不同氮肥施用量对水稻产量及稻田氮元素排放的影响

许峰 张娜 季美娣

摘要    本文以南粳5055为试验材料，研究不同氮肥施用量对水稻生长、产量及氮肥当季利用率的影响，同时开展水稻田灌排水氮元素含量监测，摸清稻田养分排放情况。结果表明，与常规施肥相比，氮肥施用量减少30%处理水稻产量减产3.31%，氮肥当季利用率提高2.67%，氮肥农学效率提高31.34%，并减少稻田氮元素排放量14.96%;氮肥施用量增加30%处理增产增排效果不明显。由此说明，水稻生产中适当减少化肥施用更有推广价值。

关键词    水稻;氮肥施用量;产量;氮肥当季利用率;氮元素排放

中图分类号    S511;S147.5        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）21-0022-03                                                开放科学（资源服务）标识码（OSID）

化肥对促进农业生产发挥了巨大作用，但也带来了诸如耕地质量下降、水体污染等诸多问题[1]。“十三五”期间，常州市重视生态环境保护工作，强化面源污染防治，把水稻（常州市第一大农作物）作为突破口，开展农业清洁化生产，减少化学肥料投入，降低稻田养分排放。

笔者承担了常州市科技项目（CE20172022），在2018年（项目的第2年）开展了水稻化肥减量施用和灌排水氮元素含量变化的研究。本文主要研究不同氮肥施用量对水稻产量和农田养分排放的影响，依据原农业农村部编制的《农田氮磷地表径流流失监测技术规程》，开展水稻田灌排水氮元素含量监测，为面源污染控制提供参考。

1    材料与方法

1.1    试验地概况

试验地点是新北区稻麦原种场，试验地块位于原种场北区，土种为小粉沙土。土壤有机质含量为35.8 g/kg，有效磷含量21.7 mg/kg，全氮含量1.78 g/kg，速效钾含量为176.6 mg/kg，土壤pH值为6.0。

1.2    试验材料

供试水稻品种为南粳5055。供试肥料品种为常用复合肥（15-15-15）和尿素。

1.3    试验设计

试验设4个处理，分别为无肥（CK）、减氮30%施肥、常规施肥和增氮30%施肥处理，各处理具体施肥量见表1。减氮30%施肥和增氮30%施肥处理相比常规施肥处理，磷、钾肥施用量一致，化学氮肥施用量（折纯）分别减少30%和增加30%。3个施肥处理的基蘖∶穗肥=7∶3，每个小区面积33 m2（6.6 m×5.0 m），不设重复。依据“全国农业面源污染监测网国控监测点”监测工作编制的《农田氮磷地表径流流失监测技术规程》，处理小区用水泥浇筑池底和田埂，隔水隔肥，并分设试验池和径流池，用以监测田间灌排水情况。

试验池灌水通过水泵将附近水塘的水泵入，排水通过连通管将试验池水排入径流池，再用水泵排出。灌水量和排水量均用水泵上连接的流量计测量。

1.4    试验实施

2018年5月18日播种，6月16日人工移栽，秧龄为3.3叶，栽插行株距为30.0 cm×11.7 cm，栽27万穴/hm2，每穴移栽4株苗，基本苗108万株/hm2。田间管理参考新北区稻麦原种场的常规田间管理措施。

1.5    调查内容与方法

试验过程中，主要观察记录栽培管理过程、施肥用药过程、水稻生长情况、天气情况、植株和灌排水样品采集及化验情况等。

1.6    统计分析

采用Excel 2003和SPSS 11.0软件处理数据。

2    结果与分析

2.1    不同处理水稻生长情况

各处理水稻6月16日移栽，7月20日搁田。除无肥处理小區推迟到8月5日达到高峰苗数外，其他处理7月15日达到分蘖高峰（图1）。各处理不同生育期的苗数随着化学氮肥施用量增加呈递增趋势，即增氮30%施肥处理>常规施肥处理>减氮30%施肥处理>无肥处理（CK）。8月中下旬各处理苗数稳定时，增氮30%施肥处理苗数为300.9万株/hm2，减氮30%施肥处理苗数为272.85万株/hm2，与常规施肥处理相比，其苗数分别增加7.38%和减少2.62%。

2.2    不同处理水稻产量构成

水稻有效穗数、穗实粒数和千粒重是水稻产量构成的三要素，其计算公式为理论产量=有效穗×每穗总粒数×结实率×千粒重/100×0.9[2]。4个处理根据试验目的设置了氮肥施用量差异，磷肥和钾肥施用量一致，肥料运筹比例相同。由表2可知，4个处理的水稻理论产量随氮肥施用量增加而增加。在产量构成因素中，有效穗数与氮肥施用量成正相关关系，增氮30%处理较常规处理增加8.7%;穗总粒数以常规处理最高，无肥处理（CK）次之;结实率与氮肥施用量成负相关关系，无肥处理（CK）结实率最高，较施肥处理高了近5个百分点;减氮30%处理的理论产量较常规处理减少6.22%，增氮30%处理的理论产量较常规处理增加4.22%。

2.3    不同处理水稻实测产量和氮肥利用率

由表3可知，4个处理的水稻籽粒和秸秆的实测产量均随化学氮肥施用量增加而增加，籽粒与秸秆产量的谷草比随化学氮肥施用量增加而降低，无肥处理的谷草比最高，为1.12;增氮30%处理的谷草比最低，为0.83。随着化学氮肥施用量的增加，处理间秸秆产量的增幅相比籽粒产量更加明显。化学氮肥施用量减少30%处理的水稻籽粒实测产量较常规处理减少3.31%，地上部分产量（籽粒产量+秸秆产量）较常规处理减少9.09%;化学氮肥施用量增加30%处理的水稻籽粒实测产量较常规处理增加0.77%，地上部分产量较常规处理增加4.26%。

4个处理中水稻籽粒的全氮含量均高于秸秆中的含量，处理间籽粒和秸秆的全氮含量呈现相同的变化趋势，即增氮30%处理>常规处理>减氮30%处理>无肥处理（CK）。无肥处理（CK）地上部分氮元素吸收量为88.512 kg/hm2，为常规处理的49.26%，减氮30%处理的地上部分氮元素吸收量较常规处理减少14.34%，增氮30%处理的地上部分氮元素吸收量较常规处理增加15.83%。

化肥的利用效率有多种表达方式[3]，本试验选用2种。一种是化肥利用率（RE）=（U-U0）/F，其中U、U0分别表示施肥或不施肥时作物收获期地上部总吸收养分量，F表示肥料投入量，这是最常用的评价指标;另一种是化肥农学效率（AE）=（Y-Y0）/F，其中Y、Y0分别表示施肥或不施肥时作物产量，F表示肥料投入量，这是施肥增产效应的综合体现。

对比减氮30%施肥处理、常规施肥处理和增氮30%施肥处理的氮肥当季利用率，常规施肥小区在投入纯氮251.25 kg/hm2后，其地上部的秸秆和籽粒总氮吸收量为179.685 kg/hm2，氮肥利用率为36.30%;在减少或增加30%的纯氮投入后，2个处理的地上部总氮吸收量分别较常规处理减少25.762 kg/hm2和增加28.450 kg/hm2，但氮肥利用率分别提高了0.97、0.31个百分点，减氮30%处理的氮肥当季利用率最高。

对比减氮30%处理、常规施肥处理和增氮30%处理的氮肥农学利用率，每投入1 kg纯氮，各处理分别贡献了22.59、17.20、13.47 kg稻谷产量，与常规施肥处理相比，减少氮肥30%投入量，对稻谷产量的减产幅度为3.31%，但每1 kg纯氮贡献的稻谷产量提高了31.34%;增氮30%处理的增产幅度为0.77%，但每1 kg纯氮贡献的稻谷产量降低了21.69%。

2.4    水稻生育期灌水情况及灌水含氮量

水稻全生育期共灌水7次，各处理间田间水层深度相对一致。灌水来源为田边池塘，水体养分含量受农事影响较大，其中6月19日和7月2日的2次灌水总氮含量较高，与周边农田移栽期基肥施用和移栽后分蘖肥施用有关，周边农田施肥后有田间排水流入池塘，再经取水灌入试验池。水稻生育期田间灌水根据天气情况和水稻长势而定，2018年5—10月常州市降雨36次（常州市气象局资料），其中8月和9月降雨较常年同期偏多116.3 mm。田间灌水少量多次，除搁田期外，其余时间保持田间水层干湿交替。水稻生育期各处理灌水总量为3 794.55～4 008.79 m3/hm2，灌水带入大田的总氮量为11.852～12.544 kg/hm2（表4）。各试验池保水性较好，灌水量差异不明显。

2.5    水稻生育期排水情况及排水含氮量

由表5可知，全生育期共排水6次，其中7月2日和8月23日排水分别在分蘖肥施用后7 d和穗肥施用后10 d，排水中氮含量较高。各处理总排水量为4 967.273～5 533.636 m3/hm2，排水中的总氮量为无肥处理（CK）<减氮30%处理<常规处理<增氮30%处理，与常规施肥处理相比，减氮30%施肥处理的氮元素排放量减少14.96%，增氮30%施肥处理的氮元素排放量增加3.69%。

3    结论与讨论

试验结果表明，3个施肥处理水稻产量水平均达到10 500 kg/hm2以上，高于全市水稻平均产量水平。其中，氮肥施用量减少30%处理的水稻籽粒实测产量与常规施肥处理相比减少3.31%，秸秆产量较常规施肥处理减少14.22%，氮肥当季利用率达到37.27%，较常规施肥处理提高0.97个百分点，氮肥的农学利用率较常规处理提高31.34%;氮肥施用量增加30%处理的水稻籽粒实测产量与常规施肥处理相比增加0.77%，秸秆产量较常规施肥处理增加7.35%，氮肥当季利用率较常规施肥处理提高0.31个百分点，氮肥的农学利用率较常规施肥处理降低21.69%。从3个施肥处理的产量表现和肥料利用率来看，减肥处理虽然籽粒产量有减少，但是减产幅度不大，而且谷草比高于其他2个处理，有更多的氮元素被籽粒吸收利用，氮肥当季利用率和农学效率也高于其他2个处理。由此说明，减肥处理化肥施用量减少虽然造成一定的减产幅度，但是化肥利用率更高，在实际推广中价值更高。

水稻生育期氮元素流失途径主要为田间排水，其中包括了雨水漫田的径流流失。在本研究中，各处理的氮元素流失量在10.563～26.472 kg/hm2之间，说明减少化肥施用量可以减少稻田氮元素排放量。当前农业生产坚持绿色兴农、质量兴农，水稻生产要求化肥减量增效[4-6]。本研究表明，減少化肥施用量，可提高肥料利用率，减少农田养分排放。在后续研究中，将进一步阐明水稻生产中氮元素的排放量与投入量之间的关系，以及探讨与面源污染中水体氮元素量之间的关系。

4    参考文献

[1] 刘肖兵，杨柳.我国耕地退化明显污染严重[J].生态经济，2015（3）：6-9.

[2] 郑微微，沈贵银.江苏省主要农作物化肥利用效率评价[J].江苏农业科学，2020，48（9）：41-46.

[3] 凌启鸿，张洪成，蔡建中，等.水稻高产群体质量及其优化控制探讨[J].中国农业科学，1993，26（6）：1-11.

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[5] 彭术，王华，张文钊，等.长期氮肥减量深施对双季稻产量和土壤肥力的影响[J].植物营养与肥料学报，2020，26（6）：999-1007.

[6] 郭晓红，姜红芳，兰宇辰，等.氮肥运筹对苏打盐碱地水稻产量和氮肥利用率的影响[J].核农学报，2020，34（8）：1796-1804.

基金项目   常州市科技项目（CE20172022）。

作者简介   许峰（1977—），男，江苏常州人，硕士，高级农艺师，从事土壤肥料技术推广工作。

*通信作者

收稿日期   2020-07-02