肥料配施對水稻、油菜產量和土壤氮含量的影響

曹雪仙， 陳曉萍， 陳文偉

(天臺縣農業技術推廣總站，浙江 臺州 317200)

水稻-油菜輪作體系是中國長江下游地區主要種植方式之一，施用氮肥是提高其單產水平的重要措施。為滿足高產作物需肥規律的要求，目前在水稻和油菜生產中，氮肥施用模式通常是在基肥的基礎上再追2～3次速效氮肥[1-5]，該模式不但增加了施肥的勞動強度和成本，而且也與當前中國農村勞動力短缺的現實相違背。采用各種高分子材料在速效氮肥外表進行包膜后制成的緩控釋氮肥在實際應用中由于肥效期長，養分釋放速率與作物的需肥規律基本相吻合[1]，針對糧食主產區水稻-油菜輪作中農業經濟與技術發展現狀，結合新型肥料研究水稻-油菜輪作體系簡化施肥技術對持續提高水稻和油菜作物產量、降低勞動力成本，保障國家的糧食安全具有重要意義。金丹丹等[2]報道了緩控釋肥對濱海鹽堿地區水稻產量及氮代謝的影響；姬景紅等[3]、侯紅乾等[4]分別報道了黑龍江地區水稻和江西省雙季稻產量和氮素利用率的影響；王小波等[5]對自制的4種不同材料包膜尿素對油菜生長效應及品質效應影響進行了研究。諸多研究表明，緩控釋肥料是可提高肥料利用率的技術物化產品[2-5]。然而不同區域種植品種、氣候條件、土壤背景值及其農藝制度差異較大，有關新型肥料對水稻-油菜輪作體系產量和氮肥利用率影響方面的研究應結合區域特性開展。而且以緩控釋氮肥與速效化學氮肥在不同作物生長期配施開展的水旱輪作體系簡化施肥模式研究則鮮見報道。為此，本研究在浙江省天臺縣，以兩熟制高產田所采用的氮肥用量(405 kg·hm-2)和施肥模式(尿素一基二追)為對照，研究緩控釋氮肥與速效性氮肥不同生長期配施對水稻和油菜產量、地上部氮素積累量、氮肥效率和土壤有效氮變化等指標的影響，以期為緩控釋肥料的應用效果研究和水稻-油菜輪作體系施肥技術環節簡化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究于2019和2020年在浙江省臺州市天臺縣白鶴鎮天宮村(29°11′40″N，120°58′18″E)進行。試驗地區地貌以低山、丘陵為主。氣候屬于中亞熱帶季風氣候區，又因四周山體環繞，中間低平，因而小區域氣候特征顯著，帶有一定的盆地氣候特征。年平均氣溫16.8 ℃，年降水量1 300～1 600 mm，年無霜期238 d，年日照時數1 875.3 h。試驗地塊農田排灌便利，土壤質地為砂質壤土，土壤粒徑≤0.002 mm的占4.49%，其耕層土壤(0～20 cm)基本理化性狀：pH 5.66、有機質23.4 g·kg-1、全氮1.49 g·kg-1、堿解氮122.4 mg·kg-1、有效磷18.9 mg·kg-1、速效鉀60.6 mg·kg-1。

1.2 處理設計

試驗共設6個處理：CK，不施肥；CK1，氮肥供應全部采用普通尿素，輪作周期不同時期氮肥采用一基二追的常規施肥模式，即水稻基施40%+分蘗期40%+孕穗期20%+油菜基肥40%+苗期40%+蕾薹期20%；T1，氮肥全做基肥，氮肥供應全部采用緩釋肥一次性基施；T2，氮肥全做基肥，其中80%來源于緩釋肥，20%來源于尿素；T3，氮肥中基肥中80%來源于緩釋肥，分蘗肥(油菜苗期)追肥中20%來源于尿素；T4，氮肥中基肥中80%來源于緩釋肥，孕穗拔節期(油菜蕾薹期)追肥中20%來源于尿素。每個處理重復3次，共18個小區，每個小區面積32 m2，隨機區組排列。各處理田塊間設置塑料薄膜包裹田埂，單排單灌，避免串灌串排，試驗區域外圍設置保護行，各小區其他田間管理措施一致。

稻季氮肥(N)、磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)施用量分別為225、70和87.75 kg·hm-2；油菜季分別為180、42和112.5 kg·hm-2。磷、鉀肥作基肥一次性施入。氮肥用尿素(N 46%)，磷肥用鈣鎂磷肥(P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(K2O 60%)，緩控釋氮肥由中國-阿拉伯化肥有限公司生產的可降解水溶性聚氨脂包裹尿素緩控釋肥，含氮44.5%，氮肥釋放曲線為S型，控釋期60 d，28 d的養分累積釋放率約為60%。

田間管理按當地常規栽培措施進行。試驗地為冬閑地，水稻于2019年5月17日播種，6月17日移栽，10月3日收獲，水稻品種為嘉豐優2號。油菜于2019年10月12日播種，10月21日移栽，翌年5月20日收獲，供試油菜品種為浙油50號。

1.3 取樣與分析

采用手工收獲，將地上部生物量全部移除，田間清理干凈，只留下不到3 cm的作物茬，籽粒和秸稈產量來源于整個小區。收獲的同時采集有代表性植株樣品，經烘干、粉碎后用于植株養分分析。利用直徑5 cm不銹鋼中空鉆采樣，采樣深度為0～20 cm，每個小區隨機采3個樣點，并制成混合土樣盛于塑料袋帶回實驗室自然風干后，用于土壤養分分析。

土壤、植株中各養分含量都按土壤農化常規分析方法測定[6]。其中有機質采用重鉻酸鉀容量法，水解性氮采用堿解擴散法，有效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計法，pH值采用電位法(水土比例1∶2.5)；植株經硫酸-過氧化氫消煮，采用半微量蒸餾法測氮。

1.4 數據處理

肥料增產貢獻率是指由于肥料施用而使作物提高的產量在總產中的比例。本文中肥料增產貢獻率是指施肥處理與不施肥處理(CK)籽粒產量差值占施肥處理籽粒產量的百分數。

肥料利用率是反映肥料投入與作物生長關系的重要指標，本文通過對作物內部利用率[7]、偏生產力[8]和累積利用率[9]指標的分析來評價長期氮肥施用的效率。

氮素內部效率[7]是指作物籽粒產量與地上部吸氮量的比值，它表示作物每吸收單位氮素所獲得的產量。

氮肥偏生產力[8]，它是指單位投入的氮肥所能生產的作物籽粒產量。

氮素累積利用率反映了作物對施入土壤中肥料氮的回收效率[9]。

1.5 統計分析

試驗數據采用Excel軟件進行整理和制圖，并采用SAS統計軟件對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 產量

水稻和油菜施肥均有顯著增產效果(表1)。與不施肥處理相比(CK)，施肥水稻和油菜分別增產3 772～5 551 kg·hm-2和1 093～1 770 kg·hm-2。兩季作物不施肥處理產量占施肥處理平均產量的63.9%，水稻和油菜季分別為66.5%和52.6%。這說明施肥增產貢獻率為36.1%，水稻和油菜季分別為33.5%和47.4%，旱季高于水季。

表1 不同施肥處理下水稻、油菜籽粒產量的影響

在水稻季，盡管常規一基二追的施肥模式(CK1)水稻籽粒產量最高，但與施緩釋氮肥4個處理間沒有顯著差異。油菜季，以T4產量最高，比CK1高20.6%；T3處理其次，增產幅度為15.9%；T1和T2與CK1無顯著差異。這說明緩釋氮肥一次施用或與普通尿素不同時間配施可以達到常規一基二追的施肥效果，尤其在旱季優勢更明顯。

2.2 籽粒、秸稈氮含量和吸氮量

在水稻季，盡管T2和T3處理的籽粒氮含量比CK高8.88%，但施肥處理間并沒有顯著差異(表2)。而在油菜季，T1和T4油菜籽粒氮含量比CK1高11.5%和12.3%，但與T2和T3處理間并沒有顯著差異。無論是水稻還是油菜，秸稈氮含量施肥處理間均沒有顯著變化。

表2 不同施肥處理對水稻、油菜籽粒和秸稈含氮量的影響

施肥顯著增加了水稻和油菜對氮的累積(表3)。無論是水稻還是油菜，施肥處理籽粒和秸稈吸氮量顯著高于不施肥。在水稻季，T3籽粒吸氮量與CK1相似，但T1、T2和T4卻比CK1分別顯著低25.2%、15.5%和14.1%。與CK1相比，施緩控釋氮肥水稻秸稈吸氮量沒有顯著變化。在油菜季，與CK1相比，T2、T3和T4油菜籽粒吸氮量分別顯著提高了24.4%、16.4%和34.7%，但T1吸氮量與CK1相似。T3和T4油菜秸稈吸氮量與CK1和T2沒有顯著差異，但顯著高于T1。

表3 不同處理對水稻、油菜地上部吸氮量的影響

水稻-油菜輪作地上部吸氮量增加了51.1%～77.0%，水稻和油菜季分別增加了38.0%～61.7%和81.0%～119.8%。與CK1相比，水稻季T2和T3地上部吸氮量沒有顯著差異，T1和T4處理的地上部吸氮量顯著下降；油菜季，T2、T3和T4處理的地上部吸氮量顯著增加，而T1地上部吸氮量無顯著差異。

從輪作周期考慮(表4)，T2、T3和T4的地上部吸氮量與CK1相比無顯著差異；而T1比T3和T4分別降低17.2%和12.3%。

2.3 氮素表觀平衡

由于作物對氮素不斷的吸收，造成在一年兩熟水旱輪作系統中不施肥(CK)的土壤每年氮素虧缺228.7 kg·hm-2(表4)，主要來源于稻季(表2)。盡管施氮肥緩解了土壤氮素不足，但T3處理每年還虧缺4 kg·hm-2，這主要是因為稻季水稻吸氮量(279 kg·hm-2)遠遠高于施氮量(225 kg·hm-2)。除了T3處理，其他施肥處理土壤氮素均有盈余，尤其是T1處理盈余量最高，為55.7 kg·hm-2，其他依次是CK1、T2和T4。T3的兩季氮素累積利用率與T2、T4和CK1相似，比T1的顯著高17.2%。這說明在作物生長期追施氮肥能促進作物對氮素的吸收和累積，尤其是在前期施緩釋氮肥前提下。

表4 稻油輪作系統氮素表觀平衡與氮肥累積利用率

2.4 氮素內部效率

在水稻季，CK、CK1、T1、T3和T4處理氮素內部效率沒有顯著差異(表5)，而T2顯著低于CK、CK1和T4；在油菜季，CK、CK1和T3處理間氮素內部效率沒有顯著差異，但CK顯著高于T1、T2和T4。

表5 不同處理對水稻-油菜氮素內部效率的影響

2.5 土壤水解性氮

種植兩季作物之后，T1土壤中水解性氮含量最高，為138 mg·kg-1，與CK1和T2沒有顯著差異，但顯著高于T3處理(圖1)。T3與T4土壤中水解性氮含量沒有顯著差異。

柱上無相同小寫字母表示組間在5%水平上差異顯著。圖1 施肥對土壤水解性氮的影響

3 討論

為適應當前農村大量勞動力轉移出農業生產領域和勞動力成本大幅提高的現實需要，應用緩控釋氮肥是實現科學施肥目標的重要途徑和措施[1]。以往的研究結果表明，在簡化施肥的條件下，采用緩控釋氮肥在作物產量或氮肥利用率方面可取得與普通氮肥分次施用接近或顯著增加的效果[2-5,10]。本研究在水稻-油菜輪作不施肥、基礎產量在10 217 kg·hm-2水平下，在稻季，緩控釋氮肥一次施用或與普通尿素在不同時期組合的籽粒產量與一基二追的常規施肥模式沒有顯著差異。而在油菜季，以80%+20%緩釋-蕾薹期追普通尿素組合(T4)和80%+20%緩釋-苗期(T3)的籽粒產量分別比常規一基二追的高20.6%和15.9%。我們的研究結果也表明，緩控釋氮肥一次基施或與普通尿素不同時間配施能達到普通氮肥分次施用的效果。此外，在輪作周期中緩控釋氮肥的增產效果油菜季大于水稻季，這可能是因為水稻生長時期氣溫高，在淹水狀態下，有利于水稻對養分的吸收和利用。而在旱季，氣溫低，油菜對養分的吸收和利用受到限制，養分易損失，而緩控釋氮肥由于養分釋放周期長，可在生長關鍵階段持續提供營養物質，該結果與王小波等[5]報道一致。

雖然在水稻季，緩控釋尿素作為基肥一次性施入與其他3個緩控釋氮肥-普通尿素不同時期配施組合在水稻產量上沒有顯著差異，但是在油菜季，緩控釋氮肥一次施用油菜籽粒產量明顯低于其他3個施緩釋肥處理。其他的研究[11-12]也表明，緩控釋氮肥基施+追肥的施肥方式優于一次性基施。這主要是因為前季水稻秸稈全部還田，在油菜生長的前期，秸稈腐化需要大量的氮素，與尿素相比，緩釋氮肥養分釋放得慢，可能會造成作物前期缺氮。而20%～80%緩釋-普通尿素一次性基施在產量上高于100%緩控釋氮肥一次基施也說明了這個問題。

在本試驗條件下，氮累積回收率在86.2%～101%。類似的在大麥和玉米-冬小麥輪作系統中，平衡施肥條件下氮的累積回收率分別為80.6%[13]和69%[14]。盡管作物養分吸收量在很大程度上取決于施肥情況，但并非所有氮肥都能被當季作物吸收利用，但上季留存的或通過大氣干濕沉降、灌溉水等途徑進入農田生態系統的環境養分已成為農業生態系統的重要補充。這也說明通過施肥進入農田生態系統中的氮素，隨著時間推移終究會被作物吸收利用。為提高氮肥利用效率，可依據作物目標產量所需養分量選擇施肥量。當施氮量等于或低于作物吸氮量時，氮的累積回收率就會提高。

邱榮富等[15]指出緩控釋肥料肥效釋放緩慢、均衡，因此，施用緩控釋尿素比普通尿素能提高土壤全氮、水解性氮、硝態氮和銨態氮的含量[16]。我們的研究也表明，緩控釋氮肥一次基施處理作物收獲后土壤水解性氮含量明顯高于其他處理，而80%緩控釋氮肥基施、在分蘗期和孕穗期配施20%尿素處理，由于促進了水稻和油菜對氮的吸收利用，留在土壤中的氮就相對減少。

4 小結

本研究表明，在水稻-油菜輪作體系中緩控釋尿素一次性基施或與普通尿素不同時期配施，因較好滿足了水稻和油菜整個生育期對氮素的需求，達到了與常規分次施氮肥相似的效果。根據生產實際，在生產上推薦80%的緩釋尿素、20%的普通尿素一次基施的施肥方法，普通尿素提供作物生長前期的氮素營養，緩控釋尿素提供中后期氮素營養，既能滿足作物生長對氮素養分的需求，又可降低全部施用緩釋尿素帶來的成本難題。