緩釋肥一次性施肥在水稻上增產增效的農學基礎研究

田文濤，黨程成，郝蓉蓉，孫 振，田小海

(1.長江大學農學院，湖北荊州 434025； 2.主要糧食作物產業化湖北省協同創新中心，湖北荊州 434025)

湖北省中稻常年種植面積達200萬 hm2，占全省糧食總產量的60%，是我國水稻生產大省[1]。水稻種植逐漸向機械化和輕簡化發展，傳統的分次施肥雖然能提高肥料利用率[2]，但施肥方式費時費力，極大地限制了水稻種植業的發展。一次性施肥技術是以作物專用緩/控釋肥料為支撐，同時可將傳統多次施肥習慣進行簡化，實現大幅節省勞動力成本的目的，更加迎合水稻種植業的發展趨勢[3]。施用緩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[4-5]。腐殖酸具有促進作物生長發育[6-7]、增強抗逆性[8]、改善品質[9]、改良土壤[10]等作用，成為天然的緩釋肥包膜材料。前人研究表明，減少緩控釋氮肥施用量，水稻也可以獲得高產[11-12]。本研究采用田間試驗，研究施用腐殖酸緩釋肥料和樹脂包衣摻混肥料在 180 kg/hm2(氮含量)和減氮20%[144 kg/hm2(氮含量)]施肥量條件下，對水稻產量和產量構成因子、氮素吸收及肥料利用率的影響，比較不同性質緩釋肥料的施用效果，為本地區水稻緩釋肥料的合理施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與地點

試驗于2020、2021年在湖北省隨州市隨縣安居鎮(113.15°E，31.84°N)進行。試驗地土壤基本情況見表1。供試水稻品種為N兩優1號。供試肥料：緩釋肥料-Ⅰ(HCF)為湖北豐樂種業科技有限公司生產并提供的腐殖酸緩釋型復合肥料(含N 22%、P2O58%、K2O 12%)；緩釋肥料-Ⅱ(PCF)為金正大集團提供的緩釋期3個月的樹脂包衣尿素(含N 43%)，與普通尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)摻混，尿素氮含量占摻混肥料總氮量的15%；農戶常規施肥(CK)選用普通尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)，無氮(N0)處理選用過磷酸鈣(含 P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)。

表1 試驗地土壤基本性狀

1.2 試驗設計

試驗設6個處理，具體見表2。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2 施肥處理試驗設計

1.3 測定項目及方法

1.3.1 水稻頂葉SPAD值測定 分別于水稻分蘗期、拔節期、齊穗期、成熟期測定頂葉SPAD值。各小區隨機取6株水稻的劍葉，每張葉片測5個點，分別為葉上部位、葉中上部位、葉中部、葉中下部位、葉下部位。導出并記錄每張葉片不同部位SPAD值的平均值，計為葉片的SPAD值。

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3穴，考察每穗粒數、結實率、千粒質量等產量性狀；在測產區取 20 m2水稻，脫粒風干后測實際產量。

1.3.3 水稻氮素積累量 分別在分蘗期、拔節期、齊穗期和成熟期取長勢均勻的水稻植株，每小區取連續5穴，齊穗期至成熟期植株分揀為莖鞘、葉、穗并分別裝袋，置于烘箱105 ℃殺青30 min，然后 80 ℃ 烘干至恒質量，稱質量并折算為單位面積干物質積累量。將植株穗、葉、莖鞘分別用植物粉碎機粉碎后，用半微量凱氏定氮法測定植株各部分全氮含量。

1.3.4 品質測定 利用稻谷出米率檢測儀(JDMZ100，北京東孚久恒儀器技術有限公司)和碎米分離器(JFQS-13x20，臺州市糧儀廠)測定收獲稻谷的出糙率、精米率、整精米率，測定方法按 NY/T 593—2013《食用稻品種品質》標準執行；利用大米外觀品質檢測儀(JMWT12，北京東孚久恒儀器技術有限公司)測定堊白粒率和堊白度。

1.4 數據處理及相關參數計算

試驗數據采用Excel 2016、SPSS 25.0進行統計分析。

氮肥偏生產力(kg/kg)=稻谷產量/氮肥施用量；

氮肥農學利用率(kg/kg)=(施氮區水稻產量-空白區水稻產量)/施氮量；

氮肥回收利用率=(施氮區植株氮素總積累量-空白區植株氮素總積累量)/施氮量×100%；

氮肥生理利用率(kg/kg)=(施氮區水稻產量-空白區水稻產量)/(施氮區植株總氮素積累量-空白區植株氮素總積累量)。

2 結果與分析

2.1 不同肥料處理對水稻產量的影響

從表3可以看出，2年試驗結果表明，與N0相比，HCF處理增產26.6%～52.9%，PCF處理增產29.3%～45.5%。從2年結實率來看，2020年HCF1處理的結實率最高，顯著高于PCF1處理，與其他處理無顯著差異。2021年表現為CK和HCF處理的結實率較高，顯著高于PCF和N0處理。千粒質量方面，2年CK的千粒質量最高，顯著高于PCF處理。2年每穗粒數方面，相同施肥量條件下，與CK相比，2個緩釋肥處理(HCF1和PCF1)顯著提高了每穗粒數，增幅為4.1%～16.1%。2年處理有效穗數表現不一致，2020年表現為PCF1和CK處理的有效穗數差異不顯著，顯著高于除HCF1外的其余處理。2021年施肥各處理之間有效穗數無顯著差異。

表3 不同施肥處理水稻產量及產量構成

從表4得出，相同施肥量(180 kg N/hm2)下，2020年HCF1與CK農學利用率和氮肥偏生產力無顯著差異，2021年HCF1比CK氮肥偏生產力提高 4.4 kg/kg，農學利用率提高4.6 kg/kg；PCF1與CK相比，2年的氮肥偏生產力無顯著差異，農學利用率增加1.9～2.8 kg/kg，氮肥偏生產力表現為PCF2和HCF2顯著大于CK、HCF1和PCF1處理，農學利用率表現為2020年PCF顯著大于HCF，2021年HCF1顯著大于PCF的2個處理，HCF2與PCF這2個處理差異不顯著。由于PCF1處理施氮量多，成熟期植株含氮量高，2年的氮肥回收利用率最高，2年氮肥回收利用率分別為97.8%和80.0%；2020年的CK氮肥生理利用率明顯小于2021年的CK。

表4 不同施肥處理水稻的氮肥利用率

2.2 不同肥料處理對水稻各生育期頂葉SPAD值的影響

由圖1可知，不同肥料處理下，2020年PCF1處理分蘗期的頂葉SPAD值顯著大于其余處理，2021年分蘗期PCF1與其余各施氮處理差異不顯著，顯著高于不施氮的N0處理。2年的頂葉SPAD值均表現為拔節期N0顯著低于其余處理，各施肥處理SPAD值差異不顯著。2020年各處理齊穗期SPAD值差異不顯著，2021年N0處理的齊穗期頂葉SPAD值顯著低于其余處理。在成熟期，2年的PCF1處理SPAD值顯著高于其余處理。

2.3 不同肥料處理對水稻地上部干物質積累的影響

從圖2可以看出，2年試驗結果均表現為N0干物質在各生育期顯著小于各處理。2年分蘗期HCF1處理的地上部干物質積累量較高，2020年與CK和HCF2處理無顯著差異，顯著高于其余處理；2021年與CK無顯著差異，顯著高于其余處理。2020年PCF1處理的地上部干物質在齊穗期和成熟期是最高的，顯著高于其余處理；PCF2處理在齊穗期的干物質顯著高于CK和HCF2處理，與HCF1處理差異不顯著；PCF2處理在成熟期顯著低于PCF1、HCF和CK處理。2021年齊穗期PCF1處理干物質量大于PCF2處理，成熟期PCF2處理干物質量大于PCF1處理，PCF1與PCF2處理在齊穗期和成熟期地上部干物質差異不顯著。2021年齊穗期PCF1處理干物質量顯著大于除PCF2處理外的其余處理，PCF2處理在齊穗期的干物質量顯著大于HCF1和HCF2處理，與CK處理差異不顯著；在成熟期PCF1和PCF2處理顯著大于其余處理。

地上部各器官干物質(表5)方面，2020年齊穗期和成熟期的莖鞘干物質表現一致，PCF1顯著大于其余各處理的莖鞘干物質，CK顯著小于各施肥處理(HCF和PCF)的莖鞘干物質積累量；2021年齊穗期HCF1處理小于CK和PCF1處理的莖鞘干物質積累量，成熟期HCF2處理莖鞘干物質顯著大于其余處理。2020年成熟期PCF2與CK、HCF處理的葉片干物質量差異不顯著，在2020年齊穗期和年齊穗期、成熟期3個時期PCF的2個處理的葉片干物質積累量顯著大于其余各處理。2年均表現為PCF1處理齊穗期穗部干物質積累量最大，顯著大于其余各處理，2020年PCF1處理成熟期的穗部積累量最大，顯著大于PCF2處理，與HCF和CK處理差異不顯著，2021年PCF1與PCF2處理的穗部干物質積累量差異不顯著，顯著大于其余處理。

表5 不同施肥處理下水稻地上部各器官干物質積累動態

2.4 不同肥料處理對水稻地上部氮含量的影響

葉片和莖鞘氮含量均表現為PCF1處理成熟期氮含量顯著大于其余各處理，2年所有處理的莖鞘和葉片含氮量齊穗期整體大于成熟期；2020年PCF1處理齊穗期莖鞘氮含量顯著大于PCF2處理，2021年PCF1與PCF2處理無顯著差異，2021年PCF1處理齊穗期葉片氮含量顯著高于PCF2處理。2年齊穗期PCF的2個處理的穗部氮含量顯著大于其余處理；成熟期穗部氮含量表現為2020年HCF1處理的穗部含氮量顯著大于其余處理，2021年PCF1處理的穗部含氮量顯著大于其余處理(表6)。

表6 不同施肥處理下水稻地上部各器官含氮量比較

2.5 不同肥料處理對水稻稻米外觀品質的影響

2年試驗結果(表7)表明，2年試驗的各施肥處理糙米率和精米率差異不顯著，CK處理堊白度和堊白粒率最大，且2年的堊白粒率顯著大于其余處理。表明與傳統施肥方式相比，2種緩控釋肥處理對水稻精米率和糙米率影響不顯著，但顯著降低了稻米的堊白粒率。2020年CK與N0、HCF2處理的堊白度差異不顯著，2021年CK與HCF1、PCF2處理的堊白度差異不顯著。

表7 不同施肥處理下水稻稻米品質比較

3 討論

3.1 緩釋肥導致增產的農學基礎

單一緩/控釋肥養分釋放呈單一峰值，不能滿足水稻氮肥吸收規律[13]。摻混包膜型復合肥既滿足了作物因單一施用緩/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[14]；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[15]。與N0相比，HCF處理增產26.6%～52.9%，PCF處理平均增產29.3%～45.5%。對于產量構成因子，本試驗中相同施肥量條件下，施用樹脂包衣尿素摻混肥料和腐殖酸復合肥料，較N0來說，2年的穗粒數方面，相同施肥量條件下，與CK相比，2個緩釋肥整體提高了每穗粒數，增幅為 4.1%～16.1%。與前人研究緩控釋肥能使水稻產量有效提高是因為增加了單位面積有效穗數、每穗粒數的結論[16-17]一致。此外相同施肥量180 kg/hm2條件下，PCF1處理較CK顯著提高了水稻植株成熟期的地上部干物質和各器官的氮含量；HCF1處理較CK提高了各器官的含氮量。在本地區2種緩釋肥一次性施肥可以明顯提高水稻的生產力。

3.2 緩釋肥提高水稻肥料利用率和稻米品質的農學基礎

一次性基施緩釋肥的施用次數少，肥料利用率提高，效果優于常規習慣施肥方法，施用緩釋肥可以顯著提高肥料利用率，相關研究已基本證實了這種觀點[18-20]。施肥量180 kg/hm2下，2020年HCF1處理與CK農學利用率和氮肥偏生產力無顯著差異，2021年HCF1處理比CK氮肥偏生產力提高 4.4 kg/kg，農學利用率提高4.6 kg/kg，PCF1處理與CK相比2年氮肥偏生產力無顯著差異，農學利用率增加1.9～2.8 kg/kg。PCF1處理成熟期頂葉的SPAD值顯著大于其余處理，成熟期葉片含氮量顯著大于其余處理，表明PCF1處理后期氮素供應過量，導致PCF1處理回收利用率高于其余處理，生理利用率小于其余處理。

李武等研究發現，緩控釋氮肥處理較常規施肥處理能顯著提高精米率和整精米率，有效提高了稻米加工品質，且能在一定程度上降低堊白度和堊白粒率，提高稻米外觀品質[21]。董曉亮等也報道減少緩控釋氮肥用量 20%，且穗肥不追施任何氮素處理時，可以顯著提高稻米的食味品質[22]。本研究2種緩釋肥2種施肥量處理與CK相比，均提高了整精米率，降低了堊白粒率，與前人研究結論一致。

4 結論

施用2種不同性質的緩釋肥對水稻均有明顯的增產效果，增產原因主要是提高了水稻的分蘗成穗率，增加了有效穗數和每穗粒數；同時增加水稻后期各部位的養分吸收和提高肥料利用率，提高了水稻的稻米品質。減少20%氮肥用量條件下，摻混肥料處理和腐殖酸緩釋型復合肥處理與農戶常規施肥相比，產量下降不顯著，但提高了氮肥偏生產力和農學利用率。相同施氮量下，腐殖酸緩釋肥料比摻混肥料總質量少35%～40%，減少了施肥量和用工成本。該地區水稻應優先選用腐殖酸緩釋型復合肥料，適宜用量為144 kg/hm2。