腐植酸功能性肥料在水稻上的應用研究

張博文 趙 淼 田玉華 喬 生 邢嘉語 馮廣祥 尹 斌*( 中國科學院南京土壤研究所土壤與農業可持續發展國家重點實驗室 南京 200082 中國科學院大學 北京 00049 北京澳佳生態農業股份有限公司 北京 005)

腐植酸功能性肥料在水稻上的應用研究

張博文1，2趙 淼1，2田玉華1喬 生3邢嘉語3馮廣祥3尹 斌1*
(1 中國科學院南京土壤研究所土壤與農業可持續發展國家重點實驗室 南京 210008
2 中國科學院大學 北京 100049
3 北京澳佳生態農業股份有限公司 北京 101105)

采用田間小區試驗，以普通尿素為對照，在不同施氮量和施肥次數條件下，探究腐植酸功能性肥料(腐植酸尿素)在太湖流域水稻上的應用效果。研究表明，在常熟推薦施氮量255 kg/hm2情況下，腐植酸尿素分兩次施用的水稻產量和氮肥利用率均高于普通尿素分兩次和三次施用，水稻產量分別增加了8.75%和5.06%，氮肥利用率平均提高了10.18%，但在高施氮量和低施氮量時，水稻產量低于相應普通尿素處理，但差異不顯著；腐植酸尿素處理降低了稻田田面水銨氮濃度，從而降低氮素向大氣(主要以氨揮發途徑)和水體(主要指徑流)遷移的風險。因此，腐植酸尿素在太湖流域高產水稻田上選擇適宜施氮量255 kg/hm2具有較好的環境和經濟效益。

腐植酸尿素 水稻 產量 氮肥利用率 田面水銨態氮

尿素作為一種常規氮肥被大量施用于稻田，尿素施入后迅速分解轉化，但水稻短時間內不能充分吸收，尿素通過氨揮發、徑流、淋溶、硝化-反硝化等途徑遷移到環境中［1]。前人大量研究表明，土壤中施用氫醌、二氨苯磷酸鹽等脲酶抑制劑，可抑制脲酶活性，提高氮肥利用率。但由于大多抑制劑在工藝、污染、價格等方面的原因未能被推廣使用。腐植酸作為一種復雜的有機芳香羧酸高分子混合物，具有較強的親水、離子交換、絡合和吸附能力。研究發現，高分子腐植酸在抑制脲酶活性以及降低氮素釋放速率方面具有良好的效果［2]。腐植酸尿素可以提高氮素利用率，具有改良土壤、來源廣、價格低廉等特點，應用前景廣闊［3]，但其在太湖流域水稻上的應用研究還鮮有報道。

為探究腐植酸尿素在太湖流域水稻上的施用效果，本文通過田間小區試驗在太湖流域水稻土(烏柵土)上研究了腐植酸尿素對水稻產量及其構成因素、田面水銨態氮、氮肥利用率和土壤氮素的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

1.1.1 試驗地點

試驗在江蘇省常熟市中國科學院常熟農業生態試驗站進行。

1.1.2 試驗材料

供試肥料：腐植酸尿素(N≥44%，總腐植酸含量≥2%)，由北京澳佳生態農業股份有限公司提供的腐植酸包裹肥(商品名：烏金囊)，是一種以腐植酸與改性膠原蛋白為包膜材料的新型緩釋肥料。磷鉀肥[過磷酸鈣(含P2O512%)，氯化鉀(含K2O 60%)]均以基肥一次性施入，各處理的磷鉀肥用量保持一致。

1.1.3 供試作物

水稻，品種為“常優2號”。

1.1.4 供試土壤

供試土壤為烏柵土，其基本理化性狀見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀Tab.1 The basic physicochemical properties of the tested soil

1.2 試驗設計

1.2.1 水稻小區試驗

試驗共設10個處理，無氮處理(CK)，腐植酸尿素(F)，普通尿素(U)，三個施氮梯度[4，5](高施氮量300 kg/hm2、減氮15%的當地推薦施氮量255 kg/hm2、減氮30%的低施氮量210 kg/hm2)，其中腐植酸尿素處理均為兩次施肥，普通尿素處理分為兩次施肥和三次施肥(表2)。每個處理3次重復，共30個小區，每個小區面積35 m2，隨機區組排列。

1.2.2 水稻田間管理

在前茬土壤耕翻后灌少量水，均勻撒施基肥，再與土壤耙混、整平，然后灌水栽秧，分蘗肥和穗肥“以水帶氮”施入[6]。2015年6月24日施基肥插秧，7月9日施分蘗肥，8月16日施穗肥，11月3日收獲考種計產。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 田面水銨態氮

氮肥施入后10天內，每天上午8：00采集田面水樣品，帶回實驗室過濾，測定田面水中的銨態氮(靛酚藍比色法)濃度。

1.3.2 土壤速效氮

水稻收獲后測定各處理水稻耕層(0～20 cm)土壤速效氮(銨態氮、硝態氮)含量。土壤速效氮采用2 mol/L氯化鉀提取后，過濾，其中銨態氮采用靛酚藍比色法，硝態氮采用酚二磺酸比色法。

1.3.3 考種

每個小區采10穴代表性植株用來考種，考種指標為有效穗數、株高、穗長。

1.3.4 產量及氮肥利用率

對每個小區進行單獨收割-脫粒-風干-測產，70 ℃烘干至恒重，分別稱量干物重后粉碎，采用凱氏定氮法測定植株中的全氮含量，用以下公式計算氮肥利用率：

氮肥利用率=(施氮處理水稻吸氮量-空白區水稻吸氮量)/施氮量

表2 試驗處理方案Tab.2 The experimental treatment scheme kg/hm2

1.4 數據計算及分析

試驗數據用SPSS軟件進行統計分析，Origin 9.1制圖。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量和施氮模式對水稻株高、穗長和有效穗數的影響

試驗結果表明，F255-2和F210-2處理水稻株高分別比等施氮量U255和U210處理平均降低3.90%和5.04%(表3)，腐植酸尿素在適宜施氮量和低氮量條件下對水稻株高有降低的趨勢，但差異不顯著。水稻植株較矮，可提高水稻抗倒伏能力，對水稻穩產提供了有利條件。而等施氮量下水稻穗長，各施氮處理差異不明顯。在高施氮量時，F300-2處理有效穗數比等氮量尿素高20.03%，差異顯著；但是在適宜施氮量和低氮量條件下，腐植酸尿素處理和普通尿素處理差異不顯著。

2.2 不同施氮量和不同施氮模式對水稻產量、吸氮量、氮肥利用率的影響

2.2.1 對水稻產量的影響

水稻產量測定結果(表4)表明，與對照比，施氮顯著增加水稻產量。在施氮量300 kg/hm2時，各試驗處理(F300-2、U300-2和U300-3)產量無顯著差異；在當地推薦施氮量255 kg/hm2時，F255-2較U255-2和U255-3處理均有不同程度增產，增產率分別為8.75%和5.06%；在施氮量210 kg/hm2時(F210-2、U210-2和U210-3)，以U210-3處理產量最高，為10155.56 kg/hm2，說明在低施氮量時，分三次施肥能增加作物產量，但要增加施肥的人工成本。綜上可見，腐植酸尿素在適宜施氮量條件下，能夠顯著增加水稻產量。

2.2.2 對水稻地上部吸氮量和氮肥利用率的影響

水稻秸稈吸氮量測定結果(表4)表明，普通尿素處理中，相同施肥次數條件下，秸稈的吸氮量隨施氮量的增加而增加，而腐植酸尿素處理中，在高施氮量300 kg/hm2時，并未出現植株吸氮量增加，反而有所降低，這可能與腐植酸肥料中的腐植酸添加物有關，而植株內可溶性含氮物質含量的增加，可降低水稻抗病蟲害和抗倒伏能力，后期尿素高施氮量300 kg/hm2出現倒伏情況，腐植酸尿素在這方面有減緩作用。而在推薦施氮量255 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2時，腐植酸尿素處理的秸稈與等氮量尿素相比吸氮量增加，有效促進了植株生長。

表3 不同施氮量和施氮模式對水稻株高、穗長和有效穗數的影響Tab.3 Effect of N application rate and forms on the plant height, ear length and eff cient panicle of rice

表4 不同施氮量和不同施氮模式對水稻產量、吸氮量和氮肥利用率的影響Tab.4 Effect of N application rate and forms on rice yields, N uptake and nitrogen use eff ciency

對籽粒含氮量的結果(表4)分析表明，在當地推薦施氮量255 kg/hm2時，F255-2處理籽粒吸氮量比U255-2和U255-3處理顯著高出6.02%和 15.65%。在高施氮量300 kg/hm2，腐植酸尿素和普通尿素處理之間籽粒吸氮量沒有顯著差異。綜上可見，在適宜施氮量時，腐植酸尿素促進了籽粒吸氮量的提高。

對水稻氮素肥利用率測定結果(表4)進行分析可知，在高施氮量300 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2條件下，等氮量不同肥料品種和施肥模式的水稻植株地上部吸氮量無顯著差異，而在推薦施氮量255 kg/hm2下，F255-2處理地上部植株吸氮量顯著高于U255-2和U255-3處理。在推薦施氮量255 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2時，腐植酸尿素的氮肥利用率均高于普通尿素兩次施用和普通尿素三次施用的處理，氮肥利用率提高幅度為5.99%～10.60%。特別是在推薦施氮量255 kg/hm2時，氮肥利用率分別提高9.76%、10.60%。由此表明，腐植酸尿素在水稻上選擇適宜施氮量很重要。

2.3 不同施氮量和不同施氮模式對水稻收獲后土壤速效氮的影響

收獲后土壤速效氮含量情況反映著土壤氮素供應以及盈余狀況，對不同施氮量和施氮模式下水稻收獲后土壤速效氮的測定數據(表5)分析可知，各處理銨態氮和硝態氮含量均較低，且處理間差異不明顯。但是從趨勢上看，腐植酸尿素各處理(F300-2、F255-2、F210-2)土壤無機氮含量大都低于普通尿素的相應處理，特別是土壤銨態氮，這可能與腐植酸尿素含有腐植酸類螯合物質能增強土壤對無機氮的固持有關。土壤無機氮含量降低，可減少農田氮素向環境中的釋放。

表5 不同施氮量和不同施氮模式對水稻收獲后土壤速效氮的影響Tab.5 Effect of N application rate and forms on the soil available N after rice harvested mg/kg

2.4 不同施氮量和不同施氮模式對田面水銨態氮

濃度的影響

稻田施肥后，田面水銨態氮濃度指示著氮肥向環境中損失的風險程度，氨揮發通量與其呈線性正相關［7］。田面水銨態氮濃度越高，則氮素向大氣(氨揮發)和水體(徑流)遷移的風險越高?；蕰r期，由于施肥采用表層土混施后灌水的方式以及施肥后降雨頻繁，田面水銨態氮濃度顯著低于后期追肥(圖1)。穗肥期F255-2和F210-2處理田面水銨態氮濃度明顯低于U255-2和U210-2處理。

圖1 不同處理對田面水銨態氮濃度動態變化的影響Fig.1 Dynamic change ofN in f ooded water for different treaments

由此可見，在適宜施氮量和低施氮量條件下，腐植酸肥料可降低田面水銨態氮濃度，進而減少氨揮發通量，這可能與腐植酸抑制了脲酶活性有關，與雋英華等研究結果一致［2］。

3 結論

(1) 從以腐植酸包膜材料生產的腐植酸功能性肥料(腐植酸尿素)在太湖流域水稻栽培上的應用試驗結果來看，腐植酸尿素分兩次施用與普通尿素分兩次和三次施用相比，在推薦施氮量255 kg/hm2下，有矮化水稻植株的趨勢，能增加有效穗數，氮肥利用率分別提高9.76%和10.60%，水稻分別增產8.75%和5.06%。

(2) 不同氮肥種類、施氮量以及施肥次數均對水稻產量和氮肥利用率產生影響，以減少氮肥施用量、人工投入和保障水稻產量為前提，在太湖流域腐植酸功能性肥料為我們提供了良好的選擇。

(3) 在推薦施氮量和低施氮量條件下，施用腐植酸尿素的田面水銨態氮濃度明顯保持相對較低水平，從而降低氮素向大氣(氨揮發)和水體(徑流)遷移的風險，具有較好的環境效益。

[ 1 ]朱兆良. 農田中氮肥的損失與對策[J]. 土壤與環境，2000，(1)：1～6

[ 2 ]雋英華，陳利軍，武志杰，等. 尿素氮形態轉化對腐殖酸的響應[J]. 土壤通報，2011，(1)：112～116

[ 3 ]李兆君，馬國瑞. 腐殖酸尿素的制造及其增產作用機理的研究近況[J]. 土壤通報，2004，(6)：799～801

[ 4 ]Qiao J., Yang L., Yan T., et al.. Nitrogen fertilizer reduction in rice production for two consecutive years in the Taihu Lake area[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2012, 146: 103～112

[ 5 ]Hofmeier M., Roelcke M., Han Y., et al.. Nitrogen management in a rice–wheat system in the Taihu Region: recommendations based on fi eld experiments and surveys[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2015, 209: 60～73

[ 6 ]朱兆良. 稻田節氮的水肥綜合管理技術的研究[J]. 土壤，1991，(5)：241～24

[ 7 ]敖玉琴，張維，田玉華，等. 脲胺氮肥對太湖地區稻田氨揮發及氮肥利用率的影響[J]. 土壤，2016，(2)：248～253

Study of Humic Acid Functional Fertilizer Application on Rice

Zhang Bowen1,2, Zhao Miao1,2, Tian Yuhua1, Qiao Sheng3, Xing Jiayu3, Feng Guangxiang3, Yin Bin1*
(1 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Nanjing, 210008
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049
3 Beijing Aojia Ecological Agriculture Co. Ltd., Beijing, 101105)

A fi eld plot experiment was conduct in Taihu Lake region to study the effects of humic acid functional fertilizer (humic acid urea) application on rice, with conventional urea as control, under the condition of different nitrogen rate and fertilization times. The results showed that at the N application rate of 255 kg/hm2in Changshu, humic acid urea applied twice increased rice yield and nitrogen fertilizer use eff i ciency compared with conventional urea with two or three times of application. Rice yield was increased by 8.75% and 5.06%, while nitrogen fertilizer use eff i ciency was average increased by 10.18%. However the yield of rice was lower than the corresponding urea treatment in high and low N application rate. There were no signif i cant differences of grain yield among them. Furthermore, humic acid urea treatment reduced the water concentration of ammonium nitrogen in rice fi eld, thus reducing the risk of N into the atmosphere (mainly ammonia volatilization), and the risk of water (runoff) migration. Therefore, the appropriate N application rate was 255 kg/hm2of humic acid urea on high yield rice paddies in Taihu Lake region had good environmental and economic benef i ts.

humic acid urea; rice; yield; nitrogen fertilizer use eff i ciency; ammonium nitrogen of the surface water

TQ314.1，TQ444.6

1671-9212(2017)01-0022-06

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.01.003

北京澳佳生態農業股份有限公司和科技支撐計劃(項目編號2012JZ0003)。

2016-07-12

張博文，男，1990年生，在讀碩士研究生，主要從事土壤氮素循環與環境污染控制技術研究。*通訊作者：尹斌，男，研究員/博士生導師，E-mail：byin@issas.ac.cn。