控释氮肥对一季中稻产量及氮肥利用率的影响

2018-04-19秦鱼生樊红柱曾祥忠孙锡发涂仕华陈光辉刘应发张先德

西南农业学报 2018年3期

陈琨，秦鱼生，喻华，樊红柱，曾祥忠，孙锡发，涂仕华*，陈光辉，刘应发，张先德，刘平，罗华

(1.四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川成都 610066；2. 彭州市农村发展局，四川成都 611930；3.泸州市农业局，四川泸州 646000)

【研究意义】氮素是生命繁衍、成长和活动的重要元素，在作物产量和品质形成中起着关键作用[1-2]。中国氮肥消费量占世界氮肥总量的30 %，水稻生产所消耗的氮肥占世界水稻氮肥总消耗量的37 %[3]。但是，我国水稻生产中氮肥施用量高而肥料利用率低的问题尤为突出，水稻单季平均施氮量为180 kg/hm2，比世界平均水平高出约75 %，而稻田氮肥吸收利用率仅为30 %～35 %，低于发达国家10～15个百分点[4-5]，不仅造成氮肥严重浪费，还产生了一系列环境污染问题[6]。当前，我国正开展化学肥料零增长行动，化肥减施增效已成为重大科学命题，而控释氮肥是提高氮肥利用率、减少稻田氮素损失以及化肥减施增效调控的重要途径和措施之一[7-8]。因此，开展控释氮肥应用评价研究具有重要意义。【前人研究进展】现有研究已表明，控释氮肥通过各种调控机制能有效控制养分释放速度和时间，延长植物对其养分吸收利用的有效期[7]，提高氮肥利用率，但由于不同控释氮肥的氮素控制和释放特性不同，其施用效果和氮肥利用率也有差异[8]。【本研究切入点】四川是农业大省，水稻常年种植面积为19.3万hm2，水稻产量1526.5万t[6]。肥料上的投入量较大，但利用率低，损失大。为此，以加拿大Agrium公司设计生产的高分子材料包膜的控释尿素(含氮量44 %)为材料，在四川盆地一季中稻免耕栽培区域开展研究，【拟解决的关键问题】以期探究控释氮肥在免耕条件下的适应性与效果，为水稻简化高效施肥提供新技术。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验安排在四川省彭州市升平镇龙富村17社，土壤系第四纪新冲积母质形成的灰棕水稻土，质地中壤，富含氮、磷，缺钾，肥力水平较高，旱育秧，翻耕移栽，前作为油菜，供试品种为涪优838。2009-2010 供试土壤基本肥力性状见表1。

1.2 试验设计

2009和2010年试验均设9个处理: 1、N0(CK)；2、N75(RU)底； 3、N75(CRU) 底；4、N112.5(RU) 底；5、N112.5(CRU) 底；6、N150(RU) 底；7、N150(CRU) 底；8、N150(40 %RU底+60 %RU追)；9、N150(40 %RU+60 %CRU)底。RU=普通尿素，CRU=控释尿素，下标数字为纯氮用量(kg N/hm2)，底指底肥，追指追肥。此外，每个处理都施用60 kg P2O5/hm2和90 kg K2O/hm2。试验设3次重复，小区随机排列，面积4 m×5 m=20 m2。磷肥用过磷酸钙，钾肥用氯化钾，第2、3、4、5、6、7、9处理的氮肥及所有处理的磷肥栽秧时底肥一次施用，氯化钾底肥和分蘖时各50 %。

1.3 测定项目

水稻移栽前取试验田土壤分析pH、有机质、全氮磷钾、碱解氮、有效磷、有效钾；定期调查水稻基本苗、分蘖动态、有效穗、最高苗、产量等指标，收获后每小区取3株植株样考察千粒重、籽粒重、秸秆重、穗长、株高等性状，并分析植株全量氮磷钾指标。

1.4 统计分析及计算公式

对以上考察性状和测试指标进行平均值、标准差和方差分析。所有计算由 DPS 数据处理系统和 Microsoft Excel 操作系统完成。

植株氮磷钾吸收量(kg/hm2)= 收获期单位面积地上部干物重×植株含氮磷钾量(%)

2 结果与分析

2.1 控释尿素对水稻产量的影响

2009年水稻产量总体高于2010年产量(表2)，这可能与2年试验地的肥力和气候因素等差异有关。2009年，普通尿素处理的水稻产量随着氮肥施用量增加而逐渐增加，而控释尿素处理的产量则先随氮肥施用量增加而增加，施氮量>112.5 kg N/hm2后产量下降。在等N量条件下2009年施氮75 kg N/hm2时控释尿素比普通尿素增产276.9 kg/hm2(3.61 %)，112.5 kg N/hm2时增产829.6 kg(9.35 %)，150 kg N/hm2时增产755.4 kg(增长8.59 %)。

无论是普通尿素还是控释尿素，2010年的水稻产量均随施氮量的增加而增加。与普通尿素相比，等N量时75 kg N/hm2控释尿素增产599.3 kg/hm2(11.36 %), 112.5 kg N/hm2增产363.3 kg(6.52 %), 150 kg N/hm2增产657.7 kg(9.67 %)。

2年结果都表明普通尿素分次施用较底肥一次施用显著增产水稻产量；虽然40 %普通尿素+60 %控释尿素配合作底肥一次施用效果不如100 %控释尿素底肥一次施用，但增产效果又明显优于普通尿素作底肥一次施用或分次施用。

表1 供试土壤基本肥力性状(2009-2010)

表2 控释尿素对灰棕水稻土水稻产量的影响

注：同列数据后不同字母表示处理间差异达5 % 显著水平。

Note: Values followed by different letters in a column are significantly different at 5 % level.

经二次多项拟合分析，控释尿素的多项式为y= 2.285 + 4.76x-0.74x2,R2= 0.9893；普通尿素的多项式为y= 2.9625 + 4.0395x-0.6525x2，R2= 0.9517，都属于二次曲线。施N量大于125.5 kg/hm2时稻谷产量下降(图1)。

图1 灰棕水稻土控释尿素用量对水稻产量的影响Fig.1 Effects of different rates of controlled-release urea on rice yields in grey-brown paddy soils

2.2 控释尿素对水稻最高苗和产量构成因素的影响

2009-2010年间，在移栽后35 d左右对水稻最高苗的调查表明，所有控释尿素处理的最高苗都不同程度地低于对应等氮量的普通尿素处理，但在生长后期其有效穗和成穗率又明显高于对应的普通尿素处理(表3)。这表明控释尿素确实能有效控制水稻生长前期的氮素释放速率和水稻无效分蘖的生长，而生长后期又能保证充足的氮素供应形成更多的有效穗。

与普通尿素相比，施用控释尿素能显著增加水稻成穗率：2009年(150 kg N/hm2)增加26.10 %，2010年(112.5 kgN/hm2)增加32.59 %。40 %普通尿素+60 %控释尿素作底肥处理比普通尿素40 %作底肥+60 %作追肥处理成能明显提高水稻穗率。

从水稻产量构成因素来看，2009年水稻实粒数总体上明显高于2010年，但穗粒重年际间差异不大；2009年穗秆重上总体上高于2010年，但千粒重低于2010年(表4)。2年缓释尿素处理的穗粒数、穗粒重和千粒重(2009年150 kg N/hm2处理除外)均高于比普通尿素，每穗粒数高10～20粒。

表3 控释尿素量对水稻分蘖率和有效穗的影响

续表3 Continued table 3

年份Year处理Treatments基本苗(万/hm2)Initialstanding最高苗(万/hm2)Max.tillers有效穗(万/hm2)Effectivepanicles成穗率(%)Earingrate有效穗增加(万/hm2)Earsincreased成穗率增加(%)EarsincreasedN150(RU)底66.15296.25178.5960.28--N150(CRU)底65.25295.35224.5176.0245.9226.10N150(RU40%底+60%追)65.55286.34199.0069.50--N150(40%RU+60%CRU)底65.70263.83204.1077.365.1011.322010N0(CK)70.16163.70144.5688.31--N75(RU)底70.16278.50195.5970.23--N75(CRU)底68.03272.12199.8473.444.254.57N112.5(RU)底72.28329.52204.0961.94--N112.5(CRU)底74.41321.02263.6282.1259.5332.59N150(RU)底74.41314.64263.6283.78--N150(CRU)底70.16310.39267.8786.304.253.00N150(RU40%底+60%追)68.03321.02246.6176.82--N150(40%RU+60%CRU)底74.41325.27259.3779.7412.763.80

表4 控释尿素对水稻产量构成因素的影响

2.3 控释尿素对氮肥利用率和农学效率的影响

2.3.1 控释尿素对N肥利用率的影响 2年的试验结果表明，控释尿素的氮肥利用率显著高于等氮量普通尿素。无论控释尿素还是普通尿素，氮肥利用率都随施氮量的增加而降低，2010年出现了反常情况，其原因有待进一步分析确认。氮肥分次施用的利用率明显高于底肥一次施用(表5)。这些结果进一步证实了控释尿素能增加水稻产量和提高氮肥利用率的作用与效果，为今后控释尿素的应用推广提供了理论依据与技术支撑。

表5 控释尿素对N利用率的影响

续表5 Continued table 5

年份Year处理Treatments籽粒产量(kg/hm2)Grainyield谷草产量(kg/hm2)Strawyield籽粒吸收(kg/hm2)Ningrain稻草吸收(kg/hm2)Ninstraw合计吸收(kg/hm2)TotalNuptakeN利用率(%)NUEN75(CRU)底9037.85063.1113.442.5156.070.44N112.5(RU)底8876.74562.2112.633.9146.538.51N112.5(CRU)底9706.35924.8126.152.0178.166.65N150(RU)底8794.45080.4115.539.5155.034.58N150(CRU)底9549.87131.2118.160.8178.950.51N150(RU40%底+60%追)9056.26299.5117.142.8159.937.87N150(40%RU+60%CRU)底9312.56048.7127.155.0182.152.652010N0(CK)4167.41924.459.218.077.2-N75(RU)底5276.82381.269.320.389.616.46N75(CRU)底5876.02644.888.222.4110.644.47N112.5(RU)底5568.72829.675.824.6100.520.66N112.5(CRU)底5932.03013.194.631.0125.542.93N150(RU)底6801.93374.099.029.2128.234.00N150(CRU)底7459.73513.8129.536.8166.359.38N150(RU40%底+60%追)6995.83281.4110.735.1145.845.71N150(40%RU+60%CRU)底7120.42990.9120.131.3151.449.46

Note: NUE——Nitrogen use efficiency.

表6 控释尿素对N农学效率的影响

Note: NAE——Nitrogen agronomic efficiency.

2.3.2 控释尿素对N肥农学效率的影响无论是控释尿素还是普通尿素，氮肥的农学效率都随氮肥用量的增加而降低 (表6)，2010年的数据似乎有点乱, 原因待查。控释尿素的农学效率总是高于普通尿素，普通尿素分次施用的农学效率总是高于作底肥一次施用。总之，其趋势与氮肥利用率的趋势基本一致。

3 讨论

氮肥合理施用是水稻稳产、高产的基本保证，对提高氮肥利用率和增产效果具有双重意义[10]。控释氮肥的应用就是氮肥合理施用的方法之一，已有研究结果表明施用控释氮肥能明显提高氮肥利用率和水稻产量。本研究结果显示控释尿素较普通尿素能有效提高水稻产量3.61 %～11.36 %，等氮量情况下，控释尿素氮肥利用较普通尿素提高10个百分点以上。蒋曦龙等[11]研究发现控释尿素养分释放与水稻养分吸收呈显著正相关性，更能满足水稻对养分的吸收，氮肥利用率提高了50 % 以上；王晓琪等[12]研究表明控释尿素配施使土壤硝态氮、铵态氮和碱解氮含量维持在较高水平，更有利于水稻中后期氮素供应，较普通尿素水稻产量增加了4.08 %～16.99 %，氮肥利用率提高了7.11 %～46.75 %；焦晓光等[13]利用N15标记研究发现控释尿素比普通尿素氮肥利用率提高了3.64 %～19.92 %，可提高水稻产量8.66 %～25.70 %。

氮肥的合理用量也是关注的重点。本研究设置75、112.5、150 kg/hm2低中高3个梯度氮肥用量，结果显示控释尿素最适宜的施氮量为110～120 kg/hm2。李云春[14]报道了当水稻目标产量为8.35～8.41 t/hm2时，控释尿素的适宜施用量为氮102～128 kg/hm2；而徐明岗等[8]在双季稻上的研究结果表明，控释肥用量为N 75 kg/hm2时与等量尿素相比可分别提高早、晚稻氮肥利用率29.9和10.4个百分点，可获得高的水稻产量。

本研究2年结果还显示控释尿素(60 %)配施普通尿素(40 %)一次基肥施用效果明显好于普通尿素分次施用，产量增加2.99～3.78个百分点，氮肥利用率提高4.36～14.78个百分点，农学效益增加4.4 %～11.27 %。付月君等[15]研究结果表明一次性基施40 %CRNF+60 %UR可显著提高了水稻产量和氮肥利用率，氮肥表观利用率、农学利用率、生理利用率及氮肥偏生产力也处于较高水平。本研究结果显示，控释尿素(60 %)配施普通尿素(40 %)一次基肥施用的效果不如等氮量控释尿素(100 %)一次基肥施用，与一些研究报道的控释尿素与普通尿素配施效果优于控释尿素单施的结论不一致[15-16]，这可能与水稻生长的前期温度和土壤的供肥力差异有关。当水稻栽插后的前期气温较低时，土壤供肥力也不足，配施速效氮肥的效果就会促进水稻早生快发，反之展示的则是控释尿素的后期长效优势。

4 结论

无论是普通尿素还是控释尿素，总体上随着氮肥施用量的增加，产量有所增加，在成都平原中等肥力土壤上的控释尿素最适宜施氮量为110～120 kg/hm2。控释尿素(60 %)配施普通尿素(40 %)一次基肥施用效果明显好于普通尿素分次施用，产量增加2.99～3.78个百分点，氮肥利用率提高4.36～14.78个百分点，农学效率增加4.4 %～11.27 %。但控释尿素(60 %)+普通尿素(40 %)一次基肥施用的效果不如等氮量控释尿素(100 %)一次基肥施用。等氮量情况下，控释尿素较普通尿素增产3.61 %～11.36 %。控释尿素的氮肥利用率显著高于等氮量普通尿素，氮肥利用率随施氮量的增加而降低，普通尿素分次施用的利用率明显高于底肥一次施用(表5)。控释尿素的农学效率总是高于普通尿素，普通尿素分次施用的农学效率总是高于作底肥一次施用。

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