聚天门冬氨酸对夏玉米产量、氮素利用率及土壤中硝态氮含量的影响

Effects of Polyaspartic Acid on Summer Maize Yield, Nitrogen Utilization Efficiency, and Soil Nitrate Nitrogen Content

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2025.01.008

孙克刚 Kegang SUN , 杜君 Jun DU , 刘高远 Gaoyuan LIU , 和爱玲 Ailing HE , 杨占平 Zhanping YANG , 王春兰 Chunlan WANG , 张若愚 Ruoyu ZHANG , 岳艳军 Yanjun YUE

1 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所/河南省农业资源与环境重点实验室河南郑州 450002 Institute of Plant Nutrition, Agricultural Resources and Environmental Science, Henan Academy of Agricultural Sciences/Henan Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment, Zhengzhou, Henan 450002, China 2 河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡 453731 Henan Xinlianxin Chemicals Group Co., Ltd., Xinxiang, Henan 453731, China

摘要：

为研究聚天门冬氨酸对夏玉米产量、氮素利用率及土壤中硝态氮含量的影响，开展了田间小区试验。试验共设6个处理，分别为不施氮肥(CK)、基施26-13-6复合肥750 kg/hm²(T1)、基施尿素375 kg/hm²(T2)、基施尿素375 kg/hm²+0.3%聚天门冬氨酸(T3)、基施尿素375 kg/hm²+0.4%聚天门冬氨酸(T4)、基施尿素300 kg/hm²+0.3%聚天门冬氨酸(T5)，考察了不同施肥处理的夏玉米产量、经济性状、氮素利用率和0~100 mm土层的硝态氮含量。结果表明：施用氮肥可以显著提高夏玉米的产量；聚天门冬氨酸有显著的增产效果，T3、T4处理的夏玉米产量高于T1、T2处理的，差异达极显著水平；在氮素施用量减少20%的条件下，T5处理的夏玉米产量与T2处理的相比无显著性差异；T3、T4、T5处理的氮素利用率比T1、T2处理的提高8.34%~20.91%，且不同程度地降低了土壤中的硝态氮含量。

关键词：

聚天门冬氨酸; 夏玉米; 产量; 氮素利用率; 硝态氮;

Abstract：

In order to study the effects of polyaspartic acid on summer maize yield, nitrogen utilization efficiency, and nitrate nitrogen content in soil, a field plot experiment is conducted. A total of 6 treatments are set up in the experiment, including no nitrogen fertilizer application (CK), basal application of compound fertilizer (26-13-6) 750 kg/hm² (T1), basal application of urea 375 kg/hm² (T2), basal application of urea 375 kg/hm²+0.3% polyaspartic acid (T3), basal application of urea 375 kg/hm²+0.4% polyaspartic acid (T4), basal application of urea 300 kg/hm²+0.3% polyaspartic acid (T5). The yield and economic characteristics of summer maize, nitrogen utilization efficiency and nitrate nitrogen content in 0-100 mm soil layers under different fertilization treatments are investigated. The results show that applying nitrogen fertilizer can significantly increase the yield of summer maize. Polyaspartic acid has a significant yield increase effect, and the yield of summer maize under T3 and T4 treatments is higher than that under T1 and T2 treatments, with a highly significant difference. Under the condition of reducing nitrogen application rate by 20%, there is no significant difference in summer maize yield between T5 treatment and T2 treatment. The nitrogen utilization efficiency of T3, T4, and T5 treatments is increased by 8.34% to 20.91% compared to T1 and T2 treatments, and the nitrate nitrogen content in the soil is reduced to varying degrees.

Keyword：

polyaspartic acid; summer maize; yield; nitrogen utilization efficiency; nitrate nitrogen;

施用氮肥是实现作物高产和确保我国粮食安全的关键，但过量施肥造成的污染问题已引起了国家相关部门的高度重视。过量施用氮肥和相对较低的利用效率不仅导致大量氮素损失，而且对生物多样性和人体健康产生了影响。针对这一问题，不同种类的肥料增效剂被大量研制，其中聚天门冬氨酸是一种水溶性仿生聚合物，在农业上作为植物养分吸收促进剂，可有效促进植物对营养元素的吸收，降低农业生产成本，提高农作物的产量和品质，减少肥料流失导致的水体污染^[1-3]。

本文通过将聚天门冬氨酸添加到尿素中，考察了不同用量的聚天门冬氨酸对作物产量、土壤环境及氮素利用率的影响，以期为粮食增产、环境友好、美丽乡村建设发挥更大的作用^[4-6]。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

供试作物：夏玉米，品种为郑单958。

试验地点：河南省驻马店市水屯镇新坡村。

土壤类型：砂姜黑土，基本理化性状见表 1。

表 1

供试土壤基本理化性状

pH	w(有机质)/ (g·kg^-1)	w(全氮)/ (g·kg^-1)	w(碱解氮)/ (mg·kg^-1)	w(有效磷)/ (mg·kg^-1)	w(速效钾)/ (mg·kg^-1)	w(有效硫)/ (mg·kg^-1)
6.4	11.1	0.13	81.5	14.7	53.5	11.5

供试材料：聚天门冬氨酸，新乡县赛尔环保有限公司；复合肥，26-13-6，河南心连心化肥有限公司；尿素，w(N)为46%，河南心连心化肥有限公司；过磷酸钙，w(P₂O₅)为10%；氯化钾，w(K₂O)为60%。

1.2 试验设计

试验共设6个处理：对照(CK)处理，不施氮肥，过磷酸钙750 kg/hm²，氯化钾75 kg/hm²；T1，当地常规施肥，复合肥750 kg/hm²；T2，尿素375 kg/hm²，过磷酸钙750 kg/hm²，氯化钾75 kg/hm²；T3，尿素375 kg/hm²(添加0.3%聚天门冬氨酸，质量分数，下同)，过磷酸钙750 kg/hm²，氯化钾75 kg/hm²；T4，尿素375 kg/hm²(添加0.4%聚天门冬氨酸)，过磷酸钙750 kg/hm²，氯化钾75 kg/hm²；T5，尿素300 kg/hm²(添加0.3%聚天门冬氨酸)，过磷酸钙750 kg/hm²，氯化钾75 kg/hm²。各处理肥料作为底肥一次施入；施肥前将聚天门冬氨酸均匀喷洒在尿素表面并揉匀。

试验采取随机区组排列，每个处理设置3次重复，小区面积50 m²。小区间设畦埂，重复间设走道。

1.3 测定项目

产量：收获时每个小区进行单打单收，以小区实收，风干后再烘干计产并考种。

氮素利用率：收获时每个小区取夏玉米3株，风干后再烘干至恒质量，按《土壤农业化学常规分析方法》分别测定籽粒和秸秆含氮量；吸氮量=籽粒产量×籽粒含氮量(或秸秆产量×秸秆含氮量)，地上部吸氮量=秸秆产量×秸秆含氮量+籽粒产量×籽粒含氮量，氮素利用率(%)=(施氮处理地上部吸氮量-不施氮处理地上部吸氮量)×100%/施氮量。

土壤硝态氮含量：夏玉米收获后，取0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm等5层土壤样品；土壤样品风干后，采用氯化钙溶液浸提，流动分析仪法测定不同深度土壤中的硝态氮含量^[7]。

1.4 数据处理

采用SPSS软件进行数据处理，用多重比较(LSD法)进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对夏玉米产量的影响

在试验条件下，施用聚天门冬氨酸有明显的增产效果(见表 2)，T3、T4处理的夏玉米产量高于T1、T2处理的，差异均达到极显著水平。与T1、T2处理相比，T3处理分别增产1 372.3、705.5 kg/hm²，增产率分别为19.0%、8.9%；T4处理分别增产1 474.5、807.7 kg/hm²，增产率分别为20.4%、10.2%。与T2处理相比，T5处理增产68.7 kg/hm²，增产率为0.9%。

表 2

不同施肥处理的夏玉米产量

处理	折算产量/(kg·hm^-2)				显著性
处理	重复1	重复2	重复3	平均值	5%	1%
CK	5 337.5	5 238.6	5 090.5	5 222.2	d	D
T1	7 257.5	7 157.3	7 282.5	7 232.4	c	C
T2	7 848.6	8 091.5	7 757.5	7 899.2	b	B
T3	8 885.6	8 496.1	8 432.3	8 604.7	a	A
T4	8 842.5	8 698.5	8 579.6	8 706.9	a	A
T5	7 998.5	8 005.6	7 899.6	7 967.9	b	B

夏玉米产量随氮肥用量增加而提高，T3处理比T5处理增产636.8 kg/hm²，增产率8.0%，差异达极显著水平。在化肥施用水平相同的条件下，T4处理与T3处理相比，夏玉米产量并没有随聚天门冬氨酸添加量的增加而明显提高，说明本地区试验添加的聚天门冬氨酸量是适宜的。

T5处理与T2处理相比，产量差异不显著，说明在尿素中添加0.3%聚天门冬氨酸并减少20%氮素施用量的条件下，不会造成夏玉米减产。

2.2 不同施肥处理对夏玉米经济性状的影响

不同施肥处理对夏玉米经济性状的影响见表 3。

表 3

不同施肥处理的夏玉米经济性状

处理	穗长/cm	穗粗/cm	株高/cm	穗粒数/粒	百粒质量/g
CK	15.4	4.6	238	403	25.1
T1	17.4	4.7	244	498	25.9
T2	17.5	4.8	246	510	26.1
T3	17.6	4.9	247	519	27.1
T4	17.3	4.9	250	523	27.5
T5	16.8	4.8	246	509	26.8

由表 3可以看出：不同施肥处理对株高、穗粗和穗长等的影响不大；不同施肥处理对穗粒数的影响较大，穗粒数的变化趋势与产量变化趋势基本一致，T4处理的穗粒数最多，而CK处理的穗粒数最少；百粒质量的变化趋势与产量变化趋势一致，T4处理的百粒质量最大，CK处理的最小。

2.3 不同施肥处理对氮素利用率的影响

不同施肥处理对氮素利用率的影响见表 4。

表 4

不同施肥处理的氮素利用率

处理	施氮量/(kg·hm^-2)	籽粒			秸秆			地上部吸氮总量/(kg·hm^-2)	氮素利用率/%
处理	施氮量/(kg·hm^-2)	产量/(kg·hm^-2)	w(N)/%	吸氮量/(kg·hm^-2)	产量/(kg·hm^-2)	w(N)/%	吸氮量/(kg·hm^-2)	地上部吸氮总量/(kg·hm^-2)	氮素利用率/%
CK	0	5 222.2	1.21	63.19	5 947.5	0.56	33.31	96.5
T1	195.0	7 232.4	1.26	91.13	7 562.3	0.57	43.11	134.24	19.35
T2	172.5	7 899.2	1.28	101.11	8 166.5	0.56	45.73	146.84	29.18
T3	172.5	8 604.7	1.29	111.00	9 003.2	0.59	53.12	164.12	39.20
T4	172.5	8 706.9	1.29	112.32	9 088.6	0.59	53.62	165.94	40.26
T5	138.0	7 967.9	1.28	101.99	8 265.6	0.56	46.29	148.28	37.52

由表 4可以看出：添加聚天门冬氨酸的T3、T4、T5处理能够有效提高氮素利用率，比T2处理分别提高了10.02%、11.08%、8.34%，比T1处理分别提高了19.85%、20.91%、18.17%；在聚天门冬氨酸添加量相同的条件下，氮素利用率随氮肥施用量的增加而提高，T3处理的氮素利用率比T5处理的提高了1.68%；在氮肥施用量相同的条件下，增加聚天门冬氨酸添加量有利于提高氮素利用率，T4处理的氮素利用率比T3处理的提高了1.06%。

2.4 不同施肥处理对土壤中硝态氮含量的影响

由图 1可知，长期不同施肥处理对土壤中硝态氮含量均有影响。同一处理，硝态氮含量主要集中在0~60 cm土层中, 且随着土壤深度的增加，硝态氮含量先增后减。与CK处理相比，夏玉米收获后，不同施肥处理的0~60 cm土层中硝态氮含量均有不同程度的提高。与T1处理相比，添加聚天门冬氨酸的各处理均不同程度地降低了土壤中硝态氮含量，且硝态氮含量的变化趋势基本一致。

图 1

不同施肥处理的土壤中硝态氮含量

3 结语

(1) 聚天门冬氨酸有明显的增产效果，T3、T4处理的夏玉米产量与T1、T2处理的相比，差异均达到极显著水平^[8-10]。

(2) 夏玉米产量随氮肥施用量增加而提高，T3处理的夏玉米产量与T5处理的相比，差异达极显著水平；在相同化肥施用量条件下，夏玉米产量并没有随聚天门冬氨酸添加量的增加而增加，说明本地区试验聚天门冬氨酸添加量是适宜的^[11-13]。

(3) T5处理的夏玉米产量与T2处理的相比，无显著性差异，说明在尿素中添加聚天门冬氨酸后适量减少氮肥施用量，不会造成夏玉米减产^[14-16]。

(4) 与T1、T2处理相比，在尿素中添加不同量聚天门冬氨酸的处理均不同程度地降低了土壤中的硝态氮含量。

(5) 在尿素中添加聚天门冬氨酸能有效提高氮素利用率，与T1、T2处理相比，氮素利用率分别提高18.17%~20.91%、8.34%~11.08%。

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