不同氮肥种类对稻虾共作水稻生长和田面水水质的影响

葛永虎 黄飞 肖大康 聂玺斌 杨朔 丁紫娟 李锦涛 郜红建 叶新新 梅军 章叶飞 侯俊*

（1 仙桃市农业技术推广中心，湖北 仙桃 433000；2 长江大学农学院/湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434025；3 安徽农业大学资源与环境学院，合肥 230036；4 中垦锦绣华农武汉科技有限公司，武汉 430070；第一作者：geyonghu1983@163.com；*通讯作者：houjungoodluck1@163.com）

稻虾[水稻（Oryza sativa）-克氏原螯虾（Procambarus clarkii）]共作模式在我国长江中下游地区发展迅速。在稻田生态系统中引入克氏原螯虾，不仅能够大幅提高水、肥和能量的利用率，还能增强稻田生态系统的稳定性及抗外界冲击的能力[1]。小龙虾的粪便可以作为田间的肥料，提高稻田土壤的氮磷钾等养分含量[2]，其在田间通过捕捉害虫及虫卵从而降低水稻病虫害，例如降低二化螟的发生[3]。然而，该模式依然存在很多问题，尤其是氮肥用问题最为突出，氮肥既影响水稻的正常生长同时也会影响水质。水稻插秧后7～14 d，小龙虾进田，该期间的水质特征对小龙虾生长很重要[4]。传统稻虾共作施肥采用“一次基肥，然后若干次追肥”模式，该模式存在施肥次数多、费工费时、肥料利用率低等缺点。此外，追肥通常是农田撒施尿素，氮肥施入稻田后在脲酶作用下迅速水解，产生大量氨挥发至空气中并增加了水体的氨氮浓度[5]，造成环境污染同时也危害小龙虾的生长。可见，传统稻虾共作施肥方式和肥料种类难以满足高效现代农业生产要求，需要探讨适宜的氮肥种类和施肥方式。缓/控施肥养分释放缓慢，能够在水稻全生育期提供氮素，同时也可以减少氨挥发等损失，进而降低水中的氮素含量[6-7]。有机无机复混肥将有机肥的缓效、长效作用与无机肥的速效作用相结合，优势互补，养分全面，均衡持久[8]。为此，本研究基于粮食安全和小龙虾生长为突破口，探讨复混肥、缓释复混肥和有机无机复混肥对水稻生长和田面水水质的影响，为稻虾共作模式的提质高效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019 年6 月至10 月在湖北省仙桃市彭场镇挖沟村（30°17′N，113°28′E）进行。试验点所在区域属亚热带季风气候，光能充足、热量丰富、无霜期长，太阳年辐射总量为104～110 Cal/cm2，年日照时数1 800～2 000 h，年平均气温 6.6 ℃～15.9 ℃，年无霜期242～263 d，年降水 1 100～1 300 mm，4—10 月降水量占全年的80%、太阳辐射占全年的75%、≥10 ℃的积温为全年的80%。水热同步与农业生产季一致，该气候条件适宜多种农作物生长发育。此外，地表水、地下水资源丰富，适宜养殖。土壤类型为中粘壤质地的水稻土和潮土，耕作层土壤基本性状为：pH 值6.27，土壤全氮1.26 g/kg、全磷0.51 g/kg、全钾9.51 g/kg、碱解氮78.61 mg/kg、速效磷 20.75 mg/kg、速效钾 95.51 mg/kg、有机质22.31 g/kg。

1.2 试验设计

本研究共设4个施肥处理：CF，基施复混肥并追施尿素；CRF，缓释复混肥作基肥一次性施用；OF，基施有机无机复混肥并追施尿素；CK，不施氮（表1）。每个处理3 次重复，小区面积160 m2。CF 和OF 所用复混肥（N-P2O5-K2O,15-15-15）和有机复混肥（有机质≥40%；N-P2O5-K2O，18-10-12）由中化化肥有限公司生产，CRF 所用缓释肥复混肥（N-P2O5-K2O，11-7-7）由控释尿素（N，43%）、过磷酸钙（P2O5，12%）和氯化钾（K2O，60%）按比例配制。除CK 不施氮外，其他处理的氮、磷、钾总养分相同，N 180 kg/hm2、P2O5120 kg/ hm2和 K2O 120 kg/hm2。CF 和 OF 均作为基肥在水稻移栽前1 d 施入，总氮量70%作为基肥，其余30%以尿素作为分蘖肥（移栽后7～15 d）；CRF 则一次性施用。行株距25 cm×20 cm。各处理所需补足的磷肥和钾肥分别采用单质肥过磷酸钙（P2O5，12%）和氯化钾（K2O，60%）全部作基肥施入。水稻品种为锦214（虾稻1 号），由中垦锦绣华农武汉科技有限公司提供。

表1 施肥方案 （单位：kg/160 m2）

1.3 数据采集

分别于返青分蘖盛期和齐穗期，取代表性植株10丛，剪去根后烘干称重，分为茎叶和穗两部分并粉碎。群体生长率[g/（m2·d）]=（w2-w1）/（t2-t1）。式中，w1 和w2 分别为前后两个生育时期测定的干物质量，t1 和t2分别为前后两个生育时期测定的时间。

基肥施用以后至小龙虾回田，第 1、3、5、7、9、11、13 d，每天上午9∶00 田面水取样，测定氨氮、亚硝态氮等水质指标。

水稻成熟期取各小区1 m2考察实际穗数，取12丛水稻测定穗粒数和千粒重。从每个小区实收5 m2稻株脱粒计产，各小区单打单收，风干计产。

收获后分别计算氮肥农学效率和氮肥偏生产效率。氮肥农学效率=（施氮区产量－不施氮区产量）/施氮量；氮肥偏生产效率=施氮区产量/施氮量[9-10]。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2016 进行计算和基础处理，采用SPSS 22.0 进行单因素方差分析，其中多重比较借助最小显著差异法（LSD 法），显著水平P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对稻虾田面水氨氮的影响

由表2 可知，CF、CRF 和OF 处理的田面水氨氮含量均高于CK，且随着时间推进总体呈下降趋势，在第7 d 最低，其原因是雨水天气影响，第13 d 后各处理间田面水氨氮含量差异不显著。除第13 d 外，CF 处理的田面水氨氮含量显著高于CRF 和OF 处理。CRF 和OF处理在施肥后第1 d、第7 d、第11 d 和第13 d 田面水氨氮含量差异不显著，第3 d、第5 d 和第9 d 存在显著差异。从表2 可见，CRF 处理的田面水氨氮浓度最先降低（第 5 d）并且在第 13 d 时要较 CF 和 OF 处理小，这表明该处理氨氮当田埂漏水进入虾沟造成小龙虾死亡的风险要较CF 和OF 处理小。

表2 不同处理对稻虾田面水氨氮的影响 （单位：mg/L）

2.2 不同处理对稻虾田面水亚硝态氮的影响

由表3 可知，田面水亚硝态氮含量CF、CRF 和OF处理在第7 d 最低，而CK 在第7 d 最高，除第7 d 外，CF、CRF 和OF 的田面水亚硝态氮含量均高于CK。监测期内，CRF 处理亚硝态氮浓度仅在施肥后第1 d 显著高于 CF 和 OF 处理，第 3、7、9 和 11 d 与 CF 和 OF处理差异不显著，第13 d 显著低于CF 和OF 处理。结果表明，CRF 处理的田面水亚硝态氮浓度降低速度最快，在第13 d 的浓度比CF 和OF 处理显著要低，这意味着小龙虾能更快回田，与水稻共生。

表3 不同处理对稻虾田面水亚硝态氮的影响 （单位：mg/L）

2.3 不同处理对土壤无机氮含量的影响

由表4 可知，在分蘖期，各处理土壤无机氮含量之间没有显著差异，说明在水稻生长前期施用不同种类的氮肥对稻虾田土壤无机氮的累积影响不大。然而在齐穗期，CRF 处理的土壤铵态氮显著高于其他3 种处理，硝态氮CF、CRF 和OF 处理间没有显著差异，但都要高于CK。由此可见，缓释复混肥在水稻生长后期释放氮素，有利于水稻生长。

表4 不同处理对稻虾田无机氮含量的影响 （单位：mg/kg）

2.4 不同处理对水稻干物质积累的影响

由表5 可知，不同处理间水稻干物质量在不同时期均有显著差异。在分蘖期，水稻干物质积累量表现为OF＞CRF＞CF＞CK，CF、CRF 和 OF 处理显著高于 CK，提高幅度为49.00%～84.86%。在齐穗期，茎叶干物质积累量表现为 OF＞CRF＞CF＞CK，CF、CRF 和 OF 处理比 CK显著提高16.57%～67.66%；不同处理穗干物质积累量表现为 CRF＞CF＞OF＞CK，CF、CRF 和 OF 处理比 CK 显著提高12.35%～48.25%。分蘖至齐穗期的群体生长率不同处理间差异显著，CF、CRF 和OF 处理比CK 显著提高7.19%～77.09%。由此可见，在水稻生长期内，氮肥种类对水稻干物质的积累有显著影响，OF 处理表现最佳，CRF 处理次之。

表5 不同处理对水稻干物质的影响

2.5 不同处理对水稻产量及产量构成因子的影响

由表6 可知，CF、CRF 和OF 处理水稻产量要显著高于CK，增产幅度分别为19.83%、36.91%和21.33%，CRF 处理产量和氮肥利用效率显著高于CF 和OF 处理，产量分别增加14.26%和12.84%，氮肥农学效率分别提高64.86%和54.65%，氮肥偏生产效率分别提高15.00%和13.60%。

表6 不同氮肥品种下水稻产量及产量形成

各处理间水稻穗粒数和千粒重没有显著差异。有效穗数以CRF 处理最多，CK 最少，CRF 处理显著高于CK；CF、CRF 和 OF 处理间差异不显著，但与 CK 相比，分别提高25.55%、44.38%和6.28%。可见，相较于其他处理，缓释复混肥一次性基施对水稻有效穗数和产量增加有显著效果，且氮肥农学效率和氮肥偏生产效率明显提高。

3 讨论与结论

在水稻生产中，缓释复混肥在整地时作为基肥一次性施入，生长过程中不再追肥，不仅可提高氮肥利用效率，还可以有效节约劳动力成本[11]。本研究中，缓释复混肥一次性基施处理的产量和氮素利用率最高（表6）。郑盛华等[12]研究认为，有效穗数和千粒重是影响不同肥力稻田水稻产量差异的主要因素，本研究中缓释复混肥一次性基施主要增加了有效穗数，而千粒重与其他施肥处理相当。施用缓释复混肥的处理在水稻生长前期土壤无机氮含量与其他施肥处理相似，主要通过后期氮素释放提供无机氮促进水稻生长（表4）。李方敏[13]等研究表明，缓释肥一次性基施后，能满足作物全生育期对养分的需要。彭玉等[14]研究表明，缓释肥不同于普通尿素，其长肥效期可为水稻产量形成提供充足的物质基础。徐明岗等[15]的研究表明，施用缓释氮肥能减缓氮素的释放速率，使氮素养分在稻田中供应持久，促进水稻生长发育并提高产量。这与本研究的结果基本一致。

水体中的氨态氮和亚硝态氮含量是影响甲壳类动物生长、生存和生理机能的主要限制因素[16]。刘卿君[17]研究表明，虾稻共作施肥后田面水的氨态氮先升高，然后逐渐下降。这与本研究结果相似。此外，本研究中施肥后第13 d 田面水氨氮含量范围分别为2.33～3.14 mg/L，符合《渔业水质标准》（GB11607-1989），其亚硝态含量范围为0.053～0.305 mg/L，这与张丁月等[18]的研究结果一致。本研究中，缓释复混肥一次性基施的处理田面水氨氮和亚硝态氮浓度降低速率最快，最有利于小龙虾回田。

缓释复混肥一次性基施不仅轻简化，而且水稻产量高，达8 139.4 kg/hm2，与施用普通复混肥和有机无机复混肥处理相比，产量分别增加14.26%和12.84%、氮肥农学效率分别提高64.86%和54.65%、氮肥偏生产效率分别提高15.00%和13.60%，且田面水氨氮及亚硝态氮降低速度快，最有利于小龙虾回田。可见，缓释复混肥一次性基施有利于稻虾共作的可持续发展。