江蘇單季粳稻對新型氮肥減量減次施用的適宜性分析

朱德進， 寧運旺， 王會方， 黃 卉， 張 輝， 馬洪波， 張永春

(1.江蘇省泰州市姜堰區耕地質量保護站，江蘇泰州 225500；2.江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所/農業部江蘇耕地保育科學觀測實驗站，江蘇南京 210014)

江蘇是我國粳稻種植大省，也是高產省，種植面積和總產分別占全國的20%和30%左右。然而，江蘇粳稻種植的化肥投入也高居全國首位。據一般估計，其氮肥投入在250～300 kg/hm2之間，而據筆者最近的一項調查，2013—2015年江蘇省粳稻的氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)平均施用量分別為(23.9±6.9)、(5.6±2.6)、(5.3±3.6) kg/hm2(n=1 333)，其中蘇南地區分別為(21.6±8.0)、(5.6±2.2)、(6.5±4.0) kg/hm2(n=568)，區域差異非常大，遠高于全國平均和發達國家投入水平，對生態環境危害大，化肥尤其是氮肥減量勢在必行。

我國化肥減量須在高產穩產前提下進行，任何減肥措施水稻吸收的養分不會減少，因此在其他條件一致時化肥減量只能從培肥土壤和提高肥料利用率2條途徑入手。大量研究表明，新型化肥對提高化肥利用率有明顯促進作用[1-4]，推廣應用新型化肥是實現我國化肥施用零增長乃至減量的重要途徑之一，并被寫入2013年中央一號文件。按照肥料養分釋放特性分類，新型化肥分為三大類型，即緩釋肥、控釋肥和穩定性肥料[5]。我國新型化肥近10年發展較快，據不完全統計，截至 2015 年緩控釋肥產能達550萬t、穩定性肥料產能達330萬t。但與此同時，2015 年我國緩控釋肥消費量僅為 330萬t，穩定性肥料消費量也僅在 200 萬t左右，呈現供大于求局面[6]。其主要原因有：(1)我國新型化肥90%以上用于大田作物，應用新型化肥產生的低收益與肥料的高價位不匹配。(2)由于作物品種和土壤等條件的差異，新型化肥應用本身仍存在肥效不穩的問題，一些主要產品在推廣應用于主要作物如水稻時仍不能給予明確的技術規范，制約了新型化肥的發展。

江蘇單季粳稻施肥次數一般在3～5次之間，施肥頻繁、勞動強度大，如能實行新型化肥輕簡化應用，減少用量和施肥次數并行，將對新型化肥的推廣應用有較大幫助。本研究以江蘇單季粳稻為研究對象，選擇目前我國常見的幾種主要類型新型氮肥，同時在江蘇溧陽和姜堰開展田間試驗，比較不同類型新型氮肥的減量、減次施用效果，分析不同類型新型氮肥在江蘇單季粳稻區的適宜性，以期為新型氮肥的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

2016年6—10月同時在江蘇省溧陽市南渡鎮和泰州市姜堰區梁徐鎮開展2個水稻田間小區試驗。溧陽試驗土壤為太湖地區典型圩區酸性水稻土，土壤類型為青泥土，小區試驗土壤基本理化性狀：pH值為5.14，含有機質18.3 g/kg、堿解氮77.0 mg/kg、有效磷14.0 mg/kg、速效鉀128 mg/kg。大區試驗土壤基本理化性狀：pH值為5.20，含有機質 17.8 g/kg、堿解氮84 mg/kg、有效磷19.5 mg/kg、速效鉀 108.0 mg/kg。姜堰試驗土壤為長江三角洲平原中性水稻土，土壤類型為青泥土，基本理化性狀：pH值為7.08，含有機質20.5 g/kg、堿解氮 146.6 mg/kg、有效磷29.9 mg/kg、速效鉀89.5 mg/kg。

1.2 試驗肥料

選擇緩釋氮肥、控釋氮肥和穩定性氮肥為試驗肥料，以普通尿素為對照。其中，緩釋氮肥選擇脲甲醛和草酰胺2個品種，含氮量分別為38.0%和31.8%；控釋氮肥選擇含氮量37%的硫包衣尿素和含氮量44%的樹脂包膜尿素；穩定性氮肥選擇尿素+硝化抑制劑(DCD)；對照用氮肥為含氮量46.2%的普通尿素。氮肥習慣用量根據調查獲得，為 330 kg/hm2，推薦氮肥用量和運籌根據當地農業技術推廣部門的推薦確定，為270 kg/hm2。

1.3 試驗方案

水稻常規施肥為3次施肥(基肥-分蘗肥-拔節孕穗肥)，其中基肥施用的氮肥來源與處理內容一致，分蘗肥和拔節孕穗肥均為普通尿素。磷鉀肥一次基施，分別為P2O560 kg/hm2和K2O 6.4 kg/hm2，磷鉀肥品種分別為過磷酸鈣和氯化鉀。表1為不同類型氮肥的減量減次試驗方案，氮肥減量建立在習慣用量基礎上，溧陽和姜堰的新型氮肥試驗分別省略分蘗肥和拔節孕穗肥。

小區試驗面積均為30 m2(5 m×6 m)，4次重復，小區之間用塑料薄膜包埂隔離。溧陽小區試驗于7月2日人工移栽，移栽株行距13.3 cm×25 cm，品種為南粳51。姜堰小區試驗于6月18日人工移栽，株行距13.9 cm×25 cm，品種為南粳9108。除施肥外，病蟲草害防治和水分管理均一致。

表1 新型氮肥減量減次施用試驗方案

1.4 查苗和考種

于水稻分蘗末期(水稻起身前)，在每個小區選取長勢中等的連續5株，定點標記后查莖蘗總數和有效分蘗數(大于3.5張葉的分蘗)。收獲前將定點苗齊地割取，晾干后考察植株和子粒鮮質量、穗數、穗粒數和千粒質量。小區取樣后人工收獲實產。

1.5 數據處理

所有數據用Excel 2016處理和作圖，SPSS 13.0分析。選擇氮肥農學效率[7]和偏生產力[8]用于比較不同類型氮肥的肥料效率。

2 結果與分析

2.1 不同類型氮肥減量減次(分蘗肥)施用的效果比較(溧陽)

普通尿素習慣用量的基礎上減量18.2%，水稻僅減產1.8%，無統計差異。氮肥減量前提下減次施用新型氮肥(省略分蘗肥)，3種類型的新型氮肥均可使水稻保持穩產或增產。表2顯示，氮肥用量一致(270 kg/hm2)時，緩釋氮肥(脲甲醛和草酰胺)、控釋氮肥(硫包膜尿素和樹脂包膜尿素)、穩定性氮肥(普通尿素+DCD)和普通尿素處理的水稻籽粒產量均無顯著差異(P>0.05)，總體以緩釋氮肥的效果最好，增產2.2%～7.0%；穩定性氮肥次之，增產4.5%；控釋氮肥效果一般，增產-3.4%～1.1%。表明在溧陽酸性水稻土上，以草酰胺和添加硝化抑制劑尿素減量減次施用的效果最好。

水稻籽粒產量由有效穗數、穗粒數和千粒質量組成，分別形成于水稻生長前期(分蘗期)、中期(揚花期)和后期(灌漿期)，肥料養分協同供應才能獲得高產。本試驗條件下省略分蘗肥時，草酰胺和添加硝化抑制劑尿素處理的有效穗數、穗粒數和千粒質量均較高，表明其前中后期養分供應均表現較為充足；硫包膜尿素處理的有效穗數明顯較低，顯示其前期養分供應不足；樹脂包膜尿素的千粒質量顯著低于其他肥料，后期養分供應不足；脲甲醛處理的有效穗數和穗粒數均明顯低于其他處理，前中期養分供應均不足(表2)。

進一步分析顯示，除無氮處理外，本試驗條件下不同氮肥產量差異主要來源于千粒質量。如圖1所示， 水稻籽粒實產與千粒質量呈顯著正相關(df=26，r2=0.158 5，P<0.05)，與有效穗數(r2=0.009 1，P>0.05)和穗粒數(r2=0.052 8，P>0.05)均無相關。而與此同時，千粒質量又與穗粒數呈顯著負相關(r2=0.159，P<0.05)，與有效穗數(r2=0.048 5，P>0.05)無相關(圖2)。進一步表明，在溧陽酸性水稻土上省略分蘗肥時，不同類型氮肥的中后期養分協同供應能力對水稻產量形成更為重要，草酰胺和添加硝化抑制劑尿素處理在本試驗條件下的適宜性更好。

表2 不同類型氮肥減量減次施用的籽粒實產及產量組成(溧陽)

2.2 不同類型氮肥減量減次(拔節孕穗肥)施用的效果比較(姜堰)

普通尿素習慣用量的基礎上減量18.2%，水稻籽粒實產反而微增0.6%，無統計差異。氮肥減量前提下減次施用新型氮肥 (省略拔節孕穗肥)時，3種類型的新型氮肥的表現不盡相同。表3顯示，氮肥用量(270 kg/hm2)一致時，以穩定性氮肥(普通尿素+DCD)減次施用的水稻籽粒實產最高，比普通尿素處理增產3.5%；控釋氮肥(硫包膜尿素和樹脂包膜尿素)效果一般，比普通尿素推薦用量處理減產0～4.6%；緩釋氮肥(脲甲醛和草酰胺)效果較差，比普通尿素推薦用量處理減產2.9%～6.9%。表明在姜堰中性水稻土上，以添加硝化抑制劑尿素減量減次施用的效果最好。

從水稻籽粒產量組成來看，本試驗條件下，普通尿素添加DCD處理的有效穗數最高、穗粒數和千粒質量較高，表明其前中后期養分供應均表現較為充足；硫包膜尿素處理的有效穗數明顯較低，顯示前期養分供應不足；樹脂包膜尿素的穗粒數低于其他肥料，中期養分供應不足；草酰胺和脲甲醛處理的有效穗數、穗粒數和千粒質量均處于中等水平，全生育期養分供應均不足(表3)。

進一步分析顯示，除無氮處理外，不同氮肥產量差異主要來源于有效穗數。如圖3所示，水稻籽粒實產與有效穗數呈極顯著正相關(df=26，r2=0.402 8，P<0.01)，與穗粒數(r2=0.000 03，P>0.05)和千粒質量(r2=0.035 6，P>0.05)均不顯著相關。而與此同時，有效穗數又與分蘗末期有效分蘗數呈極顯著正相關(r2=0.338 5，P<0.01)，與穗粒數呈極顯著負相關(r2=0.445 5，P<0.01)(圖4)。進一步表明，對于姜堰中性水稻土，省略拔節孕穗肥時，不同類型氮肥的前中期養分協同供應能力對水稻產量的形成更為重要，添加硝化抑制劑尿素處理在本試驗條件下的適宜性更好。

表3 不同類型氮肥減量減次施用的籽粒實產及產量結構(姜堰)

2.3 不同類型氮肥減量減次施用的氮肥效率比較

氮肥農學效率是指單位施氮量所增加的作物籽粒產量，是肥料增產效應的普遍評價指標，氮肥偏生產力是指單位投入的肥料氮所能生產的作物籽粒產量，是針對我國肥料投入量大的適宜評價指標[8]。表4所示，與普通尿素習慣用量比較，減量18.2%的推薦施肥氮肥農學效率可提高11.2%～12.2%(P<0.05)，氮肥偏生產力提高19.9%～22.9% (P<0.05)。而在相同氮肥用量條件下，使用新型氮肥減次施用(省略拔節孕穗肥，溧陽)時，不同類型新型氮肥的農學效率和氮肥偏生產力都比普通尿素有所增加，其中以草酰胺表現最好，分別增加34.0% (P<0.05)和6.9% (P<0.05)，添加硝化抑制劑尿素次之，分別增加21.5% (P<0.05)和4.4% (P>0.05)；省略分蘗肥(姜堰)時，只有添加硝化抑制劑尿素和樹脂包膜尿素的農學效率比普通尿素有所增加，分別提高21.4% (P<0.05)和7.0% (P>0.05)，同時也僅有添加硝化抑制劑尿素的氮肥偏生產力比普通尿素有所增加，提高3.7%(P>0.05)，這一結果再次印證了前述分析(即在溧陽酸性水稻土上省略分蘗肥時，以草酰胺和添加硝化抑制劑尿素的減量減次效果較好；在姜堰中性水稻土上省略拔節孕穗肥時，以添加硝化抑制劑尿素的減量減次效果較好)。

表4 不同類型氮肥減量減次施用的氮肥效率

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著。

3 討論

緩釋氮肥、控釋氮肥和穩定性氮肥等新型氮肥在提高肥料效率上的作用已經得到普遍認可[9-10]，其對水稻增效、減量的效果也已被很多研究證實[1-4]。本研究結果也顯示，新型氮肥減量施用可在穩產增產前提下顯著提高其農學效率和偏生產力(表4)。但筆者認為僅憑“減量”和“增效(提高氮肥效率)”尚不足為新型肥料的推廣應用帶來關鍵助益，因為即使總施氮量減少60 kg/hm2(對江蘇水稻而言約相當于提高氮肥效率20%)，其減少的肥料成本也難以與新型氮肥的高價相匹配；而且對江蘇而言，許多地方的習慣施肥本身就過量了[11]，使用普通肥料、通過平衡施肥等推薦施肥手段也可以使肥料用量大幅減少、氮肥效率明顯增加[12-13]，本研究結果也表明，與普通尿素習慣用量比較，在水稻產量不減少情況下，普通尿素推薦用量也可減少肥料用量18.2%(表2和表3)，并可顯著提高其氮肥農學效率和偏生產力(表4)。

“增效”和“減量”并不能完全體現新型化肥的特性和優勢。新型氮肥或以其為主要原料生產的復合肥，其主要特性是肥料養分能長時間保持有效，一次施肥幾乎能在一般作物的全生育期內都有釋放；而與此同時，江蘇水稻種植除了氮肥施用量大的問題外，施肥次數多、勞動強度大與勞動力緊張的矛盾也很突出，因此只有減少施肥次數、甚至實行一次性施肥，在推廣新型氮肥時配套輕簡化技術，才能完全發揮新型化肥的獨特優勢，這既是水稻種植者們的需求，也是很多從事新型氮肥或相關業者的共同目標，近20年來也一直受到關注[14-16]。但由于肥料種類、土壤質地以及種植環境等多方因素的影響，有研究顯示一次施肥在部分地區會導致作物減產[17]，本研究結果也表明，在姜堰中性水稻土上實行水稻減次施肥時，除添加硝化抑制劑的穩定性氮肥和樹脂包膜尿素外，使用硫包膜尿素、脲甲醛和草酰胺均可導致水稻減產(表3)。而在溧陽酸性水稻土上的試驗結果則顯示，除樹脂包膜尿素外，其余4種新型氮肥均可保持水稻穩產或增產(表2)。在推廣水稻1次或減次施肥時，必須結合具體種植環境具體研究分析，這也可能是一些以新型氮肥為主要原料的復合肥不能明確減次施用并導致市場上迄今尚未出現針對水稻可以減次施用的大面積應用肥料產品的原因。

4 結論

本研究根據不同類型的5種新型氮肥在江蘇2種典型水稻土種植單季粳稻的表現，給出以下建議：(1)江蘇單季粳稻的習慣施氮用量本身較高，存在較大的“減量”空間。(2)以推薦用量為基礎，新型氮肥可以實現“減次”施用，但不同的新型氮肥在不同的種植環境中有不同的表現。(3)溧陽酸性水稻土上使用草酰胺和添加硝化抑制劑尿素省略分蘗肥、姜堰中性水稻土上使用添加硝化抑制劑尿素省略拔節孕穗肥，均可保證水稻生長的前期、中期、后期養分協調供應，使有效穗數、穗粒數和千粒質量都保持較高水平，產量比普通尿素提高3.5%～7.0%，氮肥效率也顯著提高。