硅基包膜控释肥对水稻产量形成、氮素吸收及氮肥利用率的影响

冯兆滨,冀建华,侯红乾,王 萍,刘益仁,刘光荣,刘秀梅*

(1.江西省农业科学院,江西 南昌 330200;2.国家红壤改良工程技术研究中心,江西 南昌 330200;3.农业部 长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室,江西 南昌 330200)



硅基包膜控释肥对水稻产量形成、氮素吸收及氮肥利用率的影响

冯兆滨1,2,3,冀建华1,2,3,侯红乾1,2,3,王 萍1,2,3,刘益仁1,2,3,刘光荣1,2,3,刘秀梅1,2,3*

(1.江西省农业科学院,江西 南昌 330200;2.国家红壤改良工程技术研究中心,江西 南昌 330200;3.农业部 长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室,江西 南昌 330200)

摘要：通过连续2年早、晚双季稻的大田试验,研究了硅基包膜控释肥对水稻产量、产量构成因素、籽粒和秸秆氮素吸收及氮肥利用率的影响,并分析了水稻产量、含氮量、吸氮量和氮素收获指数之间的关系。结果表明:一次性施用硅基包膜控释肥的效果较好,特别是施用80%量控释肥处理的水稻年均产量最高,达到16661 kg/hm2,与分次施肥(优化施肥和当地习惯施肥)处理的产量差异不显著;与优化施肥处理相比，施用控释肥能显著提高水稻的表观氮素利用率;水稻籽粒吸氮量与产量呈正相关,籽粒含氮量与产量无相关性,氮收获指数随着秸秆产量、秸秆吸氮量、总吸氮量的增加而显著减小。

关键词：控释肥;水稻;产量形成;氮素吸收；氮肥利用率

南方红壤稻田水稻生产在我国粮食生产中占有重要地位[1-2]。该地区传统水稻生产主要依靠大量施用化肥来获得高产稳产,大量化肥的滥用导致土壤板结、地力水平下降、环境污染等问题,而施氮过量是氮肥利用率低和损失率高的重要原因[3-5]。随着劳动力成本的持续上升,红壤区水稻种植的比较效益不断下降,因此,减少施氮量和劳动力成本,提高肥料利用率和水稻产量是本地区目前和将来亟待解决的问题之一[6]。基于此,我们利用硅基膜材包膜控释肥料,重点从减少施肥次数和施肥量出发,研究了减施肥料对水稻产量、产量构成要素、秸秆和籽粒吸收氮素、氮肥利用率等的影响，以期优化筛选出最佳的减施模式，达到减少水稻施肥次数和施肥量、节约劳动力和肥料资源的目的。

1材料与方法

1.1试验区基本概况

连续2年(2012～2013年)在江西省南昌县冈上镇(高肥力田)、江西省兴国县高兴镇(低肥力田)进行定位试验。两地土壤类型均为第四纪红壤发育的潴育性水稻土，试验前土壤样品的基本理化性状见表1。

注：测定土壤pH值时,水土比例为2.5∶1。

1.2试验设计

两地试验采用相同的方案。早、晚稻大田试验均设5个处理,分别为: (1)不施肥,即CK;(2)传统分2次施肥,即CF;(3)推荐分3次施肥,即OF;(4)一次性基施控释配方肥,即100CRF;(5)一次性基施80%控释配方肥,即80CRF。对处理3和处理4采用等养分设计,对处理2、处理3、处理4采用等氮设计。每个处理重复3次,共15个小区,小区面积30 m2,区组随机排列。

早稻以每公顷施纯N 150 kg、P2O575 kg、K2O 135 kg为基础。晚稻以每公顷施纯N 180 kg、P2O554 kg、K2O 165 kg为基础。对于习惯施肥，是在调查当地施肥量和施肥方式后,确定施用复合肥(N-P2O5-K2O含量为15-15-15),养分不足部分用尿素做穗肥补充；其施肥方法:早稻基肥∶穗肥=3∶2(氮素),晚稻基肥∶穗肥=1∶1(氮素)。就推荐施肥而言,氮肥用尿素(N,46.3%),磷肥用钙镁磷肥(P2O5,12%),钾肥用氯化钾(K2O,60%)；其早、晚稻施肥方法：氮、钾肥料基肥∶分蘖肥∶穗肥为5∶2.5∶2.5,磷肥全部基施。试验用控释配方肥由江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所研制生产(专利号ZL2009101151756)[7],包衣材料为硅基膜材,释放期100 d(25 ℃ ,静水)；早稻控释配方肥(N-P2O5-K2O含量为21-10-14)、晚稻控释配方肥(N-P2O5-K2O含量为20-6-19)均一次性施用,养分不足部分用氯化钾补充。

2结果与分析

2.1对水稻产量的影响

由表2可以看出:(1)在高肥力田(南昌县),所有施肥处理的水稻产量均高于CK(不施肥)处理的(P<0.05),在各施肥处理之间2年年均产量无显著差异；2012年施肥处理较CK的增产幅度在12.5%～14.5%之间,年产量表现为100CRF> OF(推荐施肥)>80CRF>CF(传统施肥)>CK; 2013年的增产幅度为33.0%～39.5%，年产量表现为80CRF>OF>100CRF>CF>CK;2年年均产量表现为80CRF>OF>100CRF>CF>CK，表明施用控释肥处理的水稻产量已经达到推荐施肥处理的产量水平,而80%控释肥处理的产量达到最高;(2)在低肥力田(兴国县),所有施肥处理的水稻产量均高于CK(不施肥)处理的(P<0.05)；2012年增产幅度在9.6%～13.4%之间,年产量表现为100CRF> OF>80CRF>CF>CK,其中100CRF处理显著高于OF、CF、80CRF处理(P<0.05)；2013年增产幅度在42.7%～66.2%之间,各施肥处理间无显著差异；2年年均产量表现为100CRF >OF>80CRF>CF>CK，其中100CRF处理、OF处理均显著高于CF、80CRF处理，显示施用控释肥处理的水稻产量已经达到推荐施肥处理的产量水平,显著高于传统施肥处理的产量水平,且100%控释肥处理的产量达到最高。

综上所述,无论是在高肥力地区还是在低肥力地区,施用控释肥的水稻产量均达到了推荐优化施肥的产量水平;在低肥力田施用控释肥的水稻产量显著高于传统施肥的产量水平;在高肥力田宜施用80%量的控释肥,在低肥力田宜全量施用。

2.2对水稻产量构成因素的影响

水稻产量构成因素如表3所示:水稻产量由有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重共同决定。

在高肥力田,所有施肥处理的理论产量均高于CK的(P<0.05),各施肥处理间无显著差异。CF处理(传统施肥)具有较多的有效穗数,但是每穗粒数较少,在2012、2013年早稻季均显著低于OF处理(推荐施肥)、控释配方肥处理的，但在晚稻季无显著差异;推荐施肥处理与控释配方肥处理在有效穗数、每穗粒数、颖花数、理论产量方面均无显著差异,但每穗粒数在2012年晚稻季要显著低于控释配方肥处理100CRF的。对于两个控释配方肥处理而言,100CRF第一季的理论产量高于80CRF的,以后的产量均低于80CRF的,原因是100CRF处理第一季以后的结实率均低于80CRF的,低的结实率造成实粒数减少、空粒数增多,因此影响了产量；同时也说明控释配方肥的过量施用会造成养分的浪费,导致水稻贪青晚熟,因此应减少控释配方肥的施用量。

在低肥力田,所有施肥处理的理论产量均显著高于CK的,施肥处理间差异显著,其中在2012年晚稻季CF处理的理论产量要显著低于其他施肥处理的。100CRF处理在两年4季水稻种植中,有3季产量最高;其次是 OF处理,有3季产量高于80CRF处理;最后一季的理论产量表现为80CRF>CF>CK,与实测产量的变化规律基本一致。说明在低肥力田当地习惯施肥方法不能带来水稻增产,应全量施用控释配方肥。

表2不同施肥处理早、晚稻籽粒产量分析

注：同列数据后不同字母表示处理间产量差异达到5%显著水平。下同。

2.3对水稻籽粒和秸秆含氮量及氮肥利用率的影响

综合分析2年早、晚稻籽粒、秸秆的含氮量(见表4),可以看出:施氮处理的水稻籽粒、秸秆含氮量显著高于不施氮处理的；在各施氮处理之间100CRF处理与CF无显著差异,CF、100CRF处理显著高于OF处理,80CRF处理与OF无显著差异。早稻秸秆的含氮量表现出与籽粒含氮量同样的规律。晚稻秸秆的含氮量以100CRF处理最高,显著高于其他施肥处理的。因此可以认为：水稻传统施肥与控释肥处理100CRF的水稻籽粒氮素含量处于同一水平,其氮素含量高于优化施肥OF处理的；优化施肥与施控释肥处理80CRF的水稻籽粒氮素含量处于同一水平；秸秆的氮素含量规律与籽粒的基本相同。

由表4还可以看出:水稻氮素收获指数以不施肥处理最高,显著高于其他施肥处理的；其次是80CRF处理；其余施肥处理间无显著差异。对于氮肥吸收利用率而言，2012年早稻以80CRF最高,显著高于其他施肥处理的,晚稻以CF传统施肥处理最高；2013年以施控释肥处理最高,传统施肥处理CF的氮肥利用率在42.87%～48.77%之间，控释肥处理在37.28%～57.85%之间,在控释肥处理100CRF与传统施肥CF之间无显著差异；优化施肥处理OF的氮肥利用率在23.98%～34.50%之间，控释肥处理显著高于优化施肥处理OF。氮肥农学利用率以控释肥处理80CRF最高,显著高于其他施肥处理；其他施肥处理间无显著差异。氮肥生理利用率除2012年晚稻季外,其余各季均以优化施肥处理最高,显著高于不施肥处理的。氮肥偏生产力以控释肥处理80CRF最高，显著高于其他施肥处理的；其他施肥处理间无显著差异。土壤氮素依存率在不同年份有所不同,在2012年晚稻季以80CRF最高,显著高于其他施肥处理；在其他季均以OF处理最高，显著高于100CRF、CF处理的。

因此,在本试验条件下,施用控释肥能提高水稻的表观氮素利用率，无论是全量还是80%用量控释肥处理均显著高于优化施肥处理的。传统施肥也能获得较高的氮肥利用率,这可能与传统施肥不同养分形态供应有关。

2.4水稻产量、含氮量、吸氮量和氮素收获指数之间关系分析

表5是连续2年四季水稻产量、含氮量、吸氮量间关系分析结果，从中可以看出：无论早稻还是晚稻,籽粒产量与籽粒吸氮量、总吸氮量呈极显著正相关,而籽粒含氮量与产量无相关性;秸秆产量与秸秆吸氮量、总吸氮量呈极显著正相关,而秸秆含氮量与秸秆产量无相关性。说明水稻吸氮量对产量影响显著,含氮量对产量无显著影响。

另外，籽粒含氮量与秸秆含氮量间、籽粒吸氮量与秸秆吸氮量间均存在显著正相关关系;氮收获指数与秸秆产量、秸秆吸氮量、总吸氮量呈极显著负相关。说明水稻籽粒与秸秆间氮素分配相关联。氮收获指数则随着秸秆产量、秸秆吸氮量、总吸氮量的增加而显著减小。

3结论

3.1施用控释肥可提高水稻产量，减少肥料用量

对于双季稻区的高肥力田,经连续2年的试验后,一次性施用硅基包膜控释肥的效果较好,特别是施用80%控释肥的水稻年均产量最高,达到16661 kg/hm2;而施用100%控释肥的年均产量为16478 kg/hm2,与推荐施肥处理的产量16511 kg/hm2相当。在低肥力田,全量控释肥处理(100CRF)的年均产量最高,为16287 kg/hm2；其次是推荐施肥处理(OF)，年均产量为16150 kg/hm2；100CRF和OF处理的年均产量均显著高于习惯施肥(CF)和80%控释肥(80CRF)处理的。可见施用控释肥的水稻产量已经达到推荐施肥处理的产量水平,且显著高于传统施肥处理的。综上可知,无论是在高肥力田还是在低肥力田,施用控释肥的双季稻产量均达到了推荐优化施肥处理的产量水平;在低肥力田，施用控释肥的双季稻产量显著高于传统施肥处理的,在高肥力田可以减少控释肥用量20%。

3.2施用控释肥可提高水稻的每穗粒数

本研究结果表明：不论是在高肥力田还是在低肥力田,推荐施肥处理(OF)与80%控释配方肥处理(80CRF)在有效穗数、每穗粒数、颖花数、理论产量方面均无显著差异,但每穗粒数在2012年晚稻季要显著低于控释配方肥处理的。

注：r0.05=0.361,r0.01=0.463,n=30;“*”表示显著相关,“**”表示极显著相关。

3.3施用控释肥可提高水稻的表观氮素利用率

传统施肥(CF)处理双季稻的籽粒氮素含量与施控释肥处理(100CRF)相当,均高于优化施肥处理(OF)的,后者的籽粒氮素含量又与80CRF处理相当。秸秆氮素含量的规律与籽粒氮素含量基本相同。水稻氮素收获指数以不施肥处理最高,显著高于其他施肥处理的。对于氮肥农学利用率、氮肥偏生产力来说,80CRF处理最高,显著高于其它施肥处理的。因此,施用控释肥能提高水稻的表观氮素利用率。

3.4水稻籽粒吸氮量与产量呈正相关,籽粒含氮量与产量无相关性

相关分析结果表明：无论早稻还是晚稻,其籽粒产量与籽粒吸氮量、总吸氮量均呈极显著正相关,而籽粒含氮量与产量无相关性;秸秆产量与秸秆吸氮量、总吸氮量呈极显著正相关,而秸秆含氮量与秸秆产量无相关性；籽粒含氮量与秸秆含氮量、籽粒吸氮量与秸秆吸氮量均呈显著正相关;氮收获指数与秸秆产量、秸秆吸氮量、总吸氮量呈极显著负相关。

由此可见,包膜控释肥在南方水稻上完全可以替代分次施肥,并且在减少20%肥料用量的情况下仍然等效,达到了减施增效、节本省工的目的。此结论同于秦道珠、成艳红等的研究结果[8-10]。

参考文献:

[1] 侯红乾,刘秀梅,冀建华,等.南方红壤区稻田土壤养分动态变化及与产量关系分析[J].华北农学报,2013,28(3):109-115.

[2] 柳开楼,李大明,黄庆海,等.红壤稻田长期施用猪粪的生态效益及承载力评估[J].中国农业科学,2014,47(2):303-313.

[3] 王娟,吕家珑,徐明岗,等.长期不同施肥下红壤氮素的演变特征[J].中国土壤与肥料,2010(1):1-6.

[4] 蔡泽江,孙楠,王伯仁,等.几种施肥模式对红壤氮素形态转化和pH的影响[J].中国农业科学,2012,45(14):2877-2885.

[5] 王霞,崔键,周静.包膜尿素对旱地红壤氮素垂直迁移特征的影响[J].土壤,2011,43(3):382-387.

[6] 谢国雄,邱志腾,章明奎.施用生物质炭对红壤氮素供应能力的影响[J].浙江农业科学,2013(9):1166-1168.

[7] 刘秀梅,邹绍文,冯兆滨,等.南方水稻专用富硅钙控释肥及其制备方法：中国，ZL2009101151756[P].2009-04-13.

[8] 秦道珠,李冬初,徐明岗,等.红壤稻田施用控释肥与氮素转化的关系[J].中国农学通报,2008,24(9):273-276.

[9] 成艳红,武琳,钟义军,等.控释肥对稻草覆盖红壤花生产量及土壤有效氮平衡的影响[J].土壤学报,2014,52(2):306-313.

[10] 冀建华,刘秀梅,侯红乾,等.基于AMMI模型评价长期定位施肥对双季稻总产量稳定性的影响[J].中国农业科学,2012,45(4):685-696.

(责任编辑:黄荣华)

Effects of Controlled-release Fertilizers Coated by Silic-based Material on Yield Components, Nitrogen Absorption and Nitrogen Use Efficiency of Rice

FENG Zhao-bin1,2,3, JI Jian-hua1,2,3, HOU Hong-qian1,2,3, WANG Ping1,2,3,LIU Yi-ren1,2,3, LIU Guang-rong1,2,3, LIU Xiu-mei1,2,3*

(1. Jiangxi Academy of Agricultural sciences, Nanchang 330200, China; 2. National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Nanchang 330200, China; 3. Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Farming System for Middle and Lower Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture, Nanchang 330200, China)

Abstract：One continuous two-year field trial was conducted to study the effects of controlled-release fertilizers coated by silic-based materials on the yield components, nitrogen absorption and nitrogen use efficiency of rice, and analyzed the relationships of N harvest index with the yield, nitrogen content and nitrogen adsorption. The results showed that one-time basal application of controlled-release fertilizers coated by silic-based materials could get better effect, the rice yield was the highest in the treatment of applying 80% controlled-release fertilizer, the rice yields were 16661 kg/hm2, the yield difference was not significant with time fertilization(the optimal application treatment and the local conventional application treatment). Compared with the optimal application fertilization treatment, application of coated urea could significantly improve the apparent nitrogen use efficiency of rice. The rice nitrogen absorption had a positive relationship to the rice yield, there didn’t exist obvious relationship between grain yield and nitrogen content, the N harvest index significantly decreased with the increasing of the biomass of rice straw, the N adsorption of rice straw and the total N adsorption.

Key words：Controlled-release fertilizer; Rice; Yield components; Nitrogen absorption; Nitrogen use efficiency

收稿日期：2015-12-29

基金项目：国家自然科学基金项目(31101603);国家科技支撑计划项目(2011BAD41B01);江西省学科带头人培养计划；赣鄱555工程人选资助项目。

作者简介：冯兆滨(1974─),男,山东泰安人,副研究员,硕士,主要从事新型肥料的研究和开发工作。*通讯作者:刘秀梅。

中图分类号：S511.062

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)05-0031-05