肥料配施對水稻、油菜產(chǎn)量和土壤氮含量的影響

曹雪仙， 陳曉萍， 陳文偉

(天臺縣農(nóng)業(yè)技術推廣總站，浙江 臺州 317200)

水稻-油菜輪作體系是中國長江下游地區(qū)主要種植方式之一，施用氮肥是提高其單產(chǎn)水平的重要措施。為滿足高產(chǎn)作物需肥規(guī)律的要求，目前在水稻和油菜生產(chǎn)中，氮肥施用模式通常是在基肥的基礎上再追2～3次速效氮肥[1-5]，該模式不但增加了施肥的勞動強度和成本，而且也與當前中國農(nóng)村勞動力短缺的現(xiàn)實相違背。采用各種高分子材料在速效氮肥外表進行包膜后制成的緩控釋氮肥在實際應用中由于肥效期長，養(yǎng)分釋放速率與作物的需肥規(guī)律基本相吻合[1]，針對糧食主產(chǎn)區(qū)水稻-油菜輪作中農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與技術發(fā)展現(xiàn)狀，結合新型肥料研究水稻-油菜輪作體系簡化施肥技術對持續(xù)提高水稻和油菜作物產(chǎn)量、降低勞動力成本，保障國家的糧食安全具有重要意義。金丹丹等[2]報道了緩控釋肥對濱海鹽堿地區(qū)水稻產(chǎn)量及氮代謝的影響；姬景紅等[3]、侯紅乾等[4]分別報道了黑龍江地區(qū)水稻和江西省雙季稻產(chǎn)量和氮素利用率的影響；王小波等[5]對自制的4種不同材料包膜尿素對油菜生長效應及品質(zhì)效應影響進行了研究。諸多研究表明，緩控釋肥料是可提高肥料利用率的技術物化產(chǎn)品[2-5]。然而不同區(qū)域種植品種、氣候條件、土壤背景值及其農(nóng)藝制度差異較大，有關新型肥料對水稻-油菜輪作體系產(chǎn)量和氮肥利用率影響方面的研究應結合區(qū)域特性開展。而且以緩控釋氮肥與速效化學氮肥在不同作物生長期配施開展的水旱輪作體系簡化施肥模式研究則鮮見報道。為此，本研究在浙江省天臺縣，以兩熟制高產(chǎn)田所采用的氮肥用量(405 kg·hm-2)和施肥模式(尿素一基二追)為對照，研究緩控釋氮肥與速效性氮肥不同生長期配施對水稻和油菜產(chǎn)量、地上部氮素積累量、氮肥效率和土壤有效氮變化等指標的影響，以期為緩控釋肥料的應用效果研究和水稻-油菜輪作體系施肥技術環(huán)節(jié)簡化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究于2019和2020年在浙江省臺州市天臺縣白鶴鎮(zhèn)天宮村(29°11′40″N，120°58′18″E)進行。試驗地區(qū)地貌以低山、丘陵為主。氣候?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L氣候區(qū)，又因四周山體環(huán)繞，中間低平，因而小區(qū)域氣候特征顯著，帶有一定的盆地氣候特征。年平均氣溫16.8 ℃，年降水量1 300～1 600 mm，年無霜期238 d，年日照時數(shù)1 875.3 h。試驗地塊農(nóng)田排灌便利，土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，土壤粒徑≤0.002 mm的占4.49%，其耕層土壤(0～20 cm)基本理化性狀：pH 5.66、有機質(zhì)23.4 g·kg-1、全氮1.49 g·kg-1、堿解氮122.4 mg·kg-1、有效磷18.9 mg·kg-1、速效鉀60.6 mg·kg-1。

1.2 處理設計

試驗共設6個處理：CK，不施肥；CK1，氮肥供應全部采用普通尿素，輪作周期不同時期氮肥采用一基二追的常規(guī)施肥模式，即水稻基施40%+分蘗期40%+孕穗期20%+油菜基肥40%+苗期40%+蕾薹期20%；T1，氮肥全做基肥，氮肥供應全部采用緩釋肥一次性基施；T2，氮肥全做基肥，其中80%來源于緩釋肥，20%來源于尿素；T3，氮肥中基肥中80%來源于緩釋肥，分蘗肥(油菜苗期)追肥中20%來源于尿素；T4，氮肥中基肥中80%來源于緩釋肥，孕穗拔節(jié)期(油菜蕾薹期)追肥中20%來源于尿素。每個處理重復3次，共18個小區(qū)，每個小區(qū)面積32 m2，隨機區(qū)組排列。各處理田塊間設置塑料薄膜包裹田埂，單排單灌，避免串灌串排，試驗區(qū)域外圍設置保護行，各小區(qū)其他田間管理措施一致。

稻季氮肥(N)、磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)施用量分別為225、70和87.75 kg·hm-2；油菜季分別為180、42和112.5 kg·hm-2。磷、鉀肥作基肥一次性施入。氮肥用尿素(N 46%)，磷肥用鈣鎂磷肥(P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(K2O 60%)，緩控釋氮肥由中國-阿拉伯化肥有限公司生產(chǎn)的可降解水溶性聚氨脂包裹尿素緩控釋肥，含氮44.5%，氮肥釋放曲線為S型，控釋期60 d，28 d的養(yǎng)分累積釋放率約為60%。

田間管理按當?shù)爻Ｒ?guī)栽培措施進行。試驗地為冬閑地，水稻于2019年5月17日播種，6月17日移栽，10月3日收獲，水稻品種為嘉豐優(yōu)2號。油菜于2019年10月12日播種，10月21日移栽，翌年5月20日收獲，供試油菜品種為浙油50號。

1.3 取樣與分析

采用手工收獲，將地上部生物量全部移除，田間清理干凈，只留下不到3 cm的作物茬，籽粒和秸稈產(chǎn)量來源于整個小區(qū)。收獲的同時采集有代表性植株樣品，經(jīng)烘干、粉碎后用于植株養(yǎng)分分析。利用直徑5 cm不銹鋼中空鉆采樣，采樣深度為0～20 cm，每個小區(qū)隨機采3個樣點，并制成混合土樣盛于塑料袋帶回實驗室自然風干后，用于土壤養(yǎng)分分析。

土壤、植株中各養(yǎng)分含量都按土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法測定[6]。其中有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，水解性氮采用堿解擴散法，有效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計法，pH值采用電位法(水土比例1∶2.5)；植株經(jīng)硫酸-過氧化氫消煮，采用半微量蒸餾法測氮。

1.4 數(shù)據(jù)處理

肥料增產(chǎn)貢獻率是指由于肥料施用而使作物提高的產(chǎn)量在總產(chǎn)中的比例。本文中肥料增產(chǎn)貢獻率是指施肥處理與不施肥處理(CK)籽粒產(chǎn)量差值占施肥處理籽粒產(chǎn)量的百分數(shù)。

肥料利用率是反映肥料投入與作物生長關系的重要指標，本文通過對作物內(nèi)部利用率[7]、偏生產(chǎn)力[8]和累積利用率[9]指標的分析來評價長期氮肥施用的效率。

氮素內(nèi)部效率[7]是指作物籽粒產(chǎn)量與地上部吸氮量的比值，它表示作物每吸收單位氮素所獲得的產(chǎn)量。

氮肥偏生產(chǎn)力[8]，它是指單位投入的氮肥所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量。

氮素累積利用率反映了作物對施入土壤中肥料氮的回收效率[9]。

1.5 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行整理和制圖，并采用SAS統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結果與分析

2.1 產(chǎn)量

水稻和油菜施肥均有顯著增產(chǎn)效果(表1)。與不施肥處理相比(CK)，施肥水稻和油菜分別增產(chǎn)3 772～5 551 kg·hm-2和1 093～1 770 kg·hm-2。兩季作物不施肥處理產(chǎn)量占施肥處理平均產(chǎn)量的63.9%，水稻和油菜季分別為66.5%和52.6%。這說明施肥增產(chǎn)貢獻率為36.1%，水稻和油菜季分別為33.5%和47.4%，旱季高于水季。

表1 不同施肥處理下水稻、油菜籽粒產(chǎn)量的影響

在水稻季，盡管常規(guī)一基二追的施肥模式(CK1)水稻籽粒產(chǎn)量最高，但與施緩釋氮肥4個處理間沒有顯著差異。油菜季，以T4產(chǎn)量最高，比CK1高20.6%；T3處理其次，增產(chǎn)幅度為15.9%；T1和T2與CK1無顯著差異。這說明緩釋氮肥一次施用或與普通尿素不同時間配施可以達到常規(guī)一基二追的施肥效果，尤其在旱季優(yōu)勢更明顯。

2.2 籽粒、秸稈氮含量和吸氮量

在水稻季，盡管T2和T3處理的籽粒氮含量比CK高8.88%，但施肥處理間并沒有顯著差異(表2)。而在油菜季，T1和T4油菜籽粒氮含量比CK1高11.5%和12.3%，但與T2和T3處理間并沒有顯著差異。無論是水稻還是油菜，秸稈氮含量施肥處理間均沒有顯著變化。

表2 不同施肥處理對水稻、油菜籽粒和秸稈含氮量的影響

施肥顯著增加了水稻和油菜對氮的累積(表3)。無論是水稻還是油菜，施肥處理籽粒和秸稈吸氮量顯著高于不施肥。在水稻季，T3籽粒吸氮量與CK1相似，但T1、T2和T4卻比CK1分別顯著低25.2%、15.5%和14.1%。與CK1相比，施緩控釋氮肥水稻秸稈吸氮量沒有顯著變化。在油菜季，與CK1相比，T2、T3和T4油菜籽粒吸氮量分別顯著提高了24.4%、16.4%和34.7%，但T1吸氮量與CK1相似。T3和T4油菜秸稈吸氮量與CK1和T2沒有顯著差異，但顯著高于T1。

表3 不同處理對水稻、油菜地上部吸氮量的影響

水稻-油菜輪作地上部吸氮量增加了51.1%～77.0%，水稻和油菜季分別增加了38.0%～61.7%和81.0%～119.8%。與CK1相比，水稻季T2和T3地上部吸氮量沒有顯著差異，T1和T4處理的地上部吸氮量顯著下降；油菜季，T2、T3和T4處理的地上部吸氮量顯著增加，而T1地上部吸氮量無顯著差異。

從輪作周期考慮(表4)，T2、T3和T4的地上部吸氮量與CK1相比無顯著差異；而T1比T3和T4分別降低17.2%和12.3%。

2.3 氮素表觀平衡

由于作物對氮素不斷的吸收，造成在一年兩熟水旱輪作系統(tǒng)中不施肥(CK)的土壤每年氮素虧缺228.7 kg·hm-2(表4)，主要來源于稻季(表2)。盡管施氮肥緩解了土壤氮素不足，但T3處理每年還虧缺4 kg·hm-2，這主要是因為稻季水稻吸氮量(279 kg·hm-2)遠遠高于施氮量(225 kg·hm-2)。除了T3處理，其他施肥處理土壤氮素均有盈余，尤其是T1處理盈余量最高，為55.7 kg·hm-2，其他依次是CK1、T2和T4。T3的兩季氮素累積利用率與T2、T4和CK1相似，比T1的顯著高17.2%。這說明在作物生長期追施氮肥能促進作物對氮素的吸收和累積，尤其是在前期施緩釋氮肥前提下。

表4 稻油輪作系統(tǒng)氮素表觀平衡與氮肥累積利用率

2.4 氮素內(nèi)部效率

在水稻季，CK、CK1、T1、T3和T4處理氮素內(nèi)部效率沒有顯著差異(表5)，而T2顯著低于CK、CK1和T4；在油菜季，CK、CK1和T3處理間氮素內(nèi)部效率沒有顯著差異，但CK顯著高于T1、T2和T4。

表5 不同處理對水稻-油菜氮素內(nèi)部效率的影響

2.5 土壤水解性氮

種植兩季作物之后，T1土壤中水解性氮含量最高，為138 mg·kg-1，與CK1和T2沒有顯著差異，但顯著高于T3處理(圖1)。T3與T4土壤中水解性氮含量沒有顯著差異。

柱上無相同小寫字母表示組間在5%水平上差異顯著。圖1 施肥對土壤水解性氮的影響

3 討論

為適應當前農(nóng)村大量勞動力轉(zhuǎn)移出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域和勞動力成本大幅提高的現(xiàn)實需要，應用緩控釋氮肥是實現(xiàn)科學施肥目標的重要途徑和措施[1]。以往的研究結果表明，在簡化施肥的條件下，采用緩控釋氮肥在作物產(chǎn)量或氮肥利用率方面可取得與普通氮肥分次施用接近或顯著增加的效果[2-5,10]。本研究在水稻-油菜輪作不施肥、基礎產(chǎn)量在10 217 kg·hm-2水平下，在稻季，緩控釋氮肥一次施用或與普通尿素在不同時期組合的籽粒產(chǎn)量與一基二追的常規(guī)施肥模式?jīng)]有顯著差異。而在油菜季，以80%+20%緩釋-蕾薹期追普通尿素組合(T4)和80%+20%緩釋-苗期(T3)的籽粒產(chǎn)量分別比常規(guī)一基二追的高20.6%和15.9%。我們的研究結果也表明，緩控釋氮肥一次基施或與普通尿素不同時間配施能達到普通氮肥分次施用的效果。此外，在輪作周期中緩控釋氮肥的增產(chǎn)效果油菜季大于水稻季，這可能是因為水稻生長時期氣溫高，在淹水狀態(tài)下，有利于水稻對養(yǎng)分的吸收和利用。而在旱季，氣溫低，油菜對養(yǎng)分的吸收和利用受到限制，養(yǎng)分易損失，而緩控釋氮肥由于養(yǎng)分釋放周期長，可在生長關鍵階段持續(xù)提供營養(yǎng)物質(zhì)，該結果與王小波等[5]報道一致。

雖然在水稻季，緩控釋尿素作為基肥一次性施入與其他3個緩控釋氮肥-普通尿素不同時期配施組合在水稻產(chǎn)量上沒有顯著差異，但是在油菜季，緩控釋氮肥一次施用油菜籽粒產(chǎn)量明顯低于其他3個施緩釋肥處理。其他的研究[11-12]也表明，緩控釋氮肥基施+追肥的施肥方式優(yōu)于一次性基施。這主要是因為前季水稻秸稈全部還田，在油菜生長的前期，秸稈腐化需要大量的氮素，與尿素相比，緩釋氮肥養(yǎng)分釋放得慢，可能會造成作物前期缺氮。而20%～80%緩釋-普通尿素一次性基施在產(chǎn)量上高于100%緩控釋氮肥一次基施也說明了這個問題。

在本試驗條件下，氮累積回收率在86.2%～101%。類似的在大麥和玉米-冬小麥輪作系統(tǒng)中，平衡施肥條件下氮的累積回收率分別為80.6%[13]和69%[14]。盡管作物養(yǎng)分吸收量在很大程度上取決于施肥情況，但并非所有氮肥都能被當季作物吸收利用，但上季留存的或通過大氣干濕沉降、灌溉水等途徑進入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境養(yǎng)分已成為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要補充。這也說明通過施肥進入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的氮素，隨著時間推移終究會被作物吸收利用。為提高氮肥利用效率，可依據(jù)作物目標產(chǎn)量所需養(yǎng)分量選擇施肥量。當施氮量等于或低于作物吸氮量時，氮的累積回收率就會提高。

邱榮富等[15]指出緩控釋肥料肥效釋放緩慢、均衡，因此，施用緩控釋尿素比普通尿素能提高土壤全氮、水解性氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量[16]。我們的研究也表明，緩控釋氮肥一次基施處理作物收獲后土壤水解性氮含量明顯高于其他處理，而80%緩控釋氮肥基施、在分蘗期和孕穗期配施20%尿素處理，由于促進了水稻和油菜對氮的吸收利用，留在土壤中的氮就相對減少。

4 小結

本研究表明，在水稻-油菜輪作體系中緩控釋尿素一次性基施或與普通尿素不同時期配施，因較好滿足了水稻和油菜整個生育期對氮素的需求，達到了與常規(guī)分次施氮肥相似的效果。根據(jù)生產(chǎn)實際，在生產(chǎn)上推薦80%的緩釋尿素、20%的普通尿素一次基施的施肥方法，普通尿素提供作物生長前期的氮素營養(yǎng)，緩控釋尿素提供中后期氮素營養(yǎng)，既能滿足作物生長對氮素養(yǎng)分的需求，又可降低全部施用緩釋尿素帶來的成本難題。