包膜控释BB肥对水稻产量和土壤养分的影响

韩科峰 张丰 陈剑秋 陈余平 吴良欢*

（1浙江大学环境与资源学院/浙江省农业资源与环境重点实验室，杭州 310058；2丽水市生态环境局，丽水 3230003；3金正大生态工程集团股份有限公司/养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室，临沂 276700；4余姚市农业技术推广服务总站，余姚 315400)

水稻是我国重要的粮食作物。随着工业化和城镇化的推进，我国耕地面积大量减少，而为了满足人口日益增长产生的粮食需求的增加，如何在有限的耕地上提高水稻单位产量就显得尤为重要[1-2]。其中，施肥对提高水稻产量的作用明显。但是，大多数农户对科学施肥的意识薄弱，大量施用单质化肥，导致大部分肥料养分通过挥发和淋失等途径流失，这不仅导致了肥料利用率低下，还造成了严重的环境污染[3-7]，更对人体健康产生了一定影响。因此，控释肥成为了我国现代农业研究的热点[8-9]，特别是包膜控释肥料掺混型复合肥（控释BB肥），因其控释效果好、肥料成本低，具有广阔的应用前景和市场需求，故将成为我国肥料产业的发展方向之一[10-13]。然而，相关研究表明，控释肥虽在提高作物产量和氮肥利用率方面效果明显[14-16]，但是大多数的研究试验仅是当季大田试验，都未进行长期定位试验。鉴于此，笔者于2016年—2019年连续4年在大田试验条件下，进行了长期施用控释BB肥对水稻产量和土壤养分含量的影响试验，以期为控释BB肥的合理施用提供理论依据。现将相关试验结果报道如下。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2016年7月—2019年11月在浙江省余姚市牟山镇进行。供试田块土种为青紫泥，土壤基本理化性质为pH 5.71、有机质含量39.6 g/kg、全氮含量2.96 g/kg、有效磷含量2.04 mg/kg、速效钾含量63 mg/kg、有效硫含量63.8 mg/kg。

1.2 供试肥料

供试肥料为包膜控释BB肥（CRBBF，N-PK=26-12-6，金正大生态工程集团股份有限公司提供，由普通尿素、控释尿素与普通化肥掺混，控释尿素占总氮量的60%左右，控释期为3个月）、普通尿素（PU，N含量为46.5%，市售）、普通复合肥（PCF，N-P-K=16-16-16）、普通高氮复合肥（HNPCF，N-P-K=26-6-8，市售）。

1.3 试验设计

试验共设7个处理，具体肥料用量及施用方法见表1。每处理重复3次，随机区组排列，每小区面积为40 m2。小区间用小田埂隔开，所有小田埂均用塑料薄膜包裹，田埂宽30 cm、高35 cm，单独排灌。

表1 试验处理设计 （单位：kg/hm2）

1.4 试验实施

供试水稻品种为“宁88”，栽培方式为移栽。2016—2019年的水稻播种期、移栽期、收获期以及施肥时间见表2。

表2 水稻播种、移栽、收获及施肥时间（日期：月-日）

1.5 调查项目及方法

试验前采集基础土样，试验结束后各小区分别采集土样，均取0～20 cm耕层土壤，采用常规方法测定土壤有机质含量、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量、有速硫含量、pH。

水稻收获后，调查各处理的水稻有效穗数，取样调查各处理的水稻穗粒结构、茎叶和籽粒产量，并分析对应的含氮量，用差值法计算各处理的水稻植株地上部吸氮量。

采用STATISTIC 5.5进行数据统计分析，并用新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 水稻产量比较

由图1和表3可知，2016年—2019年连续4年，各处理均以处理（3）的水稻产量最高，产量分别为8.88、9.68、9.11、8.60 t/hm2，且4年产量均值都显著高于习惯施肥处理。对各处理的年际间产量进行比较可知，2017年较2016年，处理（3）的水稻产量提高9.0%，处理（2）的水稻产量提高8.7%，处理（1）的水稻产量提高5.8%，由此可知，年际间累积施用包膜控释BB肥对水稻的增产效果比年际间累积施用普通复合肥高，这说明包膜控释BB肥的养分供应比普通复合肥稳定，能达到促进水稻增产的目的；而2019年和2018年各处理的水稻产量均较2017年有所下降，经分析，这是气候原因（高温和雨水较多）造成的。从4年产量均值来看，在NPK用量100%条件下，处理（3）、处理（2）的水稻产量较处理（1）分别提高10.61%、3.26%，在NPK用量70%条件下，处理（4）的水稻产量较处理（5）提高1.20%，说明在总养分用量相等的条件下，施用包膜控释BB肥对水稻的增产效果优于施用普通复合肥和普通高氮复合肥，且仅施用包膜控释BB肥对水稻的增产效果优于掺混施用包膜控释BB肥与普通尿素。

表3 2016年—2019年各处理水稻产量比较（单位：t/hm2）

图1 2016年—2019年各处理水稻产量比较

2.2 水稻产量构成因子比较

由表4可知，各施肥处理的水稻有效穗数均显著高于CK，处理（3）和处理（4）的有效穗数较高；除处理（4）和处理（5）的水稻每穗总粒数与CK之间没有显著差异外，其他处理的水稻每穗总粒数均显著高于CK；各处理间的水稻结实率和千粒重均无显著差异。在NPK用量100%条件下，与处理（1）和处理（2）相比，处理（3）的水稻产量构成因子表现较好，表明施用包膜控释BB肥对水稻产量构成因子的形成有一定的促进作用；在NPK用量70%条件下，与处理（5）相比，处理（4）的水稻有效穗数有所增加，而其他水稻产量构成因子均有所下降；处理（6）为NPK用量50%处理，其水稻产量构成因子低于处理（1），但是两个处理间水稻产量构成因子表现无显著差异。

表4 2016年—2019年各处理水稻产量构成因子比较

2.3 水稻植株地上部吸氮量比较

由表5可知，在总施氮量小于处理（1）的条件下，2016年—2019年处理（4）、处理（5）的水稻植株地上部吸氮量均高于处理（1）；从4年的水稻植株地上部吸氮量均值来看，各施肥处理的水稻植株地上部吸氮量均显著高于CK，其中处理（3）的水稻植株地上部吸氮量最高，处理（4）次之；在NPK用量100%条件下，水稻植株地上部吸氮量表现为处理（3）＞处理（2）＞处理（1），其中处理（3）的水稻植株地上部吸氮量显著高于处理（1）；在NPK用量70%条件下，处理（4）的水稻植株地上部吸氮量高于处理（5），但两处理间差异不显著。这说明包膜控释BB肥养分释放的“S型”特性，能很好地满足水稻植株对氮肥的吸收和利用，可有效减少氮肥的挥发和流失。

表5 2016年—2019年各处理水稻植株地上部吸氮量比较

2.4 水稻经济效益比较

由表6可知，与习惯施肥的处理（1）相比，施用包膜控释BB肥处理的利润增加了5 622～5 929元/hm2，其中处理（3）的利润最高，这是因为包膜控释BB肥的价格比复合肥低，且能减少施肥的人工费用，提高水稻产量；处理（2）的利润则比习惯施肥的处理（1）减少2 467元/hm2。

表6 2016年—2019年各处理水稻经济效益比较 （单位：元/hm2）

2.5 土壤养分含量比较

由表7可知，与不施肥处理相比，各施肥处理的土壤pH均有一定程度的降低，但各处理间差异不显著；处理（3）的土壤全氮含量较CK有显著增加，其他处理的土壤全氮含量虽较CK有所增加，但处理间差异均不显著，说明包膜控释BB肥的持续供氮特性可以提高土壤的全氮含量；各处理间土壤有机质含量无显著差异；处理（1）的土壤有效磷含量和速效钾含量均高于其他处理，这可能是因为习惯施肥的磷钾肥施用量较高，也可能是因为其他处理的氮肥施用量多，导致水稻植株在增加吸收氮素的同时促进了水稻植株对磷钾养分的吸收，而磷钾肥施用量不能满足水稻植株的吸收需求，导致水稻植株长期过度吸收土壤中的磷钾养分，进而造成土壤磷钾含量均下降明显；施用包膜控释BB肥处理的土壤有效硫含量均高于其他处理，其中处理（3）的土壤有效硫含量最高，达80.39 mg/kg，说明包膜控释BB肥的硫磺包膜能提高土壤有效硫含量。

表7 试验后各处理土壤养分含量比较

3 结论与讨论

水稻是我国重要的粮食作物，其种植面积约占全球的18.5%、产量约占全球的27.7%[17]，且主要在南方省份种植。据报道，我国主要作物的氮、磷、钾肥利用率分别为30%～35%、10%～20%、35%～50%，比发达国家低10%～15%[18]，每年有约1.5×107t氮素（约占氮肥用量的60%）损失，进入大气和水体，从而导致土壤与水体环境的污染日趋严重[19]。大量研究结果表明，控释肥在西瓜[20]、茶树[21]、花生[22]、辣椒[23]等作物上应用，均能显著提高作物产量；刘晓霞[24]等也进行了控释肥在小白菜生产上的应用效果研究，结果表明，施用控释肥对提高小白菜的产量和品质均有一定效果。本试验结果表明，在总养分用量相等或用量减少30%的条件下，一次性施用包膜控释BB肥处理的水稻产量高于习惯施肥处理，在总养分用量减半的条件下，一次性施用包膜控释BB肥处理的水稻产量也仅略低于习惯施肥处理，说明此包膜控释BB肥具有养分释放的平衡性和缓释性，施用一次即能供应水稻整个生育期的养分需求，此结论与前人的研究结果一致。

有研究表明，与施用普通复合肥相比，施用控释肥可显著减少氮素的挥发和淋失，并可在一定程度上抑制磷、钾肥的淋失，从而提高耕层土壤速效养分含量[25]；等量控释肥处理的土壤全氮含量、有效磷含量、速效钾含量均显著高于常规复合肥处理。本试验结果表明，与施用普通复合肥相比，施用包膜控释BB肥的土壤全氮含量提高效果显著，但土壤有效磷含量和速效钾含量有所下降，这与前人的研究结果不完全相符。分析其原因，这可能与本试验设计有一定的关系，因为本试验在等养分用量条件下，施用包膜控释BB肥处理的氮肥施用量高于施用普通复合肥处理，导致水稻在生长过程中，植株在增加吸收氮素的同时，促进了植株对土壤中磷素和钾素的吸收，从而引起土壤有效磷含量和速效钾含量下降。

经综合考虑，本试验中所用的包膜控释BB肥可以满足水稻在整个生育期对养分的需求，与传统习惯施肥相比，施用包膜控释BB肥不仅能促进水稻增产增效，还能减少施肥次数，降低人工成本；同时，在土壤养分方面，施用包膜控释BB肥对改善土壤质量有一定的效果，尤其是能显著提升土壤全氮含量和有效硫含量。