无
机氮含量;与普通尿素相比,施用控释尿素在小麦生
育中后期更能提高耕层土壤无机氮含量;树脂膜控
释尿素对氮素的控释作用优于硫膜控释尿素.
961 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 马富亮等: 硫膜和树脂膜控释尿素对小麦产量、品质及氮素利用率的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 小麦不同生育期耕层土壤无机氮含量变化
Fig. 2 摇 Changes of inorganic nitrogen in topsoil at different
growth stages of wheat (mean依SE).
2郾 2郾 2 小麦氮素利用率摇 氮素偏生产力反映作物吸
收肥料氮和土壤氮后所产生的边际效应.普通尿素、
硫膜控释尿素和树脂膜控释尿素氮素偏生产力均随
着施氮量的增加而下降. 在 300 和 210 kg·hm-2氮
素水平下,氮素偏生产力大小顺序均为:树脂膜控释
尿素>硫膜控释尿素>普通尿素. 可见,与普通尿素
相比,控释尿素的氮素偏生产力较大,且树脂膜控释
尿素较硫膜控释尿素氮素偏生产力大.
在本试验条件下,小麦总吸氮量随着氮素水平
的提高而提高,与普通尿素相比,控释尿素处理的小
麦总吸氮量均达到显著水平,提高幅度为 27郾 2% ~
46郾 4% (表 2).在 300 和 210 kg·hm-2氮素水平下,
土壤氮素依存率均表现为:树脂膜控释尿素<硫膜
控释尿素<普通尿素,与普通尿素处理相比,树脂膜
控释尿素处理土壤氮素依存率降低 14郾 6% ~
17郾 3% ,硫膜控释尿素处理降低 11郾 0% ~ 12郾 6% .
普通尿素、硫膜控释尿素和树脂膜控释尿素的氮素
利用率均随氮素水平的提高呈上升趋势,在 300 和
210 kg·hm-2氮素水平下,氮素利用率的高低顺序
均为:树脂膜控释尿素>硫膜控释尿素>普通尿素,
控释尿素处理的氮素利用率比普通尿素处理增加
58郾 2% ~101郾 2% ,树脂膜控释尿素氮素利用率比硫
膜控释尿素高 6郾 1% ~6郾 5% .
表 2摇 不同处理对小麦氮素利用率的影响
Table 2摇 Effects of different treatments on nitrogen use ef鄄
ficiency of wheat
处理
Treatment
施氮量
N application
rate
(kg·hm-2)
总吸氮量
Total N
uptake
(kg·hm-2)
氮素偏生产力
N partial
factor
productivity
(kg·kg-1N)
土壤氮素
依存率
Soil N
dependent
rate (% )
氮素利用率
N use
efficiency
(% )
CK 0 55郾 6d - - -
HCU 300 120郾 9b 28郾 31 46郾 0 21郾 8
LCU 210 94郾 3c 38郾 53 59郾 0 18郾 4
HSU 300 158郾 9a 32郾 43 35郾 0 34郾 4
LSU 210 119郾 8b 42郾 52 46郾 4 30郾 6
HPU 300 177郾 0a 32郾 97 31郾 4 40郾 5
LPU 210 133郾 4b 42郾 58 41郾 7 37郾 1
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 不同处理对小麦产量及其构成因素的影响
小麦的产量形成主要取决于单位面积穗数、每
穗粒数和千粒重.单位面积穗数决定于种植密度和
氮肥用量,在小麦生长前期,充足的氮素营养对单位
面积穗数有重要影响.小麦生长前期增施氮肥,可提
早小穗分化期,提高分化强度,使穗粒数增加;小麦
孕穗期,叶片中保持一定的氮素水平可延长光合作
用时间,有利于后期光合作用产物向籽粒中运转与
积累,从而使粒重增加[20] .本试验结果显示,与普通
尿素处理相比,控释尿素处理的每平方米穗数、穗粒
数、千粒重分别提高 7郾 0% ~ 18郾 3% 、 3郾 7% ~
17郾 9% 、2郾 5% ~ 4郾 2% ,小麦产量提高 10郾 4% ~
16郾 5% ;树脂膜控释尿素处理比硫膜控释尿素处理
籽粒产量增加 0郾 1% ~ 1郾 7% . 说明施用控释尿素,
特别是树脂膜控释尿素更能有效地促进小麦的生长
发育,在小麦生育中后期提供充足的氮素养分,每平
方米穗数、穗粒数及千粒重均有不同程度的提高,产
量必然得到有效提高.与前人[12,21-24]的研究结果基
本一致.这是由于树脂膜控释尿素能有效地控制氮
素释放,使氮素释放后移,氮素积累高于硫膜控释尿
素,为小麦高产提供了重要保障.
3郾 2摇 不同处理对小麦籽粒营养品质的影响
蛋白质和淀粉是衡量小麦籽粒营养品质的两个
最主要指标.提高氮素水平是显著提高小麦籽粒蛋
白质含量的有效措施[25-26] . 有研究认为,小麦是典
型的直链淀粉和支链淀粉比例保持稳定的作物,直 /
支受外界环境的影响不大[27] . 李青常等[28]研究表
明,随施氮量增加,小麦总淀粉含量稍有上升,但变
化不明显.本试验结果显示,与普通尿素处理相比,
控释尿素处理小麦籽粒蛋白质含量提高 5郾 8% ~
07 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
18郾 9% ,差异达到显著水平;小麦籽粒淀粉含量提高
0郾 3% ~ 1郾 4% ,差异不显著,这与李青常等[28]的研
究结果基本一致;相同施氮量条件下,树脂膜控释尿
素处理的蛋白质、淀粉含量均高于硫膜控释尿素处
理,分别提高 2郾 4% ~ 3郾 3%和 0郾 1% ~ 1郾 0% . 这可
能是因为树脂膜控释尿素比硫膜控释尿素具有更好
的氮素控制释放效应,在小麦生育中后期为小麦生
长发育提供了足够的氮素,提高了源器官氮素同化
能力,促进了同化物质向小麦籽粒中运转,同时显著
提高了蛋白质含量,淀粉含量也稍有提高.
3郾 3摇 不同处理对小麦氮素利用率的影响
硝态氮淋失、氨挥发是氮肥损失的两种主要形
式.普通尿素属于速效氮肥,施入土壤后极易淋溶、
挥发,导致氮素的大量损失,利用率低. 与普通尿素
相比,施用控释尿素使氮素供应在时间和空间上与
作物养分吸收规律更加接近,有效减少了硝态氮的
淋洗和氨挥发损失,氮素利用率明显提高[29] . 另有
研究表明,控释尿素能明显提高氮肥偏生产力,起到
明显的节肥增效作用[30] . 本试验条件下,自越冬期
至拔节期,控释尿素处理的硝态氮、铵态氮含量降幅
小于普通尿素处理,且控释尿素在小麦生育中后期
更能维持较高的土壤无机氮水平,满足了小麦生长
的氮素需求;两种控释尿素处理相比,树脂膜控释尿
素更能提高氮素偏生产力,降低土壤氮素依存率,从
而有效提高氮素利用率. 这可能是因为树脂膜控释
尿素释放速率较慢,更能有效防止硝态氮淋失和氨
挥发损失,同时降低土壤氮素依存率,使小麦对土壤
氮的依赖性逐渐减弱,对肥料氮的依赖性逐渐增强,
明显增强肥料氮的作用,从而提高小麦总吸氮量,有
效提高氮素利用率.
本研究结果表明,硫膜和树脂膜控释尿素在增
加小麦产量、改善籽粒品质和提高氮素利用率方面
均起到较好的作用.两种不同包膜控释尿素相比,树
脂膜控释尿素具有较好的综合效应,更能实现小麦
的高产、优质、稳产.
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作者简介摇 马富亮, 男, 1985 年生, 硕士研究生. 主要从事
土壤生态研究. E鄄mail: flma0620@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
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