稻麦轮作模式下控释BB肥一次性基施效果研究

陈文超， 徐 生， 孙 婷， 王孟兰， 马宏卫

(1.南京市耕地质量保护站，江苏南京 210036； 2.南京市江宁区耕地质量保护站，江苏南京 211101)

水稻和小麦是我国最主要的两大粮食作物，在我国粮食生产中占有极其重要的地位，稻麦的稳定增产对保障国家粮食安全起着至关重要的作用。同时，稻麦轮作也是一种重要的粮食作物种植制度，其在我国长江中下游地区有广泛的应用。化学肥料的施用在过去的几十年对我国稻麦的大幅增产起了非常重要的作用[1]。然而，随着化肥工业的发展、农产品利润的不断提高以及农民对粮食高产的追求，我国稻麦轮作种植模式普遍存在过量施用化肥的现象[2]。统计数据表明，就氮肥而言，我国水稻氮肥用量平均为180 kg/hm2，比世界稻田氮肥单位面积平均用量高75%左右[3]。虽然化肥具有养分含量高、使用方便、增产效果显著等特点，但长期大量的化学肥料进入农田土壤后，如果得不到及时利用，不仅造成了化肥生产的能源损耗，还会导致农业面源污染、地表水体富营养化和大气污染，同时也加剧了农民的负担[1]。另外，在稻麦轮作模式下，生产上主要采用的施肥模式为基肥和追肥分次施用，这不但增加了生产成本，同时对农村日益缺乏的劳动力来说也是一种负担。因此，在保障粮食增产稳产的前提下，化肥的合理减量施用以及减少施肥次数成为稻麦轮作体系中的重点研究课题。

控释BB肥由于具有肥效稳定且供应期长、满足作物不同生育期对养分的需求、降低肥料用量、减轻养分流失对环境的污染以及减少施肥次数、节省劳动力等诸多突出优点[4]，因此为解决稻麦轮作模式中化肥利用率低和劳动力成本高等问题提出了新的思路和途径，具有良好的应用前景。目前，国内外在小麦、水稻专用控释BB肥的研究、开发和应用上已取得了较大进展，但控释BB肥在实际推广应用中仍有一些问题尚待解决。目前的研究表明，控释BB肥在小麦、水稻单季种植上具有增产和提高肥效的作用[5]，然而，关于稻麦轮作模式下控释BB肥的一次性基施效果研究报道较少。因此，深入系统地研究控释BB肥在稻麦轮作模式中的施用效果，将为控释BB肥的研制及推广应用提供重要指导。本研究根据小麦、水稻专用控释BB肥的推荐施用量和当地的施肥习惯，确定了控释BB肥和常规肥料的实际施用量，通过对比控释BB肥和常规施肥处理下小麦与水稻的产量、经济效益和肥料利用率，探索控释BB肥在稻麦轮作模式中的一次性施用效果，以期为控释BB肥在稻麦轮作模式中的大面积推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验设置在国家级耕地质量监测点(监测点编号：320094)，于江苏省南京市江宁区淳化街道青龙社区(31.93°N，119°E)进行，土壤类型为潴育性水稻土，土地利用类型为多年水稻—小麦轮作。试验时间：小麦季为2015年11月至2016年6月，水稻季为2016年6—11月。试验前土壤的基本理化性质：有机质含量23.20 g/kg，全氮含量 1.79 g/kg，碱解氮含量113.92 g/kg，有效磷含量 14.32 mg/kg，速效钾含量112.34 mg/kg，pH值6.1。供试的小麦品种为宁麦13号，水稻品种为镇稻18号。

1.2 试验设计与方法

试验设置3个处理，分别为不施肥(CK)、常规施肥和控释BB肥处理，每个处理重复3次。小区面积为64 m2(8 m×8 m)，小区间筑隔离带，四周设保护行。试验各处理具体施肥量见表1。常规施肥处理按照当地农民的施肥习惯施肥，分为基肥和追肥多次施入；控释BB肥处理为基肥一次性施入。试验中所选用的肥料包括复合肥(N ∶P2O5∶K2O=1 ∶1 ∶1，均为15%)、尿素(含氮量为46%)以及由江苏省农业三新工程项目“控释BB肥技术集成及推广应用(编号：SXGC[2015]007)”研制的控释BB肥，其中，小麦控释BB肥 N ∶P2O5∶K2O 含量比为26 ∶8 ∶11，控释N含量为50%，水稻控释BB肥N ∶P2O5∶K2O含量比为25.5 ∶7.5 ∶11.5，控释N含量为45%。试验各处理N、P、K施用量见表2，在小麦季，控释BB肥处理的N、P、K用量较常规施肥处理均有所减少；在水稻季，为更好地满足水稻养分需求，控释BB肥处理的N、P用量较常规施肥处理有所减少，K的用量较常规施肥处理有所增加。小麦基肥、分蘖肥和拔节肥施用时间分别为2015年11月13日、2016年2月19日、2016年4月15日；水稻基肥、分蘖肥和穗肥施用时间分别为2016年6月5日、6月20日、8月11日。作物生产过程中的灌溉、除草、治虫等田间管理按照当地农民的常规管理方式进行。

表1 试验所选用肥料种类及施肥量 kg/hm2

表2 试验各处理N、P、K的施用量 kg/hm2

小麦、水稻成熟期按小区测定实际产量和秸秆生物量，并进行考种。小麦、水稻考核的指标为穗粒数、千粒质量。在试验前分别采集各小区0～20 cm土层土样，每个小区按“S”形取5点土壤样品，混合均匀后作为一个待测样品，用于土壤理化性质分析，包括土壤pH值、有机质含量、全氮含量、碱解氮含量、速效磷含量和速效钾含量，测定参照鲁如坤的方法[6]。

1.3 数据处理及分析

总收益=产值-肥料成本；相对收益=总收益-追肥劳动力成本；氮素农学利用率=(施氮区产量-空白区产量)/施氮量；氮素偏生产力=产量/施氮量。

试验数据的整理及统计分析均用Excel 2010和 SPSS 18.0 数据处理系统在计算机上进行。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对作物产量及相关生物学指标的影响

由表3可知，在小麦季，常规施肥和控释BB肥处理下，小麦的穗粒数、千粒质量、产量和秸秆量均显著高于不施肥处理，充分说明了肥料在作物增产增收中的显著作用。与常规施肥处理相比，控释BB肥处理下小麦的产量以及各生物学指标均有所增加，但未达到统计学上的显著变化。在水稻季，常规施肥和控释BB肥处理下，水稻的穗粒数、千粒质量、产量和秸秆量均高于不施肥处理，其中产量和秸秆量显著增高。对比常规施肥处理和控释BB肥处理，水稻的穗粒数、千粒质量、产量及秸秆量均为控释BB肥处理>常规施肥处理，但差异并未达到统计学上的显著水平。通过计算可以发现，控释BB肥处理下小麦和水稻的产量要比常规施肥处理分别高10.66%、1.95%。

表3 不同施肥处理下小麦、水稻的产量及相关生物学指标

2.2 不同施肥处理对作物生产经济效益的影响

从表4可以看出，由于控释肥价格较高，控释BB肥处理的肥料成本在小麦季和水稻季均高于常规施肥处理。从总收益方面来看，在小麦季，控释BB肥处理的总收益最高，为 5 431元/hm2，比常规施肥处理和CK分别高12.6%、10.3%。在水稻季，常规施肥处理的总收益最高，为26 667元/hm2，而控释BB肥处理的总收益为26 219元/hm2，仅比常规施肥处理低1.68%，但比CK的23 080元/hm2高13.6%。由于常规施肥处理的多次追肥模式比控释BB肥处理的一次性基施模式增加了劳动力成本，因此，在对比不同施肥处理的经济效益时还需要考虑追肥的劳动力成本。根据目前的经济发展水平以及劳动力的平均成本，并参照文献数据[7]，本研究拟定追肥劳动力成本为1 000元/hm2。通过从总收益中减去劳动力成本，从而获得相对收益。从表4可以看出，不管在小麦季还是水稻季，控释BB肥处理的相对收益均为最佳，分别为 5 431、26 219元/hm2，其次是常规施肥处理，分别为3 822和25 667元/hm2。值得注意的是，在水稻季，虽然总收益表现为控释BB肥处理低于常规施肥处理，但相对收益却表现为控释BB肥处理比常规施肥处理高552元/hm2，这说明控释BB肥处理并不会使得水稻的实际生产收益减少。

2.3 不同施肥处理对氮素利用特征的影响

氮是植物生长的必需营养元素之一，在保障粮食增产稳产方面有着不可替代的作用。氮素农学利用效率和氮素偏生产力是评价农田氮肥利用效率的2个主要指标[8]。氮素农学利用效率一般用来表征在土壤基础肥力上施氮肥的增产作用，氮素偏生产力用来表征单位投入的氮素所能生产的作物籽粒产量。从图1和图2可以看出，在小麦季和水稻季，控释BB肥处理下的氮素农学利用率和氮素偏生产力均明显高于常规施肥处理，表明在同等土壤基础肥力条件下，控释BB肥处理的氮素肥效优于常规施肥处理。

表4 小麦季和水稻季经济效益分析 元/hm2

注：小麦2.36元/kg，水稻3.1元/kg；尿素1.6元/kg，复合肥2.5元/kg，小麦和水稻专用控释BB肥2.8元/kg；追肥劳动力成本为1 000元/hm2。

3 讨论与结论

控释肥在小麦和水稻生产中的应用效果已有一些报道。如李贵勇等发现，随着控释肥用量的增加，水稻产量先增加后降低[9]；杜江华等研究表明，一次性施用水稻控释肥具有较显著而且稳定的省工节肥和增产增收效果[10]；汪强等研究发现，控释肥对小麦具有增产与提高氮肥利用率的效果[11-12]。另外，也有研究表明，控释肥并不能使作物增产[13]。而本研究中，与常规施肥处理相比，控释BB肥处理提高了小麦和水稻的产量，但并未达到统计学上的显著性水平，这可能与控释BB肥处理下N、P、K减量施用有关。在经济效益方面，控释BB肥的一次性基施方式省去了劳动力成本，在小麦季和水稻季，控释BB肥处理的相对收益均大于常规施肥处理，这与杜江华等的研究结果[10，14]类似。在氮素利用效率方面，控释BB肥由于其肥效稳定而持久，能有效减少氮素的挥发、淋失及反硝化脱氮损失，从而提高氮素利用率[15]。本研究结果也表明，控释BB肥处理的氮素农学利用率和氮素偏生产力均优于常规施肥处理。

综上所述，本研究对比了控释BB肥处理和常规施肥处理下小麦和水稻的产量、生产经济效益以及氮素利用率，结果表明，在稻麦轮作模式下，控释BB肥的一次性基施处理不仅能减少劳动力成本，在保障作物产量的基础上减少肥料用量，获得较高的相对收益，还能提高氮素利用效率。因此，控释BB肥的一次性基施方式值得在研究区周边及耕地地力与气候相近地区的稻麦轮作模式中大面积推广应用。

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