小麦和玉米是我国重要的粮食作物，夏玉米-冬小麦轮作是黄淮海平原典型的一年两熟制栽培模式，进一步提高冬小麦、夏玉米产量对于保障国家粮食安全具有重要意义^[1]。锌是夏玉米、冬小麦必需的营养元素，提高锌养分有利于作物生长^[2-8]：氮锌互作可显著提高玉米籽粒中赖氨酸、蔗糖和可溶性糖含量，提高玉米籽粒中脂肪、淀粉和锌含量^[9]；施锌能够有效提高玉米叶面积指数和穗位叶叶绿素含量，改善玉米光合特性^[10]；施锌有利于玉米幼苗的生长及氮素吸收，促进根系发育和地上部生长，增加根表面积，提高植株对氮素的吸收^[11]；施用锌肥能够提高小麦、玉米籽粒锌含量和锌积累量，对于人体补锌、保障健康具有积极作用^[12-14]。因此，提高锌养分供应是提高作物产量与氮高效利用的有效措施。

黄淮海平原小麦主产区耕层（0～20 cm）土壤有效锌含量平均为 1.7 mg·kg^-1，土壤存在潜在性缺锌问题^[15-16]，土壤供锌能力不足，导致作物产量下降、籽粒锌积累受阻^[17-18]。在农业生产中，土壤施锌和叶面喷施锌肥是主要的传统施锌方式， 2 种方式均可以显著提高夏玉米籽粒产量和锌积累量^[19-20]。然而，土壤施锌易出现施用不均匀、锌在土壤中迁移扩散性差、有效性低等问题，而叶面喷施锌肥存在叶面附着时间短、易受天气条件影响、补充的锌量非常有限、费工费时^[21]等问题。含锌尿素作为一种新型肥料，锌随氮肥均匀施入，在满足作物氮素需求的同时补充了锌元素，可以提高锌的有效性，节省施锌成本。赵丽芳等^[22] 研究表明将硫酸锌与尿素熔融混合制成含锌尿素，较物理混合更能增加玉米干物质量和籽粒产量，促进玉米对氮、锌肥料的吸收，增加籽粒氮、锌累积量；刘红恩等^[23]研究表明，施用含锌尿素可以显著提高夏玉米产量、籽粒锌含量和氮肥利用率，在促进作物生长、保障人体健康以及提高肥料利用效率等方面具有积极作用。同时，有研究表明锌肥后效可持续多年，施用锌肥后土壤有效锌（DTPA-Zn）及较高活性锌形态（交换态锌、松结有机态锌）可长时间维持较高含量，显著提高第二茬作物产量和锌积累量^[24-27]。目前，关于豫北平原夏玉米-冬小麦轮作体系含锌尿素施用效果未见报道。本文采用田间试验，以不施肥作对照，以土壤单独施锌、叶面喷施锌肥作对比，研究了含锌尿素对夏玉米产量、养分吸收利用及后茬冬小麦产量的影响，以期为含锌尿素的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2018 年 6 月至 2019 年 6 月在河南省原阳县河南农业大学科教园区（113.56°E，35.63°N） 开展。试验区属于温带大陆性季风气候，年平均日照时数 2144.4 h，年平均气温 15.5℃，年平均降水量 573.4 mm，无霜期平均为 205 d，种植制度为夏玉米-冬小麦轮作。供试土壤类型为砂质潮土， 0～20 cm 耕层土壤基础性质见表1。

供试夏玉米品种为“永优 618”，种植密度为 4500 株·hm^-2；冬小麦品种为“郑麦 366”，播种量为 180 kg·hm^-2。供试肥料为普通尿素（N 46%）、含锌尿素（N 40%，Zn 1%）、过磷酸钙（P₂O₅ 16%）、氯化钾（K₂O 60%）、ZnSO₄·7H₂O（Zn 23%）。

1.2 试验设计

试验共设 5 个处理：T0-不施氮肥、T1-普通尿素、T2-含锌尿素、T3-普通尿素 + 土施锌肥、 T4-普通尿素 + 喷施锌肥。试验小区面积为 32.4 m² （宽 × 长 =3.6 m×9.0 m），3 次重复，随机区组排列。夏玉米氮、磷、钾肥在拔节期开沟一次性施入，T3 处理在拔节期将锌肥（ZnSO₄·7H₂O）拌入氮、磷、钾肥中撒施入沟内，沟深 10 cm，距离播种行 10～15 cm。T4 处理分别在大喇叭口期和灌浆期喷施浓度为 0.3% 的锌肥（ZnSO₄·7H₂O）800 L·hm^-2 至玉米叶片，其余处理喷施等量蒸馏水； 冬小麦季各处理施肥量相同，采用种肥同播方式。各处理的氮、磷、钾、锌肥施用量见表2。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品采集与分析

采用五点取样法分别采集夏玉米播种前和收获后耕层 0～20 cm 土壤样品，风干后过 0.85 和 0.15 mm 筛。采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量，采用 NaHCO₃ 浸提-钼蓝比色法测定土壤有效磷含量，采用 NH₄OAc 浸提-火焰光度法测定土壤速效钾含量，采用原子吸收法测定土壤有效锌含量。

1.3.2 植株样品采集与分析

玉米季：于成熟期各小区随机取 4 株玉米，秸秆与穗分离，在 105℃下杀青 15 min，温度 65℃烘干至恒重，测其秸秆干物质重、籽粒干物质重，粉碎后利用浓 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮，AA3 全自动流动注射分析仪测定植株氮、钼蓝比色法（880 nm）测定植株磷、火焰光度法测定植株钾、原子吸收法测定植株锌含量。取各小区长势均匀的 30 穗玉米，晒干脱粒称重后，以含水量 14.0% 折算作为小区产量，另随机取 10 穗进行考种，测定穗粒数和千粒重。

小麦季：于成熟期在各小区测产区设定 2 个 1.0 m² （宽 × 长 =1.0 m×1.0 m）样方进行测产，测定小麦有效穗数，自然风干后脱粒称重，以 14.0% 含水量折算产量，测定穗粒数和千粒重。

1.4 数据处理与分析

养分积累量（kg·hm^-2）= 植株干物质重 × 植株养分含量

肥料利用率（%）=（施肥区养分积累量-无肥区养分积累量）/ 施肥量 ×100

肥料农学效率（kg·kg^-1）=（施肥区作物产量-无肥区作物产量）/ 施肥量

肥料偏生产力（kg·kg^-1）= 籽粒产量 / 施肥量

施肥利润（元·hm^-2）=（施肥区籽粒产量 × 籽粒价格-无肥区籽粒产量 × 籽粒价格）-施肥投入

本试验中施肥利润指减去额外施肥（氮、锌肥）投入提高的利润，即施肥区收益减去无肥区 （T0 处理）收益与施肥（氮、锌肥）投入。

采用 Excel 2016 进行基础数据输入与前期处理；采用 SPSS 26.0 进行施肥处理间方差分析和显著性检验（LSD 法），显著性水平设定为 P<0.05； 采用 Origin 2018 作图。

2 结果与分析

2.1 含锌尿素对夏玉米产量及构成因子的影响

由表3 可知，夏玉米施用氮肥显著增产 10.5%～17.5%，其中，T2 处理施氮增产 16.7%。T2 处理夏玉米产量为 7868.7 kg·hm^-2，较 T1 处理显著增产 5.6%，与 T3、T4 处理无显著差异。表明施用含锌尿素较普通尿素对夏玉米具有显著的增产效果，其效果与土壤施锌、叶面施锌效果相当。施用锌肥（T2、T3、T4） 夏玉米穗粒数较 T1 处理提高 4.9%～10.6%，以 T4 处理效果最优，不同处理间千粒重无显著差异；施用锌肥处理中，T4 处理较 T1 处理夏玉米穗粒数显著增加。因此，施用锌肥提高穗粒数可能是增产原因。

注：同一列数字后有相同字母表示处理间差异不显著（P>0.05）。下同。

2.2 含锌尿素对夏玉米地上部生物量的影响

由图1 可以看出，施用锌肥处理较 T0、T1 处理地上部生物量分别提高 18.4%～25.5%、 1.9%～8.1%。T2 处理地上部生物量 14438 kg·hm^-2，分别较 T0 和 T1 处理提高 22.2% 和 5.2%。施用锌肥处理中以 T4 处理地上部生物量最高，为 14836 kg·hm^-2，显著高于 T0、T1、T3 处理，与 T2 处理无显著差异。施用含锌尿素较普通尿素可提高夏玉米干物质量，其效果与土壤施锌、叶面喷施锌肥效果相当。

注：柱上有相同字母表示处理间差异不显著（P>0.05）。下同。

2.3 含锌尿素对夏玉米养分积累量的影响

由表4 可知，在夏玉米地上部养分积累上，施氮对夏玉米氮、磷、钾、锌积累量分别平均提高 35.1%、35.8%、36.8%、71.6%；T2 处理较 T1 处理夏玉米地上部氮、磷、钾、锌养分积累分别提高 9.0%、7.2%、10.9%、47.8%。含锌尿素与传统施锌在夏玉米地上部氮、磷、钾养分积累上无显著差异； 在锌积累量方面，T4 处理锌积累量分别较 T2 和 T3 处理显著提高 47.10% 和 61.29%；T2 处理较 T3 处理锌积累量提高 9.68%，T2 和 T3 处理无显著差异。施用含锌尿素较普通尿素显著提高夏玉米地上部氮、锌积累，除在锌积累上弱于喷施锌肥处理，氮、磷、钾积累量均与传统施锌间无显著差异。

2.4 含锌尿素对夏玉米肥料利用效率的影响

由表5 可以看出，施用锌肥显著提高了夏玉米的氮肥利用效率，T2 处理较 T1 处理氮肥利用率、农学效率和偏生产力分别显著提高 7 个百分点、58.8% 和 5.6%；3 种施锌处理的氮肥利用率无显著差异；含锌尿素较普通尿素夏玉米氮肥农学效率、偏生产力显著提高，其效果优于土施锌肥，与喷施锌肥间无显著差异。

2.5 含锌尿素对冬小麦种植前土壤养分含量的影响

由表6 可知，施用含锌尿素或土施锌肥均可显著提高夏玉米收获后土壤有效锌含量，T2 和 T3处理土壤有效锌含量分别为 1.83 和 1.97 mg·kg^-1，较 T1 处理分别显著提高 88.6% 和 103.1%。T2 和 T3 处理碱解氮含量显著高于 T0 处理，增幅分别为 35.0% 和 40.7%。施用锌肥对玉米收获后土壤有效磷和速效钾养分含量无显著影响。

2.6 含锌尿素对后茬冬小麦及周年轮作产量的影响

如表7 所示，T2 和 T3 处理冬小麦产量较 T1 处理分别提高 4.7% 和 11.9%，穗数较 T1 处理分别提高 6.1% 和 10.2%，T3 处理冬小麦产量、穗数与 T1 差异达到显著水平，T2、T3 处理间无显著差异。不同处理间穗粒数、千粒重无显著差异；施用含锌尿素后效与土施锌肥后效对冬小麦增产效果相当。以上表明，施用锌肥使得土壤中留存的有效锌能够显著提高后茬小麦产量，土壤留存有效锌主要通过影响冬小麦穗数影响产量。

由表7 可知，施用氮肥使得夏玉米-冬小麦周年产量显著增加 8.1%～16.1%，施用锌肥较 T1 处理显著增产 4.3%～7.4%；T2 处理周年产量较 T1 处理显著增产 5.2%，与 T3、T4 处理间无显著差异。因此，含锌尿素在夏玉米-冬小麦周年轮作体系中比不施锌处理具有显著的增产作用。

2.7 施用含锌尿素经济效益分析

表8 表明，T2 处理夏玉米施肥利润为 1407.4 元·hm^-2，氮和锌肥投入成本较 T3 和 T4 处理分别减少 29.8% 和 22.4%，施肥利润较 T1、T3 和 T4 处理分别提高 823.2、763.2 和 164.9 元·hm^-2。T2 处理后茬冬小麦利润为 1413.3 元·hm^-2，较 T1 和 T4 处理分别提高 664.3 和 377.6 元·hm^-2，轮作利润较 T1 和 T4 处理分别提高 1490.5 和 542.5 元·hm^-2；T2 处理在后茬冬小麦增产效果低于 T3 处理，后茬冬小麦利润和轮作利润较 T3 处理分别减少 1021.0 和 257.8 元·hm^-2。施用含锌尿素较普通尿素和传统施锌可提高夏玉米季经济效益，轮作利润优于普通尿素和喷施锌肥。

注：表中利润为施肥利润；施肥投入为普通尿素 N 4.30 元·kg^-1，含锌尿素 N 4.55 元·kg^-1，锌肥 Zn 87.96 元·kg^-1，T2 处理氮肥投入中含锌肥投入，T4 处理锌肥投入含 240 元·hm^-2 人力成本；籽粒价格：夏玉米籽粒 2.1 元·kg^-1，冬小麦籽粒 2.1 元·kg^-1。

3 讨论

3.1 含锌尿素对夏玉米产量及经济效益的影响

本研究中，施用含锌尿素和普通尿素 + 喷施锌肥较普通尿素提高夏玉米产量和穗粒数，表明施锌可能是通过促进夏玉米穗粒数增加来增产。所有处理千粒重无显著差异，与前人研究认为夏玉米穗长、穗粒数和粒重等与锌的调节作用密切相关存在差异^[28-30]，可能在于本研究中试验地基础土壤有效锌含量（0.90 mg·kg^-1）较高，降低了锌肥对夏玉米产量构成的影响效果^[31-32]。施用含锌尿素与土施锌肥的施锌量相同，在夏玉米增产效果上含锌尿素与传统施锌无显著差异，而投入成本降低 26.1%，含锌尿素可以替代传统施锌用于促进夏玉米增产增收。

3.2 含锌尿素对夏玉米养分吸收和氮肥利用效率的影响

在本试验条件下，施用含锌尿素可提高玉米干物质及养分积累量，与传统土施锌肥和叶面喷施效果相当，可以代替传统施锌促进夏玉米养分吸收利用。氮肥和锌肥存在协同效应，氮锌配施能促进作物茎叶中的氮素向籽粒分配和转运，增加作物籽粒中的氮和锌，促进干物质、养分积累和增产，增加氮肥的偏生产力、氮肥农学效率和氮肥表观利用效率^[33]。赵丽芳等^[22]研究指出含锌尿素熔融制作过程中锌与尿素中的氮发生了配位作用，进而对尿素氮的释放起到一定缓释效果，从而保证了玉米生长过程中氮素的持续供应，提高了氮肥利用率。本试验结果表明，施用含锌尿素氮肥利用效率较普通尿素显著提高，这与刘红恩等^[23]试验结果一致。本试验夏玉米季含锌尿素氮肥利用效率与传统施锌效果相当。

3.3 含锌尿素对夏玉米-冬小麦轮作的影响

汪洪等^[25]研究认为锌肥对作物产量的后效表现受多种因素影响，土壤施锌较普通尿素后茬冬小麦产量、穗数显著提高，含锌尿素后效对冬小麦产量及构成影响效果介于普通尿素和土壤施锌之间，可能原因在于残留的锌形态不同受土壤固定程度不同，后效锌的利用程度存在差异。且相同施锌量，含锌尿素较土施锌肥促进了玉米对锌的吸收利用，玉米收获后土壤有效锌含量较低，土壤施锌后效优于含锌尿素，前季作物对锌肥的吸收情况，也是影响锌肥后效的重要原因。

4 结论

施用含锌尿素夏玉米及玉米-小麦周年产量较普通尿素显著提高，与传统施锌效果相当，经济效益优于传统施锌。施用含锌尿素夏玉米氮、锌养分积累和氮肥利用效率较普通尿素显著提高。施用含锌尿素夏玉米收获后土壤有效锌含量仍维持较高水平，显著影响冬小麦穗数和产量，促进冬小麦增产增收。含锌尿素投入成本较传统施锌降低，有利于夏玉米经济效益的提高。含锌尿素在夏玉米-冬小麦轮作体系中具有良好的效果，具有在轮作体系中推广施用的潜力。

参考文献