控释氮肥增加中稻产量、氮素吸收及肥料利用率

张新宇，竺 平，冯 艳，娄 兵，刘传军，王 红，刘以民，邹家龙

（1.湖北省荆州市荆州区农业科技服务中心，湖北 荆州 434020；2.荆州区城南高新园农业农村与水利技术服务中心，湖北 荆州 434020；3.荆州市农业技术推广中心，湖北 荆州 434000；4.荆州区马山镇农业技术服务中心，湖北 荆州 434020；5.荆州区川店镇农业技术服务中心，湖北 荆州 434020；6.荆州区八岭山镇农业技术服务中心，湖北 荆州 434020）

提高单位面积耕地产出是农业增产增收的主要技术手段［1，2］。合理施肥是提高作物产量的重要措施，尤其是氮肥投入。中国农业化学氮肥用量约占世界总量的40%，其中25%的氮肥用于水稻生产［3，4］。

肥料轻简化施用技术是农业生产轻简化过程的重要环节，如减少施肥次数、无人机施肥替代人工施肥、采用新型肥料（控释肥、缓释肥等）以达到节本增效［5］。相关研究表明，水稻季施用普通尿素氮肥做基肥，当季作物氮肥利用率一般为30%，其余氮肥则以气态或硝酸盐形式挥发或淋洗损失；而作为铵盐或酰胺态分次施入，则当季氮肥吸收利用率可达45%。导致作物氮肥利用率低的因素之一就是稻田环境中水分充足和温度过高导致肥料分解过快，释放出的氮素不能被作物及时吸收，不仅浪费资源，也有引起农业面源污染的潜在风险［6-8］。提高水稻季氮肥利用效率、减少环境污染是新型肥料研制需要克服的难题。国内外研究表明施用缓释、控释肥料是提高氮素利用率的有效途径。国内诸多企业尝试研发缓、控释氮肥以适应水稻不同生长期对氮素的需求。中国缓控释肥料产业起步较晚，产品主要集中在高档园艺植物和北方旱地作物上，在南方稻田区域施用缓控肥的研究还较为薄弱［9-11］。本研究选用市面上新型的控释氮肥如广东稳定性包膜尿素（GA）、中国农业科学院包膜尿素（ZA）、金正大包膜尿素（JZD）和益多宝包膜尿素（YDB）4 种缓释包膜尿素与普通尿素作对比，评估多种控释氮肥在中稻上的施用效果，为缓释包膜尿素的生产技术和推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

田间试验位于湖北省荆州市荆州区马山镇，供试土壤为江汉平原发育的潮土性水稻土。试验区属于亚热带季风气候，年均气温16 ℃，降雨量1 100～1 300 mm。供试土壤基础理化性状为pH 5.74、有机质含量26.4 g/kg、全氮含量1.05 g/kg、有效氮含量121.7 mg/kg、有效磷含量12.6 mg/kg、速效钾含量168.3 mg/kg。

1.2 试验设计与处理

田间试验采用4 种不同类型缓释包膜尿素，共9个处理，①不施氮肥（CK），②推荐氮肥施用（UR），③控释肥1（GA），④控释肥2（ZA），⑤缓释肥3（JZD），⑥控释肥4（YDB），⑦控释肥3 减量20%（80%JZD），⑧控速比1（60%JZD+40%UR），⑨控速比2（20%JZD+80%UR）。各处理随机区组排列，小区面积5 m×8 m，重复3 次。

水稻季施肥方式为基施过磷酸钙90 kg/hm2和氯化钾120 kg/hm2。处理2 氮肥品种为普通尿素，按基肥50%，分蘖肥20%和孕穗期30%比例施用。其他处理缓释肥和尿素全部一次性基施。水稻于2021 年6 月15 日移栽，9 月10 日收获，生产过程实时进行病虫害防治。

1.3 样品采集与分析

水稻成熟后，各区单打单收，并从中选取具有代表性植株5 蔸进行考种，包括株高、穗长、结实率、有效穗数和千粒重等。

试验前取0～20 cm 混合土样测定土壤全氮、有效氮、有效磷、速效钾、pH 和有机质含量。稻草和稻谷样品经浓H2SO4-H2O2红外消解后，通过流动注射分析仪测定N和P浓度，通过火焰光度计测定K浓度。

1.4 统计分析方法

试验数据采用MS Excel 2019 和SPSS 18.0 进行作图和方差分析，LSD 法检验P＜0.05 水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同缓释氮肥对水稻产量的影响

由图1 可知，不施用氮肥时，水稻产量为8 587 kg/hm2，而不同氮肥施用均能显著提高产量，但处理间差异不显著。与CK 相比，各施氮肥处理的增产量为1 848～2 281 kg/hm2，增幅为21.5%～26.6%，其中ZA 和80%JZD 处理的产量较高，分别为10 868 和10 824 kg/hm2，但差异不明显。施用氮肥仍有较大产量增幅，控释氮肥可以达到普通氮肥以及不同替代比例的产量效果。

图1 不同控释氮肥对水稻产量的影响

2.2 不同控释氮肥对水稻产量构成因子的影响

从表1 的产量构成因素可见，氮肥施用可显著增加水稻株高和穗长。广东稳定性包膜尿素、中国农业科学院包膜尿素、益多宝包膜尿素和控速比1、控速比2 处理的有效穗数均显著高于CK 处理；普通尿素处理与控释肥的各处理之间穗长差异不显著。结实率结果显示，CK 处理最低，为61.8%，而GA、ZA、JZD、控速比1 和控速比2 处理均较高，表明合理施用氮肥可显著提高结实率。千粒重指标表明，与对照和普通尿素处理相比，控释肥施用会不同程度地降低千粒重。

表1 各处理的产量构成因素

2.3 不同控释氮肥对水稻氮素吸收及氮肥利用率的影响

表2 结果显示，其他施氮肥处理较CK 显著提高水稻的氮素吸收量，其中中国农业科学院包膜尿素（ZA）处理最大，达到295.4 kg/hm2。从水稻氮肥吸收利用率来看，相同施氮量（N 225 kg/hm2）条件下，除GA、80%JZD 处理外，各包膜尿素处理的氮肥吸收利用率均高于普通尿素处理，其中中国农业科学院包膜尿素（ZA）、金正大包膜尿素（JZD）和益多宝包膜尿素（YDB）处理比普通尿素（UR）处理增加10.4、8.6 和7.3 个百分点。相同氮肥用量下，4 种包膜尿素处理之间ZA 处理氮肥农学利用率最高，达到10.1 kg/kg。

表2 不同处理对水稻氮肥利用率的影响

2.4 不同控释氮肥对土壤氮含量的变化

图2 显示，施肥2 d 后土壤中铵态氮含量最高，平均为59.1 mg/kg，显著高于对照处理的4.2 mg/kg。氮肥施用16 d，土壤铵态氮含量显著下降，普通尿素处理和各控释肥处理的平均含量分别为4.1 和3.8 mg/kg，与CK 差异不明显。施肥23 d 后，即水稻晒田复水期，铵态氮含量略有回升，其中普通尿素处理含量最高，为17.3 mg/kg，而控释氮肥处理回升的幅度不大。水稻进入扬花灌浆期（施肥后25 d），土壤中铵态氮含量进一步下降，至成熟期最低。

图2 不同处理下土壤铵态氮浓度变化

各氮肥施用处理对水稻土壤中硝态氮的影响可分为3 个阶段（图3）。第一个阶段从施肥后2 d 开始至9 d，各处理的土壤硝态氮含量有一定的起伏变化，差异明显。第二阶段从施肥后9 d 至16 d，各处理硝态氮含量显著降低，但处理间差异不显著。第三阶段从施肥后16 d 到27 d，各处理残留硝态氮含量稍有上升，但含量较低。

图3 不同处理下土壤铵态氮和硝态氮浓度变化

3 结论与讨论

缓释包膜尿素是通过田间酚醛树脂等高分子材料来控制尿素养分释放速率，使之与作物对养分需求尽量保持一致［12］。本研究结果表明，等量氮素投入或减量条件下，各缓释包膜尿素处理的水稻产量与普通尿素分次施用增产效果没有显著差异，表明田间试验选用的4 种缓释包膜尿素能满足作物生长。一次性施用控释氮肥可以达到普通尿素分次施用的效果，可减少田间施肥次数，利于水稻轻简化生产［8］。

氮肥吸收利用率能够较为科学地评价当季作物对氮肥吸收的表观利用情况，可反映作物对施入土壤中氮肥的回收效果；而氮肥农学利用率是单位施肥量对作物增产幅度的响应［6，10］。因此，当季作物的氮肥吸收利用率与氮肥农学利用率能较准确地评估施肥效果。本研究结果显示，除了广东稳定性缓释包膜尿素、80%JZD 外，在等量氮肥施用条件下，施用其他缓释包膜尿素的水稻氮肥吸收利用率、农学利用率均优于施用普通尿素。缓释包膜尿素根据水稻生育期养分需求逐步缓慢释放［13］，使氮肥得到充分吸收和利用。但是，水稻对养分的吸收会受到诸多内外因素的影响，比如作物品种和环境因子等。因而为了使控释尿素能更好地应用于作物生产，还需从控释尿素品种、水稻品种、气候差异及土壤背景等方面研究施用效果［14］。控释尿素能否在水稻上得到大面积推广应用，主要取决于施用肥料的效果和所用肥料的成本。

在施用缓释包膜尿素初期（施肥后6 d），各种肥料对土壤中铵态氮含量贡献的大小顺序为普通尿素（UR）、广东稳定性包膜尿素（GA）、益多宝包膜尿素（YDB）、金正大包膜尿素（JZD）、中国农业科学院包膜尿素（ZA）、CK，反映出施用肥料品种不同，其在土壤中释放氮素的难易程度也各不相同。然而随着施肥时间的推移，4 种控释肥处理的氮素释放速度显著缓慢于普通尿素处理。因此，水稻季施用控释氮肥减少了因淋洗作用或田间表面径流而损失的氮素，也减少了因氨挥发或反硝化-脱氮而引起的氮素损失，在水稻田环境保护和轻简化生产中具有十分重要的作用和意义［11，15］。