不同类型包膜尿素一次性施用对油菜籽产量、氮肥表观利用率及土壤无机氮含量的影响

Effects of One-Time Application of Different Types of Coated Urea on Rapeseed Yield, Nitrogen Fertilizer Apparent Use Efficiency, and Soil Inorganic Nitrogen Content

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2026.03.003

郭新送 Xinsong GUO , 朱福军 Fujun ZHU , 乔佳乐 Jiale QIAO , 刘同信 Tongxin LIU , 孔维众 Weizhong KONG , 杨杰 Jie YANG , 盖瑞祥 Ruixiang GAI , 辛宪明 Xianming XIN , 孟庆羽 Qingyu MENG , 丁方军 Fangjun DING

1 农业农村部腐植酸类肥料重点实验室/山东农大肥业科技股份有限公司山东泰安 271600 Key Laboratory of Humic Acid Fertilizer, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Shandong Agricultural University Fertilizer Science & Technology Co., Ltd., Tai′an, Shandong 271600, China 2 肥城市汶阳镇农业综合服务中心山东肥城 271603 Agricultural Comprehensive Service Center of Wenyang Town, Feicheng City, Feicheng, Shandong 271603, China

Author notes:

Correspondence to: 丁方军(1964—)，男，大学本科，教授，主要从事新型肥料创制方面工作；dfj401@163.com

摘要：

为探索不同类型包膜尿素对油菜籽产量、氮肥表观利用率及土壤氮素供应的影响，开展了田间小区试验。试验共设置不施氮肥(CK1)、普通尿素分3次施用(CK2)、聚氨酯包膜尿素一次性基施(CRU1)、生物基包膜尿素一次性基施(CRU2)等4个处理，考察了不同类型包膜尿素的养分释放特点，以及不同处理对油菜生长指标、油菜籽和干物质产量、油菜氮素累积吸收量、氮肥表观利用率、0~20 cm耕层土壤中无机氮含量的影响。结果表明：聚氨酯包膜尿素和生物基包膜尿素的氮素累积释放率整体分别呈“S”形和直线形，初期氮素释放率分别为1.5%和3.5%，第21天氮素累积释放率分别为20.1%和27.4%；与CK1、CK2处理比较，CRU1、CRU2处理对油菜的叶片叶绿素相对含量、株高、绿叶数均有促进作用；与CK2处理相比，CRU1、CRU2处理的油菜籽产量提高9.2%~12.1%，氮肥表观利用率和氮肥偏生产力分别提高9.8%~11.3%、0.80~1.05 kg/kg，0~20 cm耕层土壤中硝态氮含量显著提高了5.70~6.26 mg /kg。两种包膜尿素一次性施用均可替代尿素分次施用，本着对土壤环境友好的原则，建议优选生物基包膜尿素。

关键词：

包膜尿素; 油菜; 产量; 硝态氮; 氮肥表观利用率; 氮肥偏生产力; 无机氮;

Abstract：

To investigate the effects of different types of coated urea on rapeseed yield, nitrogen fertilizer apparent use efficiency, and soil nitrogen supply, a field plot experiment is conducted. The experiment includs four treatments: no nitrogen fertilizer application (CK1), three split applications of conventional urea (CK2), one-time basal application of polyurethane-coated urea (CRU1), and one-time basal application of bio-based coated urea (CRU2). The nutrient release characteristics of the different types of coated urea are examined, along with the effects of each treatment on rapeseed growth indicators, rapeseed and dry matter yield, nitrogen accumulation and uptake in rapeseed, nitrogen fertilizer apparent use efficiency, and inorganic nitrogen content in the 0-20 cm cultivation layer soil. The results show that the cumulative nitrogen release rates of polyurethane-coated urea and bio-based coated urea generally exhibite an "S"-shaped and linear pattern. The initial nitrogen release rates are 1.5% and 3.5%, and the cumulative nitrogen release rates reache 20.1% and 27.4% by the 21st day, respectively. Compared with the CK1 and CK2 treatments, the CRU1 and CRU2 treatments promote the chlorophyll relative content in leaves, plant height, and number of green leaves in rapeseed. Compared with the CK2 treatment, the CRU1 and CRU2 treatments increase rapeseed yield by 9.2%-12.1%, nitrogen fertilizer apparent use efficiency and partial factor productivity of nitrogen by 9.8%-11.3% and 0.80-1.05 kg/kg, and significantly increase nitrate nitrogen content in the 0-20 cm cultivation layer soil by 5.70-6.26 mg/kg. One-time application of both types of coated urea can replace split applications of conventional urea. Based on the principle of soil environmental friendliness, bio-based coated urea is recommended as the preferred option.

Keyword：

coated urea; rapeseed; yield; nitrate nitrogen; nitrogen fertilizer apparent use efficiency; partial factor productivity of nitrogen; inorganic nitrogen;

油菜是我国重要的油料作物之一。2025年全国农技推广中心的统计数据显示，全国油菜种植面积约1.1亿亩(1亩=667 m²)，占我国油料作物总播种面积的50%，总产量超过40%，油菜的高质量发展极为重要^[1-2]。油菜生育期长，需肥总量大，尤其对氮肥需求量较大。据统计，油菜的氮肥需求总量为150~300 kg/hm²，且需求分布在各个生育期。为满足油菜对氮肥的需求，在播种基施氮肥后，往往需追施氮肥2~3次^[3-4]，氮肥的分次施用是保证油菜产量的重要措施之一。在农业生产领域，随着劳动力供给数量和质量的大幅下降，用工短缺现象在一定程度上阻碍了氮肥分次施用技术的落地^[5]。而氮肥的一次性基施会造成苗期养分过多旺长，后期养分不足影响产量和品质。以省工节本、高产高效为核心特征的油菜轻简化栽培技术，是推动油菜产业可持续发展、缓解我国食用油供需失衡问题的关键路径^[5]。

包膜缓/控释肥具备养分缓释特性，在适宜条件下可实现养分释放与作物吸收的协同匹配，其一次性施用即可满足作物全生育期对养分的需求^[6]。包膜缓/控释肥产业化较为成熟的是包膜尿素，包膜材料主要有硫黄、聚合物(聚氨酯、聚乙烯及其衍生物等)、生物基等，然而由于现有的以聚氨酯为代表的聚合物包膜控释材料难降解、资源不可再生，影响了包膜缓/控释肥的发展和施用。随着包膜技术的发展，纤维素、聚乳酸、蓖麻油等生物可降解包膜材料正逐步替代传统的石油化工衍生物材料^[7-9]，但有关新型包膜缓/控释肥在油菜上的应用效果研究较少。本研究以尿素分次施用作为对照，重点考察了聚氨酯、生物基包膜尿素一次性基施对油菜生长、油菜籽产量、氮肥表观利用率、氮肥偏生产力以及收获后耕层土壤中无机氮积累量的影响，以期为新型缓/控释肥在油菜栽培中的规模化应用提供数据支撑和理论依据。

1 供试材料与方法

试验在江西省南昌市进贤县开展，播种、移栽及收获日期分别为2024年9月25日、10月27日和2025年5月12日。

1.1 供试材料

供试土壤：质地为壤土，肥力均匀，pH(土水质量比1∶5)为6.14，w(碱解氮)为81.4 mg/kg，w(有效磷)为37.2 mg/kg，w(速效钾)为154.0 mg/kg，w(有机质)为10.9 mg/kg。

供试肥料：尿素，w(N)为45%；磷酸二铵，w(N)为18%，w(P₂O₅)为46%；氯化钾，w(K₂O)为60%；硼砂，w(B)为12%；聚氨酯包膜尿素(CRU1)，w(N)为45%，氮素释放期为60 d；生物基包膜尿素(CRU2)，w(N)为44%，氮素释放期为60 d。以上肥料均由山东农大肥业科技股份有限公司提供。

1.2 试验设计

试验共设置4个处理：CK1，不施氮肥；CK2，尿素分3次施用；CRU1，聚氨酯包膜尿素一次性基施；CRU2，生物基包膜尿素一次性基施。各处理重复3次，随机排列，各试验小区面积为66.7 m²。所有施氮处理的全生育期氮素用量统一设定为180 kg/hm²，CK2处理的尿素采用一底两追模式(基肥占比60%，苗期追肥与苔期追肥各占20%)施用。各处理的磷、钾及硼肥用量保持一致，以纯养分计分别为P₂O₅ 60 kg/hm²、K₂O 90 kg/hm²、B 1.8 kg/hm²，全部在油菜移栽前一次性基施完毕。其余田间管理按当地通用栽培技术执行。

1.3 项目及测定方法

氮素释放率：采用静水浸泡法测定25 ℃下包膜尿素的氮素释放率。具体培养步骤(设置3次重复)：称取10 g包膜尿素装入150 μm尼龙纱网制作的小袋中，封口后置于250 mL玻璃瓶内，加入200 mL蒸馏水并加盖密封；将玻璃瓶放入25 ℃生化恒温培养箱中培养，取样时间为24 h后以及第3、5、7、14、21、28、35、49、63、77、91、105、120天等，直至氮素累积释放率达80%以上为止^[10]。

生长指标：于油菜关键生育期花期(播种后约150 d)进行取样调查，测定指标包括叶片叶绿素相对含量(SPAD值)、株高、绿叶数及叶面积；SPAD值采用JC520-SPAD 502Plus型手持叶绿素仪测定，叶面积按最大叶片的长×宽计算^{[5, 11]}。

油菜籽产量：各小区单独计产^[5]。

考种：收获前每小区取9株油菜植株，将样品风干后，把植株分拆为籽粒、茎秆、根系三部分；各部分经称重、磨碎，过0.5 mm筛后装袋，用于后续养分含量的测定^[5]。

植株全氮含量：植株用浓H₂SO₄-H₂O₂消化后，采用流动注射法测定(瑞典FIAstar 5000型流动注射分析仪)^[5]。

土壤中无机态氮的含量：油菜收获后，每小区采集0~20 cm耕层土壤样品，用2 mol/L KCl溶液对土壤进行浸提，再采用流动注射法测定土壤中硝态氮与铵态氮的含量^[5]。

植株氮素累积量、氮肥表观利用率、氮肥偏生产力按式(1)~式(3)计算：

图 1

$ 植株氮素累积量(\mathsf{kg/hm^2})=干物质质量(\mathsf{kg/hm^2})×植株氮质量分数(％)/100 $

图 2

$ 植株氮素累积量(\mathsf{kg/hm^2})=干物质质量(\mathsf{kg/hm^2})×植株氮质量分数(％)/100 $

图 3

$ 植株氮素累积量(\mathsf{kg/hm^2})=干物质质量(\mathsf{kg/hm^2})×植株氮质量分数(％)/100 $

1.4 数据处理

试验数据统计与计算采用Microsoft Excel 2019软件，使用SPSS 22.0软件进行处理间的差异显著性检验(99%概率水平下的Duncan检验，P＜0.01；95%概率水平下的Duncan检验，P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 两种包膜尿素的氮素释放率

聚氨酯与生物基包膜尿素在25 ℃静水浸泡下的氮素释放率见图 1。

图 1

聚氨酯与生物基包膜尿素在25 ℃静水浸泡下的氮素释放率

从图 1可知：聚氨酯包膜尿素的氮素释放率整体呈“S”形，初期氮素释放率为1.5%，21 d的氮素累积释放率为20.1%，63 d的氮素累积释放率为71%；生物基包膜尿素的氮素释放率呈直线形，初期氮素释放率、21 d的氮素累积释放率略高于聚氨酯包膜尿素的，分别为3.5%、27.4%，63 d的氮素累积释放率为75.3%。整体来看，生物基包膜尿素的氮素释放率略差于聚氨酯包膜尿素的，聚氨酯包膜尿素的氮素释放期达到80 d，生物基包膜尿素的氮素释放期为70 d。

2.2 不同处理对油菜花期生长指标的影响

不同处理的油菜花期生长指标见表 1，表中同列数据后不同大写字母表示各处理间差异极显著(P＜0.01)，下同。

表 1

不同处理的油菜花期生长指标

处理	SPAD值	株高/ cm	绿叶数/ (片·株^-1)	叶面积/ cm²
CK1	33.4 B	103.5 C	5.3 C	105.4 B
CK2	41.3 A	130.6 B	7.5 B	133.6 A
CRU1	45.6 A	158.1 A	9.0 A	128.9 A
CRU2	44.7 A	147.7 A	8.7 A	137.1 A

从表 1可看出：在油菜花期，施用氮肥可显著提高叶片的SPAD值，CK2、CRU1、CRU2处理间的差异不显著；CRU1、CRU2处理的油菜株高显著高于CK2处理的，即包膜尿素促进了油菜生长，CRU1、CRU2处理间差异不显著；绿叶数表征该时期油菜生长的活力，施用氮肥可显著增加油菜的绿叶数，同时CRU1、CRU2处理的绿叶数也显著多于CK2处理的，这说明包膜尿素提高了花期油菜的生命力；CK2处理的油菜叶面积与CRU1、CRU2处理的无显著性差异，但极显著大于CK1处理的。

2.3 不同处理对油菜籽产量与干物质积累量的影响

不同处理的油菜籽产量与干物质积累量见图 2，图中不同大写字母表示各处理间差异极显著(P＜0.01)，下同。

图 2

不同处理的油菜籽产量与干物质积累量

从图 2可看出：施氮处理对油菜籽产量及干物质积累量有极显著的提升作用。与CK1处理相比，各施氮处理的油菜籽产量增加319.6~509.7 kg/hm²，增产率为25.7%~40.9%；干物质积累量增加1 352.9~2 501.9 kg/hm²，增幅为28.5%~52.7%。与CK2处理相比，CRU1、CRU2处理的油菜籽产量和干物质积累量极显著增加，增幅分别为9.2%、12.1%和15.0%、18.8%，说明在试验条件下，两种包膜尿素作为基肥一次性施用能达到尿素一底二追的施用效果。CRU1、CRU2处理的油菜籽产量和干物质积累量均无显著性差异。

2.4 不同处理对油菜氮素累积吸收量的影响

不同处理的油菜氮素累积吸收量见图 3，图中不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)。

图 3

不同处理的油菜氮素累积吸收量

从图 3可看出：施氮处理的油菜氮素累积吸收量比CK1处理的增加20.3~44.0 kg/hm²，增幅为34.0%~73.7%，差异达到显著性水平；与CK2处理相比，CRU1、CRU2处理的氮素累积吸收量增加了20.7、23.7 kg/hm²，增幅为25.9%、29.7%；CRU1、CRU2处理的氮素累积吸收量整体差异不大，但是CRU2处理的根系氮素累积吸收量较高。

2.5 不同处理的氮肥表观利用率和氮肥偏生产力

不同处理的氮肥表观利用率和氮肥偏生产力见图 4。

图 4

不同处理的氮肥表观利用率和氮肥偏生产力

肥料表观利用率是衡量肥料性能的重要指标，可有效反映作物对化肥养分的吸收情况。从图 4(a)可看出：与CK2处理相比，包膜尿素一次性基施可极显著提高油菜的氮肥表观利用率，其中CRU1处理的氮肥表观利用率极显著提高9.8%，CRU2处理的氮肥表观利用率极显著提高11.3%；CRU2处理的氮肥表观利用率比CRU1处理的虽高1.5%，但两个处理间差异不显著，说明两种包膜尿素的肥料性能基本一致。

氮肥偏生产力是衡量施肥经济效益的一个直接指标，其值越大，说明氮肥的产出效率越高，在同等产量下可能更省钱，或者在同等投入下可能获得更高产量。从图 4(b)可看出：与CK2处理相比，CRU1处理的氮肥偏生产力提高了0.80 kg/kg，差异不显著；CRU2处理的氮肥偏生产力提高了1.05 kg/kg，差异极显著；CRU2处理的氮肥偏生产力与CRU1处理的差异不显著。通过比较不同施肥方案下的氮肥偏生产力，可以帮助农户找出最优的施肥量和施肥方式，实现减肥增效。

2.6 不同处理对油菜收获后0~20 cm耕层土壤中无机氮含量的影响

油菜收获后，不同处理的0~20 cm耕层土壤中无机氮含量见表 2。

表 2

不同处理的0~20 cm耕层土壤中无机氮含量

处理	$ 植株氮素累积量(\mathsf{kg/hm^2})=干物质质量(\mathsf{kg/hm^2})×植株氮质量分数(％)/100 $	$ 植株氮素累积量(\mathsf{kg/hm^2})=干物质质量(\mathsf{kg/hm^2})×植株氮质量分数(％)/100 $	w(无机态氮)/ (mg·kg^-1)
CK1	4.77 B	4.23 C	9.00 C
CK2	5.37 AB	6.87 B	12.24 B
CRU1	6.97 A	13.13 A	20.10 A
CRU2	7.03 A	12.57 A	19.60 A

从表 2可看出：施肥影响了耕层土壤中无机态氮含量，不同处理间差异极显著。整体来看，施氮处理明显提高了油菜收获后耕层土壤中无机态氮含量。与CK1处理相比，各施肥处理的耕层土壤中无机态氮含量的增幅为36.0%~123.3%。与CK2处理相比，CRU1、CRU2处理的无机态氮含量分别极显著增加了64.2%、60.1%。不同施氮处理的耕层土壤中的铵态氮含量有所差异，与CK2处理相比，CRU1、CRU2处理的土壤中铵态氮质量分数分别增加了1.60、1.66 mg/kg。各处理的土壤中硝态氮含量差异明显，与CK1处理相比，CRU1、CRU2处理的耕层土壤中硝态氮质量分数分别极显著增加了8.90、8.34 mg/kg，包膜尿素主要是提高了土壤中硝态氮含量，从而增加了无机态氮含量。

3 讨论与结论

不同包膜材料对尿素包膜的效果不同，聚氨酯及其衍生物包膜材料的养分控释效果较好，膜材料用量也较少，但其在土壤中难降解，未被降解的膜材料在土壤中残留，有潜在的环境风险^[12-13]。生物基包膜材料可降解、环境友好，但包膜材料的用量较聚氨酯类膜材料的大，养分控释效果上也相对差一些^[14-15]。从总氮含量、氮素初期释放率、氮素28 d累积释放率等的检测值来看，本研究中的聚氨酯包膜尿素和生物基包膜尿素均符合化工行业标准《聚合物包膜尿素》(HG/T 5517—2019)的要求。聚氨酯包膜尿素中氮质量分数为45%，氮素释放率整体呈“S”形，初期氮素释放率为1.5%，21 d的氮素累积释放率为20.1%；生物基包膜尿素中氮质量分数为44%，氮素释放率呈直线形，初期氮素释放率、21 d的氮素累积释放率略高于聚氨酯包膜尿素的，分别为3.5%、27.4%。

包膜控释肥在一定程度上能够促进油菜生长，提高油菜叶片SPAD值，增加油菜籽产量^[16]。王小波等^[17]的研究指出，自制的包膜尿素“FSU-4”一次性施用能满足油菜整个生育时期对养分的需求，叶绿素含量提高46.1%，油菜生物量比尿素一次性基施提高70.8%。本研究结果表明：包膜尿素一次性基施处理的油菜关键生育期SPAD值、株高、绿叶数均优于尿素分次施用处理的，其中株高和绿叶数达到差异极显著水平，说明包膜尿素可促进油菜生长；两种包膜尿素处理在上述生长指标上差异不显著，说明聚氨酯包膜尿素与生物基包膜尿素对油菜的促生长效果基本一致；与尿素分3次施用相比，两种包膜尿素一次性施用的油菜籽产量提高9.2%~12.1%，油菜氮素累积吸收量显著提高，氮肥表观利用率极显著提高9.8%~11.3%，氮肥偏生产力提高0.80~1.05 kg/kg；两种包膜尿素处理间的氮肥表观利用率和氮肥偏生产力差异不显著，说明包膜尿素的养分释放具有与油菜对氮素吸收同步的特点，这可能与两种包膜尿素的氮素释放特性有关。研究表明，包膜尿素的养分释放速率是由土壤温度、水分条件决定的，其中包膜材料也有一定的影响。生物基包膜尿素的养分日均释放量大于聚氨酯包膜尿素的，这种养分释放速率的差异可能影响了作物对养分的吸收，从而影响产量^[18-20]。但整体看，聚氨酯包膜尿素与生物基包膜尿素的油菜籽产量与氮肥表观利用率未达到差异显著性水平，说明两种包膜尿素的施用效果是基本一致的。本着对环境友好的原则，建议选择生物基包膜尿素。

油菜收获后，与CK1处理相比，各施氮肥处理的0~20 cm耕层土壤中无机态氮含量增加了36.0%~123.3%；与CK2处理相比，CRU1、CRU2处理的土壤中无机态氮含量分别提高了64.2%、60.1%，而CRU1、CRU2处理间差异不显著。不同处理的土壤中无机态氮含量的变化主要受硝态氮含量变化的影响，包膜尿素处理因提高了土壤中硝态氮的含量，从而提高了土壤中无机态氮的含量。与CK2处理相比，CRU1、CRU2处理的0~20 cm耕层土壤中的硝态氮质量分数分别提高了6.26、5.70 mg/kg。这与陈剑秋等^[21]研究的控释复合肥田间养分释放特征及对土壤硝态氮和铵态氮累积的影响，以及康兴蓉等^[22]研究的包膜尿素与普通尿素配施对稻田氨挥发的影响是一致的，说明施用控释肥料可以减少氮素的淋失。同时也有研究指出，土壤中无机态氮特别是硝态氮，容易通过淋洗或反硝化损失，造成对环境的危害^[23]，尤其在南方水稻-油菜轮作体系下，更是加速了土壤中无机态氮的损失^[24]。因此，包膜尿素的控释比例、养分释放期、膜材料类型等对环境风险的评估还需进一步研究。

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