控释掺混氮肥对稻麦作物生长和产量的影响

张敬昇，李 冰，*，王昌全，向 毫，曾兴鑫，尹 斌，付月君（.四川农业大学资源学院，四川成都630；.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京0008）

控释掺混氮肥对稻麦作物生长和产量的影响

张敬昇1，李 冰1，*，王昌全1，向 毫1，曾兴鑫1，尹 斌2，付月君1
（1.四川农业大学资源学院，四川成都611130；2.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京210008）

为探讨控释掺混氮肥施用对稻麦作物生长和产量的影响，通过田间小区试验，开展了不同控氮比掺混肥对各生育期稻麦作物株高、干物质积累量及其器官分配、产量及其构成因子的影响研究。结果表明，较常规尿素（U100）处理，添加20%比例以上控释氮肥处理在生育中后期均可显著提高稻麦作物株高、干物质量及生长速率，小麦与水稻分别增产6%～14%与7%～11%。其中，40%控释氮肥掺混60%尿素（CRU40U60）处理在促进稻麦作物农艺性状及生长速率方面效果均优。CRU40U60处理显著提高小麦穗长，小麦产量最高，较U100处理增产14%，较全量控释氮肥（CRU100）处理增产8%；CRU40U60处理也显著提高水稻结实率与穗粒数，水稻产量最高，较U100处理增产11%，较CRU100处理增产4%。本试验条件下，40%控释氮肥掺混60%尿素（CRU40U60）处理掺混比例适中，一次性基施还可降低劳动投入，农民易于接受。因此，推荐40%控释氮肥掺混60%尿素处理为促进稻麦作物生长和提高产量的适宜掺混比例。

稻麦；掺混氮肥；农艺性状；产量

生物遗传性决定了不同作物农艺性状的生长差异，合理的农艺性状和产量构成因子是增产的合理表型［1-3］。作物发育受施氮影响，充足的养分供给有利于增加产量［4-5］，但尿素易通过挥发、径流、淋溶等形式损耗并对环境造成威胁［6-7］，作物直接吸收利用仅30% ～35%［8］，故常规尿素对稻麦作物农艺性状及产量的提高具有局限性。有研究表明，采用15N示踪技术，按时期追施尿素，能有效减少氮素损耗，提高氮素利用率，促进作物农艺性状和产量的提高［9-10］，但劳动成本激增，不易大范围推广。一次性基施控释氮肥可作为一类既兼顾提高氮肥利用率，又降低劳动成本的施肥方式。然而也有研究表明，较常规尿素处理，等氮量的控释氮肥处理在作物生长和产量方面虽均有一定提高，但效果不显著［11］。同时，控释氮肥较尿素价格更高，其受用范围与推广面积受到一定限制［12］。不同类型控释氮肥对作物产量和土壤养分状况的影响已有大量报道［13-16］。控释掺混肥因具有较为适宜的氮素释放规律，在协调作物全生育期的氮素供应上更具优势［17］，近年也逐渐成为控释肥领域的研究重点之一。本研究探索不同控氮比掺混肥对稻麦作物生长和产量的影响，旨在筛选较为适宜的掺混比例，以期为稻麦轮作体系中控释氮肥的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

试验于2014年11月—2015年10月在四川农业大学崇州市桤泉镇试验基地进行，该区域年均气温15.9℃，年均日照时数1 161.5 h，年均降雨量1 012.4 mm，年均无霜期285 d。

供试土壤类型为水稻土，土壤有机质29.57 g·kg-1，全氮含量1.44 g·kg-1，碱解氮60.76 mg· kg-1，速效磷13.82 mg·kg-1，速效钾110.60 mg· kg-1，pH值6.43。

1.2 供试材料

控释氮肥（N 41.4%），控释期约为90 d，由中国科学院南京土壤研究所研制；尿素（N 46.4%），由四川美丰化工有限公司生产；过磷酸钙（P2O512%），由湖北祥云化工股份有限公司生产；氯化钾（K2O 60%），由湖北宜昌涌金工贸有限公司经销。供试小麦品种为内麦836，供试水稻品种为F优498。

1.3 试验设计

试验共设7个处理。小麦季为CK（不施氮肥）；U100（常规施氮，100%尿素）；CRU10U90（控释氮肥10%+普通尿素90%）；CRU20U80（控释氮肥20%+普通尿素80%）；CRU40U60（控释氮肥40%+普通尿素60%）；CRU80U20（控释氮肥80%+普通尿素 20%）；CRU100（控释氮肥100%）。除CK不施氮处理外，各处理氮、磷、钾用量一致，小麦季施氮量150 kg·hm-2，施磷量90 kg·hm-2，施钾量90 kg·hm-2，氮磷钾肥均作为基肥一次性施入。水稻季CK（不施氮肥）；U100（常规施氮，100%尿素），基追比7∶3；CRU10U90（控释氮肥10%+普通尿素90%）；CRU20U80（控释氮肥20%+普通尿素80%）；CRU40U60（控释氮肥40%+普通尿素 60%）；CRU80U20（控释氮肥80%+普通尿素 20%）；CRU100（控释氮肥100%）。除CK不施氮处理外，各处理氮、磷、钾用量一致，水稻季施氮量150 kg·hm-2，施磷量60 kg·hm-2，施钾量75 kg·hm-2，磷钾肥均作为基肥一次性施入，U100处理追肥于基肥施用后第10天进行。

试验小区长5 m，宽6 m，小区面积30 m2。随机排列，每个处理设3次重复。小区田埂设农膜，以免水肥相互渗透。

1.4 样品采集与测定

田间土壤于小麦季施肥前按多点混合法采集基础土样，基本理化性质采用常规方法测定分析［18］。

小麦季植株分别于小麦分蘖期（播种后65 d）、拔节期（播种后120 d）、抽穗前期（播种后140 d）、成熟期（播种后182 d），在每个小区各取代表性植株样品30株，量取株高；拔节期起分茎与叶2部分，成熟期分茎、叶、穗3部分，采集后先在105℃杀青30 min，然后在70℃烘干至质量恒定，称量。小麦产量按小区单打单收，统计各产量构成因子。

水稻季植株分别于水稻分蘖期（移栽后35 d）、拔节期（移栽后65 d）、抽穗前期（移栽后85 d）、成熟期（移栽后112 d），在每个小区各取代表性植株样品5穴，量取株高；拔节期起分茎与叶2部分，成熟期分茎、叶、穗3部分，采集后先在105℃杀青30 min，然后在70℃烘干至质量恒定，称量。水稻产量按小区单打单收，统计各产量构成因子。

1.5 数据处理

采用Excel 2007和SPSS v19.0软件对试验数据进行处理分析，对有显著差异（P＜0.05）的处理采用LSD法进行多重比较，采用逐步方法建立线性回归方程。

图1 不同处理对稻麦作物株高的影响Fig.1 Effect of different treatments on plant height of rice and wheat

2 结果与分析

2.1 不同控氮比掺混肥对稻麦株高的影响

各处理对稻麦株高影响显著。小麦株高均随生育期发展呈上升趋势（图1）。在小麦分蘖期时，株高表现为常规尿素U100处理高于各添加控释氮肥的处理，但U100处理与添加20%以上比例的控释氮肥处理无显著差异；小麦进入拔节期，则表现为CRU100、CRU80U20和CRU40U60处理显著高于常规尿素U100处理；在小麦抽穗期时，表现为CRU40U60处理最高，与其余各处理差异显著；当小麦成熟时，则表现为CRU40U60处理显著高于其余各处理，CRU80U20、CRU20U80与CRU100无显著差异。

水稻株高同样均随生育期发展而呈上升趋势（图1）。在水稻分蘖期时，株高表现为常规尿素U100处理高于各添加控释氮肥的处理，但U100与CRU20U80、CRU40U60、CRU80U20无显著差异；水稻进入拔节期，表现为CRU20U80与CRU40U60处理显著高于常规尿素U100处理；在水稻抽穗期时，各添加控释氮肥的处理株高表现为随控释氮肥比例增大而增大的趋势，且添加40%以上比例控释氮肥处理显著高于常规尿素U100处理；水稻成熟期时，各添加控释氮肥的处理均显著高于U100尿素处理，其中，以CRU100处理的株高最高。

2.2 不同控氮比掺混肥对稻麦干物质量积累及分配的影响

各处理对稻麦干物质积累及分配影响显著。小麦干物质积累量随小麦生育期推进而累加（表1）。小麦分蘖期间，干物质积累量表现为随控释氮肥添加比例的增加而减少的趋势，常规尿素U100处理显著高于其余各处理；小麦拔节、抽穗及成熟期，CRU40U60处理干物质积累量均最高，较常规尿素U100处理分别增长15.09%、13.48%、12.09%。拔节与抽穗期器官分配积累量均呈现茎＞叶的特征，CRU40U60处理茎与叶的干物质积累量均为最高，显著高于常规尿素处理U100。成熟期各施氮处理均呈现穗＞茎＞叶的分配特征，CRU40U60处理穗与茎的干物质积累量均为最高，其中，穗干物质积累量分别较U100与CRU100处理显著增长了14.29%和7.49%，而叶干物质积累量除CRU100处理显著高于其余处理外，各施氮处理间均无显著差异。

由表2可知，水稻干物质积累量随水稻生育期推进而累加。水稻分蘖期时，CRU40U60处理干物质积累量最高，显著高于常规尿素U100处理；水稻进入拔节期，CRU80U20处理干物质积累量最高，CRU40U60处理次之，均显著高于常规尿素U100处理，较U100处理分别增长8.49%和7.57%；水稻抽穗期时，CRU100处理干物质积累量最高，显著高于其余各处理，CRU40U60处理次之，较U100处理分别增长11.11%和7.68%；水稻进入成熟期，添加20%以上比例的控释氮肥处理较U100处理显著增长了7.82%～10.11%。拔节与抽穗期器官分配积累量均呈茎＞叶的特征；拔节期时，CRU20U80、CRU40U60与CRU80U20处理的茎干物质积累量均显著高于常规尿素U100处理，而添加20%比例以上的控释氮肥处理叶干物质积累量均显著高于常规尿素U100处理；抽穗期时，添加20%比例以上的控释氮肥处理茎干物质积累量均显著高于常规尿素U100处理，叶干物质积累量以CRU100处理最高，但与CRU10U90、CRU20U80与CRU40U60差异不显著；成熟期各处理均呈穗＞茎＞叶分配的规律，茎和叶干物质积累量大致随控释氮肥添加比率增加而增加，CRU100处理茎与叶干物质积累量均最大，但CRU40U60处理的穗干物质积累量最高，分别较U100和CRU100处理显著增长10.90%和3.80%。

表1 不同处理对小麦干物质积累及分配的影响Table 1 Effect of different treatments on dry matter accumulation and distribution of wheat　t·hm-2

表2 不同处理对水稻干物质积累及分配的影响Table 2 Effect of different treatments on dry matter accumulation and distribution of rice　t·hm-2

2.3 不同控氮比掺混肥对稻麦生长速率的影响

各处理对稻麦作物生长速率影响差异显著。小麦生长前期，水分缺乏，气温较低，小麦总体生长缓慢；小麦生长中后期，光热充沛，生长迅速。各生育期间生长速率随小麦生育期推进而增加（表3）。小麦播种—分蘖期间，常规尿素U100处理的生长速率显著高于其余各处理；小麦进入分蘖—拔节期间，CRU40U60处理的生长速率显著高于其余各处理，较U100处理增长23.83%；小麦拔节—抽穗期间，CRU100处理增长速率最高，显著高于常规尿素U100处理，但与CRU20U80和CRU40U60处理差异不显著；小麦抽穗—成熟期间，添加20%比例以上控释氮肥处理的生长速率均显著高于常规尿素 U100处理，较之增长 7.04% ～11.10%。整个生育期间，添加20%比例以上控释氮肥处理的平均生长速率均显著优于常规尿素U100处理，以CRU40U60处理平均生长速率最高，与其余各处理差异显著，较不施氮CK处理增长76.78%，较U100处理增长13.59%。

表3 不同处理对小麦生长速率的影响Table 3 Effect of different treatments on growth rate of wheat kg·hm-2·d-1

表4 不同处理对水稻生长速率的影响Table 4 Effect of different treatments on growth rate of rice kg·hm-2·d-1

水稻各生育期间生长速率随生育期推进基本呈先上升后下降的趋势，生长速率峰值为拔节—抽穗期间（表4）。水稻移栽—分蘖期间，CRU40U60处理生长速率最高，CRU80U20处理次之，且均与常规尿素U100处理差异显著，分别较U100处理增长41.32%和34.66%；水稻进入分蘖—拔节期间，添加20%比例以上控释氮肥处理均无显著差异，较常规尿素 U100处理显著增长2.94% ～5.51%；水稻进入拔节—抽穗期，CRU100处理生长速率显著高于各处理，CRU20U80与CRU40U60处理次之，分别较 U100处理增长18.72%、10.99%、7.76%；水稻抽穗—成熟期，CRU80U20处理生长速率最高，CRU40U60处理次之，分别较U100处理增长16.28%和12.88%。整个生育期内，CRU80U20处理平均生长速率最高，但添加20%比例以上控释氮肥处理间无显著差异，较CK处理增长28.30% ～30.49%，较U100处理增长7.90%～10.25%。

2.4 不同控氮比掺混肥对稻麦产量及其构成因子的影响

各处理对稻麦作物产量影响差异显著，施肥处理均显著提高稻麦作物的产量（表5、表6）。稻麦作物产量均随控释氮肥比例增加呈先增长后下降的趋势，CRU40U60处理下产量达峰值，较U100处理小麦季增产14%，水稻季增产11%。常规尿素U100处理稻麦作物产量相对较低，与添加20%比例以上控释氮肥处理均达显著差异。

产量构成方面，各施氮处理对小麦穗粒数、千粒重、收获指数影响差异不显著，施氮处理穗长较CK显著提高19.12%～46.14%。除穗粒数外，CRU40U60处理各产量构成因子相对最高，千粒重、穗长、收获指数分别较常规尿素U100处理增长1.91%、19.19%、2.00%（表5）。

各施氮处理对水稻穗长无显著影响，施氮处理穗粒数较CK提高5.73%～35.77%，千粒重较CK提高1.32%～9.86%，结实率较CK提高4.21% ～8.45%。CRU40U60处理千粒重与结实率均最高，较常规尿素U100处理分别提高8.43% 和4.07%（表6）。收获指数（HI）反映作物谷草比水平，CRU40U60与CRU20U80处理均为最高，全量控释氮肥（CRU100处理）收获指数显著低于其余各处理，表明CRU100处理秸秆生物量比例相对过大。

2.5 稻麦产量与产量构成因子的相关性

建立作物产量（y）与产量构成因子（xn）的多元回归方程（表7）。小麦平均产量与收获指数、穗长呈极显著线性关系。CRU40U60处理小麦产量最高，其穗长显著高于常规尿素U100处理19.19%，收获指数也是各处理中最高水平（表5）。水稻平均产量与结实率、穗粒数呈极显著线性关系。CRU40U60处理水稻产量最高，其穗粒数与添加80%比例以上控释氮肥处理无显著差异，较常规尿素U100处理显著提高13.79%，且结实率水平最高，较常规尿素U100处理提高4.07%。水稻季全量控释氮肥（CRU100处理）虽然穗粒数相对最高，但因结实率等其他因子较低，影响了其增产效应，故产量增幅较CRU40U60处理偏低（表6）。

表5 不同处理对小麦产量及其构成因子的影响Table 5 Effect of different treatments on yield and yield components of wheat

表6 不同处理对水稻产量及其构成因子的影响Table 6 Effect of different treatments on yield and yield components of rice

表7 稻麦产量与产量构成因子的相关性Table 7 Correlation analysis yield with yield components of rice and wheat

3 讨论

作物生物学潜力由农艺性状决定，一定程度上影响作物的产量性状［19］。株高、茎围、叶面积的增长以及干物质量的积累，都与作物的抗病性、倒伏能力、光合作用以及最终产量存在关系［20-21］。施氮能促进作物株高生长和干物质量积累［22］，而一次性施入尿素易因氨挥发、N2O排放、淋溶、径流等损耗［23-25］，不利于作物中后期生殖生长。本研究表明，常规尿素处理能够一定程度提高稻麦作物在分蘖时期的株高与地上部干物质量，而对稻麦生长中后期影响均较小。这可能是由于其氮素释放较集中在生育前期引起，一定程度上造成作物无效分蘖增多，后期脱肥早衰，难以促进作物高产。恰当比例的控释氮肥处理显著提高小麦拔节至成熟期间的株高和地上部干物质量，CRU40U60处理株高与干物质积累量均最高，效果显著。水稻拔节至成熟期间随生育期推进，株高随控释氮肥比例增加而增加，CRU100处理最高，CRU80U20与 CRU40U60处理次之，二者无显著差异；其地上部干物质量以CRU80U20处理相对最优，CRU40U60处理次之，二者无显著差异。在地上部各器官生物量的动态分配上，随生育期推进，稻麦生物量分配呈现出以不同程度向穗部转移的趋势，一定程度反映了茎叶组织吸收累积的碳水化合物是否充分有效地向营养器官进行输送，与作物的增产潜力紧密相关，其中，稻麦均以CRU40U60处理的效果更为突出。故CRU40U60处理对促进稻麦作物生长效果较优。

生长速率受作物品种、种植制度、光温水气等综合条件影响［26-27］，施肥对作物生长速率也具有显著影响［28-29］。 刘军等［30］研究表明，在覆膜条件下的施氮处理，水稻移栽至扬花期的生长速率均大于其他处理，这可能是因为一定程度上改善了氮素供应，协调了作物的生长趋势与群体量。本试验结果表明，稻麦作物在恰当比例控释氮肥处理下，因较高的干物质量积累，在分蘖期—成熟期增长速率相对较高。不同时期受不同器官部位干物质量积累的变化影响，分蘖—抽穗期间，添加恰当比例控释氮肥处理，因氮素供应充足，养分由土壤向作物茎鞘器官转移，期间干物质量以增加茎鞘为主，适量的叶片生长促进作物中后期光合作用与能量转换，为后期作物产量奠定基础；抽穗—成熟期间养分逐渐由茎、叶向穗部转移，穗部器官干物质量显著积累，作物生长速率由此增加。从整个生育期的平均生长速率来看，CRU40U60处理对稻麦作物生长速率的促进效果显著，小麦季较常规尿素U100处理提高13.59%，水稻季较常规尿素 U100处理提高6.84%。在稻麦作物拔节—成熟的关键生殖期间，CRU40U60处理的生长速率总体趋于较高水平，说明CRU40U60处理氮素供应充足，促进了作物氮素吸收与转运，有效提高稻麦作物的生长速率，有助于稻麦植株同化物的累积与再分配，以发挥作物高产潜力。

相较常规尿素处理，控释氮肥在等氮或减氮条件下通过持续的养分供应，提高作物关键性产量构成因子，达到有效增产［31-34］，但全量控释氮肥可能造成作物前期供氮不足，后期贪青晚熟［35］。有研究表明，较全量控释氮肥处理，掺混恰当比例的控释氮肥处理能有效提高作物产量，这可能是因为适宜的掺混比例更能满足作物在生育前期的氮素需求［36-37］。伍少福等［38］试验表明，与4次分施尿素处理相比，一次性基施等氮量的控释掺混尿素处理，水稻产量差异不显著，表明控释掺混尿素既能省时节本，又可实现稳产。这一方面可能是因为其氮素释放特征较好地克服了前期供氮不敷、后期贪青晚熟的不足；另一方面也与其包膜材料本身有关。本试验也得出一致结果。本试验中，较常规尿素U100处理，添加20%比例以上控释氮肥处理均能显著提高作物产量，小麦季与水稻季增产幅度分别达到6%～14%和7%～11%。小麦季产量增加主要通过收获指数与穗长的提高实现，水稻季产量增加主要依赖于结实率与穗粒数的提高，而其他产量构成因子影响较小，这可能与作物自身的遗传保守性有关。小麦季CRU40U60处理显著增加小麦穗长，有效改善收获指数，实现产量最高，较常规尿素 U100处理增产 14%，较全量控释氮肥CRU100处理增产8%；水稻季CRU40U60处理因结实率与穗粒数均显著提高，产量亦为最高水平，较常规尿素U100处理增产11%，较全量控释氮肥CRU100处理增产4%。CRU40U60处理对稻麦作物产量效果均较佳，这是由于其氮素释放协调整个生育期氮素的持续供应，既满足了稻麦分蘖期生长的氮素需求，有利于稻麦的有效分蘖；又满足了稻麦生育中后期对氮素的大量要求，起到氮素后移的效果，可以从某种程度上改善旗叶净光合速率，维持部分关键保护酶趋于相对稳定状态，以增加稻麦各营养器官蛋白组分的积累以及作物清除活性氧的能力［39-40］，达到显著增产效果。

综上所述，添加总氮量40%的控释氮肥处理有效刺激了稻麦作物在各个生育期不同器官的生殖发育。在作物生长中后期，伴随作物养分积累，株高与干物质量的显著提高以及主要产量构成因子的有效改善，增强了养分转换与代谢能力，协调生殖后期穗部发育的氮素积累，最终达到显著增产的效果。控释掺混肥较尿素追施节省人力成本，较全量控释氮肥处理减少材料投入。故本试验条件下，以控释氮肥40%+尿素60%掺混处理为促进稻麦作物生长和产量增加的较为适宜的掺混比例。

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（责任编辑 高 峻）

Effects of controlled release blend bulk urea on growth characteristics and yield of wheat-rice

ZHANG Jing-sheng1，LI Bing1，*，WANG Chang-quan1，XIANG Hao1，ZENG Xing-xin1，YIN Bin2，FU Yue-jun1
（1.College of Resources，Sichuan Agriculture University，Chengdu 611130，China；2.Institute of Soil Science，Chinese Academy of Sciences，Nanjing 210008，China）

In order to investigate the effect of controlled release blend bulk urea on growth and yield of rice and wheat，plot experiments were conducted to analyze the difference of plant height in every growth period，dry matter accumulation as well as organ partitioning，yield and its components.The results showed that compared with normal urea treatment（U100），the height of rice and wheat，dry matter accumulation，and growth rate were significantly increased during the middle and late growth stage with above 20%controlled release urea added.Wheat and rice yield were increased by 6%-14%and 7%-11%，respectively.Among all the treatments，blending of 40%controlled release urea and 60%urea（CRU40U60）was beneficial to agronomic traits and growth rate.CRU40U60treatment not only obviously increased spike length，but reached the highest wheat yield，which was 14%and 8%higher than that of U100and 100%controlled release urea treatment（CRU100），respectively.CRU40U60treatment also enhanced the seed-setting rate and grain number per panicle of rice and reached the highest yield，which was 11%and 4%higher than that of U100and CRU100，respectively.Based on this experiment condition，adding 40%controlled release urea was moderate.With one-time basal application，it reduced the cost of labor，which added the acceptability of farm-ers.Hence，the blending application of 40%controlled release urea and 60%urea（CRU40U60）was recommended as the relatively appropriate ratio to promote the growth and yield of rice and wheat.

rice and wheat；controlled release blend bulk urea；agronomic traits；yield

S143.1

A

1004-1524（2016）08-1287-10

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.08.03

2016-03-09

国家科技支撑计划（2013BAD07B13）；四川省科技支撑计划（2012JZ0003）

张敬昇（1993—），男，重庆江北人，硕士研究生，研究方向为土壤氮素转换。E-mail：jove20883452@163.com
*

，李冰，E-mail：benglee@163.com