贵州稻区产量、养分吸收利用对控释尿素的响应

2022-04-01罗跃张爱华王文华况胜剑朱青张钦

江苏农业科学 2022年5期

罗跃张爱华王文华况胜剑朱青张钦

摘要：为研究控释尿素在贵州黄壤水稻种植区的应用效果，为稻田氮肥的高效施用提供理论依据，以水稻品种乐优58为试验材料，采用大田试验，设置不施氮（CK）、普通尿素（CU）与控释尿素（CLU）不同配施比例U1（CU100%）、U2（CLU100%）、U3（CLU90%）、U4（CLU80%）、U5（CLU70%）、U6（CU30%+CLU70%）、U7（CU50%+CLU50%）、U8（CU70%+CLU30%）共9个施肥处理，分析水稻产量及其构成因素、地上部生物量、地上部养分累积及利用，分析控释尿素对水稻产量、养分吸收利用的影响。结果表明，与普通尿素（U1）处理相比，施用控释尿素（U2）处理和控释尿素减氮10%～20%（U3、U4）处理可在一定程度上优化水稻产量构成，较U1处理增产5.71%～9.61%;U2处理的水稻地上部分生物量最高，U4处理次之，较U1处理分别增加32.20%、27.62%;控释尿素减氮处理均能促进水稻籽粒氮、磷、钾的吸收积累;在养分利用上，U4处理的水稻氮肥利用率、氮素收获指数、氮肥偏生产力及氮素吸收效率最优;偏最小二乘法路径模型分析表示，施用控释尿素均能在一定程度上促进水稻氮、磷、钾的吸收利用。本试验中，从作物生产和环境角度出发，以施用控释尿素减氮10%～20%处理的综合肥效最佳，能促进水稻增产及养分高效利用，可作为当地水稻种植推荐的施肥模式开展田间应用。

关键词：水稻;普通尿素;控释尿素;产量;养分

中图分类号： S511.062文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）05-0081-07

收稿日期：2021-08-31

基金项目：农业农村部植物营养与肥料学科群开放基金（编号：APF2015028）。

作者简介：罗跃（1996—），女，贵州贵阳人，硕士研究生，主要从事植物营养学研究。E-mail：1669873992@qq.com。

通信作者：张钦，硕士，助理研究员，主要从事土壤学与环境生态、绿肥研究。E-mail：1687947879@qq.com。

水稻是我国主要粮食作物之一，施用氮肥是提高其产量最直接有效的途径之一，在农业生产中起着至关重要的作用[1]。现阶段我国氮肥利用率为30%～35%，而氮肥损失率却高达40%～50%[2]，大量的化学氮肥投入不仅造成氮肥资源的大量损失[3]，而且会带来严重的面源污染问题[4-5]。近年来，为解决氮肥投入过多、氮肥利用率低下等农业生产上的瓶颈问题，市面上相继出现了各种高肥效、环保型新型肥料。新型肥料可有效提高水稻[6-7]、玉米[8]、辣椒[9-10]、马铃薯[11]等作物产量及养分吸收利用已得到证实。

控释尿素（controlled-loss urea，简称CLU）作为一种新型缓释肥料，富含具有生物活性的天然高分子物质，缓释性能较好[12]，能将氮素养分固定在土壤或者植物根际中，从而被作物有效吸收[13]。控释尿素具有节肥增效、环境友好等高效特征[14-15]，可提高作物氮肥利用率、减少氮素损失[16]，配合普通尿素施用能够保证作物养分需求和产量[17-18]。研究表明，在保证作物生育后期土壤养分供应的前提下，控释尿素能够降低氮素施用量[19]。黄壤是贵州旱地农业生产的主要土壤类型[20]，黄壤质地黏重，养分含量低，酸性较强，易发生水土流失，保水保肥性能相对较差[21]，长期施用大量氮肥会加重土壤负担[22-23]，因此應用新型控释尿素来降低氮肥输入、提质增效不失为贵州稻区的一种新尝试。本研究以乐优58水稻品种为试验材料，设置大田试验，研究普通尿素与控释尿素不同配施比例对水稻产量及养分吸收利用的影响，以期得到最佳的施肥比例，为稻田氮肥的高效施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2018年4—9月在贵州省贵安新区高峰镇（26°22′24″N，106°20′25″E）进行，该地属北半球亚热带季风气候、年均气温14.1 ℃、年均降水量1 298 mm。水资源丰富，麻线河、羊昌河横穿全境，汇入红枫湖。地势平坦、土地肥沃，是贵安新区的主要粮食产区，素有“粮仓”之称，高峰 “贡皇”“福寿”等优质大米曾获“名牌农产品”“放心大米”等荣誉称号。供试土壤为黄壤，根据全国第二次土壤普查养分分级标准，土壤肥力水平属中等，土壤基础理化性质见表1。

1.2 试验材料

供试水稻：乐优58。

供试肥料：河南心连心化肥有限公司提供的控释尿素（含N 43.2%），普通尿素（含N 46.7%）。控释尿素是通过特种设备将生物有机复合型材料加入到尿素中，充分混合后反应形成控释剂-尿素复合体，施入土壤遇水后吸水膨胀，吸水层迅速组装成海绵状的网络结构，具有很强的耦合性，能够将遇水溶解的尿素养分耦合在网络内，达到控制养分挥发、流失，提高肥料利用率的目的。其企业标准为Q/HSLS 001—2018。

1.3 试验方法

试验共设9个处理，分别为CK：不施氮肥;U1：施用普通尿素;U2：施用控释尿素;U3：控释尿素减氮10%;U4：控释尿素减氮20%;U5：控释尿素减氮30%;U6：控释尿素与常规尿素 7 ∶3配比;U7：控释尿素与常规尿素5 ∶5配比;U8：控释尿素与常规尿素3 ∶7配比。每个处理设3次重复。肥料用量：N 180kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。普通尿素、控释尿素按基肥 ∶分蘖肥 ∶穗肥=4 ∶3 ∶3分施，所有处理P2O5、K2O投入量一致，共施肥3次，具体施肥量见表2。小区面积为15 m2（3 m×5 m），小区之间用10 cm宽、10 cm高的田埂隔开，并用塑料薄膜覆盖田埂，随机区组排列。整地划小区后施用基肥，采用大田育秧，秧苗4叶期进行移栽，1穴双株种植，田间移栽密度为14.7 万穴/hm2。田间管理按照农户常规管理方式进行。

1.4 项目测定

试验布置前采用5点取样法采集水稻田0～20 cm 耕层土壤样品，实验理化性质测定均参照《土壤农化分析》[24]。土壤有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定;土壤碱解氮含量采用碱解扩散-稀硫酸滴定法测定;土壤有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法测定;土壤速效钾含量采用醋酸铵浸提-火焰光度计法测定;土壤pH值采用电位法（水土比2.5 ∶1）测定。

2019年9月水稻成熟后各小区单打单收测产，随机选取5穴水稻植株进行考种，测定其有效穗数、每穗粒数、千粒质量，测产后于105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至恒质量，称质量、折算籽粒产量，粉碎备用。植株样品采用浓硫酸-过氧化氢法消煮后，凯氏定氮法测定氮含量，钒钼黄比色法测定磷含量，火焰光度计法测定钾含量[24]。

1.5 数据分析

选用SPSS 17.0统计软件进行数据处理、统计与方差分析，Duncan’s新复极差法多重比较判断处理间差异显著性（α=0.05）;采用Origin 2019作图。偏最小二乘法路径模型（PLS-PM）是一种研究观测变量和潜在变量之间复杂多元关系的统计方法，应用R 3.6.1中的“plspm”包，以普通尿素及控释尿素施用比例、肥料利用率、收获指数、偏生产力和吸收效率为潜在变量构建模型，研究配施2种化肥占比对水稻养分吸收利用的影响;选择利用率（use efficiency，简称NUE）、偏生产力（partial factor productivity，简称NPFP）、收获指数（harvest index，简称HIN）、吸收效率（uptake potential efficiency，简称NUPE）来比较不同处理下的肥料效益。

偏生产力：NPFP=YN/Nr;

吸收效率：NUPE=TNN/Nr;

收获指数：HIN=TN1/Nr×100%;

利用率：NUE=（TNN-TN0）/Nr×100%。

式中：TNN为施肥区肥料总累积量（kg/hm2）;TN1为籽粒肥料累积量（kg/hm2）;TN0为空白区肥料累积量（kg/hm2）;Nr为施肥量（kg/hm2）;YN为施肥区产量（kg/hm2）;Y0为空白区产量（kg/hm2）。（肥料投入量以纯养分量计算）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对水稻产量及产量构成因素的影响

作物产量是反映土壤养分供应和协调作物生长肥力水平的有效指标之一。从表3可以看出，除U6处理外，各施肥处理的水稻产量较CK显著增加了2.75%～27.15%。与施用普通尿素（U1）相比，U2～U4处理水稻产量增加了5.71%～9.61%，U7处理水稻增产1.90%。其中，U2处理产量最高，U3、U4处理次之，分别为8 089、7 945、7 801 kg/hm2，较U1处理分别增产9.61%、7.66%、5.71%。表明施用控释尿素和控释尿素减氮10%～20%处理水稻增产效果最好。

水稻产量构成要素主要包括水稻有效穗数、穗粒数和千粒质量，三者既相互制约，也相互补偿[25]。通过比较水稻的各产量构成要素发现，同CK相比，处理U2～U5水稻产量构成要素均有显著增加。同U1处理相比，U2～U4处理的千粒质量增幅为1487%～19.64%，U4处理尤为突出。进一步分析发现，水稻产量与有效穗数（r2=0.218 4，P<005）、穗粒数（r2=0.567 5，P<0.001）、千粒质量（r2=0.565 9，P<0.001）均呈正相关，其中以穗粒数和千粒质量占比更大（图1）。可见，除CK处理外，不同施肥处理间的水稻产量差异主要来源于穗粒数和千粒质量，施用控释尿素和控释尿素减氮10%～20%处理更有利于促进水稻产量构成要素的形成。

2.2 不同施肥处理对水稻地上部分生物量的影响

不同施肥处理地上部生物量与产量变化趋势一致。从表4可以看出，处理U1～U8水稻地上部分生物量较CK显著提高。U2处理的水稻地上部分生物量最高，为134.38g/穴，U3、U4处理次之，分别为129.73、123.68 g/穴。同U1处理相比，U6～U8处理的水稻地上部分生物量降低，U2～U5处理的地上部分生物量均显著增加，且籽粒生物量所占比例近乎是秸秆所占比例的2倍，由此可见，施用控释尿素和控释尿素减氮10%～20%处理不仅可提高水稻地上部分生物量，还可促进更多的养分转移到作物籽粒中，有助于水稻增产。

2.3 不同施肥处理对水稻地上部分养分累积量的影响

同CK相比，所有处理的地上部分氮累积量均显著增加（图2）。地上部分氮积累量以U2处理最高，为141.61 kg/hm2，其籽粒含氮量为 97.87 kg/hm2，秸秆含氮量为43.74 kg/hm2。对于磷累积量来说，U2～U4处理下的地上部分磷累积量显著高于CK，且与U1处理间无显著差异。各处理的氮、磷累积量主要积累在籽粒中，含量近乎是秸秆中的2倍。U2處理的地上部分钾积累量较U1处理有一定提高，为266.97 kg/hm2，其籽粒含钾量为107.19 kg/hm2。

综上所述，同施用普通尿素相比，处理U2、U3、U4、U5均能较好地促进水稻地上部分氮、磷、钾养分的累积。在籽粒养分的吸收累积上，控释尿素减氮20%的效果更为明显。

2.4 不同施肥处理对水稻养分吸收利用的影响

从表5可以看出，在氮的吸收利用上，除氮素收获指数外，氮肥利用率、氮肥偏生产力和氮素吸收效率以U2处理最高，分别较U1处理显著增加6706%、9.60%、12.80%;在磷的吸收利用上，U2～U4处理的磷素偏生产力较U1处理显著增加;在钾的吸收利用上，除钾素收获指数外，钾素利用率、钾素偏生产力和钾素吸收效率均以U2～U3处理最佳。采用偏最小二乘路径模型（PLS-PM）揭示普通尿素和控释尿素所占比例对水稻氮、磷、钾吸收利用效果的影响（图3），施用普通尿素和控释尿素分别与氮、磷、钾养分吸收利用呈显著正相关关系，表现为普通尿素对氮（路径系数为0.347，P<0.05）、磷（路径系数为0.446，P<0.05）、钾（路径系数为0.457，P<0.01）影响显著，控释尿素对氮（路径系数为0.942，P<0.001）、磷（路径系数为0708，P<0.01）、钾（路径系数为1.025，P<0.01）影响极显著。表明相比于施用普通尿素，施用控释尿素并减氮10%～20%均能在一定程度上促进水稻氮、磷、钾的吸收利用，其中以控释尿素减氮20%处理的综合效果最佳，可在一定程度上有效促进水稻的养分吸收利用，保障水稻养分需求。

3 讨论与结论

研究表明，合理减量施用控释尿素，有望维持作物丰产高效[26]。在本试验中，与常规尿素相比，施用控释尿素并减少10%～20%氮肥施用量时，水稻产量可达7 945、7 801 kg/hm2，较常规施肥增产7.66%、5.71%，这与杨阳等的研究结果[27]一致。相比于施用普通尿素，施用控释尿素并减施部分氮时，水稻产量稳中有升。本研究将水稻产量构成要素与产量作相关性分析，结果表明穗粒数、千粒质量与水稻产量之间呈正相关性，施用控释尿素并减氮10%～20%可有效提升水稻养分吸收的能力，为籽粒发育提供充足的营养，水稻产量构成因素之间的协调促进是获得高产的基础，通过增加水稻穗粒数和千粒质量，补偿水稻有效穗数上的不足，从而实现水稻增产。可见，施用控释尿素并减氮10%～20%的生产模式能够较好地协调水稻产量构成之间的相互关系，进而维持甚至提高水稻产量。在本研究中，与普通尿素配施时，发现控释尿素与常规尿素1 ∶1配施时，水稻增产1.90%，付月君等认为，该配施比例可促进水稻籽粒吸收更多的氮素[25]。李源等研究认为，控释尿素与常规尿素 7 ∶3配比时作物增产效果最好[28]。这可能是由于试验地理环境、土壤肥力、气候环境等差异所导致[29]，贵州黄壤的保肥性能相对较差，一次性基施过多的氮肥易加剧土壤负担，因此利用控释尿素具有比普通尿素缓释长效的作用，基施40%的控释尿素不仅可满足水稻生育前期对氮素的需求，还能有效降低氮素的径流损失，后期常规尿素的追施可为氮素的转运和供给提供基础。

干物质与养分不断积累是作物生长发育的重要环节[30]，养分积累是作物实现优质高产的基础。本研究结果表明，施用控释尿素不仅促进水稻养分积累和吸收，还使养分更多地积累在水稻籽粒中，这与姚单君等的研究结果[19]一致。本研究结果表明，控释尿素减氮的各处理均能提高水稻地上部氮、磷、钾养分的吸收和利用，并促进籽粒的氮素吸收利用，U4处理的效果最为明显。除氮素收获指数外，氮肥利用率、氮肥偏生产力和氮素吸收效率以U2处理下的最高，分别较U1处理显著增加了6706%、960%、12.80%。这与王寅等的研究结果[31]一致。控释尿素能提升玉米氮素吸收量从而为籽粒积累充足的营养。本研究通过偏最小二乘法路径模型的构建，可以看出施用控释尿素对水稻氮、磷、钾的吸收利用影响极显著，能从各个方面提高水稻对养分的吸收利用，其中以控释尿素减氮20%处理下的水稻养分吸收效果最佳，可在一定程度上有效促进水稻的养分吸收利用。表明在施用控释尿素的情況下，减氮20%并没有因为化肥用量的减少而影响作物的氮素吸收，这是由于控释尿素能在作物根系周围形成营养库，达到对化肥“控释”的效果，且养分释放时间长，故能在减少施肥量的情况下，有效地减少肥料养分的流失，提高肥料利用率[32]。

在本试验条件下，贵州黄壤地区施用控释尿素可通过优化水稻产量构成要素和增加地上部生物量，从而提高水稻产量、促进水稻的养分积累和利用，提升肥料利用率。从作物生产和环境角度出发，以控释尿素减氮10%～20%处理的综合肥效最佳，较施用普通尿素处理水稻增产5.71%～766%，水稻地上部分生物量显著增加，有效促进水稻养分积累及吸收利用。因此，在贵州稻区，控释尿素减氮10%～20%是较适合的施肥配比。

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