基于鄂北區域的兩種水稻緩控釋肥用量研究

何帥 汪本福 陳斌 陳超 趙永平 李小坤，4*

（1 華中農業大學 資源與環境學院/農業農村部長江中下游耕地保育重點實驗室/華中農業大學 微量元素研究中心，武漢 430070；2 湖北省農業科學院 糧食作物研究所，武漢 430064；3 湖北省棗陽市農業技術推廣中心，湖北 棗陽 441200；4 華中農業大學 雙水雙綠研究院，武漢430070；*通訊作者：lixiaokun@mail.hzau.edu.cn）

湖北是我國水稻生產大省，水稻常年種植面積達200萬hm2，占全省糧食總播種面積的50%以上，產量可占70%，對保障我國糧食安全具有重要意義[1－3]。施肥是提高水稻單產的必要途徑，但目前湖北水稻生產中存在施肥過量與施肥不足并存、肥料利用率低等問題[4－6]，這些問題嚴重制約了當地水稻高產。施用緩控釋肥可以有效提高肥料利用率、減少養分損失、達到作物高產優質的生產目的[7－8]。緩控釋肥是指采取某種調控機制技術延緩或控制肥料養分在土壤中的釋放期與釋放量，通過控制養分釋放速度，使作物養分吸收與養分釋放速度相同步的新型肥料，它在滿足作物養分需求量的同時，還能提高肥料利用率、減少肥料用量和施肥次數，保證作物高產、穩產、優質[9－10]，是作物高效生產的優良選擇。棗陽市地處湖北省西北部，具有典型鄂北崗地地貌特征，是湖北省中稻主產區。本研究采用田間試驗，探究緩控釋肥料施用對水稻產量和產量構成因子、養分吸收及肥料利用率的影響，以此比較不同性質緩控釋肥料的施用效果，為鄂北地區水稻緩控釋肥料的合理施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2019年5月至11月在湖北省棗陽市中興綠色農業專業合作社（東經112.75°，北緯32.12°）進行。棗陽市屬亞熱帶大陸性季風氣候，年均氣溫為15.9℃，年均降水量為831.5 mm，年日照時數為1 500.9 h。試驗地土壤有機質18.36 g/kg，全氮0.97 g/kg，速效鉀196.22 mg/kg，速效磷40.03 mg/kg，pH值為6.37。

供試水稻品種為湖北省農業科學院糧食作物研究所繁育的蝦稻1號。

供試肥料：緩控釋肥料－Ⅰ，由新洋豐農業科技股份有限公司生產并提供的摻混包膜型復合肥料（28－10－12）；緩控釋肥料－Ⅱ，由湖北宜施壯農業科技有限公司生產并提供的腐殖酸緩釋型復合肥料（22－6－12）；習慣施肥選用尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%），市售。

1.2 試驗設計

試驗設10個處理，具體如表1。每個處理3次重復，隨機區組排列，每個小區面積為20 m2，設置單獨進水口、排水口，小區間筑寬30 cm、高30 cm田埂，田埂覆蓋薄膜防止竄水、竄肥，四周設置保護行，全生育期其他管理措施按當地生產習慣進行。

表1 不同施肥處理設計方案

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤基礎化學性質

在每季水稻移栽前，各試驗取表層（0～20 cm）土壤樣品測定土壤pH、有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量。土壤pH 用電位法，有機質用外加熱重鉻酸鉀容量法，堿解氮用1.0 mol/L NaOH 擴散法，速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提－鉬銻抗比色法，速效鉀用1.0 mol/L NH4OAc 浸提－火焰光度法。

1.3.2 產量及產量構成因子

收獲時將每個小區分為測產區和取樣區，在取樣區隨機取長勢均勻的水稻6 叢，考查每穗粒數、結實率、千粒重等性狀；在測產區取20 m2水稻，脫粒風干后測實際產量。

1.3.3 水稻養分積累量

植物樣品用H2SO4－H2O2消煮，通過流動注射分析儀（AA3，德國SEAL 公司）測定氮、磷含量，用火焰光度計測定鉀含量。

1.4 數據處理及相關參數計算

試驗數據采用Excel 2013、SPSS 25.0 進行統計分析，用Origin 2017 進行作圖。肥料偏生產力（PFP）（kg/kg）=施肥區產量/純養分施用量；肥料農學利用率（AE）（kg/kg）=（施肥區產量＋無肥區產量）/（施N 量+施P2O5量+施K2O 量）；肥料貢獻率（FCR）（%）=（施肥區產量－無肥區產量）/施肥區產量×100 %；肥料生理利用率（PE）（kg/kg）=（施肥區產量－空白區產量）/（施肥區地上部分總養分吸收量－空白區地上部分總養分吸收量）；肥料回收利用率（RE）=（施肥區地上部分總養分吸收量－空白區地上部分總養分吸收量）/純養分施用量。

2 結果與分析

2.1 不同緩控釋肥對水稻產量的影響

由圖1可知，施用緩控釋肥可以顯著提高水稻產量，其中，施用緩控釋肥Ⅰ的增產效果優于緩控釋肥Ⅱ。與CK 相比，緩控釋肥Ⅰ平均增產14.1%（幅度為6.6%～17.3%），緩控釋肥Ⅱ平均增產7.9%（幅度為0.7%～11.9%）；施用緩控釋肥對當地習慣施肥有優化作用，且施用緩控釋肥Ⅰ的優化效果大于緩控釋肥Ⅱ：與FN 處理相比，緩控釋肥Ⅰ平均增產8.4%，緩控釋肥Ⅱ平均增產2.5%。

圖1 不同肥料處理對水稻產量的影響

由圖2可知，水稻產量與緩控釋肥施用量呈線性加平臺關系，合理施用緩控釋肥可顯著提高水稻產量。對于緩控釋肥Ⅰ，當施肥用量低于450 kg/hm2時，產量隨施肥量線性增加，公式為y =11 420+3.711×（x－450）（R2=0.988）；當施肥量大于等于450 kg/hm2時，產量維持在11 420 kg/hm2的平臺上；對于緩控釋肥Ⅱ，當施肥用量低于481.89 kg/hm2時，產量隨施肥量線性增加，公式為y=10 796.398+2.352×（x－481.888）（R2=0.824）；當施肥量大于等于482 kg/hm2時，產量維持在10 796 kg/hm2的平臺上。根據試驗，可看出施用緩控釋肥Ⅰ對水稻增產的效果優于施用緩控釋肥Ⅱ對水稻的增產效果，棗陽當地水稻的目標產量為10 796～11 420 kg/hm2時，緩控釋肥的適宜用量為450～482 kg/hm2。

圖2 不同性質緩控釋肥料的用量對水稻產量的影響

2.2 不同緩控釋肥對水稻產量構成因子的影響

由表2可知，施用緩控釋肥對水稻產量構成因子的影響主要體現在增加了有效穗數。與CK 相比，施用緩控釋肥－Ⅰ每叢有效穗增加5 穗，施用緩控釋肥－Ⅱ每叢有效穗增加2 穗，差異顯著；施用緩控釋肥略微提高了水稻結實率，增幅在1.0 %～1.7 %之間；千粒重和每穗粒數各處理間差異不大。隨著施肥量增加，同種肥料間的有效穗數并沒有明顯變化，可見排除肥料用量的影響，相比于腐殖酸緩釋型復合肥料，摻混包膜型復合肥料更適合當地水稻養分需求。習慣施肥雖然也提高了有效穗數，但降低了水稻結實率，說明其配比不合理，有氮肥過量施用的嫌疑。

表2 不同性質緩控釋肥料的施用對水稻產量構成因子的影響

2.3 不同緩控釋肥對水稻養分積累的影響

由表3可知，施用不同性質緩控釋肥均顯著提高了水稻植株對氮磷鉀的養分吸收量，且水稻施用緩控釋肥Ⅰ的養分吸收效果要優于施用緩控釋肥Ⅱ。與CK相比，施用不同量緩控釋肥Ⅰ后水稻地上部對N、P2O5和K2O 的養分吸收量分別增加21.5%～137.4%、17.1%～99.3%、32.2%～92.0%，施用不同量緩控釋肥Ⅱ后水稻地上部對N、P2O5和K2O 的養分吸收量分別增加12.5%～63.3%、18.4%～42.4%、17.3%～42.5%；與FN 處理相比，施用適宜用量的緩控釋肥Ⅰ可以顯著提高水稻地上部養分吸收量，F3和F4 處理水稻地上部N、P2O5、K2O養分吸收量分別增加10.9%、11.1%、－1.2%和26.8%、33.1%、12.4%，施用不同量緩控釋肥Ⅱ對水稻地上部N、P2O5和K2O 養分吸收量沒有增加。水稻對兩種不同性質緩控釋肥的養分吸收量呈現隨著施用量增加而增加的趨勢，且水稻吸收的N、P2O5主要分配于籽粒，吸收的K2O 主要分配于秸稈。

表3 施用不同緩控釋肥對水稻養分積累量的影響 （單位：kg/hm）2

2.4 不同緩控釋肥對水稻肥料利用率的影響

由表4可知，隨著施肥量的增加，兩種緩控釋肥的肥料回收利用率、肥料生理利用率、農學利用率和肥料貢獻率均呈先增加后降低的趨勢，肥料偏生產力呈逐漸降低的趨勢。在同等施用量水平下，緩控釋肥Ⅰ的肥料回收利用率、肥料生理利用率、農學利用率和肥料貢獻率均顯著高于緩控釋肥Ⅱ，當施用量為450 kg/hm2時，緩控釋肥Ⅰ、Ⅱ（F2、Z2）的肥料回收利用率、肥料生理利用率和農學利用率均達到最高，分別為94.8 kg/kg和67.3 kg/kg、22.6 kg/kg和22.1 kg/kg、21.2 kg/kg和15.3 kg/kg；在450 kg/hm2的施肥水平時，緩控釋肥Ⅰ（F2）具有最高肥料貢獻率，為35.0%，而緩控釋肥Ⅱ（Z2）的肥料貢獻率在675 kg/hm2的施肥水平時達到最高點，為23.7%；根據當地實際土壤肥力情況，將施用量450 kg/hm2和675 kg/hm2視為適宜肥料投入量進行對比，緩控釋肥Ⅰ、Ⅱ均在施用量為450 kg/hm2時（F2、Z2）肥料偏生產力達到最高，分別為60.6 kg/kg、64.5 kg/kg。

表4 不同緩控釋肥料對肥料利用率的影響

與FN 處理相比，適量的施用兩種緩控釋肥均顯著提高水稻的肥料回收利用率、肥料生理利用率、農學利用率、肥料貢獻率和肥料偏生產力，以施用量450 kg/hm2為例，施用緩控釋肥Ⅰ、Ⅱ的肥料生理利用率分別增加98.1%、93.8%，農學利用率分別增加174.3%、97.6%，肥料貢獻率分別增加56.5%、3.7%，肥料偏生產力分別增加81.3%、93.0%，施用緩控釋肥Ⅰ的肥料回收利用率增加36.7%、施用緩控釋肥Ⅱ的肥料回收利用率沒有明顯差異。

3 討論

3.1 不同緩控釋肥對水稻生長發育及養分吸收的影響

施用緩控釋肥可以顯著促進水稻生長發育，不同緩控釋肥因為其配方組成與釋放機理的不同所顯現的增產效果也不同[11]，摻混包膜型復合肥是將普通肥料與控釋肥料按一定比例進行摻混[12]，既滿足作物因單一施用控釋肥而使生長前期養分供應不足的需求，也解決了植物生長后期供氮不足的問題，腐殖酸緩釋型復合肥是一種多功能肥料，因含有腐殖酸而同時具有速效與遲效相結合的特點，具有有機肥和化肥的雙重功效[13]。在本試驗中，施用緩控釋肥對棗陽市水稻具有明顯增產效果，施用摻混包膜型復合肥的增產效果整體大于施用腐殖酸緩釋型復合肥的增產效果。與不施肥相比，施用摻混包膜型復合肥水稻增產幅度為6.6%～17.3%，而施用腐殖酸緩釋型復合肥水稻增產幅度為0.7%～11.9%；與習慣施肥相比，摻混包膜型復合肥的最大增產幅度為11.4%，腐殖酸緩釋型復合肥的最大增產幅度為6.3%；根據線性加平臺的方式，計算出兩種肥料施用量分別為450 kg/hm2和482 kg/hm2時水稻產量趨于最佳，分別為11 420 kg/hm2和10 796 kg/hm2，與前人研究[14]的結果相似。對于產量構成因子，前人研究表明，緩控釋肥能使水稻產量有效提高是因為增加了有效穗數、實粒數和結實率[14－15]，這與本試驗研究結果相似。本試驗中施用摻混包膜型復合肥料和腐殖酸緩釋型復合肥料，較不施肥來說，水稻結實率分別提高1.7%、1.0%，有效穗數分別增加41.7%、16.7%，但實粒數沒有明顯差異。此外，施用不同緩控釋肥均顯著提高了水稻植株對氮磷鉀的養分吸收量，與不施肥處理對比，施用摻混包膜型復合肥料對水稻N、P2O5和K2O 的養分吸收平均分別增加85.0%、57.8%、64.5%，施用腐殖酸緩釋型復合肥料對水稻N、P2O5和K2O 的養分吸收平均分別增加42.6%、33.4%、33.8%。

由上可見，施用緩控釋肥可以明顯提高水稻生產力，且對于鄂北地區來說，摻混包膜型復合肥的施用效果優于腐殖酸緩釋型復合肥的施用效果。另外，緩控釋肥的施用效果整體優于習慣施肥，緩控釋肥解決了習慣施肥肥料用量大、利用率不高、施用次數多的生產難題，是現代農業生產輕簡化的優良實現途徑[16]。

3.2 不同緩控釋肥對肥料利用率的影響

施用緩控釋肥可以顯著提高肥料利用率，前人的大量研究已基本證實了這種觀點，如一次性基施樹脂包膜緩控釋肥后，水稻的氮肥農學利用率、氮肥表觀利用率和氮肥偏生產力較常規施肥分別提高18.71%、57.97%和5.54%[17]；一次性運用樹脂尿素水稻氮肥利用率較常規分次施肥顯著增加44.5%～86.8%[18]等。肥料貢獻率是反映年投入肥料的生產能力的指標[19]，而農學利用率表示施用肥料的每1.0 kg 氮磷鉀增產稻谷的能力[20]。前人研究表明，湖北中稻的農學利用率平均為1.9～20.9 kg/kg、肥料貢獻率平均為7.7%～62.4%[5]。本試驗摻混包膜型復合肥料施用450 kg/hm2時，農學利用率達到21.2 kg/kg、肥料貢獻率達到35.0%。腐殖酸緩釋型復合肥農學利用率和肥料貢獻率在同等施用量的水平下，明顯低于摻混包膜型復合肥料，說明摻混包膜型復合肥更符合當地提高水稻生產力的需求。

偏生產力是評價肥料效益的良好指標[21]，通常隨施肥水平提高, 供試水稻的肥料偏生產力均呈顯著的下降趨勢[22]。本試驗結合前人經驗[23]及當地土壤肥力情況，將肥料投入量450 kg/hm2和600 kg/hm2設定為合理施肥范圍，結果顯示，摻混包膜型復合肥和腐殖酸緩釋型復合肥投入量均在450 kg/hm2時偏生產力達到最優，分別為60.6 kg/kg、64.5 kg/kg，隨著肥料投入量持續增大，肥料偏生產力開始逐漸下降，而與肥料農學利用率、肥料貢獻率不同的是，此時腐殖酸緩釋型復合肥的偏生產力高于摻混包膜型復合肥，原因可能是腐殖酸緩釋型復合肥活化了土壤肥力，提高了土壤中養分的利用效率，而經活化的土壤養分不被計入從而使其有偏高的肥料偏生產力值。

肥料回收利用率可以反映作物對肥料養分的吸收轉化能力，肥料生理利用率是反映作物將所吸收養分轉化為有效產量的能力[24]。本文試驗結果顯示，適量施用兩種緩控釋肥可以顯著提高水稻的肥料回收利用率和肥料生理利用率，以施用量450 kg/hm2為例，施用摻混包膜型復合肥料和腐殖酸緩釋型復合肥料的肥料生理利用率分別增加98.1%、93.8%，施用摻混包膜型復合肥料的肥料回收利用率增加36.7%，施用腐殖酸緩釋型復合肥料的肥料回收利用率沒有明顯差異，這可能與上文提到其對土壤的貢獻能力有關。雖然腐殖酸緩釋型復合肥料對水稻的增產能力沒有摻混包膜型復合肥料明顯，但其可能構建了一個更適合土壤微生物生存的生態環境[25]，從而對土壤的可持續發展更有益。值得一提的是，當施用量達到900 kg/hm2，施用腐殖酸緩釋型復合肥的偏生產力、肥料貢獻率、農學利用率、肥料生理利用率和肥料回收利用率較適宜用量顯著下降，說明過量施用含腐殖酸的肥料會抑制水稻的生長，降低肥料的利用率[13]。

4 結論

施用兩種不同性質的緩控釋肥對鄂北水稻均有明顯的增產效果，增產的原因主要是提高了水稻的分蘗成穗率，增加了有效穗數，從而增加水稻各部位的養分吸收和提高肥料利用率；相同肥料用量條件下，摻混包膜型控釋復合肥處理增產效果明顯優于腐殖酸緩釋型復合肥處理。隨著施肥量的增加，兩種緩控釋肥的肥料回收利用率、肥料生理利用率、農學利用率和肥料貢獻率均呈現先增加后降低的趨勢，肥料偏生產力呈逐漸降低的趨勢。因此，鄂北地區水稻應優先選用摻混包膜型控釋復合肥料，適宜用量為450 kg/hm2。