本研究由新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所的吕彩霞、李永福、信会男、李娜、赖宁、耿庆龙及陈署晃等人完成，通信作者为陈署晃。论文发表于《中国农业科技导报（中英文）》（journal of agricultural science and technology）2025年第27卷第8期，页码为179–186。研究受新疆农业科学院自主培育项目、新疆小麦产业技术体系项目及新疆维吾尔自治区重大专项资助，围绕缓释氮肥在滴灌冬小麦生产中的应用效果展开，属于农业资源利用与作物营养调控领域的一次田间试验研究。
该研究的学术背景建立在当前中国农业生产中氮肥过量施用所引发的作物效益低下与土壤环境污染问题之上。普通氮肥具有肥效期短、养分释放迅速的特点，容易导致氮素难以被作物充分吸收，进而以活性氮形式进入大气或水体，造成资源浪费和农业面源污染。新疆小麦生产中氮肥平均施用量较高，而氮肥农学效率偏低，说明施氮结构不合理的问题较为突出。硝化作用是土壤氮素转化中的关键过程，通过调控硝化过程可以有效减少氮素淋失和气体损失。缓释氮肥因含有硝化抑制剂成分，能够延缓氮素释放、抑制氨氧化过程，从而降低氮素向深层土壤淋溶的风险，提高氮肥利用效率。因此，本研究在减少总氮投入的前提下，探究缓释氮肥对滴灌冬小麦产量及土壤硝态氮、铵态氮垂直分布的影响，旨在为滴灌冬小麦减氮增效提供理论依据和技术路径。
试验地点位于新疆昌吉回族自治州奇台县坎儿孜乡新疆农业科学院奇台麦类试验站，供试土壤为灰漠土，基础土壤pH 8.36，有机质含量17.14 g·kg⁻¹，全氮0.92 g·kg⁻¹，碱解氮64.34 mg·kg⁻¹，有效磷14.31 mg·kg⁻¹，速效钾489 mg·kg⁻¹。供试小麦品种为新冬22号，供试肥料包括普通尿素（含氮46%）、缓释氮肥（含氮45%）、重过磷酸钙（含P₂O₅ 46%）和硫酸钾（含K₂O 50%）。试验设置6个氮肥梯度处理：不施氮肥（N0）、农户施肥（N130，普通氮肥315 kg·hm⁻²）、优化施肥（N100，普通氮肥240 kg·hm⁻²）、优化减施普通氮肥20%（N80，210 kg·hm⁻²）、优化减施缓释氮肥25%（N4575，180 kg·hm⁻²）、优化减施缓释氮肥40%（N4560，144 kg·hm⁻²）。各处理磷、钾肥用量相同，分别为P₂O₅ 120 kg·hm⁻²和K₂O 20 kg·hm⁻²。氮肥的30%与全部磷、钾肥基施，剩余70%在返青期、拔节期、孕穗期、扬花期和灌浆期随水滴施，比例分别为20%、20%、15%、10%和5%。试验采用随机区组排列，每个处理3次重复，共18个小区，小区面积96 m²，采用1管4行滴灌模式，其他管理措施参照当地农户。
在测定方法上，小麦成熟期每小区取3个1 m×1 m样方测产，共9个样方，折算籽粒标准含水量12.5%后计算产量，同时调查地上生物量、有效穗数和千粒重；每小区取30株代表性植株，每处理共90株，测定株高、穗长和穗粒数，并将植株分为茎叶与籽粒，烘干粉碎后用凯氏定氮仪测定全氮含量。小麦收获后在各小区采集0—20、20—40、40—60、60—80、80—100 cm五层土壤样品，每小区3个点，剔除根系等杂物后等量混匀，采用浸提流动分析法测定土壤硝态氮和铵态氮含量。氮肥农学效率按“（施氮区产量−无氮区产量）/施氮量”计算，氮素偏生产力按“籽粒产量/氮素投入量”计算，氮肥利用率按“（施氮区氮素累积量−不施氮区氮素累积量）/施氮量×100%”计算。数据显著性检验采用Duncan多重比较（p<0.05），统计分析使用SPSS 26软件，图表制作使用Origin 2022。
研究结果显示，与不施氮处理相比，所有施肥处理均显著增产，N130、N100、N80、N4575和N4560处理的产量分别提高62.26%、54.17%、53.96%、51.43%和32.84%。与农户施肥N130处理相比，减施氮肥处理的产量略有降低但差异不显著，说明在减少氮肥投入的情况下仍可维持较高产量水平。各施肥处理的氮肥农学效率分别为9.02、10.30、11.72、13.04和10.40 kg·kg⁻¹，其中N4575处理最高，较N130提高44.57%，表明农户施肥的供氮量可能偏大，存在氮肥浪费问题。氮素偏生产力方面，N100、N80、N4575和N4560处理较N130分别提高24.70%、42.32%、63.32%和79.08%，其中缓释氮肥处理的氮素偏生产力均高于普通氮肥处理，N4560处理最高，为42.08 kg·kg⁻¹。氮肥利用率方面，N100、N80、N4575和N4560处理较N130分别提高12.73%、4.78%、29.53%和9.62%，其中N4575处理氮肥利用率最高，达到40.24%。在产量构成因子方面，与N0相比，各施肥处理的有效穗数均显著增加，但施肥处理之间差异不显著。穗粒数方面，N130、N100、N80、N4575和N4560处理分别较N0提高10.31%、26.54%、17.20%、20.05%和11.12%，其中N100处理穗粒数最高，减施氮肥处理的穗粒数均高于农户施肥处理。千粒重方面，各施肥处理均较N0显著增加，但施肥处理之间差异不显著。这说明在减少氮肥用量的情况下施用缓释氮肥，冬小麦的有效穗数、穗粒数和千粒重未显著下降，产量仍能维持在较高水平。
地上生物量、株高和穗长方面，各施肥处理均较N0有所增加。N130、N100、N80、N4575和N4560处理的地上生物量分别较N0提高114.87%、82.07%、81.76%、80.26%和62.88%；株高分别提高13.48%、11.94%、11.87%、17.69%和3.17%；穗长分别提高22.12%、25.62%、19.03%、20.23%和6.07%。除N4560处理外，其他施肥处理之间的生物量、株高和穗长差异不显著。土壤矿质氮方面，除N0处理外，各施肥处理随土层深度增加矿质氮含量呈逐步减少趋势，且在0—60 cm土层中减少速率较快，60—100 cm减少速率较慢。表层土壤矿质氮含量表现为N130>N100>N4575>N80>N4560>N0，说明施氮量是影响表层土壤矿质氮含量的主要因素。在深层土壤中，施用缓释氮肥处理的矿质氮含量均低于施用普通氮肥处理，表明缓释氮肥能够减少深层土壤矿质氮的累积。硝态氮含量随土层加深逐步减少，0—20 cm土层中硝态氮含量表现为N130>N100>N4560>N80>N4575>N0，与表层施氮量基本呈正相关。在40—100 cm土层范围内，缓释氮肥处理的硝态氮含量均低于普通尿素处理，其中N4575处理向土壤深处淋溶的风险最小。铵态氮含量在0—20 cm土层表现为N130>N4560>N100>N80>N4575>N0，在60—100 cm土层中缓释氮肥处理均低于普通氮肥处理，但其随土层深度变化的幅度小于硝态氮。
从上述结果可以看出，缓释氮肥通过延缓氮素释放和抑制硝化作用，使得氮素养分供应与冬小麦吸收需求更加匹配，从而在减氮条件下维持了较高的产量水平，并提高了氮肥农学效率、氮素偏生产力和氮肥利用率。同时，缓释氮肥减少了硝态氮向深层土壤的迁移，降低了氮素淋溶风险，这对于减轻农业面源污染具有积极意义。研究结论认为，在滴灌冬小麦生产中合理减少氮肥用量并施用缓释氮肥，不仅可以保证产量，还能减少因硝态氮淋溶造成的环境污染，是一种可行的减氮增效施肥方式。
本研究的亮点在于将缓释氮肥的施用与氮肥减量相结合，系统比较了不同氮肥梯度下冬小麦产量、产量构成因子、氮肥利用效率以及土壤剖面硝态氮和铵态氮的垂直分布特征。研究不仅验证了缓释氮肥在减氮条件下稳定产量的可行性，还揭示了缓释氮肥在降低深层土壤硝态氮累积、减少氮素淋失方面的优势。特别是N4575处理在氮肥农学效率和氮肥利用率方面表现突出，为新疆滴灌冬小麦的氮肥管理提供了具体的技术参考。研究结果对提升冬小麦生产能力、保障环境安全具有重要的理论支撑和实践价值。此外，该研究还指出后期应进一步开展不同施氮处理下滴灌冬小麦关键生育期氮素垂直分布和累积的研究，以更全面地揭示缓释氮肥的养分释放与作物需求匹配机制，为优化施肥策略提供更深入的依据。