緩釋尿素在雙季稻上的養分供應特征①

張 木，唐拴虎，黃巧義，易 瓊，黃 旭

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緩釋尿素在雙季稻上的養分供應特征①

張 木，唐拴虎*，黃巧義，易 瓊，黃 旭

(廣東省農業科學院農業資源與環境研究所/廣東省養分資源循環利用與耕地保育重點實驗室，廣州 510640)

采用雙季早晚稻的田間試驗，研究了養分釋放期為60 d和90 d的兩種不同緩釋尿素對整個生育期內水稻養分吸收的影響。結果表明：60 d型緩釋尿素一次性施用在早、晚稻上均達到了普通尿素分次施肥時的產量水平，而90 d型緩釋尿素一次性施用在早稻上效果好晚稻上效果欠佳。60 d和90 d型緩釋尿素一次性施用的優勢在于能使水稻有較高的有效穗數及穗粒數，整個生育期地上植株氮(灌漿期不含籽粒)含量也顯著高于普通尿素分次施肥、普通尿素一次施用及不施氮處理，而灌漿過程中籽粒、劍葉、倒二位及倒三位葉的氮含量及劍葉SPAD值(葉綠素相對含量)也均高于其他3個處理。兩種緩釋尿素均使水稻出現了不同程度的貪青狀況，其中以90 d型緩釋尿素貪青最為嚴重，60 d型緩釋尿素的養分釋放期對水稻較為適中而90天型緩釋尿素較長。

水稻；緩釋尿素；養分吸收動態；養分累積；產量

我國人均耕地面積為0.08 hm2，僅占世界人均耕地面積的1/3，人均耕地資源貧乏[1]。近30年我國人口快速增長，從而導致對農產品的需求量不斷增多，農產品價格上漲，在經濟利益的驅使下使得土地資源被高強度利用，因此許多農民盲目性地加大對肥料的投入，不但造成了環境污染而且還破壞了耕地質量[2]。隨著科學技術的進步，人們對肥料的功能有了新的認識，新型的高效肥料能同時滿足用地和養地相結合的要求，在不破壞耕地質量并提高土壤基礎肥力的基礎上減少對環境造成的污染[3]，同時還能結合運用相應的機械設備進行輕簡化施肥，如水稻種植過程中的施肥插秧一體化、小麥種植過程中種肥同播等。因此，為了保證我國現代農業的安全、高效和可持續發展，我們必需要認識到土壤肥料的重要作用和基礎地位，加大對新型高效肥料配方的科技創新研發力度、完善施肥技術體系、加強對新產品及新技術的試驗及示范推廣力度。

以往的研究大多集中于緩釋肥的長效性、環保性、養分釋放時間、高養分利用率等方面的研究[4-7]，本試驗以水稻為研究對象，通過在整個生育期內高密度的取樣來研究緩釋肥的養分供應特征與水稻養分需求狀況之間的關系，分析緩釋肥的養分釋放速率能不能滿足水稻在需肥量較大時期的養分需求，探討緩釋肥的養分釋放期與水稻生長期的吻合性，研究緩釋肥一次施用下的水稻生長發育規律，進而為減量化施肥以及肥料配方的改良提供理論上的指導和技術上的支撐。本研究在早稻及晚稻上開展，所選用的釋放期為60 d及90 d的緩釋尿素是經過長期試驗檢驗在養分釋放期及養分釋放速率上均相對比較穩定的肥料產品。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

試驗于2016年在廣東省臺山市都斛鎮萬畝高產示范片開展，采用雙季早晚稻田間試驗。早稻試驗于3月22日施肥，3月23日插秧，7月5日收獲；晚稻于8月18日施肥，8月19日插秧，11月15日收獲。早晚稻均為雜交水稻，早稻品種為“雜優”，晚稻品種為“泰豐優”，均采用秧田育苗后期移栽的方式進行。供試水稻土為黏壤土，土壤基本理化性質為：pH 4.93、有機質30.6 g/kg、堿解氮148.9 mg/kg、有效磷8.9 mg/kg、速效鉀145.0 mg/kg。通過對試驗土壤的前期施肥情況進行調察，選取土壤養分均勻且平整的田塊開展試驗，小區試驗的規格設置為每區27.5 m2，田脊高約30 cm，寬約20 cm，整個田脊表層用塑料薄膜進行覆蓋以免養分橫向遷移，各小區排灌水有獨立溝渠以避免養分徑流污染。

早晚稻試驗處理相同，均設5個處理：不施氮(CK)、普通尿素分次施用(SA(urea)：基肥50%，返青肥20%，穗肥30%)、普通尿素一次性施用(SBA(urea))、養分釋放期為60 d的緩釋尿素一次性施用(SBA (60D-urea))、養分釋放期為90 d的緩釋尿素一次性施用(SBA (90D-urea))，每個處理4次重復。60 d型緩釋尿素和90 d型緩釋尿素均為廣東天禾中加化肥有限公司所提供，都屬于樹脂包膜的緩釋肥料，其養分釋放期分別為60 d左右和90 d左右。除對照外，其他各處理施氮量均為N 150 kg/hm2；包含對照在內的所有處理磷、鉀量相同，分別為磷肥P2O555 kg/hm2、鉀肥K2O 130 kg/hm2，磷鉀全部作基肥施用，肥料分別為過磷酸鈣和氯化鉀。

采用拉繩定苗，小區橫向單行苗數10株，縱向單行苗數50株，早稻及晚稻插秧規格統一。在早稻及晚稻的整個生育期內，有專人負責田間排灌水管理、病蟲害防治管理，各環節均嚴格管控，確保試驗數據可靠有效。在水稻生育期內進行定時采樣，在水稻收獲后測定產量、產量構成等指標。對早稻指標進行重點分析，研究其生長變化規律，晚稻作為驗證試驗，僅做產量及產量構成要素的分析。

1.2 樣品采集及測定

早稻于2016年3月22日插秧，分別于4月11日、4月18日、4月25日、5月3日、5月10日、5月17日、5月24日、5月31日、6月7日、6月15日、6月21日、6月27日及7月5日采植株樣進行分析。為了避免過于頻繁采樣對后期測產造成不必要的影響，將小區分為采樣區和測產區。在移栽后至抽穗前采集整個地上部植株，在抽穗后至收獲前每次采集樣品兩套，其中一套去除稻穗部分僅保留植株部分，另外一套分為稻穗(含穗基)、劍葉、倒二位及倒三位葉共計3個部分。樣品處理時，先用自來水清洗干凈后，再用純水潤洗，而后105℃殺青30 min后降溫至65℃烘干至恒重，在測定干物質量后將樣品粉碎，測定氮、磷、鉀養分含量。植株氮、磷、鉀含量均采用硫酸-雙氧水進行消解，消解液中的氮采用凱氏定氮法、磷采用鉬黃比色法、鉀采用火焰光度法測定[8]。在灌漿期(6月7日、6月15日、6月21日、6月27日及7月5日)上午10:30—11:30，使用手持式葉綠素儀(SPAD-502Plus)，選取劍葉測定SPAD值(表示葉綠素相對含量)，每區測量8次。

1.3 數據處理

本試驗數據采用SPSS 12.0進行統計分析，各處理之間的多重比較采用LSD-test (<0.05)法；數據圖采用專業繪圖軟件Sigma plot進行繪制。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對早、晚稻產量及產量構成的影響

由表1可知，一次性施用釋放期為60 d及90 d的緩釋尿素處理，早、晚稻產量均達到了普通尿素分次施肥的產量水平，其中以60 d型緩釋尿素處理最高；普通尿素一次性施用處理早、晚稻的產量均顯著低于分次施肥處理。從產量構成要素上看出，60 d及90 d型緩釋尿素處理其有效穗數和穗粒數占優勢，但90 d型緩釋尿素處理千粒重偏低。普通尿素一次性施用處理，特別是早稻有效穗數和穗粒數偏低。

表1 不同施肥處理早、晚稻的產量及產量構成

注：同列不同小寫字母表示同一水稻不同施肥處理間差異顯著(<0.05)。

2.2 不同施肥處理對早稻地上部生物量及灌漿期籽粒重量動態變化的影響

如圖1所示，水稻地上部干物質量(灌漿期不含稻穗)隨生育期的延長而顯著增加，在移栽后80 d地上部生物量顯著降低，在灌漿期則保持相對穩定；在水稻生育期的中后期，90 d型及60 d型緩釋尿素處理，生物量要高于普通尿素分次施肥處理和普通尿素一次施用處理及不施氮處理。在灌漿過程中，各處理籽粒干物質累積量均在顯著增加，在灌漿末期兩種不同釋放期的緩釋尿素處理與普通尿素分次施肥處理之間差別不大，但均高于普通尿素一次施用處理和不施氮處理。

圖1 不同施肥處理對早稻地上植株(灌漿期不含籽粒)及稻穗(穗基+籽粒)干物質累積量的影響

2.3 不同施肥處理對早稻植株及籽粒氮含量及累積量動態變化的影響

如圖2所示，在整個生育期內水稻植株地上部(灌漿期不含稻穗)氮含量呈現出不斷降低的趨勢，而90 d型和60 d型緩釋尿素處理高于普通尿素分次施肥處理、普通尿素一次施用處理及不施氮處理。在整個生育期內水稻地上部氮累積量呈現出先增加而后降低的趨勢，90 d型和60 d型緩釋尿素處理地上部氮累積量高于普通尿素分次施肥處理和普通尿素一次施用處理；普通尿素分次施肥處理水稻生長后期地上部氮累積量雖然略高于普通尿素一次性施用處理，但幅度不大。在灌漿期(圖3)，稻穗中氮含量呈現出“W”形波動上升的趨勢；各處理之間，稻穗中氮含量以90 d型和60 d型緩釋尿素處理較高，其中90 d型緩釋尿素處理最高，均高于普通尿素分次施肥處理、普通尿素一次施用處理和不施氮處理。隨著灌漿期的延長，稻穗氮累積量顯著上升，而各處理之間的差異特征與各處理稻穗氮含量的差異特征基本相似。

2.4 不同施肥處理對早稻灌漿期劍葉、倒二位及倒三位葉片氮含量的影響

如圖4所示，在灌漿過程中水稻主要功能葉如劍葉、倒二位葉及倒三位葉中氮含量均呈現出不斷降低的趨勢。90 d型緩釋尿素處理其劍葉、倒二位葉及倒三位葉的氮含量均高于60 d型緩釋尿素處理，而60 d型緩釋尿素處理又高于普通尿素分次施肥處理及普通尿素一次性施用處理；普通尿素分次施肥處理與普通尿素一次施用處理在上述主要功能葉氮含量方面差別不大。

圖2 不同施肥處理對早稻植株地上部(灌漿期不含籽粒)氮含量及累積量的影響

圖3 不同施肥處理對灌漿期早稻稻穗(含穗基)氮含量及累積量的影響

圖4 不同施肥處理對灌漿期早稻劍葉、倒二位及倒三位葉氮含量的影響

2.5 不同施肥處理對早稻整個生育期內磷、鉀含量變化動態的影響

如圖5所示，在整個生育期內水稻植株地上部(灌漿期不含稻穗)磷、鉀含量均呈現出不斷降低的趨勢，但是各施肥處理之間差別不大。如圖6所示，在水稻移栽后75 d的灌漿初期各處理劍葉磷含量差異不大，但是隨著灌漿期的延長，90 d型及60 d型緩釋尿素處理劍葉磷含量高于普通尿素分次施肥處理、普通尿素一次施用處理及不施氮處理的幅度不斷增大，在灌漿末期又逐漸縮?。辉谡麄€灌漿期90 d型及60 d型緩釋尿素處理劍葉鉀含量始終略高于其他處理。如圖7所示，在灌漿過程中，稻穗磷含量呈現出“W”形波動性上升，而鉀含量則呈現出不斷降低的趨勢；各處理之間稻穗磷、鉀含量沒有顯著差異。

2.6 不同施肥處理對早稻灌漿期葉綠素含量變化動態的影響

如圖8所示，在整個灌漿過程中，劍葉SPAD值呈現出不斷降低的趨勢，在灌漿中后期最為明顯，而且灌漿后期90 d型緩釋尿素處理、60 d型緩釋尿素處理、普通尿素分次施肥處理、普通尿素一次施用處理及不施氮處理劍葉SPAD值的差距在不斷增大，在收獲前的灌漿末期差距最大，其高低順序分別為90 d型緩釋尿素處理＞60 d型緩釋尿素處理＞普通尿素分次施肥處理＞普通尿素一次施用處理＞不施氮處理。

圖5 不同施肥處理對早稻地上部(不含籽粒)磷、鉀含量的影響

圖6 不同施肥處理對早稻劍葉磷、鉀含量的影響

圖7 不同施肥處理對早稻灌漿期稻穗磷、鉀含量的影響

2.7 不同施肥處理對早稻土壤銨態氮含量變化的影響

如表2所示，在水稻移栽后18 d時，土壤中銨態氮含量的高低順序為：普通尿素一次施用處理＞60 d型緩釋尿素＞普通尿素分次施肥處理＞90 d型緩釋尿素處理＞不施氮處理，在移栽25 d時的高低順序為：普通尿素一次施用處理＞90 d型緩釋尿素處理＞60 d型緩釋尿素處理＞普通尿素分次施肥處理＞不施氮處理，而移栽后40 d及76 d時土壤中銨態氮含量均以90 d型緩釋尿素處理最高，而60 d型緩釋尿素處理次之。

3 討論

緩釋肥料在多種作物上均可以達到一次施用以滿足整個生育期內作物對養分的需求[9-11]，而且本研究也證實在水稻上施用新型緩釋肥料可以達到穩產增產的效果，可以替代傳統的分次施肥。60 d型及90 d型緩釋尿素一次施用，早稻產量均達到了普通尿素分次施用的水平，并顯著地高于普通尿素一次性施用及不施氮處理，但在晚稻上90 d型緩釋尿素處理水稻產量低于普通尿素分次施肥處理但差異不顯著。從產量構成要素上分析，兩種緩釋尿素的處理其有效穗數、穗粒數占絕對優勢，而千粒重則相對偏低，尤其是90 d型緩釋尿素處理。緩釋尿素養分釋放速率與水稻氮肥需求規律的匹配性，是決定該種緩釋肥料是否適合施用的重要因素，緩釋肥料的養分釋放期過長、養分釋放速率過慢，很可能會導致前期養分供應不足而后期養分供應過量。在本研究中，兩種緩釋尿素處理的水稻均獲得了較高的有效穗數和穗粒數，有效穗數形成于分蘗期而穗粒數形成于幼穗分化期[12-13]，由此說明60 d型及90 d型緩釋尿素在水稻生長前期的分蘗期及幼穗分化期養分供應較為充足。從產量上看，緩釋尿素可以用于一次性施肥，普通尿素則更適宜分次施用，而60 d的養分釋放期已經可以滿足水稻的養分需求。從植株生物量的變化上來看，兩種緩釋尿素的處理其植株生物量均高于普通尿素分次施肥處理及不施氮處理，其中以90 d型緩釋尿素處理最高，但是灌漿末期兩種緩釋尿素的處理穗干重與普通尿素分次施肥處理差別不大，最終產量差別也不大。植株生物量的變化表明，兩種緩釋尿素處理在整個生育期內養分供應均較為充足，促進植株生物量的大幅增加，水稻營養生長過于旺盛，這與王斌等[14]在雙季稻上的報導較為相似。

表2 不同施肥處理對早稻土壤銨態氮含量的影響(mg/kg )

注：同列不同小寫字母表示不同施肥處理間差異顯著(<0.05)；普通尿素分次施肥處理(SA(urea))的最后一次追肥時間是移栽后第40天。

緩釋肥料與普通速效肥料相比，肥料養分在土壤中保持較高有效性的時間更長，能大幅減少肥料的損失，提高養分利用效率[15-17]。本研究中，兩種緩釋尿素處理均能使土壤中保持較高的銨態氮含量，其中以90 d型緩釋尿素的處理保持時間最長。移栽后18 d土壤中銨態氮含量高低順序依次為普通尿素一次施用、60 d型緩釋尿素、普通尿素分次施肥、90 d型緩釋尿素及不施氮處理，原因則可能是普通尿素一次性施用處理的速效養分全部釋放，60 d型緩釋尿素處理相對于90 d型緩釋尿素處理養分釋放速率稍快，普通尿素分次施肥處理尚缺一次追肥居于兩種緩釋肥處理之間。雖然這個時期緩釋尿素處理養分還沒有過多地釋放出來，但是該時期水稻對養分的需求量不高，可以滿足水稻的正常生長。移栽后25 d，緩釋尿素處理土壤中銨態氮含量優勢開始顯現，而該時期正是分蘗盛期，需肥量較大，兩種緩釋尿素的養分釋放開始增加正好符合了水稻的養分需求，也是緩釋尿素處理能保持較高有效穗數的重要原因。而且，緩釋尿素處理在水稻生長中后期能繼續維持土壤養分的高效性，能全程滿足水稻對氮素的需求。從植株地上部(灌漿期不含籽粒)氮含量的變化來看，水稻植株地上部氮含量在整個生育期內呈現出不斷降低的趨勢，可能是營養生長期稀釋作用及灌漿期養分遷移共同作用的結果，而生長后期植株氮累積量下降則可能是向籽粒大量轉移所致[18-19]，盡管在總體降低的趨勢下兩種緩釋尿素處理植株氮含量及累積量仍然顯著高于其他處理。因此，無論是從土壤分含量還是植株養分累積量上看，90 d型緩釋尿素并沒有因為養分釋放期長、養分釋放速率慢而使水稻在需肥量較大的生長時期出現養分供應不足的狀況，而60 d型緩釋尿素也沒有因為養分釋放期短而使水稻生長后期出現脫肥的狀況。

水稻產量的形成需要大量碳水化合物及礦質養分，研究表明劍葉、倒二位及倒三位葉的光合產物貢獻遠高于50%，因此主要功能葉的生理狀態與水稻產量形成息息相關[20-22]。灌漿過程中，劍葉、倒二位及倒三位葉片氮含量均在不斷下降，與此同時籽粒中氮含量則波動性上升，說明在灌漿過程中碳水化合物遷移的同時還伴隨著礦質養分的遷移，而籽粒中養分的波動性變化則是由于灌漿速率變化產生的稀釋作用改變而引起的。灌漿過程中磷、鉀的遷移也呈現出相類似的特征，功能葉磷、鉀含量在不斷降低，籽粒中磷含量呈波動性上升，而籽粒中鉀含量受稀釋效應影響較大，呈不斷降低的趨勢。灌漿前期，兩種緩釋尿素處理劍葉、倒二位及倒三位葉氮、磷、鉀含量顯著高于普通尿素分次施肥、普通尿素一次施用及不施氮處理；灌漿后期，隨著大量養分向籽粒中遷移，各處理水稻的劍葉、倒二位及倒三位葉在養分含量上的差距逐漸縮小，這是水稻正常生長發育規律所致。灌漿過程中功能葉保持適當的養分含量有利于礦質養分向籽粒遷移，但是過高的養分含量則可能會導致水稻出現貪青的狀況[23]。氮肥用量與SPAD值呈正相關[24]，從灌漿過程中劍葉SPAD值的變化上可以看出灌漿末期90 d及60 d型緩釋尿素處理仍然保持較高的葉綠素含量，其中90 d型緩釋尿素處理最高，表明90 d型緩釋尿素處理與普通尿素分次施肥處理相比出現了氮素過量的問題，可以降低用量。李云春等[25]研究表明，緩釋尿素處理即使減量25% 氮時，與普通尿素處理相比也還能使水稻增產2.6% ~ 2.9%。本研究中緩釋尿素處理千粒重略低于普通尿素分次施肥處理，可能與緩釋肥充足的供氮所導致的貪青有關，但是緩釋尿素處理在整個生育期內養分供應充足，在分蘗期保證了足夠的有效穗數，在幼穗分化期保證了充足的穗粒數，最終也達到了普通尿素分次施肥處理的產量水平，而且先前也有研究表明緩釋肥對提高水稻有效穗數及穗粒數作用尤為顯著[26-27]。水稻植株生物量顯示，緩釋尿素處理應該還有增產的潛能，只是這部分潛能較多地用于了營養生長，過多地增加了植株生物量，而營養生長過旺還可能會造成水稻下部蔭蔽、通風不好、病害易發及倒伏的發生。在農業生產中，可以采用普通速效尿素與緩釋尿素進行配合施用，降低過旺的營養生長，在生育后期達到緩解貪青而提高千粒重的目的。同時，源于緩釋尿素的成本較高，因此與普通尿素配合施用還可以有效地降低肥料施用成本。

4 結論

本研究表明，90 d型和60 d型緩釋尿素處理其養分釋放特征與水稻需肥規律較為匹配，能夠滿足水稻生長前期、中期和后期的養分需求，但后期均有不同程度的過氮效應。兩種緩釋尿素處理，其產量均達到了普通尿素分次施肥處理的產量水平，在早、晚稻產量上的表現效果以60 d型緩釋尿素處理較好。兩種緩釋尿素處理水稻營養生長過于旺盛、植株生物量過高、貪青明顯，其中以90 d型緩釋尿素處理最為突出。因此，緩釋尿素要有適當的養分釋放期，而60 d的養分釋放期更適用于水稻一次性施肥。

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Study on Nutrient Supply Characteristics of Slow-release Urea in Double-cropping Rice

ZHANG Mu, TANG Shuanhu*, HUANG Qiaoyi, YI Qiong, HUANG Xu

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Guangdong Academy of Agricultural Sciences / Guangdong Key Laboratory of Nutrient Cycling and Farmland Conservation, Guangzhou 510640, China)

The effects of controlled-release urea on nutrient absorption were studied in whole growth period of rice. The results showed that the 60-day slow-release urea treatment obtained the highest yields of the early and late rice. The 90-day slow-release urea treatment got the same yield level as the 60-day slow-release urea treatment in early rice, but significant lower yield of late rice than the 60-day slow-release urea treatment. Compared with urea split application, single basal application of the 60-day or 90-day slow-release urea got more effective panicles and grains per ear. Throughout the growth period of rice, N contents in shoots (not included grains in the filling stage) treated with the 90-day and 60-day slow-release urea were both significantly higher than those of the other three treatments (urea split application, ordinary urea single application and no N application). During the filling stage, N contents in grains, the flag leaves, penultimate and third leaves, and SPAD values of flag leaves were all also significantly increased by application of the 90-day and 60-day slow-release urea compared with the other three treatments. However, the two kinds of slow release urea treatments resulted in unfavorable-delayed senescence of rice in different degrees, particularly in 90-day slow-release of slow-release urea.The nutrient release period of 60-day slow-release urea was more appropriate for rice growth than 90-day type one.

Rice; Slow-release urea; Nutrient uptake dynamics; Nutrient accumulation; Yield

公益性行業(農業)科研專項(201303103；201503123)和廣東省科技計劃項目 (2012A020100004；2014B090904068)資助。

(1006339502@qq.com)

張木(1984—)，男，河南信陽人，博士，副研究員，主要從事水稻營養與施肥研究。E-mail：muzhang1123@126.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.04.002

S145.5

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