不同氮肥種類對(duì)稻蝦共作水稻生長(zhǎng)和田面水水質(zhì)的影響

葛永虎 黃飛 肖大康 聶璽斌 楊朔 丁紫娟 李錦濤 郜紅建 葉新新 梅軍 章葉飛 侯俊*

（1 仙桃市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北 仙桃 433000；2 長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院/濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434025；3 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036；4 中墾錦繡華農(nóng)武漢科技有限公司，武漢 430070；第一作者：geyonghu1983@163.com；*通訊作者：houjungoodluck1@163.com）

稻蝦[水稻（Oryza sativa）-克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）]共作模式在我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)發(fā)展迅速。在稻田生態(tài)系統(tǒng)中引入克氏原螯蝦，不僅能夠大幅提高水、肥和能量的利用率，還能增強(qiáng)稻田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗外界沖擊的能力[1]。小龍蝦的糞便可以作為田間的肥料，提高稻田土壤的氮磷鉀等養(yǎng)分含量[2]，其在田間通過(guò)捕捉害蟲(chóng)及蟲(chóng)卵從而降低水稻病蟲(chóng)害，例如降低二化螟的發(fā)生[3]。然而，該模式依然存在很多問(wèn)題，尤其是氮肥用問(wèn)題最為突出，氮肥既影響水稻的正常生長(zhǎng)同時(shí)也會(huì)影響水質(zhì)。水稻插秧后7～14 d，小龍蝦進(jìn)田，該期間的水質(zhì)特征對(duì)小龍蝦生長(zhǎng)很重要[4]。傳統(tǒng)稻蝦共作施肥采用“一次基肥，然后若干次追肥”模式，該模式存在施肥次數(shù)多、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、肥料利用率低等缺點(diǎn)。此外，追肥通常是農(nóng)田撒施尿素，氮肥施入稻田后在脲酶作用下迅速水解，產(chǎn)生大量氨揮發(fā)至空氣中并增加了水體的氨氮濃度[5]，造成環(huán)境污染同時(shí)也危害小龍蝦的生長(zhǎng)。可見(jiàn)，傳統(tǒng)稻蝦共作施肥方式和肥料種類難以滿足高效現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，需要探討適宜的氮肥種類和施肥方式。緩/控施肥養(yǎng)分釋放緩慢，能夠在水稻全生育期提供氮素，同時(shí)也可以減少氨揮發(fā)等損失，進(jìn)而降低水中的氮素含量[6-7]。有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥將有機(jī)肥的緩效、長(zhǎng)效作用與無(wú)機(jī)肥的速效作用相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，養(yǎng)分全面，均衡持久[8]。為此，本研究基于糧食安全和小龍蝦生長(zhǎng)為突破口，探討復(fù)混肥、緩釋復(fù)混肥和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥對(duì)水稻生長(zhǎng)和田面水水質(zhì)的影響，為稻蝦共作模式的提質(zhì)高效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019 年6 月至10 月在湖北省仙桃市彭場(chǎng)鎮(zhèn)挖溝村（30°17′N，113°28′E）進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)所在區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，光能充足、熱量豐富、無(wú)霜期長(zhǎng)，太陽(yáng)年輻射總量為104～110 Cal/cm2，年日照時(shí)數(shù)1 800～2 000 h，年平均氣溫 6.6 ℃～15.9 ℃，年無(wú)霜期242～263 d，年降水 1 100～1 300 mm，4—10 月降水量占全年的80%、太陽(yáng)輻射占全年的75%、≥10 ℃的積溫為全年的80%。水熱同步與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季一致，該氣候條件適宜多種農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育。此外，地表水、地下水資源豐富，適宜養(yǎng)殖。土壤類型為中粘壤質(zhì)地的水稻土和潮土，耕作層土壤基本性狀為：pH 值6.27，土壤全氮1.26 g/kg、全磷0.51 g/kg、全鉀9.51 g/kg、堿解氮78.61 mg/kg、速效磷 20.75 mg/kg、速效鉀 95.51 mg/kg、有機(jī)質(zhì)22.31 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究共設(shè)4個(gè)施肥處理：CF，基施復(fù)混肥并追施尿素；CRF，緩釋復(fù)混肥作基肥一次性施用；OF，基施有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥并追施尿素；CK，不施氮（表1）。每個(gè)處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積160 m2。CF 和OF 所用復(fù)混肥（N-P2O5-K2O,15-15-15）和有機(jī)復(fù)混肥（有機(jī)質(zhì)≥40%；N-P2O5-K2O，18-10-12）由中化化肥有限公司生產(chǎn)，CRF 所用緩釋肥復(fù)混肥（N-P2O5-K2O，11-7-7）由控釋尿素（N，43%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5，12%）和氯化鉀（K2O，60%）按比例配制。除CK 不施氮外，其他處理的氮、磷、鉀總養(yǎng)分相同，N 180 kg/hm2、P2O5120 kg/ hm2和 K2O 120 kg/hm2。CF 和 OF 均作為基肥在水稻移栽前1 d 施入，總氮量70%作為基肥，其余30%以尿素作為分蘗肥（移栽后7～15 d）；CRF 則一次性施用。行株距25 cm×20 cm。各處理所需補(bǔ)足的磷肥和鉀肥分別采用單質(zhì)肥過(guò)磷酸鈣（P2O5，12%）和氯化鉀（K2O，60%）全部作基肥施入。水稻品種為錦214（蝦稻1 號(hào)），由中墾錦繡華農(nóng)武漢科技有限公司提供。

表1 施肥方案 （單位：kg/160 m2）

1.3 數(shù)據(jù)采集

分別于返青分蘗盛期和齊穗期，取代表性植株10叢，剪去根后烘干稱重，分為莖葉和穗兩部分并粉碎。群體生長(zhǎng)率[g/（m2·d）]=（w2-w1）/（t2-t1）。式中，w1 和w2 分別為前后兩個(gè)生育時(shí)期測(cè)定的干物質(zhì)量，t1 和t2分別為前后兩個(gè)生育時(shí)期測(cè)定的時(shí)間。

基肥施用以后至小龍蝦回田，第 1、3、5、7、9、11、13 d，每天上午9∶00 田面水取樣，測(cè)定氨氮、亞硝態(tài)氮等水質(zhì)指標(biāo)。

水稻成熟期取各小區(qū)1 m2考察實(shí)際穗數(shù)，取12叢水稻測(cè)定穗粒數(shù)和千粒重。從每個(gè)小區(qū)實(shí)收5 m2稻株脫粒計(jì)產(chǎn)，各小區(qū)單打單收，風(fēng)干計(jì)產(chǎn)。

收獲后分別計(jì)算氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)效率。氮肥農(nóng)學(xué)效率=（施氮區(qū)產(chǎn)量－不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；氮肥偏生產(chǎn)效率=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量[9-10]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016 進(jìn)行計(jì)算和基礎(chǔ)處理，采用SPSS 22.0 進(jìn)行單因素方差分析，其中多重比較借助最小顯著差異法（LSD 法），顯著水平P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)稻蝦田面水氨氮的影響

由表2 可知，CF、CRF 和OF 處理的田面水氨氮含量均高于CK，且隨著時(shí)間推進(jìn)總體呈下降趨勢(shì)，在第7 d 最低，其原因是雨水天氣影響，第13 d 后各處理間田面水氨氮含量差異不顯著。除第13 d 外，CF 處理的田面水氨氮含量顯著高于CRF 和OF 處理。CRF 和OF處理在施肥后第1 d、第7 d、第11 d 和第13 d 田面水氨氮含量差異不顯著，第3 d、第5 d 和第9 d 存在顯著差異。從表2 可見(jiàn)，CRF 處理的田面水氨氮濃度最先降低（第 5 d）并且在第 13 d 時(shí)要較 CF 和 OF 處理小，這表明該處理氨氮當(dāng)田埂漏水進(jìn)入蝦溝造成小龍蝦死亡的風(fēng)險(xiǎn)要較CF 和OF 處理小。

表2 不同處理對(duì)稻蝦田面水氨氮的影響 （單位：mg/L）

2.2 不同處理對(duì)稻蝦田面水亞硝態(tài)氮的影響

由表3 可知，田面水亞硝態(tài)氮含量CF、CRF 和OF處理在第7 d 最低，而CK 在第7 d 最高，除第7 d 外，CF、CRF 和OF 的田面水亞硝態(tài)氮含量均高于CK。監(jiān)測(cè)期內(nèi)，CRF 處理亞硝態(tài)氮濃度僅在施肥后第1 d 顯著高于 CF 和 OF 處理，第 3、7、9 和 11 d 與 CF 和 OF處理差異不顯著，第13 d 顯著低于CF 和OF 處理。結(jié)果表明，CRF 處理的田面水亞硝態(tài)氮濃度降低速度最快，在第13 d 的濃度比CF 和OF 處理顯著要低，這意味著小龍蝦能更快回田，與水稻共生。

表3 不同處理對(duì)稻蝦田面水亞硝態(tài)氮的影響 （單位：mg/L）

2.3 不同處理對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮含量的影響

由表4 可知，在分蘗期，各處理土壤無(wú)機(jī)氮含量之間沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明在水稻生長(zhǎng)前期施用不同種類的氮肥對(duì)稻蝦田土壤無(wú)機(jī)氮的累積影響不大。然而在齊穗期，CRF 處理的土壤銨態(tài)氮顯著高于其他3 種處理，硝態(tài)氮CF、CRF 和OF 處理間沒(méi)有顯著差異，但都要高于CK。由此可見(jiàn)，緩釋復(fù)混肥在水稻生長(zhǎng)后期釋放氮素，有利于水稻生長(zhǎng)。

表4 不同處理對(duì)稻蝦田無(wú)機(jī)氮含量的影響 （單位：mg/kg）

2.4 不同處理對(duì)水稻干物質(zhì)積累的影響

由表5 可知，不同處理間水稻干物質(zhì)量在不同時(shí)期均有顯著差異。在分蘗期，水稻干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為OF＞CRF＞CF＞CK，CF、CRF 和 OF 處理顯著高于 CK，提高幅度為49.00%～84.86%。在齊穗期，莖葉干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為 OF＞CRF＞CF＞CK，CF、CRF 和 OF 處理比 CK顯著提高16.57%～67.66%；不同處理穗干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為 CRF＞CF＞OF＞CK，CF、CRF 和 OF 處理比 CK 顯著提高12.35%～48.25%。分蘗至齊穗期的群體生長(zhǎng)率不同處理間差異顯著，CF、CRF 和OF 處理比CK 顯著提高7.19%～77.09%。由此可見(jiàn)，在水稻生長(zhǎng)期內(nèi)，氮肥種類對(duì)水稻干物質(zhì)的積累有顯著影響，OF 處理表現(xiàn)最佳，CRF 處理次之。

表5 不同處理對(duì)水稻干物質(zhì)的影響

2.5 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表6 可知，CF、CRF 和OF 處理水稻產(chǎn)量要顯著高于CK，增產(chǎn)幅度分別為19.83%、36.91%和21.33%，CRF 處理產(chǎn)量和氮肥利用效率顯著高于CF 和OF 處理，產(chǎn)量分別增加14.26%和12.84%，氮肥農(nóng)學(xué)效率分別提高64.86%和54.65%，氮肥偏生產(chǎn)效率分別提高15.00%和13.60%。

表6 不同氮肥品種下水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量形成

各處理間水稻穗粒數(shù)和千粒重沒(méi)有顯著差異。有效穗數(shù)以CRF 處理最多，CK 最少，CRF 處理顯著高于CK；CF、CRF 和 OF 處理間差異不顯著，但與 CK 相比，分別提高25.55%、44.38%和6.28%。可見(jiàn)，相較于其他處理，緩釋復(fù)混肥一次性基施對(duì)水稻有效穗數(shù)和產(chǎn)量增加有顯著效果，且氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)效率明顯提高。

3 討論與結(jié)論

在水稻生產(chǎn)中，緩釋復(fù)混肥在整地時(shí)作為基肥一次性施入，生長(zhǎng)過(guò)程中不再追肥，不僅可提高氮肥利用效率，還可以有效節(jié)約勞動(dòng)力成本[11]。本研究中，緩釋復(fù)混肥一次性基施處理的產(chǎn)量和氮素利用率最高（表6）。鄭盛華等[12]研究認(rèn)為，有效穗數(shù)和千粒重是影響不同肥力稻田水稻產(chǎn)量差異的主要因素，本研究中緩釋復(fù)混肥一次性基施主要增加了有效穗數(shù)，而千粒重與其他施肥處理相當(dāng)。施用緩釋復(fù)混肥的處理在水稻生長(zhǎng)前期土壤無(wú)機(jī)氮含量與其他施肥處理相似，主要通過(guò)后期氮素釋放提供無(wú)機(jī)氮促進(jìn)水稻生長(zhǎng)（表4）。李方敏[13]等研究表明，緩釋肥一次性基施后，能滿足作物全生育期對(duì)養(yǎng)分的需要。彭玉等[14]研究表明，緩釋肥不同于普通尿素，其長(zhǎng)肥效期可為水稻產(chǎn)量形成提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。徐明崗等[15]的研究表明，施用緩釋氮肥能減緩氮素的釋放速率，使氮素養(yǎng)分在稻田中供應(yīng)持久，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育并提高產(chǎn)量。這與本研究的結(jié)果基本一致。

水體中的氨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮含量是影響甲殼類動(dòng)物生長(zhǎng)、生存和生理機(jī)能的主要限制因素[16]。劉卿君[17]研究表明，蝦稻共作施肥后田面水的氨態(tài)氮先升高，然后逐漸下降。這與本研究結(jié)果相似。此外，本研究中施肥后第13 d 田面水氨氮含量范圍分別為2.33～3.14 mg/L，符合《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB11607-1989），其亞硝態(tài)含量范圍為0.053～0.305 mg/L，這與張丁月等[18]的研究結(jié)果一致。本研究中，緩釋復(fù)混肥一次性基施的處理田面水氨氮和亞硝態(tài)氮濃度降低速率最快，最有利于小龍蝦回田。

緩釋復(fù)混肥一次性基施不僅輕簡(jiǎn)化，而且水稻產(chǎn)量高，達(dá)8 139.4 kg/hm2，與施用普通復(fù)混肥和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥處理相比，產(chǎn)量分別增加14.26%和12.84%、氮肥農(nóng)學(xué)效率分別提高64.86%和54.65%、氮肥偏生產(chǎn)效率分別提高15.00%和13.60%，且田面水氨氮及亞硝態(tài)氮降低速度快，最有利于小龍蝦回田。可見(jiàn)，緩釋復(fù)混肥一次性基施有利于稻蝦共作的可持續(xù)發(fā)展。