新型控釋肥與有機物料配施對水稻產量及氮素利用效率的影響

摘要：通過研究新型控釋肥與有機物料配施對巢湖流域水稻生產和氮肥利用效率的影響，以實現巢湖流域水稻高產高效。于2022—2023年在安徽農業大學皖中綜合實驗站開展田間試驗，設置普通肥料（普通磷酸二銨）和新型控釋肥料（控失活化磷酸二銨）2種施肥方式，耦合秸稈不還田、秸稈還田、生物炭還田、有機肥還田4種還田方式，研究其對水稻生物量累積、產量及產量構成要素、氮肥利用效率及土壤氮素有效性的影響。結果表明，施用控失活化磷酸二銨明顯提高拔節期至成熟期水稻生物量、成熟期有效穗數和穗粒數；與普通肥料相比，2年水稻產量平均提高12.5%，氮肥回收利用率、農學利用效率、氮素偏生產力分別平均提高40.55%、17.00%、6.35%。綜合2年土壤數據分析表明，與普通肥料相比，使用控失活化磷酸二銨顯著提高水稻成熟期0～20 cm土層土壤全氮含量4.5%，速效氮含量11.6%。通過對不同有機物料還田進行分析，水稻生物量、產量、氮肥利用效率、土壤全氮和速效氮含量總體表現均為生物炭還田gt;秸稈還田gt;有機肥還田gt;不還田。綜上所述，施用控失活化磷酸二銨可以顯著改善土壤氮素有效性，提高水稻生物量累積、產量和氮肥利用效率，且與生物炭的配施效果優于其他有機物料還田處理，在巢湖流域水稻生產中推薦使用該新型控釋肥料+生物炭還田的組合模式。

關鍵詞：新型肥料；有機物料還田；生物炭；水稻產量；水稻氮肥利用

中圖分類號：S511.06文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）02-0044-08

氮素是作物生長和產量形成所必需的營養元素之一［1］。根據國內外相關研究，20世紀糧食單產的一半，總產的1/3來自于化肥的貢獻。水稻作為我國乃至世界最主要的糧食作物之一，生產中普遍存在肥料使用過量、養分利用率低和環境污染等問題。新型肥料是肥料家族中不斷出現的新產品，是肥料產業創新發展的原動力，每一次新型肥料的問世，都能極大地提升作物產量［2］。隨著農業的發展，新型肥料的種類越來越多，目前國內外發展較快的新型肥料有緩/控釋肥料、全水溶性肥料、功能性肥料、微生物肥料（菌劑）、有機無機復合肥料等［3］。新型肥料可以通過調節肥料和土壤中養分釋放規律來達到提高肥料利用率、調控作物生長機制和改善土壤理化性質的目的而備受關注。大量研究表明，使用新型肥料可以減少農田氮的損失，提高氮肥利用率，同時也提高農作物的產量［4-7］。

我國是農業生產大國，每年在農業生產過程中會產生大量的秸稈，據統計，我國目前年產秸稈約10億t（風干）［8］。合理的使用這些農業廢棄物可以有效地降低農業生產成本，減少對環境的污染。這些農業廢棄物經過處理作為有機物料進行還田能夠有效地改善土壤質量，提高作物產量。目前，由秸稈進一步加工成的生物炭和有機肥在農業生產中表現出一定的潛力，秸稈生物炭具有較高的有機碳含量和較高的孔隙度，可以提高土壤有機碳含量，降低土壤養分的流失［9-10］。而秸稈有機肥可以激活土壤中微生物的活躍率，同時增加土壤通透性以及保水保肥能力［11］。大量研究表明，有機物料還田能有效提高禾本類作物的穗數、穗粒數和千粒重，進而提高作物產量［12-16］，同時有效提高水稻氮肥利用率和利用效益［17-19］。

前人對于新型肥料的研究大多只采用肥料品種之間的比較，或者采用多種有機物料還田時未設置與新型肥料的耦合。開展新型肥料與有機物料還田配施對水稻產量和肥料利用效率的影響研究，有利于促進土壤地力改良和化肥合理使用?？厥Щ罨姿岫@采用中國科學院控釋和活化技術創制而成，具有顯著控制養分流失和活化土壤中固化的養分兩大核心功能，能夠有效促進養分吸收，提高氮磷利用率18%以上?？蒯寗┯鏊軌蜃越M裝微納網絡從而“網捕”化肥養分，減少其在土壤中的滲漏、徑流和揮發，達到控制化肥養分損失的目的?！翱蒯尫省毕鄬τ趥鹘y化肥可以有效地減少施肥次數，等量施肥增產10%，氮肥利用率提高6%～15%，而且對環境更友好。近些年來，安徽省合肥市巢湖流域化肥施用量均超過20萬t，在2020年合肥市農作物化肥施用總量折純高達23萬t，有資料顯示，巢湖流域農田徑流污染占總污染量的33.7%。因此，本研究通過2年田間試驗，研究新型控釋肥料與有機物料（秸稈、生物炭、有機肥）還田配施對巢湖流域水稻產量和氮肥利用效率的影響，為巢湖流域水稻高產與高效生產提供參考依據。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗于2022—2023年在安徽省廬江縣安徽農業大學皖中實驗站（117°22′E，31°28′N）進行，該實驗站所處位置為典型的巢湖流域稻麥輪作種植區，其土壤類型為河湖相沉積物母質發育形成的潴育型水稻土，在2022年田間試驗開始前0～20 cm土壤基本理化性質為：全氮含量0.74 g/kg、全磷含量0.90 g/kg、速效鉀含量91.61 mg/kg、有機質含量13.02 g/kg、銨態氮含量3.20 mg/kg、硝態氮含量0.42 mg/kg、pH值5.39。

1.2試驗設計

田間采用裂區設計，以不施氮肥為對照（CK），肥料種類為主區，設置普通肥料［普通磷酸二銨（N ∶P2O5=15 ∶42）+氯化鉀］和新型控釋肥料［控失活化磷酸二銨（N ∶P2O5=15 ∶42）+氯化鉀］2種施肥方式；有機物料還田為副區，設置秸稈不還田、秸稈還田、生物炭還田、有機肥還田4種還田方式，共計8個處理：普通肥料（T1）、普通肥料+秸稈還田（T2）、普通肥料+生物炭還田（T3）、普通肥料+有機肥還田（T4）、新型控釋肥料（T5）、新型控釋肥料+秸稈還田（T6）、新型控釋肥料+生物炭還田（T7）、新型控釋肥料+有機肥還田（T8），同時設置不施氮肥（過磷酸鈣+氯化鉀）為對照（CK）。每個處理設置3個重復，單個小區的面積為125 m2（5 m×25 m），每個處理小區間以50 cm寬的田埂隔開，覆蓋黑色地膜，隔離水肥。在水稻季，除CK處理外，所有小區氮肥的施用量為225 kg/hm2，磷肥的施用量為75 kg/hm2，鉀肥的施用量為 75 kg/hm2。秸稈還田為小麥、水稻秸稈周年全量還田，生物炭和有機肥均以稻麥秸稈為原料，根據秸稈還田量進行等炭量還田。稻、麥季秸稈（水稻季還小麥秸稈，小麥季還水稻秸稈）還田量分別為6、9 t/hm2；稻、麥季有機肥還田量分別為6.9、10.4 t/hm2；稻、麥季生物炭還田量分別為4.4、6.6 t/hm2。水稻采用機插秧的方式種植，種植密度等其他條件和當地農戶一致。

1.3樣品采集與測定

在水稻分蘗期、拔節期、開花期和成熟期分別采集水稻植株樣品。每個處理采集3個重復樣品，樣品隨機選取生長一致的植株5穴，進行105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒重，進行水稻生物量的測定，之后將樣品進行粉碎，采用元素分析儀測量植株氮含量。于水稻收獲前1周內，在各小區隨機選取1 m2水稻樣方，用于調查有效穗數，同時在每個小區選取長勢均勻的9穴水稻，自然風干后進行考種，用于調查水稻穗粒數、結實率、千粒重等產量構成因素，計算水稻產量。

分別在2022年和2023年水稻收獲后，按照5點采樣法在每個小區分別采集5個土層的土壤樣品，分別為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，同一土層5個土壤樣品混合成一個土壤樣品用于測定土壤全氮和速效氮含量。樣品采集混合完畢后取一部分裝進自封袋，在4 ℃冰箱中保存，并于1周內完成速效氮含量的測定。另一部分進行風干晾曬，研磨后過100目篩用于全氮含量的測定。風干土壤樣品全氮含量采用半微量凱氏定氮法進行測定，速效氮含量采用流動分析儀進行測定。

1.4相關指標計算公式

植株氮素積累量（kg/hm2）=水稻籽粒含氮量×籽粒生物量+水稻莖葉含氮量×莖葉生物量；

氮肥回收利用率=（施氮處理成熟期氮素積累量-不施氮處理成熟期氮素積累量）/氮肥施用量×100%；

氮肥農學利用效率（kg/kg）=（施氮處理稻谷產量-不施氮處理稻谷產量）/氮肥施用量；

氮肥偏生產力（kg/kg）=水稻產量/施氮量。

1.5數據分析

利用Office進行數據的整理，采用SPSS 22.0進行方差分析，差異性顯著水平為0.05。采用Origin 2022繪圖。

2結果與分析

2.1新型控釋肥料與有機物料配施對水稻生物量的影響

新型控釋肥料與有機物料還田配施對2022和2023年不同生育時期水稻生物量的影響趨勢基本保持一致（圖1）。除分蘗期之外，新型控釋肥料和有機物料還田對水稻生物量均有顯著影響。同種有機物料還田條件下，均表現為新型控釋肥料gt;普通肥料；同種施肥條件下，均表現為生物炭還田gt;秸稈還田gt;有機肥還田gt;不還田。

比較2022年同一肥料下水稻生物量平均值，與普通肥料相比，新型控釋肥料下水稻拔節期、開花期、成熟期生物量分別顯著提高7.7%、5.4%、14.6%。比較2022年同一有機物料還田下的水稻生物量平均值，與秸稈不還田相比，秸稈還田、生物炭還田、有機肥還田條件下水稻拔節期生物量分別提高8.6%、12.4%、6.0%，開花期生物量分別提高7.7%、11.1%、6.3%，成熟期生物量分別顯著提高14.3%、18.8%、10.9%。

比較2023年同一肥料下水稻生物量平均值，與普通肥料相比，新型控釋肥料下水稻拔節期、開花期、成熟期生物量分別提高3.3%、16.5%、7.0%。比較2023年同一有機物料還田下的水稻生物量平均值，與秸稈不還田相比，秸稈還田、生物炭還田、有機肥還田條件下水稻拔節期生物量分別提高11.4%、16.2%、7.4%，開花期生物量分別顯著提高10.5%、18.7%、7.9%，成熟期生物量分別顯著提高12.5%、18.3%、10.6%。

2.2新型控釋肥料與有機物料配施對水稻產量及產量構成要素的影響

新型控釋肥料與有機物料還田配施對2022年和2023年水稻產量有顯著影響。比較同一肥料下水稻產量平均值，與普通肥料相比，使用新型控釋肥料下水稻產量在2022、2023年分別顯著提高11.7%、13.3%。比較同一有機物料還田下的水稻產量平均值，在2022年和2023年均表現為生物炭還田gt;秸稈還田gt;有機肥還田gt;不還田。與秸稈不還田相比，秸稈還田、生物炭還田、有機肥還田條件下水稻產量增幅在2022年分別為15.1%、19.8%、13.5%，在2023年分別為13.9%、20.3%、11.8%（圖2）。

從產量構成要素（表1）上分析，新型控釋肥料和有機物料還田對水稻千粒重和結實率均無顯著影響，對水稻穗粒數和有效穗數均有顯著性影響。

比較同一肥料下水稻穗粒數平均值和水稻有效穗數平均值，與普通肥料相比，使用新型控釋肥料下水稻穗粒數在2022年和2023年分別提高8.1%、8.0%，水稻有效穗數在2022年和2023年分別提高4.1%、7.5%。比較同一有機物料還田下的水稻穗粒數平均值和有效穗數平均值，與秸稈不還田相比，秸稈還田、生物炭還田、有機肥還田條件下水稻穗粒數和有效穗數均表現為生物炭還田gt;秸稈還田gt;有機肥還田gt;不還田。

2.3新型控釋肥料與有機物料配施對水稻氮素吸收及氮肥利用效率的影響

由表2可知，新型控釋肥料和有機物料還田對水稻成熟期氮素積累量、氮肥回收利用率、氮肥農學利用效率及氮肥偏生產力均具有顯著影響。比較在同一肥料下水稻成熟期氮素積累量的平均值、水稻氮肥回收利用率的平均值、水稻氮肥農學利用效率的平均值以及水稻氮肥偏生產力的平均值，與普通肥料相比，使用新型控釋肥料下水稻氮素積累量在2022年和2023年分別提高20.6%和11.2%；水稻氮肥回收利用率在2022年和2023年分別提高55.1%和26.0%；水稻氮肥農學利用效率在2022年和2023年分別提高24.6%和9.4%；水稻氮肥偏生產力在2022年和2023年分別提高9.0%和3.7%。

比較同一有機物料還田下的水稻成熟期氮素積累量的平均值、水稻氮肥回收利用率的平均值、水稻氮肥農學利用效率的平均值以及水稻氮肥偏生產力的平均值，與秸稈不還田相比，秸稈還田、生物炭還田、有機肥還田條件下其結果均表現為生物炭還田gt;秸稈還田gt;有機肥還田gt;不還田。

2.4新型控釋肥料與有機物料配施對土壤全氮含量的影響

在水稻成熟期對不同土層深度的土壤全氮含量進行測定，結果如圖3所示。除60～80 cm和 80～100 cm的土層外，新型控釋肥料和有機物料還田對水稻土壤全氮含量均有顯著影響。比較在同一肥料下水稻土壤全氮含量的平均值，與普通肥料相比，使用新型控釋肥料下土壤全氮含量在2022年的0～20、20～40、40～60 cm的3個土層中分別提高4.5%、20.4%、18.3%，在2023年的0～20、20～40、40～60 cm的3個土層中分別提高4.5%、25.9%、24.0%。

比較同一有機物料還田下的水稻土壤全氮含量平均值，與秸稈不還田相比，秸稈還田、生物炭還田、有機肥還田條件下水稻土壤全氮含量在2022年和2023年的0～20 cm和20～40 cm的土層中均表現為生物炭還田gt;秸稈還田gt;有機肥還田gt;不還田，在40～60 cm均表現為生物炭還田gt;有機肥還田gt;秸稈還田gt;不還田。

2.5新型控釋肥料與有機物料配施對土壤速效氮含量的影響

在水稻成熟期對不同土層深度的土壤銨態氮和土壤硝態氮含量進行分析，結果如圖4所示。除2022年60～80、80～100 cm硝態氮含量和80～100 cm 銨態氮含量，以及2023年80～100 cm硝態氮含量之外，新型控釋肥料和有機物料還田對水稻成熟期土壤銨態氮含量和土壤硝態氮含量均有顯著影響。比較在同一肥料下水稻土壤銨態氮和硝態氮含量之和的平均值，與普通肥料相比，使用新型控釋肥料下土壤銨態氮和硝態氮含量之和的平均值在2022年的0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 5個土層分別提高15.3%、6.0%、6.1%、4.8%、3.2%，在2023年0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 5個土層分別提高7.9%、19.4%、5.7%、10.7%、5.4%。比較同一有機物料還田下的水稻土壤銨態氮和硝態氮含量之和平均值，在2022年和2023年結果均表現為生物炭還田gt;秸稈還田gt;有機肥還田gt;不還田。

3討論

本研究中，新型控釋肥料的使用和有機物料的還田均能影響土壤氮素的有效性，進而影響水稻的氮肥利用效率和產量。本研究表明，新型控釋肥料的使用可以顯著影響土壤氮素的有效性，在0～20 cm 和20～40 cm土層土壤中，使用新型控釋肥料處理的土壤速效氮和全氮的含量要明顯高于使用普通肥料。新型控釋肥料的使用可以有效地減少土壤氮素的流失，降低氮素在農作物生長過程中的損失，同時也能更持久地為作物生長提供氮素來源。相關研究表明，緩釋和控釋肥料可以改變土壤細菌和真菌群落，提高土壤硝態氮和銨態氮含量［20］。同時緩控釋肥的使用能夠明顯降低稻田地表總氮的損失，使水稻氮素偏流失率得到顯著降低［21-22］。王曉琪等的研究表明，控釋尿素的使用可以使土壤銨態氮和硝態氮含量保持較高的水平，在水稻的生育中后期為水稻提供更合理的氮素來源［23］。

本研究中，新型控釋肥料的使用對水稻產量和氮肥利用效率有顯著影響，使用新型控釋肥料可以顯著提高水稻的有效穗數、產量和生物量，進而提高水稻植株氮素積累量和氮肥利用效率。大量相關研究表明，使用如緩釋肥、控釋肥、包膜肥等新型肥料均能有效提高水稻產量和氮肥利用效率［24-27］。陳琨等的研究表明，在等氮量情況下控釋肥可以使稻谷增產3.61%～11.36%，氮肥利用率提高10%以上，氮肥農學效率增加24.97%～54.02%［28］。焦曉光等研究表明，相對于普通肥料，控釋尿素可以使氮肥利用率提高3.64%～19.92%，使水稻增產8.66%～25.70%［29］。

有機物料的使用可以有效改善土壤基礎理化性質，減少土壤養分的流失，提高土壤質量，提高作物對土壤養分的吸收利用。本研究表明，在使用同種肥料的情況下，相對于不還田，使用有機物料還田均能提高土壤速效氮和全氮含量，其中以生物炭還田效果最好。有機物料中含有豐富的有機質，而有機質是改善土壤質量和促進土壤養分循環的核心與物質基礎，在改善土壤結構和提升土壤供肥性、緩沖性以及保墑性等方面發揮重要作用［30］。有機物料還田在改善土壤養分和物理性質的同時，還會在一定程度上對土壤中的微生物產生影響。土壤中的氮素主要為無機氮的形式，需要經過土壤動物和微生物的分解和礦化作用，然后形成可以被作物直接利用吸收的礦質氮。孫鳳霞等通過研究發現，施用有機肥能顯著提高紅壤的微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率，從而保持作物高產［31］。土壤微生物對水稻氮肥利用具有一定的影響，相關研究表明，通過對比試驗發現有機物料還田可以增加土壤微生物種類和微生物總量，從而提高水稻對氮肥的利用［32-34］。

本研究中，相對于不還田，使用有機物料還田可以顯著影響水稻成熟期的穗粒數和有效穗數，可以顯著提高作物生物量和產量，以及水稻植株氮素積累量和氮肥利用效率。相關研究表明，有機、無機肥配施有利于植株在中后期對養分的吸收和干物質的積累，可促進水稻植株養分向籽粒中轉移和分配，進而提高水稻產量［35］。有機、無機配施可以提高旗葉葉綠素含量，延緩小麥和玉米器官衰老，有利于干物質的積累與轉運，進而增加千粒重和穗粒數，提高產量［36］。向秀嬡等的研究表明，有機、無機肥配施較單施化肥可有效提高水稻的株高、有效穗數，結實率和千粒重，從而提高水稻的籽粒產量和氮肥利用率［37］。此外有研究表明，有機、無機肥配施促進了土壤微生物繁殖，使其在水稻生育前期固持了較多的礦質氮，在水稻生育中、后期這些氮素逐漸被釋放以供水稻吸收利用，從而達到提高水稻產量的效果［38-39］。

4結論

在本研究條件下，控失活化磷酸二銨與不同有機物料配施均能夠增加土壤總氮含量和速效氮含量，提高土壤供氮能力和氮素有效性，提高水稻生物量累積，實現水稻增產，提高氮肥利用效率，其中與生物炭的配施效果最佳。在巢湖流域農業生產中，推薦使用該新型控釋肥和生物炭還田的配施模式，來達到增產增效的目的。

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