南四湖水稻化肥減施對產量及氮素吸收的影響

程　倩，諸葛玉平

(1.濟寧市農業科學研究院　山東濟寧　272000； 2.山東農業大學資源與環境學院　山東泰安　271018)

水稻是人類重要的糧食來源之一，為確保糧食安全，各國都在不遺余力地提高水稻產量。除了對雜交水稻、轉基因水稻等技術研究外，提高水稻產量最直接的措施就是施用化肥及噴灑高效農藥。不同水稻品種及水稻不同生長階段對養分的需求是不同的，合理施肥既有利于提高水稻產量，又可減少肥料的浪費和防止農業的面源污染[1- 3]。

在水稻田系統中，氮磷鉀是影響水稻產量的主要因素之一。目前，氮肥的過量施用已成為我國水稻施肥的一大主要問題。據統計，我國水稻種植中氮肥的消費量高達5 700 kt，位居世界第1位，占我國氮肥消費總量的24%，占世界水稻氮肥消費總量的37%[4]。我國單季水稻氮肥平均用量為180 kg/hm2(高產地區高達280 kg/hm2)，與世界稻田單位面積氮肥用量相比，高出了75%，而我國氮肥的吸收利用率和農學利用率均低于世界平均水平[5]。氮肥投入的不合理已經成為制約水稻生產的重要因素，不但導致氮肥利用率的大幅下降，而且未被作物吸收的過量氮素流入水體，造成水體環境惡化[6- 8]。因此，在高產的情況下促進肥料高效利用成為研究熱點。

21世紀以來，國內學者從各個方面對水稻施肥開展了大量研究，如氮肥的品種研究(普通尿素與控釋尿素間的效應研究、不同控釋尿素類型之間的效應研究)、氮肥優化施用量的研究、肥料施用方式的研究等，并取得了很多成效[9- 12]。研究表明，在紅壤地區，磷肥是限制水稻生長的關鍵因素，而且鉀肥的缺失會造成土壤中鉀的失衡，故氮磷鉀肥的平衡施用才能保證雙季水稻的增產穩產。南四湖水稻施肥不僅氮肥投入量過多，而且磷肥和鉀肥投入量也高于經驗值，但水稻產量并沒有顯著提高；同時，高氮磷鉀肥的施用降低了肥料的利用率，加劇了農業面源污染，故南四湖水稻施肥亟需優化。

1　材料和方法

試驗設在山東省魚臺縣古亭鎮雙韓村(北緯34°53′～35°10′，東經116°23′～116°49′)，年降水量為697 mm，夏季降水最多，達410 mm，占全年降水量的58.9%，秋季降水量占年降水總量的20.5%，春冬季降水量占年降水總量的20.6%。因降水集中，容易內澇。

1.1　供試材料

供試土壤：土壤類型為潮土(淡色潮濕雛形土)，質地為重壤和黏土，其基本理化性狀如表1所示。

表1供試土壤基本理化性狀

土層深度/cm堿解氮/(mg·kg-1)有機質/(g·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)pH土壤電導率/(μS·cm-1)容重/(g·cm-3)0～20135.8025.8325.83191.117.6398.331.4120～4078.1210.258.25148.727.2287.331.32

供試作物：水稻，品種為圣稻13。

供試肥料：普通尿素，w(N)為46%，山東華魯恒升化工股份有限公司；重鈣，w(P2O5)為44%，湖北宜都興發化工有限公司；氯化鉀，w(K2O)為60%，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司；控釋尿素(樹脂包膜尿素)，w(N)為42%，山東農大肥業科技有限公司。

1.2　試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設7個施肥模式，具體施肥種類和施肥量如表2所示。

田間小區長×寬=10 m×5 m，保護行長×寬=2 m×5 m。

尿素分基肥、2次追肥3個施肥時期，其他肥料全部一次性基施。水稻于4月20日進行插秧，10月13日收獲；水稻植株于7月7日(水稻秧苗期)、7月29日(水稻分蘗期)、8月19日(水稻拔節期)、9月16日(水稻抽穗期)和10月11日(水稻成熟期)進行樣品采集。

1.3　測定項目和方法

干物質積累：從返青開始，每隔20 d在小區取樣行取樣0.5 m，將植株置于電熱恒溫鼓風干燥箱中，105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒重，在電子天平上稱干重。

表2施肥模式

代號施肥模式施肥量/(kg·hm-2)氮(N)磷(P2O5)鉀(K2O)有機肥(豬糞)T1CK0.00.00T2FP345.0(尿素)172.3135T3OPT234.5(尿素)96.445T4OPT-PK96.445T5CRN+OPT-PK234.5(控釋尿素)96.445T680%CRN+OPT-PK187.5(控釋尿素)96.445T780%CRN+OPT-PK+M187.5(尿素)80.73630 000

注：1)CK為對照(不施肥)，FP為習慣施肥，OPT為推薦施肥，OPT- PK為推薦磷鉀處理，CRN+OPT- PK為控氮+推薦磷鉀處理，80%CRN+OPT- PK為控減氮+推薦磷鉀處理，80%CRN+OPT- PK+M為控減氮+推薦磷鉀+有機肥處理

產量：選取3個1 m×1 m樣方，測定樣方產量，換算為單位面積產量。

植株全氮含量：采用H2SO4- H2O2消煮，凱氏定氮法測定

1.4　統計分析

田間調查和室內測定數據采用Excel和SAS程序軟件(SAS Institute，1999)進行統計分析。

2　結果和分析

2.1　不同施肥模式對水稻各生育期地上部干重的影響

水稻地上部干重反映了水稻在一個時期內的長勢，能夠指示水稻的健壯程度，故監測水稻地上部干重對了解施肥效果具有重要意義。不同施肥模式對水稻各生育期地上部干重的影響見圖1。

圖1　不同施肥模式對水稻各生育期地上部干重的影響

在返青期，除FP模式外，其他各施肥模式的水稻地上部干重均高于CK模式4.52%～13.53%，其中CRN+OPT- PK模式的水稻地上部干重最大，比其他施肥模式高4.30%～8.60%，OPT次之，而有機肥施用并沒有顯著提高返青期水稻地上部干重。

在分蘗期，除OPT- PK模式的水稻地上部干重與CK模式無差異外，其他各施肥模式的水稻地上部干重均高于CK模式32.47%～58.66%，即不施氮肥會減緩水稻的生長，施肥促進水稻生長的優勢較返青期更加明顯。與FP模式相比，減少氮磷鉀肥的施用并不影響水稻的生長；與OPT模式相比，CRN+OPT- PK和80%CRN+OPT- PK模式的水稻地上部干重均較高，即控釋尿素較普通尿素更符合水稻的生長需求。控釋尿素全量施用的水稻地上部干重稍高于80%控釋尿素施用，而增施有機肥可彌補控釋尿素減量的劣勢，達到與控釋尿素全量的效果。

在孕穗期，除OPT- PK模式的水稻地上部干重與CK模式無差異外，其他各施肥模式的水稻地上部干重均高于CK模式32.47%～43.05%，不施氮肥減緩水稻生長趨勢的弊端繼續凸顯。在此時期，FP模式與OPT模式間水稻地上部干重無顯著差異，即降低肥料的投入量對水稻生長的影響較小；與OPT模式相比，80%CRN+OPT- PK模式的水稻地上部干重較高，CRN+OPT- PK模式和80%CRN+OPT- PK+M模式的水稻地上部干重稍有所降低。由此可見，80%控釋尿素配合推薦使用的磷鉀量可取得較好的肥料效應。

在抽穗期，除OPT- PK模式的水稻地上部干重與CK模式無差異外，其他各施肥模式的水稻地上部干重均高于CK模式14.25%～53.64%，表明施肥能夠明顯促進水稻生長，且氮肥對水稻生長的貢獻較大。與FP模式相比，減少氮磷鉀肥的施用量降低了水稻抽穗期地上部干重，而CRN+OPT- PK模式和80%CRN+OPT- PK模式均能提高水稻地上部干重，而增施有機肥對水稻地上部干重的影響較小。

2.2　不同施肥模式減施對水稻成熟期生物量的影響

成熟期作物生物量是表征不同施肥模式肥力效果的重要指標，不同施肥模式對水稻成熟期生物量的影響如圖2所示。

圖2　不同施肥模式對水稻成熟期生物量的影響

與CK模式相比，各施肥模式的水稻成熟期生物量提高7.09%～84.40%，其中FP與OPT模式的水稻成熟期生物量無差異，表明盲目采用高氮磷鉀施肥并未提高水稻的生物量，而根據水稻的需肥規律減少肥料投入量能夠在保證獲得較高水稻生物量的同時降低了肥料投入成本，并且降低了污染風險。OPT與OPT- PK模式相比，不施氮肥降低了水稻成熟期的生物量，降幅達37.08%，表明氮素是水稻正常生長的關鍵因子。CRN+OPT- PK模式與80%CRN+OPT- PK模式的水稻成熟期生物量分別比OPT模式提高8.33%和5.42%，說明控釋尿素比普通尿素更有利于提高水稻的生物量。而100%CRN與80%CRN之間的水稻成熟期生物量差異較小，即減少20%控釋尿素施用量也能滿足水稻對氮素的需求，從降低肥料投入成本和預防氮素污染的角度考慮，應選擇控釋尿素減量下的推薦磷鉀施肥模式。OPT與80%CRN+OPT- PK+M模式相比，水稻生物量無顯著差異，表明減少化肥用量的情況下增施有機肥具有一定的效果。

由此可見，控釋尿素配合推薦磷鉀處理能顯著提高水稻成熟期生物量，并且控釋尿素減少20%施用量是產出與投入比最優的施肥模式。

2.3　不同施肥模式對水稻產量的影響

作物產量是衡量不同施肥模式優劣的主要指標之一，不同施肥模式對水稻產量的影響如圖3所示。

圖3　不同施肥模式對水稻產量的影響

與CK處理相比，各施肥模式的水稻產量提高9.25%～72.32%，其中FP與OPT模式的水稻產量無差異，表明高氮磷鉀施肥不但沒有達到增產的效果，反而存在加劇肥料污染的風險。OPT與OPT- PK模式相比，不施氮肥造成水稻減產31.06%，表明氮素對水稻不可或缺，故水稻種植可降低氮肥施用量，但不能零施用。與OPT模式相比，CRN+OPT- PK模式與80%CRN+OPT- PK模式的水稻產量分別提高8.75%和8.70%，說明控釋尿素比普通尿素更適合水稻的種植，有利于提高水稻的產量，這是由于控釋尿素的氮素控制釋放更符合水稻的需肥規律，滿足水稻各生育期對養分的需求。而100%CRN與80%CRN模式的水稻產量無差異，從降低肥料投入成本和預防氮素污染的角度考慮，應選擇控釋尿素減量下的推薦磷鉀施肥模式。OPT與80%CRN+OPT- PK+M模式相比，水稻產量無顯著差異，減少化肥用量的情況下增施有機肥能起到一定的增產效果，但與控釋肥的施用相比，增施有機肥的產量效應優勢不明顯。

從水稻產量、產出與投入比、防治氮素污染等方面綜合效果分析來看，80%CRN+OPT- PK是最佳的施肥模式。

2.4　不同施肥模式對水稻植株和籽粒中氮素含量的影響

2.4.1不同施肥模式對水稻不同生育期植株含氮量的影響

如圖4所示，水稻植株含氮量隨水稻生育期的推進大致呈逐漸降低的趨勢，在水稻成熟期氮素大都向籽粒積聚，致使植株氮素含量較低。

圖4　水稻不同生育期植株含氮量

在返青期，除OPT- PK模式與CK模式的水稻植株含氮量無差異外，其他各施肥模式的水稻植株含氮量高于CK模式25.43%～58.77%，說明氮肥的施用有助于提高水稻植株吸氮量。在氮肥投入的情況下，水稻返青期植株中的氮素含量由高到低依次為FP模式、CRN+OPT- PK模式、80%CRN+OPT- PK+M模式、80%CRN+OPT- PK模式和OPT模式。高氮磷鉀施肥模式在水稻返青期顯著提高了植株氮素含量，等施氮量下控釋尿素較普通尿素更符合水稻返青期對氮素吸收的要求。此外，增施有機肥在降低氮肥投入的情況下能提高水稻植株的氮素累積。

在分蘗期，除OPT- PK模式與CK模式的水稻植株含氮量無差異外，其他各施肥模式的水稻植株含氮量比CK模式高25.27%～45.75%。在氮肥投入的情況下，水稻分蘗期植株的氮素含量由高到低依次為CRN+OPT- PK模式、FP模式、OPT模式、80%CRN+OPT- PK模式和80%CRN+OPT- PK+M模式。控釋尿素的肥料效應不僅優于同等氮肥水平下的普通尿素，還優于高量普通尿素和磷鉀同時投入的效果，表明控釋尿素更符合水稻分蘗期對氮素吸收的要求，而減氮下增施有機肥在此時期的肥料效應不明顯。

在孕穗期，FP模式、OPT- PK模式以及80%CRN+OPT- PK+M模式的植株含氮量低于CK模式2.30%～22.53%，普通尿素不能滿足水稻對氮素的需求，會制約水稻的高產。在氮肥投入的情況下，水稻孕穗期植株氮素含量由高到低依次為80%CRN+OPT- PK模式、OPT模式、CRN+OPT- PK模式、FP模式和80%CRN+OPT- PK+M模式。減少控釋尿素投入反而增加了水稻孕穗期植株的氮素累積量，減少尿素而增施有機肥的肥料效應不明顯。

在抽穗期，各施肥模式的水稻植株含氮量高于CK模式16.33%～72.29%。在氮肥投入的情況下，水稻抽穗期植株氮素含量由高到低依次為FP模式、CRN+OPT- PK模式、80%CRN+OPT- PK模式、80%CRN+OPT- PK+M模式和OPT模式。高量普通尿素和磷鉀肥的投入造成了水稻的旺長，不利于氮素向籽粒的遷移與累積。在推薦施肥模式下，控釋尿素的肥料效應不僅優于同等氮肥水平下的普通尿素，且減少控釋尿素的投入對水稻植株氮素含量影響不大，增施有機肥能夠彌補普通尿素減量的劣勢。

綜上所述，高氮肥施用量僅在返青期提高了水稻植株含氮量；在水稻整個生育期中，從水稻植株含氮量層面上看，控釋尿素的肥料效應優于同等氮肥水平下的普通尿素，且降低控釋尿素用量并不影響水稻植株的氮素累積；在降低氮肥施用量的情況下，增施有機肥在水稻生育期后期可達到氮肥全量時的效果。

2.4.2不同施肥模式對水稻籽粒吸氮量的影響

不同施肥模式對水稻籽粒吸氮量影響差異顯著(圖5)。與CK模式相比，各施肥模式的水稻籽粒吸氮量提高3.61%～89.61%，其中FP與OPT模式的水稻籽粒吸氮量無差異，表明高氮施肥并沒有顯著增加水稻籽粒的吸氮量。與OPT模式相比，OPT- PK模式的水稻籽粒吸氮量降低35.79%，即施氮肥是提高水稻籽粒吸氮量的基礎與保障，水稻種植可降低氮肥施用量但不能零施用。

圖5　不同施肥模式對水稻籽粒吸氮量的影響

與OPT模式相比，CRN+OPT- PK模式與80%CRN+OPT- PK模式的水稻籽粒吸氮量分別提高16.12%和15.54%，控釋尿素比普通尿素有利于氮素在籽粒中的累積，表明控釋尿素更能滿足水稻的需氮要求，促進氮素向籽粒中遷移。而100%CRN模式與80%CRN模式的水稻籽粒吸氮量無差異，從降低肥料投入成本和預防氮素污染的角度考慮，應選擇控釋尿素減量下的推薦磷鉀施肥模式。OPT與80%CRN+OPT- PK+M模式相比，水稻籽粒吸氮量無顯著差異，減少化肥用量下增施有機肥對氮素向籽粒中遷移起到一定的促進作用，但與等量控釋尿素的促進作用相比，有機肥作用較小。

2.4.3不同施肥模式對水稻氮素利用率的影響

氮肥農學利用率是衡量不同施肥模式下氮素利用效率的主要指標，不同施肥模式下水稻的氮素利用效率差異非常明顯(圖6)。

圖6　不同施肥模式對水稻氮素利用率的影響

各施氮模式的氮素利用率由大到小依次為80%CRN+OPT- PK模式、CRN+OPT- PK模式、80%CRN+OPT- PK+M模式、OPT模式和FP模式。OPT模式與FP模式相比，水稻氮素利用率提高48.82%，即氮肥施用量由345.0 kg/hm2減少至234.6 kg/hm2，能顯著提高氮素利用率，同時降低了因氮肥施入量過多而造成肥料污染的風險。

在等施氮量的情況下，CRN+OPT- PK模式的水稻氮素利用率比OPT模式提高22.29%，即控釋尿素較普通尿素能顯著提高氮素利用率。與CRN+OPT- PK模式相比，80%CRN+OPT- PK模式的水稻氮素利用率提高21.40%，即降低控釋尿素的投入量能提高水稻對氮素的利用效率。OPT模式與80%CRN+OPT- PK+M模式相比，80%CRN+OPT- PK+M模式的水稻氮素利用率較高，即在減少化肥用量下增施有機肥能起到一定的提高氮素利用率的效果，但與等施氮量下的控釋尿素相比，氮素利用率仍較低。

綜上所述，80%CRN+OPT- PK模式能顯著提高水稻對氮素的利用率；在降低尿素用量、增施有機肥的情況下，氮素利用率有所提高。

3　結語

(1) 控釋尿素比普通尿素更符合水稻生長特性，施用控釋尿素處理的水稻地上部干重均優于普通尿素處理，水稻籽粒吸氮量增加15.83%。降低化肥施用量、增施有機肥，可提高水稻對養分的吸收和促進養分向籽粒中的遷移。

(2) 在等氮磷鉀量的情況下，控釋尿素和20%減量控釋尿素配施推薦磷鉀肥的水稻產量較普通尿素分別提高8.75%和8.70%，控釋尿素配施推薦磷鉀肥顯著提高了氮素利用率，20%減量控釋尿素配施推薦磷鉀肥的施肥處理可提高氮素利用率21.40%。

(3) 從降低施肥成本、提高肥料利用率和控制面源污染角度出發，減少20%控釋尿素配施推薦磷鉀肥為最優施肥模式，此外還應注重增施有機肥。