控失尿素對水稻養分吸收利用及產量的影響

姚單君，張愛華，楊 爽，吳興洪，張 欽，陳正剛*，王培官，劉文啟

(1.貴州省農業科學院 土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006； 2.貴州大學，貴州 貴陽 550025；3.貴安新區高峰鎮農業服務中心，貴州 貴安新區 561108)

【研究意義】水稻是全球綜合單產最高、總產最多的糧食作物。據估計，隨著世界人口數量的增長， 2030年全球水稻總產量較2009年需增加60 %才能滿足當時的總需求，我國則需相對提高20 %[1]。化學肥料的施用不僅可提高水稻產量，還能改善稻米的部分米質性狀，提高整精米率，降低堊白度、稻谷長寬比和精米直鏈淀粉含量。同時，氮、磷肥的施用還可提高糙米蛋白質含量，降低青米率[2]。為實現水稻高產優質，肥料的施用量(特別是氮肥)大幅提高，但氮肥利用率卻有所降低，目前世界平均氮肥利用率約為46 %，而我國氮肥利用率僅20 %～30 %[3]。化學肥料的大量施用不僅會造成土壤板結等一系列的土壤性狀的改變，還會使營養元素的流失、揮發損失效應更加嚴重，從而引起水體富營養化、溫室效應等一系列環境問題[4-5]。現在，人們越來越重視環境保護和土壤的可持續性利用，研究能夠控制減少養分流失、提高肥料利用率的控失型肥料具有重大的現實意義。【前人研究進展】控失尿素就是針對目前氮肥損失率大而研制產生的一種復合型肥料，是在尿素生產過程中添加控失劑而成[6]。控失劑是利用天然礦物材料和生物高分子材料復配物經輻射改性制成，可減少氮肥在揮發、徑流和淋溶三個途徑上的損失[7]。控失尿素具有使用方便、節肥增效、環境友好等高效特征[8-11]，可有效提高水稻[12-13]、小麥[14-16]和玉米[17-18]等作物的產量與品質，并提高養分的吸收利用能力。【本研究切入點】當前，市場上控失尿素層出不窮，探明控失尿素中添加不同含量控失劑對水稻產量、養分積累及吸收利用的影響顯有益于控失尿素的研發和指導其實際生產。【擬解決的關鍵問題】以樂優58水稻品種為試驗材料，研究控失劑添加量對貴州黃壤地區水稻產量、養分積累及吸收利用的影響，以期弄清控失劑的最佳添加量，為控失尿素的研究及其在貴州黃壤地區的生產應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

水稻品種：水稻品種為樂優58，由農戶在當地農資店統一市購。

肥料：普通尿素(N為46 %)和控失尿素(控失劑添加量分別為1 %、2 %、3 %、4 %、5 %和6 %的6種控失尿素，N均為43.2 %)，均為河南心連心化肥有限公司提供，過磷酸鈣(P2O512 %)和氯化鉀(K2O 60 %)在當地農資店購買。

1.2 試驗地概況

試驗于2016年4-9月在貴州省貴安新區高峰鎮進行，該地屬北半球亞熱帶季風氣候，年均氣溫14.1 ℃，年均降雨量1298 mm。水資源豐富，麻線河、羊昌河橫穿全境，匯入紅楓湖。地勢平坦，土地肥沃，是貴安新區的主要糧食產區，素有“糧倉”之稱，高峰“貢皇”“福壽”等優質大米曾獲“名牌農產品”“放心大米”等榮譽稱號。土壤為黃壤，土壤耕層有機質26.57 g/kg，速效氮141.84 mg/kg，有效磷33.30 mg/kg，速效鉀166.00 mg/kg，pH 6.23。根據全國第二次土壤普查養分分級標準，土壤肥力水平較好。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 控失尿素是在尿素生產過程中添加控失劑而成的一種復合型肥料。在施用等量磷、鉀肥的基礎上，共設8個處理。對照1(CK1)，無氮；對照2(CK2)，普通尿素；A1，控失劑添加量為1 %的控失尿素；A2，控失劑添加量為2 %的控失尿素；A3，控失劑添加量為3 %的控失尿素；A4，控失劑添加量為4 %的控失尿素；A5，控失劑添加量為5 %的控失尿素；A6，控失劑添加量為6 %的控失尿素。每個處理設 3 次重復。肥料用量：N 12 kg/667m2、P2O58 kg/667m2、K2O 8 kg/667m2，基肥∶分蘗肥∶穗肥為4∶3∶3，各處理具體施肥量見表1。小區面積為15 m2(3 m×5 m)，隨機區組排列，整地劃小區后施用基肥，然后移栽水稻，根據小區面積，田間移栽密度約為14.7萬穴/hm2。田間管理措施統一按農戶常規管理方式進行。

表1 不同處理的肥料施肥量

1.3.2 樣品的采集與指標測定 (1) 樣品采集。土樣：施肥前采用5點采樣法采集水稻田耕層(0～20 cm)土壤，進行土壤基本理化性質分析。水稻樣：收獲時對各小區進行測產，并選擇各小區具有代表性的5穴水稻植株，取其地上部分，測定有效穗數、每穗粒數、千粒重，并將秸稈和籽粒兩部分分別在75℃下烘干稱量，粉碎后測定其氮、磷和鉀含量。

(2) 指標測定。土壤pH按照水土比(2.5∶1)pH計法測定，土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，速效氮采用堿解擴散法-標準酸滴定測定，土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定；植株各部位養分含量經硫酸-高氯酸消煮法消煮后進行測定，全氮采用半微量開氏定氮法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，全鉀采用火焰光度計法測定。

(3)指標計算。在水稻植株對養分吸收利用的肥料偏生產力(肥料投入量以純養分量計算，PFP)、肥料利用率(肥料投入量以純養分量計算，UE)、氮素收獲指數(HIN)、氮素吸收效率(UPEN)和氮肥農學效率(AEN)等指標中，PFP、AEN的單位均為kg/kg，UE、HIN和UPEN的單位均為 %。計算公式[17]如下：

PFP=單位面積作物產量/單位面積施用肥料量

UE=(施肥區植株肥料總積累量-不施肥料區植株肥料總積累量)/肥料總量×100 %

HIN=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量×100 %

UPEN=植株地上部分氮素積累量/施氮量×100 %

AEN=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/施氮量。

1.4 數據分析及處理

采用 Excel 2010處理數據，利用SPSS 20.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 對水稻產量構成因素及其產量的影響

水稻產量受其產量構成因素的綜合影響，主要包括有效穗數、每穗實粒數和千粒重[19]。從表2可知，不同處理水稻有效穗數、穗粒數、千粒重和產量的變化。有效穗數：A3最高，為190.67萬穗/hm2；A4其次，為185.78萬穗/hm2；CK1最低，為167.20萬穗/hm2；不同處理間水稻有效穗數差異不顯著。穗粒數：A2最高，為236.40粒/穗；A3其次，為231.00粒/穗；CK2最低，為167.52粒/穗；A2與A3差異不顯著，二者均顯著高于其余處理；CK1、A1、A4、A5、A6間，CK2、A4、A5、A6間差異不顯著。千粒重：A1最高，為36.50 g；A6其次，為34.76 g；CK1最低，為24.25 g；A1與CK2、A1間差異不顯著，顯著高于其余處理；CK2、A4、A5、A6間差異不顯著，A2與A3間差異不顯著，二者均顯著高于CK1。產量：A1最高，為8124.98 kg/hm2；A6其次，為8089.42 kg/hm2；CK1最低，為5895.50 kg/hm2；A1、A2、A4和A6間差異不顯著，但均顯著高于CK1、CK2和A5；CK1顯著低于其余處理。增產率：A1最高，較CK1和CK2分別提高37.82 %和12.22 %；A6其次，較CK1和CK2分別提高37.21 %和11.73 %。表明，隨著尿素中控失劑用量的增加，水稻產量構成因素無明顯變化趨勢，綜合看，A1～A6對水稻產量構成因素具有不同程度的改善作用，可促進水稻產量的增加。

表2 不同處理水稻的產量構成因素及產量

注：數據為3個重復的平均值±標準差(n=3)；同列不同的字母分別表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note： Data represented as mean ± standard deviation in three replications; Different letters in the same column indicate significant difference at 5 % level. The same as below.

表3 不同處理水稻地上部的生物量

經相關性分析，在有效穗數、穗粒數和千粒重3個水稻產量構成因素中，有效穗數與產量(0.381)和穗粒數與產量(0.164)的相關性不顯著，僅千粒重與水稻產量(0.448*)呈顯著正相關。表明，水稻產量受千粒重的影響最大，控失尿素主要是對水稻千粒重產生影響，進而對其產量產生影響。處理A1中粒重補償了水稻在有效穗數和穗粒數上的不足，最終產量最高，處理A6同理，處理A2則是由于穗粒數最高，彌補了其他的不足。

2.2 對水稻地上部生物量的影響

由表3可知，不同處理水稻水稻籽粒生物量、秸稈生物量和地上部總生物量干重的變化。籽粒生物量干重：A1最高，為85.46 g/穴，占73.11 %；A6其次，為81.04 g/穴，占72.00 %；CK1最低，為55.25 g/穴，占61.43 %；A1、A3、A4、A6間差異不顯著，A3與A4間、A2與A5間差異均不顯著，CK1顯著低于其余處理。秸稈生物量干重：A3最高，為43.00 g/穴，占35.82 %；A4其次，為40.78 g/穴，占34.93 %；A1最低，為31.43 g/穴，占26.89 %；A3與A4差異不顯著，均顯著高于其余處理；A5顯著高于A6，與A2、CK1、CK2差異不顯著；A1與A6間差異均不顯著。地上部總生物量干重：A3最高，為120.04 g/穴；A1其次，為116.89 g/穴；CK1最低，為89.94 g/穴；A1～A6間，CK2、A2、A5、A6間差異均不顯著；CK1與CK2差異不顯著，均顯著低于其余處理。表明，控失尿素有利于水稻對養分的吸收與積累，均可增加水稻地上部分的生物量，但其變化無規律性。

2.3 對水稻養分積累的影響

從圖1看出，水稻地上部分水稻地上部分總的氮積累量和磷積累量與控失劑添加量之間無明顯的規律性變化，但水稻籽粒中氮積累量隨著尿素中控失劑添加量的增加呈先降后升趨勢，秸稈中氮積累量和磷積累量則呈先升高后降低；水稻地上部分總鉀積累量及秸稈中總鉀的積累量則隨著控失劑含量的增加呈先升后降趨勢。籽粒和秸稈中的氮積累量：A3最高，為144.58 kg/hm2，A4其次，為141.43 kg/hm2；CK1最低，為99.31 kg/hm2；A1～A6差異不顯著，但均顯著高于CK1和CK2，CK1與CK2差異顯著。籽粒和秸稈中的磷積累量：A2最高，為13.34 kg/hm2；A4其次，為13.26 kg/hm2；CK1最低，為9.17 kg/hm2；A2、A4與A1、A3、A5、A6間差異不顯著，二者顯著高于CK1和CK2；A1、A3、A5、A6與與CK2差異不顯著，CK1顯著低于其余處理。籽粒和秸稈中的鉀積累量：A3最高，為263.13 kg/hm2；A4其次，為255.36 kg/hm2；CK1最低，為193.8 kg/hm2；A3與A4差異不顯著，二者顯著高于其余處理；A3、

圖1 不同處理水稻地上部分氮、磷、鉀的積累量Fig.1 The nutrient accumulation of N, P and K of aboveground rice with different treatment

A4間，A1、A2、A5、A6、CK2間差異不顯著，CK1顯著低于其余處理。表明，施用添加1 %～6 %控失劑的控失尿素，均可有效促進水稻地上部分對氮、磷、鉀的吸收和積累，同時氮和磷更多地積累在籽粒中，鉀更多地積累在秸稈中。

2.4 對水稻養分吸收利用的影響

從表4～5可知，氮肥利用率、氮肥/磷肥/鉀肥偏生產力、氮素/磷素/鉀素收獲指數、氮素/磷素/鉀素吸收效率和氮肥農學效率的變化。氮肥利用率：A2最高，為25.81 %；A3其次，為25.15 %；CK2最低，為8.34 %；除無氮處理無數據外(下同)，A1～A6間差異不顯著，CK2顯著低于A1～A6。氮肥、磷肥、鉀肥偏生產力：A1最高，分別為45.14、67.71和67.71 kg/kg；A6其次，分別為44.94、67.41和67.41 kg/kg；CK2氮肥偏生產力最低，為40.22 kg/kg，CK1磷肥、鉀肥偏生產力最低，均為49.13 kg/kg；A1均顯著高于A3、A5、CK2，均與A2、A4、A6間差異不顯著；CK2均與A3、A5間差異不顯著。氮素/磷素/鉀素收獲指數：氮素收獲指數，A6最高，為80.24 %；A1其次，為79.44 %；A3最低，為70.45 %；A6顯著高于A3和A4，與其余處理間差異不顯著；A2、A5、CK2間差異不顯著，A3顯著低于其余處理。磷素收獲指數，A1最高，為82.25 %；CK2其次，為80.35 %；CK1最低，為73.67 %；A1顯著高于A3、A4和CK1，與CK2、A2、A5、A6間差異不顯著；CK2與A6間、A2與A5間、A3與A4、A3與CK1間差異均不顯著。鉀素收獲指數，A1最高，為43.31 %；A6其次，為41.70 %；A3最低，為34.10 %；A1顯著高于除A6外的其余處理，A2、A5、CK2間，A3、A4、CK1間，CK1、A4、A5間差異均不顯著。氮素/磷素/鉀素吸收效率：氮素吸收效率，A1～A6較為接近，為0.76 %～0.80 %；CK2最低，為0.64 %；A1～A6差異不顯著，均顯著高于CK2。磷素吸收效率，A1～A6的變幅為0.10 %～0.11 %；CK1最低，為0.08 %；A1～A6均顯著高于CK1，A1～A4均顯著高于CK2，A1～A6間、A1、A6、CK2間差異均不顯著。鉀素吸收效率，A1～A6及CK2的變幅為1.84 %～2.19 %，A3與A4相對較高，二者差異不顯著，A1與A5間，A1、A2、A6、CK2間差異均不顯著，所有處理均顯著高于CK1。氮肥農學效率：A1最高，為12.39 kg/kg；A6

表4 不同處理水稻對氮素的吸收利用效果

表5 不同處理水稻對磷、鉀的吸收利用效果

其次，為12.19 kg/kg；CK2最低，為7.47 kg/kg；A1與A2、A3、A4、A6間差異均不顯著，A2～A6間，A3、A4、A5、CK2間差異均不顯著。說明，施用添加1 %～6 %控失劑的控失尿素，水稻籽粒對養分的吸收利用和秸稈對鉀素的吸收利用影響更具規律性。A1和A6可有效促進水稻籽粒對養分的吸收利用，從而增加水稻產量；A3可有效促進水稻秸稈對鉀素的吸收利用。

3 結論與討論

化肥“控失”技術是指通過一種環境友好、成本低廉和無溶劑的天然高分子納米分子網材料與化肥復配，通過膠體作用形成巨大的網狀交鏈，吸附網捕化肥中的營養元素，在作物根系周圍形成營養庫，從而達到對化肥“控失”的效果。控失尿素兼顧了環境保護和農業生產，其釋放時間長，不但可有效地減少肥料養分的流失，提高肥料利用率，減少施肥量，而且能降低施肥對環境的污染[20-23]。

研究結果表明，隨著控失尿素中控失劑用量的增加，水稻產量構成因素及產量的變化趨勢均不明顯，但相對于普通尿素處理，施用添加1 %～6 %控失劑的控失尿素，施用控失劑含量在1 %～6 %的控失尿素較普通尿素對水稻產量構成因素具有不同程度的改善作用，產量也有所提高，與前人的研究結果一致[24-26]。其中，添加1 %、6 %和2 %控失劑的控失尿素增產效果最好，增產率分別為12.22 %、11.73 %和9.71 %。經相關性分析，千粒重對產量的貢獻最大，即控失尿素主要是通過影響水稻粒重而影響其產量。隨著控失劑添加量的增加，水稻地上部分總生物量和籽粒干物質量無明顯的變化規律，而秸稈干物質量則呈先增加后減少的規律。添加不同量控失劑的控失尿素水稻地上部分總生物量及籽粒干物質量較普通尿素均有一定程度的提高，說明其在促進水稻植株生長的同時，尤其可促進籽粒的生長。作物生長發育是干物質與養分不斷積累的過程，干物質與養分積累是作物產量形成的基礎[27]。研究結果表明，添加1 %控失劑的控失尿素水稻籽粒干物質量最高，為85.46 g/穴，添加6 %控失劑的控失尿素次之，為81.04 g/穴。

水稻地上部分氮、磷積累量與添加1 %控失劑的控失尿素之間無明顯規律性變化，籽粒中氮積累量，秸稈中氮、磷、鉀積累量，以及地上部分總的鉀積累量均隨著尿素中控失劑添加量的增加呈一定的規律性變化。控失劑不同添加量尿素較普通尿素均能有效地促進水稻地上部分對氮、磷、鉀的吸收和積累，同時其氮、磷更多地積累在水稻籽粒當中，而鉀則更多地積累在水稻秸稈當中。施用添加1 %、2 %和6 %控失劑的控失尿素均有利于水稻對氮、磷、鉀養分吸收與積累，且其在籽粒中的積累量更多，有利于水稻產量提高。添加3 %控失劑的控失尿素則在水稻秸稈中的氮、磷、鉀養分積累量較多，從而增強水稻的抵抗力，促進其成長。

氮素、磷素及鉀素收獲指數和鉀素吸收效率隨著尿素中控失劑添加量的增加呈一定的規律性變化。施用添加1 %～6 %控失劑的控失尿素，水稻籽粒對養分的吸收利用和秸稈對鉀素的吸收利用影響更具規律性。添加1 %控失劑的控失尿素和添加6 %控失劑的控失尿素可有效促進水稻籽粒對養分的吸收利用，從而增加水稻產量；添加3 %控失劑的控失尿素可有效促進水稻秸稈對鉀素的吸收利用，也有利于植株的生長。

綜合看，控失劑不同添加量的控失尿素均能從各個方面提高水稻的養分吸收與利用，減少養分流失，提高水稻產量，其中，施用添加1 %控失劑的控失尿素綜合表現最好，添加6 %控失劑的控失尿素次之，兩者均能有效地促進水稻增產。