缓释肥占基肥比例对单季晚稻分蘖和氮素吸收利用的影响

张金萍，陈照明，王 强，*，马军伟，俞巧钢，叶 静，马进川，孙万春

(1.浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 杭州 311300； 2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

合理施用氮肥是实现水稻稳产、保障粮食安全的重要措施之一。受到规模化种植和劳动力成本增加等因素的影响，水稻生产中不合理施肥的现象仍普遍存在，不仅降低肥料利用率，而且带来氮素径流损失、气态损失等环境污染风险。缓释肥具有养分释放缓慢、养分损失少的特点，近年来在农业生产中的应用逐渐增加，在节省追肥劳动力成本和提高氮肥利用率方面发挥了积极作用。刘兆辉等研究表明，一次性基施缓控释肥可以显著提高玉米、小麦和水稻三大粮食作物的产量和氮肥利用率，其增幅分别在3.1%～31.7%和6.2%～86.6%。

基于缓释氮肥的轻简化施肥技术能促进水稻生长，增加水稻有效穗数，提高氮肥利用效率，是一类实用性较强的氮肥管理技术。缓释肥一次性施肥技术在减少追肥次数、实现轻简化施肥的同时，还能有效供给水稻生长后期的氮素供应，保证水稻产量。傅丽青等研究表明，缓释肥处理的水稻成穗率比常规处理增加5.93%～6.19%。张敬昇等研究表明，与常规尿素处理相比，40%控释氮肥与60%尿素掺混一次性基施的水稻产量、穗粒数与千粒重分别提高11.00%、13.79%和8.43%。田昌等研究表明，与常规处理相比，缓释肥处理的氮肥利用率可提高10.8%～20.5%。Ke等研究表明，与常规处理相比，缓释肥一次施用的水稻产量和氮素回收率分别提高了3.4%～8.5%和6.0%～24.5%。

在缓释肥一次性施肥或者类似的轻简化施肥模式中，通常会增加基肥的用量和比例，通过提高基肥养分利用效率来保证水稻生长后期的养分供应，从而减少后期追肥次数。但基于水稻氮肥运筹的研究结果表明，前期氮肥的过量投入会造成水稻无效分蘖数增加，从而降低养分利用率。目前，涉及一次性施肥对水稻分蘖动态影响的研究较少，一次性施肥是否增加了水稻的无效分蘖数也无一致结论。侯均昊等研究表明，控释天数为80 d的缓释肥一次性基施，能够稳定生育期穗数；而魏海燕等研究认为，缓释肥一次性施肥处理的水稻成穗率低于常规施肥。基于此，本文通过盆栽试验，研究缓释氮肥施用对水稻分蘖、成穗率和氮素吸收的影响，以期为水稻轻简化施肥技术探索和农业面源污染防治提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

盆栽试验于浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所温室进行。供试水稻土采自浙江省长兴县，土壤类型为水稻土，基本理化性状如下：pH值6.09，有机质17.3 g·kg，全氮0.99 g·kg，碱解氮63.00 mg·kg，有效磷10.31 mg·kg，速效钾113.50 mg·kg。

1.2 试验设计与方法

试验共设5个处理：N0，不施氮；CF，常规施肥，氮肥在基肥、分蘖肥、穗肥中的施用比例为4∶3∶3；20%SRN，氮肥全部基施，其中，20%的氮用缓释氮肥提供；40%SRN，氮肥全部基施，其中，40%的氮用缓释氮肥提供；60%SRN，氮肥全部基施，其中，60%的氮用缓释氮肥提供。各处理的磷肥和钾肥施用量相同，分别为60 kg·hm和90 kg·hm，经换算后，在试验条件下，每盆的实际肥料投入量分别为6.76 g和2.01 g，全部基施。各处理的氮肥运筹方式详见表1。

表1 各处理的氮肥运筹

试验于2020年6月30日—11月8日进行。试验容器采用封底的长方形框体，长、高约0.3 m，宽0.2 m。各处理按随机区组排列，每个处理设3次重复。

将野外采集的水稻土自然风干后过2 mm筛，根据稻田土壤自然容重，每框装23.15 kg土壤，填土高度为21.5 cm。在填土过程中，掺入各处理相应的肥料。填土结束后，对框体持续灌水，保持土壤表面4～5 cm的水层，静置36 h后，若水面无明显下降，视为土壤已达水分饱和状态。于分蘖末期，进行1周的晒田处理。其他时期均定期补水，保持土壤表面有4～5 cm的水层。为使各处理的水分和株数一致，每框均选用长势基本一致的6株水稻秧苗进行移栽定植。

供试水稻品种为单季杂交稻品种甬优1540。

供试缓释氮肥为包膜尿素缓释肥，商品名为母粒，用树脂材料包膜，膜上有微孔，吸收水分后压力变大，然后养分缓慢释放，释放周期为90 d，缓释氮含量为43%。

除缓释氮肥外，试验所用的氮、磷、钾肥分别为普通尿素、过磷酸钙和氯化钾，均为市售产品，生产厂家分别为灵谷化工集团有限公司、金华市江南化肥厂和中化化肥有限公司，有效养分(N、PO、KO)含量分别为46%、12%和60%。

分别于6月30日、7月7日和8月13日施基肥、分蘖肥和穗肥，于10月29日收获。

1.3 调查与取样

1.3.1 水稻分蘖数

从移栽后第7天开始，对每一盆栽种的6株水稻苗进行调查。自移栽后第10天开始调查分蘖数，每5 d调查1次，至移栽后80 d。计算各时期单株水稻茎蘖数，并绘制茎蘖动态图。

1.3.2 植株样品采集

在水稻关键生育期(分蘖盛期、孕穗期、成熟期)，每盆随机采集植株1蔸，将其分为根、茎秆和谷物3部分，分别放入尼龙网带中，带回实验室清洗干净后，于烘箱中105 ℃杀青30 min，80 ℃烘至恒重，称重，记干重。样品粉碎过60目筛，用于全氮含量测定。

1.4 样品测定方法

土壤基本理化性质，参考《土壤农化分析》中的方法测定。具体地：土壤pH值采用玻璃电极法(土水质量体积比为1∶2.5)测定，有机质含量采用重铬酸钾容量法(外加热法)测定，全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别采用凯氏消解蒸馏滴定法、碱解扩散法、Bray法(供试土壤为弱酸性土)和CHCOONH浸提-火焰光度法测定。

参照Dobermann等的方法，用电子天平分别称取植株样品或土壤样品0.005 00 g或0.020 00 g，采用Vario Isotope全自动元素分析仪(德国Elementar)测定样品氮含量。

1.5 数据处理与分析

参照文献[18]中的方法计算氮素表观利用率。

所有数据均采用Microsoft Excel 2019软件进行整理，利用IBM SPSS Statistics 25.0软件进行统计分析，对有显著(<0.05)差异的，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻分蘖的影响

不同处理下，水稻分蘖数都随着移栽时间的推进而迅速上升，进入分蘖高峰后随着无效分蘖的死亡，分蘖数逐渐下降(图1)。各施肥处理(CF、20%SNR、40%SNR、60%SNR)在整个分蘖期的分蘖数均高于N0处理。各处理的水稻分蘖数()随时间()的变化均符合二元一次方程(表2)，拟合方程的决定系数在0.769 4～0.932 6，且均通过<0.05水平的显著性检验。从分蘖动态曲线来看，各处理的分蘖数峰值有一定的差异，但达到峰值的时间差异不大。根据拟合方程分别计算各处理的理论最大分蘖数和理论最大分蘖时间。各处理中，N0处理的理论最大分蘖数最少，而其他施肥处理的理论最大分蘖数相差不大。这说明，与常规施肥相比，缓释氮肥一次性施用不会影响水稻的理论最大分蘖数，对水稻的分蘖动态无明显影响。

图1 不同处理下水稻的分蘖动态Fig.1 Tillering dynamics of rice under different treatments

表2 不同处理下水稻分蘖动态的拟合结果

不施肥的N0处理的分蘖成穗率最高，为88.14%，显著(<0.05)高于各施肥处理(图2)。各施肥处理的分蘖成穗率无显著差异。这说明，与常规施肥相比，缓释氮肥一次性施用对水稻分蘖成穗率并无显著影响。

柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05. The same as below.图2 不同处理对水稻成穗率的影响Fig.2 Effect of different treatments on rice spike rate

2.2 不同处理对水稻产量的影响

N0和CF处理的每盆产量分别为83.1、220.1 g。与常规施肥相比，施用缓释氮肥的各处理的产量无显著变化(图3)，说明在试验条件下，缓释氮肥的施用对水稻产量并无明显不利影响。

图3 不同处理对水稻产量的影响Fig.3 Effect of different treatments on rice yield

2.3 不同处理对水稻干物质积累的影响

在分蘖盛期，与常规施肥处理相比，施用缓释氮肥的处理(20%SNR、40%SNR、60%SNR)水稻根部和地上部干物质积累量均显著(<0.05)降低(表3)，降幅分别在35.02%～40.47%、23.71%～38.46%。除40%SRN处理的根冠比显著(<0.05)低于CF处理外，其他各处理的根冠比无显著差异(表4)。施用缓释氮肥处理的水稻干物质积累量在分蘖盛期低于常规施肥，可能是因为常规施肥下肥料中的养分快速释放并被作物吸收，而缓释氮肥的养分释放较为均衡，因而在这一时期常规施肥下的水稻生长得更快更壮。

表3 不同处理对水稻不同生育期地上部和根部干物质积累的影响

在孕穗期，与常规施肥处理相比，20%SRN和40%SRN处理的水稻根部和地上部干物质积累量显著(<0.05)提高，增幅分别在20.16%～20.38%、17.00%～22.61%；但60%SRN处理与CF处理的水稻根部和地上部干物质积累量无显著差异。此外，各处理间在根冠比上无显著差异。这说明，至孕穗期时，施用缓释氮肥的处理对作物生长发育已无明显不利作用，且适当用量的缓释氮肥还有助于促进作物的进一步生长。

表4 不同处理对水稻不同生育期根冠比的影响

在成熟期，与常规施肥相比，20%SRN和60%SRN处理的根部干物质积累量显著(<0.05)增加，40%SRN处理的根部干物质积累量无显著差异，20%SRN和40%SRN处理的地上部干物质积累量显著(<0.05)降低，60%SRN处理的根部干物质积累量无显著差异。从根冠比上看，施用缓释氮肥的处理均显著(<0.05)高于常规施肥。这说明，不同缓释氮肥用量对水稻生长的影响不尽相同。

2.4 不同处理对水稻氮素吸收和氮肥利用率的影响

在分蘖盛期和孕穗期，与不施肥的N0处理相比，各施肥处理的地上部和根部氮素吸收量均显著(<0.05)升高，且各施肥处理间在这2项指标上均无显著差异(表5)。在成熟期，除60%SRN处理的根部氮素吸收量显著(<0.05)高于N0处理外，其他处理间在根部氮素吸收量上均无显著差异；各施肥处理的地上部氮素吸收量均显著(<0.05)高于N0处理，各施肥处理间，20%SRN、40%SRN的地上部氮素吸收量显著(<0.05)低于CF和60%SRN处理。

表5 不同处理对水稻不同生育期氮素吸收的影响

对比各施肥处理的氮素表观利用率可知，20%SRN、40%SRN处理显著(<0.05)低于CF和60%SRN处理(表6)。

表6 不同处理对氮肥利用效率的影响

综上判断，适宜用量的缓释氮肥并不会对水稻的氮素吸收和氮肥利用产生明显不利影响。

3 讨论

研究显示，水稻基肥中的氮肥用量与水稻分蘖动态、最大分蘖数呈显著正相关。若在基肥中过量投入氮肥，会延迟分蘖高峰的出现，并且增加水稻无效分蘖数，从而降低氮肥利用效率。本研究中，施用缓释氮肥各处理的理论最大分蘖数与常规施肥处理间没有明显差异，表明缓释肥一次性施用，虽然增加了基肥中的氮肥用量，但由于缓释性氮肥的施用，并没有增加水稻无效分蘖。研究表明，缓控释肥能提高水稻产量、有效穗数和氮素利用率。杨阳等研究表明，与常规施肥相比，施用缓释肥的单位面积水稻穗数显著提高7.9%～21.4%；倪艳云等研究表明，与施用普通尿素相比，缓释肥处理的穗数和成穗率提高6.94%～16.17%、2.10%～6.04%。本研究中，与CF处理相比，施用缓释氮肥的3个处理的理论最大分蘖数和水稻成穗率均无显著差异，说明缓释氮肥一次性施用能实现维持水稻最大分蘖数和成穗率的目的，这与胡根生的研究结果相似。

聂云鑫等的研究表明，施用缓释氮肥能明显提高单季晚稻的产量。Chu等研究表明，施用200 kg·hm的聚合物包膜尿素可使水稻的产量和氮肥农学利用率分别提高11.6%和5.5 kg·kg。在本研究中，各施肥处理的产量没有显著差异，与严田蓉等的研究结果相似。

Guo等研究表明，与常规施施肥相比，缓释肥处理的氮肥利用效率提高了3.6%～45.3%。王强等研究表明，与常规施施肥相比，缓释肥处理的氮素利用率略提高了2.8～9.0百分点。胡丹丹等研究表明，与常规施肥处理相比，控释肥处理的水稻产量、氮素吸收利用率和农学利用率分别提高5.17%～6.48%、16.2%～24.6%和18.0%～20.2%。本试验中，60%SRN处理的氮素吸收情况和氮肥利用率与常规施肥无显著差异，但20%SRN和40%SRN处理的氮素表观利用率较CF处理显著降低。这可能是因为，20%SRN和40%SRN处理的水稻在前期由于氮素释放量不足，而试验期间土壤温度较高，加速了氮的挥发，导致前期缓释氮素损失较高，而后期又没有足够的肥料补充，影响了水稻生长后期氮素的供应。与其他研究相比，本文测得的氮素表观利用率较高，这可能是由肥料投入量较少、试验土壤氮素含量较低所致。

尽管许多科研工作者都已围绕缓释氮肥的适宜施用比例开展了大量研究，但研究结果间仍存在诸多矛盾。陈贤友等研究表明，当施氮量为210 kg·hm时，水稻产量由高到低依次为100%缓释氮肥处理>70%缓释氮肥处理>50%缓释氮肥处理>30%缓释氮肥处理。王家宝等研究表明，当缓释氮施用比例为50%时，水稻产量、氮肥表观利用率和氮肥农学利用率最高；张文杰研究表明，当缓释氮施用比例为50%时，两年的水稻产量、氮素累积量表现最好，分别比常规施氮处理提高了107.84%、156.15%和95.18%、68.41%，缓释氮肥施用比例达70%时，两年的水稻氮肥表观利用率比常规施氮处理提高299.4%、96.10%。付月君等的研究显示，缓释氮肥的适宜施用比例为40%。不同研究结果之间的差异，可能受到缓释氮肥类型、氮素缓释时间和施氮量等因素的影响。本研究中，60%SRN处理的水稻干物质积累量、氮素积累量、产量均与常规施肥处理无显著差异，较其他缓释肥处理的表现更好，是试验条件下较为适宜的用量。但要说明的是，本试验进行的只是一季的盆栽试验，难以真实反映实际大田下的生产效果。今后，应进一步开展长期定位试验，根据区域水稻适宜施氮量和水稻生产现状确定适宜的缓释氮肥施用比例，以便更好地指导生产实践。