不同配比脲醛掺混肥对小麦生长及土壤养分的影响

Effects of Different Ratios of Urea-Formaldehyde Blended Fertilizers on Wheat Growth and Soil Nutrients

周华敏 Huamin ZHOU , 陈宝成 Baocheng CHEN , 梁海 Hai LIANG , 陈剑秋 Jianqiu CHEN , 王桂伟 Guiwei WANG

1 土肥资源高效利用国家工程实验室/山东农业大学资源与环境学院山东泰安 271018 National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources/College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai′an 271018, China 2 养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室/金正大生态工程集团股份有限公司山东临沭 276700 State Key Laboratory of Nutrition Resources Integrated Utilization/Kingenta Ecdogical Engineering Group Co., Ltd., Linshu 276700, China

Author notes:

Correspondence to: 陈宝成(1969—)，男，副教授，主要从事土壤肥料及植物营养研究；bcch108205@163.com

摘要：

采用冬小麦进行盆栽试验，以树脂包膜尿素、硫加树脂包膜尿素、普通尿素一次性施肥以及普通尿素基肥加追肥作对比，研究脲醛氮占总氮质量分数分别为30%、40%、50%和60%的脲醛掺混肥对土壤养分、小麦生长、小麦产量的影响，以探明合理施用脲醛缓释肥的最优氮素配比。试验结果表明：与普通尿素一次性施肥以及普通尿素基肥加追肥相比，脲醛氮占总氮质量分数为30%、40%和50%的处理有利于提高土壤有机质含量，能在灌浆期为小麦生长提供较高的磷素供应，提高小麦植株叶片叶绿素含量；脲醛氮占总氮质量分数40%和50%的处理较普通尿素处理增产4.28%~6.88%、增收551.7~796.2元/hm²，较树脂包膜尿素和硫加树脂包膜尿素处理增产2.49%~5.88%、增收116.6~922.6元/hm²；从产量和经济效益考虑，脲醛氮占总氮质量分数40%~50%的效果较好。

关键词：

脲醛缓释肥; 小麦; 土壤养分;

Abstract：

In order to find out the optimal nitrogen ratio of rational application of urea-formaldehyde slow-release fertilizer, the pot experimenti was carried out with winter wheat, and with polymer coated urea, polymer/sulfur coated urea, common urea one-time fertilization and common urea based fertilizer plus top dressing as controls. The effects of urea-formaldehyde blended fertilizers with 30%, 40%, 50% and 60% of total nitrogen mass fractions, respectively, on the soil nutrient, wheat growth and wheat yield are studied. Experimental results show that compared with common urea one-time fertilization and common urea based fertilizer plus top dressing, the controls of urea-formaldehyde nitrogen with 30%, 40% and 50% of total nitrogen mass fraction are beneficial to increase soil organic matter content and can provide a higher phosphorus supply for wheat growth in wheat filling stage, and increase wheat chlorophyll content; urea-formaldehyde nitrogen with 40% and 50% of total nitrogen mass fraction increases yield by 4.28%~6.88%, and increases income by 551.7~796.2 yuan/hm² compared with common urea control, and compared with polymer coated urea and polymer/sulfur coated urea control, the yield increase is 2.49%~5.8 8%, and income increase is 116.6~922.6 yua n/hm²; from the perspective of yield and economic benefits, urea-formaldehyde nitrogen with total nitrogen mass fraction of 40% to 50% has a better effect.

Keyword：

urea-formaldehyde slow-release fertilizer; wheat; soil nutrient;

0 前言

小麦是我国仅次于水稻的粮食作物^[1]，其播种范围广，而氮肥的施用是提高小麦单产水平的主要方式之一^[2]。研究表明，小麦的生育期较长，常规氮肥的施用方式一般是基肥一次性施入或者基肥+追肥的模式^[3-4]，但此种施肥方式不仅造成资源浪费，而且造成了人力的浪费^[5]。随着我国劳动力的转移，缓释肥料的施用成为新的研究热点^[6]。脲醛肥料是一种微溶性缓释氮肥^[7]，由于价格高，通常用于蔬菜等作物，而在小麦上应用较少^[8-10]。陆世忠等^[11]发现在减氮的情况下，水稻上施用脲醛缓释肥料可增产13.7%。牛旭旭等^[12]认为基质中掺施7 g脲醛肥料对番茄的育苗效果最佳，同时可促进番茄对磷、钾元素的累积。曲均峰等^[13]发现施用脲醛缓释肥料能够提高小麦产量，增产幅度在1.8%~6.5%，经济效益增加529.5~885.0元/hm²。

为研究不同配比的脲醛掺混肥对土壤速效氮含量、pH、有效磷含量、速效钾含量、有机质含量以及小麦植株株高、植株叶绿素含量、小麦增产增收效果等方面的影响，开展了冬小麦盆栽试验，即将脲醛掺混肥处理与树脂包膜尿素、硫加树脂包膜尿素、普通尿素一次性基施以及普通尿素基施加追施进行对比，以期得出适合小麦生产的最佳氮素配比，为脲醛肥料在小麦上的应用提供数据支持。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年10月至2017年6月在山东省泰安市泰山区山东农业大学土肥资源高效利用国家工程实验室南校区试验站进行，该地区为温带大陆性半湿润季风气候区。供试土壤为普通棕壤，其基本理化性状：pH 6.84(水土比2.5 mL:1 g)，有机质质量分数1.22%，硝态氮27.2 mg/kg，铵态氮14.3 mg/kg，有效磷63.2 mg/kg，速效钾165.0 mg/kg。

供试小麦：济麦22，生育期在231 d左右。

供试肥料：普通尿素，w(N)为46%；过磷酸钙，w(P₂O₅)为18%；硫酸钾，w(K₂O)为50%；脲醛缓释肥，w(总氮)为38.0%，w(冷水不溶氮)为27.5%，w(热水不溶氮)为15.7%，w(缓释有效养分)为11.8%，活性系数42.9%；树脂包膜尿素，w(N)为43%；硫加树脂包膜尿素，w(N)为35%。

1.2 试验处理

试验共设9个处理，其中脲醛掺混肥处理是根据脲醛缓释肥料与普通尿素掺混比例不同设置4个处理，另外设置树脂包膜尿素、硫加树脂包膜尿素、普通尿素基肥一次性施入和普通尿素基肥加追肥4个处理作对比，以不施氮肥作为空白对照。每个处理3次重复，共27盆。每盆装25 kg风干土，混好肥料(土层10~15 cm)，完全随机排列。

各试验处理如下：NRF1，脲醛氮占总氮质量分数30%，普通尿素氮占总氮质量分数70%；NRF2，脲醛氮占总氮质量分数40%，普通尿素氮占总氮质量分数60%；NRF3，脲醛氮占总氮质量分数50%，普通尿素氮占总氮质量分数50%；NRF4，脲醛氮占总氮质量分数60%，普通尿素氮占总氮质量分数40%；CRF1，树脂包膜尿素氮占总氮质量分数60%，普通尿素氮占总氮质量分数40%；CRF2，硫加树脂包膜尿素氮占总氮质量分数60%，普通尿素氮占总氮质量分数40%；CCF1，氮肥全部为普通尿素，基肥一次施入，不追肥；CCF2，氮肥全部为普通尿素，其中60%尿素基施、20%尿素拔节期追肥、20%尿素灌浆期追肥；N0，无氮施肥对照，只施磷、钾肥。除了N0处理外，所有处理施用的N、P₂O₅、K₂O量相同，具体施肥情况如表 1所示。

表 1

不同处理具体施肥情况

处理	N-P₂O₅-K₂O/ (kg·hm^-2)	施肥方式
NRF1	225-120-180	基肥一次施入
NRF2	225-120-180	基肥一次施入
NRF3	225-120-180	基肥一次施入
NRF4	225-120-180	基肥一次施入
CRF1	225-120-180	基肥一次施入
CRF2	225-120-180	基肥一次施入
CCF1	225-120-180	基肥一次施入
CCF2	225-120-180	基肥60%，拔节期20%，灌浆期20%
N0	0-120-180	基肥一次施入

1.3 样品采集与测定

分别在灌浆期、成熟期进行土壤样品的采集与测定。植株样品采样方法：全部收取，齐根收取植株地上部。小麦成熟期进行考种，小麦进行实打实收，测定小麦穗数、产量。

土壤与植株样品性质测定：土壤pH采用pH计测定；土壤硝态氮和铵态氮含量采用氯化钙浸提，流动注射分析仪(AA3，德国)测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾-硫酸加热氧化法测定；土壤有效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO₃浸提-硫酸钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用pH 7.0乙酸铵浸提-火焰光度计法测定；株高采用尺子测量；植株叶片叶绿素含量(SPAD值)采用SPAD-502型叶绿素仪测定；小麦产量采用实打实收称重法测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2003软件进行数据处理，利用SAS 8.0软件进行统计分析，在0.05水平上对处理间进行Duncan′s检验。

2 结果分析

2.1 不同处理对土壤硝态氮和铵态氮含量的影响

测定小麦不同生育时期土壤硝态氮和铵态氮含量，结果如表 2所示。在灌浆期，处理CRF1的土壤硝态氮含量最高，显著高于处理NRF3和N0，处理NRF1和NRF2的土壤硝态氮含量与处理CRF1和CRF2无显著性差异；处理NRF4和CRF1的土壤铵态氮含量较高，与其他几个处理有显著性差异，可能原因是外界环境温度上升，处理NRF4的氮素分解加快，处理CRF1的氮素释放加快。在成熟期，处理NRF2和CRF2土壤硝态氮含量较高，与处理N0有显著性差异，与其他几个处理无显著性差异；各处理间土壤铵态氮含量无显著性差异，处理NRF1的土壤铵态氮含量最低。

表 2

不同处理对土壤硝态氮和铵态氮含量的影响 mg/kg

项目	生育期	NRF1	NRF2	NRF3	NRF4	CRF1	CRF2	CCF1	CCF2	N0
硝态氮	灌浆期	19.07 ab	17.94 ab	17.37 b	18.18 ab	21.43 a	20.35 ab	20.12 ab	17.52 ab	16.97 b
硝态氮	成熟期	16.16 ab	19.44 a	17.99 ab	16.22 ab	17.19 ab	18.86 a	18.11 ab	18.11 ab	15.05 b
铵态氮	灌浆期	23.14 bc	21.83 bc	22.21 bc	31.65 a	31.50 a	19.07 c	24.46 b	20.79 bc	19.06 c
铵态氮	成熟期	20.34 a	22.91 a	21.82 a	23.81 a	23.50 a	25.37 a	25.48 a	23.78 a	25.26 a

2.2 不同处理对土壤有机质含量的影响

测定不同处理小麦灌浆期和成熟期土壤有机质含量，结果如图 1所示。在灌浆期，脲醛掺混肥处理(NRF1、NRF2和NRF4)的土壤有机质含量均高于其他几个处理，其中处理NRF1土壤有机质含量最高，与处理NRF3、CRF1、CCF1、CCF2和N0有显著性差异，与其余处理无显著性差异；处理NRF1和NRF2的土壤有机质含量分别为22.91 g/kg和21.70 g/kg，与处理CRF1有显著性差异，分别较处理CRF2高2.89 g/kg和1.68 g/kg。在成熟期，处理CRF2的土壤有机质含量最高，与处理NRF4、CCF1、CCF2和N0有显著性差异，与其余几个处理无显著性差异；处理NRF1、NRF2、NRF3和CRF1与处理NRF4土壤有机质含量有显著性差异。由以上测定的2个时期土壤有机质含量可知，与常规施肥处理CCF1、CCF2和不施氮肥处理N0相比，处理NRF1、NRF2和CRF2有利于提高土壤有机质含量。

图 1

不同处理对土壤有机质含量的影响

2.3 不同处理对土壤pH、有效磷和速效钾含量的影响

测定小麦不同生育时期土壤pH、有效磷和速效钾含量，结果如表 3所示。在灌浆期，处理NRF1的土壤pH最大，与除处理CRF1和N0外的所有处理均有显著性差异；处理NRF4的土壤有效磷含量最高，与处理CRF1、CRF2、CCF2和N0有显著性差异，其中处理N0土壤有效磷含量最低，处理NRF1、NRF2、NRF3、NRF4和CCF1的土壤有效磷含量与处理N0有显著性差异；处理NRF4的土壤速效钾含量最高，与其余各处理有显著性差异。在成熟期，各处理的土壤pH、土壤速效钾含量均无显著性差异，处理CRF1的土壤有效磷含量最高，不利于产量的形成，与处理NRF1、NRF2、NRF3和NRF4有显著性差异。从这2个时期土壤有效磷含量来看，处理NRF1、NRF2、NRF3和NRF4在小麦灌浆期能为小麦生长提供较高的磷素，利于小麦产量的形成，说明脲醛掺混肥能促进土壤中磷素的供应，但仍需多年试验验证。

表 3

不同处理对土壤pH、有效磷和速效钾含量的影响

项目	生育期	NRF1	NRF2	NRF3	NRF4	CRF1	CRF2	CCF1	CCF2	N0
pH	灌浆期	8.24 a	8.01 b	8.02 b	8.00 b	8.10 ab	8.01 b	7.96 b	8.01 b	8.13 ab
pH	成熟期	8.13 a	8.17 a	8.21 a	8.21 a	8.18 a	8.16 a	8.18 a	8.14 a	8.13 a
有效磷/ (mg·kg^-1)	灌浆期	44.88 abc	49.10 ab	42.79 abcd	52.19 a	41.29 bcde	36.9 cde	47.73 ab	34.07 de	32.01 e
有效磷/ (mg·kg^-1)	成熟期	45.89 bc	41.53 c	44.28 c	45.89 bc	57.71 a	54.72 ab	56.22 a	48.87 abc	48.64 abc
速效钾/ (mg·kg^-1)	灌浆期	154.98 cd	141.90 de	174.47 b	208.80 a	160.00 bcd	149.14 cd	160.00 e	150.90 cd	161.81 bc
速效钾/ (mg·kg^-1)	成熟期	150.95 a	160.00 a	158.19 a	158.19 a	154.57 a	152.76 a	161.81 a	150.08 a	150.19 a

2.4 不同处理对小麦植株株高的影响

分别测定了小麦在苗期、拔节期和灌浆期的植株株高，结果如图 2所示。在苗期，各施氮处理的植株株高显著高于无氮处理，处理NRF2、NRF3、NRF4、CRF1和CRF2的植株株高显著高于常规基肥加追肥处理CCF2。在拔节期，处理CRF2的植株株高最高，显著高于处理NRF2、NRF4和CRF1，与其他几个处理无显著性差异；处理NRF2的植株株高最低，为20cm，与其他几个处理均有显著性差异。在灌浆期，处理NRF3的植株株高最高，与处理NRF1、NRF2和N0有显著性差异，与其余几个处理无显著性差异。在小麦灌浆过程中，不宜有太高的株高，处理NRF3、NRF4、CRF1和CRF2的植株株高较高，可能与缓控释氮肥所占比例较高有关，随着外界环境温度升高，缓控释氮肥的释放速率加快，促进了小麦的营养生长，不利于小麦的生殖生长。

图 2

不同处理对小麦植株株高的影响

2.4 不同处理对小麦植株叶片SPAD值的影响

测定小麦不同生育期植株叶片SPAD值，结果如图 3所示。在苗期，处理CCF1的小麦植株叶片SPAD值最大，与处理NRF1、NRF2、NRF4和CRF1有显著性差异，与其余几个处理无显著性差异。在拔节期，处理CRF1的小麦植株叶片SPAD值最大，显著高于处理CCF2和N0，与其他几个处理无显著性差异，说明该处理能提高小麦植株叶绿素含量，促进小麦的光合作用。在灌浆期，处理CRF2的小麦植株叶片SPAD值显著高于处理CCF1、CCF2和N0，与其余几个处理无显著性差异。从苗期到灌浆期，与常规施肥处理相比，脲醛掺混肥和包膜尿素处理的小麦植株叶片SPAD值增加量较大，更加有利于小麦的生长发育。

图 3

不同处理对小麦植株叶片SPAD值的影响

2.5 不同处理对小麦产量的影响

测定不同处理的盆栽小麦产量，结果如表 4所示。处理NRF1和NRF2的穗数显著高于处理CCF1、CCF2和N0，与其他几个处理无显著性差异。不同处理的产量数据表明，处理NRF2产量最高，其次是处理NRF3，脲醛掺混肥处理较CCF1增产1.47%~6.88%，较处理CCF2增产-0.70%~4.59%，其中处理NRF2和NRF3增产较多，分别为6.88%和6.56%、4.59%和4.28%；处理NRF2和NRF3较包膜尿素处理CRF1和CRF2增产2.80%~5.88%；从产量指标来看，脲醛氮占总氮质量分数40%~50%的效果较好。

表 4

不同处理对小麦产量的影响

处理	穗数/个	产量/ (g·盆^-1)	增产率/%
处理	穗数/个	产量/ (g·盆^-1)	较CCF1	较CCF2
NRF1	55 a	32.97 ab	3.03	0.83
NRF2	55 a	34.20 a	6.88	4.59
NRF3	51 ab	34.10 a	6.56	4.28
NRF4	48 ab	32.47 ab	1.47	-0.70
CRF1	50 ab	33.27 ab	3.97	1.74
CRF2	52 ab	32.30 ab	0.94	-1.22
CCF1	46 b	32.00 ab		-2.14
CCF2	46 b	32.70 ab	2.19
N0	44 b	28.97 b	-9.47	-11.41

2.6 不同处理对小麦经济效益的影响

小麦按照市场价2.4元/kg计算收入，种子、农药、肥料、浇水等算作支出，收入减支出为小麦种植的纯收入。将盆栽小麦产量折算为大田小麦产量并计算小麦经济效益，结果如表 5所示。从整体上看，处理NRF2和NRF3的纯收入高于常规施肥处理且不低于包膜尿素处理，效果最好。

表 5

不同处理对小麦经济效益的影响

处理	小麦产量/ (kg·hm^-2)	小麦收入/ (元·hm^-2)	成本支出/ (元·hm^-2)	纯收入/ (元·hm^-2)	较CCF1增收/ (元·hm^-2)	较CCF2增收/ (元·hm^-2)
NRF1	7 292.0	17 500.9	6 863.0	10 637.9	176.9	255.3
NRF2	7 564.1	18 153.8	6 975.0	11 178.8	717.8	796.2
NRF3	7 542.0	18 100.7	7 088.0	11 012.7	551.7	630.1
NRF4	7 181.4	17 235.5	7 200.0	10 035.5	-425.5	-347.1
CRF1	7 358.4	17 660.1	6 764.0	10 896.1	435.1	513.5
CRF2	7 143.8	17 145.2	6 889.0	10 256.2	-204.8	-126.4
CCF1	7 077.5	16 986.0	6 525.0	10 461.0		78.4
CCF2	7 232.3	17 357.6	6 975.0	10 382.6	-78.4
N0	6 407.3	15 377.6	4 200.0	11 177.6

3 结语

在小麦灌浆期和成熟期，由于外界环境温度上升，脲醛缓释肥料和包膜尿素的氮素分解释放速率加快，土壤中速效氮含量较高，与常规一次性施肥CCF1处理、常规基肥加追肥CCF2处理和不施氮肥N0处理相比，脲醛氮占总氮质量分数分别为30%和40%的NRF1和NRF2处理以及硫加树脂包膜尿素CRF2处理均有利于提高土壤有机质含量；脲醛氮占总氮质量分数30%、40%、50%和60%的NRF1、NRF2、NRF3和NRF4处理能在灌浆期为小麦生长提供较多的磷素，说明脲醛掺混肥料能促进土壤中磷素的释放，但仍需多年试验验证。

从苗期到灌浆期，掺混肥处理的小麦植株叶片SPAD值增加量较大，说明掺混肥处理更有利于小麦的生长发育。在产量上，脲醛氮占总氮质量分数40%和50%的NRF2和NRF3处理较常规施肥CCF1和CCF2处理增产4.28%~6.88%，较包膜肥CCF1和CCF2处理增产2.80%~5.88%。在经济效益上，脲醛氮占总氮质量分数40%和50%的NRF2和NRF3处理较常规施肥CCF1和CCF2处理增收551.7~796.2元/hm²且不低于包膜尿素处理，增收效果最好。从产量和经济效益上看，脲醛氮占总氮质量分数40%~50%的NRF2和NRF3处理效果较好。

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