貴州稻區產量、養分吸收利用對控釋尿素的響應

羅躍 張愛華 王文華 況勝劍 朱青 張欽

摘要：為研究控釋尿素在貴州黃壤水稻種植區的應用效果，為稻田氮肥的高效施用提供理論依據，以水稻品種樂優58為試驗材料，采用大田試驗，設置不施氮（CK）、普通尿素（CU）與控釋尿素（CLU）不同配施比例U1（CU100%）、U2（CLU100%）、U3（CLU90%）、U4（CLU80%）、U5（CLU70%）、U6（CU30%+CLU70%）、U7（CU50%+CLU50%）、U8（CU70%+CLU30%）共9個施肥處理，分析水稻產量及其構成因素、地上部生物量、地上部養分累積及利用，分析控釋尿素對水稻產量、養分吸收利用的影響。結果表明，與普通尿素（U1）處理相比，施用控釋尿素（U2）處理和控釋尿素減氮10%～20%（U3、U4）處理可在一定程度上優化水稻產量構成，較U1處理增產5.71%～9.61%;U2處理的水稻地上部分生物量最高，U4處理次之，較U1處理分別增加32.20%、27.62%;控釋尿素減氮處理均能促進水稻籽粒氮、磷、鉀的吸收積累;在養分利用上，U4處理的水稻氮肥利用率、氮素收獲指數、氮肥偏生產力及氮素吸收效率最優;偏最小二乘法路徑模型分析表示，施用控釋尿素均能在一定程度上促進水稻氮、磷、鉀的吸收利用。本試驗中，從作物生產和環境角度出發，以施用控釋尿素減氮10%～20%處理的綜合肥效最佳，能促進水稻增產及養分高效利用，可作為當地水稻種植推薦的施肥模式開展田間應用。

關鍵詞：水稻;普通尿素;控釋尿素;產量;養分

中圖分類號： S511.062文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）05-0081-07

收稿日期：2021-08-31

基金項目：農業農村部植物營養與肥料學科群開放基金（編號：APF2015028）。

作者簡介：羅 躍（1996—），女，貴州貴陽人，碩士研究生，主要從事植物營養學研究。E-mail：1669873992@qq.com。

通信作者：張 欽，碩士，助理研究員，主要從事土壤學與環境生態、綠肥研究。E-mail：1687947879@qq.com。

水稻是我國主要糧食作物之一，施用氮肥是提高其產量最直接有效的途徑之一，在農業生產中起著至關重要的作用[1]。現階段我國氮肥利用率為30%～35%，而氮肥損失率卻高達40%～50%[2]，大量的化學氮肥投入不僅造成氮肥資源的大量損失[3]，而且會帶來嚴重的面源污染問題[4-5]。近年來，為解決氮肥投入過多、氮肥利用率低下等農業生產上的瓶頸問題，市面上相繼出現了各種高肥效、環保型新型肥料。新型肥料可有效提高水稻[6-7]、玉米[8]、辣椒[9-10]、馬鈴薯[11]等作物產量及養分吸收利用已得到證實。

控釋尿素（controlled-loss urea，簡稱CLU）作為一種新型緩釋肥料，富含具有生物活性的天然高分子物質，緩釋性能較好[12]，能將氮素養分固定在土壤或者植物根際中，從而被作物有效吸收[13]。控釋尿素具有節肥增效、環境友好等高效特征[14-15]，可提高作物氮肥利用率、減少氮素損失[16]，配合普通尿素施用能夠保證作物養分需求和產量[17-18]。研究表明，在保證作物生育后期土壤養分供應的前提下，控釋尿素能夠降低氮素施用量[19]。黃壤是貴州旱地農業生產的主要土壤類型[20]，黃壤質地黏重，養分含量低，酸性較強，易發生水土流失，保水保肥性能相對較差[21]，長期施用大量氮肥會加重土壤負擔[22-23]，因此應用新型控釋尿素來降低氮肥輸入、提質增效不失為貴州稻區的一種新嘗試。本研究以樂優58水稻品種為試驗材料，設置大田試驗，研究普通尿素與控釋尿素不同配施比例對水稻產量及養分吸收利用的影響，以期得到最佳的施肥比例，為稻田氮肥的高效施用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2018年4—9月在貴州省貴安新區高峰鎮（26°22′24″N，106°20′25″E）進行，該地屬北半球亞熱帶季風氣候、年均氣溫14.1 ℃、年均降水量1 298 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。供試土壤為黃壤，根據全國第二次土壤普查養分分級標準，土壤肥力水平屬中等，土壤基礎理化性質見表1。

1.2 試驗材料

供試水稻：樂優58。

供試肥料：河南心連心化肥有限公司提供的控釋尿素（含N 43.2%），普通尿素（含N 46.7%）。控釋尿素是通過特種設備將生物有機復合型材料加入到尿素中，充分混合后反應形成控釋劑-尿素復合體，施入土壤遇水后吸水膨脹，吸水層迅速組裝成海綿狀的網絡結構，具有很強的耦合性，能夠將遇水溶解的尿素養分耦合在網絡內，達到控制養分揮發、流失，提高肥料利用率的目的。其企業標準為Q/HSLS 001—2018。

1.3 試驗方法

試驗共設9個處理，分別為CK：不施氮肥;U1：施用普通尿素;U2：施用控釋尿素;U3：控釋尿素減氮10%;U4：控釋尿素減氮20%;U5：控釋尿素減氮30%;U6：控釋尿素與常規尿素 7 ∶3配比;U7：控釋尿素與常規尿素5 ∶5配比;U8：控釋尿素與常規尿素3 ∶7配比。每個處理設3次重復。肥料用量：N 180kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。普通尿素、控釋尿素按基肥 ∶分蘗肥 ∶穗肥=4 ∶3 ∶3分施，所有處理P2O5、K2O投入量一致，共施肥3次，具體施肥量見表2。小區面積為15 m2（3 m×5 m），小區之間用10 cm寬、10 cm高的田埂隔開，并用塑料薄膜覆蓋田埂，隨機區組排列。整地劃小區后施用基肥，采用大田育秧，秧苗4葉期進行移栽，1穴雙株種植，田間移栽密度為14.7 萬穴/hm2。田間管理按照農戶常規管理方式進行。

1.4 項目測定

試驗布置前采用5點取樣法采集水稻田0～20 cm 耕層土壤樣品，實驗理化性質測定均參照《土壤農化分析》[24]。土壤有機質含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定;土壤堿解氮含量采用堿解擴散-稀硫酸滴定法測定;土壤有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀含量采用醋酸銨浸提-火焰光度計法測定;土壤pH值采用電位法（水土比2.5 ∶1）測定。

2019年9月水稻成熟后各小區單打單收測產，隨機選取5穴水稻植株進行考種，測定其有效穗數、每穗粒數、千粒質量，測產后于105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干至恒質量，稱質量、折算籽粒產量，粉碎備用。植株樣品采用濃硫酸-過氧化氫法消煮后，凱氏定氮法測定氮含量，釩鉬黃比色法測定磷含量，火焰光度計法測定鉀含量[24]。

1.5 數據分析

選用SPSS 17.0統計軟件進行數據處理、統計與方差分析，Duncan’s新復極差法多重比較判斷處理間差異顯著性（α=0.05）;采用Origin 2019作圖。偏最小二乘法路徑模型 （PLS-PM） 是一種研究觀測變量和潛在變量之間復雜多元關系的統計方法，應用R 3.6.1中的“plspm”包，以普通尿素及控釋尿素施用比例、肥料利用率、收獲指數、偏生產力和吸收效率為潛在變量構建模型，研究配施2種化肥占比對水稻養分吸收利用的影響;選擇利用率（use efficiency，簡稱NUE）、偏生產力（partial factor productivity，簡稱NPFP）、收獲指數（harvest index，簡稱HIN）、吸收效率（uptake potential efficiency，簡稱NUPE）來比較不同處理下的肥料效益。

偏生產力：NPFP=YN/Nr;

吸收效率：NUPE=TNN/Nr;

收獲指數：HIN=TN1/Nr×100%;

利用率：NUE=（TNN-TN0）/Nr×100%。

式中：TNN為施肥區肥料總累積量（kg/hm2）;TN1為籽粒肥料累積量（kg/hm2）;TN0為空白區肥料累積量（kg/hm2）;Nr為施肥量（kg/hm2）;YN為施肥區產量（kg/hm2）;Y0為空白區產量（kg/hm2）。（肥料投入量以純養分量計算）。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對水稻產量及產量構成因素的影響

作物產量是反映土壤養分供應和協調作物生長肥力水平的有效指標之一。從表3可以看出，除U6處理外，各施肥處理的水稻產量較CK顯著增加了2.75%～27.15%。與施用普通尿素（U1）相比，U2～U4處理水稻產量增加了5.71%～9.61%，U7處理水稻增產1.90%。其中，U2處理產量最高，U3、U4處理次之，分別為8 089、7 945、7 801 kg/hm2，較U1處理分別增產9.61%、7.66%、5.71%。表明施用控釋尿素和控釋尿素減氮10%～20%處理水稻增產效果最好。

水稻產量構成要素主要包括水稻有效穗數、穗粒數和千粒質量，三者既相互制約，也相互補償[25]。通過比較水稻的各產量構成要素發現，同CK相比，處理U2～U5水稻產量構成要素均有顯著增加。同U1處理相比，U2～U4處理的千粒質量增幅為1487%～19.64%，U4處理尤為突出。進一步分析發現，水稻產量與有效穗數（r2=0.218 4，P<005）、穗粒數（r2=0.567 5，P<0.001）、千粒質量（r2=0.565 9，P<0.001）均呈正相關，其中以穗粒數和千粒質量占比更大（圖1）。可見，除CK處理外，不同施肥處理間的水稻產量差異主要來源于穗粒數和千粒質量，施用控釋尿素和控釋尿素減氮10%～20%處理更有利于促進水稻產量構成要素的形成。

2.2 不同施肥處理對水稻地上部分生物量的影響

不同施肥處理地上部生物量與產量變化趨勢一致。從表4可以看出，處理U1～U8水稻地上部分生物量較CK顯著提高。U2處理的水稻地上部分生物量最高，為134.38g/穴，U3、U4處理次之，分別為129.73、123.68 g/穴。同U1處理相比，U6～U8處理的水稻地上部分生物量降低，U2～U5處理的地上部分生物量均顯著增加，且籽粒生物量所占比例近乎是秸稈所占比例的2倍，由此可見，施用控釋尿素和控釋尿素減氮10%～20%處理不僅可提高水稻地上部分生物量，還可促進更多的養分轉移到作物籽粒中，有助于水稻增產。

2.3 不同施肥處理對水稻地上部分養分累積量的影響

同CK相比，所有處理的地上部分氮累積量均顯著增加（圖2）。地上部分氮積累量以U2處理最高，為141.61 kg/hm2，其籽粒含氮量為 97.87 kg/hm2，秸稈含氮量為43.74 kg/hm2。對于磷累積量來說，U2～U4處理下的地上部分磷累積量顯著高于CK，且與U1處理間無顯著差異。各處理的氮、磷累積量主要積累在籽粒中，含量近乎是秸稈中的2倍。U2處理的地上部分鉀積累量較U1處理有一定提高，為266.97 kg/hm2，其籽粒含鉀量為107.19 kg/hm2。

綜上所述，同施用普通尿素相比，處理U2、U3、U4、U5均能較好地促進水稻地上部分氮、磷、鉀養分的累積。在籽粒養分的吸收累積上，控釋尿素減氮20%的效果更為明顯。

2.4 不同施肥處理對水稻養分吸收利用的影響

從表5可以看出，在氮的吸收利用上，除氮素收獲指數外，氮肥利用率、氮肥偏生產力和氮素吸收效率以U2處理最高，分別較U1處理顯著增加6706%、9.60%、12.80%;在磷的吸收利用上，U2～U4處理的磷素偏生產力較U1處理顯著增加;在鉀的吸收利用上，除鉀素收獲指數外，鉀素利用率、鉀素偏生產力和鉀素吸收效率均以U2～U3處理最佳。采用偏最小二乘路徑模型（PLS-PM）揭示普通尿素和控釋尿素所占比例對水稻氮、磷、鉀吸收利用效果的影響（圖3），施用普通尿素和控釋尿素分別與氮、磷、鉀養分吸收利用呈顯著正相關關系，表現為普通尿素對氮（路徑系數為0.347，P<0.05）、磷（路徑系數為0.446，P<0.05）、鉀（路徑系數為0.457，P<0.01）影響顯著，控釋尿素對氮（路徑系數為0.942，P<0.001）、磷（路徑系數為0708，P<0.01）、鉀（路徑系數為1.025，P<0.01）影響極顯著。表明相比于施用普通尿素，施用控釋尿素并減氮10%～20%均能在一定程度上促進水稻氮、磷、鉀的吸收利用，其中以控釋尿素減氮20%處理的綜合效果最佳，可在一定程度上有效促進水稻的養分吸收利用，保障水稻養分需求。

3 討論與結論

研究表明，合理減量施用控釋尿素，有望維持作物豐產高效[26]。在本試驗中，與常規尿素相比，施用控釋尿素并減少10%～20%氮肥施用量時，水稻產量可達7 945、7 801 kg/hm2，較常規施肥增產7.66%、5.71%，這與楊陽等的研究結果[27]一致。相比于施用普通尿素，施用控釋尿素并減施部分氮時，水稻產量穩中有升。本研究將水稻產量構成要素與產量作相關性分析，結果表明穗粒數、千粒質量與水稻產量之間呈正相關性，施用控釋尿素并減氮10%～20%可有效提升水稻養分吸收的能力，為籽粒發育提供充足的營養，水稻產量構成因素之間的協調促進是獲得高產的基礎，通過增加水稻穗粒數和千粒質量，補償水稻有效穗數上的不足，從而實現水稻增產。可見，施用控釋尿素并減氮10%～20%的生產模式能夠較好地協調水稻產量構成之間的相互關系，進而維持甚至提高水稻產量。在本研究中，與普通尿素配施時，發現控釋尿素與常規尿素1 ∶1配施時，水稻增產1.90%，付月君等認為，該配施比例可促進水稻籽粒吸收更多的氮素[25]。李源等研究認為，控釋尿素與常規尿素 7 ∶3配比時作物增產效果最好[28]。這可能是由于試驗地理環境、土壤肥力、氣候環境等差異所導致[29]，貴州黃壤的保肥性能相對較差，一次性基施過多的氮肥易加劇土壤負擔，因此利用控釋尿素具有比普通尿素緩釋長效的作用，基施40%的控釋尿素不僅可滿足水稻生育前期對氮素的需求，還能有效降低氮素的徑流損失，后期常規尿素的追施可為氮素的轉運和供給提供基礎。

干物質與養分不斷積累是作物生長發育的重要環節[30]，養分積累是作物實現優質高產的基礎。本研究結果表明，施用控釋尿素不僅促進水稻養分積累和吸收，還使養分更多地積累在水稻籽粒中，這與姚單君等的研究結果[19]一致。本研究結果表明，控釋尿素減氮的各處理均能提高水稻地上部氮、磷、鉀養分的吸收和利用，并促進籽粒的氮素吸收利用，U4處理的效果最為明顯。除氮素收獲指數外，氮肥利用率、氮肥偏生產力和氮素吸收效率以U2處理下的最高，分別較U1處理顯著增加了6706%、960%、12.80%。這與王寅等的研究結果[31]一致。控釋尿素能提升玉米氮素吸收量從而為籽粒積累充足的營養。本研究通過偏最小二乘法路徑模型的構建，可以看出施用控釋尿素對水稻氮、磷、鉀的吸收利用影響極顯著，能從各個方面提高水稻對養分的吸收利用，其中以控釋尿素減氮20%處理下的水稻養分吸收效果最佳，可在一定程度上有效促進水稻的養分吸收利用。表明在施用控釋尿素的情況下，減氮20%并沒有因為化肥用量的減少而影響作物的氮素吸收，這是由于控釋尿素能在作物根系周圍形成營養庫，達到對化肥“控釋”的效果，且養分釋放時間長，故能在減少施肥量的情況下，有效地減少肥料養分的流失，提高肥料利用率[32]。

在本試驗條件下，貴州黃壤地區施用控釋尿素可通過優化水稻產量構成要素和增加地上部生物量，從而提高水稻產量、促進水稻的養分積累和利用，提升肥料利用率。從作物生產和環境角度出發，以控釋尿素減氮10%～20%處理的綜合肥效最佳，較施用普通尿素處理水稻增產5.71%～766%，水稻地上部分生物量顯著增加，有效促進水稻養分積累及吸收利用。因此，在貴州稻區，控釋尿素減氮10%～20%是較適合的施肥配比。

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