尿素与缓释氮肥配施对棉花氮肥利用率及产量的影响

Effects of Combined Application of Urea and Slow Release Nitrogen Fertilizer on Nitrogen Use Efficiency and Yield of Cotton

杨晓燕 Xiaoyan YANG , 邱悦 Yue QIU , 李文瑞玉 Wenruiyu LI , 王唯举 Weiju WANG , 李天胜 Tiansheng LI , 王海江 Haijiang WANG

1 太尔胶粘剂〔广东〕有限公司广东肇庆 526105 Dynea 〔Guangdong〕 Co., Ltd., Zhaoqing, Guangdong 526105, China 2 石河子大学农学院新疆石河子 832000 College of Agriculture, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000, China

Author notes:

Correspondence to: 王海江(1980—)，男，博士，教授，主要从事绿洲水土资源利用研究；wanghaijiang@shzu.edu.cn

摘要：

为考察不同施氮水平下尿素与缓释氮肥液态脲甲醛不同比例配施对棉花氮肥利用率的影响，开展了棉花盆栽试验。试验共设置8个施肥处理，每个施肥处理重复6次，分别测定苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期不同施肥处理棉花植株的干物质积累量、各器官氮素积累量、吐絮期的棉花产量，并分析氮肥利用率。结果表明：在不减氮水平下，60%普通尿素与40%缓释氮肥配合施用处理的棉花产量最高；在减氮20%水平下，60%普通尿素与20%缓释氮肥配合施用处理的氮肥利用率显著提高，且干物质积累量、氮素积累量、产量与100%普通尿素处理间无显著差异。60%普通尿素与40%缓释氮肥配合施用处理、减氮20%水平下60%普通尿素与20%缓释氮肥配合施用处理有利于提高棉花干物质和氮素积累，能显著提高氮肥利用率和棉花产量。

关键词：

棉花; 缓释氮肥; 脲甲醛; 尿素; 配施; 氮肥利用率; 产量;

Abstract：

In order to investigate the effects of different proportions of urea and slow release nitrogen fertilizer liquid urea formaldehyde on nitrogen use efficiency of cotton under different nitrogen application levels, a pot experiment of cotton is carried out. Eight fertilization treatments are set up in the experiment, and each fertilization treatment is repeated for six times. The dry matter accumulation of different treated cotton plants and nitrogen accumulation of various organs are measured at seedling stage, bud stage, flowering stage, boll stage and boll opening stage. The cotton yield in boll opening stage as well as the nitrogen use efficiency is analyzed. The results show that the cotton yield of 60% ordinary urea combined with 40% slow release nitrogen fertilizer is the highest without nitrogen reduction. Under the nitrogen application level of 20% nitrogen reduction, the nitrogen use efficiency of 60% ordinary urea combined with 20% slow release nitrogen fertilizer treatment is significantly improved, and there is no significant difference in dry matter accumulation, nitrogen accumulation and yield with 100% ordinary urea treatment. The combined application of 60% ordinary urea and 40% slow release nitrogen fertilizer and the combined application of 60% ordinary urea and 20% slow release nitrogen fertilizer at the level of 20% nitrogen reduction are beneficial to improve cotton dry matter and nitrogen accumulation, and can significantly improve nitrogen use efficiency and cotton yield.

Keyword：

cotton; slow release nitrogen fertilizer; urea formaldehyde; urea; combined application; nitrogen use efficiency; yield;

随着肥料产业的发展以及农户对化肥增产效果的依赖，我国化肥的施用量超过了作物增产的需求，导致产投比逐年下降^[1-2]。新疆是我国最大的产棉区，2020年新疆棉花种植面积达到2 501 930 hm²，占全国种植面积的78.9%，产量占全国总产量的87.3%^[3]。氮肥的合理施用及高效管理可以提高棉花的氮肥利用率和产量，但目前新疆棉田存在施氮量过大、利用率低、氮素损失严重等问题，不但影响棉花的产量和品质，而且造成土壤环境的污染^[4-6]。

研究发现，缓释氮肥施入土壤以后，在微生物的作用下，可使土壤中氮素的释放与植物需求相同步，不易对土壤环境造成危害，为氮肥的合理施用提供了新途径^[7-8]。为验证液态缓释氮肥在新疆棉田上的施用效果，调整和优化施肥结构，提高氮肥利用率，本文通过对尿素与缓释氮肥配施、常规全施尿素及不施氮肥进行比较，研究了在不同施氮水平下尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花干物质积累量、氮素积累量、氮肥利用率和产量构成因素的影响，阐明了液态缓释氮肥的施用效果，旨在为缓释氮肥的发展及其在新疆棉田的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点设在新疆石河子大学农学院试验站，供试棉花品种为新陆早64号。供试土壤取自于新疆石河子大学试验站连作棉田0~20 cm耕层土壤，土壤类型为灌耕灰漠土，质地为壤土，其基本理化性状：pH为7.76，电导率2.05 mS/cm，w(有机质)为14.73 g/kg，w(全氮)为0.73 g/kg，w(有效磷)为17.00 mg/kg，w(速效钾)为246.83 mg/kg，w(碱解氮)为36.75 mg/kg。

1.2 试验设计

试验于2020年9—12月和2021年3—7月进行2次重复，采用盆栽方式，在光照培养箱内进行。依据棉花生长发育所需最适温、光特性，设定光照处理16 h，光照强度为13 000~15 000 lx，温度为30 ℃；暗处理8 h，温度为23 ℃。取风干土壤(过2 mm筛)22.5 kg装入塑料盆(直径27.5 cm，高31 cm)中。选饱满无破损的包衣棉花种子播种在土壤均匀混合的塑料盆中，每盆播种量为15粒，3片真叶时定苗，每盆留3株。

供试氮肥为普通尿素(U)和缓释氮肥液态脲甲醛(S)。液态脲甲醛中氮质量分数为15.52%，由太尔胶粘剂(广东)有限公司研制生产。氮肥施用方式与大田保持一致，其中普通尿素20%基施，其余按照棉花生育期需肥规律随水施入；液态缓释氮肥由于缓释期较长，在棉花全生育时期按照蕾期30%、初花期40%、盛花期30%随水追施。试验所有处理的磷肥、钾肥全部基施，折纯用量均为重过磷酸钙(P₂O₅质量分数为46%)90 kg/hm²、硫酸钾(K₂O质量分数为50%)75 kg/hm²。从棉花出苗后第15天起采用滴灌方式进行灌水以防止土壤板结，持水量保持在65%~80%。

根据施氮水平和配施比例，试验共设置8个处理(见表 1)，每个处理重复6次，共48盆。

表 1

试验处理和施肥量

编号	处理简写	处理内容	施肥量/(kg·hm^-2)
编号	处理简写	处理内容	N	P₂O₅	K₂O
T1	CK	对照，不施氮肥	0	90	75
T2	FP	常规全施普通尿素	300	90	75
T3	U_0.8S_0.2	80%普通尿素+20%缓释氮肥	300	90	75
T4	U_0.6S_0.4	60%普通尿素+40%缓释氮肥	300	90	75
T5	U_0.6S_0.2	60%普通尿素+20%缓释氮肥	240	90	75
T6	U_0.4S_0.4	40%普通尿素+40%缓释氮肥	240	90	75
T7	U_0.4S_0.2	40%普通尿素+20%缓释氮肥	180	90	75
T8	U_0.2S_0.4	20%普通尿素+40%缓释氮肥	180	90	75

1.3 测定项目和方法

1.3.1 植株干物质积累量及氮素含量

在棉花各生育时期取样，每个处理随机挑选3株，苗期分茎和叶片两部分，其余生育时期按茎、叶片、蕾铃分为三部分。将样品放入105 ℃烘箱中杀青30 min，在85 ℃烘干至恒质量，测定单株干物质积累量；样品粉碎后，用H₂SO₄-H₂O₂进行消煮，采用K9840凯氏定氮仪测定植株样品各器官中的氮素含量^[9]。

1.3.2 棉花产量

在棉花吐絮期，每个处理选取代表性植株3株，测定棉花单株结铃数、单铃质量和单株产量。

1.3.3 相关指标的计算

植株氮素积累量及氮肥利用率按式(1)和式(2)计算^[10]：

图 1

$ 氮素积累量\left( {{\rm{g/株}}} \right) = 单株干物质积累量 \times 含氮质量分数 $

图 2

$ 氮素积累量\left( {{\rm{g/株}}} \right) = 单株干物质积累量 \times 含氮质量分数 $

1.4 数据统计分析

采用软件Excel 2019进行数据处理和Origin 2018进行制图；使用SPSS 19.0进行两因素方差统计分析，采用Duncan法进行差异显著性分析(P＜0.05)。

2 结果分析

2.1 尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花干物质积累量的影响

尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花各生育时期干物质积累量的影响见图 1。图 1中同一生育时期条件下不同小写字母表示不同施肥处理间在0.05水平上差异显著，下同。

图 1

尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花干物质积累量的影响

由图 1可知：棉花干物质积累量随着棉花生育时期的推进呈现逐渐升高的趋势，棉花出苗后90~120 d，棉花干物质积累量上升幅度较大；干物质积累量在棉花出苗后150 d达到峰值，各处理干物质积累量由大到小依次为T4＞T3＞T6＞T5＞T2＞T8＞T7＞T1，不减氮水平下T4处理的干物质积累量比T2和T3处理的高5.79%和3.06%；在减氮20%条件下，T5与T6处理的棉花干物质积累量分别为53.32、54.50 g/株，无显著性差异，其中配施缓释氮肥比例较小的T5处理与T2处理间无显著性差异；在减氮40%条件下，T7处理的干物质积累量低于T8处理的，说明在同一施氮水平下，棉花干物质积累量随着缓释氮肥配施比例的增加而增大，缓释氮肥的配施有利于提高棉花各生育时期干物质积累量。

2.2 尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花各器官氮素积累量的影响

尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花各器官氮素积累量的影响见图 2。

图 2

尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花各器官氮素积累量的影响

由图 2(a)、(b)可知：棉花叶片和茎的氮素积累量随着棉花生育时期的推进呈现先升高后降低的趋势，棉花出苗后120 d时氮素的积累量最高；各处理间以T4处理的氮素积累量最高，T1处理的最低；T2、T5处理的无显著性差异，T7、T8处理的无显著性差异。

由图 2(c)、(d)可知：棉花蕾铃和整株氮素积累量均随着棉花生育时期的推进呈现逐渐升高的变化趋势，在棉花出苗后150 d达到最高；在不减氮条件下，T4处理的棉花蕾铃、整株氮素积累量分别为1.95、3.64 g/株，显著高于T2、T3处理的；在减氮20%条件下，T5处理的棉花蕾铃和整株氮素积累量与T6处理的无显著差异；在减氮40%条件下，T8处理的棉花蕾铃和整株氮素积累量高于T7处理的，分别为1.59、3.24 g/株。

尿素与缓释氮肥不同比例配施的各处理中，棉株叶片、茎、蕾铃及整株氮素积累量在同一施氮水平下随着缓释氮肥配施比例的增加而增大，且随着棉花生育时期的推进，氮素在棉花蕾铃中的积累量逐渐增多，说明尿素与缓释氮肥配施能够增加棉株氮素积累量，尤其能够增加蕾铃氮素的分配数量。

2.3 尿素与缓释氮肥不同比例配施对氮肥利用率的影响

尿素与缓释氮肥不同比例配施对氮肥利用率有显著影响(见图 3)，在不减氮及减氮20%条件下，施用缓释氮肥明显提高了氮肥利用率，氮肥利用率随着施氮量的减少呈现出先升高后降低的变化趋势。在不减氮水平下，T3、T4处理的氮肥利用率与减氮20%处理的无显著性差异，减氮20%的T5、T6处理的氮肥利用率达到最大，分别为62.09%、62.44%，显著高于减氮40%的T7、T8处理的与常规全施尿素T2处理的。减氮40%的T8处理的氮肥利用率较T7处理的高7.84%，这可能是因为T7处理配施的缓释氮肥比例较小。与T2处理相比，T3~T6处理均显著提高了氮肥利用率，说明缓释氮肥的施用有利于提高棉花对氮素的吸收利用。

图 3

尿素与缓释氮肥不同比例配施对氮肥利用率的影响

2.4 尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花产量及其构成因素的影响

尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花产量及其构成因素的影响见表 2。

表 2

尿素与缓释氮肥不同比例配施对棉花产量及其构成因素的影响

处理	单株结铃数/个	单铃质量/g	单株产量/(g·株^-1)
注：1)同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著(P＜0.05)
T1	4.00±0.63 c	5.36±0.15 b	20.17±1.52 d
T2	5.40±0.49 ab	5.70±0.35 ab	24.57±1.30 bc
T3	5.60±0.49 a	5.90±0.34 ab	29.43±0.80 a
T4	5.80±0.40 a	6.09±0.38 a	31.08±1.60 a
T5	5.40±1.02 ab	5.72±0.38 ab	25.45±0.97 b
T6	5.20±0.40 ab	5.66±0.14 ab	24.00±0.35 bc
T7	4.40±0.49 bc	5.36±0.06 b	22.95±0.52 c
T8	4.80±1.17 abc	5.41±0.18 b	23.05±0.19 c

由表 2可知，缓释氮肥对棉花产量及其构成因素有显著影响：T3、T4处理的单株产量显著高于T5、T6、T2处理的，配施缓释氮肥比例较高的T4处理的棉花单株结铃数、单铃质量和单株产量在各处理间达到最大，较T3处理的分别提高了3.57%、3.22%和5.61%；T5处理的单株产量显著高于T7、T8处理的，同一施氮条件的T5、T6处理间无显著差异，缓释氮肥配施比例少的T5处理与不减氮下常规全施尿素T2处理间也无显著差异；T7、T8处理间无显著差异，但T8处理的棉花单株结铃数、单铃质量和单株产量较T7处理的分别提高了9.09%、0.93%和0.44%；各处理间棉花单株产量由大到小依次为T4＞T3＞T5＞T2＞T6＞T8＞T7＞T1。

3 结语

氮肥运筹是影响棉花产量的关键因素，氮肥的施用量和肥效持续时间能够影响作物对氮素的吸收利用，这可能是影响棉花产量及氮肥利用率的重要原因之一^[11-12]。胡迎春等^[13]研究了尿素与缓释氮肥配施对玉米的影响，发现氮肥减施20%能够显著提高春玉米的产量与氮肥利用率，这与本研究在棉花上得到的结果相似。本文研究结果表明：在棉花上采用尿素与脲甲醛缓释氮肥配施的方法，与不施氮肥和常规全施尿素相比，不减氮和减氮20%条件下尿素与缓释氮肥配施均促进了棉花干物质积累量及单株产量，显著提高了氮肥利用率，其中60%尿素与40%缓释氮肥配施处理的干物质积累量和单株产量最高，各器官氮素积累量最大；减氮20%条件下，60%尿素与20%缓释氮肥配施处理的干物质积累量、氮素积累量、单株产量与常规全施尿素处理间差异不显著，且显著提高了棉花的氮肥利用率，节省了肥料施用量。本试验条件下，60%尿素与40%缓释氮肥配施处理和减氮20%条件下60%尿素与20%缓释氮肥配施处理均有利于提高棉花干物质和氮素积累，能够显著提高氮肥利用率和棉花产量，可在棉花高产高效及科学施肥中推广应用。

ckwx 参考文献

项朝阳, 潘秋雨, 王珍. 减还是不减——矛盾态度视角下农户减肥减药行为的实证研究[J]. 农业技术经济, 2020(2): 83-92.

付浩然, 李婷玉, 曹寒冰, 等. 我国化肥减量增效的驱动因素探究[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(3): 561-580.

钱静斐, 宋玉兰, 原瑞玲, 等. 开放条件下我国棉花产业安全问题及发展策略[J]. 中国农业资源与区划, 2020, 41(5): 140-145.

张卫信, 申智锋, 邵元虎, 等. 土壤生物与可持续农业研究进展[J]. 生态学报, 2020, 40(10): 3183-3206.

CEN Z S, WEI L, MUTHUKUMARAPPAN K, et al. Assessment of a biochar-based controlled release nitrogen fertilizer coated with polylactic acid[J]. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 2021, 21(3): 2007-2019.

MATSON P A, NAYLOR R, ORTIZ-MONASTERIO I. Integration of environmental, agronomic, and economic aspects of fertilizer management[J]. Science, 1998, 280(5360): 112-115.

张文辉, 丁巍巍, 张勇, 等. 脲甲醛缓释肥料的研究进展[J]. 化工进展, 2011, 30(增刊1): 437-441.

HU H Y, NING T Y, LI Z J, et al. Coupling effects of urea types and subsoiling on nitrogen-water use and yield of different varieties of maize in northern China[J]. Field Crops Research, 2013, 142: 85-94.

鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000.

MOLL R H, KAMPRATH E J, JACKSON W A. Analysis and interpretation of factors which contribute to efficiency of nitrogen utilization[J]. Agronomy Journal, 1982, 74(3): 562-564.

ZHENG W K, ZHANG M, LIU Z G, et al. Combining controlled-release urea and normal urea to improve the nitrogen use efficiency and yield under wheat-maize double cropping system[J]. Field Crops Research, 2016, 197: 52-62.

巨晓棠, 谷保静. 我国农田氮肥施用现状、问题及趋势[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(4): 783-795.

胡迎春, 韩云良, 施成晓, 等. 氮肥减量下缓释肥和尿素配施对黄土高原春玉米氮素利用和产量效益的影响[J]. 西北农业学报, 2019, 28(7): 1068-1078.