江苏单季粳稻对新型氮肥减量减次施用的适宜性分析

朱德进， 宁运旺， 王会方， 黄 卉， 张 辉， 马洪波， 张永春

(1.江苏省泰州市姜堰区耕地质量保护站，江苏泰州 225500；2.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部江苏耕地保育科学观测实验站，江苏南京 210014)

江苏是我国粳稻种植大省，也是高产省，种植面积和总产分别占全国的20%和30%左右。然而，江苏粳稻种植的化肥投入也高居全国首位。据一般估计，其氮肥投入在250～300 kg/hm2之间，而据笔者最近的一项调查，2013—2015年江苏省粳稻的氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)平均施用量分别为(23.9±6.9)、(5.6±2.6)、(5.3±3.6) kg/hm2(n=1 333)，其中苏南地区分别为(21.6±8.0)、(5.6±2.2)、(6.5±4.0) kg/hm2(n=568)，区域差异非常大，远高于全国平均和发达国家投入水平，对生态环境危害大，化肥尤其是氮肥减量势在必行。

我国化肥减量须在高产稳产前提下进行，任何减肥措施水稻吸收的养分不会减少，因此在其他条件一致时化肥减量只能从培肥土壤和提高肥料利用率2条途径入手。大量研究表明，新型化肥对提高化肥利用率有明显促进作用[1-4]，推广应用新型化肥是实现我国化肥施用零增长乃至减量的重要途径之一，并被写入2013年中央一号文件。按照肥料养分释放特性分类，新型化肥分为三大类型，即缓释肥、控释肥和稳定性肥料[5]。我国新型化肥近10年发展较快，据不完全统计，截至 2015 年缓控释肥产能达550万t、稳定性肥料产能达330万t。但与此同时，2015 年我国缓控释肥消费量仅为 330万t，稳定性肥料消费量也仅在 200 万t左右，呈现供大于求局面[6]。其主要原因有：(1)我国新型化肥90%以上用于大田作物，应用新型化肥产生的低收益与肥料的高价位不匹配。(2)由于作物品种和土壤等条件的差异，新型化肥应用本身仍存在肥效不稳的问题，一些主要产品在推广应用于主要作物如水稻时仍不能给予明确的技术规范，制约了新型化肥的发展。

江苏单季粳稻施肥次数一般在3～5次之间，施肥频繁、劳动强度大，如能实行新型化肥轻简化应用，减少用量和施肥次数并行，将对新型化肥的推广应用有较大帮助。本研究以江苏单季粳稻为研究对象，选择目前我国常见的几种主要类型新型氮肥，同时在江苏溧阳和姜堰开展田间试验，比较不同类型新型氮肥的减量、减次施用效果，分析不同类型新型氮肥在江苏单季粳稻区的适宜性，以期为新型氮肥的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

2016年6—10月同时在江苏省溧阳市南渡镇和泰州市姜堰区梁徐镇开展2个水稻田间小区试验。溧阳试验土壤为太湖地区典型圩区酸性水稻土，土壤类型为青泥土，小区试验土壤基本理化性状：pH值为5.14，含有机质18.3 g/kg、碱解氮77.0 mg/kg、有效磷14.0 mg/kg、速效钾128 mg/kg。大区试验土壤基本理化性状：pH值为5.20，含有机质 17.8 g/kg、碱解氮84 mg/kg、有效磷19.5 mg/kg、速效钾 108.0 mg/kg。姜堰试验土壤为长江三角洲平原中性水稻土，土壤类型为青泥土，基本理化性状：pH值为7.08，含有机质20.5 g/kg、碱解氮 146.6 mg/kg、有效磷29.9 mg/kg、速效钾89.5 mg/kg。

1.2 试验肥料

选择缓释氮肥、控释氮肥和稳定性氮肥为试验肥料，以普通尿素为对照。其中，缓释氮肥选择脲甲醛和草酰胺2个品种，含氮量分别为38.0%和31.8%；控释氮肥选择含氮量37%的硫包衣尿素和含氮量44%的树脂包膜尿素；稳定性氮肥选择尿素+硝化抑制剂(DCD)；对照用氮肥为含氮量46.2%的普通尿素。氮肥习惯用量根据调查获得，为 330 kg/hm2，推荐氮肥用量和运筹根据当地农业技术推广部门的推荐确定，为270 kg/hm2。

1.3 试验方案

水稻常规施肥为3次施肥(基肥-分蘖肥-拔节孕穗肥)，其中基肥施用的氮肥来源与处理内容一致，分蘖肥和拔节孕穗肥均为普通尿素。磷钾肥一次基施，分别为P2O560 kg/hm2和K2O 6.4 kg/hm2，磷钾肥品种分别为过磷酸钙和氯化钾。表1为不同类型氮肥的减量减次试验方案，氮肥减量建立在习惯用量基础上，溧阳和姜堰的新型氮肥试验分别省略分蘖肥和拔节孕穗肥。

小区试验面积均为30 m2(5 m×6 m)，4次重复，小区之间用塑料薄膜包埂隔离。溧阳小区试验于7月2日人工移栽，移栽株行距13.3 cm×25 cm，品种为南粳51。姜堰小区试验于6月18日人工移栽，株行距13.9 cm×25 cm，品种为南粳9108。除施肥外，病虫草害防治和水分管理均一致。

表1 新型氮肥减量减次施用试验方案

1.4 查苗和考种

于水稻分蘖末期(水稻起身前)，在每个小区选取长势中等的连续5株，定点标记后查茎蘖总数和有效分蘖数(大于3.5张叶的分蘖)。收获前将定点苗齐地割取，晾干后考察植株和子粒鲜质量、穗数、穗粒数和千粒质量。小区取样后人工收获实产。

1.5 数据处理

所有数据用Excel 2016处理和作图，SPSS 13.0分析。选择氮肥农学效率[7]和偏生产力[8]用于比较不同类型氮肥的肥料效率。

2 结果与分析

2.1 不同类型氮肥减量减次(分蘖肥)施用的效果比较(溧阳)

普通尿素习惯用量的基础上减量18.2%，水稻仅减产1.8%，无统计差异。氮肥减量前提下减次施用新型氮肥(省略分蘖肥)，3种类型的新型氮肥均可使水稻保持稳产或增产。表2显示，氮肥用量一致(270 kg/hm2)时，缓释氮肥(脲甲醛和草酰胺)、控释氮肥(硫包膜尿素和树脂包膜尿素)、稳定性氮肥(普通尿素+DCD)和普通尿素处理的水稻籽粒产量均无显著差异(P>0.05)，总体以缓释氮肥的效果最好，增产2.2%～7.0%；稳定性氮肥次之，增产4.5%；控释氮肥效果一般，增产-3.4%～1.1%。表明在溧阳酸性水稻土上，以草酰胺和添加硝化抑制剂尿素减量减次施用的效果最好。

水稻籽粒产量由有效穗数、穗粒数和千粒质量组成，分别形成于水稻生长前期(分蘖期)、中期(扬花期)和后期(灌浆期)，肥料养分协同供应才能获得高产。本试验条件下省略分蘖肥时，草酰胺和添加硝化抑制剂尿素处理的有效穗数、穗粒数和千粒质量均较高，表明其前中后期养分供应均表现较为充足；硫包膜尿素处理的有效穗数明显较低，显示其前期养分供应不足；树脂包膜尿素的千粒质量显著低于其他肥料，后期养分供应不足；脲甲醛处理的有效穗数和穗粒数均明显低于其他处理，前中期养分供应均不足(表2)。

进一步分析显示，除无氮处理外，本试验条件下不同氮肥产量差异主要来源于千粒质量。如图1所示， 水稻籽粒实产与千粒质量呈显著正相关(df=26，r2=0.158 5，P<0.05)，与有效穗数(r2=0.009 1，P>0.05)和穗粒数(r2=0.052 8，P>0.05)均无相关。而与此同时，千粒质量又与穗粒数呈显著负相关(r2=0.159，P<0.05)，与有效穗数(r2=0.048 5，P>0.05)无相关(图2)。进一步表明，在溧阳酸性水稻土上省略分蘖肥时，不同类型氮肥的中后期养分协同供应能力对水稻产量形成更为重要，草酰胺和添加硝化抑制剂尿素处理在本试验条件下的适宜性更好。

表2 不同类型氮肥减量减次施用的籽粒实产及产量组成(溧阳)

2.2 不同类型氮肥减量减次(拔节孕穗肥)施用的效果比较(姜堰)

普通尿素习惯用量的基础上减量18.2%，水稻籽粒实产反而微增0.6%，无统计差异。氮肥减量前提下减次施用新型氮肥 (省略拔节孕穗肥)时，3种类型的新型氮肥的表现不尽相同。表3显示，氮肥用量(270 kg/hm2)一致时，以稳定性氮肥(普通尿素+DCD)减次施用的水稻籽粒实产最高，比普通尿素处理增产3.5%；控释氮肥(硫包膜尿素和树脂包膜尿素)效果一般，比普通尿素推荐用量处理减产0～4.6%；缓释氮肥(脲甲醛和草酰胺)效果较差，比普通尿素推荐用量处理减产2.9%～6.9%。表明在姜堰中性水稻土上，以添加硝化抑制剂尿素减量减次施用的效果最好。

从水稻籽粒产量组成来看，本试验条件下，普通尿素添加DCD处理的有效穗数最高、穗粒数和千粒质量较高，表明其前中后期养分供应均表现较为充足；硫包膜尿素处理的有效穗数明显较低，显示前期养分供应不足；树脂包膜尿素的穗粒数低于其他肥料，中期养分供应不足；草酰胺和脲甲醛处理的有效穗数、穗粒数和千粒质量均处于中等水平，全生育期养分供应均不足(表3)。

进一步分析显示，除无氮处理外，不同氮肥产量差异主要来源于有效穗数。如图3所示，水稻籽粒实产与有效穗数呈极显著正相关(df=26，r2=0.402 8，P<0.01)，与穗粒数(r2=0.000 03，P>0.05)和千粒质量(r2=0.035 6，P>0.05)均不显著相关。而与此同时，有效穗数又与分蘖末期有效分蘖数呈极显著正相关(r2=0.338 5，P<0.01)，与穗粒数呈极显著负相关(r2=0.445 5，P<0.01)(图4)。进一步表明，对于姜堰中性水稻土，省略拔节孕穗肥时，不同类型氮肥的前中期养分协同供应能力对水稻产量的形成更为重要，添加硝化抑制剂尿素处理在本试验条件下的适宜性更好。

表3 不同类型氮肥减量减次施用的籽粒实产及产量结构(姜堰)

2.3 不同类型氮肥减量减次施用的氮肥效率比较

氮肥农学效率是指单位施氮量所增加的作物籽粒产量，是肥料增产效应的普遍评价指标，氮肥偏生产力是指单位投入的肥料氮所能生产的作物籽粒产量，是针对我国肥料投入量大的适宜评价指标[8]。表4所示，与普通尿素习惯用量比较，减量18.2%的推荐施肥氮肥农学效率可提高11.2%～12.2%(P<0.05)，氮肥偏生产力提高19.9%～22.9% (P<0.05)。而在相同氮肥用量条件下，使用新型氮肥减次施用(省略拔节孕穗肥，溧阳)时，不同类型新型氮肥的农学效率和氮肥偏生产力都比普通尿素有所增加，其中以草酰胺表现最好，分别增加34.0% (P<0.05)和6.9% (P<0.05)，添加硝化抑制剂尿素次之，分别增加21.5% (P<0.05)和4.4% (P>0.05)；省略分蘖肥(姜堰)时，只有添加硝化抑制剂尿素和树脂包膜尿素的农学效率比普通尿素有所增加，分别提高21.4% (P<0.05)和7.0% (P>0.05)，同时也仅有添加硝化抑制剂尿素的氮肥偏生产力比普通尿素有所增加，提高3.7%(P>0.05)，这一结果再次印证了前述分析(即在溧阳酸性水稻土上省略分蘖肥时，以草酰胺和添加硝化抑制剂尿素的减量减次效果较好；在姜堰中性水稻土上省略拔节孕穗肥时，以添加硝化抑制剂尿素的减量减次效果较好)。

表4 不同类型氮肥减量减次施用的氮肥效率

注：同列不同小写字母表示在0.05水平下差异显著。

3 讨论

缓释氮肥、控释氮肥和稳定性氮肥等新型氮肥在提高肥料效率上的作用已经得到普遍认可[9-10]，其对水稻增效、减量的效果也已被很多研究证实[1-4]。本研究结果也显示，新型氮肥减量施用可在稳产增产前提下显著提高其农学效率和偏生产力(表4)。但笔者认为仅凭“减量”和“增效(提高氮肥效率)”尚不足为新型肥料的推广应用带来关键助益，因为即使总施氮量减少60 kg/hm2(对江苏水稻而言约相当于提高氮肥效率20%)，其减少的肥料成本也难以与新型氮肥的高价相匹配；而且对江苏而言，许多地方的习惯施肥本身就过量了[11]，使用普通肥料、通过平衡施肥等推荐施肥手段也可以使肥料用量大幅减少、氮肥效率明显增加[12-13]，本研究结果也表明，与普通尿素习惯用量比较，在水稻产量不减少情况下，普通尿素推荐用量也可减少肥料用量18.2%(表2和表3)，并可显著提高其氮肥农学效率和偏生产力(表4)。

“增效”和“减量”并不能完全体现新型化肥的特性和优势。新型氮肥或以其为主要原料生产的复合肥，其主要特性是肥料养分能长时间保持有效，一次施肥几乎能在一般作物的全生育期内都有释放；而与此同时，江苏水稻种植除了氮肥施用量大的问题外，施肥次数多、劳动强度大与劳动力紧张的矛盾也很突出，因此只有减少施肥次数、甚至实行一次性施肥，在推广新型氮肥时配套轻简化技术，才能完全发挥新型化肥的独特优势，这既是水稻种植者们的需求，也是很多从事新型氮肥或相关业者的共同目标，近20年来也一直受到关注[14-16]。但由于肥料种类、土壤质地以及种植环境等多方因素的影响，有研究显示一次施肥在部分地区会导致作物减产[17]，本研究结果也表明，在姜堰中性水稻土上实行水稻减次施肥时，除添加硝化抑制剂的稳定性氮肥和树脂包膜尿素外，使用硫包膜尿素、脲甲醛和草酰胺均可导致水稻减产(表3)。而在溧阳酸性水稻土上的试验结果则显示，除树脂包膜尿素外，其余4种新型氮肥均可保持水稻稳产或增产(表2)。在推广水稻1次或减次施肥时，必须结合具体种植环境具体研究分析，这也可能是一些以新型氮肥为主要原料的复合肥不能明确减次施用并导致市场上迄今尚未出现针对水稻可以减次施用的大面积应用肥料产品的原因。

4 结论

本研究根据不同类型的5种新型氮肥在江苏2种典型水稻土种植单季粳稻的表现，给出以下建议：(1)江苏单季粳稻的习惯施氮用量本身较高，存在较大的“减量”空间。(2)以推荐用量为基础，新型氮肥可以实现“减次”施用，但不同的新型氮肥在不同的种植环境中有不同的表现。(3)溧阳酸性水稻土上使用草酰胺和添加硝化抑制剂尿素省略分蘖肥、姜堰中性水稻土上使用添加硝化抑制剂尿素省略拔节孕穗肥，均可保证水稻生长的前期、中期、后期养分协调供应，使有效穗数、穗粒数和千粒质量都保持较高水平，产量比普通尿素提高3.5%～7.0%，氮肥效率也显著提高。