控释尿素氮素释放特性及其在玉米上的应用研究

Study of Nitrogen Release Characteristics of Controlled-Release Urea and its Application on Corn

曲均峰 Junfeng QU

中海石油化学股份有限公司海南东方 572600 China BlueChemical Ltd., Dongfang 572600, China

摘要：

采用水浸泡法对2种自制控释尿素的养分溶出特性进行了测定，同时通过大田试验研究了其对玉米产量和氮素利用率的影响。试验结果表明：控释尿素具有较好的缓释性能，初期氮素释放率为2.01%和1.43%，80 d氮素累积释放率为74.73%~80.83%；与普通尿素相比，控释尿素能显著提高玉米产量，增产幅度为6.2%~7.8%，氮素利用率提高9.52%~10.16%。

关键词：

控释尿素; 养分释放特性; 玉米; 氮素利用率;

Abstract：

Water extraction method is used to determine nutrient dissolution characteristics of 2 types of self-made controlled-release urea, and their effect on corn yield and nitrogen use efficiency are researched by field experiment at the same time. Experimental results show that controlled-release urea has better slow-release capacity, at early stage, nitrogen release ratio is 2.01% and 1.43%, 80 d nitrogen accumulative releasing ratio is 74.73% ~80.83%; compared with common urea, the controlled-release urea can increase corn yield significantly, increasing in yield is 6.2% ~7.8%, increasing in nitrogen use efficiency is 9.52% ~10.16%.

Keyword：

controlled-release urea; nutrient release characteristics; corn; nitrogen use efficiency;

氮肥利用率不高是我国化肥施用中普遍存在的问题。张福锁等^[1]根据2000—2005年试验资料总结提出，目前我国主要粮食作物的氮肥利用率平均为27.5%，远低于欧美国家的平均水平。为了提高作物产量，避免施用普通化肥带来对土壤、环境及水体的负面影响^[2]和肥料利用率低下的问题^[3]，有关单位积极开展了相关研究。控释肥以其减少施肥用量和施肥次数、提高肥料利用率以及减轻环境污染等优点^[4]，得到了广大科研工作者的重视。相关试验数据表明：施用控释肥料可使氮素利用率提高至60%~80%；在达到相同农作物产量的情况下，可减少施肥量10%~50%^[5]；同等施肥量情况下，农作物产量可提高6%~10%^[6]。因此，控释肥已成为化肥行业发展的主要方向之一^[7-8]。

控释肥养分释放特征的测定和评价对于控释肥的质量控制、市场规范与健康发展具有重要意义。目前，静水浸提测定缓控释肥养分释放率及释放期是评价其养分释放特征最常用、最快速的方法，被大多数国家及企业用作缓控释肥的生产评价标准和在线控制方法^[9-11]。

笔者利用植物油为主要膜材料制备2种不同包膜厚度的包膜型控释尿素，重点探讨了控释尿素的养分释放规律，同时通过大田试验研究其对玉米产量的影响，以期为该控释肥料的研发和应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试肥料

控释尿素采用植物油包膜材料、核芯肥料表面原位反应成膜的包膜控释技术和底侧喷旋流流化包膜工艺生产，所选用的植物油为改性棕榈油、改性蓖麻油、改性花生油及聚合物。具体生产工艺过程：植物油由流化床的底侧面喷涂在流化态核芯肥料的表面，于90~120 ℃下发生化学反应并形成包膜层，然后冷却至室温。按包膜材料用量占整个包裹肥料质量的4%和5%的比例，共制备了2种控释尿素，分别表示为CRU4和CRU5。

1.2 试验设计

1.2.1 控释尿素在静水中的氮素释放率和释放期

在实验室条件下，采用水浸泡法测定控释尿素中氮素养分释放情况。称取10 g肥料装入尼龙小网袋并置于300 mL密封瓶中，然后准确加入250 mL去离子水，于(250±0.5) ℃的恒温条件下，前15 d每天过滤并收集滤液，15 d后每隔3 d取样1次。取样时，用去离子水将网袋连同袋中肥料冲洗干净后再放入密封瓶中，然后向瓶中重新加入250 mL去离子水，继续在(250±0.5) ℃下培养至下一个采样期，滤液用于测定氮素含量。培养期间，控释尿素氮素释放率参照国家标准《缓释肥料》(GB/T 23348—2009)中规定的方法取样测定，并计算控释尿素的初期氮素释放率和累积氮素释放率。

1.2.2 大田试验

试验地点设在山东陵县，土壤肥力水平中等，前茬作物为小麦。耕层土壤理化性质：有机质11.0 g/kg，全氮0.78 g/kg，有效磷12.3 mg/kg，速效钾104.6 mg/kg，pH 8.5。供试玉米品种为郑单958。

试验共设4个处理，3次重复，小区面积均为20 m²，随机区组排列。处理1，对照(CK)；处理2，普通尿素；处理3，CRU4；处理4，CRU5。其中：除对照(CK)不施氮肥外，其他各处理总施氮量一致，即亩(1亩=666.67 m²，下同)施氮量均为15 kg；所有处理均施用磷肥和钾肥，亩施P₂O₅和K₂O均为6 kg；所有肥料作为基肥于播种前施入。2013年6月8日播种，病虫害防治和其他田间管理均按常规进行。收获后，每个处理随机取10株玉米进行生育性状调查，取其均值；每个处理按小区分别称重计产。

1.3 测定方法

植株全氮含量采用凯氏定氮法测定，土壤基本理化性质采用常规方法测定^[12]。

1.4 数据分析

采用Excel 2007进行数据处理，采用SPSS 19.0软件进行数据统计。

2 结果与分析

2.1 控释尿素的氮素释放规律

试验所用的控释尿素与普通尿素的氮素释放曲线如图 1所示。

图 1

控释尿素与普通尿素的氮素释放曲线

由图 1可看出：普通尿素放入水中5 min后即全部溶解，氮素释放率达到100%；自制的2种控释尿素氮素累积释放曲线的变化趋势较一致，初期氮素释放率均小于3%，分别为2.01%和1.43%，远低于控释肥行业标准中规定的初期养分释放率小于15%的要求，说明包膜效果较好，包膜不完整的颗粒较少，一次性施肥情况下，前期不容易造成作物烧苗；从氮素累积释放率来看，80 d的氮素累积释放率分别为80.83%和74.73%，释放期分别达到了80 d和90 d，属于缓释期较长的肥料。

2.2 控释尿素处理对玉米产量的影响

不同处理对玉米产量及产量构成因素的影响如表 1所示。

表 1

不同处理对玉米产量及产量构成因素的影响

处理	穗长/cm	穗粒数/粒	千粒重/g	株高/m	籽粒产量/(kg·hm^-2)	增产率/%
注：1)同一列中小写字母表示差异达到5%显著水平
处理1	13.2 b	218.5 c	219.4 c	2.48 b	6 055.1 c
处理2	17.6 a	480.8 b	283.3 b	2.66 a	7 886.2 b
处理3	18.6 a	512.6 a	219.5 a	2.70 a	8 377.8 a	6.2
处理4	18.8 a	526.2 a	322.8 a	2.70 a	8 502.8 a	7.8

由表 1可见：所有施氮肥处理的玉米产量均高于对照(CK)处理；与普通尿素相比，2种控释尿素处理的玉米产量均明显提高，增产幅度为6.2%~7.8%，达到5%差异显著水平，说明控释肥可以显著提高玉米产量，但2种控释尿素间的产量未达到显著差异。

进一步分析表明，与普通尿素相比，CRU4和CRU5处理显著提高了玉米的穗粒数和千粒重，且达到5%差异显著水平，但穗长和株高差异不显著，说明控释肥提高产量的主要原因是玉米的穗粒数和千粒重增加，这与相关的研究结果基本一致^[13]。

2.3 不同控释尿素对玉米氮素利用率的影响

氮素利用率和农学利用率是评价农田氮肥利用率的2个重要指标^[14]。从表 2可看出：与普通尿素相比，CRU4和CRU5的氮素利用率和农学利用率均显著提高，氮素利用率分别增加10.16%和9.52%，氮素农学利用率分别增加1.74 kg/kg和2.30 kg/kg，提高幅度为20.3%~26.8%，差异达到显著水平；2种控释尿素之间差异不显著，这说明控释肥氮素的缓慢释放促进了玉米对其养分的吸收，从而提高了氮素利用率。

表 2

不同处理对玉米氮素利用率的影响

处理	籽粒产量/(kg·hm^-2)	秸干质量/(kg·hm^-2)	总生物量/(kg·hm^-2)	氮素农学利用率/(kg·kg^-1)	氮素利用率/%
注：1)氮素利用率=(施氮区吸氮量-无氮区吸氮量)/施氮量×100%； 2)氮素农学利用率=(施氮区产量-不施氮区产量)/施氮量
处理1	6 055.1 c	5 369.6	11 424.1 c
处理2	7 886.2 b	7 371.9	15 358.1 b	8.58 b	32.73 a
处理3	8 377.8 a	9 076.0	17 453.8 ab	10.32 a	42.89 b
处理4	8 502.8 a	9 588.3	18 091.1 a	10.88 a	42.25 b

3 结语

(1) 对普通尿素实施包膜处理可显著降低其氮素释放速率。CRU4和CRU5的初期氮素释放率仅为2.01%和1.43%，氮素释放期分别达到80 d和90 d，属于缓释期较长的肥料。

(2) 玉米大田试验表明，与普通尿素相比，CRU4和CRU5可显著提高玉米产量，增产幅度为6.2%~7.8%；产量构成因素分析表明，控释尿素提高产量的主要原因是显著提高了穗粒数和千粒重。

(3) 控释尿素能显著提高氮素利用率和农学利用率，其中氮素利用率分别增加10.16%和9.52%，氮素农学利用率提高幅度分别为20.3%和26.8%。

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