控釋摻混氮肥對稻麥作物生長和產量的影響

張敬昇，李 冰，*，王昌全，向 毫，曾興鑫，尹 斌，付月君（.四川農業大學資源學院，四川成都630；.中國科學院南京土壤研究所，江蘇南京0008）

控釋摻混氮肥對稻麥作物生長和產量的影響

張敬昇1，李 冰1，*，王昌全1，向 毫1，曾興鑫1，尹 斌2，付月君1
（1.四川農業大學資源學院，四川成都611130；2.中國科學院南京土壤研究所，江蘇南京210008）

為探討控釋摻混氮肥施用對稻麥作物生長和產量的影響，通過田間小區試驗，開展了不同控氮比摻混肥對各生育期稻麥作物株高、干物質積累量及其器官分配、產量及其構成因子的影響研究。結果表明，較常規尿素（U100）處理，添加20%比例以上控釋氮肥處理在生育中后期均可顯著提高稻麥作物株高、干物質量及生長速率，小麥與水稻分別增產6%～14%與7%～11%。其中，40%控釋氮肥摻混60%尿素（CRU40U60）處理在促進稻麥作物農藝性狀及生長速率方面效果均優。CRU40U60處理顯著提高小麥穗長，小麥產量最高，較U100處理增產14%，較全量控釋氮肥（CRU100）處理增產8%；CRU40U60處理也顯著提高水稻結實率與穗粒數，水稻產量最高，較U100處理增產11%，較CRU100處理增產4%。本試驗條件下，40%控釋氮肥摻混60%尿素（CRU40U60）處理摻混比例適中，一次性基施還可降低勞動投入，農民易于接受。因此，推薦40%控釋氮肥摻混60%尿素處理為促進稻麥作物生長和提高產量的適宜摻混比例。

稻麥；摻混氮肥；農藝性狀；產量

生物遺傳性決定了不同作物農藝性狀的生長差異，合理的農藝性狀和產量構成因子是增產的合理表型［1-3］。作物發育受施氮影響，充足的養分供給有利于增加產量［4-5］，但尿素易通過揮發、徑流、淋溶等形式損耗并對環境造成威脅［6-7］，作物直接吸收利用僅30% ～35%［8］，故常規尿素對稻麥作物農藝性狀及產量的提高具有局限性。有研究表明，采用15N示蹤技術，按時期追施尿素，能有效減少氮素損耗，提高氮素利用率，促進作物農藝性狀和產量的提高［9-10］，但勞動成本激增，不易大范圍推廣。一次性基施控釋氮肥可作為一類既兼顧提高氮肥利用率，又降低勞動成本的施肥方式。然而也有研究表明，較常規尿素處理，等氮量的控釋氮肥處理在作物生長和產量方面雖均有一定提高，但效果不顯著［11］。同時，控釋氮肥較尿素價格更高，其受用范圍與推廣面積受到一定限制［12］。不同類型控釋氮肥對作物產量和土壤養分狀況的影響已有大量報道［13-16］。控釋摻混肥因具有較為適宜的氮素釋放規律，在協調作物全生育期的氮素供應上更具優勢［17］，近年也逐漸成為控釋肥領域的研究重點之一。本研究探索不同控氮比摻混肥對稻麥作物生長和產量的影響，旨在篩選較為適宜的摻混比例，以期為稻麥輪作體系中控釋氮肥的推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

試驗于2014年11月—2015年10月在四川農業大學崇州市榿泉鎮試驗基地進行，該區域年均氣溫15.9℃，年均日照時數1 161.5 h，年均降雨量1 012.4 mm，年均無霜期285 d。

供試土壤類型為水稻土，土壤有機質29.57 g·kg-1，全氮含量1.44 g·kg-1，堿解氮60.76 mg· kg-1，速效磷13.82 mg·kg-1，速效鉀110.60 mg· kg-1，pH值6.43。

1.2 供試材料

控釋氮肥（N 41.4%），控釋期約為90 d，由中國科學院南京土壤研究所研制；尿素（N 46.4%），由四川美豐化工有限公司生產；過磷酸鈣（P2O512%），由湖北祥云化工股份有限公司生產；氯化鉀（K2O 60%），由湖北宜昌涌金工貿有限公司經銷。供試小麥品種為內麥836，供試水稻品種為F優498。

1.3 試驗設計

試驗共設7個處理。小麥季為CK（不施氮肥）；U100（常規施氮，100%尿素）；CRU10U90（控釋氮肥10%+普通尿素90%）；CRU20U80（控釋氮肥20%+普通尿素80%）；CRU40U60（控釋氮肥40%+普通尿素60%）；CRU80U20（控釋氮肥80%+普通尿素 20%）；CRU100（控釋氮肥100%）。除CK不施氮處理外，各處理氮、磷、鉀用量一致，小麥季施氮量150 kg·hm-2，施磷量90 kg·hm-2，施鉀量90 kg·hm-2，氮磷鉀肥均作為基肥一次性施入。水稻季CK（不施氮肥）；U100（常規施氮，100%尿素），基追比7∶3；CRU10U90（控釋氮肥10%+普通尿素90%）；CRU20U80（控釋氮肥20%+普通尿素80%）；CRU40U60（控釋氮肥40%+普通尿素 60%）；CRU80U20（控釋氮肥80%+普通尿素 20%）；CRU100（控釋氮肥100%）。除CK不施氮處理外，各處理氮、磷、鉀用量一致，水稻季施氮量150 kg·hm-2，施磷量60 kg·hm-2，施鉀量75 kg·hm-2，磷鉀肥均作為基肥一次性施入，U100處理追肥于基肥施用后第10天進行。

試驗小區長5 m，寬6 m，小區面積30 m2。隨機排列，每個處理設3次重復。小區田埂設農膜，以免水肥相互滲透。

1.4 樣品采集與測定

田間土壤于小麥季施肥前按多點混合法采集基礎土樣，基本理化性質采用常規方法測定分析［18］。

小麥季植株分別于小麥分蘗期（播種后65 d）、拔節期（播種后120 d）、抽穗前期（播種后140 d）、成熟期（播種后182 d），在每個小區各取代表性植株樣品30株，量取株高；拔節期起分莖與葉2部分，成熟期分莖、葉、穗3部分，采集后先在105℃殺青30 min，然后在70℃烘干至質量恒定，稱量。小麥產量按小區單打單收，統計各產量構成因子。

水稻季植株分別于水稻分蘗期（移栽后35 d）、拔節期（移栽后65 d）、抽穗前期（移栽后85 d）、成熟期（移栽后112 d），在每個小區各取代表性植株樣品5穴，量取株高；拔節期起分莖與葉2部分，成熟期分莖、葉、穗3部分，采集后先在105℃殺青30 min，然后在70℃烘干至質量恒定，稱量。水稻產量按小區單打單收，統計各產量構成因子。

1.5 數據處理

采用Excel 2007和SPSS v19.0軟件對試驗數據進行處理分析，對有顯著差異（P＜0.05）的處理采用LSD法進行多重比較，采用逐步方法建立線性回歸方程。

圖1 不同處理對稻麥作物株高的影響Fig.1 Effect of different treatments on plant height of rice and wheat

2 結果與分析

2.1 不同控氮比摻混肥對稻麥株高的影響

各處理對稻麥株高影響顯著。小麥株高均隨生育期發展呈上升趨勢（圖1）。在小麥分蘗期時，株高表現為常規尿素U100處理高于各添加控釋氮肥的處理，但U100處理與添加20%以上比例的控釋氮肥處理無顯著差異；小麥進入拔節期，則表現為CRU100、CRU80U20和CRU40U60處理顯著高于常規尿素U100處理；在小麥抽穗期時，表現為CRU40U60處理最高，與其余各處理差異顯著；當小麥成熟時，則表現為CRU40U60處理顯著高于其余各處理，CRU80U20、CRU20U80與CRU100無顯著差異。

水稻株高同樣均隨生育期發展而呈上升趨勢（圖1）。在水稻分蘗期時，株高表現為常規尿素U100處理高于各添加控釋氮肥的處理，但U100與CRU20U80、CRU40U60、CRU80U20無顯著差異；水稻進入拔節期，表現為CRU20U80與CRU40U60處理顯著高于常規尿素U100處理；在水稻抽穗期時，各添加控釋氮肥的處理株高表現為隨控釋氮肥比例增大而增大的趨勢，且添加40%以上比例控釋氮肥處理顯著高于常規尿素U100處理；水稻成熟期時，各添加控釋氮肥的處理均顯著高于U100尿素處理，其中，以CRU100處理的株高最高。

2.2 不同控氮比摻混肥對稻麥干物質量積累及分配的影響

各處理對稻麥干物質積累及分配影響顯著。小麥干物質積累量隨小麥生育期推進而累加（表1）。小麥分蘗期間，干物質積累量表現為隨控釋氮肥添加比例的增加而減少的趨勢，常規尿素U100處理顯著高于其余各處理；小麥拔節、抽穗及成熟期，CRU40U60處理干物質積累量均最高，較常規尿素U100處理分別增長15.09%、13.48%、12.09%。拔節與抽穗期器官分配積累量均呈現莖＞葉的特征，CRU40U60處理莖與葉的干物質積累量均為最高，顯著高于常規尿素處理U100。成熟期各施氮處理均呈現穗＞莖＞葉的分配特征，CRU40U60處理穗與莖的干物質積累量均為最高，其中，穗干物質積累量分別較U100與CRU100處理顯著增長了14.29%和7.49%，而葉干物質積累量除CRU100處理顯著高于其余處理外，各施氮處理間均無顯著差異。

由表2可知，水稻干物質積累量隨水稻生育期推進而累加。水稻分蘗期時，CRU40U60處理干物質積累量最高，顯著高于常規尿素U100處理；水稻進入拔節期，CRU80U20處理干物質積累量最高，CRU40U60處理次之，均顯著高于常規尿素U100處理，較U100處理分別增長8.49%和7.57%；水稻抽穗期時，CRU100處理干物質積累量最高，顯著高于其余各處理，CRU40U60處理次之，較U100處理分別增長11.11%和7.68%；水稻進入成熟期，添加20%以上比例的控釋氮肥處理較U100處理顯著增長了7.82%～10.11%。拔節與抽穗期器官分配積累量均呈莖＞葉的特征；拔節期時，CRU20U80、CRU40U60與CRU80U20處理的莖干物質積累量均顯著高于常規尿素U100處理，而添加20%比例以上的控釋氮肥處理葉干物質積累量均顯著高于常規尿素U100處理；抽穗期時，添加20%比例以上的控釋氮肥處理莖干物質積累量均顯著高于常規尿素U100處理，葉干物質積累量以CRU100處理最高，但與CRU10U90、CRU20U80與CRU40U60差異不顯著；成熟期各處理均呈穗＞莖＞葉分配的規律，莖和葉干物質積累量大致隨控釋氮肥添加比率增加而增加，CRU100處理莖與葉干物質積累量均最大，但CRU40U60處理的穗干物質積累量最高，分別較U100和CRU100處理顯著增長10.90%和3.80%。

表1 不同處理對小麥干物質積累及分配的影響Table 1 Effect of different treatments on dry matter accumulation and distribution of wheat　t·hm-2

表2 不同處理對水稻干物質積累及分配的影響Table 2 Effect of different treatments on dry matter accumulation and distribution of rice　t·hm-2

2.3 不同控氮比摻混肥對稻麥生長速率的影響

各處理對稻麥作物生長速率影響差異顯著。小麥生長前期，水分缺乏，氣溫較低，小麥總體生長緩慢；小麥生長中后期，光熱充沛，生長迅速。各生育期間生長速率隨小麥生育期推進而增加（表3）。小麥播種—分蘗期間，常規尿素U100處理的生長速率顯著高于其余各處理；小麥進入分蘗—拔節期間，CRU40U60處理的生長速率顯著高于其余各處理，較U100處理增長23.83%；小麥拔節—抽穗期間，CRU100處理增長速率最高，顯著高于常規尿素U100處理，但與CRU20U80和CRU40U60處理差異不顯著；小麥抽穗—成熟期間，添加20%比例以上控釋氮肥處理的生長速率均顯著高于常規尿素 U100處理，較之增長 7.04% ～11.10%。整個生育期間，添加20%比例以上控釋氮肥處理的平均生長速率均顯著優于常規尿素U100處理，以CRU40U60處理平均生長速率最高，與其余各處理差異顯著，較不施氮CK處理增長76.78%，較U100處理增長13.59%。

表3 不同處理對小麥生長速率的影響Table 3 Effect of different treatments on growth rate of wheat kg·hm-2·d-1

表4 不同處理對水稻生長速率的影響Table 4 Effect of different treatments on growth rate of rice kg·hm-2·d-1

水稻各生育期間生長速率隨生育期推進基本呈先上升后下降的趨勢，生長速率峰值為拔節—抽穗期間（表4）。水稻移栽—分蘗期間，CRU40U60處理生長速率最高，CRU80U20處理次之，且均與常規尿素U100處理差異顯著，分別較U100處理增長41.32%和34.66%；水稻進入分蘗—拔節期間，添加20%比例以上控釋氮肥處理均無顯著差異，較常規尿素 U100處理顯著增長2.94% ～5.51%；水稻進入拔節—抽穗期，CRU100處理生長速率顯著高于各處理，CRU20U80與CRU40U60處理次之，分別較 U100處理增長18.72%、10.99%、7.76%；水稻抽穗—成熟期，CRU80U20處理生長速率最高，CRU40U60處理次之，分別較U100處理增長16.28%和12.88%。整個生育期內，CRU80U20處理平均生長速率最高，但添加20%比例以上控釋氮肥處理間無顯著差異，較CK處理增長28.30% ～30.49%，較U100處理增長7.90%～10.25%。

2.4 不同控氮比摻混肥對稻麥產量及其構成因子的影響

各處理對稻麥作物產量影響差異顯著，施肥處理均顯著提高稻麥作物的產量（表5、表6）。稻麥作物產量均隨控釋氮肥比例增加呈先增長后下降的趨勢，CRU40U60處理下產量達峰值，較U100處理小麥季增產14%，水稻季增產11%。常規尿素U100處理稻麥作物產量相對較低，與添加20%比例以上控釋氮肥處理均達顯著差異。

產量構成方面，各施氮處理對小麥穗粒數、千粒重、收獲指數影響差異不顯著，施氮處理穗長較CK顯著提高19.12%～46.14%。除穗粒數外，CRU40U60處理各產量構成因子相對最高，千粒重、穗長、收獲指數分別較常規尿素U100處理增長1.91%、19.19%、2.00%（表5）。

各施氮處理對水稻穗長無顯著影響，施氮處理穗粒數較CK提高5.73%～35.77%，千粒重較CK提高1.32%～9.86%，結實率較CK提高4.21% ～8.45%。CRU40U60處理千粒重與結實率均最高，較常規尿素U100處理分別提高8.43% 和4.07%（表6）。收獲指數（HI）反映作物谷草比水平，CRU40U60與CRU20U80處理均為最高，全量控釋氮肥（CRU100處理）收獲指數顯著低于其余各處理，表明CRU100處理秸稈生物量比例相對過大。

2.5 稻麥產量與產量構成因子的相關性

建立作物產量（y）與產量構成因子（xn）的多元回歸方程（表7）。小麥平均產量與收獲指數、穗長呈極顯著線性關系。CRU40U60處理小麥產量最高，其穗長顯著高于常規尿素U100處理19.19%，收獲指數也是各處理中最高水平（表5）。水稻平均產量與結實率、穗粒數呈極顯著線性關系。CRU40U60處理水稻產量最高，其穗粒數與添加80%比例以上控釋氮肥處理無顯著差異，較常規尿素U100處理顯著提高13.79%，且結實率水平最高，較常規尿素U100處理提高4.07%。水稻季全量控釋氮肥（CRU100處理）雖然穗粒數相對最高，但因結實率等其他因子較低，影響了其增產效應，故產量增幅較CRU40U60處理偏低（表6）。

表5 不同處理對小麥產量及其構成因子的影響Table 5 Effect of different treatments on yield and yield components of wheat

表6 不同處理對水稻產量及其構成因子的影響Table 6 Effect of different treatments on yield and yield components of rice

表7 稻麥產量與產量構成因子的相關性Table 7 Correlation analysis yield with yield components of rice and wheat

3 討論

作物生物學潛力由農藝性狀決定，一定程度上影響作物的產量性狀［19］。株高、莖圍、葉面積的增長以及干物質量的積累，都與作物的抗病性、倒伏能力、光合作用以及最終產量存在關系［20-21］。施氮能促進作物株高生長和干物質量積累［22］，而一次性施入尿素易因氨揮發、N2O排放、淋溶、徑流等損耗［23-25］，不利于作物中后期生殖生長。本研究表明，常規尿素處理能夠一定程度提高稻麥作物在分蘗時期的株高與地上部干物質量，而對稻麥生長中后期影響均較小。這可能是由于其氮素釋放較集中在生育前期引起，一定程度上造成作物無效分蘗增多，后期脫肥早衰，難以促進作物高產。恰當比例的控釋氮肥處理顯著提高小麥拔節至成熟期間的株高和地上部干物質量，CRU40U60處理株高與干物質積累量均最高，效果顯著。水稻拔節至成熟期間隨生育期推進，株高隨控釋氮肥比例增加而增加，CRU100處理最高，CRU80U20與 CRU40U60處理次之，二者無顯著差異；其地上部干物質量以CRU80U20處理相對最優，CRU40U60處理次之，二者無顯著差異。在地上部各器官生物量的動態分配上，隨生育期推進，稻麥生物量分配呈現出以不同程度向穗部轉移的趨勢，一定程度反映了莖葉組織吸收累積的碳水化合物是否充分有效地向營養器官進行輸送，與作物的增產潛力緊密相關，其中，稻麥均以CRU40U60處理的效果更為突出。故CRU40U60處理對促進稻麥作物生長效果較優。

生長速率受作物品種、種植制度、光溫水氣等綜合條件影響［26-27］，施肥對作物生長速率也具有顯著影響［28-29］。 劉軍等［30］研究表明，在覆膜條件下的施氮處理，水稻移栽至揚花期的生長速率均大于其他處理，這可能是因為一定程度上改善了氮素供應，協調了作物的生長趨勢與群體量。本試驗結果表明，稻麥作物在恰當比例控釋氮肥處理下，因較高的干物質量積累，在分蘗期—成熟期增長速率相對較高。不同時期受不同器官部位干物質量積累的變化影響，分蘗—抽穗期間，添加恰當比例控釋氮肥處理，因氮素供應充足，養分由土壤向作物莖鞘器官轉移，期間干物質量以增加莖鞘為主，適量的葉片生長促進作物中后期光合作用與能量轉換，為后期作物產量奠定基礎；抽穗—成熟期間養分逐漸由莖、葉向穗部轉移，穗部器官干物質量顯著積累，作物生長速率由此增加。從整個生育期的平均生長速率來看，CRU40U60處理對稻麥作物生長速率的促進效果顯著，小麥季較常規尿素U100處理提高13.59%，水稻季較常規尿素 U100處理提高6.84%。在稻麥作物拔節—成熟的關鍵生殖期間，CRU40U60處理的生長速率總體趨于較高水平，說明CRU40U60處理氮素供應充足，促進了作物氮素吸收與轉運，有效提高稻麥作物的生長速率，有助于稻麥植株同化物的累積與再分配，以發揮作物高產潛力。

相較常規尿素處理，控釋氮肥在等氮或減氮條件下通過持續的養分供應，提高作物關鍵性產量構成因子，達到有效增產［31-34］，但全量控釋氮肥可能造成作物前期供氮不足，后期貪青晚熟［35］。有研究表明，較全量控釋氮肥處理，摻混恰當比例的控釋氮肥處理能有效提高作物產量，這可能是因為適宜的摻混比例更能滿足作物在生育前期的氮素需求［36-37］。伍少福等［38］試驗表明，與4次分施尿素處理相比，一次性基施等氮量的控釋摻混尿素處理，水稻產量差異不顯著，表明控釋摻混尿素既能省時節本，又可實現穩產。這一方面可能是因為其氮素釋放特征較好地克服了前期供氮不敷、后期貪青晚熟的不足；另一方面也與其包膜材料本身有關。本試驗也得出一致結果。本試驗中，較常規尿素U100處理，添加20%比例以上控釋氮肥處理均能顯著提高作物產量，小麥季與水稻季增產幅度分別達到6%～14%和7%～11%。小麥季產量增加主要通過收獲指數與穗長的提高實現，水稻季產量增加主要依賴于結實率與穗粒數的提高，而其他產量構成因子影響較小，這可能與作物自身的遺傳保守性有關。小麥季CRU40U60處理顯著增加小麥穗長，有效改善收獲指數，實現產量最高，較常規尿素 U100處理增產 14%，較全量控釋氮肥CRU100處理增產8%；水稻季CRU40U60處理因結實率與穗粒數均顯著提高，產量亦為最高水平，較常規尿素U100處理增產11%，較全量控釋氮肥CRU100處理增產4%。CRU40U60處理對稻麥作物產量效果均較佳，這是由于其氮素釋放協調整個生育期氮素的持續供應，既滿足了稻麥分蘗期生長的氮素需求，有利于稻麥的有效分蘗；又滿足了稻麥生育中后期對氮素的大量要求，起到氮素后移的效果，可以從某種程度上改善旗葉凈光合速率，維持部分關鍵保護酶趨于相對穩定狀態，以增加稻麥各營養器官蛋白組分的積累以及作物清除活性氧的能力［39-40］，達到顯著增產效果。

綜上所述，添加總氮量40%的控釋氮肥處理有效刺激了稻麥作物在各個生育期不同器官的生殖發育。在作物生長中后期，伴隨作物養分積累，株高與干物質量的顯著提高以及主要產量構成因子的有效改善，增強了養分轉換與代謝能力，協調生殖后期穗部發育的氮素積累，最終達到顯著增產的效果。控釋摻混肥較尿素追施節省人力成本，較全量控釋氮肥處理減少材料投入。故本試驗條件下，以控釋氮肥40%+尿素60%摻混處理為促進稻麥作物生長和產量增加的較為適宜的摻混比例。

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（責任編輯 高 峻）

Effects of controlled release blend bulk urea on growth characteristics and yield of wheat-rice

ZHANG Jing-sheng1，LI Bing1，*，WANG Chang-quan1，XIANG Hao1，ZENG Xing-xin1，YIN Bin2，FU Yue-jun1
（1.College of Resources，Sichuan Agriculture University，Chengdu 611130，China；2.Institute of Soil Science，Chinese Academy of Sciences，Nanjing 210008，China）

In order to investigate the effect of controlled release blend bulk urea on growth and yield of rice and wheat，plot experiments were conducted to analyze the difference of plant height in every growth period，dry matter accumulation as well as organ partitioning，yield and its components.The results showed that compared with normal urea treatment（U100），the height of rice and wheat，dry matter accumulation，and growth rate were significantly increased during the middle and late growth stage with above 20%controlled release urea added.Wheat and rice yield were increased by 6%-14%and 7%-11%，respectively.Among all the treatments，blending of 40%controlled release urea and 60%urea（CRU40U60）was beneficial to agronomic traits and growth rate.CRU40U60treatment not only obviously increased spike length，but reached the highest wheat yield，which was 14%and 8%higher than that of U100and 100%controlled release urea treatment（CRU100），respectively.CRU40U60treatment also enhanced the seed-setting rate and grain number per panicle of rice and reached the highest yield，which was 11%and 4%higher than that of U100and CRU100，respectively.Based on this experiment condition，adding 40%controlled release urea was moderate.With one-time basal application，it reduced the cost of labor，which added the acceptability of farm-ers.Hence，the blending application of 40%controlled release urea and 60%urea（CRU40U60）was recommended as the relatively appropriate ratio to promote the growth and yield of rice and wheat.

rice and wheat；controlled release blend bulk urea；agronomic traits；yield

S143.1

A

1004-1524（2016）08-1287-10

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.08.03

2016-03-09

國家科技支撐計劃（2013BAD07B13）；四川省科技支撐計劃（2012JZ0003）

張敬昇（1993—），男，重慶江北人，碩士研究生，研究方向為土壤氮素轉換。E-mail：jove20883452@163.com
*

，李冰，E-mail：benglee@163.com