氮是玉米生长发育所必需的营养元素。近年来，随着化肥投入量的增加，肥料增产能力和利用率下降的现象相当普遍^[1-2]。合理施用氮肥对于提高玉米产量、氮肥利用率、减轻环境压力具有重要意义^[3]。而氮肥的合理施用除了要确定适宜的氮肥用量外，还应注重肥料的施用时期和形态^[4]。包膜肥料的研究和应用为解决上述问题提供了新的途径^[5]。与普通尿素相比，控释氮肥具有养分释放缓慢、作物吸收多的特点，使用控释肥可以显著提高氮肥利用率^[6]，减少氮素损失^[7-8]，免去追肥环节，在生产上具有较高的应用价值。目前，很多研究者研究了缓控释尿素施用对作物产量、肥料利用率的影响。曹宁等^[9]的研究表明，以硅藻土为载体的控释尿素替代普通尿素，一次性基施的施肥方式替代基肥加追肥是可行的，能达到省工、增效的目的，尿素分次施用和控释尿素处理分别比尿素一次性施用处理玉米产量增加23.48%和17.70%，氮肥利用效率提高17.33%和17.58%。李伟等^[10]的研究结果表明，控释掺混肥对夏玉米增产效果显著，能显著提高夏玉米氮素积累量，较常规施肥处理的氮素积累量提高7.88%~20.29%，氮素利用效率增加9.59%~24.69%。目前，关于黑龙江省春玉米施用控释尿素效果的报道较少^[11-12]。以往研究多集中在控释肥施用对夏玉米的产量及肥料利用率的影响上，而对于气候、土壤条件完全不同的春玉米控释尿素施用效果，尤其是对土壤氮素损失、平衡方面尚缺乏进一步深入研究。目前，黑龙江省玉米氮肥施用主要采用一次基肥一次追肥的施肥方式（40%氮肥做基肥，60%氮肥做追肥），由于玉米生育后期植株较高，机械追肥困难，采用缓控释肥与普通尿素混合一次性施肥能否达到相似的产量效果，亟需试验研究和验证。因此，本文旨在明确控释尿素在黑龙江省玉米主产区应用效果及对土壤氮素平衡的影响，为该区控释尿素的合理施用以及玉米简化高效施肥提供理论依据和技术支撑。

2011年试验设在黑龙江省肇源县二站镇东海丰村和双城市双城镇中兴村；2012年试验设在黑龙江省宾县宾州和哈尔滨市民主乡。各试验点玉米生长季降雨量如图 1所示。2011年5-10月双城、肇源的降雨量分别为450.0 mm和304.9 mm；2012年5-10月哈尔滨、宾县的降雨量分别为635.3 mm和585.7 mm。

图 1 不同试验点玉米生长季降雨量 Figure 1　Month rainfall depth during the growing season of maize in different experimental sites

图选项

试验设9个处理（见表 1），每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积40 m²。

表 1　试验处理及养分用量（kg·hm^-2） Table 1　The experimental treatments and the rates of fertilizer (kg·hm^-2)

表选项

供试土壤：肇源试验点为碳酸盐黑钙土，宾县和哈尔滨试验点为黑土，供试土壤基本化学性质见表 2。

表 2　0~20 cm土层供试土壤基本理化性质 Table 2　Basic physicochemical properties of soil in 0~20 cm layer

表选项

供试肥料：氮肥为市售普通尿素（含N 46%），磷肥为重过磷酸钙（含P₂O₅ 46%），钾肥为氯化钾（含K₂O 60%）。控释尿素（CRU）由中国农科院提供的美国Agriuln公司生产的树脂包膜尿素（含N 44%），控释期为90 d。根据欧洲标准委员会规定：缓控释肥料（TC260/WG4/TFsrF）在水中（25 ℃）养分释放速率24 h不大于15%、28 d不超过75%、在规定的时间内至少有75%被释放（Trenkel，1997）。本试验所用控释尿素符合标准，25 ℃和35 ℃时，24 h养分释放率分别为1.8%和2.9%；在28 d时的溶出速率分别为57.6%和67.7%（图 2）。

图 2 不同温度下控释尿素氮素释放曲线 Figure 2　Nitrogen released curve of controlled-release urea under different temperatures

图选项

供试玉米品种：双城和肇源供试玉米品种为郑单958；宾县和哈尔滨供试玉米品种分别为玉258和龙丹42；玉米种植密度为6.0万株·hm^-2。

试验前和收获后按S点取样法采集土壤样品，取样部位为垄台坡的侧面。每小区用土钻取3钻，取后立即放入封口袋中，取样深度为0~20、20~40、40~60、60~80 cm，共4层。

玉米成熟后，取小区中间4垄60穗测产；采集各小区代表性玉米5株测定植株含氮量。

正常田间管理。双城试验2011年4月29日播种，9月30日收获；肇源试验2011年5月5日播种，10月3日收获；宾县试验2012年5月12日播种，10月6日收获；哈尔滨试验2012年5月15日播种，10月3日收获。

常规方法^[13]分析土壤pH值及养分含量；AAS连续流动分析仪测定土壤硝态氮和铵态氮含量；植株和籽粒样品于105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干，称重，凯氏定氮法测定样品中全氮含量。

试验数据用Excel 2007和SPSS 13.0统计分析。

产量（kg·hm^-2）（14%含水量）=[60穗玉米总粒重（kg）/60 ×密度（万株·hm^-2）/10] ×0.14/籽粒含水量（%）

氮肥利用率（NUE）（%）=（施氮区地上部分吸氮量-不施氮肥区地上部吸氮量）/施氮量×100；

氮肥农学效率（ANUE）（g·g^-1）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮量；

氮肥贡献率（FCR）（%）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮区产量×100；

氮素矿化根据无氮区作物吸氮量与试验前、后土壤无机氮的净矿化计算^[14]，由于不考虑氮肥的激发效应，故假定施氮肥处理的土壤氮素矿化量和无氮肥区相同，即：

生育期土壤氮素净矿化量（kg·hm^-2）=不施氮肥区植株地上部吸氮量+不施氮肥区土壤无机氮残留量-不施氮肥区土壤起始无机氮含量；

根据氮素平衡模型原理，计算氮的表观盈亏量及表观损失量^[15]：

由于施入氮肥所增加的土壤氮矿化量与被土壤固定的化肥氮的数量基本相当^[16]，因此：氮素表观盈亏量（kg·hm^-2）=（土壤无机氮起始总量+施氮量）-（土壤无机氮残留量+作物吸氮量）

氮素表观损失（kg·hm^-2）=氮输入量（施入氮肥+土壤起始无机氮+土壤氮矿化）-作物吸氮量-土壤无机氮残留量。

2011年和2012年两年四点试验结果表明（表 3），在相同磷肥和钾肥水平上，玉米产量均表现出随着施氮量的增加而增加。与处理1（不施氮）相比，各施氮处理显著增加玉米产量，其中，处理4（普通尿素40%基施，60%追施）、处理5（40%普通尿素与60%控释尿素混合一次基施）玉米产量分别平均增加58.4%和54.8%。在相同施氮水平下（100%、75%、50%氮肥用量），基施控释尿素比基施普通尿素（处理3与处理2相比，处理6与处理7相比，处理8与处理9相比）玉米平均增产319、427、291 kg·hm^-2，增产率分别为3.6%、5.4%、3.9%。四个试验点均以处理4和处理5玉米产量显著高于等氮量的处理2（普通尿素100%基施和处理3（控释尿素100%基施）。其中双城、宾县、哈尔滨黑土区，以处理4玉米产量最高，但与处理5产量差异不显著。肇源黑钙土区，40%普通尿素与60%控释尿素混合一次性基施效果最佳，产量达9 360 kg·hm^-2。

表 3　不同施氮处理对玉米产量的影响（kg·hm^-2） Table 3　Effect of different N managements on maize yield (kg·h^m-2)

表选项

不同施肥处理的玉米植株吸氮量有明显的差异（表 4）。植株吸氮量变化趋势与玉米产量变化趋势一致，基本上是随着氮肥用量的增加而增加。以处理4和处理5两处理玉米植株吸氮量高于其他处理，且两处理之间差异不显著。不同氮肥类型相同氮肥用量条件下（100%、75%、50%氮肥用量），控释尿素处理玉米植株氮素吸收量高于普通尿素处理。其中100%和75%氮肥用量下，控释尿素氮素吸收较普通尿素分别增加10.3 kg·hm^-2和6.5 kg·hm^-2（处理3与处理2相比，处理6与处理7相比），但各处理间差异不显著。

表 4　不同施氮处理时玉米植株氮素吸收的影响（kg· hm^-2） Table 4　Effect of different N managements on nitrogen absorption of maize plant (kg·hm^-2)

表选项

在氮肥100%用量条件下，4个试验点均表现为处理4和处理5氮肥利用率较高（表 5），其中双城试验点为46.9%和45.5%，肇源试验点为41.3%和39.7%；宾县试验点为44.2%和45.7%，哈尔滨试验点为34.6%和40.6%；哈尔滨试验点两处理之间差异显著，其他地点两处理之间差异不显著。不同氮肥种类相同氮肥用量条件下（100%、75%、50%氮肥用量），基施控释尿素处理较基施普通尿素处理氮肥利用率平均分别提高5.9%、4.9%和5.1%。4个试验点各处理氮肥农学效率与氮肥利用率变化趋势基本相同，同等氮量下（100%、75%、50%氮肥用量），基施控释尿素处理较普通尿素处理氮肥农学效率平均分别提高2.0、2.6 kg·kg^-1和2.6 kg·kg^-1。随着施氮量的增加氮肥贡献率增加，除宾县和哈尔滨地区的处理5与处理6的氮肥贡献率差异不显著外，处理4、处理5均显著高于其他处理。双城试验点为40.9%和39.2%；肇源试验点为42.2%和43.2%；宾县试验点为32.8%和29.7%；哈尔滨试验点为29.8%和26.8%；两处理间差异均不显著。相同氮肥用量下（100%、75%、50%氮肥用量），基施控释尿素比基施普通尿素，氮肥贡献率分别平均增加2.8%、3.1%和2.4%，说明相同管理条件下包膜控释尿素能够提高氮肥贡献率。

表 5　不同施氮处理玉米的氮素利用效率 Table 5　Effect of different N managements on nitrogen use efficiency

表选项

4个试验点平均结果可以看出（表 6），玉米收获后，0~80 cm土壤氮素残留量和表观损失量随着施氮量的增加而增加，施氮处理与不施氮处理间差异显著。与处理2相比，处理3、处理4、处理5显著降低了氮素的表观损失量，分别降低15.0、12.6、23.9 kg·hm^-2。不同氮肥种类相同施氮量条件下（100%、75%、50%氮肥用量），基施控释尿素较基施普通尿素（处理3与处理2相比，处理6与处理7相比，处理8与处理9相比）降低了氮素表观损失量。氮素表观亏缺量随着氮肥用量的增加而降低，不施氮肥（处理1）土壤氮素显著亏缺，亏缺量达到115.2 kg·hm^-2。相同氮肥用量条件下（100%氮肥用量），处理5的氮素表观亏缺量显著高于处理2、处理3和处理4，而处理2的氮素表观亏缺量最低。不同氮肥种类相同施氮量条件下（100%、75%、50%氮肥用量），基施控释尿素均较基施普通尿素（处理3与处理2相比，处理6与处理7相比，处理8与处理9相比）增加了氮素表观亏缺量。

表 6　玉米生育期0~80 cm土壤氮素平衡（kg·hm^-2） Table 6　Nitrogen balance during the growth season of maize (kg·hm^-2)

表选项

氮肥管理的最终目的是既保证作物高产，又不会造成土层硝态氮大量积累及损失，达到经济效益和环境效益的统一^[17]。王寅等^[18]在吉林省中部玉米主产区设置连续2年的定点大田试验，研究结果表明，东北春玉米施N量为185 kg·hm^-2条件下，适宜的控释氮肥掺混比例在30%左右。与尿素一次性全施相比，控释氮肥与尿素掺混施用显著提高了春玉米产量和氮肥利用率，降低表观损失率。本文通过两年四点田间试验研究结果表明，黑龙江春玉米施N量为175 kg·hm^-2条件下，适宜的控释氮肥掺混比例为60%。与王寅等^[18]的研究结果基本一致，其最佳控释尿素比例略有不同，主要是由于不同试验设置的控释尿素比例有所差异，另外也与试验所用控释尿素种类、土壤肥力、气候等有关。夏伟光等^[19]采用田间试验方法研究了控释尿素不同施用条件对冬小麦产量、氮素利用和经济效益的影响，无论是产量效应还是氮素利用效应，树脂包膜控释尿素（CRU）处理总体优于普通尿素（PU）处理，尤其树脂包膜控释尿素和普通尿素配施（40%CRU+ 40%PU）效果最佳。本试验结果也表明，100%普通尿素或100%控释尿素一次性基施效果并不理想；40%普通尿素与60%控释尿素掺混一次性基施处理与普通尿素40%基施结合60%追施处理效果相当。若100%施用普通尿素，则易造成玉米生长的前期可供应氮量高于玉米实际需求量，一方面造成肥料氮素的浪费和环境污染风险（表 5和表 6），另一方面使得玉米生长后期氮素养分供应不足，造成植株脱肥，影响产量的提高；若100%施用控释尿素，一方面是由于控释肥的成本较高，控释肥料价格一般比普通氮肥价格高2~9倍^[20-21]，全部使用经济效益不佳；另一方面是由于田间生产中气候具有不确定性，即作物生育期气温和降水量年份之间各不相同，而控释尿素的养分释放主要受水分和温度的影响^[22]，100%采用控释尿素一次性基施对稳定和提高玉米产量具有一定的风险。采用40%普通尿素与60%控释尿素一次性基施效果较好的原因主要是由于黑龙江省早春气候相对冷凉，玉米植株小，对养分需求量低，一次性施肥中施用的40%的普通尿素足以保证玉米生育前期对氮素养分的需求；而随着玉米植株的生长，至拔节期对氮素需求量增加，结合黑龙江省雨热同季的气候特征，此时60%的控释尿素和部分盈余的普通尿素同时发挥作用，满足玉米对氮素的需求；另外，控释尿素具有缓慢释放的特点，在生育后期也能够维持玉米对氮素养分的需求。

系统的氮素输出以植株吸收带走氮素为主要方式^[18]，本试验研究结果表明，基施控释尿素均较基施普通尿素增加了氮素亏缺量，以100%基施普通尿素的处理氮素亏缺量最低，其主要原因是由于控释尿素处理植株氮素吸收量高于普通尿素。戴明宏等^[15]研究了不同氮肥管理模式对华北平原春玉米氮素盈亏和平衡的影响，结果表明，不施氮处理氮素亏缺量最大，由于经验施氮量过大，造成氮素表观损失率和残留率增加，推荐施氮量则能够保持产量，减少氮素损失。因施肥不合理导致氮肥效率不高和氮肥损失的问题在东北春玉米生产上也越来越引起重视。本试验结果也以不施氮处理氮素亏缺量最大，达到115.2 kg·hm^-2，施氮肥减少了氮素亏缺量，但施用的氮素有很大一部分通过挥发和淋洗而损失，因此，施用氮肥处理的氮素亏缺量并不等于施氮量。安景文等^[23]应用不同肥料配方对玉米进行一次性深施肥试验，研究结果表明，在等养分条件下一次性深施肥有助于玉米对养分的吸收；施用包膜尿素和一次性深施肥能提高氮肥利用率；乔云发等^[24]采用密闭室法测定黑土氨挥发通量，结果表明，在相同施氮量的条件下，氨挥发损失率随施肥深度的增加而减少，可见，深施肥可以提高肥料利用率，减少氮肥损失。本试验研究结果表明，施氮量为N 175 kg·hm^-2时，氮的表观亏缺量为39.9~63.8 kg·hm^-2，最优的处理4也达到52.5 kg·hm^-2，一方面可能是由于本试验的氮肥用量偏低，另一方面也可能与施肥方式有关，本试验采用当地农民习惯施肥方式，氮肥基施深度为10 cm，追肥施在垄沟，犁地时回土覆盖，覆盖深度较浅，这样的施肥方式势必会造成肥料损失量加大，使得氮素表观亏缺量增加，因此，是否可以在该试验氮肥用量的基础上适当提高氮肥用量，还有待于进一步的研究。

（1）在相同磷、钾肥水平上，春玉米产量、植株氮素吸收量均随着施氮量的增加而增加。玉米产量、植株吸氮量、氮肥表观利用率、氮农学效率在处理4（40%普通尿素和60%控释尿素做基肥）和处理5（普通尿素40%基肥结合60%追肥）之间差异不显著。

（2）在相同氮素施用水平下（100%、75%、50%氮肥用量），基施控释尿素比基施普通尿素玉米产量平均分别增加391、427、291 kg·hm^-2；氮肥表观利用率提高5.9%、4.9%和5.1%；氮肥农学效率提高2.0、2.6 kg·kg^-1和2.6 kg·kg^-1；氮肥贡献率增加2.7%、3.1%和2.4%。

（3）氮素表观损失量随着氮肥用量的增加而增加，而氮素表观亏缺量随着氮肥用量的增加而降低。与100%普通尿素作基肥一次性施入相比，100%控释尿素处理、40%普通尿素和60%控释尿素混合作基肥处理分别降低氮素表观损失量15.0 kg·hm^-2和23.9 kg·hm^-2；不施氮肥土壤氮素显著亏缺。

（4）从玉米产量、氮素利用效率及氮素损失等方面综合考虑，普通尿素与控释尿素分别以40%和60%的比例混合施用在黑龙江省玉米生产上是可以推广和借鉴的氮素管理方式。