不同新型肥料对江淮地区水稻生长及氮素吸收利用的影响

2019-07-01吴萍萍李录久耿言安姚文麒

中国土壤与肥料 2019年3期

吴萍萍，李录久*，耿言安，姚文麒

（1.安徽省农业科学院土壤肥料研究所/安徽养分循环与资源环境省级实验室，安徽合肥 230031；2.长丰县农业技术推广中心，安徽长丰 231100）

近10年来，随着控制化肥用量的环境立法在世界各国越来越重视，世界普通化肥用量出现负增长，但是新型缓/控释肥料消费每年却以高于5%的速度增长。生物肥料、有机复合化肥料、功能性肥料成为新型肥料研究与开发的热点［1］。2015年我国发布了《到2020年化肥使用零增长行动方案》，提出化肥“零增长”下养分高效利用的发展目标，将新型肥料推广与应用作为重点发展任务。新型肥料一般是指利用新方法、新工艺生产的具有复合高效、缓释控释（长效）和环境友好等特征的肥料，区别于传统化肥工业生产的化学单质肥料和复合肥料以及未经深加工的有机肥料。它是针对传统肥料的利用率低、易污染环境、施用不便等缺点，对其进行的物理、化学或生物化学改性后生产出的一类新产品［2］。世界各国都在针对普通化学肥料利用率低，使用过程中容易出现损失而污染环境等问题，纷纷研制养分控制释放肥料，要求肥料养分的释放节律与作物的养分吸收相吻合，既可以实现一次性施肥省工高效，又可大幅度提高肥料利用率［1］。新型生物肥料、有机复合肥料，以及提高作物抗逆、改善资源利用效率的多功能肥料等也是顺应农业可持续发展需要而产生的新型肥料类型。

以往报道指出，新型肥料有利于提高0～80 cm土壤硝态氮累积［3］，与普通复合肥相比，施用新型肥料（保水型、稳定性和包膜型缓释肥）可显著提高黄壤区辣椒的氮素利用效率，以稳定性缓释肥的氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥表观利用率最高［4］。硫包衣肥料、硅酸盐包膜肥料等新型肥料能够增加黑土区玉米产量，有效降低氨挥发和N2O排放，从而提高氮肥利用率［5］。但是相同施氮量下，不同类型新型尿素对江淮地区水稻生长及氮素利用效率的作用报道尚较少。本研究通过大田试验，研究不同类型新型肥料对水稻产量、土壤理化性质以及水稻氮素吸收利用的影响，以期筛选出适宜在江淮地区水稻种植中施用的新型肥料，为该地区水稻高产、高效生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

水稻试验于2017年5～10月在安徽省长丰县壁城乡徐庙村进行，土壤类型为下蜀黄土发育而成的黄白土，试验前0～20 cm耕层土壤基本理化性质为：pH值5.48，有机质18.7 g/kg，全氮1.12 g/kg，碱解氮82.4 mg/kg，有效磷6.6 mg/kg，速效钾188.9 mg/kg。设置以下8个处理：①无氮对照（CK）；②普通尿素处理（U）；③控失尿素处理（CU）；④聚能网尿素处理（FU）；⑤腐植酸尿素处理（HU）；⑥含锌尿素处理（Zn-U）；⑦控失尿素一次性施肥处理（CUB）；⑧普通尿素+施等量锌处理（U+Zn），其中处理③～⑦为某化肥有限公司提供的不同类型新型尿素。普通尿素、控失尿素、聚能网尿素、腐植酸尿素和含锌尿素的含氮量分别为46%、43.2%、46%、46%和43.2%。含锌尿素含Zn 2%。

除无氮肥的对照施等量的磷、钾肥外，其它7个处理均在等量氮磷钾肥料用量基础上进行，N-P2O5-K2O施肥量为200-90-90 kg/hm2。小区面积为26.0 m2，重复3次，完全随机区组排列。磷、钾肥分别使用普通过磷酸钙和氯化钾，做底肥一次性施入，氮肥除CK处理不施氮，处理⑦为一次性施氮肥外，其它处理按照70%和30%比例分别做底肥和孕穗期施用，加锌处理用等量的硫酸锌。水稻品种采用当地常规品种，田间管理与当地农户一致。

1.2 测定内容及方法

水稻收获期分小区采集代表性水稻植株样品，考察水稻产量构成因素，包括单位面积有效穗数、穗粒数、结实率及千粒重等。采集水稻籽粒和植株样品，烘干磨碎过筛后，采用H2SO4-H2O2消煮-凯氏定氮仪分析全氮含量。

土壤pH值按照水土比2.5∶1浸提，电极法测定，有机质采用重铬酸钾容量法，全氮采用凯氏定氮法，碱解氮用碱解扩散法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法测定。

1.3 氮素利用率计算

氮肥偏生产力（PFPN，kg/kg）=施氮处理水稻籽粒产量/施氮量；

氮肥农学效率（AEN，kg/kg）=（施氮处理水稻籽粒产量-不施氮处理水稻籽粒产量）/施氮量；

氮肥表观利用率（REN，%）=（施氮处理水稻地上部吸氮量-不施氮处理水稻地上部吸氮量）/施氮量×100；

氮素生理效率（PEN，kg/kg）=（施氮处理水稻籽粒产量-不施氮处理水稻籽粒产量）/（施氮处理水稻地上部吸氮量-不施氮处理水稻地上部吸氮量）。

1.4 数据处理和统计分析

采用Excel 2003和SPSS 18.0统计分析软件对数据进行处理分析。差异显著性分析采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 不同新型肥料施用对水稻产量构成因素的影响

由表1可见，施用腐植酸尿素和含锌尿素有利于提高水稻有效穗、穗粒数和千粒重，其中有效穗数较普通尿素处理分别增加20.7%和17.2%，穗粒数分别增加10.2%和8.2%，千粒重分别增加2.3%和2.7%。控失尿素一次性施肥处理的水稻产量构成要素处于较低水平，有效穗、穗粒数和千粒重较普通尿素处理分别降低10.3%、11.3%和4.8%，明显低于其它新型肥料处理。除不施氮肥处理外，各处理结实率在85.8%～91.5%之间。

表1 新型肥料对水稻产量构成因素的影响

2.2 不同新型肥料施用对水稻产量的影响

不同新型尿素处理的水稻产量较对照（CK）处理均有不同程度的提高（表2），增产幅度在47.2%～66.2%之间。含锌尿素处理的水稻产量最高，其次是腐植酸尿素处理，相较于普通尿素处理分别增产5.6%和4.3%；普通尿素加锌、聚能网尿素和控失尿素处理的增产幅度相对较小，在1.8%～3.0%之间；控失尿素一次性施肥处理对水稻产量的影响不如施用普通尿素，水稻减产6.5%，与其它新型肥料处理间表现出显著差异（P＜0.05）。

表2 新型肥料对水稻产量的影响

2.3 不同新型肥料施用对土壤理化性状的影响

由表3可见，施用不同类型新型肥料对土壤pH值的影响较小，较普通尿素处理的降低幅度在0.01～0.18个单位。土壤有机质含量在腐植酸尿素和含锌尿素两个处理中相对较高，较普通尿素处理分别提高5.9%和4.2%，而其它尿素处理的有机质含量与普通尿素处理接近。施用控失尿素和腐植酸尿素有利于增加土壤全氮和碱解氮含量，分别提高2.2%～2.9%和5.7%～9.6%。可见，腐植酸尿素施用能够提高土壤有机质、全氮和碱解氮含量，减少土壤氮素损失；控失尿素和含锌尿素也能在一定程度上促进有机质和氮素在土壤中的累积。

表3 新型肥料对土壤理化性状的影响

2.4 不同新型肥料施用对水稻氮素吸收及利用效率的影响

由表4可见，在相同施氮量下，施用不同类型新型肥料均有利于提高水稻籽粒和秸秆氮素吸收量，各处理地上部总吸氮量较普通尿素处理提高2.3%～13.7%，其中腐植酸尿素处理地上部总吸氮量最高，达213.2 kg/hm2，与普通尿素处理间差异达显著水平（P＜0.05）。

表4 新型肥料对水稻吸氮量及氮利用效率的影响

表4还表明，除控失尿素一次性施肥处理外，不同新型肥料施用能够不同程度地提高水稻氮肥偏生产力和氮肥农学效率，较普通尿素处理分别增加0.7～2.1 kg/kg和0.7～2.1 kg/kg，其中腐植酸尿素和含锌尿素处理相对较高。新型肥料处理的氮素表观利用率在46.4%～59.2%之间，尤其是腐植酸尿素，达59.2%，显著高于普通尿素处理，其次是含锌尿素和聚能网尿素处理，分别为52.6%和52.3%。施用含锌尿素或普通尿素加锌对水稻氮素生理效率有促进作用，而控失尿素一次性施肥处理的氮素生理效率明显低于其它处理。总体而言，试验区域施用腐植酸尿素和含锌尿素最有利于提高水稻氮肥利用效率，促进氮素在水稻体内的积累和利用。

3 讨论

本研究结果表明，除控失尿素一次性施肥处理外，不同新型肥料施用能够不同程度地促进水稻发育，提高水稻产量，其中含锌尿素和腐植酸尿素的增产幅度相对较大。在施氮量相同的情况下，新型肥料的主要作用通常是减少氮素损失，促进氮素吸收以及提高其利用效率。锌能促进植物叶绿素与生长素合成，改善植物的碳、氮代谢。施锌肥能够克服植物生长受抑、叶片失绿变白、畸形、茎节缩短、生长点坏死、根系细弱等问题，如水稻“僵苗”、玉米“白芽病”等，从而达到增产。据调查，安徽省江淮丘陵地区农田土壤普遍缺锌，有效Zn含量在0.3～13.3 μg/mL之间，约有87.2%的土地低于临界值［6］，因此在该区域水稻种植中施用含锌尿素表现出较好的增产效果。腐植酸尿素是在尿素生产过程中加入腐植酸类天然活性物质所生产的肥料改性增效产品。腐植酸作为一类富含羧基、酚羟基、羰基等良好生物活性的有机高分子物质，在促进作物根系生长发育，提高肥料利用率方面有明显的作用。大量研究表明，腐植酸可以通过氢键、络合以及物理吸附等多种作用增加尿素的肥效［7］。如李军等［8］报道，腐植酸尿素可显著提高玉米籽粒产量6.3%～17.3%。

施用腐植酸尿素和含锌尿素还能促进氮素在水稻体内的积累和利用，从而提高水稻氮肥利用效率。氮肥和锌肥存在协同效应，氮锌配施除了提高作物产量，还能够增加作物籽粒中的氮和锌，并促进作物茎叶中的氮素向籽粒分配和转运，从而增加氮肥的偏生产力、氮肥农学效率和氮肥表观利用效率，这在水稻、玉米等作物上均有报道［9-11］。腐植酸尿素中的腐植酸可直接与尿素发生物理或化学反应，包括腐植酸与尿素的络合或形成氢键，自由基反应以及物理化学吸附等；也可在COO-诱导作用下使尿素中的-NH2转变为NH4+，发生离子化反应，改变氮素的形态，从而使腐植酸尿素中的部分速效氮变成了缓效氮［12］。此外，腐植酸具有生物活性，能够促进根系生长发育，提高根系对营养元素的吸收能力［13］，还能够调节作物新陈代谢，促进氮素在植株体内的转移，进而提高籽粒氮素收获指数［14］。如成绍鑫［15］研究指出，腐植酸尿素可使氮肥利用率提高6.9%～11.9%。史春余等［16］研究发现，施用腐植酸肥料能够明显提高番茄的氮肥利用率。李军等［8］研究也表明，腐植酸尿素施用减少了肥料氮损失，玉米的氮吸收总量和土壤中的肥料氮残留量均高于普通尿素，N肥利用率提高5.9%～8.6%，N损失率降低7.3%～11.2%。在生姜上施用腐植酸尿素发现，无论做基肥还是做追肥生姜产量和根系活力均显著提高，氮肥利用率较普通尿素分别提高54.08%和24.50%［13］。还有研究表明，腐植酸可抑制脲酶活性，并对铵态氮有一定的吸附作用，可减少尿素氨挥发及氮素在土壤中的淋溶损失［17-18］。本研究也发现，腐植酸尿素施用在提高水稻地上部氮素含量的同时，能够增加土壤有机质、全氮和碱解氮含量，推测其可能减少肥料氮通过淋溶、径流、氨挥发、N2O排放等途径损失。

控失尿素是通过复合材料对尿素进行改性，将其中的养分固定在植物根际土壤中形成分子网格，吸附和固定的营养元素用以满足植物整个生长发育过程中对养分的需求，进而减少污染、控制肥料流失。控失尿素中添加的网状材料，可以减缓尿素在土壤中的转化过程，进而使养分更多的供给作物吸收利用，在延缓尿素氨化、水解等过程的同时，减少氨挥发［19］。但是，控失尿素施用时期及比例对水稻产量有一定影响，本研究中，控失尿素按照70%和30%分两次施用可以提高水稻产量，而作为基肥一次性施用水稻反而表现出减产，且氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮素生理效率也偏低，这可能与控失尿素一次性施肥情况下氮损失量较高，以及氮素释放规律与水稻养分需求不一致有关。薛欣欣等［20］研究也指出，控失尿素分次施用可以在保证稻谷稳产的同时，有效降低稻田土壤氨挥发损失，改善植株氮素营养状况，显著提高氮肥利用效率，而控失尿素一次施用处理造成了水稻生长后期供氮不足，光照利用能力降低，水稻生长受到抑制，氮损失率较高。