颗粒控失剂用量对土壤中无机氮含量、玉米生长及产量的影响

Effects of Granular Loss-Control Agent Application Rate on Soil Inorganic Nitrogen Content, Maize Growth, and Yield

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2026.04.008

王小蒙 Xiaomeng WANG , 叶坤国 Kunguo YE , 邓志坚 Zhijian DENG , 郭武松 Wusong GUO , 曾锐 Rui ZENG , 张建 Jian ZHANG , 张汉卿 Hanqing ZHANG

新洋丰农业科技股份有限公司/农业农村部作物高效专用肥料重点实验室湖北荆门 448000 Xinyangfeng Agricultural Technology Co., Ltd./Key Laboratory of Crop Efficient and Specifc Fertilizers, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Jingmen, Hubei 448000, China

摘要：

为研究不同颗粒控失剂施用量对土壤中无机氮含量、玉米生长及产量等的影响，开展了田间小区试验。采用随机区组试验，共设置常规施肥(CK)、常规施肥+低量颗粒控失剂15 kg/hm²(L)、常规施肥+中量颗粒控失剂30 kg/hm²(M)、常规施肥+高量颗粒控失剂45 kg/hm²(H)等4个处理, 测定了不同施肥处理的土壤中无机氮含量及玉米植株农艺性状、生理指标、产量及其构成因素。结果表明：与CK处理相比，各施用颗粒控失剂的处理均能提高土壤的氮素供应能力，减少氮素损失；在抽雄期和灌浆期，土壤中铵态氮和硝态氮含量分别提高24.7%~36.4%、47.6%~56.8%和20.2%~30.3%、52.8%~72.5%；施用颗粒控失剂能显著提高玉米吐丝期和灌浆期的净光合速率，其中M处理的效果最佳；与CK处理相比，M、H处理显著提高了玉米穗长、穗粒数和百粒质量，籽粒分别增产12.7%、7.8%。在试验条件下，夏玉米种植区30 kg/hm²颗粒控失剂与底肥一次性施用，可实现高产与氮肥高效协同利用。

关键词：

控失剂; 施用量; 玉米; 铵态氮; 硝态氮; 农艺性状; 生理指标; 产量构成因素;

Abstract：

To investigate the effects of different application rates of granular loss-control agent on soil inorganic nitrogen content, maize growth, and yield, a field plot experiment is conducted. A randomized complete block design is adopted, consisting of four treatments: conventional fertilization (CK), conventional fertilization plus a low rate of granular loss-control agent at 15 kg/hm² (L), conventional fertilization plus a medium rate at 30 kg/hm² (M), and conventional fertilization plus a high rate at 45 kg/hm² (H). Soil inorganic nitrogen content, maize agronomic traits, physiological indicators, yield and yield components are measured under different fertilization treatments. The results show that, compared with CK treatment, all treatments with the granular loss-control agent enhance soil nitrogen supply capacity and reduce nitrogen loss. During the tasseling and filling stages, soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen contents are increased by 24.7%-36.4% and 47.6%-56.8%, and by 20.2%-30.3% and 52.8%-72.5%, respectively. The application of the granular loss-control agent significantly increases the net photosynthetic rate of maize at the silking and filling stages, with M treatment showing the optimal effect. Compared with CK treatment, M and H treatments significantly increase ear length, kernel number, and 100-grain weight, with grain yield increased by 12.7% and 7.8%, respectively. Under the experimental conditions, one-time application of 30 kg/hm² granular loss-control agent together with base fertilizer in the summer maize growing region can achieve both high yield and efficient nitrogen use synergy.

Keyword：

loss-control agent; application rate; maize; ammonium nitrogen; nitrate nitrogen; agronomic traits; physiological indicators; yield components;

玉米是我国重要的粮食作物和饲料来源，其高产稳产对保障国家粮食安全至关重要^[1]。氮肥是玉米生长过程中需求量最多的营养元素，在增产中发挥着关键作用^[2]。然而，传统施肥模式下氮肥利用率普遍偏低，大量氮素通过挥发、淋溶和反硝化等途径损失，不仅造成资源浪费、生产成本提高，还可能引发面源污染等环境问题^[3]。目前，玉米种植主要通过优化施肥结构、调整施肥时期、深耕覆土等常规方式阻控土壤氮素流失，虽有一定效果，但普遍存在操作工序烦琐、用工成本偏高、适配轻简化栽培模式难度大等问题。控失剂作为一种新型的肥料增效材料，通常由多种微纳米多孔天然矿物材料、高分子聚合物及功能性助剂复合加工而成，可通过物理拦截与网捕作用，将养分固定在土壤耕作层，供作物按需吸收，从而达到“控失”，即控制养分流失、延长肥效的目的^[4]。相较常规调控方式，控失剂更适配玉米轻简化种植需求，兼具省工节本、增效节肥的应用优势。

控失剂溶解后可形成网状结构，目前控失剂主要通过内添加和外包裹两种方式与复合肥结合形成控失肥。然而，复合肥的造粒过程会经历高温或化学反应，内添加方式会影响控失剂的效果；通过外包裹方式添加的控失剂，会在肥料储存、运输和施用等过程中脱落，同样会影响控失剂的效果。将控失剂与黏土等按比例复配，通过转鼓或圆盘造粒制成颗粒控失剂，可以直接与复合肥掺混使用。现阶段针对颗粒控失剂在玉米生产中的应用研究较少，特别是缺乏其不同用量对玉米生长、产量形成及肥效影响的系统性研究。颗粒控失剂施用量过低控失效果不显著，用量过高则会增加生产成本，甚至产生负面影响，因此，明确其适宜用量是实现技术推广的关键。本文以玉米为研究对象，通过田间小区试验，研究常规施肥条件下配施不同量的颗粒控失剂对玉米关键生育期的生理生长指标、土壤养分动态、产量及其构成因素、氮肥利用效率的影响，以期为玉米生产中颗粒控失剂的科学施用提供理论依据和技术参数，推动化肥减量增效技术在玉米生产中的应用。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在湖北省荆门市东宝区子陵镇新洋丰农业科技股份有限公司基地开展。试验地海拔高度132 m，年平均降水量850 mm，阳光充足，多年平均气温16.5 ℃，年平均无霜期280 d。试验地上茬作物为油菜，土壤类型为黄棕壤，其基本理化性状：pH为7.38，w(有机质)为12.15 g/kg，w(碱解氮)为42.35 mg/kg，w(有效磷)为22.52 mg/kg，w(速效钾)为124.33 mg/kg。

1.2 供试材料

供试作物：玉米，品种为“郑单958”。

供试肥料：玉米专用肥(掺混肥)，N-P₂O₅-K₂O=26-10-10，新洋丰农业科技股份有限公司；尿素，w(总氮)≥46.0%，山东华鲁恒升化工股份有限公司；颗粒控失剂，由天然矿物载体、生物炭及缓释黏结剂等复合造粒而成，粒径2~4 mm，氮素吸附容量≥150 mg/g，湖北昊旻生物科技有限公司。

1.3 试验设计

试验采用完全随机区组设计，共设4个处理，每个处理重复3次，小区面积45 m²(长9 m，宽5 m)。CK(常规施肥)处理：底肥一次性施用玉米专用肥750 kg/hm²；L处理：在CK处理的基础上，底肥与颗粒控失剂15 kg/hm²均匀掺混后施入；M处理：在CK处理的基础上，底肥与颗粒控失剂30 kg/hm²均匀掺混后施入；H处理：在CK处理的基础上，底肥与颗粒控失剂45 kg/hm²均匀掺混后施入。

2025年6月15日，底肥与控失剂一次性沟施。大喇叭口期，各处理追施尿素150 kg/hm²。6月16日播种，各处理的田间管理(灌溉、除草、病虫害防治等)措施完全一致，2025年10月5日统一收获。

1.4 指标及其测定方法

1.4.1 土壤样品采集及测定

分别于玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期和灌浆期，在各小区采用五点取样法采集0~20 cm耕层土壤样品，混匀后取部分新鲜土样，采用1 mol/L KCl浸提-连续流动分析仪法测定铵态氮和硝态氮含量。

1.4.2 玉米植株农艺性状与生理指标测定

净光合速率：分别在吐丝期和灌浆期，每小区选择5株生长一致的植株，使用便携式光合测定仪(来因科技IN-GH1)于晴朗天气9:00—11:00测定穗位叶净光合速率。叶绿素相对含量(SPAD值)：与净光合速率同期测定，使用叶绿素仪(来因科技IN-YL03)测定相同叶片中部的SPAD值。干物质质量：分别在吐丝期和灌浆期，每小区选取3株代表性植株，取地上部分，于105 ℃杀青30 min后，在75 ℃烘干至恒质量，测定干物质质量。株高：分别在吐丝期和灌浆期，用卷尺直接测量，以植株基部(与地面接触点)垂直量至雄穗顶端为准。

1.4.3 产量及其构成因素测定

收获前，每小区选取连续10株代表性植株进行考种，测量穗长、秃尖长，计数穗行数、行粒数，计算穗粒数，并测定百粒质量。成熟期，每小区实收中间3行(去除边行)的玉米果穗，自然风干后脱粒计产，并换算成标准含水量(质量分数14%)的籽粒产量。

1.5 数据处理

数据分析采用Microsoft Excel 2013和DPS 9.01统计软件，采用最小显著性差异法进行均值比较，图表中不同小写字母表示各处理间差异具有统计学意义(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤中无机氮含量的影响

不同施肥处理的土壤中铵态氮、硝态氮含量见图 1、图 2。

图 1

不同施肥处理的土壤中铵态氮含量

图 2

不同施肥处理的土壤中硝态氮含量

从图 1可看出：土壤中铵态氮含量在苗期较高，拔节期有所下降，大喇叭口期追肥后显著升高，抽雄期至灌浆期持续降低；在玉米全生育期内，各颗粒控失剂处理的土壤中铵态氮含量均高于CK处理的；在抽雄期和灌浆期，L、M、H处理的土壤中铵态氮含量较CK处理的分别提高24.7%、36.4%、34.5%和20.2%、27.7%、30.3%。

从图 2可以看出：CK处理的土壤中硝态氮含量在苗期较高，拔节期大幅下降，追肥后急剧升高，抽雄期至灌浆期又快速降低；各颗粒控失剂处理的土壤中硝态氮含量变化较为平缓，从苗期至大喇叭口期平稳上升，大喇叭口期至灌浆期平稳下降，且除苗期外，其含量均高于CK处理的；在抽雄期和灌浆期，L、M、H处理的土壤中硝态氮含量较CK处理的分别提高47.6%、56.8%、54.1%和52.8%、72.5%、65.2%。

结果表明，颗粒控失剂可有效减少玉米生育期氮素损失，在需肥关键期能够维持较高的土壤有效氮水平；除苗期外，M、H处理的土壤氮素保持效果优于L处理的，M、H处理间差异不显著。

2.2 不同施肥处理对玉米农艺性状和生理指标的影响

不同施肥处理的玉米农艺性状和生理指标见表 1。

表 1

不同施肥处理的玉米农艺性状和生理指标

处理	吐丝期				灌浆期
处理	SPAD值	净光合速率/(μmol·m^-2·s^-1)	株高/cm	干物质质量/(g·株^-1)	SPAD值	净光合速率/(μmol·m^-2·s^-1)	株高/cm	干物质质量/(g·株^-1)
CK	52.3±0.9 c	28.6±0.9 c	230.2±8.7 a	160.4±4.2 c	45.8±2.0 b	22.1±0.4 c	242.5±3.0 b	225.3±1.0 c
L	55.7±1.1 b	31.2±0.7 b	233.5±3.9 a	172.8±2.2 b	48.9±3.1 ab	24.5±1.0 b	247.6±4.6 ab	249.7±2.9 b
M	59.2±1.6 a	33.7±1.1 a	235.6±5.2 a	181.9±3.4 a	51.4±2.2 a	26.8±0.6 a	251.4±1.2 a	262.4±7.4 a
H	58.8±2.4 a	33.0±0.8 a	234.8±7.4 a	179.5±4.9 ab	50.7±2.8 a	25.9±0.7 a	249.8±2.0 a	255.0±3.1 ab

从表 1可看出，在玉米生长中后期，施用颗粒控失剂提高了叶片SPAD值和净光合速率；在吐丝期，M、H处理的SPAD值和净光合速率显著高于CK、L处理的，其中M处理表现较优，分别比CK处理的提高13.2%和17.8%；与吐丝期相比，灌浆期各颗粒控失剂处理的叶片净光合速率的下降幅度均小于CK处理的，M处理仍保持较优水平。上述结果表明，施用颗粒控失剂的处理可通过持续稳定的养分供应，延缓玉米功能叶片的衰老，增强植株中后期的光合生产能力。在吐丝期和灌浆期，各颗粒控失剂处理对玉米株高的影响不显著。从吐丝期到灌浆期，各颗粒控失剂处理可显著增加植株地上部分干物质质量，其中在吐丝期，L、M、H处理的干物质质量较CK处理的分别增加7.7%、13.4%、11.9%；在灌浆期，L、M、H处理的干物质质量较CK处理的分别增加10.8%、16.5%、13.2%。结果表明，优化颗粒控失剂用量(如M处理)能最有效地将养分供应与玉米的快速生长期(拔节期至大喇叭口期)和灌浆期相匹配，促进光合产物向籽粒的转运与积累。

2.3 不同施肥处理对玉米产量及其构成因素的影响

不同施肥处理的玉米产量及其构成因素见表 2。

表 2

不同施肥处理的玉米产量及其构成因素

处理	穗长/cm	秃尖长/cm	穗行数/行	行粒数/粒	穗粒数/粒	百粒质量/g	产量/(kg·hm^-2)
CK	18.9±0.9 b	2.8±0.2 a	15.7±0.8 a	32.5±1.6 b	510±12 c	35.4±0.7 b	9 647.2±139 c
L	19.5±0.3 ab	2.5±0.4 ab	15.9±0.9 a	33.8±1.9 ab	538±20 bc	36.2±0.4 ab	9 898.0±178 bc
M	20.3±0.9 a	1.8±0.2 c	16.2±0.7 a	35.9±1.3 a	570±10 a	37.2±0.7 a	10 872.4±148 a
H	19.9±0.7 a	2.0±0.3 bc	16.0±0.7 a	34.7±2.2 ab	550±18 ab	36.7±0.6 a	10 399.7±155 b

从表 2可看出：与CK处理相比，L处理对穗部性状有一定改善，但差异未达到显著水平；M和H处理则显著优化了产量构成因素，穗长分别增加7.4%和5.3%，秃尖长分别缩短35.7%和28.6%，穗粒数分别增加11.8%和7.8%，百粒质量分别增加5.1%和3.7%；M处理的籽粒产量最高，H处理的次之，分别较CK处理的显著增产12.7%、7.8%；L处理的产量较CK处理的增产2.6%，差异不显著。结果表明，M处理能够最大程度地协调穗粒数和百粒质量，实现最优增产效果。

3 讨论

3.1 不同施肥处理对土壤中无机氮含量的影响

配施颗粒控失剂处理可有效调控土壤中氮素的释放，使其与玉米需肥规律更加匹配。玉米苗期需氮量少，常规施肥易造成速效氮大量损失；控失剂凭借多孔结构与电荷特性，能吸附固定铵离子，并通过物理屏障延缓硝化^[5]，减少前期氮素损失，“控失”效果明显。随温度升高，拔节期玉米生长加快，硝化作用增强，控失剂处理的土壤中铵态氮逐步转化为硝态氮并成为主要的氮形态；而常规施肥处理由于前期铵态氮的损失，土壤中铵态氮和硝态氮含量均较低，凸显了控失剂处理的优势。大喇叭口期追肥后，土壤中铵态氮含量短暂急剧上升，经快速硝化使硝态氮含量达到生育期峰值^[6]。抽雄期植株大量吸收转运硝态氮至穗部，土壤中硝态氮和铵态氮含量均下降。在灌浆期，玉米根系吸氮能力减弱，土壤中硝态氮含量进一步降低，铵态氮含量维持低位；此时，控失剂处理可通过缓慢释氮，减缓氮素含量的下降，为籽粒灌浆持续供氮^[7], 这与李源等^[8]在滴灌玉米上施用控失肥的研究结论一致。

3.2 不同施肥处理对玉米农艺性状和生理指标的影响

颗粒控失剂处理通过优化氮素养分供应，对玉米的农艺性状和生理功能起到显著的促进作用。在株高方面，控失剂可减缓氮素在土壤中的释放速率，延长肥效期，从而满足玉米生育中后期对养分的需求，促进茎秆伸长和节间发育，并使植株增高，整体长势优于常规施肥处理的^[5]。在光合生理特性方面，颗粒控失剂处理显著提升了叶片的光合功能，充足的氮素供应促进了叶绿素合成，使吐丝期和灌浆期的叶片SPAD值维持在较高水平，有效延缓了叶片衰老，延长了功能叶的持绿期^[8]。较高的叶绿素含量保障了光能的捕获与转换效率，从而维持了较高的净光合速率^[9]。在干物质积累方面，光合功能增强使玉米生育后期能够保持较高的物质生产能力，促进光合产物向籽粒转运，显著增加单株干物质质量。试验发现，M处理可使玉米在吐丝期和灌浆期维持更高的SPAD值和光合速率，叶片持绿期的延长和光合能力的增强是增加干物质质量的生理基础。综上，颗粒控失剂通过优化冠层光合功能、增强生理代谢活性，可有效提升玉米生长及生产潜力，为玉米高产高效栽培提供了理论支撑。

3.3 颗粒控失剂用量对玉米产量及其构成因素的影响

玉米产量是植株各项生长生理过程的最终体现。试验结果表明，M处理的玉米增产幅度最大。从产量构成因素分析，增产效应的核心机制为：控失剂处理可重塑土壤氮素供应的动态曲线，并与玉米产量形成的关键生理过程实现精准耦合，主要通过以下三方面的协同作用实现增产。

(1) M处理可显著提升穗粒数与百粒质量两大产量构成因素。在穗粒数方面，雌穗分化至抽雄吐丝期是玉米氮素高敏感期^[5]，M处理通过颗粒控失剂维持该时期土壤中有效氮的稳定供应，保障小花正常分化、降低败育率，为穗粒数增加奠定了基础^[5]；H处理则因前期控释强度过高，轻微抑制了玉米的营养生长与库容构建，穗粒数略低于M处理的。在百粒质量方面，颗粒控失剂处理能够使灌浆期土壤维持较高的养分水平，保障叶片光合功能持续高效运转，延长灌浆过程并加速质量积累，这与吴兴洪等^[10]的研究结论一致。M处理与H处理的百粒质量无显著差异，均显著高于CK处理的，表明适宜用量的控失剂即可满足籽粒灌浆对养分的需求。

(2) 颗粒控失剂通过优化土壤肥力环境，协同提升了玉米“源-库-流”系统的整体功能。在源端，显著提高了花后叶片的光合速率并延长持绿期，确保光合产物供应充足；在流端，促进了植株健壮生长与维管束发育，为物质转运提供生理基础；在库端，前期稳健供氮构建了合理的穗部形态，中后期持续供氮则保障了籽粒充分灌浆^[4]。

(3) 明确了实现产量构成要素协同提升的颗粒控失剂最优用量阈值。颗粒控失剂用量与产量之间存在最优施用区间^[4]。试验条件下，M处理为农学最佳用量，其养分释放曲线与玉米穗分化期及灌浆期两大需氮高峰高度契合，实现了养分供需的同步最大化，这与张倩等^[11]的研究结论一致。L处理(用量不足时)的控失效果有限，在关键生育期养分供应不足，穗粒数与百粒质量提升不显著；H处理(用量过高时)前期养分释放过缓，抑制了玉米早期器官建成，且额外成本未能转化为等比例的产量增长，符合报酬递减规律^[9]。因此，M处理在平衡养分控失与供应、协同提升产量构成要素方面表现最优。综上，颗粒控失剂对玉米产量的影响呈非线性特征，存在可使“源-库-流”系统达高效协同的最优用量。

4 结语

在常规施肥的基础上配施颗粒控失剂，可有效调控土壤氮素供应动态，提升玉米关键生育期铵态氮与硝态氮含量，减少氮素损失；可显著提高叶片SPAD值与净光合速率，促进干物质积累；可通过提高穗长、穗粒数和百粒质量提升产量。其中，施用颗粒控失剂30 kg/hm²的处理效果最优，较常规施肥增产12.7%，过量施用则增产效果下降。综合表明，在试验条件下，夏玉米种植区推荐配施30 kg/hm²颗粒控失剂作为底肥一次性施用，可实现玉米高产与氮肥高效协同利用。

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