不同控释氮肥对中籼杂交稻产量和氮肥利用效率的影响

吴 周 柯 健 吴晨阳 周 兵

（1庐江县农业技术推广中心，安徽庐江 231500；2安徽农业大学，安徽合肥 230036）

水稻是我国主要的粮食作物，全国约60%的人口以稻米为主食，其在保障粮食安全领域发挥着极为重要的作用。提高单位面积水稻产量是维护粮食安全的重要措施。施用氮肥是当前提高水稻单产的主要农艺实践措施，高产氮素管理方式通常为基肥、分蘖肥和穗肥“一基三追”模式[1-2]，但这种方式存在施肥次数多、技术难度大等诸多问题，导致技术推广难度大、普及率不高，部分地区氮肥“一炮轰”现象仍存在[3-4]。当前我国稻田的氮肥利用效率较低，不合理氮肥施用引起的环境污染和资源浪费等问题仍然存在[5-6]，环境保护已成为亟待解决的重要问题之一。在水稻规模化生产的驱动下，发展新型肥料应用技术已成为当前水稻高产栽培的重要研究课题，开展相关的研究意义重大。

近年来，随着可降解、廉价包膜材料的研发，以包膜控释氮肥为主要载体的水稻一次施肥技术受到广泛关注，并也在相关地区得到应用[7-8]。研究表明包膜控释氮肥养分释放采用渗透—吸水—膨胀—扩散的“多级扩散”机制，包括停滞期、初始期、稳定期和衰减期4个连续环节，通常形成“J”或“S”型“单峰”氮素累计释放曲线[9]，因而很难在一次施肥下匹配水稻分蘖期和穗期“双峰”氮素需求。相关研究者通过控释氮肥与尿素基肥配施、控释氮肥与缓释氮肥配施、控释氮肥分次施用等方式优化控释氮肥的水稻施用效果[10-11]。值得注意的是，上述研究以粳稻为主，而在籼稻中的研究较少。考虑到籼稻与粳稻存在显著的“双峰”需氮差异，因而其适宜的控释氮肥运用方法与粳稻可能存在较大的不同，需要相关研究进一步明确。

安徽是中籼杂交稻优势生产区域，年播种面积180万hm2，约占区域水稻总播种面积的75%。因此，本研究选择中籼杂交稻典型生态区域，研究不同控释氮肥养分释放特性及其对中籼杂交稻产量、氮肥利用效率的调控效应，明确适宜中籼杂交稻生产的控释氮肥类型，为水稻精准高效施肥技术的研发与应用提供参考。

1 材料方法

1.1 试验地点与材料

本试验于2021年5—10月在安徽省庐江县王世照家庭农场进行，试验土壤为砂壤土，移栽前0～20 cm土壤主要理化参数：全氮2.1 g/kg，有机质24.4 g/kg，有效磷11.7 mg/kg，速效钾61.8 mg/kg。采用中籼杂交稻晶两优8612为供试水稻品种，该品种为长江中下游稻区主推水稻品种，品种生育期138 d左右。

考虑到水稻的生育期，采用氮素释放期（25 ℃静水中）为80 d（CRU80）和120 d（CRU120）的控释氮肥为供试新型肥料，控释氮肥由安徽茂施农业科技有限公司提供。CRU80和CRU120的含氮肥分别为45.2%和44.8%。采用尿素（46% N）为常规氮源。

1.2 试验设计

大田试验，采用随机区组设计，设置5个肥料处理，分别为不施氮肥（N0），尿素常规分次施肥（CK），CRU80、CRU120 和BBF，3 次重复，单个小区面积120 m2。其中，BBF 为CRU80 和CRU120 按照质量比1∶1混合获得。除N0以外，所有处理施氮量均为210 kg/hm2，控释肥作基肥一次施用，CK处理尿素氮肥分3次施用，基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3。所有处理磷、钾肥用量相同，分别为P2O590 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，均一次性基施。采用农膜隔水、肥，各小区独立排灌。

采用钵苗育秧，每盘播种量为100 g，于2021年5月10日播种，6月5日采用亚美柯2ZB-6A（RXA-60T）型钵苗摆栽机机插，机插行株距为30 cm×16 cm，每穴2～3苗。采用干湿交替高效水分管理，强化病虫草害防治。

1.3 测定指标

1.3.1肥料养分释放采用肥包法[5]，将控释氮肥样品（10±0.01 g）放入孔径为1.0 mm 的尼龙网袋（12 cm长×8 cm宽）中，于施肥当天同时埋入小区保护行土壤中。分别于埋藏后的20 d（分蘖盛期）、45 d（穗分化期）、65 d（花粉母细胞减数分裂期）、79 d（抽穗期）、94 d（灌浆期）、115 d（成熟期）取样，每次取样重复4次。取得的肥料颗粒用蒸馏水冲洗干净后，使用冷冻风干机冻干后称重，根据2次重量差计算肥料对应阶段氮素释放量。

1.3.2干物质积累与氮吸收于穗分化期、抽穗期和成熟期，根据平均茎蘖数，各小区取代表性植株5 穴。去除根系后，将样品105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，称取地上干重。成熟期的干样磨碎过0.5 mm筛，使用凯氏定氮法，测定组织中氮含量，计算植株地上部氮吸收和氮肥回收利用效率（NUE）。

式中，UN和U0分别表示成熟期施氮区和不施氮区水稻地上部吸氮量，FN-1表示施氮量。

1.3.3产量及构成于成熟期，各小区取代表性植株5 穴考种，测定穗粒数、结实率、千粒重。根据普查有效穗数，计算理论产量。

1.4 数据统计分析

数据采用EXCEL 2010和SPSS 18.0软件进行统计分析，采用LSD法进行差异显著性分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 控释氮肥田间氮素释放特性

不同肥料的田间累计氮素释放曲线具有明显差异（图1～2）。CRU80、CRU120 和BBF 的田间累计氮素释放分别为92.4%、74.0%和83.2%，均实现了水稻生育阶段的集中释放。在水稻移栽后0～45 d（水稻移栽-穗分化期），CRU80、CRU120 和BBF 的阶段氮素供应量分别为76.7%、4.7%和40.7%，表现CRU80最高，BBF 次之，而CRU120 最低。而在水稻移栽后31～79 d（水稻穗分化-抽穗期），CRU80、CRU120和BBF 的阶段氮素供应量分别为6.2%、34.8% 和20.5%，表现CRU120 最高，BBF 次之，而CRU80 最低。在水稻移栽后80～115 d（水稻抽穗-成熟期），CRU80、CRU120 和BBF 的阶段氮素供应量分别为9.6%、34.6%和21.1%，表现CRU120最高，BBF次之，而CRU80 最低。总的来说，BBF 较CRU80 和CRU120表现更为平衡的水稻全生育期氮素供应。

图1 不同控释肥田间氮素累计释放曲线

2.2 不同肥料处理对水稻干物质积累的影响

不同肥料处理显著影响水稻阶段干物质积累和总干物质积累（表1）。与N0 不施氮肥相比，添加氮肥显著增加水稻干物质80.0%～103.6%。在控释氮肥处理中，BBF的成熟期总干物质积累最高，这主要与其稳定增加移栽-穗分化期和穗分化-抽穗期干物质积累的同时，显著增加抽穗-成熟期干物质积累有关。与CRU80 和CRU120 相比，BBF 显著增加总干物质积累6.3%～15.4%。另外，BBF 的成熟期干物质积累与CK无显著差异。

表1 不同肥料处理对水稻干物质积累的影响

注：不同小写字母表示在0.05水平下差异显著，下同。

2.3 不同肥料处理对水稻产量及构成的影响

不同肥料处理显著影响水稻产量及构成因子（表2）。与N0不施氮肥相比，添加氮肥显著增加水稻产量52.7%～104.2%。在控释氮肥处理中，BBF的产量最高，这主要由于其协同高的有效穗数和每穗粒数稳定增加群体颖花量，同时显著提高了结实率和千粒重。与CRU80和CRU120相比，BBF显著增加水稻产量17.4%～33.7%。另外，BBF的产量与CK无显著差异。

表2 不同肥料处理对水稻产量及构成的影响

2.4 不同肥料处理对水稻氮肥回收利用效率的影响

不同肥料处理显著影响水稻植株氮肥回收利用效率（NUE）（图3）。在控释氮肥中，CRU120的NUE最高，BBF 次之，2 个处理均显著高于CK。BBF 的NUE为53.8%，较CK处理显著提高21.0%。

图3 不同肥料处理对水稻植株氮肥回收利用效率的影响

3 讨论与结论

本研究中的3 种控释氮肥具有显著的供氮差异，其中CRU80 主要集中于水稻移栽-穗分化期供氮，阶段供氮达到76.7%，而在随后的时期，氮素阶段供应量显著低于其他控释氮肥处理。因而其主要增加了水稻移栽-穗分化期干物质积累，表现最高的有效穗数，而每穗粒数、结实率和千粒重较其他控释氮肥无明显优势，表现最低的水稻产量。CRU120则主要在水稻穗分化-抽穗期和抽穗-成熟期集中供氮，表现最高的水稻穗分化-抽穗期干物质积累，显著增加水稻每穗粒数，这与前人在中粳稻的研究结果基本一致[12-13]。此外，尽管CRU120表现最高的抽穗-成熟期集中供氮，但其抽穗-成熟期干物质积累、结实率和千粒重并没有对应表现。这可能与其高的氮素供应导致水稻贪青晚熟有关，Ke等[14]使用长释放期控释肥下的粳稻中也有相似结论。上述表明，单一控释氮肥一次施用下不能匹配中籼杂交稻“双峰”需氮规律。

与CRU80和CRU120不同的是，BBF表现较为平衡的水稻各生育阶段氮素供应，因而稳定提高了水稻有效穗数和每穗粒数，同时维持了水稻灌浆结实期的高光效，显著增加了结实率和千粒重。本研究中，BBF的产量为11 233.3 kg/hm2，显著高于其他控释氮肥处理，且与CK 无显著差异。这表明，采用CRU80和CRU120按照1∶1复配适用于中籼杂交稻一次施肥生产，较常规分次施肥可保证稳产的水稻产量。

前人研究表明，稻田NUE受氮肥施用时期显著影响，其中基蘖肥的利用效率显著低于穗肥[7]。这意味着，在相同供氮水平下，随着氮素供应的推迟，水稻的NUE将呈逐渐增加趋势。因此，在控释氮肥中，CRU120表现最高的NUE与其后移集中供氮有关。但值得注意的是，CRU120的后移集中供氮不利于水稻结实率、粒重和产量的提高。此外，CRU80由于前移供氮，因而表现最低的NUE。在控释氮肥处理中，BBF表现为次高的NUE，这与其平衡供氮有关。本研究中BBF的NUE为53.8%，较CK处理显著提高21.0%。这表明采用CRU80和CRU120按照1∶1复配在促进中籼杂交稻丰产的同时，还可以显著增加氮肥利用效率。