几种新型肥料对水稻增产增效的试验研究*

韩 哲，陈宝成，曹 兵，齐建俊，陈剑秋

(1.土肥资源高效利用国家工程实验室/山东农业大学资源与环境学院 山东泰安 271018；2.养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室 山东临沭 276700；3.北京市农林科学院 北京 100097； 4.山东省济阳县农业局 山东济南 251400)

水稻是我国重要的粮食作物[1]，近年来其种植面积占全国粮食作物总种植面积的27%左右[2]，其产量对我国粮食供应至关重要。施肥是提高作物产量的有效途径之一，化肥已经成为影响粮食产量的第二大因素[3-4]。合理施用肥料能增加土壤中营养成分的含量，保证作物对养分的吸收，实现增产增效；合理施用肥料也可以降低农作物病虫害的发病率，保障作物的产量和品质[5-7]。

我国是世界上化肥施用量最多的国家，达到了全球总量的35%左右[8]，然而我国肥料当季作物利用率较低，其中氮肥为30%～35%，磷肥为10%～25%，钾肥为35%～50%[9]。大量使用肥料在提高作物产量的同时引发了严重的资源浪费与面源污染[10-12]，进一步造成了土壤肥力下降、农作物品质降低、环境污染严重等后果[13]。针对肥料施用出现的问题，我国在合理施肥、提高肥料利用率等方面进行了肥料深施、平衡施肥、精确定量施肥、测土配方施肥、水肥一体化及筛选优良的作物品种等研究，提出创新材料、使用新型技术或改进方法制造新型肥料是提高肥料利用率的一条重要途径[14]。

目前新型肥料的品种及数量越来越多，有关比较新型肥料与传统施肥对作物施肥效果的研究较多，但对纳米控释氮肥、控释钾肥[15-16]、添加剂增效磷钾肥[17-18]、黄腐酸肥等新产品在某些作物(如水稻)上的肥效研究未见报道，对多种新型肥料在作物上肥效间的比较研究也较少，这些都不利于新型肥料的推广与应用。

为了探究几种新型肥料在水稻上的施用效果，以常规施肥作对照，选取纳米控释氮肥、控释钾肥、添加剂增效磷钾肥、黄腐酸复合肥和黄腐酸液体肥料等5种新型肥料并减氮施肥，试验研究了新型肥料的养分供应、作物养分吸收及增产情况，以筛选优良的新型肥料品种，为新型肥料在水稻上的施用推广提供理论支持和实践依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验在山东省济南市济阳办事处水稻种植基地进行，该地属于暖温带大陆性季风型气候，年平均降水量为800 mm，年平均温度为13 ℃。

供试土壤：冲击潴育水稻土(普通铁聚水耕人为土)。0～20 cm土壤的基本理化性状：pH 6.99(水土比5∶1)，有机质质量分数11.86 g/kg，全氮质量分数1.24 g/kg，速效钾质量分数180.57 mg/kg，有效磷质量分数24.30 mg/kg。

供试肥料：控释钾肥，土肥资源高效利用国家工程实验室研制生产的树脂包膜氯化钾，w(K2O)=58%，控释期3个月；纳米控释掺混氮肥，北京市农林科学院试制的纳米二氧化硅包膜尿素，控释期3个月，控释氮肥占60%，w(N)=43%；添加剂增效磷钾肥1，腐殖酸、沸石粉、硅藻土、重过磷酸钙、硫酸钾按比例混合后磨细，过250 μm(60目)筛，造粒，w(P2O5)=18%，w(K2O)=18%；添加剂增效磷钾肥2，腐殖酸、海泡石、硅藻土、重过磷酸钙、硫酸钾按比例混合后磨细，过60目筛，造粒，w(P2O5)=18%，w(K2O)=18%；黄腐酸复合肥(N-P2O5-K2O=15-10-10)，w(黄腐酸)=7%；黄腐酸液体肥料，ρ(黄腐酸)≥240 g/L，ρ(N+P2O5+K2O)≥200 g/L，ρ(腐殖酸)≥30 g/L；重过磷酸钙，w(P2O5)=46%；氯化钾，w(K2O)=60%；普通尿素，w(N)=46%。

水稻品种选用“圣稻14”，属中早熟品种，中抗稻瘟病，苗期中抗白叶枯病，成株期中感白叶枯病。

1.2 试验设计

试验为田间小区试验，小区面积6 m×3 m=18 m2，共10个处理，其中新型肥料处理比习惯施肥处理氮肥减量25%，普通肥料采用同一品种,见表1。各处理均设3次重复，共30个小区。水稻基肥施肥方式为表面撒施后翻耕20 cm，追肥为水田表面撒施，其他田间管理按常规田间管理方式进行。

表1 试验方案

1.3 检测项目及测定方法

水稻收获后测定产量(实打实收，每个小区收获中间4行，称量生物量、籽粒、秸秆鲜重，测定各自水分含量，换算出干重)；土壤硝态氮(2 mol/L KCl溶液浸提，紫外分光光度法测定)；土壤铵态氮(2 mol/L KCl溶液浸提，靛酚蓝比色法测定)；土壤有效磷(0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提，钼锑抗比色法测定)；土壤速效钾(1 mol/L 乙酸铵溶液浸提，火焰光度法测定)；株高(直尺测定)；叶绿素(SPAD-502叶绿素仪测定)；植株氮磷钾(H2SO4-H2O2联合消煮，全自动定氮仪、火焰光度法、钼锑抗比色法测定)。

1.4 数据处理与统计分析

肥料偏生产力(PFP)=产量/施肥量。

使用SPSS 19.0和Excel 2016软件对试验所得的数据进行统计分析，采用Duncan法进行方差分析，用Dunnett′s T(3)法来检验不同处理间差异的显著性(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对水稻收获期土壤无机氮含量的影响

测定水稻收获期土壤中硝态氮、铵态氮的含量，得到收获期土壤中无机氮含量，结果见图1[同一个处理柱上标有相同的小写字母则表示对应的处理间的差异不显著(p<0.05)，下同]。结果表明：CFY处理无机氮质量分数最高为88.01 mg/kg，CRN、CRNK处理无机氮质量分数较高，分别为84.33、81.83 mg/kg；上述3种处理土壤中无机氮含量显著高于未添加控释氮肥的新型肥料处理和F对照处理，说明CRN处理养分释放较慢，在水稻生长后期能提供相对较多的氮素养分；在CRN处理中添加黄腐酸液体肥可以进一步提高土壤中无机氮含量；两种添加剂增效磷钾肥处理WF1、WF2之间土壤中无机氮含量差异不显著。

2.2 不同施肥处理对水稻收获期土壤有效磷含量的影响

土壤中磷素的供应水平主要由土壤中有效磷的含量来体现，测定水稻收获期各处理土壤中有效磷的含量，结果见图2，收获期各施肥处理的土壤中有效磷质量分数为25.95～51.31 mg/kg。WF2处理水稻收获期土壤中有效磷质量分数最高为51.31 mg/kg，较常规施肥F处理提高30.16%，差异显著；CFY处理土壤有效磷质量分数为46.22 mg/kg，显著高于F、CRN、CRK、CRNK、WF1处理；其余施肥处理间土壤有效磷含量差异不显著。

2.3 不同施肥处理对水稻收获期土壤速效钾含量的影响

土壤中可供植物利用的钾素含量主要通过土壤中钾素最有效的形态即速效钾的含量来体现。测定水稻收获期不同处理土壤中速效钾的含量，结果见图3，各施肥处理土壤中速效钾的质量分数为207.71～261.73 mg/kg，各新型肥料处理速效钾含量与常规施肥处理相比差异不显著，其中以CRNK处理速效钾含量最高，与CRN、CK处理相比差异显著，但与其他处理速效钾含量相比差异不显著。

2.4 不同施肥处理对水稻产量的影响

水稻收获后分别测定秸秆产量、稻谷产量以及生物量，结果见表2，与常规施肥F处理相比，施用新型肥料处理的秸秆产量、籽粒产量以及生物量均有显著提升。CFY、HFY处理比CRN、HF处理分别增产7.24%、4.50%，增产效果显著，说明在原CRN和HF处理下，追加施用黄腐酸液体肥可以显著提高水稻产量。试验所用的控释肥、增效磷钾肥、黄腐酸肥在比常规施肥处理减少25%氮肥用量条件下，显著提高了水稻产量。

表2 不同施肥处理对水稻产量的影响

CRN、CRK处理增产效果显著，但CRNK处理比CRN或CRK处理增产效果差；比较两种增效磷钾肥对水稻产量的影响，WF2处理(添加腐殖酸、海泡石、硅藻土的磷钾肥)比WF1处理(添加腐殖酸、沸石粉、硅藻土的磷钾肥)增产效果更好；CFY、HFY处理可以在原处理产量的基础上进一步提升水稻产量。

2.5 不同施肥处理对水稻经济效益的影响

按照稻谷3.6元/kg计算总收入，减去肥料支出和打药、浇水、施肥、耕地、收割等其他支出，得出不同施肥处理的水稻经济效益，结果见表3。试验施用的控释肥、添加剂增效磷钾肥等新型肥料处理较常规施肥F处理均有不同程度的增收效果，提高了水稻经济效益。试验所用新型肥料虽然价格比普通肥料高，但由于增产效果较好，均提高了水稻生产的经济效益。

表3 不同施肥处理条件下水稻经济效益 元/hm2

2.6 不同施肥处理对水稻养分累积量的影响

测定水稻中氮、磷、钾养分吸收量，结果显示不同施肥处理水稻对氮、磷、钾养分的吸收程度不同，见表4。各施肥处理氮累积量为136.34～245.45 kg/hm2，新型肥料处理较常规施肥处理氮累积量提高20.86%～80.03%，差异显著，其中以CFY、HFY处理氮累积量较高，分别为226.22、245.45 kg/hm2，较常规施肥F处理增加65.92%、80.03%。

不同施肥处理水稻对磷累积量为35.54～45.42 kg/hm2，各新型肥料处理磷素累积量均高于常规施肥F处理，磷累积量提高12.72%～27.80%。其中HFY处理磷累积量最高为45.42 kg/hm2，与常规施肥F处理相比差异显著，但较其他新型肥料处理差异不显著。

表4 不同施肥处理水稻养分累积量 kg/hm2

不同施肥处理水稻对钾累积量为216.42～258.66 kg/hm2，CFY处理钾累积量较低，为216.42 kg/hm2，低于常规施肥F处理，但差异不显著；CRK、HFY处理钾累积量较高，分别为258.24、258.66 kg/hm2，但与常规施肥F处理相比差异不显著。

2.7 不同施肥处理对肥料偏生产力的影响

肥料偏生产力(PFP)在一定程度上反映了肥料对作物的施用效果，是土壤基础养分水平和化肥施用量综合效应的重要指标。根据水稻籽粒产量和肥料施用量计算PFP，结果见表5。施用新型肥料处理氮肥偏生产力均显著高于常规施肥F处理，增加41.42%～58.10%，其中CFY处理氮肥偏生产力较高，为36.41 kg/kg。

表5 不同施肥处理肥料偏生产力 kg/kg

试验中磷肥、钾肥用量一致。除CRNK处理外，其他施用新型肥料处理磷钾肥偏生产力均显著高于常规施肥F处理，增加6.01%～18.51%，其中CFY处理的磷钾肥偏生产力最高，为53.40 kg/kg。

3 讨论

试验数据表明，新型肥料处理较常规施肥处理对水稻产量、养分利用率及经济效益均有不同程度的提升。近年来，对膜材的选择一直是控释肥料研究的关键问题。试验所用的控释氮肥采用纳米二氧化硅作为包膜材料，通过超声分散使其均匀地分布在尿素颗粒表面，然后反应成膜。与普通尿素相比，试验施用CRN处理的土壤无机氮含量显著提高，对水稻增产效果明显，提高了水稻经济效益，但与其他膜材料的控释氮肥对比效果还需要进一步研究。目前有关控释钾肥肥效的研究相对较少，试验施用控释钾肥显著提高了水稻产量和经济效益，达到了较好的控释效果。试验条件下，单独施用控释氮肥、控释钾肥都取得了较好的增产增效效果，但控释氮肥与控释钾肥配合施用水稻的增产效果不显著，原因可能是控释氮肥与控释钾肥配合施用时氮、钾养分释放都缓慢，其总体养分供应强度较低，没有达到水稻对养分需求的最好水平。

磷肥利用率比氮肥、钾肥低，提高磷肥利用率一直是农业生产研究的课题。磷肥包膜在工艺上较困难，包膜能否提高过磷酸钙有效性在业内存在争议，利用非包膜措施来提高磷肥有效性得到了广泛研究，其中通过提高磷矿粉颗粒细度来提高磷肥有效性是种有效的方法，能促进作物对磷的吸收，提高磷肥农学利用率[19-20]；此外，超微细磷钾肥与活化剂配施也能显著提高养分利用率[21]。试验将磷钾肥与腐殖酸、沸石粉、硅藻土等添加剂充分混合后磨细处理，一是充分混匀，二是让肥料与添加剂结合紧密，减少了肥料与土壤的接触面积，降低磷肥被土壤固定的概率。另外，添加剂中的腐殖酸含有多种不同的功能基，具有较强的络合性、离子交换性和生物活性，可以降低土壤对磷的固定，延缓有效磷转换为无效磷的过程；沸石粉、硅藻土表面有许多特殊的孔性构造，具有较强的携载能力[22-24]，可以把磷钾肥料均匀吸附在表面，适当延长肥料的释放时间，有利用于作物吸收，提高水稻产量和养分利用率。

黄腐酸是一种天然的植物生长调节剂，具有增强作物抗逆性、提高作物产量、改善品质等特点[25-26]。将黄腐酸与氮磷钾肥料混合，使有机肥与无机肥的优势都充分发挥，不仅能减少肥料用量、省时省力、节约成本，还可以增产提质、提高经济效益[27-28]。试验中，黄腐酸复合肥与配施黄腐酸液体肥处理在增加作物产量、提高土壤速效养分含量和肥料利用率等方面，达到了预期效果。

4 结语

与普通施肥相比，在氮素施用量减少25%、磷钾肥施用量相同的条件下，试验所施用的纳米控释氮肥、控释钾肥、增效磷钾肥、黄腐酸复合肥、黄腐酸液体肥等新型肥料在水稻种植上均取得较好的供肥增产、增效效果，差异大都达显著水平，其中以纳米控释掺混氮肥+黄腐酸液体肥、黄腐酸复合肥+黄腐酸液体肥效果突出，产量最高，经济效益最佳；在两种添加剂增效磷钾肥中，以磷钾肥、腐殖酸、海泡石、硅藻土配制成的添加剂增效磷钾肥效果较好；在施肥量相同条件下，纳米控释掺混氮肥+控释钾肥不如单施纳米控释掺混氮肥或控释钾肥效果好；纳米控释掺混氮肥、黄腐酸复合肥配合施用黄腐酸液体肥有更好的增产效果。