全 文 ：控释尿素施用方式及用量对夏玉米氮肥效率
和产量的影响*
苏摇 琳1 摇 董志新2 摇 邵国庆3 摇 李增嘉1 摇 宁堂原1**
( 1 山东农业大学农学院作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018; 2 中国科学院南京土壤研究所, 江苏南京 210008;
3 微山县农业局农业技术推广站, 山东济宁 277600)
摘摇 要摇 在大田条件下以不施氮为对照,研究了施氮量为 75 和 150 kg N·hm-2条件下,普通
尿素底施、控释尿素底施和侧施对夏玉米光合性能、氮肥效率和产量的影响.结果表明:与普
通尿素相比,相同施氮水平下,包膜控释尿素处理玉米果穗叶光合速率、叶绿素含量、硝酸还
原酶活性、籽粒灌浆速率均显著提高,玉米籽粒产量比普通尿素平均提高 9郾 5% ;与控释尿素
侧施相比,底施使玉米籽粒产量提高 6郾 2% .包膜控释尿素处理的氮肥农学利用率(AE)和偏
生产力(PFP)比普通尿素平均分别提高 74郾 5%和 11郾 0% ;与包膜控释尿素侧施相比,底施使
AE和 PFP分别提高 26郾 8%和 5郾 7% .控释尿素施用量较高时,玉米光合性能得到改善,产量、
AE和 PFP显著提高;与控释尿素侧施相比,底施对玉米产量、AE和 PFP的增加效果更显著.
关键词摇 控释尿素摇 施用方式摇 夏玉米摇 氮肥效率 产量
文章编号摇 1001-9332(2010)04-0915-06摇 中图分类号摇 S143,S513摇 文献标识码摇 A
Effects of different application modes and rates of controlled release urea on fertilizer nitro鄄
gen use efficiency and grain yield of summer maize. SU Lin1, DONG Zhi鄄xin2, SHAO Guo鄄
qing3, LI Zeng鄄jia1, NING Tang鄄yuan1 ( 1State Key Laboratory of Crop Biology, College of Agrono鄄
my, Shandong Agricultural University, Tai爷 an 271018, Shandong, China; 2 Institute of Soil Sci鄄
ence, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, Jiangsu, China; 3Agrotechnology Extension
Station, Weishan Bureau of Agriculture, Jining 277600, Shandong, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,
2010,21(4): 915-920.
Abstract: A field experiment was conducted to study the effects of different application modes (bot鄄
tom application and side鄄dressing) and rates (0,75, and 150 kg N·hm-2) of controlled release
urea on the photosynthetic capability, fertilizer nitrogen use efficiency, and grain yield of maize
(Zea mays L. ). Compared with conventional urea (U), the controlled release urea (CU) at same
application rates increased the leaf photosynthetic rate, chlorophyll content, nitrate reductase activi鄄
ty, and kernel filling rate significantly, and promoted the grain yield by an average of 9郾 5% (P<
0郾 05). Bottom application of CU induced a 6郾 2% higher grain yield than side鄄dressing CU. The
average agronomic efficiency (AE) and partial factor productivity (PFP) of CU were 74郾 5% and
11郾 0% higher than those of U, and bottom application of CU increased the AE and PFP by 26郾 8%
and 5郾 7% , respectively, compared with side鄄dressing CU. Higher application rates of CU improved
the photosynthetic capability, and increased the grain yield, AE, and PFP. Bottom application of
CU could significantly increase the grain yield, AE, and PFP of maize, compared with side鄄dress鄄
ing CU.
Key words: controlled release urea; application mode; summer maize; fertilizer nitrogen use effi鄄
ciency; yield.
*国家自然科学基金项目(30900876)、2008 年公益性行业(农业)科研专项(200803028)、国家科技支撑计划项目(2006BAD10B07)和山东省
中青年科学家科研奖励基金项目(2007BS06017)资助.
**通讯作者. E鄄mail: ningty@ 163. com
2009鄄06鄄23 收稿,2010鄄01鄄29 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 4 月摇 第 21 卷摇 第 4 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, Apr. 2010,21(4): 915-920
摇 摇 氮素在玉米生产中的增产作用显著,但施氮量
较大时氮素利用率却显著下降[1-2] . 氮素利用率低
不仅造成了巨大的资源浪费和经济损失,同时也对
环境造成不良的影响[3-4] .因此,如何提高氮肥利用
率是目前肥料研究中共同关注的课题[5] . 已有研究
表明,施用控释尿素是提高氮肥利用率的一条有效
途径[6-7] .与常规氮肥相比,控释尿素能维持玉米生
育后期较高的根系数量和活性,协调根冠关系[8],
提高根系对氮素的吸收能力,因而可显著提高氮素
利用率和作物产量,减少环境污染[6, 9] .肥料的施用
方式影响其利用率,李殿平等[10]研究表明,普通尿
素深施比表施的氮素利用率提高 22% .而控释尿素
施用方式和用量对氮素利用效率和产量的影响研究
却鲜见报道.随着控释尿素生产成本的降低和产量
的增加,控释尿素在玉米等作物生产上的广泛应用
是化学肥料发展的趋势之一.为此,本文开展了控释
尿素施用方式和用量对玉米养分利用效率和产量影
响的研究,以期为实现玉米高产优质高效安全栽培
提供理论依据和技术借鉴.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
试验于 2006 年在山东农业大学农学试验站进
行. 试验地点位于 35毅 38忆 —36毅 33忆 N,116毅 02忆—
117毅59忆 E,属于温带半湿润大陆性气候,玉米生育
期间(6 月中旬到 9 月底)多年平均降水量为 512
mm,2006 年降水量为 525 mm.土壤为棕壤土,0 ~ 20
cm 土层含有机质 12郾 85 g·kg-1,全氮 1郾 02 g·
kg-1,碱解氮 89郾 76 mg·kg-1,速效磷 52郾 56 mg·
kg-1,速效钾 88郾 93 mg·kg-1 .
1郾 2摇 试验设计
试验共设 7 个处理,分别为 N0(0 kg N·hm-2)、
N1(普通尿素,75 kg N·hm-2 )、N2(普通尿素,150
kg N· hm-2 )、 CN1C (控释尿素侧施,75 kg N·
hm-2)、CN2C (控释尿素侧施,150 kg N·hm-2 )、
CN1D(控释尿素底施,75 kg N·hm-2)、CN2D(控释
尿素底施,150 kg N·hm-2). 普通尿素采用侧施方
式:两行之间开 3 ~ 5 cm 深的沟,撒施肥料,然后覆
土.控释尿素底施方式:开沟深 7 cm,撒施控释氮
肥,然后覆盖 2 cm厚的土,在上面播种,肥料施在种
子正下方.控释尿素侧施方法与普通尿素相同.因普
通尿素施在种子正下方 2 cm处会烧苗,因此未设底
施处理.氮肥全部作基肥一次性施入,随机区组设
计,小区面积 60 m2,重复 3 次.控释尿素为树脂包膜
尿素(含 N 43郾 47% ),由山东农业大学研制、山东金
正大生态工程股份有限公司生产. 玉米品种为郑单
958,播前对种子进行精选,以保证纯度和出苗整齐.
6 月 12 日播种,株距 25 cm,行距 60 cm,密度为
67500 株·hm-2,8 月 9 日开花,10 月 1 日收获.
1郾 3摇 测定项目和方法
标记同一天开花的果穗叶,每 10 d 测定一次光
合生理参数.
净光合速率(Pn)用 CIRAS鄄2 型便携式光合测
定系统(英国 PP鄄systems公司)于晴天 9:30—10:30
测定,每处理重复测定 6 次.
于玉米开花期挂牌标记各处理代表性植株.自
标记之日起,每 10 d 取果穗叶和果穗,共取样 5 次,
分别为花后 10、20、30、40 和 50 d.每处理取 5 片果
穗叶,叶绿素含量测定用分光光度法[11],硝酸还原
酶( nitrate reductase, NR) 活性测定用磺胺比色
法[12] .每处理取 5 个果穗脱粒,将样品在 105 益杀
青 30 min,然后 80 益烘至恒量,用 1 / 100 天平称量,
然后用公式 V=(Mt2-Mt1) / ( t2-t1)计算籽粒灌浆速
率.收获时,每小区随机选取 5 m 双行,将果穗全部
收获,风干后脱粒称量,并计算籽粒产量,3 次重复.
用国际通用的氮肥利用率定量指标鄄农学利用
率和氮肥偏生产力来分析玉米的氮肥效率. 氮肥农
学利用率(agronomic efficiency of nitrogen,AE)指施
入单位氮肥所增加的玉米产量,AE( kg·kg-1 ) =
(施氮区玉米产量-氮空白区玉米产量) /施氮量;氮
肥偏生产力(partial factor productivity for applied N,
PFP)是以玉米产量与施氮量的关系来衡量氮肥利
用率的指标,反映作物吸收肥料氮和土壤氮后所产
生的边际效应,PFP( kg·kg-1 ) = 玉米产量 /施氮
量[13] .
1郾 4摇 数据处理
采用 DPS 7郾 05 软件分析数据,用最小显著极差
法(LSD)进行显著性检验 (琢 = 0郾 05). 用 ORIGIN
PRO 8郾 0 软件作图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同施氮处理对玉米果穗叶叶绿素含量和净
光合速率的影响
施氮对开花期和成熟期的玉米果穗叶叶绿素
a、叶绿素 b和叶绿素 a+b 含量有显著影响(表 1).
在成熟期,相同施氮水平下,与普通尿素相比,包膜
控释尿素缓慢释放养分有利于维持生育后期较高的
619 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 21 卷
叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素 a+b 含量.同一类型肥
料下叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素 a+b 含量随施氮
量的增加而显著增加. 包膜控释尿素底施条件下叶
绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素 a+b 含量比侧施平均分
别提高 10郾 0% 、10郾 0%和 9郾 6% .
摇 摇 施氮可显著提高花后玉米果穗叶的净光合速率
(Pn),包膜控释尿素底施时增幅更大(图 1). 与普
通尿素相比,花后 10 d包膜控释尿素处理的果穗叶
Pn 略低(除 CN2D外),差异不显著,后期 Pn 始终保
持较高水平.在花后 30 ~ 40 d,相同施氮水平下,包
膜控释尿素处理的果穗叶 Pn 显著高于普通尿素(P
<0郾 05) . 同一类型肥料下Pn随施氮量的增加而显
表 1摇 不同施氮处理对玉米果穗叶叶绿素含量的影响
Tab. 1摇 Effects of different nitrogen treatments on chloro鄄
phyll content in ear leaf of maize
生育时期
Growth
stage
处 理
Treatment
叶绿素含量
Chlorophyll content (mg·g-1 FM)
叶绿素 a
Chl a
叶绿素 b
Chl b
叶绿素 a+b
Chl (a+b)
开花期 N0 2郾 55e 0郾 77e 3郾 32f
Anthesis N1 2郾 80e 0郾 83de 3郾 64e
stage CN1C 2郾 99de 0郾 90cd 3郾 88de
CN1D 3郾 13cd 0郾 96bc 4郾 08cd
N2 3郾 25bc 1郾 00b 4郾 24bc
CN2C 3郾 40b 1郾 03b 4郾 42b
CN2D 3郾 77a 1郾 14a 4郾 91a
成熟期 N0 0郾 54g 0郾 14f 0郾 68f
Maturity N1 0郾 85f 0郾 22e 1郾 07e
stage CN1C 0郾 96e 0郾 25d 1郾 22d
CN1D 1郾 04d 0郾 27d 1郾 31d
N2 1郾 15c 0郾 31c 1郾 45c
CN2C 1郾 33b 0郾 35b 1郾 68b
CN2D 1郾 48a 0郾 39a 1郾 87a
同列数据后不同字母表示差异显著(P<0郾 05) Data with different let鄄
ters in the same column meant significant difference at 0郾 05 level. 下同
The same below.
图 1摇 不同施氮处理下玉米果穗叶净光合速率的动态变化
Fig. 1摇 Dynamics of net photosynthetic rate of ear leaf of maize
under different nitrogen treatments.
著增加.底施包膜控释尿素处理后期 Pn 显著高于侧
施处理(P<0郾 05)(花后 30 d除外).
2郾 2摇 不同施氮处理对玉米籽粒灌浆速率的影响
各处理籽粒灌浆速率均表现为自开花后迅速上
升,在花后 30 d左右达到最大,随后降低,呈单峰曲
线变化(图 2).花后 30 ~ 50 d,施氮量 75 和 150 kg
N·hm-2的包膜控释尿素处理籽粒灌浆速率比普通
尿素平均分别提高 16郾 0%和 13郾 5% ,均达到显著水
平,可见,包膜控释尿素中氮素的缓慢释放有利于玉
米生育后期维持较高的灌浆速率. 同一类型肥料下
玉米灌浆速率随施氮量的增加而显著增加. 控释尿
素底施处理的灌浆速率比侧施平均提高 9郾 2% .
2郾 3摇 不同施氮处理对玉米果穗叶硝酸还原酶活性
的影响
玉米果穗叶硝酸还原酶(NR)活性自开花后迅
速上升,在花后 15 d 左右达到最大,之后持续下降
(图 3).花后 10 d 时施用包膜控释尿素处理的 NR
活性显著低于普通尿素处理(P<0郾 05),但后期包膜
图 2摇 不同施氮处理下玉米籽粒灌浆速率的动态变化
Fig. 2摇 Dynamics of kernel filling rate in grain of maize under
different nitrogen treatments.
图 3摇 不同施氮处理下玉米果穗叶硝酸还原酶活性的动态
变化
Fig. 3 摇 Dynamics of nitrate reductase activity in ear leaf of
maize under different nitrogen treatments.
7194 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 苏摇 琳等: 控释尿素施用方式及用量对夏玉米氮肥效率和产量的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
控释尿素处理的 NR 活性始终保持较高水平. 在花
后 30 ~ 40 d,相同施氮水平下,包膜控释尿素处理的
NR活性显著高于普通尿素处理(P<0郾 05). 同一类
型肥料下随施氮量增加 NR 活性也显著增加. 底施
包膜控释尿素处理后期 NR活性显著高于侧施处理
(P<0郾 05)(花后 20 d除外).
2郾 4摇 不同施氮处理对玉米籽粒产量的影响
尿素类型、用量及施用方式对玉米籽粒产量有
显著影响 (表 2). 各处理玉米籽粒产量表现为:
CN2D>CN2C>N2>CN1D>CN1C>N1>N0 .施氮量 75 和
150 kg N·hm-2包膜控释尿素处理的籽粒产量比普
通尿素平均分别增产 14郾 8%和 5郾 7% ,均达显著水
平.同一类型肥料下,随施氮量的增加籽粒产量也显
著增加,CN2D比 CN1D 增产 20郾 6% ,CN2C 比 CN1C
增产 17郾 3% ,N2 比 N1 增产 29郾 1% . 底施包膜控释
尿素处理的籽粒产量比侧施平均提高 6郾 3% .
相关分析表明,除花后 10 d 籽粒灌浆速率外,
玉米花后光合速率、灌浆速率与籽粒产量呈显著正
相关.玉米花后 10、20、30、40 d 的光合速率与籽粒
产量均呈极显著正相关(P<0郾 01,相关系数分别为
0郾 8987、0郾 9136、0郾 8701 和 0郾 9735). 花后 10 d 籽粒
灌浆速率与产量呈负相关,但不显著(相关系数为
-0郾 3181),花后 40 d籽粒灌浆速率与产量呈显著正
相关(相关系数为 0郾 7663),花后 20、30 和 50 d则与
产量呈极显著正相关(P <0郾 01,相关系数分别为
0郾 9219、0郾 8946 和 0郾 9180).
2郾 5摇 不同施氮处理对玉米氮肥效率的影响
尿素类型、用量及施用方式对玉米氮肥效率有
显著影响(表 2).施氮量 75 和 150 kg N·hm-2包膜
控释尿素处理的 AE 比普通尿素平均分别提高
220%和20郾 69% ,均达显著水平.与普通尿素相比,
表 2摇 不同施氮处理对玉米籽粒产量和氮肥效率的影响
Tab. 2 摇 Effects of different nitrogen treatments on grain
yield and nitrogen efficiency of maize
处 理
Treatment
籽粒产量
Grain yield
(kg·hm-2)
AE
(kg grain·
kg-1 N)
PFP
(kg grain·
kg-1 N)
N0 7603e - -
N1 8139d 7郾 15d 108郾 52c
CN1C 9115c 20郾 16c 121郾 53b
CN1D 9522c 25郾 59ab 126郾 96a
N2 10506b 19郾 35c 70郾 04e
CN2C 10694b 20郾 61bc 71郾 29e
CN2D 11518a 26郾 10a 76郾 79d
AE: 氮肥农学利用率 Agronomic efficiency of nitrogen; PFP: 氮肥偏
生产力 Partial factor productivity for applied N.
包膜控释尿素处理可显著提高玉米 AE,施氮量 75
kg N·hm-2处理表现尤为明显.同一类型肥料下,随
施氮量的增加 AE 增加,其中 CN2D 比 CN1D 高
19郾 9% , CN2C 比 CN1C 高 22郾 3% , N2 比 N1 高
171% .底施包膜控释尿素处理的 AE 比侧施平均提
高 26郾 8% ,表明控释尿素底施有利于提高玉米 AE.
施氮量 75 和 150 kg N·hm-2包膜控释尿素处
理的 PFP 比普通尿素平均分别提高 14郾 5% 和
5郾 7% ,均达显著水平.可见与普通尿素相比,包膜控
释尿素处理可显著提高玉米 PFP,施氮量 75 kg N·
hm-2处理表现尤为明显.同一类型肥料下,随施氮量
的增加 PFP 显著降低,其中 CN2D 比 CN1D 低
39郾 5% , CN2C 比 CN1C 低 41郾 3% , N2 比 N1 低
35郾 5% .底施包膜控释尿素处理的 PFP 比侧施平均
提高 5郾 7% ,表明控释尿素底施有利于提高玉米
PFP.
3摇 讨摇 摇 论
氮肥利用率是用来描述氮肥吸收利用特性的主
要指标,反映作物对土壤中肥料氮的吸收与利用效
果[14] .氮肥类型和施用方式对氮肥利用率均有显著
影响[15-16] .本研究结果表明,同一肥料类型下,随施
氮量的增加,AE 显著增加,而 PFP 显著降低,这与
曾建敏等[17]的研究结果相一致. 但相同施氮水平
下,玉米 AE和 PFP均表现为:底施包膜控释尿素>
侧施包膜控释尿素>普通尿素.可见,包膜控释尿素
可显著提高玉米 AE 和 PFP,而相同施氮水平下包
膜控释尿素底施的 AE和 PFP均显著高于侧施.
合理的氮肥运筹及施用方式是作物获得高产的
有利措施[18-20] .本研究结果表明,氮肥类型、用量及
施用方式对玉米籽粒灌浆速率、产量的影响规律具
有一致性,均随施氮量的增加而增加,相同施氮量下
包膜控释尿素处理显著高于普通尿素,而包膜控释
尿素底施可以显著提高这种效果.相关分析表明,玉
米花后光合速率、灌浆速率与籽粒产量呈显著正相
关(除花后 10 d 的籽粒灌浆速率外). 已有研究表
明,与普通尿素相比,包膜控释尿素在干物质积累和
产量上有显著的“前控后保冶效果[6] . 本研究表明,
包膜控释尿素底施更有利于发挥其“前控后保冶效
果,这得益于花后较高的光合速率和灌浆速率.
相同施氮水平下,玉米叶片光合速率、叶绿素含
量、叶片 NR活性均表现为:底施包膜控释尿素>侧
819 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 21 卷
施包膜控释尿素>普通尿素. 其原因可能是由于普
通尿素前期的大量吸收和淋失造成花后表层土壤氮
素损失量增大[7,21],导致植株根系周围出现氮亏缺,
花后玉米氮素供需矛盾加重,不利于作物的生长发
育,降低了植物组织中的 NR活性,进而减缓了作物
对硝态氮的吸收[19],导致植株叶片光合速率下
降[22];另一方面,氮素亏缺使叶片叶绿素含量随之
降低[23],影响了色素蛋白复合体的功能,削弱了叶
绿体对光能的吸收,导致光合速率下降[24-25],不利
于地上部干物质的积累和转移. 而包膜控释尿素缓
慢释放养分的特性减轻了土壤淋洗作用,有利于缓
解这一现象,相同施氮量下玉米叶片 NR活性、叶绿
素含量和叶片 Pn 均显著高于普通尿素处理,可以更
好地满足玉米产量形成期对氮素的需求[6,26] . 相同
施氮水平下,底施包膜控释尿素处理的优势显著高
于侧施.邵蕾等[15]在草莓上的研究结果也表明,底
施更能发挥包膜控释尿素的优势. 其原因可能是由
于与侧施相比,底施肥料在玉米根系的正下方,一方
面根系更容易获取这些氮素,另一方面,可以诱导根
系下扎提高氮肥利用率.因此,通过改善玉米氮素供
应状况,提高玉米生育后期果穗叶光合性能、延缓光
合功能衰退,是包膜控释尿素特别是底施包膜控释
尿素能显著提高产量的重要生理原因. 与普通尿素
相比,包膜控释尿素处理可显著提高玉米生育后期
叶片 NR活性和叶绿素含量,维持较高的玉米叶片
光合速率,从而实现玉米产量的显著提高,AE 和
PFP也随之提高.
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作者简介摇 苏摇 琳,女,1976 年生,硕士研究生.主要从事农
业肥水资源高效利用研究. E鄄mail: sulin@ sdau. edu. cn
责任编辑摇 张凤丽
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