江蘇單季粳稻對新型氮肥減量減次施用的適宜性分析

朱德進， 寧運旺， 王會方， 黃 卉， 張 輝， 馬洪波， 張永春

(1.江蘇省泰州市姜堰區(qū)耕地質(zhì)量保護站，江蘇泰州 225500；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部江蘇耕地保育科學(xué)觀測實驗站，江蘇南京 210014)

江蘇是我國粳稻種植大省，也是高產(chǎn)省，種植面積和總產(chǎn)分別占全國的20%和30%左右。然而，江蘇粳稻種植的化肥投入也高居全國首位。據(jù)一般估計，其氮肥投入在250～300 kg/hm2之間，而據(jù)筆者最近的一項調(diào)查，2013—2015年江蘇省粳稻的氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)平均施用量分別為(23.9±6.9)、(5.6±2.6)、(5.3±3.6) kg/hm2(n=1 333)，其中蘇南地區(qū)分別為(21.6±8.0)、(5.6±2.2)、(6.5±4.0) kg/hm2(n=568)，區(qū)域差異非常大，遠高于全國平均和發(fā)達國家投入水平，對生態(tài)環(huán)境危害大，化肥尤其是氮肥減量勢在必行。

我國化肥減量須在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)前提下進行，任何減肥措施水稻吸收的養(yǎng)分不會減少，因此在其他條件一致時化肥減量只能從培肥土壤和提高肥料利用率2條途徑入手。大量研究表明，新型化肥對提高化肥利用率有明顯促進作用[1-4]，推廣應(yīng)用新型化肥是實現(xiàn)我國化肥施用零增長乃至減量的重要途徑之一，并被寫入2013年中央一號文件。按照肥料養(yǎng)分釋放特性分類，新型化肥分為三大類型，即緩釋肥、控釋肥和穩(wěn)定性肥料[5]。我國新型化肥近10年發(fā)展較快，據(jù)不完全統(tǒng)計，截至 2015 年緩控釋肥產(chǎn)能達550萬t、穩(wěn)定性肥料產(chǎn)能達330萬t。但與此同時，2015 年我國緩控釋肥消費量僅為 330萬t，穩(wěn)定性肥料消費量也僅在 200 萬t左右，呈現(xiàn)供大于求局面[6]。其主要原因有：(1)我國新型化肥90%以上用于大田作物，應(yīng)用新型化肥產(chǎn)生的低收益與肥料的高價位不匹配。(2)由于作物品種和土壤等條件的差異，新型化肥應(yīng)用本身仍存在肥效不穩(wěn)的問題，一些主要產(chǎn)品在推廣應(yīng)用于主要作物如水稻時仍不能給予明確的技術(shù)規(guī)范，制約了新型化肥的發(fā)展。

江蘇單季粳稻施肥次數(shù)一般在3～5次之間，施肥頻繁、勞動強度大，如能實行新型化肥輕簡化應(yīng)用，減少用量和施肥次數(shù)并行，將對新型化肥的推廣應(yīng)用有較大幫助。本研究以江蘇單季粳稻為研究對象，選擇目前我國常見的幾種主要類型新型氮肥，同時在江蘇溧陽和姜堰開展田間試驗，比較不同類型新型氮肥的減量、減次施用效果，分析不同類型新型氮肥在江蘇單季粳稻區(qū)的適宜性，以期為新型氮肥的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

2016年6—10月同時在江蘇省溧陽市南渡鎮(zhèn)和泰州市姜堰區(qū)梁徐鎮(zhèn)開展2個水稻田間小區(qū)試驗。溧陽試驗土壤為太湖地區(qū)典型圩區(qū)酸性水稻土，土壤類型為青泥土，小區(qū)試驗土壤基本理化性狀：pH值為5.14，含有機質(zhì)18.3 g/kg、堿解氮77.0 mg/kg、有效磷14.0 mg/kg、速效鉀128 mg/kg。大區(qū)試驗土壤基本理化性狀：pH值為5.20，含有機質(zhì) 17.8 g/kg、堿解氮84 mg/kg、有效磷19.5 mg/kg、速效鉀 108.0 mg/kg。姜堰試驗土壤為長江三角洲平原中性水稻土，土壤類型為青泥土，基本理化性狀：pH值為7.08，含有機質(zhì)20.5 g/kg、堿解氮 146.6 mg/kg、有效磷29.9 mg/kg、速效鉀89.5 mg/kg。

1.2 試驗肥料

選擇緩釋氮肥、控釋氮肥和穩(wěn)定性氮肥為試驗肥料，以普通尿素為對照。其中，緩釋氮肥選擇脲甲醛和草酰胺2個品種，含氮量分別為38.0%和31.8%；控釋氮肥選擇含氮量37%的硫包衣尿素和含氮量44%的樹脂包膜尿素；穩(wěn)定性氮肥選擇尿素+硝化抑制劑(DCD)；對照用氮肥為含氮量46.2%的普通尿素。氮肥習(xí)慣用量根據(jù)調(diào)查獲得，為 330 kg/hm2，推薦氮肥用量和運籌根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門的推薦確定，為270 kg/hm2。

1.3 試驗方案

水稻常規(guī)施肥為3次施肥(基肥-分蘗肥-拔節(jié)孕穗肥)，其中基肥施用的氮肥來源與處理內(nèi)容一致，分蘗肥和拔節(jié)孕穗肥均為普通尿素。磷鉀肥一次基施，分別為P2O560 kg/hm2和K2O 6.4 kg/hm2，磷鉀肥品種分別為過磷酸鈣和氯化鉀。表1為不同類型氮肥的減量減次試驗方案，氮肥減量建立在習(xí)慣用量基礎(chǔ)上，溧陽和姜堰的新型氮肥試驗分別省略分蘗肥和拔節(jié)孕穗肥。

小區(qū)試驗面積均為30 m2(5 m×6 m)，4次重復(fù)，小區(qū)之間用塑料薄膜包埂隔離。溧陽小區(qū)試驗于7月2日人工移栽，移栽株行距13.3 cm×25 cm，品種為南粳51。姜堰小區(qū)試驗于6月18日人工移栽，株行距13.9 cm×25 cm，品種為南粳9108。除施肥外，病蟲草害防治和水分管理均一致。

表1 新型氮肥減量減次施用試驗方案

1.4 查苗和考種

于水稻分蘗末期(水稻起身前)，在每個小區(qū)選取長勢中等的連續(xù)5株，定點標(biāo)記后查莖蘗總數(shù)和有效分蘗數(shù)(大于3.5張葉的分蘗)。收獲前將定點苗齊地割取，晾干后考察植株和子粒鮮質(zhì)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量。小區(qū)取樣后人工收獲實產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2016處理和作圖，SPSS 13.0分析。選擇氮肥農(nóng)學(xué)效率[7]和偏生產(chǎn)力[8]用于比較不同類型氮肥的肥料效率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型氮肥減量減次(分蘗肥)施用的效果比較(溧陽)

普通尿素習(xí)慣用量的基礎(chǔ)上減量18.2%，水稻僅減產(chǎn)1.8%，無統(tǒng)計差異。氮肥減量前提下減次施用新型氮肥(省略分蘗肥)，3種類型的新型氮肥均可使水稻保持穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)。表2顯示，氮肥用量一致(270 kg/hm2)時，緩釋氮肥(脲甲醛和草酰胺)、控釋氮肥(硫包膜尿素和樹脂包膜尿素)、穩(wěn)定性氮肥(普通尿素+DCD)和普通尿素處理的水稻籽粒產(chǎn)量均無顯著差異(P>0.05)，總體以緩釋氮肥的效果最好，增產(chǎn)2.2%～7.0%；穩(wěn)定性氮肥次之，增產(chǎn)4.5%；控釋氮肥效果一般，增產(chǎn)-3.4%～1.1%。表明在溧陽酸性水稻土上，以草酰胺和添加硝化抑制劑尿素減量減次施用的效果最好。

水稻籽粒產(chǎn)量由有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量組成，分別形成于水稻生長前期(分蘗期)、中期(揚花期)和后期(灌漿期)，肥料養(yǎng)分協(xié)同供應(yīng)才能獲得高產(chǎn)。本試驗條件下省略分蘗肥時，草酰胺和添加硝化抑制劑尿素處理的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均較高，表明其前中后期養(yǎng)分供應(yīng)均表現(xiàn)較為充足；硫包膜尿素處理的有效穗數(shù)明顯較低，顯示其前期養(yǎng)分供應(yīng)不足；樹脂包膜尿素的千粒質(zhì)量顯著低于其他肥料，后期養(yǎng)分供應(yīng)不足；脲甲醛處理的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)均明顯低于其他處理，前中期養(yǎng)分供應(yīng)均不足(表2)。

進一步分析顯示，除無氮處理外，本試驗條件下不同氮肥產(chǎn)量差異主要來源于千粒質(zhì)量。如圖1所示， 水稻籽粒實產(chǎn)與千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)(df=26，r2=0.158 5，P<0.05)，與有效穗數(shù)(r2=0.009 1，P>0.05)和穗粒數(shù)(r2=0.052 8，P>0.05)均無相關(guān)。而與此同時，千粒質(zhì)量又與穗粒數(shù)呈顯著負相關(guān)(r2=0.159，P<0.05)，與有效穗數(shù)(r2=0.048 5，P>0.05)無相關(guān)(圖2)。進一步表明，在溧陽酸性水稻土上省略分蘗肥時，不同類型氮肥的中后期養(yǎng)分協(xié)同供應(yīng)能力對水稻產(chǎn)量形成更為重要，草酰胺和添加硝化抑制劑尿素處理在本試驗條件下的適宜性更好。

表2 不同類型氮肥減量減次施用的籽粒實產(chǎn)及產(chǎn)量組成(溧陽)

2.2 不同類型氮肥減量減次(拔節(jié)孕穗肥)施用的效果比較(姜堰)

普通尿素習(xí)慣用量的基礎(chǔ)上減量18.2%，水稻籽粒實產(chǎn)反而微增0.6%，無統(tǒng)計差異。氮肥減量前提下減次施用新型氮肥 (省略拔節(jié)孕穗肥)時，3種類型的新型氮肥的表現(xiàn)不盡相同。表3顯示，氮肥用量(270 kg/hm2)一致時，以穩(wěn)定性氮肥(普通尿素+DCD)減次施用的水稻籽粒實產(chǎn)最高，比普通尿素處理增產(chǎn)3.5%；控釋氮肥(硫包膜尿素和樹脂包膜尿素)效果一般，比普通尿素推薦用量處理減產(chǎn)0～4.6%；緩釋氮肥(脲甲醛和草酰胺)效果較差，比普通尿素推薦用量處理減產(chǎn)2.9%～6.9%。表明在姜堰中性水稻土上，以添加硝化抑制劑尿素減量減次施用的效果最好。

從水稻籽粒產(chǎn)量組成來看，本試驗條件下，普通尿素添加DCD處理的有效穗數(shù)最高、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量較高，表明其前中后期養(yǎng)分供應(yīng)均表現(xiàn)較為充足；硫包膜尿素處理的有效穗數(shù)明顯較低，顯示前期養(yǎng)分供應(yīng)不足；樹脂包膜尿素的穗粒數(shù)低于其他肥料，中期養(yǎng)分供應(yīng)不足；草酰胺和脲甲醛處理的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均處于中等水平，全生育期養(yǎng)分供應(yīng)均不足(表3)。

進一步分析顯示，除無氮處理外，不同氮肥產(chǎn)量差異主要來源于有效穗數(shù)。如圖3所示，水稻籽粒實產(chǎn)與有效穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)(df=26，r2=0.402 8，P<0.01)，與穗粒數(shù)(r2=0.000 03，P>0.05)和千粒質(zhì)量(r2=0.035 6，P>0.05)均不顯著相關(guān)。而與此同時，有效穗數(shù)又與分蘗末期有效分蘗數(shù)呈極顯著正相關(guān)(r2=0.338 5，P<0.01)，與穗粒數(shù)呈極顯著負相關(guān)(r2=0.445 5，P<0.01)(圖4)。進一步表明，對于姜堰中性水稻土，省略拔節(jié)孕穗肥時，不同類型氮肥的前中期養(yǎng)分協(xié)同供應(yīng)能力對水稻產(chǎn)量的形成更為重要，添加硝化抑制劑尿素處理在本試驗條件下的適宜性更好。

表3 不同類型氮肥減量減次施用的籽粒實產(chǎn)及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)(姜堰)

2.3 不同類型氮肥減量減次施用的氮肥效率比較

氮肥農(nóng)學(xué)效率是指單位施氮量所增加的作物籽粒產(chǎn)量，是肥料增產(chǎn)效應(yīng)的普遍評價指標(biāo)，氮肥偏生產(chǎn)力是指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量，是針對我國肥料投入量大的適宜評價指標(biāo)[8]。表4所示，與普通尿素習(xí)慣用量比較，減量18.2%的推薦施肥氮肥農(nóng)學(xué)效率可提高11.2%～12.2%(P<0.05)，氮肥偏生產(chǎn)力提高19.9%～22.9% (P<0.05)。而在相同氮肥用量條件下，使用新型氮肥減次施用(省略拔節(jié)孕穗肥，溧陽)時，不同類型新型氮肥的農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力都比普通尿素有所增加，其中以草酰胺表現(xiàn)最好，分別增加34.0% (P<0.05)和6.9% (P<0.05)，添加硝化抑制劑尿素次之，分別增加21.5% (P<0.05)和4.4% (P>0.05)；省略分蘗肥(姜堰)時，只有添加硝化抑制劑尿素和樹脂包膜尿素的農(nóng)學(xué)效率比普通尿素有所增加，分別提高21.4% (P<0.05)和7.0% (P>0.05)，同時也僅有添加硝化抑制劑尿素的氮肥偏生產(chǎn)力比普通尿素有所增加，提高3.7%(P>0.05)，這一結(jié)果再次印證了前述分析(即在溧陽酸性水稻土上省略分蘗肥時，以草酰胺和添加硝化抑制劑尿素的減量減次效果較好；在姜堰中性水稻土上省略拔節(jié)孕穗肥時，以添加硝化抑制劑尿素的減量減次效果較好)。

表4 不同類型氮肥減量減次施用的氮肥效率

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著。

3 討論

緩釋氮肥、控釋氮肥和穩(wěn)定性氮肥等新型氮肥在提高肥料效率上的作用已經(jīng)得到普遍認可[9-10]，其對水稻增效、減量的效果也已被很多研究證實[1-4]。本研究結(jié)果也顯示，新型氮肥減量施用可在穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)前提下顯著提高其農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力(表4)。但筆者認為僅憑“減量”和“增效(提高氮肥效率)”尚不足為新型肥料的推廣應(yīng)用帶來關(guān)鍵助益，因為即使總施氮量減少60 kg/hm2(對江蘇水稻而言約相當(dāng)于提高氮肥效率20%)，其減少的肥料成本也難以與新型氮肥的高價相匹配；而且對江蘇而言，許多地方的習(xí)慣施肥本身就過量了[11]，使用普通肥料、通過平衡施肥等推薦施肥手段也可以使肥料用量大幅減少、氮肥效率明顯增加[12-13]，本研究結(jié)果也表明，與普通尿素習(xí)慣用量比較，在水稻產(chǎn)量不減少情況下，普通尿素推薦用量也可減少肥料用量18.2%(表2和表3)，并可顯著提高其氮肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力(表4)。

“增效”和“減量”并不能完全體現(xiàn)新型化肥的特性和優(yōu)勢。新型氮肥或以其為主要原料生產(chǎn)的復(fù)合肥，其主要特性是肥料養(yǎng)分能長時間保持有效，一次施肥幾乎能在一般作物的全生育期內(nèi)都有釋放；而與此同時，江蘇水稻種植除了氮肥施用量大的問題外，施肥次數(shù)多、勞動強度大與勞動力緊張的矛盾也很突出，因此只有減少施肥次數(shù)、甚至實行一次性施肥，在推廣新型氮肥時配套輕簡化技術(shù)，才能完全發(fā)揮新型化肥的獨特優(yōu)勢，這既是水稻種植者們的需求，也是很多從事新型氮肥或相關(guān)業(yè)者的共同目標(biāo)，近20年來也一直受到關(guān)注[14-16]。但由于肥料種類、土壤質(zhì)地以及種植環(huán)境等多方因素的影響，有研究顯示一次施肥在部分地區(qū)會導(dǎo)致作物減產(chǎn)[17]，本研究結(jié)果也表明，在姜堰中性水稻土上實行水稻減次施肥時，除添加硝化抑制劑的穩(wěn)定性氮肥和樹脂包膜尿素外，使用硫包膜尿素、脲甲醛和草酰胺均可導(dǎo)致水稻減產(chǎn)(表3)。而在溧陽酸性水稻土上的試驗結(jié)果則顯示，除樹脂包膜尿素外，其余4種新型氮肥均可保持水稻穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)(表2)。在推廣水稻1次或減次施肥時，必須結(jié)合具體種植環(huán)境具體研究分析，這也可能是一些以新型氮肥為主要原料的復(fù)合肥不能明確減次施用并導(dǎo)致市場上迄今尚未出現(xiàn)針對水稻可以減次施用的大面積應(yīng)用肥料產(chǎn)品的原因。

4 結(jié)論

本研究根據(jù)不同類型的5種新型氮肥在江蘇2種典型水稻土種植單季粳稻的表現(xiàn)，給出以下建議：(1)江蘇單季粳稻的習(xí)慣施氮用量本身較高，存在較大的“減量”空間。(2)以推薦用量為基礎(chǔ)，新型氮肥可以實現(xiàn)“減次”施用，但不同的新型氮肥在不同的種植環(huán)境中有不同的表現(xiàn)。(3)溧陽酸性水稻土上使用草酰胺和添加硝化抑制劑尿素省略分蘗肥、姜堰中性水稻土上使用添加硝化抑制劑尿素省略拔節(jié)孕穗肥，均可保證水稻生長的前期、中期、后期養(yǎng)分協(xié)調(diào)供應(yīng)，使有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量都保持較高水平，產(chǎn)量比普通尿素提高3.5%～7.0%，氮肥效率也顯著提高。