貴州稻區(qū)產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用對控釋尿素的響應

羅躍 張愛華 王文華 況勝劍 朱青 張欽

摘要：為研究控釋尿素在貴州黃壤水稻種植區(qū)的應用效果，為稻田氮肥的高效施用提供理論依據(jù)，以水稻品種樂優(yōu)58為試驗材料，采用大田試驗，設置不施氮（CK）、普通尿素（CU）與控釋尿素（CLU）不同配施比例U1（CU100%）、U2（CLU100%）、U3（CLU90%）、U4（CLU80%）、U5（CLU70%）、U6（CU30%+CLU70%）、U7（CU50%+CLU50%）、U8（CU70%+CLU30%）共9個施肥處理，分析水稻產(chǎn)量及其構成因素、地上部生物量、地上部養(yǎng)分累積及利用，分析控釋尿素對水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用的影響。結果表明，與普通尿素（U1）處理相比，施用控釋尿素（U2）處理和控釋尿素減氮10%～20%（U3、U4）處理可在一定程度上優(yōu)化水稻產(chǎn)量構成，較U1處理增產(chǎn)5.71%～9.61%;U2處理的水稻地上部分生物量最高，U4處理次之，較U1處理分別增加32.20%、27.62%;控釋尿素減氮處理均能促進水稻籽粒氮、磷、鉀的吸收積累;在養(yǎng)分利用上，U4處理的水稻氮肥利用率、氮素收獲指數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力及氮素吸收效率最優(yōu);偏最小二乘法路徑模型分析表示，施用控釋尿素均能在一定程度上促進水稻氮、磷、鉀的吸收利用。本試驗中，從作物生產(chǎn)和環(huán)境角度出發(fā)，以施用控釋尿素減氮10%～20%處理的綜合肥效最佳，能促進水稻增產(chǎn)及養(yǎng)分高效利用，可作為當?shù)厮痉N植推薦的施肥模式開展田間應用。

關鍵詞：水稻;普通尿素;控釋尿素;產(chǎn)量;養(yǎng)分

中圖分類號： S511.062文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）05-0081-07

收稿日期：2021-08-31

基金項目：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營養(yǎng)與肥料學科群開放基金（編號：APF2015028）。

作者簡介：羅 躍（1996—），女，貴州貴陽人，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)學研究。E-mail：1669873992@qq.com。

通信作者：張 欽，碩士，助理研究員，主要從事土壤學與環(huán)境生態(tài)、綠肥研究。E-mail：1687947879@qq.com。

水稻是我國主要糧食作物之一，施用氮肥是提高其產(chǎn)量最直接有效的途徑之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著至關重要的作用[1]?，F(xiàn)階段我國氮肥利用率為30%～35%，而氮肥損失率卻高達40%～50%[2]，大量的化學氮肥投入不僅造成氮肥資源的大量損失[3]，而且會帶來嚴重的面源污染問題[4-5]。近年來，為解決氮肥投入過多、氮肥利用率低下等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的瓶頸問題，市面上相繼出現(xiàn)了各種高肥效、環(huán)保型新型肥料。新型肥料可有效提高水稻[6-7]、玉米[8]、辣椒[9-10]、馬鈴薯[11]等作物產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用已得到證實。

控釋尿素（controlled-loss urea，簡稱CLU）作為一種新型緩釋肥料，富含具有生物活性的天然高分子物質(zhì)，緩釋性能較好[12]，能將氮素養(yǎng)分固定在土壤或者植物根際中，從而被作物有效吸收[13]?？蒯屇蛩鼐哂泄?jié)肥增效、環(huán)境友好等高效特征[14-15]，可提高作物氮肥利用率、減少氮素損失[16]，配合普通尿素施用能夠保證作物養(yǎng)分需求和產(chǎn)量[17-18]。研究表明，在保證作物生育后期土壤養(yǎng)分供應的前提下，控釋尿素能夠降低氮素施用量[19]。黃壤是貴州旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要土壤類型[20]，黃壤質(zhì)地黏重，養(yǎng)分含量低，酸性較強，易發(fā)生水土流失，保水保肥性能相對較差[21]，長期施用大量氮肥會加重土壤負擔[22-23]，因此應用新型控釋尿素來降低氮肥輸入、提質(zhì)增效不失為貴州稻區(qū)的一種新嘗試。本研究以樂優(yōu)58水稻品種為試驗材料，設置大田試驗，研究普通尿素與控釋尿素不同配施比例對水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用的影響，以期得到最佳的施肥比例，為稻田氮肥的高效施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2018年4—9月在貴州省貴安新區(qū)高峰鎮(zhèn)（26°22′24″N，106°20′25″E）進行，該地屬北半球亞熱帶季風氣候、年均氣溫14.1 ℃、年均降水量1 298 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“糧倉”之稱，高峰 “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，根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準，土壤肥力水平屬中等，土壤基礎理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗材料

供試水稻：樂優(yōu)58。

供試肥料：河南心連心化肥有限公司提供的控釋尿素（含N 43.2%），普通尿素（含N 46.7%）?？蒯屇蛩厥峭ㄟ^特種設備將生物有機復合型材料加入到尿素中，充分混合后反應形成控釋劑-尿素復合體，施入土壤遇水后吸水膨脹，吸水層迅速組裝成海綿狀的網(wǎng)絡結構，具有很強的耦合性，能夠?qū)⒂鏊芙獾哪蛩仞B(yǎng)分耦合在網(wǎng)絡內(nèi)，達到控制養(yǎng)分揮發(fā)、流失，提高肥料利用率的目的。其企業(yè)標準為Q/HSLS 001—2018。

1.3 試驗方法

試驗共設9個處理，分別為CK：不施氮肥;U1：施用普通尿素;U2：施用控釋尿素;U3：控釋尿素減氮10%;U4：控釋尿素減氮20%;U5：控釋尿素減氮30%;U6：控釋尿素與常規(guī)尿素 7 ∶3配比;U7：控釋尿素與常規(guī)尿素5 ∶5配比;U8：控釋尿素與常規(guī)尿素3 ∶7配比。每個處理設3次重復。肥料用量：N 180kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。普通尿素、控釋尿素按基肥 ∶分蘗肥 ∶穗肥=4 ∶3 ∶3分施，所有處理P2O5、K2O投入量一致，共施肥3次，具體施肥量見表2。小區(qū)面積為15 m2（3 m×5 m），小區(qū)之間用10 cm寬、10 cm高的田埂隔開，并用塑料薄膜覆蓋田埂，隨機區(qū)組排列。整地劃小區(qū)后施用基肥，采用大田育秧，秧苗4葉期進行移栽，1穴雙株種植，田間移栽密度為14.7 萬穴/hm2。田間管理按照農(nóng)戶常規(guī)管理方式進行。

1.4 項目測定

試驗布置前采用5點取樣法采集水稻田0～20 cm 耕層土壤樣品，實驗理化性質(zhì)測定均參照《土壤農(nóng)化分析》[24]。土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定;土壤堿解氮含量采用堿解擴散-稀硫酸滴定法測定;土壤有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀含量采用醋酸銨浸提-火焰光度計法測定;土壤pH值采用電位法（水土比2.5 ∶1）測定。

2019年9月水稻成熟后各小區(qū)單打單收測產(chǎn)，隨機選取5穴水稻植株進行考種，測定其有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量，測產(chǎn)后于105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量、折算籽粒產(chǎn)量，粉碎備用。植株樣品采用濃硫酸-過氧化氫法消煮后，凱氏定氮法測定氮含量，釩鉬黃比色法測定磷含量，火焰光度計法測定鉀含量[24]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

選用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計與方差分析，Duncan’s新復極差法多重比較判斷處理間差異顯著性（α=0.05）;采用Origin 2019作圖。偏最小二乘法路徑模型 （PLS-PM） 是一種研究觀測變量和潛在變量之間復雜多元關系的統(tǒng)計方法，應用R 3.6.1中的“plspm”包，以普通尿素及控釋尿素施用比例、肥料利用率、收獲指數(shù)、偏生產(chǎn)力和吸收效率為潛在變量構建模型，研究配施2種化肥占比對水稻養(yǎng)分吸收利用的影響;選擇利用率（use efficiency，簡稱NUE）、偏生產(chǎn)力（partial factor productivity，簡稱NPFP）、收獲指數(shù)（harvest index，簡稱HIN）、吸收效率（uptake potential efficiency，簡稱NUPE）來比較不同處理下的肥料效益。

偏生產(chǎn)力：NPFP=YN/Nr;

吸收效率：NUPE=TNN/Nr;

收獲指數(shù)：HIN=TN1/Nr×100%;

利用率：NUE=（TNN-TN0）/Nr×100%。

式中：TNN為施肥區(qū)肥料總累積量（kg/hm2）;TN1為籽粒肥料累積量（kg/hm2）;TN0為空白區(qū)肥料累積量（kg/hm2）;Nr為施肥量（kg/hm2）;YN為施肥區(qū)產(chǎn)量（kg/hm2）;Y0為空白區(qū)產(chǎn)量（kg/hm2）。（肥料投入量以純養(yǎng)分量計算）。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

作物產(chǎn)量是反映土壤養(yǎng)分供應和協(xié)調(diào)作物生長肥力水平的有效指標之一。從表3可以看出，除U6處理外，各施肥處理的水稻產(chǎn)量較CK顯著增加了2.75%～27.15%。與施用普通尿素（U1）相比，U2～U4處理水稻產(chǎn)量增加了5.71%～9.61%，U7處理水稻增產(chǎn)1.90%。其中，U2處理產(chǎn)量最高，U3、U4處理次之，分別為8 089、7 945、7 801 kg/hm2，較U1處理分別增產(chǎn)9.61%、7.66%、5.71%。表明施用控釋尿素和控釋尿素減氮10%～20%處理水稻增產(chǎn)效果最好。

水稻產(chǎn)量構成要素主要包括水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，三者既相互制約，也相互補償[25]。通過比較水稻的各產(chǎn)量構成要素發(fā)現(xiàn)，同CK相比，處理U2～U5水稻產(chǎn)量構成要素均有顯著增加。同U1處理相比，U2～U4處理的千粒質(zhì)量增幅為1487%～19.64%，U4處理尤為突出。進一步分析發(fā)現(xiàn)，水稻產(chǎn)量與有效穗數(shù)（r2=0.218 4，P<005）、穗粒數(shù)（r2=0.567 5，P<0.001）、千粒質(zhì)量（r2=0.565 9，P<0.001）均呈正相關，其中以穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量占比更大（圖1）?？梢?，除CK處理外，不同施肥處理間的水稻產(chǎn)量差異主要來源于穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，施用控釋尿素和控釋尿素減氮10%～20%處理更有利于促進水稻產(chǎn)量構成要素的形成。

2.2 不同施肥處理對水稻地上部分生物量的影響

不同施肥處理地上部生物量與產(chǎn)量變化趨勢一致。從表4可以看出，處理U1～U8水稻地上部分生物量較CK顯著提高。U2處理的水稻地上部分生物量最高，為134.38g/穴，U3、U4處理次之，分別為129.73、123.68 g/穴。同U1處理相比，U6～U8處理的水稻地上部分生物量降低，U2～U5處理的地上部分生物量均顯著增加，且籽粒生物量所占比例近乎是秸稈所占比例的2倍，由此可見，施用控釋尿素和控釋尿素減氮10%～20%處理不僅可提高水稻地上部分生物量，還可促進更多的養(yǎng)分轉移到作物籽粒中，有助于水稻增產(chǎn)。

2.3 不同施肥處理對水稻地上部分養(yǎng)分累積量的影響

同CK相比，所有處理的地上部分氮累積量均顯著增加（圖2）。地上部分氮積累量以U2處理最高，為141.61 kg/hm2，其籽粒含氮量為 97.87 kg/hm2，秸稈含氮量為43.74 kg/hm2。對于磷累積量來說，U2～U4處理下的地上部分磷累積量顯著高于CK，且與U1處理間無顯著差異。各處理的氮、磷累積量主要積累在籽粒中，含量近乎是秸稈中的2倍。U2處理的地上部分鉀積累量較U1處理有一定提高，為266.97 kg/hm2，其籽粒含鉀量為107.19 kg/hm2。

綜上所述，同施用普通尿素相比，處理U2、U3、U4、U5均能較好地促進水稻地上部分氮、磷、鉀養(yǎng)分的累積。在籽粒養(yǎng)分的吸收累積上，控釋尿素減氮20%的效果更為明顯。

2.4 不同施肥處理對水稻養(yǎng)分吸收利用的影響

從表5可以看出，在氮的吸收利用上，除氮素收獲指數(shù)外，氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素吸收效率以U2處理最高，分別較U1處理顯著增加6706%、9.60%、12.80%;在磷的吸收利用上，U2～U4處理的磷素偏生產(chǎn)力較U1處理顯著增加;在鉀的吸收利用上，除鉀素收獲指數(shù)外，鉀素利用率、鉀素偏生產(chǎn)力和鉀素吸收效率均以U2～U3處理最佳。采用偏最小二乘路徑模型（PLS-PM）揭示普通尿素和控釋尿素所占比例對水稻氮、磷、鉀吸收利用效果的影響（圖3），施用普通尿素和控釋尿素分別與氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收利用呈顯著正相關關系，表現(xiàn)為普通尿素對氮（路徑系數(shù)為0.347，P<0.05）、磷（路徑系數(shù)為0.446，P<0.05）、鉀（路徑系數(shù)為0.457，P<0.01）影響顯著，控釋尿素對氮（路徑系數(shù)為0.942，P<0.001）、磷（路徑系數(shù)為0708，P<0.01）、鉀（路徑系數(shù)為1.025，P<0.01）影響極顯著。表明相比于施用普通尿素，施用控釋尿素并減氮10%～20%均能在一定程度上促進水稻氮、磷、鉀的吸收利用，其中以控釋尿素減氮20%處理的綜合效果最佳，可在一定程度上有效促進水稻的養(yǎng)分吸收利用，保障水稻養(yǎng)分需求。

3 討論與結論

研究表明，合理減量施用控釋尿素，有望維持作物豐產(chǎn)高效[26]。在本試驗中，與常規(guī)尿素相比，施用控釋尿素并減少10%～20%氮肥施用量時，水稻產(chǎn)量可達7 945、7 801 kg/hm2，較常規(guī)施肥增產(chǎn)7.66%、5.71%，這與楊陽等的研究結果[27]一致。相比于施用普通尿素，施用控釋尿素并減施部分氮時，水稻產(chǎn)量穩(wěn)中有升。本研究將水稻產(chǎn)量構成要素與產(chǎn)量作相關性分析，結果表明穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量與水稻產(chǎn)量之間呈正相關性，施用控釋尿素并減氮10%～20%可有效提升水稻養(yǎng)分吸收的能力，為籽粒發(fā)育提供充足的營養(yǎng)，水稻產(chǎn)量構成因素之間的協(xié)調(diào)促進是獲得高產(chǎn)的基礎，通過增加水稻穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，補償水稻有效穗數(shù)上的不足，從而實現(xiàn)水稻增產(chǎn)。可見，施用控釋尿素并減氮10%～20%的生產(chǎn)模式能夠較好地協(xié)調(diào)水稻產(chǎn)量構成之間的相互關系，進而維持甚至提高水稻產(chǎn)量。在本研究中，與普通尿素配施時，發(fā)現(xiàn)控釋尿素與常規(guī)尿素1 ∶1配施時，水稻增產(chǎn)1.90%，付月君等認為，該配施比例可促進水稻籽粒吸收更多的氮素[25]。李源等研究認為，控釋尿素與常規(guī)尿素 7 ∶3配比時作物增產(chǎn)效果最好[28]。這可能是由于試驗地理環(huán)境、土壤肥力、氣候環(huán)境等差異所導致[29]，貴州黃壤的保肥性能相對較差，一次性基施過多的氮肥易加劇土壤負擔，因此利用控釋尿素具有比普通尿素緩釋長效的作用，基施40%的控釋尿素不僅可滿足水稻生育前期對氮素的需求，還能有效降低氮素的徑流損失，后期常規(guī)尿素的追施可為氮素的轉運和供給提供基礎。

干物質(zhì)與養(yǎng)分不斷積累是作物生長發(fā)育的重要環(huán)節(jié)[30]，養(yǎng)分積累是作物實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎。本研究結果表明，施用控釋尿素不僅促進水稻養(yǎng)分積累和吸收，還使養(yǎng)分更多地積累在水稻籽粒中，這與姚單君等的研究結果[19]一致。本研究結果表明，控釋尿素減氮的各處理均能提高水稻地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收和利用，并促進籽粒的氮素吸收利用，U4處理的效果最為明顯。除氮素收獲指數(shù)外，氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素吸收效率以U2處理下的最高，分別較U1處理顯著增加了6706%、960%、12.80%。這與王寅等的研究結果[31]一致?？蒯屇蛩啬芴嵘衩椎匚樟繌亩鵀樽蚜７e累充足的營養(yǎng)。本研究通過偏最小二乘法路徑模型的構建，可以看出施用控釋尿素對水稻氮、磷、鉀的吸收利用影響極顯著，能從各個方面提高水稻對養(yǎng)分的吸收利用，其中以控釋尿素減氮20%處理下的水稻養(yǎng)分吸收效果最佳，可在一定程度上有效促進水稻的養(yǎng)分吸收利用。表明在施用控釋尿素的情況下，減氮20%并沒有因為化肥用量的減少而影響作物的氮素吸收，這是由于控釋尿素能在作物根系周圍形成營養(yǎng)庫，達到對化肥“控釋”的效果，且養(yǎng)分釋放時間長，故能在減少施肥量的情況下，有效地減少肥料養(yǎng)分的流失，提高肥料利用率[32]。

在本試驗條件下，貴州黃壤地區(qū)施用控釋尿素可通過優(yōu)化水稻產(chǎn)量構成要素和增加地上部生物量，從而提高水稻產(chǎn)量、促進水稻的養(yǎng)分積累和利用，提升肥料利用率。從作物生產(chǎn)和環(huán)境角度出發(fā)，以控釋尿素減氮10%～20%處理的綜合肥效最佳，較施用普通尿素處理水稻增產(chǎn)5.71%～766%，水稻地上部分生物量顯著增加，有效促進水稻養(yǎng)分積累及吸收利用。因此，在貴州稻區(qū)，控釋尿素減氮10%～20%是較適合的施肥配比。

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