緩釋氮肥一次性施肥對單季稻氮素吸收和產量的影響

王強，姜麗娜，潘建清，李建強，馬軍偉，葉靜，鄒平

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緩釋氮肥一次性施肥對單季稻氮素吸收和產量的影響

王強1，姜麗娜1，潘建清2，李建強3，馬軍偉1，葉靜1，鄒平1

（1浙江省農業科學院環境資源與土壤肥料研究所，杭州 310021；2浙江省長興縣農業局，浙江長興 313100；3浙江省平湖市農經局，浙江平湖 314200 )

【目的】研究不同類型緩釋氮肥一次性施肥的單季稻氮肥減施和穩產效應，篩選適宜于單季稻一次性施肥的緩釋氮肥類型。【方法】2013—2016年在浙江省長興縣林城鎮、太湖新城和金華市蔣堂鎮分別布置11個緩釋氮肥一次性施肥田間小區試驗，比較樹脂包膜尿素（RCU）、聚氨酯包膜尿素（PCU）和穩定性肥料（NIU）等緩釋氮肥一次性施肥處理（氮肥用量225 kg·hm-2）與常規分次施肥處理（尿素Urea，種植大戶常規施肥，270 kg·hm-2）在單季稻產量、土壤氮素供應特征和水稻氮素吸收特征、氮肥利用率等方面的差異。【結果】（1）多點試驗匯總結果表明不施氮肥處理（N0）的水稻產量為Urea處理的83.9%，3個試驗點Urea處理的平均氮肥利用率為19.2%—20.1%。3種緩釋氮肥一次性施肥處理單季稻平均產量與Urea處理間沒有顯著差異。（2）RCU和PCU處理在林城和太湖新城試驗中地上部氮含量、氮素吸收量與Urea處理間沒有顯著差異，NIU處理在太湖新城試驗中地上部氮含量著低于Urea處理。金華試驗點秈粳雜交稻品種試驗中3種緩釋氮肥處理稻谷中氮含量都明顯下降。（3）RCU處理單季稻平均產量顯著高于PCU和NIU處理，多點試驗中產量變異系數較小，水稻生長后期土壤銨態氮含量和植株氮素吸收強度都高于Urea處理，氮肥利用率比Urea處理提高了2.8—9.0個百分點。【結論】基于現階段土壤基礎肥力和常規施肥量，采用RCU、PCU或NIU一次性基施，氮肥用量比現階段常規施肥量減少16.7%時，可以滿足單季稻一次性施肥要求。

緩釋氮肥；一次性施肥；單季稻；氮素吸收；氮肥利用率

0 引言

【研究意義】隨著土地集中流轉和水稻規模化種植模式的發展，水稻產量和用工成本成為重要的水稻種植效益衡量指標。水稻種植大戶在實際生產中普遍存在多施肥、減少施肥次數的現象，導致我國水稻生產中氮肥用量居高不下，不但影響氮肥的利用率[1-2]，而且加劇了溫室效應、水體富營養化等環境問題[3-5]。分次施肥、氮肥后移等施肥措施能有效提高養分利用率[6-8]，但分次施肥中追肥通常撒施于土壤表層，易造成養分徑流和揮發損失。另一方面，水稻種植大戶降低施肥成本的實際需求，對于輕簡化的水稻施肥模式也提出了更高的要求。因此，基于水稻穩產、氮肥減施前提下的一次性施肥技術研究具有重要的現實意義和推廣前景。【前人研究進展】緩釋氮肥合理施用是水稻一次性施肥技術的關鍵。針對緩釋氮肥一次性施肥的研究表明，在適宜緩釋氮肥支撐下，一次性施肥能促進水稻根系發育，增強水稻生長后期凈光合速率[9-10]，而且比常規分次施肥平均增產8.22%[11]。我國在緩釋氮肥品種篩選、緩釋氮肥合理施用技術等方面已經開展了廣泛的研究[12-14]，但由于不同類型的緩釋氮肥養分釋放機理和影響因素不同，導致前人關于緩釋氮肥施用效果的研究結果存在一定的差異。李玥等[15]研究表明樹脂包膜尿素能促進水稻干物質的積累，而硫包膜尿素和穩定性肥料對于水稻干物質積累和增產的效果不明顯。胡春花等[16]的研究則表明樹脂尿素在水稻生長后期有貪青和倒伏現象，而脲甲醛和水溶性聚合物包膜尿素養分釋放與水稻養分吸收間具有較好的吻合度。水稻品種養分吸收特性、生育期以及土壤保肥能力等因素也是影響緩釋氮肥應用效果的重要原因。早稻和晚稻適宜于不同的緩釋氮肥品種[17]，緩釋氮肥在黏土上的施用效果要優于沙土[18]。魏海燕等[19]研究表明緩釋氮肥對甬優2640無增產效應，在南粳9108上則比常規分次施肥處理增產5.2%—5.9%。【本研究切入點】緩釋氮肥一次性施肥技術受到緩釋氮肥類型、水稻品種、土壤類型等因素的影響，而水稻生長后期土壤氮素供應量和植株氮素吸收量是評估緩釋氮肥一次性施肥效果的關鍵。目前的研究主要基于單個田間小區試驗，難以綜合評估緩釋氮肥類型在一次性施肥中的穩產效應，限制了一次性施肥技術中緩釋氮肥的選擇和技術的推廣。【擬解決的關鍵問題】本文通過不同試驗地點、多年多點田間試驗匯總分析，比較不同類型緩釋氮肥一次性施肥對單季稻氮素吸收和產量的影響，擬為單季稻一次性施肥中緩釋氮肥的選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試緩釋氮肥品種包括穩定性肥料（NIU），由廣東省農業科學院提供，N、P2O5、K2O含量分別為23%、7%和20%，肥料中所有氮肥均添加硝化抑制劑；樹脂包膜尿素（RCU），由金正大公司提供包膜尿素母粒，氮含量45.1%；聚氨酯包膜尿素（PCU），由美國加陽公司提供包膜尿素母粒，氮含量44.1%。試驗中使用的普通尿素、過磷酸鈣和氯化鉀都采用市售產品。

3個試驗點中長興林城和太湖新城試驗點水稻品種為常規晚粳稻，其中林城試驗點2013年品種為秀水519，2014年和2015年試驗為秀水33，2016年試驗為秀水06；長興太湖新城試驗點2013年、2014年、2015年和2016年供試品種分別為秀水33、秀水03、嘉33和嘉67；金華蔣堂試驗點水稻品種為秈粳雜交稻，2014—2016年試驗品種都為甬優9號。

1.2 試驗設計

2013—2016年在浙江省長興縣林城鎮、太湖新城和浙江省金華市蔣堂鎮共布置11個試驗點。每個試驗點設5個處理：①不施氮肥（N0）；②普通尿素分次施肥（Urea），氮肥用量270 kg?hm-2，參照區域種植大戶的常規施肥量；③穩定性肥料一次性施肥（NIU），氮肥用量225 kg?hm-2，氮肥全部用添加硝化抑制劑的尿素；④樹脂包膜尿素一次性施肥（RCU），氮肥用量225 kg?hm-2，60%樹脂包膜尿素配施40%普通尿素；⑤聚氨酯包膜尿素一次性施肥（PCU），氮肥用量225 kg?hm-2，60%聚氨酯包膜尿素配施40%普通尿素。Urea處理氮肥按50%基肥、30%分蘗肥、20%孕穗肥分次施用，一次性施肥各處理氮肥都在單季稻移栽前一次性基施。各處理磷（P2O5）和鉀（K2O）用量分別為60 kg?hm-2和90 kg?hm-2，磷肥用過磷酸鈣，鉀肥用氯化鉀，都在單季稻移栽前一次性基施。試驗重復3次，小區面積30 m2，田間按隨機區組排列。各試驗點供試土壤特性見表1。

1.3 測定項目與方法

分別在單季稻收獲期采稻草和稻谷樣，每個小區隨機取3株混合。樣品經105℃殺青15 min后，在75℃烘干至恒重。稻草和稻谷分別稱重并測定氮含量。分別在水稻移栽后2、6、10、20、30、43、55、75、100和121 d采土壤鮮樣，測定土壤銨態氮。土壤 和植株測定參考《土壤農化分析方法》[20]。

氮肥表觀利用率[21]=（施氮處理氮吸收量-不施氮處理氮吸收量）/氮肥施用量。

氮吸收量為稻谷氮吸收量和稻草氮吸收量的總和。稻谷氮吸收量=稻谷氮含量×稻谷產量，稻谷產量為每小區實測產量；稻草氮吸收量=稻草氮含量×稻谷產量×草/谷，每個處理草/谷的比值根據養分分析植株樣品稻草和稻谷重量計算，取次個重復的平均值。

1.4 數據處理與分析

用Excel 2010軟件對試驗數據進行基礎整理；太湖新城、林城和金華等試驗點分別布置了3—4個試驗，分試驗點統計時將單個試驗的單季稻產量、植株氮含量、氮素吸收量等指標作為重復，用SPSS 18.0進行單因素方差分析，多重比較采用Duncan新復極差法，顯著性水平＜0.05。采用Excel 2010作圖。

2 結果

2.1 一次性施肥對單季稻產量的影響

多點試驗中緩釋氮肥一次性施用對單季稻產量的影響見表2。N0處理單季稻平均產量為Urea處理的83.9%，表明土壤具有較好的基礎地力，為單季稻一次性施肥提供了有利條件。3種緩釋氮肥一次性施肥處理單季稻平均產量與Urea處理間沒有顯著性差異，但RCU處理單季稻產量有增加的趨勢，而且明顯高于NIU和PCU處理。

表1 試驗點土壤特性

表2 一次性施肥對單季稻產量的影響

同行不同小寫字母表示不同施肥處理間達到差異性差異（＜0.05），2013年度試驗數量為2，未做顯著性分析。S表示試驗地點，Y表示試驗年度，T表示試驗處理。下同

Different small letters at the same line reached significant difference among treatments (＜0.05). The experiment number in 2013 was 2, and no significant analysis was done. S represents experiment sites, Y represents experiment years, and T represents treatments. The same as below

由于多點試驗包含了不同試驗點和不同試驗年度的結果，為更好的評估緩釋氮肥一次性施肥處理的穩產效應，分別將單季稻產量按試驗點和試驗年度進行分類匯總，結果見表2。分試驗點匯總結果中除了太湖新城試驗點RCU處理單季稻平均產量顯著高于NIU和PCU處理外，3種緩釋肥一次性施肥處理與Urea處理間單季稻產量都沒有顯著差異。分年度匯總結果中2014年度Urea處理單季稻平均產量顯著低于一次性施肥處理，2015年度不同施肥處理間單季稻產量則沒有顯著差異。RCU處理單季稻產量變異系數在分試驗點和分年度統計中都呈小于NIU和PCU處理的趨勢，表現出較好的穩產效應。多因素方差分析結果表明，單季稻產量除了受到施肥處理的影響外，不同試驗點和不同試驗年份間也有顯著差異，可能是受到區域土壤類型、基礎肥力和年度間氣候差異的影響。

多點田間試驗結果表明3種緩釋氮肥一次性施肥處理在不同土壤類型、水稻品種和試驗年度間都表現出良好的穩產趨勢。NIU、RCU和PCU等緩釋氮肥一次性施肥處理氮肥施用量為225 kg?hm-2，比Urea處理的大戶常規氮肥施用量減少了16.7%，因此，緩釋氮肥一次性施肥還具有明顯的氮肥減施效應。

2.2 一次性施肥對單季稻地上部氮含量的影響

收獲期地上部氮含量見圖1。NIU處理降低了收獲期地上部氮含量，太湖新城和金華試驗點中稻草和稻谷氮含量都顯著低于Urea處理。RCU和PCU處理在3個試驗點中稻草氮含量與Urea處理間沒有顯著差異，但金華試驗點中稻谷氮含量卻顯著低于Urea處理。由圖1可見，與太湖新城、林城試驗點不同，金華試驗點中3種緩釋氮肥處理稻谷氮含量都顯著下降，可能是由于采用秈粳雜交稻品種，生育期較長，影響了水稻生長后期植株體內氮素的轉運。

圖1 一次性施肥對地上部氮含量的影響

2.3 一次性施肥對單季稻氮素吸收量的影響

緩釋氮肥一次性施用對單季稻氮素吸收量的影響見圖2。NIU處理在3個試驗點的平均氮素吸收量有下降的趨勢，但與Urea處理間統計上差異不顯著。RCU和PCU處理沒有影響單季稻的氮素吸收量，3個試驗點單季稻氮素吸收量都與Urea處理持平或略增加，其中RCU處理太湖新城試驗點氮素平均吸收量顯著高于Urea處理，PCU處理在金華試驗中氮素吸收量也高于Urea處理。

圖2 一次性施肥對單季稻氮素吸收量的影響

2.4 一次性施肥對氮肥利用效率的影響

一次性施肥對單季稻氮肥利用率的影響見圖3。3個試驗點中Urea處理平均氮肥利用率都比較低，分別為19.2%、19.9%和20.1%。由于Urea處理氮肥用量參照水稻種植大戶的常規施氮量，表明現階段水稻氮肥施用量偏高，有較大的減氮空間。NIU處理由于植株氮吸收的減少，在金華試驗點中平均氮肥利用率顯著低于Urea處理，RCU處理在3個試驗點中氮肥平均利用率比Urea處理提高了2.8—9.0個百分點，其中太湖新城和林城試驗點氮肥平均利用率與Urea處理間差異達到顯著水平。PCU處理在3個試驗點氮素平均利用率與Urea處理間差異則不顯著。

圖3 一次性施肥對氮肥表觀利用率的影響

2.5 一次性施肥土壤氮素供應特征和植株氮素吸收特征

選擇Urea、RCU和PCU處理在水稻生育期分期采樣測定土壤銨態氮（圖4），結果表明，緩釋氮肥對土壤銨態氮含量有明顯影響。Urea處理由于分蘗肥和穗肥的施用，在移栽后20 d和55 d土壤銨態氮明顯增加，55 d以后土壤銨態氮含量逐漸下降。RCU和PCU處理在單季稻移栽20 d時土壤銨態氮含量明顯高于常規分次施肥處理，75 d時土壤銨態氮含量出現峰值，其中RCU處理土壤銨態氮含量顯著高于Urea處理。由于75 d左右時正處于浙江省單季稻栽培的孕穗期，充足的氮素供應是產量形成的關鍵，因此，緩釋氮肥一次性施肥處理后期氮素供應強度是保證單季稻穩產的關鍵。單季稻養分吸收強度曲線也表現出類似的趨勢（圖5）。RCU處理在移栽后75 d時，水稻氮素吸收強度顯著高于Urea處理。

相同取樣時間不同小寫字母表示處理間達到差異性差異（P＜0.05）。下同

圖5 一次性施肥對單季稻氮素吸收強度的影響

3 討論

3.1 緩釋氮肥一次性施肥的氮肥減施和穩產效應

本文匯總了不同土壤類型、水稻品種和試驗年度的多點田間小區試驗，結果表明當氮肥用量從常規分次施肥（Urea）的270 kg·hm-2減至緩釋肥一次性施肥的225 kg·hm-2時，樹脂包膜尿素（RCU）、聚氨酯包膜尿素（PCU）和穩定性肥料（NIU）等緩釋氮肥一次性施肥處理單季稻產量與尿素分次施肥處理間都沒有顯著性差異，緩釋氮肥一次性施肥表現出良好的氮肥減施和穩產效應。試驗中不施氮處理（N0）的單季稻平均產量達到了尿素分次施肥處理（Urea）的83.9%，表明土壤基礎地力在單季稻生產中具有較高的產量貢獻率，是保證一次性施肥穩產效應的重要因素。試驗中各試驗點尿素分次施肥（Urea）處理的平均氮肥利用率僅為19.2%—20.1%，遠低于前人的研究結果[22]，表明本試驗中代表大戶常規施肥的Urea處理中270 kg·hm-2的氮肥施用量遠高于現階段單季稻生產的適宜施肥量。當土壤基礎地力較高、氮肥施用量超出單季稻養分需要量時，氮肥的運籌比例將失去意義，因為不同運籌比例下水稻分期施氮量可能都已經滿足了水稻的養分需求。因此緩釋氮肥一次性施肥處理的氮肥減施效應除了緩釋肥品種的影響外，也有現階段常規施肥量過高的因素。當大戶常規施肥量隨著施肥技術的更新而下降時，一次性施肥技術的減肥效應可能將有所下降，并且對于緩釋氮肥的養分釋放提出更高的要求。我國對于水稻合理施肥技術開展了廣泛的研究[23-24]，但在規模化種植趨勢下，基于分次施肥的水稻施肥技術在推廣上受到一定的限制，而種植大戶對于降低人工成本和水稻輕簡化施肥技術的需求使緩釋氮肥一次性施肥技術在推廣中具有一定的優勢。因此，緩釋氮肥一次性施肥技術仍然是現階段一種有效的水稻化肥減施技術。

3.2 緩釋氮肥一次性施肥的穩產機制

由于多點試驗中單季稻產量和養分吸收量受到緩釋氮肥類型、試驗地點和試驗年度等因素的影響（表2），不同緩釋氮肥單季稻產量在統計上沒有顯著性差異，但氮素吸收量和土壤銨態氮動態變化仍然反映出不同緩釋氮肥間的效果差異。樹脂包膜尿素（RCU）處理在不同年度、不同試驗點中，單季稻產量變異較小，多點試驗平均產量顯著高于NIU和PCU處理，穩產效應比較穩定。袁嫚嫚等[25]研究表明樹脂包膜尿素與常規尿素按7﹕3一次性基施比常規尿素基追分次施用增產7.5%。類似地，劉益曦等[26]的研究也表明應用樹脂包膜尿素水稻產量明顯高于普通尿素處理，本文研究結果與前人的研究結果基本一致。PCU處理多點試驗中單季稻平均產量與Urea處理間差異不顯著，也沒有降低收獲期地上部氮含量和氮素吸收量，但多點試驗間單季稻產量變異系數大于RCU處理，表明PCU處理的穩產效應受到土壤類型和水稻品種的影響較大。洪臘寶[27]的研究表明，70%聚氨酯包膜尿素配施30%尿素一次性施用，可比常規多次施肥增產7.4%，增產效果優于本文研究結果，可能和土壤基礎地力、氮肥施用量等不同有關。NIU處理雖然多點試驗平均產量與Urea處理間沒有顯著差異，但產量變異系數較大，在太湖新城和金華試驗點中稻草和稻谷氮含量都顯著低于Urea處理，氮素吸收量和氮肥利用率也明顯低于尿素分次施肥處理，表明穩定性肥料的穩產效應較差，在土壤保肥性能較低和水稻生育期較長等情況下可能會導致減產風險。張木等[28]的研究也表明在粘性土壤上穩定性肥料一次性施用與普通尿素分期施用平產，但在較砂性的土壤中表現為減產。

水稻生長后期氮素供應是影響氮肥利用率和評估緩釋氮肥一次性施肥效果的關鍵[29]。本研究中RCU處理在單季稻孕穗期時土壤銨態氮含量、水稻植株氮素吸收強度都高于Urea處理，PCU處理水稻生育期中土壤銨態氮含量、水稻植株氮素吸收強度與Urea處理間沒有顯著差異，表明樹脂包膜尿素和聚氨酯包膜尿素一次施用時能滿足單季稻全生育期供氮的要求。RCU處理在氮肥施用量減少16.7%時，氮肥利用率比Urea處理增加2.8—9.0個百分點，氮肥利用效率的提高主要是緩控釋肥施用后減少了前期氮肥損失量，中后期氮與作物吸收的同步釋放減少了氮的損失。本課題組楊梢娜[30]、俞巧鋼[31]對常規尿素分期施用的研究結果表明，當施肥量達270 kg·hm-2時，氮肥的損失量可達50%以上，其中通過氨的揮發損失達到20%以上，而RCU處理以60%緩釋氮肥配施40%速效氮肥，使前期施入土壤中的速效尿素明顯減少，增加了后期土壤氮素供應強度，因此減少了氮肥損失的風險。

4 結論

4.1 多點田間試驗中應用樹脂包膜尿素（RCU）、聚氨酯包膜尿素（PCU）和穩定性肥料（NIU）一次性施用，氮肥用量比現階段大戶常規分次施肥減少16.7%，單季稻產量與尿素分次施肥間沒有顯著差異。

4.2 緩釋氮肥一次性施肥的氮素吸收受到試驗地點和水稻品種的影響。RCU和PCU處理在林城和太湖新城試驗中地上部氮含量、氮素吸收量與Urea處理間沒有顯著差異，NIU處理在太湖新城試驗中地上部氮含量則顯著低于Urea處理。金華試驗點秈粳雜交稻品種試驗中，3種緩釋氮肥處理稻谷中氮含量都明顯下降。

4.3 RCU處理單季稻平均產量顯著高于PCU和NIU處理，多點試驗中產量變異系數較小，水稻生長后期土壤銨態氮含量和植株氮素吸收強度都高于Urea處理，氮肥利用率比Urea處理提高了2.8—9.0個百分點，一次性施肥的穩產效應優于PCU和NIU處理。

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（責任編輯 李云霞，趙伶俐）

Yield and Nitrogen Adsorption of Single-cropping Rice as Influenced by One-off Fertilization of Slow-released Nitrogen Fertilizer

WANG Qiang1, JIANG LiNa1, PAN JianQing2, LI JianQiang3, MA JunWei1, YE Jing1, ZOU Ping1

(1Institute of Environment, Resource, Soil and Fertilizer, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021;2Changxing Agricultural Bureau, Changxing 313100, Zhejiang;3Pinghu Agricultural and Economic Bureau, Pinghu 314200, Zhejiang)

【Objective】 The aim of this study was to investigate the stable-yield effect and mechanism of one-off fertilization of slow-released nitrogen fertilizer (SRF) in the single-season rice, and to screen the suitable types of SRF in the single-rice system. 【Method】 To determine the differences in rice yield, dynamic changes in soil N supply and N uptake by rice during the rice-growing season between one-off fertilization of slow-released fertilizers (stabilized fertilizer, NIU; resin coated urea, RCU; and polyurethane coated urea, PCU; 225 kg·hm-2) and split application of urea (Urea, 270 kg·hm-2), we carried out 11 field plot trials in a single-crop rice system at the Lincheng and Taihu Xincheng of Changxin county and Jiangtang of Jinhua county, in the Zhejiang Province from 2013 to 2016. 【Result】 (1) The results showed that the rice yield in N0 treatment was 83.9% of that in Urea treatment. The mean N use efficiency (NUE) in the Urea treatment was 19.2%-20.1% at the three sites. No significant difference was found in average rice yield between the one-off fertilization of SRFs and Urea. (2) There were no significant differences in the N concentration in rice plant and N uptake by rice among the RCU, PCU and Urea treatments at Lincheng and Taihu Xincheng, while the N concentration in rice plant was significantly lower in the NIU treatment than in the Urea treatment. All the N concentrations in grain were significantly lower in the three SRFs treatments than that in the Urea treatment at Jinhua. (3) The rice yield was significantly higher in the RCU treatment than in both PCU and NIU treatment. The coefficient of variation of rice yield was relatively low in the RCU treatment. In the late stage of rice growing, the soil ammonium-N and N uptake intensity was significantly higher in the RCU treatment than that in the Urea treatment, respectively. Application of SRFs increased the N use efficiency by 2.8%-9.0%, compared to the Urea treatment. 【Conclusion】 Based on the basic soil fertility and conventional N application rate, one-off fertilization of RCU, PCU or NIU, reducing N rate by 16.7%, could maintain the grain yield of rice. Thus, one-off fertilization of slow release fertilizer was an alternative N management in single-rice system.

slow-release N fertilizer; one-off fertilization; single-season rice; nitrogen uptake; nitrogen use efficiency

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.013

2018-01-19；

2018-06-25

國家公益性行業（農業）科研專項（201303103）、國家重點研發計劃（2016YFD0200800）、平湖市政府-浙江農業科學院科技合作項目（PH20150001）

王強，E-mail：qwang0571@126.com。通信作者姜麗娜，E-mail：jln@mail.hz.zj.cn