新型增效复合肥料对水稻养分吸收和产量的影响

周丽平，赵 秋，张新建，宁晓光，袁 亮，李燕婷，赵秉强

(1.天津市农业科学院 农业资源与环境研究所，天津 300384；2.中国农业科学院 农业资源与农业区划研究所，农业农村部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081)

水稻是我国第二大粮食作物，产量21 186.00万t，占我国粮食总产量的1/3以上，在我国农业生产和居民生活保障中具有举足轻重的地位，因此，水稻高产稳产对于保障我国粮食安全意义重大。为了追求高产，在农业生产中肥料施用存在高投入的现象，这带来了资源浪费、环境污染、土壤板结等问题[1-5]。此外，水稻播种面积从2010年的3 009.7万hm2变为2020年的3 007.6万hm2，基本处于稳步水平，因此，通过增加耕地面积来提高产量是不现实的。在这种背景下，从肥料的角度助推常规肥料增效，提高水稻单产对于农业可持续性发展具有重要意义，肥料增值技术或发展增值肥料成为国内外新型肥料研究的重要方向之一。

肥料增效物质与化肥协同配伍是提高肥效、改善土壤环境、降低肥料投入的重要方式，如氨基酸、海藻酸、腐植酸、脲酶抑制剂、硝化抑制剂等物质的应用能够显著地提高肥料效率[6-15]。前人研究了增值肥料对作物生长发育的影响，袁亮等[7]利用同位素15N尿素，采用尿素熔融工艺分别制备了普通尿素、海藻酸增值尿素、腐植酸增值尿素和谷氨酸增值尿素试验产品，探究其对小麦产量、氮肥利用率和肥料氮在土壤剖面中分布的影响，结果发现，海藻酸尿素、腐植酸尿素和谷氨酸尿素处理均可显著提高小麦籽粒产量，从产量构成因素看，增值尿素主要通过增加小麦的穗数实现产量的提高。李杰等[16]研究发现，新型聚氨酸增效肥料使小白菜产量增加15.7%，提高了植株中碳、氮、磷、钾等各养分含量。桑卫民等[17]研究表明，腐植酸和海藻酸增效复混肥均能显著提高马铃薯产量，改善薯块品质，促进氮素的吸收利用，氮肥利用率、农学效率和肥料偏生产力显著提高。2012年底，由中国氮肥工业协会和中国农业科学院农业资源与农业区划研究所牵头，联合我国16家大型尿素生产企业和15家技术推广单位成立了化肥增值产业技术创新联盟，成为推动我国增值肥料发展的重要力量，但我国的肥料增值技术仍具有较大的发展空间。

水稻作为我国的重要粮食产物，前人关于海藻酸复合肥料对水稻产量和生长发育的研究相对较少，本试验基于新型增效复合肥料的增效潜力和海藻酸复合肥料的环保性，通过开展新型增效复合肥料新产品试验示范，选取不同农户的土地，开展大区试验，通过研究新型增效复合肥料和常规复合肥料以及减量处理对水稻不同生育期的生长指标、茎叶和籽粒的氮素、磷素和钾素吸收状况、产量和构成因子的影响，研究新型增效复合肥料产品的减肥增产效果，建立增效复合肥料新产品的水稻施用技术，为新型增效复合肥料产品的改进和推广应用提供数据基础和理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于山东省济宁市试验基地(N35.01°，E116.65°)，种植制度为水稻与小麦轮作，试验在水稻上进行，于2020年5月初育苗，6月中旬移栽，10月中旬收获。供试土壤类型为潮土，0～20 cm土层土壤有机质含量12.34 g/kg、土壤全氮1.15 g/kg、土壤全磷0.79 g/kg、土壤全钾1.45 g/kg、速效氮45.76 mg/kg、土壤有效磷 23.37 mg/kg、速效钾226.64 mg/kg，pH值8.12。

1.2 试验材料

供试水稻品种为津稻263。

1.3 试验设计

采用单因素设计，试验设置4个处理：常规复合肥料(CG)、增效复合肥料(ZZ)、常规复合肥料减量20%(80%CG)和增效复合肥料减量20%(80%ZZ)，每个处理4次重复，大区面积为25 m×30 m，共16个大区，随机区组排列。供试增效复合肥料为海藻酸复合肥料 13-17-15 硫型，供试常规复合肥料为白俄罗20-8-12氯型。基肥常规用量按照氮磷钾(以N-P2O5-K2O计)120，90，70 kg/hm2，以复合肥供给，不足养分部分用尿素、过磷酸钙和硫酸钾补充，尿素(含N 46%)600 kg/hm2分别按返青肥、分蘖肥(分2次)和抽穗肥施用量各占总施氮量的20%，50%，30%，其他田间管理按照常规方式进行。

1.4 测定项目及方法

在水稻生长的不同生育阶段：分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别选择3株有代表性的水稻植株，装入网袋带回实验室，测定鲜质量、株高、SPAD值和根体积，烘干后全部粉碎，采用H2SO4-H2O2消煮提取，测定植株和籽粒全氮、全磷、全钾含量[18]。在水稻成熟期，将选取的3株代表性的植株进行考种，考种指标包括穗长、穗数、穗粒数、千粒质量和结实率，测产采用实打实收计产。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2013软件对数据进行处理和作图，采用SAS 9.1统计软件LSD方法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 新型增效复合肥料对水稻各生育期生长指标的影响

2.1.1 新型增效复合肥料对水稻各生育期鲜质量的影响 各施肥处理的水稻分蘖期的单株鲜质量介于4.20～5.70 g/株，拔节期的单株鲜质量介于29.21～33.65 g/株，抽穗期的单株鲜质量介于34.97～43.48 g/株，灌浆期的单株鲜质量介于39.11～46.99 g/株，成熟期的单株鲜质量介于53.19～62.34 g/株。与常规复合肥料处理相比，增效复合肥料处理增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期单株鲜质量分别为21.93%，10.75%，20.34%，13.99%，11.71%；增效复合肥料减量20%处理与常规复合肥料减量20%处理相比增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期单株鲜质量分别为9.29%，4.54%，4.09%，7.03%，7.33%；增效复合肥料减量20%处理与常规复合肥料处理相比，增加水稻拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期单株鲜质量分别为0.49%，0.75%，1.54%，2.29%，降低水稻分蘖期单株鲜质量为1.82%(图1)。

不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。图2—4同。Different letters mean significant difference at the 5% level.The same as Fig.2—4.

2.1.2 新型增效复合肥料对水稻各生育期株高的影响 由图2可知，常规复合肥料处理的水稻在分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期的株高分别为34.48，72.00，86.39，87.40，85.98 cm。与常规复合肥料处理相比，增效复合肥料处理增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期株高分别为5.40%，2.78%，1.75%，0.52%，1.29%，增效复合肥减量20%处理增加水稻拔节期、抽穗期和成熟期株高分别为0.35%，0.48%，0.31%。常规复合肥料减量20%处理的水稻在分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期的株高分别为33.30，72.50，86.48，87.27，86.08 cm。与常规复合肥料减量20%处理相比，增效复合肥料减量20%处理增加水稻分蘖期、抽穗期和成熟期株高分别为2.89%，0.37%，0.19%。

图2 新型增效复合肥料对水稻各生育期株高的影响Fig.2 Effect of new synergistic compound fertilizer on plant height of rice at each growth stage

2.1.3 新型增效复合肥料对水稻各生育期SPAD值的影响 常规复合肥料处理的水稻在分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期的SPAD值分别为41.00，43.00，44.50，40.75，40.50。与常规复合肥料处理相比，增效复合肥料处理能够增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期SPAD值分别为12.20%，9.88%，6.74%，12.88%，8.02%，增效复合肥料减量20%处理能够增加水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期SPAD值分别为2.44%，1.16%，1.84%，3.70%。常规复合肥料减量20%处理的水稻在分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期的SPAD值分别为39.75，41.25，42.00，39.50，40.25。与常规复合肥料减量20%处理相比，增效复合肥料减量20%处理能够增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期SPAD值分别为5.66%，5.45%，4.76%，5.06%，4.35%(图3)。

图3 新型增效复合肥料对水稻各生育期SPAD值的影响Fig.3 Effect of new synergistic compound fertilizer on SPAD value of rice at each growth stage

2.1.4 新型增效复合肥料对水稻各生育期根体积的影响 由图4可知，各施肥处理的水稻分蘖期的根体积为1.48～1.90 cm3/株，拔节期的根体积为2.34～3.09 cm3/株，抽穗期的根体积为2.79～3.75 cm3/株，灌浆期的根体积为2.34～3.47 cm3/株，成熟期的根体积为2.09～3.22 cm3/株。与常规复合肥料处理相比，增效复合肥处理能够增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期根体积分别为21.60%，21.74%，22.63%，30.14%，46.48%。增效复合肥减量20%处理增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期根体积分别为3.84%，2.90%，1.39%，4.41%，4.09%。与常规复合肥料减量20%处理相比，增效复合肥减量20%处理增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期根体积分别为9.81%，11.81%，11.20%，19.06%，9.44%。

2.2 新型增效复合肥料对水稻收获期干物质量的影响

各施肥处理的茎叶干物质量为25.55～41.31 g/株，籽粒干物质量为32.21～51.41 g/株。与常规复合肥料处理相比，增效复合肥料处理能够增加茎叶干物质量和籽粒干物质量分别为24.46%，21.39%；增效复合肥减量20%处理增加水稻茎叶干物质量和籽粒干物质量的比例分别为6.07%，8.15%。与常规复合肥减量20%处理相比，增效复合肥料减量20%处理增加水稻茎叶干物质量和籽粒干物质量分别为37.79%，42.19%(表1)。

表1 新型增效复合肥料对水稻收获期干物质量的影响Tab.1 Effect of new synergistic compound fertilizer on dry matter quality of rice at harvest stage g/株

2.3 新型增效复合肥料对水稻收获期养分吸收的影响

增效复合肥料、常规复合肥料、增效复合肥料减量20%、常规复合肥料减量20%处理的水稻茎叶氮含量分别为13.97，12.62，11.14，8.76 g/kg，其水稻籽粒氮含量分别为11.79，8.61，9.70，6.91 g/kg。与常规复合肥料处理相比，增效复合肥料处理的水稻茎叶氮含量和籽粒氮含量分别显著增加了10.68%，36.96%(P<0.05)，增效复合肥料减量20%处理的水稻茎叶氮含量显著减少了11.73%(P<0.05)，籽粒氮含量显著增加了12.73%(P<0.05)。常规复合肥料处理的水稻茎叶磷含量和籽粒磷含量分别为1.25，2.36 g/kg，与之相比，增效复合肥料和增效复合肥料减量20%处理的水稻茎叶磷含量分别增加了26.51%，11.24%，增效复合肥料处理的水稻籽粒磷含量增加了10.39%，增效复合肥料减量20%处理的水稻籽粒磷含量降低了5.41%，且差异达显著水平(P<0.05)。常规复合肥料处理的水稻茎叶钾含量和籽粒钾含量分别为26.32，3.24 g/kg，与之相比，增效复合肥料处理的水稻茎叶钾含量显著增加了19.91%，籽粒钾含量显著降低了15.83%，增效复合肥料减量20%处理的茎叶钾含量显著降低了6.56%(P<0.05)，籽粒钾含量增加了0.62%(表2)。

表2 新型增效复合肥料对水稻收获期养分吸收的影响Tab.2 Effects of new synergistic compound fertilizers on nutrient absorption during rice harvest stage g/kg

2.4 新型增效复合肥料对水稻产量及其构成因素的影响

由表3可知，增效复合肥料、增效复合肥料减量20%、常规复合肥料和常规复合肥料减量20%处理的水稻产量分别为13 575.00，11 250.00，11 125.00，9 700.00 kg/hm2。与常规复合肥料处理相比，增效复合肥料处理的水稻产量提高了22.02%且差异性显著(P<0.05)，增效复合肥料减量20%处理的水稻产量提高了1.12%，但差异不显著。增效复合肥料减量20%与常规复合肥料减量20%相比，其产量增加了15.98%。增效复合肥料减量20%处理的水稻穗长、穗数、穗粒数、千粒质量和结实率在各处理中为最高，与其他各处理之间呈显著性差异(P<0.05)，常规复合肥料减量20%处理的水稻穗长、穗数、穗粒数、千粒质量和结实率在各处理中为最低。

表3 新型增效复合肥料对水稻产量及其构成因素的影响Tab.3 The effect of new synergistic compound fertilizer on rice yield and its components

3 结论与讨论

3.1 新型增效复合肥料对水稻生长性状和干物质积累的影响

在本研究中，增效复合肥料处理能够改善水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期的地上部鲜质量、株高、SPAD值和根体积，增效复合肥料减量20%与常规复合肥料处理相比，对水稻拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期的鲜质量，对水稻拔节期、抽穗期和成熟期的株高，对水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期的SPAD值以及对水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期的根体积具有一定的改善作用，而水稻前期形成旺盛稳健的分蘖势，是高产水稻栽培的关键因素[15]。王海标等[19]研究发现，施用海藻酸复混肥显著增加了夏玉米地上部生物量，与本研究结果有相似之处，这是因为海藻酸是存在于褐藻中由单糖醛酸线性聚合合成的一种天然多糖，易与阳离子形成凝胶，经过包裹后的肥料可以有效延缓溶解速度，具有增产、抗逆、减少肥料流失的优势特点，从而有利于作物干物质的积累。与常规复合肥料处理相比，增效复合肥料处理能够增加茎叶干物质量和籽粒干物质量分别为24.46%，21.39%。增效复合肥减量20%处理增加水稻茎叶干物质量和籽粒干物质量例分别为6.07%，8.15%。而作物产量形成的过程实质上是干物质积累与分配的过程，作物的干物质积累可为实现水稻的高产奠定物质基础[20-24]。

3.2 新型增效复合肥料对水稻产量和养分吸收的影响

海藻酸类物质主要包括多糖类、甜菜碱、蛋白类以及萜类等天然生长调节物质，可以实现微量高效，它可以通过提高作物对养分的吸收能力，活化土壤氮素和磷素，提高氮磷养分利用效率，从而实现减肥增效[15，20]。在本研究中，与常规复合肥料处理相比，增效复合肥料处理的水稻茎叶氮含量和籽粒氮含量分别增加了10.68%，36.96%，增效复合肥料减量20%处理的水稻茎叶氮含量减少了11.73%，籽粒氮含量增加了12.73%。增效复合肥料和增效复合肥料减量20%处理的水稻茎叶磷含量分别增加了26.51%，11.24%，增效复合肥料处理的水稻籽粒磷含量增加了10.39%，增效复合肥料减量20%处理的水稻籽粒磷含量降低了5.41%。增效复合肥料处理的水稻茎叶钾含量增加了19.91%，籽粒钾含量降低了15.83%，增效复合肥料减量20%处理的茎叶钾含量降低了6.56%，籽粒钾含量增加了0.62%。增效复合肥料处理的水稻产量提高了22.02%且差异显著，增效复合肥料减量20%处理的水稻产量提高了1.12%。王伟涛等[25]研究也发现，海藻酸与常量控释尿素配施处理使玉米显著增产，海藻酸可能通过影响植物的蒸腾速率，加速植物体内的生理活动，通过叶面积指数提高小麦玉米光合能力，进而提高小麦玉米的产量和氮素利用率。王海标等[19]研究了海藻酸包膜BB肥、常规BB肥、海藻酸包膜复合肥、常规复合肥4种肥料对夏玉米产量、地上部生物量、养分积累量、SPAD 值等的影响，综合考虑产量、肥料投入成本、养分吸收利用及环境压力，夏玉米施用海藻酸包膜复合肥能维持叶片较高叶绿素含量，促进夏玉米对氮磷钾养分的吸收利用，协同提高了穗粒数和干粒质量，实现了高产，这与本研究结果类似。此外，相关研究发现，海藻酸与常量控释尿素配施与未加海藻酸的处理相比，显著增加小麦拔节期和玉米大喇叭口期的土壤硝态氮和铵态氮含量，显著提高玉米大喇叭口期土壤速效钾含量，显著提高了土壤速效氮和钾的供应强度和容量。这是因为海藻酸盐具有很强的吸附性能，可以减轻耕地的养分径流损失，改善土壤养分的供应强度，提高土壤养分供应的容量和稳定性[25]。这也可能是本研究中海藻酸肥料具有较好的生物学效应的重要原因，后续值得进一步加强研究。

增效复合肥料处理能够改善水稻各生育期的地上部鲜质量、株高、SPAD值和根体积，通过改善水稻收获期的氮磷钾含量，从而改善玉米的氮素吸收、磷素吸收和钾素吸收状况，此外，增效复合肥料处理能够通过增加水稻穗长、穗数、穗粒数、千粒质量和结实率来增加水稻产量，并且增效复合肥料减量20%处理与常规尿素相比在产量上无显著性差异，这说明，增效复合肥料减量处理能够保证水稻稳产，可进一步推广应用。