新型氮肥對水稻產(chǎn)量養(yǎng)分積累及吸收利用的影響

姚單君,張愛華,楊 爽,吳興洪, 張 欽,王文華*,王培官，劉文啟，古應庭，李克仙

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學院 土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州大學，貴州 貴陽 550025；3. 貴州省貴安新區(qū)高峰鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務中心，貴州 貴安 561108)

【研究意義】水稻作為我國的主要糧食作物之一，一直是農(nóng)業(yè)研究的重點。高效新型肥料的研發(fā)顯得越來越重要，對各種新型肥料的大田肥效驗證試驗也具有必要性?！厩叭搜芯窟M展】為提高糧食產(chǎn)量，稻田生態(tài)系統(tǒng)投入了大量的氮肥，如南方水稻區(qū)超量施氮的農(nóng)戶比例高達60 %～90 %[1-2]。農(nóng)田中超量施入的氮肥通過降雨和灌溉造成農(nóng)業(yè)及農(nóng)村面源污染，氮肥進一步進入湖泊、河流而引發(fā)流域水體富營養(yǎng)化等環(huán)境污染問題[3-4]。如今肥料生產(chǎn)效率降低及由于過量施肥導致超過環(huán)境自身承載力等問題已引起人們的持續(xù)關(guān)注。大量關(guān)于新型肥料的研究表明，新型肥料具有節(jié)肥增效、環(huán)境友好等高效特征[5-8]，能有效增加水稻[9-10]、玉米[10-11]、辣椒[12-13]、馬鈴薯[15]及綠葉蔬菜[16-17]的產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分的吸收利用能力。【本研究切入點】現(xiàn)在市場上新型肥料層出不窮，但針對控失尿素、腐植酸尿素、聚能網(wǎng)尿素、含鋅尿素對貴州地區(qū)水稻產(chǎn)量、生物量及養(yǎng)分吸收利用影響的研究還鮮有報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】以樂優(yōu)58水稻品種為試驗材料，探索新型氮肥對貴州水稻生產(chǎn)及養(yǎng)分吸收積累的影響，并篩選出適宜于貴州稻區(qū)的高效新型氮肥，為水稻種植節(jié)肥增效途徑的研究提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2016年4-9月在貴州省貴安新區(qū)高峰鎮(zhèn)進行，該地屬北半球亞熱帶季風氣候，年均氣溫14.1 ℃，年均降雨量1298 mm。水資源豐富，麻線河、羊昌河橫穿全境，匯入紅楓湖。地勢平坦，土地肥沃，是貴安新區(qū)的主要糧食產(chǎn)區(qū)，素有安順糧倉之稱，高峰鎮(zhèn)的“貢皇”、“福壽”等優(yōu)質(zhì)大米曾獲名牌農(nóng)產(chǎn)品、放心大米等榮譽稱號。供試土壤為黃壤，土壤耕層基本理化性質(zhì)為有機質(zhì)29.3 g/kg，速效氮141.84 mg/kg，有效磷21.2 mg/kg，速效鉀102 mg/kg，pH 5.98。根據(jù)全國第2次土壤普查養(yǎng)分分級標準，土壤肥力水平屬中等。

1.2 試驗材料

供試水稻品種為樂優(yōu)58。

河南心連心化肥有限公司提供的4種新型氮肥，分別為控失尿素(N %為43.2 %)、聚能網(wǎng)尿素(N %為46.4 %)、腐植酸尿素(N %為46 %)和含鋅尿素(N %為43.2 %、Zn %為1.61 %)；普通尿素(N %為46.7 %)、硫酸鋅、過磷酸鈣(P2O5%為12 %)和氯化鉀(K2O %為60 %)在常規(guī)農(nóng)資店購買。

1.3 試驗設(shè)計

試驗在施用等量磷、鉀肥的基礎(chǔ)上，共設(shè)8個處理，分別為：CK1，不施氮；CK2，施普通尿素；A1，施控失尿素；A2，施聚能網(wǎng)尿素；A3，施腐植酸尿素；A4，施含鋅尿素；A5，控失尿素一次性追肥；A6，施普通尿素+等量鋅肥，每個處理3 次重復。各處理肥料用量按N 12 kg/667m2、P2O58 kg/667m2、K2O 8 kg/667m2、ZnSO41.07 kg/667m2(鋅按含鋅尿素等量鋅施用), 各時期施肥比例為，基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3。小區(qū)面積為15 m2(3 m× 5 m)，隨機區(qū)組排列，整地劃小區(qū)后施用基肥，然后移栽水稻，根據(jù)小區(qū)面積，田間移栽密度為220穴/15m2。田間管理按照常規(guī)。

1.4 樣品采集與分析

施肥前采用5點取樣法采集水稻田耕層(0～20 cm)土壤樣品，進行土壤基本理化性質(zhì)分析。土壤pH值按照水土比2.5∶1 pH計法進行測定，土壤有機質(zhì)按重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，速效氮按堿解擴散法-標準酸滴定測定，土壤有效磷按0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀按1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法進行測定。

水稻收獲時對各小區(qū)進行測產(chǎn)，并選擇各小區(qū)具有代表性的5穴水稻植株，取其地上部分，測定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重，并將秸稈和籽粒分別在75 ℃下烘干稱量，粉碎后測定其氮、磷、鉀含量。植株各部位養(yǎng)分含量測定方法為：經(jīng)硫酸-高氯酸消煮法消煮后，全氮采用半微量開氏定氮法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，全鉀采用火焰光度計法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析及處理

試驗數(shù)據(jù)均采用 Excel 2010軟件進行計算處理，利用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析。

肥料偏生產(chǎn)力(PFP，kg/kg)=單位面積作物產(chǎn)量/單位面積施用肥料量(肥料投入量以純養(yǎng)分量計算)

肥料利用率(UE， %)=(施肥區(qū)植株肥料總積累量-不施肥料區(qū)植株肥料總積累量)/肥料總量×100 %(肥料投入量以純養(yǎng)分量計算)

氮素收獲指數(shù)(HIN， %)=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量×100 %

氮素吸收效率(UPEN，kg/kg)=植株地上部分氮素積累量/施氮量

氮肥農(nóng)學效率(AEN，kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素

作物產(chǎn)量構(gòu)成因素之間既相互制約，也存在相互補償?shù)淖饔?，水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素主要包括有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)和千粒重[18]，通過對水稻的各產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定結(jié)果(表1)，相對于CK1，處理A1～A6水稻千粒重和有效穗數(shù)基本在5 %水平上均顯著提高，水稻穗粒數(shù)則只有處理A2～A6有一定

表1 不同施肥處理水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素

注：數(shù)據(jù)為3個重復的平均值±標準差；同列不同的字母分別表示差異達5 %顯著水平(P<0.05)，下同。

Note: Data is 3 repeat average value ± standard deviation; Different letters in the row indicate difference at 5 level significantly(P<0.05).The same as below.

增加。相對于CK2，處理A1～A6水稻穗粒數(shù)基本在5 %水平上顯著提高，水稻千粒重也有明顯增長，水稻有效穗數(shù)則有所減少，但差異不顯著。各施肥處理中，CK2水稻有效穗數(shù)最多，約為211.2萬穗/hm2，較處理A1～A6高5.88 %～15.5 %；處理A4的水稻穗粒數(shù)最高，約為195.09粒/穗，處理A6次之，約為184.74粒/穗，比CK2分別高42.29 %和34.74 %；處理A3千粒重最高，約為42.06 g，在5 %水平上顯著高于CK2。表明，處理A1～A6對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素有不同程度的改善作用，促進水稻的增產(chǎn)。

2.2 水稻產(chǎn)量

從表2可看出，不同的施肥處理對水稻產(chǎn)量的影響顯著(P<0.05)，處理A1～A6水稻產(chǎn)量較CK1和CK2分別增產(chǎn)18.17 %～37.41 %和5.54 %～16.28 %。其中，處理A3的增產(chǎn)率最高，處理A6的次之，相對于CK2增產(chǎn)率分別為16.28 %和10.98 %。水稻產(chǎn)量的形成可分為穗數(shù)形成、粒數(shù)形成以及粒重形成3個階段[18]。將水稻各產(chǎn)量構(gòu)成因素的值與水稻產(chǎn)量作相關(guān)性分析，有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)和千粒重中，只有千粒重與水稻產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(r=0.848)，說明水稻產(chǎn)量受粒重的影響最大。處理A3中粒重補償了水稻在有效穗數(shù)和穗粒數(shù)上的不足，產(chǎn)量最高。

2.3 水稻地上部分生物量

由表3可知，處理A1～A6水稻地上部分生物量較CK1和CK2均有一定程度的提高，其中,處理A6水稻地上部分生物量最高，為130.72 g/穴，處理A3次之，為128.14 g/穴。由此可見，幾種新型氮肥均可增加水稻地上部分的生物量，有利于水稻養(yǎng)分吸收和積累。處理A1>A6水稻籽粒干物質(zhì)量均較CK1和CK2顯著增加，其中處理A3水稻籽粒干物質(zhì)量最高，為84.44 g/穴。處理A6水稻秸稈干物質(zhì)量最高，為50.13 g/穴。從水稻籽粒和秸稈干物質(zhì)量占地上部分干物質(zhì)量的比例看，各部位所占比重順序為籽粒>秸稈，處理A2～A4相較于CK1和CK2有一定提高，說明3種新型氮肥能增加養(yǎng)分在水稻籽粒中的積累，有助于水稻增產(chǎn)。

表2 不同施肥處理的水稻產(chǎn)量

表3 不同施肥處理的水稻地上部分生物量

2.4 水稻地上部分的養(yǎng)分積累量

由圖1可知，氮積累除處理A4外，其余新型氮肥處理水稻地上部分量均相對于處理CK2有所增加，其中處理A1、A3、A5和A6顯著增加，表現(xiàn)為A1>A5>A6>A 3。各處理水稻籽粒氮積累量占地上部分的比重大于秸稈。處理A3水稻籽粒氮積累量最高，為102.6 kg/hm2；處理A1水稻秸稈氮積累量最高，處理A5、A6次之；處理A1～A6水稻地上部分磷積累量較CK2均有一定提高，以處理A5最高，處理A6、A3次之。各處理水稻籽粒磷積累量占地上部分比重大于秸稈所占比重。處理A3水稻籽粒磷積累量最高，為8.88 kg/hm2，處理A6次之，為8.26 kg/hm2。處理A5水稻秸稈氮積累量最高，處理A1、A6次之；在鉀的積累上，處理A1～A6水稻地上部分鉀積累量較CK2也均有一定提高，以處理A6最高，處理A1、A3次之。除處理A3外，其余處理水稻籽粒鉀積累量占地上部分的比重小于秸稈所占比重。處理A3籽粒鉀積累量最高，為118.4 kg/hm2，處理A6秸稈鉀積累量最高，處理A1次之。

綜合比較，處理A1、A3、A5和A6均能較好地促進水稻地上部分氮、磷、鉀的吸收和積累，但處理A1、A5和A6水稻的氮、磷、鉀更多的積累在水稻秸稈中，而處理A3則更多的積累在籽粒中，提升了水稻的產(chǎn)量和品質(zhì) 。

2.5 水稻的養(yǎng)分吸收利用效果

從表4可知，在氮的吸收利用上，處理A1～A6水稻的氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學效率均高于CK2，以處理A3的最高，分別較CK2高16.29 %和106 %。處理A1、A3、A5、A6氮肥利用率顯著高于處理CK2。處理A2、A3、A4的水稻氮素收獲指數(shù)相對于CK2也有一定增加，其中處理A3為最高。在磷的吸收利用上，處理A1～A6除磷素收獲指數(shù)外，各指標相對于CK2均有所增加，其中處理A5水稻的磷素吸收效率最高，處理A6、A3次之，處理A3水稻的磷肥偏生產(chǎn)力最高；水稻磷素收獲指數(shù)僅處理A3、A4高于CK2。在鉀的吸收利用上，除鉀素收獲指數(shù)外，處理A1～A6各指標均高于CK2，以處理A6的鉀素吸收效率最高，處理A1、A3次之，處理A3的鉀肥偏生產(chǎn)力最高；處理A2、A3、A4的鉀素收獲指數(shù)相對于CK2有所增加，處理A3最高。

綜合比較，相對處理CK2，施用新型氮肥都能在一定程度上促進水稻氮、磷、鉀的吸收利用，以處理A3的效果最佳，說明其可有效促進水稻對養(yǎng)分的吸收利用，增加水稻產(chǎn)量，提高水稻品質(zhì)。

圖1 不同施肥處理水稻地上部分氮、磷、鉀的積累量Fig.1 The nutrient accumulation of N, P and K of aboveground rice with different fertilization treatment

處理Treatment利用率(%)Utilization ratio偏生產(chǎn)力(kg/kg)Partial productivity收獲指數(shù)(%)Harvest index吸收效率(%)Absorption efficiency農(nóng)學效率(kg/kg)Agronomic efficiency氮CK1-----CK221.58±1.93b40.65±2.62c67.21±1.11ab0.75±0.02b6.25±1.21cA130.72±1.27a42.91±0.99bc63.61±1.34c0.85±0.01a8.50±0.89bcA221.62±0.75b43.99±1.32abc67.92±0.39a0.75±0.01b9.59±0.91abcA328.46±3.00a47.27±0.90a69.28±0.74a0.82±0.03a12.87±1.10aA420.86±2.65b43.52±1.57bc69.19±2.55a0.75±0.03b9.12±1.05bcA530.02±2.09a44.04±0.55abc64.52±0.21bc0.84±0.05a9.64±0.56abcA629.37±5.08a45.12±2.04ab64.40±1.90bc0.83±0.02a10.72±1.48ab磷CK1-----CK2-60.98±3.93c74.33±1.69ab0.087±0.01b-A1-64.36±1.48bc67.50±3.04cd0.097±0.01ab-A2-65.99±1.98abc73.27±1.18ab0.089±0.00b-A3-70.91±1.35abc75.04±0.52a0.099±0.01ab-A4-65.29±2.35ab74.68±2.37a0.088±0.01b-A5-66.06±0.82abc63.71±2.25d0.103±0.00a-A6-67.68±3.06ab69.27±3.69bc0.099±0.00a-鉀CK1-----CK2-60.98±3.93c46.97±0.97bc1.59±0.05de-A1-64.36±1.48bc44.50±1.60c1.88±0.03b-A2-65.99±1.98abc48.05±0.25b1.72±0.06cd-A3-70.91±1.35a52.71±0.70a1.87±0.04b-A4-65.29±2.35bc47.09±1.34bc1.61±0.01de-A5-66.06±0.82abc45.75±0.32bc1.83±0.06bc-A6-67.68±3.06ab38.75±0.57d2.02±0.05a-

3 結(jié)論與討論

施肥作為有效的作物增產(chǎn)手段，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著十分重要的角色[14]。新型高效肥料的施用有利于減少農(nóng)戶生產(chǎn)成本，增加收益，同時也可以減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。研究結(jié)果顯示，相對于普通尿素，施用新型氮肥可以改善水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素，從而增加水稻產(chǎn)量，這與前人的研究一致[19-21]。腐殖酸尿素處理的增產(chǎn)效果最好，增產(chǎn)率達到16.28 %，普通尿素+等量鋅肥處理次之，增產(chǎn)率為10.98 %。有研究表明，腐植酸能夠有效活化土壤中的養(yǎng)分、促進作物生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量和肥料利用率等[22]。將水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量作相關(guān)性分析結(jié)果表明，千粒重與水稻產(chǎn)量有顯著的正相關(guān)性，說明腐植酸尿素處理中粒重補償了水稻在有效穗數(shù)和穗粒數(shù)上的不足，導致產(chǎn)量最高增加。

作物生長發(fā)育是干物質(zhì)與養(yǎng)分不斷積累的過程，干物質(zhì)與養(yǎng)分積累是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[23-24]。各新型氮肥處理較普通尿素均提高了水稻地上部分的生物量，同時顯著增加了水稻籽粒的生物量，在促進水稻對養(yǎng)分積累和吸收的同時使養(yǎng)分更多地積累在水稻籽粒當中，其中腐殖酸尿素處理水稻籽粒生物量最高，較普通尿素處理高17.36 %，普通尿素+等量鋅肥處理次之，增加了12 %。

相對于普通尿素處理，各新型氮肥處理均可有效提升水稻籽粒中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，其中腐植酸尿素處理籽粒中的氮、磷、鉀積累量最高，分別較普通尿素處理高12.4 %、13.7 %和32.01 %。有研究表明，氮素能夠增加水稻蛋白質(zhì)和氨基酸含量，從而改善水稻的品質(zhì)[25]?？厥蛩亍⒖厥蛩匾淮巫贩屎推胀蛩?等量鋅肥處理可有效促進水稻秸稈吸收積累氮、磷、鉀，茁壯植株，增強水稻抗性。

新型氮肥處理與普通尿素處理相比，能從各個方面提高水稻對養(yǎng)分的吸收利用。其中腐植酸尿素處理能更有效增強水稻養(yǎng)分吸收利用的各個指標，相對于普通尿素處理，氮肥利用率提高31.88 %，氮肥農(nóng)學效率提高105.92 %。按照氮、磷、鉀的順序，肥料偏生產(chǎn)力分別提高16.29 %、16.28 %、16.28 %；養(yǎng)分收獲指數(shù)分別提高3.08 %、0.96 %、12.22 %；養(yǎng)分吸收效率分別提高9.33 %、13.79 %、17.61 %。

綜上所訴，幾種新型氮素處理均能有效增加水稻產(chǎn)量，從各個方面提高水稻的養(yǎng)分吸收與利用，其中腐植酸尿素處理肥料施用量綜合效應最好，是幾種新型肥料中效果最好的處理，減少氮素流失，促進植株增產(chǎn)，增強作物抗性，提升籽粒品質(zhì)。