全 文 :文章编号 :100028551 (2006) 062539205
玉米对尿素减量与复合氮肥增效剂配施的响应
田秀英1 ,2 王正银1
(11 西南大学资源环境学院 ,重庆 400716 ; 21 重庆文理学院生命科学系 ,重庆 402168)
摘 要 :用15N2尿素进行盆栽和田间试验 (盆栽试验尿素标准用量为 120mgΠ盆 ,田间试验尿素标准用量为
15715kgΠhm2 ) ,研究了复合氮肥增效剂用量、尿素减量与复合氮肥增效剂配施对玉米生长、籽粒产量和
氮素吸收利用的影响。结果表明 ,适量 (施氮量的 20 %~60 %) 的复合氮肥增效剂能显著促进玉米幼苗
生长发育。氮素减量 5 %~15 %时配施复合氮肥增效剂对玉米生长和含氮量影响不显著 ,15 N 和吸氮总
量与不施增效剂的处理相当或有所提高。除尿素减量 30 %处理外 ,其余各尿素减量配施复合氮肥增效
剂的处理 ,玉米氮素利用率比不施增效剂的处理提高 516 %~713 % ,尿素减量 5 %~50 %配施复合氮肥
增效剂 ,玉米氮素表观利用率提高 717 %~1710 %。在大田条件下 ,尿素氮减少 5 %~15 %(即减少施氮
718~2317kgΠhm2 )配施复合氮肥增效剂不影响玉米的单季产量 ,玉米植株吸氮总量、氮素净吸收量、氮肥
生理效率和农学效率与不施增效剂的处理相当或增加 ,氮素表观利用率提高 1418 %~1512 %。尿素减
量达 30 %时 ,配施复合氮肥增效剂对玉米植株生长和氮素吸收利用明显不利。尿素与 20 %施氮量的复
合氮肥增效剂配施 ,不影响玉米植株生长和单季产量 ,能提高玉米氮素利用率 ,节省氮肥投入达 15 %。
关键词 :15N2尿素 ;尿素减量 ;复合氮肥增效剂 ;玉米 ;氮素利用率
收稿日期 :2006204217
基金项目 :重庆市科委攻关项目 (渝科委计[1997 ]22 号)和中国科学院南京土壤研究所土壤圈开放实验室资助项目 (971530)
作者简介 :田秀英 (19652) ,女 ,四川广安人 ,副教授 ,在读博士 ,主要从事植物营养与生理研究。王正银为通讯作者 , Tel :023 41937777 ; Email :
cqflower @163. com
RESPONSE OF MAIZE TO REDUCED UREA APPLICATION COMBINED WITH
COMPOUND NITROGEN FERTILIZER SYNERGISTS
TIAN Xiu2ying1 ,2 ,WANG Zheng2yin1
(11 Resource and Environmental College , Southwest University , Chongqing 400716 ;
21 Department of Life Science , Chongqing University of Arts and Sciences , Chongqing 402168)
Abstract :Pot and field experiments were conducted to study the response to application rate of urea labeled with 15N combined
with compound nitrogen fertilizer synergists in the growth , yield , uptake and utilization rate of urea of maize , In pot
experiment , the standard urea application rate is 120mgΠperpot ; in field experiment , the standard urea application rate is
15715kgΠhm2 . Maize with 15 N2lurea. The results showed that the growth of maize seedling was obviously promoted with
appropriate dosage of compound nitrogen fertilizer synergists (20 %~60 % of N) . The teatments of urea application rate
reduced by 5 %~15 % and added compound nitrogen fertilizer synergists , the growth and nitrogen content of maize were not
significat changed , and the total 15N uptake and nitrogen uptake by maize were the same as CK2 or increased a little. Nitrogen
use efficiency of other treatments increased by 516 %~713 % comparing with CK, except the treatment of urea application rate
reduced by 30 %. The apparent utilization rate of nitrogen was enhanced by 717 %~1710 %. Under the field condition ,
maize yield , total uptake , net uptake , physiological rate and agronomic use efficiency of nitrogen were the same as CK or
increased. The apparent utilization rate of nitrogen was enhanced by 1418 %~1512 % treated with urea reduced by 5 %~
15 %(718~2317kgΠhm2 ) and added with compound nitrogen fertilizer synergists. It was not helpful for the growth and
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nitrogen utiliz ation rate of maize when urea reduced by 30 % and combined with compound nitrogen fertilizer synergists. As a
result , treated with urea decreased by 15 % and combined with appropriate dosage of compound nitrogen fertilizer synergists
(20 % of urea) , the growth and yield of maize had litter effect and higher the uptake and utilization of nitrogen.
Key words :15N2urea ;reduced urea ; compound nitrogen fertilizer synergists ; maize ; nitrogen use efficiency
尿素是目前中国农业生产中施用量最大的氮肥品
种。长期以来 ,一直存在着尿素氮利用率低、损失严重
等问题 ,既浪费肥料资源又污染环境[1 ] 。自 20 世纪 60
年代以来 ,国内外肥料研究者致力于从尿素的物理改
型 (大Π超大颗粒、涂层、包膜等) 、化学改性 (缩合、热
解、化合、加入脲酶抑制剂等) 等生产缓Π控释复合肥来
提高尿素的氮素利用率[2 ] 。控释肥料能按照作物生长
发育和需肥规律释放出氮素营养 ,但因其成本高 ,养分
单一 ,迄今在国内现行农业生产条件下也很难大规模
推广应用[3 ] 。20 世纪 70 年代后 ,国内外又筛选出多种
硝化Π脲酶抑制剂与化学氮肥混合施用 ,如含有 HQ、
DCD 和其他抑制剂的长效氮肥增效剂 (肥隆等) 、长效
复合肥添加剂 (NAM 等) 及各种专用肥已投入生产并
大面积推广应用[4 ] ,但因大多是以有机化合物 HQ、
PPD、NBPT等为原料[5 ] ,在降低土壤脲酶活性的同时 ,
难免对土壤产生污染或对作物根系和幼苗生长产生不
良效应。本研究采用15 N2尿素与经过前期试验筛选出
的几种天然植物材料[6 ]和化学物质[7 ] 组合成的复合氮
肥增效剂进行了玉米幼苗试验、盆栽试验和田间试验 ,
以探讨复合氮肥增效剂的最佳施用量 ,及与不同用量
尿素配施对玉米生长发育、子粒产量和氮素吸收利用
的影响。表明尿素的氮素利用效率通常有多种表示
法 ,仅用氮素表观利用率不能准确反应作物对尿素氮
的吸收利用状况 ,本研究从氮素表观利用率、农学效率
和生理效率等几方面探讨对玉米氮素吸收利用的影
响 ,以期为在大田中应用提供科学依据。
1 材料和方法
111 材料
供试土壤为沙溪庙组紫色母岩发育的灰棕紫泥 ,
其基本理化性质为 :pH615 ,有机质 10140 gΠkg ,碱解氮
10610 mgΠkg ,有效磷 1018 mgΠkg ,有效钾 11612 mgΠkg。
供试作物为玉米品种农大 108。肥料有15 N2尿素 (N
46 %) 、过磷酸钙 (P2O5 12 %)和氯化钾 ( K2O 60 %) 。复
合氮肥增效剂由西南大学提供 ,由几种植物材料[6 ] 和
化学物质[7 ]组成。
112 方法
11211 氮肥增效剂用量试验 采用玉米盆栽试验 ,在
西南大学玻璃温室内进行 ,用 <12cm ×10cm 塑料盆 ,
装土 500g ,氮 (N , 尿素) 、磷 ( P2O5 ) 、钾 ( K2O) 基础肥料
用量分别为 50、40、40mgΠ盆。复合氮肥增效剂用量设
5 个水平 : 0、10、30、50、100mgΠ盆 ;代号分别为 CNFS0
(CK) 、CNFS10 、CNFS30 、CNFS50 、CNFS100 。各处理重复 5
次 ,随机排列。复合氮肥增效剂与氮磷钾肥混合基施。
将玉米种子在 28 ℃恒温下催芽 2d ,每盆播入发芽一致
的种子 7 粒 ,待生长至 2 叶时定苗 5 株 ,常规管理 ,生
长 24d 收获。测定玉米植株高度、根系活力、植株地上
部和地下部鲜重。
表 1 玉米盆栽和田间试验方案
Table 1 Pot and field experiment scheme of maize
处理
treatment
盆栽施肥量
dosage of fertilizers
in pot experiment
N2P2O52K2O(mgΠkg) 田间试验施肥量dosage of fertilizers in fieldexperiment N2P2O52K2O (kgΠhm2)
CK1 (无肥 no fertilizer) 0 0
CK2 (NPK) 120 - 90 - 120 15715 - 11215 - 150
100 %N + CNFS 120 - 90 - 120 15715 - 11215 - 150
95 %N + CNFS 114 - 90 - 120 14917 - 11215 - 150
85 %N + CNFS 102 - 90 - 120 13318 - 11215 - 10
70 %N + CNFS 90 - 90 - 120 110125 - 11215 - 10
50 %N + CNFS 60 - 90 - 120 —
注 :CNFS(复合氮肥增效剂 ,下表同)用量为施氮量的 20 %。下表同。
Note : CNFS means compound nitrogen fertilizer synergists ,same as follows. The
dosage of CNFS is 20 % of nitrogen. The same as following Tables.
表 2 复合氮肥增效剂对玉米幼苗生长的影响
Table 2 Effect of compound N fertilizer synergist on
the growth of maize seedling
处理
treatment
株 高
plant height
(cm)
地 上 部 重
shoot biomass
(gΠpot ,FW) 根 系 重root weight(gΠpot ,FW) 根系活力roots activity(mgΠkg)
CNFS0 (CK) 3515c 21121c 14133c 46513b
CNFS10 3714ab 23125b 15176b 51012a
CNFS30 3814a 25150a 16192a 51614a
CNFS50 3612bc 19163d 12187d 46012b
CNFS100 3217d 13102e 8133e 42219c
注 :表中不同字母表示处理间和各处理较 CK差异达 5 %显著水平 ,下
同。CNFS右下角数字为每盆施 CNFS的毫克数。
Note : Different letters in the table mean significant difference comparing to CK,
and to each other at 5 % level , same as following Tables.
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11212 玉米盆栽试验 玉米盆栽试验在西南大学玻
璃温室内进行 ,用 <16cm ×15cm 塑料盆 ,装土 112kgΠ
盆 ;除无肥处理外 ,各处理磷 ( P2O5 ) 、钾 ( K2O) 基础肥
料用量为 90 和 120mgΠ盆 ,氮肥用量为 120~60 mgΠ盆
(即氮素减量 0~50 %) ,试验方案见表 1 ,各处理重复 5
次。各肥料与氮肥增效剂混合底施。将玉米种子在
28 ℃恒温下催芽 2d ,每盆播入发芽一致的种子 7 粒 ,待
生长至 2 叶时定苗 5 株 ,常规管理 ,生长 40d 收获。将
植株地上部和地下部样品在 80 ℃下杀酶 15min ,65 ℃
烘干、称重 ,样品磨细过 015mm 筛 ,测定15 N 含量、含氮
量、Ndff % (植株中来自肥料氮的百分含量 Nitrogen
clerived from fertilizer) ,氮素表观利用率用常规差减法
(施氮肥处理作物氮素累积量与不施氮肥处理作物氮
素累积量的差占施用氮肥总氮量的百分数) 计算。土
壤基本理化性质和玉米植株氮素测定用常规分析
法[10 ] ,玉米植株15 N 在中国农业科学院原子能所质谱
分析室用 MAT2251 超精度同位素质谱仪测定。
11213 田间试验 在西南大学实验农场进行玉米田
间试验 ,小区面积 710m ×110m = 710m2 ,试验方案见表
1 ,各处理重复 3 次。于 3 月 10 日播种 ,4 月 4 日移栽
(株距 100cm ×30cm) ,所有处理的磷肥 (普钙) 和钾肥
(氯化钾)均以基肥形式于播种前 1 次施用 ;氮肥与复
合氮肥增效剂分 2 次施用 ,40 %作底肥 ,60 %作追肥在
植株大喇叭口期追施。于 7 月 26 日玉米成熟时分小区
收获 ,每小区随机取 5 株玉米植株进行考种 ,植株和子
粒风干后分别测定干重和含氮量 ,测定方法同 11212 ,按
彭少兵等的方法计算氮肥利用率、氮肥生理效率和农学
效率 (每千克肥料所产生子粒的千克数) [8 ,9 ] 。
2 结果与分析
211 复合氮肥增效剂用量对玉米幼苗生长的影响
不同用量的复合氮肥增效剂对玉米幼苗生长产生
显著的影响 (表 2) ,各处理中以施用复合氮肥增效剂
低、中量者 (10 和 30mgΠ盆)极显著提高玉米的株高、地
上部和根系干重和根系活力 ,施用高量和极高量复合
氮肥增效剂 (50 和 100mgΠ盆) 则显著降低地上部根系
干重及根系活力 ,显著抑制玉米幼苗生长产生。表明
对玉米作物复合氮肥增效剂的适宜施用量为 10~
30mgΠ盆 (即施氮量的 20 %~60 %) 。
212 尿素减量与复合氮肥增效剂配施对盆栽玉米生
物量和含氮量的影响
由表 3 可知 ,尿素全量配施复合氮肥增效剂与无
氮肥增效剂处理 (CK2 ) 的玉米生物量无显著差异 ,表
明在施氮量过高的条件下 ,配施氮肥增效剂无实际意
义。尿素氮用量减少 5 %~15 %时配施复合氮肥增效
剂对玉米生长无显著不良影响 ;减少 30 %时对根系生
长无影响 ,但显著降低玉米地上部干重 ;减少 50 %时
已显著影响玉米的生长 ,表明在氮肥施用量太低的条
件下 ,即使配施复合氮肥增效剂也不能满足植物生长
对氮素的需求 ,复合氮肥增效剂的有效应用是以一定
的施氮量为基础的。尿素全量配施复合氮肥增效剂的
玉米植株地上部15 N 含量较 CK2 略低 ,但根系15 N 含量
增加 ,玉米含氮量与 CK2 无显著差异。尿素氮减少
5 %~15 %时配施复合氮肥增效剂的各处理都不同程
度降低玉米植株15 N 含量 ,地上部含氮量较 CK2 显著
提高 ,根系含氮量较 CK2 差异不显著。说明氮肥用量
减少 5 %~15 %时配施复合氮肥增效剂对玉米植株氮
含量基本上无不良影响。当氮素减少 50 %时玉米含
氮量较 CK2 显著降低 ,这是由于氮素施用太少而引起
的植株生长不良 ,氮素营养失调。
213 尿素减量与复合氮肥增效剂配施对盆栽玉米氮
素吸收利用的影响
由表 4 看出 ,不同用量尿素与复合氮肥增效剂配
施的玉米植株地上部Ndff %较CK2略低 ,根系的Ndff %
表 3 盆栽玉米植株生物量和含氮量
Table 3 The biomass and nitrogen content of maize in pot experiment
处理
treatment
干 重 dry biomass(gΠpot) 15N 含量15N content ( %) 含氮量 nitrogen conent ( %)
地 上 部
parts above ground
根 系
roots
地上部 parts
above ground
根 系
roots
地上部
parts above
ground
根 系
roots
CK1 (无肥 no fertilizer) 21085 ±01125e 11895 ±01201c 01411 01412 01958 01827
CK2 (NPK) 51648 ±01416a 31616 ±01278a 41087 31896 11350 01972
100 %N + CNFS 51665 ±01424a 31699 ±01342a 41000 41053 11392 11015
95 %N + CNFS 51407 ±01506ab 31796 ±01287a 31975 31773 11479 01929
85 %N + CNFS 51285 ±01453abc 31762 ±01199a 31726 31404 11450 01914
70 %N + CNFS 51046 ±01421bc 31629 ±01246a 31448 31193 11277 01892
50 %N + CNFS 41314 ±01392d 31082 ±01286b 31008 21762 11204 01827
145 6 期 玉米对尿素减量与复合氮肥增效剂配施的响应
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也随尿素施用量减少而降低 ;尿素全量与复合氮肥增
效剂配施的玉米植株全氮量、15 N 的吸收量、氮吸收总
量和氮素利用率较 CK2 显著增加 ,说明复合氮肥增效
剂既增加了玉米对肥料氮的吸收 ,又增加了植物对土
壤氮的吸收。尿素氮减少 5 %~15 %与复合氮肥增效
剂配施的玉米植株15 N 总吸收量和吸氮总量与 CK2 相
当或有所提高。除尿素氮减量 30 %处理外 ,其余各处
理的玉米氮素利用率比 CK2 提高 516 %~713 % ,尿素
减量 5 %~50 %配施复合氮肥增效剂氮素表观利用率
比 CK2 提高 717 %~1710 %。表明复合氮肥增效剂具
有脲酶抑制作用和硝化抑制作用 ,能延缓尿素水解速
率 ,降低 NH3 的挥发损失 ,减少 NO32N 的生成量 ,延长
了尿素氮及其转化产物在土壤中的停留时间 ,有利于
玉米植株对肥料氮素的吸收利用。在本试验中 ,玉米
氮素表观利用率比氮素利用率高 3415 %~4316 % ,许
多研究者认为是由于一部分肥料氮置换了土壤氮的结
果[10 ] 。
表 4 盆栽玉米氮素吸收和利用率
Table 4 Nitrogen uptake and utilization rate of maize in pot experiment
处理
treatment
地上部 parts above ground 根 系 roots
Ndff %
全 N 量
total N
(mgΠpot) 15N 吸收量15N uptake(mgΠpot) Ndff ( %) 全 N 量total N(mgΠpot) 15N 吸收量15N uptake(mgΠpot) 15N 总吸收量15N totaluptake(mgΠpot) 氮素利用率utility rateof N ( %) 总吸 N 量total Nuptake(mgΠpot) N 素表观利用率apparentutility rateof N ( %)
CK1 (无肥 no fertilizer) 0 1917 0 0 1517 0 0 0 3514 0
CK2 (NPK) 3212 7612 2415 2818 3511 1011 3416 2818 11113 6313
100 %N + CNFS 3115 7819 2419 3111 3715 1117 3615 3014 11614 6715
95 %N + CNFS 3113 8010 2510 2915 3513 1012 3512 30191 11513 7011
85 %N + CNFS 2911 7616 2213 2612 3414 818 3111 3015 11110 7411
70 %N + CNFS 2616 6414 1711 2414 3214 719 2510 2718 9618 6812
50 %N + CNFS 2514 5119 1312 2016 2515 512 1814 3017 7714 7010
214 尿素减量与复合氮肥增效剂配施对田间玉米产
量和氮素吸收利用的影响
21411 玉米产量 试验结果显示 (表 5) ,除尿素减量
30 %配施复合氮肥增效剂处理较 CK2 显著降低了玉米
植株生物量和籽粒产量外 ,其他处理对玉米植株生物
量和子粒产量较 CK2 无显著差异 ,表明尿素氮减少
5 %~15 %配施复合氮肥增效剂 (即减少施氮 718~
2317kgΠhm2 )不影响大田玉米生长和产量。
表 5 田间试验玉米产量和氮素养分吸收利用
Table 5 Yield and N uptake and utilization of maize in field experiment
处理
treatment
干重 Dry weight
(kgΠm2) 茎 秆straw 子粒grain
茎秆
Straw
子粒
grain
含 N 量
nitrogen
( %)
吸 N 量
N uptake
(kgΠm2) 含 N 量nitrogen( %) 吸 N 量uptake N(kgΠm2) 吸 N 总量total Nuptake(gΠ小区) 氮素表观利用率apparentutility rateof N( %) 植物净吸收氮量net Nuptake(gΠm2) 氮肥农学效率agronomicN useefficiency(gΠg) 氮肥生理效率physiologicalN useefficiency(gΠg)
CK1 (无肥 no fertilizer) 21528d 31028c 0169 17144 1113 34122 5117 0 0 0 0
CK2 (NPK) 41464ab 41466a 0186 38139 1145 64179 10312 4617 4614 1310 6816
100 % N + CNFS 41520a 41633a 0186 38187 1149 69103 10719 5110 5111 1416 7419
95 %N + CNFS 41408b 41605a 0192 40155 1146 67123 10718 5316 5110 1511 6812
85 %N + CNFS 41520a 41368a 0179 35171 1152 66139 10211 5318 4513 1413 7319
70 %N + CNFS 31824c 31950b 0176 29106 1133 52154 8116 3818 2418 1210 7913
21412 氮素吸收利用 尿素全量配施复合氮肥增效
剂的玉米植株总吸氮量较 CK2 提高 416 % (与盆栽试
验结果相似) ,氮素净吸收量提高 1011 % ,氮肥农学效
率提高 1213 % ,表观利用率提高 912 %。当施氮量减
少 5 %~15 %时 ,配施增效剂的各处理玉米植株总吸
氮量、氮素净吸收量、氮肥农学效率较 CK2 提高 612 %
~1010 % ,氮肥生理效率与 CK2 相当或提高 717 % ,氮 素表观利用率提高 1418 %~1512 % ,表明尿素施用量减少 5 %~15 %时配施复合氮肥增效剂能增加氮肥肥效 ,使玉米在吸收相同数量氮素时获得更多的经济产量 (表 5) 。大田条件下玉米氮素表观利用率较盆栽试验低得多 ,这与 De Datt[11 ] 和 Batholomew[12 ] 的研究结果一致。可能是在盆栽条件下 ,作物根系密集 ,与土壤肥料接触广泛 ,对肥料的吸收利用高。本试验还表明 ,在
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大田条件下 ,尿素配施复合氮肥增效剂使玉米植株氮
素表观利用率和吸氮总量较 CK2 明显提高 ,从而显示
出复合氮肥增效剂在大田具有极大的应用潜力。尿素
减量达 30 %时配施复合氮肥增效剂对玉米植株生长
和氮素吸收利用明显不利 ,说明复合氮肥增效剂的作
用效果与氮肥施用数量密切有关 ,这与前述的盆栽试
验结果具有一致性。
3 讨论
311 氮肥增效剂在农业生产中的应用
由于氮肥增效剂 (脲酶/ 硝化抑制剂) 能减缓尿素
的分解转化 ,增加土壤微生物对肥料氮的固持 ,调节土
壤中氮素残留量和氮肥的生物有效性 ,有利于提高作
物对氮的吸收利用[13~15 ] 。迄今全世界已筛选出了上
百种氮肥增效剂 ,目前效果较好的主要包括西吡
(Nitrapyrin) 、双氰胺 ( DCD) 、n2丁基硫代磷酰三胺
(NBPT)和氢醌 (HQ) 等 ,已大量应用于农业生产中 ,提
高氮肥利用率 20 % ~30 %[16 ,17 ] ,降低氮肥施用量 20~
30kgNΠhm2 。但脲酶抑制剂和硝化抑制剂单独应用时
作用单一 ,在农业生产中的增产效果不稳定[18~20 ] 。因
此 ,氮肥与多种抑制剂组合配施成为主要研究方向。
如沈阳应用生态研究所研制开发的长效氮肥增效剂肥
隆 ,集脲酶抑制剂、硝化抑制剂、氨稳定及植物生长调
节剂多功能于一体 ,已推广应用在水稻、玉米、小麦、花
生、大豆、蔬菜、果树、棉花、甜菜等上 ,应用面积总计达
680 余万 hm2 ,增产粮食 2172 亿 kg ,提高氮素利用率
816~ 1517 个百分点 , 提高产量 10 % , 节约氮肥达
20 % ,且对环境友好。
氮肥增效剂施用效果的好坏与作物种类、土壤条
件有关。一般氮肥增效剂在水稻上的效果比旱作物
好 ,对大豆、豌豆、花生等有明显药害 ,在水田施用比旱
地好 ,在砂性土壤、肥力较低的土壤上比粘性土壤和高
肥土壤好。
312 复合氮肥增效剂的作用
复合氮肥增效剂能为作物生长提供有机养分和微
量元素[21 ] ,且价廉、无毒、无污染 ,能明显抑制土壤脲
酶活性、土壤亚硝化毛杆菌 ( nitrosomonas) 和硝化菌
(nitro bacteria)的活性以及铵态氮肥的硝化作用[6 ] ,延
缓尿素在土壤中的分解 ,降低尿素氮的转化速率 ,延缓
尿素氮最高释放速率时间 ,减少 NO32N 的形成、氨的
挥发、硝态氮的淋溶和反硝化脱氮 ,增加土壤中 NH4 +
积累。能促进水稻、高粱和玉米植株生长 ,提高高粱叶
片叶绿素含量、水稻叶片氨基酸含量和氮素的吸收利
用率[6 ,21 ] 。本试验也表明 , 配施尿素氮 20 %的复合氮
肥增效剂不影响大田玉米植株生长 ,能显著提高氮肥
的增产效应、农学效率、生理效率和氮素利用率 ,节省
氮肥投入达 15 % ,显示出复合氮肥增效剂在大田应用
极大的潜力。
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