控釋氮肥增加中稻產(chǎn)量、氮素吸收及肥料利用率

張新宇，竺 平，馮 艷，婁 兵，劉傳軍，王 紅，劉以民，鄒家龍

（1.湖北省荊州市荊州區(qū)農(nóng)業(yè)科技服務(wù)中心，湖北 荊州 434020；2.荊州區(qū)城南高新園農(nóng)業(yè)農(nóng)村與水利技術(shù)服務(wù)中心，湖北 荊州 434020；3.荊州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北 荊州 434000；4.荊州區(qū)馬山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，湖北 荊州 434020；5.荊州區(qū)川店鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，湖北 荊州 434020；6.荊州區(qū)八嶺山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，湖北 荊州 434020）

提高單位面積耕地產(chǎn)出是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的主要技術(shù)手段［1，2］。合理施肥是提高作物產(chǎn)量的重要措施，尤其是氮肥投入。中國農(nóng)業(yè)化學(xué)氮肥用量約占世界總量的40%，其中25%的氮肥用于水稻生產(chǎn)［3，4］。

肥料輕簡化施用技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輕簡化過程的重要環(huán)節(jié)，如減少施肥次數(shù)、無人機(jī)施肥替代人工施肥、采用新型肥料（控釋肥、緩釋肥等）以達(dá)到節(jié)本增效［5］。相關(guān)研究表明，水稻季施用普通尿素氮肥做基肥，當(dāng)季作物氮肥利用率一般為30%，其余氮肥則以氣態(tài)或硝酸鹽形式揮發(fā)或淋洗損失；而作為銨鹽或酰胺態(tài)分次施入，則當(dāng)季氮肥吸收利用率可達(dá)45%。導(dǎo)致作物氮肥利用率低的因素之一就是稻田環(huán)境中水分充足和溫度過高導(dǎo)致肥料分解過快，釋放出的氮素不能被作物及時吸收，不僅浪費(fèi)資源，也有引起農(nóng)業(yè)面源污染的潛在風(fēng)險［6-8］。提高水稻季氮肥利用效率、減少環(huán)境污染是新型肥料研制需要克服的難題。國內(nèi)外研究表明施用緩釋、控釋肥料是提高氮素利用率的有效途徑。國內(nèi)諸多企業(yè)嘗試研發(fā)緩、控釋氮肥以適應(yīng)水稻不同生長期對氮素的需求。中國緩控釋肥料產(chǎn)業(yè)起步較晚，產(chǎn)品主要集中在高檔園藝植物和北方旱地作物上，在南方稻田區(qū)域施用緩控肥的研究還較為薄弱［9-11］。本研究選用市面上新型的控釋氮肥如廣東穩(wěn)定性包膜尿素（GA）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院包膜尿素（ZA）、金正大包膜尿素（JZD）和益多寶包膜尿素（YDB）4 種緩釋包膜尿素與普通尿素作對比，評估多種控釋氮肥在中稻上的施用效果，為緩釋包膜尿素的生產(chǎn)技術(shù)和推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

田間試驗(yàn)位于湖北省荊州市荊州區(qū)馬山鎮(zhèn)，供試土壤為江漢平原發(fā)育的潮土性水稻土。試驗(yàn)區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫16 ℃，降雨量1 100～1 300 mm。供試土壤基礎(chǔ)理化性狀為pH 5.74、有機(jī)質(zhì)含量26.4 g/kg、全氮含量1.05 g/kg、有效氮含量121.7 mg/kg、有效磷含量12.6 mg/kg、速效鉀含量168.3 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計與處理

田間試驗(yàn)采用4 種不同類型緩釋包膜尿素，共9個處理，①不施氮肥（CK），②推薦氮肥施用（UR），③控釋肥1（GA），④控釋肥2（ZA），⑤緩釋肥3（JZD），⑥控釋肥4（YDB），⑦控釋肥3 減量20%（80%JZD），⑧控速比1（60%JZD+40%UR），⑨控速比2（20%JZD+80%UR）。各處理隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積5 m×8 m，重復(fù)3 次。

水稻季施肥方式為基施過磷酸鈣90 kg/hm2和氯化鉀120 kg/hm2。處理2 氮肥品種為普通尿素，按基肥50%，分蘗肥20%和孕穗期30%比例施用。其他處理緩釋肥和尿素全部一次性基施。水稻于2021 年6 月15 日移栽，9 月10 日收獲，生產(chǎn)過程實(shí)時進(jìn)行病蟲害防治。

1.3 樣品采集與分析

水稻成熟后，各區(qū)單打單收，并從中選取具有代表性植株5 蔸進(jìn)行考種，包括株高、穗長、結(jié)實(shí)率、有效穗數(shù)和千粒重等。

試驗(yàn)前取0～20 cm 混合土樣測定土壤全氮、有效氮、有效磷、速效鉀、pH 和有機(jī)質(zhì)含量。稻草和稻谷樣品經(jīng)濃H2SO4-H2O2紅外消解后，通過流動注射分析儀測定N和P濃度，通過火焰光度計測定K濃度。

1.4 統(tǒng)計分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MS Excel 2019 和SPSS 18.0 進(jìn)行作圖和方差分析，LSD 法檢驗(yàn)P＜0.05 水平上的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同緩釋氮肥對水稻產(chǎn)量的影響

由圖1 可知，不施用氮肥時，水稻產(chǎn)量為8 587 kg/hm2，而不同氮肥施用均能顯著提高產(chǎn)量，但處理間差異不顯著。與CK 相比，各施氮肥處理的增產(chǎn)量為1 848～2 281 kg/hm2，增幅為21.5%～26.6%，其中ZA 和80%JZD 處理的產(chǎn)量較高，分別為10 868 和10 824 kg/hm2，但差異不明顯。施用氮肥仍有較大產(chǎn)量增幅，控釋氮肥可以達(dá)到普通氮肥以及不同替代比例的產(chǎn)量效果。

圖1 不同控釋氮肥對水稻產(chǎn)量的影響

2.2 不同控釋氮肥對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

從表1 的產(chǎn)量構(gòu)成因素可見，氮肥施用可顯著增加水稻株高和穗長。廣東穩(wěn)定性包膜尿素、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院包膜尿素、益多寶包膜尿素和控速比1、控速比2 處理的有效穗數(shù)均顯著高于CK 處理；普通尿素處理與控釋肥的各處理之間穗長差異不顯著。結(jié)實(shí)率結(jié)果顯示，CK 處理最低，為61.8%，而GA、ZA、JZD、控速比1 和控速比2 處理均較高，表明合理施用氮肥可顯著提高結(jié)實(shí)率。千粒重指標(biāo)表明，與對照和普通尿素處理相比，控釋肥施用會不同程度地降低千粒重。

表1 各處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.3 不同控釋氮肥對水稻氮素吸收及氮肥利用率的影響

表2 結(jié)果顯示，其他施氮肥處理較CK 顯著提高水稻的氮素吸收量，其中中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院包膜尿素（ZA）處理最大，達(dá)到295.4 kg/hm2。從水稻氮肥吸收利用率來看，相同施氮量（N 225 kg/hm2）條件下，除GA、80%JZD 處理外，各包膜尿素處理的氮肥吸收利用率均高于普通尿素處理，其中中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院包膜尿素（ZA）、金正大包膜尿素（JZD）和益多寶包膜尿素（YDB）處理比普通尿素（UR）處理增加10.4、8.6 和7.3 個百分點(diǎn)。相同氮肥用量下，4 種包膜尿素處理之間ZA 處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高，達(dá)到10.1 kg/kg。

表2 不同處理對水稻氮肥利用率的影響

2.4 不同控釋氮肥對土壤氮含量的變化

圖2 顯示，施肥2 d 后土壤中銨態(tài)氮含量最高，平均為59.1 mg/kg，顯著高于對照處理的4.2 mg/kg。氮肥施用16 d，土壤銨態(tài)氮含量顯著下降，普通尿素處理和各控釋肥處理的平均含量分別為4.1 和3.8 mg/kg，與CK 差異不明顯。施肥23 d 后，即水稻曬田復(fù)水期，銨態(tài)氮含量略有回升，其中普通尿素處理含量最高，為17.3 mg/kg，而控釋氮肥處理回升的幅度不大。水稻進(jìn)入揚(yáng)花灌漿期（施肥后25 d），土壤中銨態(tài)氮含量進(jìn)一步下降，至成熟期最低。

圖2 不同處理下土壤銨態(tài)氮濃度變化

各氮肥施用處理對水稻土壤中硝態(tài)氮的影響可分為3 個階段（圖3）。第一個階段從施肥后2 d 開始至9 d，各處理的土壤硝態(tài)氮含量有一定的起伏變化，差異明顯。第二階段從施肥后9 d 至16 d，各處理硝態(tài)氮含量顯著降低，但處理間差異不顯著。第三階段從施肥后16 d 到27 d，各處理殘留硝態(tài)氮含量稍有上升，但含量較低。

圖3 不同處理下土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度變化

3 結(jié)論與討論

緩釋包膜尿素是通過田間酚醛樹脂等高分子材料來控制尿素養(yǎng)分釋放速率，使之與作物對養(yǎng)分需求盡量保持一致［12］。本研究結(jié)果表明，等量氮素投入或減量條件下，各緩釋包膜尿素處理的水稻產(chǎn)量與普通尿素分次施用增產(chǎn)效果沒有顯著差異，表明田間試驗(yàn)選用的4 種緩釋包膜尿素能滿足作物生長。一次性施用控釋氮肥可以達(dá)到普通尿素分次施用的效果，可減少田間施肥次數(shù)，利于水稻輕簡化生產(chǎn)［8］。

氮肥吸收利用率能夠較為科學(xué)地評價當(dāng)季作物對氮肥吸收的表觀利用情況，可反映作物對施入土壤中氮肥的回收效果；而氮肥農(nóng)學(xué)利用率是單位施肥量對作物增產(chǎn)幅度的響應(yīng)［6，10］。因此，當(dāng)季作物的氮肥吸收利用率與氮肥農(nóng)學(xué)利用率能較準(zhǔn)確地評估施肥效果。本研究結(jié)果顯示，除了廣東穩(wěn)定性緩釋包膜尿素、80%JZD 外，在等量氮肥施用條件下，施用其他緩釋包膜尿素的水稻氮肥吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率均優(yōu)于施用普通尿素。緩釋包膜尿素根據(jù)水稻生育期養(yǎng)分需求逐步緩慢釋放［13］，使氮肥得到充分吸收和利用。但是，水稻對養(yǎng)分的吸收會受到諸多內(nèi)外因素的影響，比如作物品種和環(huán)境因子等。因而為了使控釋尿素能更好地應(yīng)用于作物生產(chǎn)，還需從控釋尿素品種、水稻品種、氣候差異及土壤背景等方面研究施用效果［14］。控釋尿素能否在水稻上得到大面積推廣應(yīng)用，主要取決于施用肥料的效果和所用肥料的成本。

在施用緩釋包膜尿素初期（施肥后6 d），各種肥料對土壤中銨態(tài)氮含量貢獻(xiàn)的大小順序?yàn)槠胀蛩兀║R）、廣東穩(wěn)定性包膜尿素（GA）、益多寶包膜尿素（YDB）、金正大包膜尿素（JZD）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院包膜尿素（ZA）、CK，反映出施用肥料品種不同，其在土壤中釋放氮素的難易程度也各不相同。然而隨著施肥時間的推移，4 種控釋肥處理的氮素釋放速度顯著緩慢于普通尿素處理。因此，水稻季施用控釋氮肥減少了因淋洗作用或田間表面徑流而損失的氮素，也減少了因氨揮發(fā)或反硝化-脫氮而引起的氮素?fù)p失，在水稻田環(huán)境保護(hù)和輕簡化生產(chǎn)中具有十分重要的作用和意義［11，15］。