腐植酸功能性肥料在水稻上的应用研究

张博文 赵 淼 田玉华 乔 生 邢嘉语 冯广祥 尹 斌*( 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室 南京 200082 中国科学院大学 北京 00049 北京澳佳生态农业股份有限公司 北京 005)

腐植酸功能性肥料在水稻上的应用研究

张博文1，2赵 淼1，2田玉华1乔 生3邢嘉语3冯广祥3尹 斌1*
(1 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室 南京 210008
2 中国科学院大学 北京 100049
3 北京澳佳生态农业股份有限公司 北京 101105)

采用田间小区试验，以普通尿素为对照，在不同施氮量和施肥次数条件下，探究腐植酸功能性肥料(腐植酸尿素)在太湖流域水稻上的应用效果。研究表明，在常熟推荐施氮量255 kg/hm2情况下，腐植酸尿素分两次施用的水稻产量和氮肥利用率均高于普通尿素分两次和三次施用，水稻产量分别增加了8.75%和5.06%，氮肥利用率平均提高了10.18%，但在高施氮量和低施氮量时，水稻产量低于相应普通尿素处理，但差异不显著；腐植酸尿素处理降低了稻田田面水铵氮浓度，从而降低氮素向大气(主要以氨挥发途径)和水体(主要指径流)迁移的风险。因此，腐植酸尿素在太湖流域高产水稻田上选择适宜施氮量255 kg/hm2具有较好的环境和经济效益。

腐植酸尿素 水稻 产量 氮肥利用率 田面水铵态氮

尿素作为一种常规氮肥被大量施用于稻田，尿素施入后迅速分解转化，但水稻短时间内不能充分吸收，尿素通过氨挥发、径流、淋溶、硝化-反硝化等途径迁移到环境中［1]。前人大量研究表明，土壤中施用氢醌、二氨苯磷酸盐等脲酶抑制剂，可抑制脲酶活性，提高氮肥利用率。但由于大多抑制剂在工艺、污染、价格等方面的原因未能被推广使用。腐植酸作为一种复杂的有机芳香羧酸高分子混合物，具有较强的亲水、离子交换、络合和吸附能力。研究发现，高分子腐植酸在抑制脲酶活性以及降低氮素释放速率方面具有良好的效果［2]。腐植酸尿素可以提高氮素利用率，具有改良土壤、来源广、价格低廉等特点，应用前景广阔［3]，但其在太湖流域水稻上的应用研究还鲜有报道。

为探究腐植酸尿素在太湖流域水稻上的施用效果，本文通过田间小区试验在太湖流域水稻土(乌栅土)上研究了腐植酸尿素对水稻产量及其构成因素、田面水铵态氮、氮肥利用率和土壤氮素的影响。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

1.1.1 试验地点

试验在江苏省常熟市中国科学院常熟农业生态试验站进行。

1.1.2 试验材料

供试肥料：腐植酸尿素(N≥44%，总腐植酸含量≥2%)，由北京澳佳生态农业股份有限公司提供的腐植酸包裹肥(商品名：乌金囊)，是一种以腐植酸与改性胶原蛋白为包膜材料的新型缓释肥料。磷钾肥[过磷酸钙(含P2O512%)，氯化钾(含K2O 60%)]均以基肥一次性施入，各处理的磷钾肥用量保持一致。

1.1.3 供试作物

水稻，品种为“常优2号”。

1.1.4 供试土壤

供试土壤为乌栅土，其基本理化性状见表1。

表1 供试土壤基本理化性状Tab.1 The basic physicochemical properties of the tested soil

1.2 试验设计

1.2.1 水稻小区试验

试验共设10个处理，无氮处理(CK)，腐植酸尿素(F)，普通尿素(U)，三个施氮梯度[4，5](高施氮量300 kg/hm2、减氮15%的当地推荐施氮量255 kg/hm2、减氮30%的低施氮量210 kg/hm2)，其中腐植酸尿素处理均为两次施肥，普通尿素处理分为两次施肥和三次施肥(表2)。每个处理3次重复，共30个小区，每个小区面积35 m2，随机区组排列。

1.2.2 水稻田间管理

在前茬土壤耕翻后灌少量水，均匀撒施基肥，再与土壤耙混、整平，然后灌水栽秧，分蘖肥和穗肥“以水带氮”施入[6]。2015年6月24日施基肥插秧，7月9日施分蘖肥，8月16日施穗肥，11月3日收获考种计产。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 田面水铵态氮

氮肥施入后10天内，每天上午8：00采集田面水样品，带回实验室过滤，测定田面水中的铵态氮(靛酚蓝比色法)浓度。

1.3.2 土壤速效氮

水稻收获后测定各处理水稻耕层(0～20 cm)土壤速效氮(铵态氮、硝态氮)含量。土壤速效氮采用2 mol/L氯化钾提取后，过滤，其中铵态氮采用靛酚蓝比色法，硝态氮采用酚二磺酸比色法。

1.3.3 考种

每个小区采10穴代表性植株用来考种，考种指标为有效穗数、株高、穗长。

1.3.4 产量及氮肥利用率

对每个小区进行单独收割-脱粒-风干-测产，70 ℃烘干至恒重，分别称量干物重后粉碎，采用凯氏定氮法测定植株中的全氮含量，用以下公式计算氮肥利用率：

氮肥利用率=(施氮处理水稻吸氮量-空白区水稻吸氮量)/施氮量

表2 试验处理方案Tab.2 The experimental treatment scheme kg/hm2

1.4 数据计算及分析

试验数据用SPSS软件进行统计分析，Origin 9.1制图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量和施氮模式对水稻株高、穗长和有效穗数的影响

试验结果表明，F255-2和F210-2处理水稻株高分别比等施氮量U255和U210处理平均降低3.90%和5.04%(表3)，腐植酸尿素在适宜施氮量和低氮量条件下对水稻株高有降低的趋势，但差异不显著。水稻植株较矮，可提高水稻抗倒伏能力，对水稻稳产提供了有利条件。而等施氮量下水稻穗长，各施氮处理差异不明显。在高施氮量时，F300-2处理有效穗数比等氮量尿素高20.03%，差异显著；但是在适宜施氮量和低氮量条件下，腐植酸尿素处理和普通尿素处理差异不显著。

2.2 不同施氮量和不同施氮模式对水稻产量、吸氮量、氮肥利用率的影响

2.2.1 对水稻产量的影响

水稻产量测定结果(表4)表明，与对照比，施氮显著增加水稻产量。在施氮量300 kg/hm2时，各试验处理(F300-2、U300-2和U300-3)产量无显著差异；在当地推荐施氮量255 kg/hm2时，F255-2较U255-2和U255-3处理均有不同程度增产，增产率分别为8.75%和5.06%；在施氮量210 kg/hm2时(F210-2、U210-2和U210-3)，以U210-3处理产量最高，为10155.56 kg/hm2，说明在低施氮量时，分三次施肥能增加作物产量，但要增加施肥的人工成本。综上可见，腐植酸尿素在适宜施氮量条件下，能够显著增加水稻产量。

2.2.2 对水稻地上部吸氮量和氮肥利用率的影响

水稻秸秆吸氮量测定结果(表4)表明，普通尿素处理中，相同施肥次数条件下，秸秆的吸氮量随施氮量的增加而增加，而腐植酸尿素处理中，在高施氮量300 kg/hm2时，并未出现植株吸氮量增加，反而有所降低，这可能与腐植酸肥料中的腐植酸添加物有关，而植株内可溶性含氮物质含量的增加，可降低水稻抗病虫害和抗倒伏能力，后期尿素高施氮量300 kg/hm2出现倒伏情况，腐植酸尿素在这方面有减缓作用。而在推荐施氮量255 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2时，腐植酸尿素处理的秸秆与等氮量尿素相比吸氮量增加，有效促进了植株生长。

表3 不同施氮量和施氮模式对水稻株高、穗长和有效穗数的影响Tab.3 Effect of N application rate and forms on the plant height, ear length and eff cient panicle of rice

表4 不同施氮量和不同施氮模式对水稻产量、吸氮量和氮肥利用率的影响Tab.4 Effect of N application rate and forms on rice yields, N uptake and nitrogen use eff ciency

对籽粒含氮量的结果(表4)分析表明，在当地推荐施氮量255 kg/hm2时，F255-2处理籽粒吸氮量比U255-2和U255-3处理显著高出6.02%和 15.65%。在高施氮量300 kg/hm2，腐植酸尿素和普通尿素处理之间籽粒吸氮量没有显著差异。综上可见，在适宜施氮量时，腐植酸尿素促进了籽粒吸氮量的提高。

对水稻氮素肥利用率测定结果(表4)进行分析可知，在高施氮量300 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2条件下，等氮量不同肥料品种和施肥模式的水稻植株地上部吸氮量无显著差异，而在推荐施氮量255 kg/hm2下，F255-2处理地上部植株吸氮量显著高于U255-2和U255-3处理。在推荐施氮量255 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2时，腐植酸尿素的氮肥利用率均高于普通尿素两次施用和普通尿素三次施用的处理，氮肥利用率提高幅度为5.99%～10.60%。特别是在推荐施氮量255 kg/hm2时，氮肥利用率分别提高9.76%、10.60%。由此表明，腐植酸尿素在水稻上选择适宜施氮量很重要。

2.3 不同施氮量和不同施氮模式对水稻收获后土壤速效氮的影响

收获后土壤速效氮含量情况反映着土壤氮素供应以及盈余状况，对不同施氮量和施氮模式下水稻收获后土壤速效氮的测定数据(表5)分析可知，各处理铵态氮和硝态氮含量均较低，且处理间差异不明显。但是从趋势上看，腐植酸尿素各处理(F300-2、F255-2、F210-2)土壤无机氮含量大都低于普通尿素的相应处理，特别是土壤铵态氮，这可能与腐植酸尿素含有腐植酸类螯合物质能增强土壤对无机氮的固持有关。土壤无机氮含量降低，可减少农田氮素向环境中的释放。

表5 不同施氮量和不同施氮模式对水稻收获后土壤速效氮的影响Tab.5 Effect of N application rate and forms on the soil available N after rice harvested mg/kg

2.4 不同施氮量和不同施氮模式对田面水铵态氮

浓度的影响

稻田施肥后，田面水铵态氮浓度指示着氮肥向环境中损失的风险程度，氨挥发通量与其呈线性正相关［7］。田面水铵态氮浓度越高，则氮素向大气(氨挥发)和水体(径流)迁移的风险越高。基肥时期，由于施肥采用表层土混施后灌水的方式以及施肥后降雨频繁，田面水铵态氮浓度显著低于后期追肥(图1)。穗肥期F255-2和F210-2处理田面水铵态氮浓度明显低于U255-2和U210-2处理。

图1 不同处理对田面水铵态氮浓度动态变化的影响Fig.1 Dynamic change ofN in f ooded water for different treaments

由此可见，在适宜施氮量和低施氮量条件下，腐植酸肥料可降低田面水铵态氮浓度，进而减少氨挥发通量，这可能与腐植酸抑制了脲酶活性有关，与隽英华等研究结果一致［2］。

3 结论

(1) 从以腐植酸包膜材料生产的腐植酸功能性肥料(腐植酸尿素)在太湖流域水稻栽培上的应用试验结果来看，腐植酸尿素分两次施用与普通尿素分两次和三次施用相比，在推荐施氮量255 kg/hm2下，有矮化水稻植株的趋势，能增加有效穗数，氮肥利用率分别提高9.76%和10.60%，水稻分别增产8.75%和5.06%。

(2) 不同氮肥种类、施氮量以及施肥次数均对水稻产量和氮肥利用率产生影响，以减少氮肥施用量、人工投入和保障水稻产量为前提，在太湖流域腐植酸功能性肥料为我们提供了良好的选择。

(3) 在推荐施氮量和低施氮量条件下，施用腐植酸尿素的田面水铵态氮浓度明显保持相对较低水平，从而降低氮素向大气(氨挥发)和水体(径流)迁移的风险，具有较好的环境效益。

[ 1 ]朱兆良. 农田中氮肥的损失与对策[J]. 土壤与环境，2000，(1)：1～6

[ 2 ]隽英华，陈利军，武志杰，等. 尿素氮形态转化对腐殖酸的响应[J]. 土壤通报，2011，(1)：112～116

[ 3 ]李兆君，马国瑞. 腐殖酸尿素的制造及其增产作用机理的研究近况[J]. 土壤通报，2004，(6)：799～801

[ 4 ]Qiao J., Yang L., Yan T., et al.. Nitrogen fertilizer reduction in rice production for two consecutive years in the Taihu Lake area[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2012, 146: 103～112

[ 5 ]Hofmeier M., Roelcke M., Han Y., et al.. Nitrogen management in a rice–wheat system in the Taihu Region: recommendations based on fi eld experiments and surveys[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2015, 209: 60～73

[ 6 ]朱兆良. 稻田节氮的水肥综合管理技术的研究[J]. 土壤，1991，(5)：241～24

[ 7 ]敖玉琴，张维，田玉华，等. 脲胺氮肥对太湖地区稻田氨挥发及氮肥利用率的影响[J]. 土壤，2016，(2)：248～253

Study of Humic Acid Functional Fertilizer Application on Rice

Zhang Bowen1,2, Zhao Miao1,2, Tian Yuhua1, Qiao Sheng3, Xing Jiayu3, Feng Guangxiang3, Yin Bin1*
(1 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Nanjing, 210008
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049
3 Beijing Aojia Ecological Agriculture Co. Ltd., Beijing, 101105)

A fi eld plot experiment was conduct in Taihu Lake region to study the effects of humic acid functional fertilizer (humic acid urea) application on rice, with conventional urea as control, under the condition of different nitrogen rate and fertilization times. The results showed that at the N application rate of 255 kg/hm2in Changshu, humic acid urea applied twice increased rice yield and nitrogen fertilizer use eff i ciency compared with conventional urea with two or three times of application. Rice yield was increased by 8.75% and 5.06%, while nitrogen fertilizer use eff i ciency was average increased by 10.18%. However the yield of rice was lower than the corresponding urea treatment in high and low N application rate. There were no signif i cant differences of grain yield among them. Furthermore, humic acid urea treatment reduced the water concentration of ammonium nitrogen in rice fi eld, thus reducing the risk of N into the atmosphere (mainly ammonia volatilization), and the risk of water (runoff) migration. Therefore, the appropriate N application rate was 255 kg/hm2of humic acid urea on high yield rice paddies in Taihu Lake region had good environmental and economic benef i ts.

humic acid urea; rice; yield; nitrogen fertilizer use eff i ciency; ammonium nitrogen of the surface water

TQ314.1，TQ444.6

1671-9212(2017)01-0022-06

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.01.003

北京澳佳生态农业股份有限公司和科技支撑计划(项目编号2012JZ0003)。

2016-07-12

张博文，男，1990年生，在读硕士研究生，主要从事土壤氮素循环与环境污染控制技术研究。*通讯作者：尹斌，男，研究员/博士生导师，E-mail：byin@issas.ac.cn。